Modelos probabilísticos y estimación de la incertidumbre en procesos hidrológicos

Resumo

Esta Tesis tiene como objetivos estudiar los posibles efectos de la variabilidad climática natural y el cambio climático global sobre los caudales máximos y medios. Estos caudales son estimados para resolver problemas de planificación y diseño en sistemas hídricos complejos de cuencas de gran extensión. Por esta razón, fueron seleccionadas la cuenca del río Neuquén y la cuenca del río Paraná. Las obras de ingeniería hidráulica se construyen para controlar los excesos y déficit hídricos y lograr una mejor distribución espacial y temporal del escurrimiento superficial, especialmente en un país, como la Argentina, que presenta dos tercios de su superficie con climas áridos y semiáridos. El núcleo de este estudio se relaciona con la aplicación de modelos probabilísticos para la detección de puntos de cambio múltiples, asociados con la variabilidad climática natural. Se definió la presencia de distintos periodos con caudales que presentan diferentes propiedades estadísticas y se evaluó su influencia sobre los parámetros de diseño hidrológico. La identificación de puntos de cambio en las series de caudales máxímos se realizó aplicando pruebas estadísticas de dos tipos: paramétricas y no paramétricas. Las primeras implican conocer el o los punto de cambios y por lo tanto se utilizó la prueba de razón de verosimilitud (modelo Gamma) y el modelo de regresión. Entre las segundas se aplicaron, las pruebas de Mann-Kendal y Pettitt. La posibilidad de detectar puntos de cambio múltiples fue realizada con un método basado en un nuevo estadístico y permitió validar la asociación entre variabilidad climática natural con los cambios observados en los caudales máximos de los sistemas seleccionados a partir de la década de los años 70. Esta identificación de los periodos de caudales con distintas propiedades estadísticas permite orientar una segunda mirada sobre la infraestructura para evaluar la vulnerabilidad asociada con la variabilidad climática natural y cambio climático antropogénico. El cambio climático antropogénico y sus efectos sobre el ciclo hidrológico es un tema de investigación científica que implicó el desarrollo de nuevos modelos matemáticos de circulación general de la atmósfera para la estimación de los efectos sobre variables hidrológicas, en valores medios aplicables en la planificación de sistemas hidrológicos en grandes cuencas. Se aplicó un modelo de regresión para evaluar los efectos de dos escenarios precipitaciones medias sobre los caudales medios en cuencas de la Patagonía. El análisis de la persistencia de largo plazo en series hidrológicas es un tema que se conecta con la identificación de relaciones entre el clima y los caudales en distintas escalas. Se estudió la multifractalidad de series hidrológicas y se estimó el parámetro de Hurst dada su influencia en pruebas de detección y los análisis de valores extremos. Se presentan resultados de experimentos numéricos para estudiar los orígenes de la multifractalidad, la asimetría del espectro multifractal y la variación en un indicador de la predictibilidad para distintos periodos de tiempo para series extensas.