Modelación hidrológica en los Andes colombianos: perspectiva en cuencas hidrográficas con propiedades físicas y patrones climáticos diversos

Por Mariana Alvarez* y Janet Barco*/

Los Andes colombianos están conformados por tres cadenas montañosas paralelas (occidental, central y oriental), que alimentan los ríos más importantes del sistema fluvial colombiano. Esta región está expuesta a desastres naturales debido a las pendientes pronunciadas, eventos hidrometeorológicos extremos, el cambio climático, la deforestación y los cambios en el uso del suelo. Predecir las respuestas hidrológicas de este tipo de sistemas hidrológicos es crucial para garantizar servicios ecosistémicos de las cuencas y una adecuada planificación territorial. 

La modelación hidrológica está influenciada principalmente por la incertidumbre de los datos de entrada, la estructura y los parámetros del modelo. Abordar estas limitaciones es fundamental para mejorar los modelos hidrológicos, especialmente en regiones con alta variabilidad climática y condiciones cambiantes. Identificar las fortalezas y debilidades de los modelos es esencial para seleccionar el modelo más adecuado, particularmente en países donde la disponibilidad de observaciones es limitada. 

Este estudio utiliza el modelo agregado Sacramento Soil Moisture Accounting (SAC-SMA), el cual ha sido ampliamente utilizado. En este contexto, esta investigación tiene como objetivo evaluar la efectividad del modelo SAC-SMA para simular el caudal en 12 cuencas de alta pendiente ubicadas en la región andina de Colombia con diferentes regímenes climáticos y características geomorfológicas. El estudio se centra en el análisis del modelo SAC-SMA para reproducir caudales altos (0–10% de excedencia), condiciones húmedas (10–40%), condiciones intermedias (40–60%) y condiciones secas (60–100%). Además de analizar la representación del flujo subsuperficial y flujo base. 

En general, los resultados demuestran la capacidad del modelo SAC-SMA para representar caudales en condiciones húmedas, intermedias y secas en las cuencas estudiadas. Sin embargo, el modelo presenta dificultades para capturar caudales altos. A partir del análisis realizado, se resalta:

• Calibración y validación: los resultados indican que el modelo SAC-SMA tiene un buen desempeño durante los periodos de calibración y validación, con valores del coeficiente Kling-Gupta (KGE) en el periodo de calibración entre 0.46 y 0.75. 

• Porcentajes de excedencia: el modelo mostró un mejor rendimiento bajo condiciones húmedas (10–40% de excedencia) y condiciones intermedias (40–60% de excedencia). Para caudales altos (0–10% de excedencia), el rendimiento fue menor, con un KGE promedio de 0.52.
• Influencia de la geomorfología: se encontraron correlaciones entre la eficiencia del modelo y las propiedades geomorfológicas de las cuencas. Esto subraya los desafíos de la modelación hidrológica en cuencas de alta montaña y regiones con alta variabilidad climática, donde la representación precisa de la lluvia resulta particularmente difícil.
• Análisis de los componentes de escorrentía: se analizaron los componentes de escorrentía directa, flujo intermedio y flujo base calculados por el modelo SAC-SMA. En comparación con datos observados el modelo logró representar satisfactoriamente el flujo base, lo que demuestra su potencial para aplicaciones relacionadas con aguas subterráneas.
• Observaciones finales: se resalta el potencial del modelo SAC-SMA como una herramienta útil para estimaciones de caudal, especialmente en condiciones intermedias y secas. Además, puede emplearse para la estimación del flujo base en la región. 

*Facultad de Ingeniería, Ingeniería Ambiental, Universidad de Medellín, Medellín, Colombia

¹Alvarez, M., & Barco, J. (2024). Streamflow modeling in the Colombian Andes: insights from watersheds with diverse physical properties and climate patterns. Journal of Applied Water Engineering and Research, 1–14. https://doi.org/10.1080/23249676.2024.2443743