AQUATOOL

AQUATOOL es un entorno de desarrollo de sistemas de soporte a la decisión (SSD) para planificación y gestión de cuencas o de sistemas de recursos hídricos. Como SSD proporciona recursos para ayudar al análisis de diversos problemas relacionados con la gestión del agua.

Además, AQUATOOL es un una línea de investigación en continuo desarrollo, por lo que además de las conocidas herramientas de análisis de la gestión de cuencas, también proporciona otras herramientas que facilitan el desarrollo de trabajos relacionados. Estas herramientas pueden ser módulos de aplicación general que en el futuro estarán disponibles aquí, o desarrollos específicos requeridos por un cliente que no son generalizables.

AQUATOOL es un software para el diseño y desarrollo de sistemas de soporte a la decisión para los técnicos encargados de la planificación y gestión de sistemas de recursos hídricos que permite, entre otras cosas, diseñar e introducir gráficamente la configuración de un sistema de recursos hídricos y sus bases de datos asociadas (características físicas, condiciones de gestión) para su posterior optimización y simulación. También permite seleccionar las alternativas de gestión y diseñar los criterios de operación utilizando el módulo de optimización, así como realizar simulaciones de gestión para diferentes alternativas y horizontes de tiempo usando el modelo de simulación. Además, es posible utilizar el modelo de simulación como herramienta de apoyo para las tareas de distribución de recursos entre demandas conflictivas y para estudiar los impactos de potenciales cambios en el sistema. Finalmente, existe un módulo para la simulación de la calidad del agua en tramos de río y embalses que permite simular la calidad del agua en sistemas complejos. La ventaja de todos los modelos incluidos en AQUATOOL reside en que es una herramienta para modelar sin que se limite a un caso concreto.

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Las capacidades de los diferentes módulos pueden ser utilizadas en un sistema de recursos hídricos como, por ejemplo, para filtrar alternativas de diseño o de gestión mediante el módulo GESCAL simula la calidad del agua en sistemas naturales complejos. El módulo permite modelar la temperatura del agua, contaminantes arbitrarios, la materia orgánica, el oxígeno disuelto, el ciclo del nitrógeno, el fitoplancton y el ciclo del fósforo. Se basa en un modelo mecanicista para tramos de río y embalses. Con este módulo, aparte de poder modelar la calidad en masas de agua de forma particular, se puede analizar la influencia de la gestión en la calidad del agua en sistemas de recursos hídricos.

Estos módulos están integrados en un sistema único en el que la unidad de control del usuario permite la definición gráfica del esquema del sistema, el control de las bases de datos, la utilización de los módulos mencionados y el análisis gráfico de los resultados. de optimización, obteniendo así criterios de operación a partir del análisis de los resultados óptimos.

Además, permiten comprobar y refinar las alternativas filtradas mediante el uso del módulo de simulación y llevar a cabo análisis de sensibilidad comparando los resultados después de cambios en el diseño o en las reglas de operación.

También es posible llevar a cabo análisis de riesgo simulando y/u optimizando con diferentes sedes sintéticas hidrológicas (análisis de Monte-Carlo). Otras de las cualidades del software es que permite ganar conocimiento del sistema en los aspectos físicos, de gestión y de organización de datos.

Por otro lado, también es posible utilizar un determinado módulo una vez que se implanta una alternativa como una ayuda en la operación del sistema de recursos hídricos (off-line), principalmente para el reparto de recursos entre demandas conflictivas, y para estudiar impactos de cambios en el sistema. Otra opción es la de utilizar la propia unidad de control para la localización georeferenciada de los elementos de los esquemas, el traslado de datos entre los módulos de simulación y de optimización, así como para la exportación de la información gráfica a formatos usuales de tratamiento gráfico.

El uso racional del agua exige una gestión eficiente, integrada y sostenible del recurso. Los sistemas de recursos hídricos y los problemas existentes en ellos son cada vez más complejos. En consecuencia es cada vez más necesario el empleo de herramientas tecnológicamente avanzadas para el análisis de estos sistemas y de las incertidumbres clásicas asociadas a los recursos, los usos y las demandas del agua.

Los sistemas soporte de decisión (SSD), como el sistema Aquatool aquí presentado, son la respuesta a la necesidad de poner a la mano de los encargados de tomar decisiones herramientas avanzadas de fácil utilización para abordar los problemas habituales encontrados a la hora de planificar y gestionar el uso del agua una cuenca.

Cada módulo o programa del SSD Aquatool, aborda un aspecto dentro del estado del arte en la ciencia de la planificación y gestión de los recursos hídricos:

El módulo SIMGES es un modelo general para la Simulación de la Gestión de Cuencas, o sistemas de recursos hidráulicos complejos, en los que se dispone de elementos de regulación o almacenamiento tanto superficiales como subterráneos, de captación, de transporte, de utilización y/o consumo, y de dispositivos de recarga artificial. El modelo admite cualquier configuración dentro de unos límites impuestos únicamente por capacidades de hardware, y por tanto es utilizable para cualquier esquema de recursos hidráulicos. La simulación se efectúa a nivel mensual y reproduce con el detalle espacial que el usuario desee el flujo del agua a través del sistema.

Para los subsistemas superficiales el flujo es calculado simplemente por continuidad o balance. Los acuíferos y las relaciones río-acuífero se simulan con modelos unicelulares, con modelos pluricelulares, o utilizando el método de los autovalores mediante modelos distribuidos en los que se considera la variación espacial de las propiedades hidrodinámicas de los acuíferos. El modelo SIMGES también considera los retornos a las aguas superficiales y los que se infiltran en los acuíferos y tiene asimismo en cuenta en la simulación las pérdidas por evaporación y filtración en embalses y cauces, así como las relaciones entre aguas superficiales y aguas subterráneas. La gestión de los recursos hidráulicos se simula mediante reglas de operación tendentes a mantener un nivel similar de llenado en los embalses a partir de unas curvas de zonado de embalse. Dichas curvas son las reglas de explotación propiamente dichas y son suministradas por el usuario del modelo. Se admite la definición de caudales mínimos ecológicos, así como de diferentes prioridades de los usuarios para el aprovechamiento del agua. La simulación y gestión del sistema superficial se efectúan a un tiempo mediante el uso de un algoritmo de optimización de redes de flujo conservativo. Dicho algoritmo se encarga de determinar el flujo en el sistema tratando de satisfacer al máximo los objetivos múltiples de minimización de déficits, y de máxima adaptación a las curvas de volumen objetivo de embalse y objetivos de producción hidroeléctrica. Además, esta optimización se completa con un proceso iterativo de llamadas al algoritmo de optimización lineal, lo que permite mejorar la calidad de la simulación en procesos no lineales como filtraciones, evaporaciones y relaciones entre aguas superficiales y subterráneas.

El módulo GESCAL fue desarrollado para la evaluación de la calidad del agua a nivel de cuenca. Para ello incluye el cálculo de todos los procesos de modificación de la calidad del agua tanto en tramos de río como en embalses y aplica este cálculo a cada elemento del esquema de la cuenca elaborado para Simges conectándolos entre ellos según el flujo de la cuenca. Aplicándolo a diferentes alternativas de decisión en la gestión de la cuenca permite evaluar las consecuencias en materia de calidad del agua que tiene para toda la cuenca cualquier decisión que se plantee.

El módulo OPTIGES, resuelve el problema del reparto mensual del agua de una cuenca. Para ello, realiza la optimización de este reparto para un periodo de tiempo de uno o varios años. De este modo calcula el reparto óptimo del recurso en cada periodo sin apenas necesidad de datos, prácticamente solo la descripción física de la cuenca: conexiones, embalses, y demandas. Esto supone una gran ventaja para su uso en sistemas de los que se dispone de reducida información o cuando se pretende obtener conclusiones generales a escala anual. Por el contrario, la gestión mensual que simula no es directamente comparable a la realidad, ya que en la realidad no se conoce con antelación cuales van a ser los recursos en el futuro. Por ello requiere del usuario un esfuerzo adicional de interpretación de resultados para traducirlos a conclusiones útiles para la gestión. Una manera eficaz de validar esta interpretación es tratarla y perfeccionarla con el uso del módulo SIMGES.

El módulo SIMRISK ha sido diseñado para su uso en gestión de cuencas a medio plazo, para la evaluación de riesgos en la gestión. Realiza la simulación de la gestión del sistema para una situación inicial dada de reservas en embalses y en acuíferos y utiliza como datos para el cálculo múltiples escenarios de aportaciones futuras de longitud uno o varios años. Con los resultados de todas las simulaciones calcula estadísticos de probabilidad de estado del sistema en cada mes del periodo simulado, lo que puede utilizarse como estimación probable de la situación a final de la presente campaña y después de dos o más años hidrológicos. Ha sido confeccionado para utilizar los modelos calibrados con SIMGES, con lo que cada una de las simulaciones se realiza exactamente igual que se haría en SIMGES, incluso para la edición de datos se utiliza el mismo interface de usuario (AQUATOOLDMA) que se utiliza para SIMGES.

El programa EVALHID (EVALuación de los recursos HíDricos) es un módulo informático para el desarrollo de Modelos Precipitación-Escorrentía en cuencas complejas y con el objetivo de evaluar la cantidad de recurso hídrico que producen las mismas. El módulo consta de varios tipos de modelos que se pueden escoger en función de los datos disponibles, la complejidad de la cuenca y la práctica del usuario en el desarrollo y calibración de modelos hidrológicos. Todos los modelos disponibles son del tipo agregado con aplicación semidistribuida.

El módulo CAUDECO ha sido diseñado para la simulación de la evolución de indicadores biológicos derivada de los resultados de la gestión obtenidos con SIMGES. Su uso recomendado sería como complemento de simges para la evaluación de del impacto sobre los usos del agua de diferentes alternativas de implantación de caudales mínimos en ríos.

El módulo AQUIVAL ha sido desarrollado con el propósito de ayudar al usuario en la elaboración de un modelo de simulación de acuíferos por el método de los atovalores. La principal utilidad de este modelo es la de producir los datos del modelo del acuífero en autovalores requeridos por el programa SIMGES para su simulación dentro de un modelo de uso conjunto. Aquival ayuda al usuario en la modelización de acuíferos por el método de los autovalores facilitando la entrada de datos mediante un entorno gráfico. La principal característica de este modelo de parámetros distribuidos es la eficiencia computacional, que reduce el tiempo y la memoria utilizados. Esto lo hace idóneo para incluir el modelo de flujo subterráneo en un modelo complejo de gestión y simular muchas alternativas para largos periodos de simulación.

El módulo MASHWIN se utiliza para el análisis de series históricas de aportaciones y la formulación de modelos estocásticos para la generación de series. Su principal utilidad está como complemento del módulo SIMRISK, para producir los modelos estocásticos que utilizaría SIMRISK para la generación de series de aportaciones futuras condicionadas por la información reciente.

El módulo EVALGES de evaluación económica de la gestión se ha desarrollado con el propósito de disponer de una herramienta de ayuda en los estudios de coste de las medidas a adoptar en una cuenca. Este módulo permite asociar a cada elemento del modelo de simulación Simges una curva coste caudal que se utiliza para calcular una función económica de todo el sistema. Mediante la simulación de la gestión para las diferentes medidas a adoptar se puede obtener las diferentes funciones económicas de la cuenca y se puede obtener información sobre los costes añadidos al sistema por cada una de las medidas.