Metodología para la selección de modelos hidrodinámicos - Caso de aplicación: variabilidad espacial de la estructura térmica en el embalse tropical Riogrande II, Colombia

Publicado

2016-09-01

Metodología para la selección de modelos hidrodinámicos - Caso de aplicación: variabilidad espacial de la estructura térmica en el embalse tropical Riogrande II, Colombia

Methodology for hydrodynamic model selection. Case study: spatial variability of the thermal structure in the Riogrande II tropical reservoir, Colombia

Palabras clave:

metodología de selección, modelos hidrodinámicos tridimensionales, embalse tropical, estructura térmica, ELCOM, DELFT3D, MIKE 3 (es)

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Autores/as

Gabriel Betancur Pérez https://orcid.org/0000-0002-8923-4414
Francisco Mauricio Toro-Botero Universidad Nacional de Colombia https://orcid.org/0000-0002-4763-7469
Andrés Gómez-Giraldo Universidad Nacional de Colombia

Resumen (es)
Resumen (en)

Este artículo propone una metodología para la selección guiada de un modelo hidrodinámico para el estudio de los procesos físicos en un embalse, fundamentada en criterios cualitativos y cuantitativos, la cual fue aplicada para estudiar la variabilidad espacial de la estructura térmica en el embalse tropical de Riogrande II. La metodología considera tres etapas: i) definición y búsqueda, ii) preselección y iii) selección. Como resultado los modelos DELFT3D y MIKE3 fueron implementados y se compararon los perfiles de temperatura simulados con aquellos medidos entre el 23 y el 27 de marzo de 2010. ELCOM fue definido como modelo de referencia para comparar las series de tiempo de la profundidad media de la termoclina, la profundidad media de la capa de mezcla y su temperatura media. Para apoyar la selección final se utilizó tres estadísticos: i) el índice de concordancia (d1), ii) el MAE y iii) RMSE, cuyos resultados indicaron que el modelo DELFT3D es para este caso la mejor alternativa.

This article presents a methodology for a guided selection of a hydrodynamic model to study physical processes in a reservoir. It is based on both qualitative and quantitative criteria that are applied in order to study the spatial variability of the thermal structure in the Riogrande II tropical reservoir. The method consists of three main stages: i) definition and search, ii) pre-selection, and iii) selection. As a result, the DELFT3D and MIKE3 models were implemented, and the simulated temperature profiles were compared to field data that was collected between March 23rd and 27th, 2010. ELCOM was defined as a reference model, and the time series of the thermocline depth, the mixing layer depth, and its average temperature were compared with the selected models. The final selection was supported by using three different statistical parameters: the index of agreement (d1), the MAE, and the RMSE. The quantitative analysis showed that the DELFT3D model behaves better than MIKE 3.

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Rueda, F.J. and MacIntyre, S., Modelling the fate and transport of negatively buoyant storm–river water in small multi-basin lakes, Environ. Model. Softw., 25(1), pp. 146-157, 2010.

Román-Botero, R., Gómez-Giraldo, A. y Toro-Botero, M., Efecto estacional de los afluentes en la estructura térmica de un pequeño embalse neotropical, La Fe – Colombia. DYNA, 80(177), pp. 152- 161, 2013.

Beletsky, D., Schwab, D. and McCormick, M., Modeling the 1998– 2003 summer circulation and thermal structure in Lake Michigan, J. Geophys. Res., 111(C10), p. C10010, 2006.

Osorio, A., Peláez-Zapata, D., Guerrero-Gallego, J., Álvarez-Silva, O., Osorio-Cano, J., Toro-Botero, F.M. y Giraldo, A., Hidrodinámica aplicada a la gestión y la conservación de ecosistemas marinos y costeros: Isla Gorgona , Océano Pacífico Colombiano, Rev. Biol. Trop., 62, pp. 133-147, 2014.

Papanicolaou, A.N.T., Elhakeem, M., Krallis, G., Prakash, S. and Edinger, J., Sediment transport modeling review — Current, J. Hydraul. Eng., 2008. Betancur-Pérez et al / DYNA 83 (198), pp. 154-164, Septiembre, 2016. 164

Smith, R., Mesa, O., Dyner, I. Jaramillo, P., Poveda, G. y Valencia, D. Decisiones con múltiples objetivos, Segunda ed. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, 2000.

INTEGRAL-EEPPM, Proyecto hidroelectrico Rio-Grande II. Estudio de factibilidad: Informe Final, 1982.

Marín, L.M., Modelamiento de la estructura térmica en embalses tropicales. Aplicación al embalse de Riogrande II, Tesis. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Colombia, 2008.

Franco, J.D., Modelación de la estructura térmica de un embalse ramificado mediante el análisis de los procesos físicos gobernantes. Aplicación al embalse multipropósito Riogrande II, Tesis. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Colombia, 2011.

Morillo, S., Imberger, J., Asce, M., Antenucci, J.P. and Woods, P.F., Influence of wind and lake morphometry on the interaction between two rivers entering a stratified lake, 134(11), pp. 1579-1590, 2009.

Hodges, B. and Dallimore, C., Estuary, Lake and coastal ocean model: ELCOM v2.2 Science Manual, 2012.

Spigel, R.H., Imberger, J. and Rayner, K.N., Modeling the diurnal mixed layer, Limnol. Oceanogr., 31(3), pp. 533-556, 1986.

Read, J.S., Hamilton, D.P., Jones, I.D., Muraoka, K., Winslow, L.A., Kroiss, R., Wu, C.H. and Gaiser, E., Derivation of lake mixing and stratification indices from high-resolution lake buoy data, Environ. Model. Softw., 26(11), pp. 1325-1336, 2011.

Roy, B., The outranking approach and the foundations of ELECTRE methods, Theory Decis., 31, pp. 49-73, 1991.

Behzadian, M., Kazemzadeh, R.B., Albadvi, A. and Aghdasi, M., PROMETHEE: A comprehensive literature review on methodologies and applications, Eur. J. Oper. Res., 200(1), pp. 198-215, 2010.

Saaty, T. and Vargas, L., Models, methods, concepts & applications of the Analytic Hierarchy Process, Second ed. Springer, 2012.

Hetland, R.D. and DiMarco, S.F., Skill assessment of a hydrodynamic model of circulation over the Texas–Louisiana continental shelf, Ocean Model., 43–44, pp. 64-76, 2012.

Sutherland, J., Peet, A.H. and Soulsby, R.L., Evaluating the performance of morphological models, Coast. Eng., 51(8–9), pp. 917- 939, 2004.

Bennett, N.D., Croke, B.F.W., Guariso, G., Guillaume, J.H., Hamilton, S.H., Jakeman, A.J., Marsili-Libelli, S., Newham, L.T.H., Norton, J.P., Perrin, C., Pierce, S. Robson, B., Seppelt, R., Voinov, A., Fath, B.D. and Andreassian, V., Characterising performance of environmental models, Environ. Model. Softw, 40, pp. 1-20, 2013.

Willmott, C.J., On the validation of models.pdf, Phys. Gepgraphy, 2(2), pp. 184-194, 1981.

Willmott C.J. and Matsuura, K., Advantages of the mean absolute error (MAE) over the root mean square error (RMSE) in assessing average model performance, Clim. Res., 30, pp. 79-82, 2005.

Willmott, C.J., Ackleson, S.G., Davis,R.E., Feddema, J.J., Klink, K.M., Legates, D.R., O’Donnell, J. and Rowe, C.M., Statistics for the evaluation and comparison of models, J. Geophys. Res., 90(C5), 8995 P., 1985.

Hodges, B.R., Imberger, J., Laval, B. and Appt, J., Modeling the hydrodynamics of stratified lakes, in Hydroinformatics 2000 Conference, 2000, July, pp. 23-27.

Deltares, Delft3D-FLOW - Simulation of multi-dimensional hydrodynamic flows and transport phenomena, including sediments. Deltares, Rotterdamseweg, The Netherlands, pp. 1-706, 2013.

D.H.I. DHI, Mike 3 Flow Model FM - Hydrodynamic Module. DHI, pp. 1-130, 2012.

Boehrer B. and Schultze, M., Stratification of lakes, Rev. Geophys., 446, pp. 1-27, 2008.

Lee, H., Chung, S., Ryu, I. and Choi, J., Three-dimensional modeling of thermal stratification of a deep and dendritic reservoir using ELCOM model, J. Hydro-environment Res., 7(2), pp. 124-133, 2013.

Winter, C., On the evaluation of sediment transport models in tidal environments, Sediment. Geol., 202(3), pp. 562-571, 2007.

van Rijn, L., Walstra, D.J., Grasmeijer, B., Sutherland, J., Pan, S. and Sierra, J., The predictability of cross-shore bed evolution of sandy beaches at the time scale of storms and seasons using process-based Profile models, Coast. Eng., 47(3), pp. 295-327, 2003.

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