Configuración de modelos climáticos, hidrológicos e hidráulicos en la Cuenca del Río Rimac, Perú

Abstract

Las inundaciones son eventos naturales que en muchos casos impactan en la poblacion, infraestructura, servicios, entre otros. Las evidencias sugieren que la ocurrencia de eventos extremos asociados a crecidas de ríos se viene intensificando en el Perú por efecto de la variabilidad climática. En este contexto, el presente proyecto de investigación tiene como objetivo general cuantificar y proveer las herramientas para una futura adecuacón de un sistema que acople información climática de productos de lluvia a modelos hidrológicos e hidráulicos. Para tal fin, se ha seleccionado como cuenca de estudio a la cuenca del rio Rímac, que discurre a través de la ciudad de Lima, la cual alberga a cerca del 30% de la población del país. La presente investigación se concentra en tres tópicos, a saber: [1] adecuar el modelo lluvia escorrentía Génie Rural a 4 parametres Journalier (GR4J) en la cuenca del Rímac, en donde se explora su capacidad para reproducir las descargas medias diarias y su capacidad de predecir la escorrentía; [2] Generar un modelo digital de elevación a partir de la técnica structure-from-motion, explorando su potencial para ser empleado como insumo en modelos hidráulicos; y [3] corregir la familia de modelos de circulacón global Hadley Global Environment Model 2 (HadGEM2) del Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) a partir de la aplicación del método de Regionalización downscaling estadístico para los productos de lluvia. El mérito intelectual de la presente contribución estriba en el hecho que las técnicas aplicadas y resultados obtenidos tiene el potencial de remontar las limitaciones de información hidro-meteorológica y morfológica en la cuenca del río Rímac, pudiendo ser replicado en otras cuencas del país. Además, estos guardan estrecha relación en la formación de un sistema integrado de previsión de caudales y zonas inundables, siendo esto una perspectiva a futuro de la presente tesis. La presente tesis se encuentra distribuida como sigue: en el primer capítulo se presentan los aspectos generales de la investigación. El Capítulo 2 se concentra en el escalamiento temporal de escala diaria a horaria de un modelo hidrológico. El Capítulo 3 describe la reproducción digital de la topografía de fondo del río Rímac aplicando la técnica structure-from-motion. Asimismo, en el Capítulo 4 se detallan los aspectos técnicos para la corrección de modelos de circulación general HadGEM2 empleando downscaling estadístico. Finalmente, en el Capítulo 5 se presentan las conclusiones generales de la investigación y el trabajo futuro recomendado.Floods are a natural phenomenon that in many cases impacts on population, public infrastructure and services, among others. A body of evidence suggests that extreme climatic events will intensify due to El Ni~no-Southern Oscillation phenomenon and global warming. In that context, this thesis is aimed to provide tools to articulate climatic, hydrologic and hydraulic modeling. To this end, the Rimac basin, whose waters are the main source of Lima city (30% of the whole population of Peru), was selected as study area. The present investigation has concentrated on three tasks, namely: [1] to adapt the Genie Rural a 4 parametres Journalier (GR4J) rainfall-runo model for the Rimac river basin to reproduce and forecast daily and hourly discharge in a semidistributed approach; [2] to generate a digital river bed elevation model using the structure-from-motion technique, exploring its potential as input for hydraulic models; [3] to correct general circulation model named Hadley Global Environment Model 2 (HadGEM2) of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) using Statistical Downscaling used for the precipitation. Under the light of our results, we believe that the aforementioned techniques have the potential to overcome the limitations in hydro-meteorological and morphological data for the Rimac River basin and other basins. Thus, they can be used to build an integrated system flood management for the Rimac River. The present thesis is organized as follows: the first chapter presents the general aspects of the thesis. Chapter 2 focuses on the study of the temporal downscaling of the hydrological GR4J model, Chapter 3 describes the digital reproduction of a shallow river bed using the structure-from-motion technique. Likewise, Chapter 4 focuses on the technical aspects for the correction of the general circulation model family named HadGEM2 using statistical downscaling. Finally, in Chapter 5 we present the general conclusions of this study and the future work we suggest.