“GR4J” en estudios de balance hídrico

El modelo GR4J (Génie Rural à 4 paramètres Journalier) es una herramienta hidrológica ampliamente utilizada para el estudio del balance hídrico en cuencas. Su simplicidad, eficiencia y capacidad para simular los principales componentes del ciclo hidrológico lo hacen ideal para aplicaciones prácticas y científicas. A continuación, te detallamos los aspectos más importantes:

Calibración y validación de un estudio hidrológico

Componentes del balance hídrico modelados por GR4J:

GR4J simula los principales componentes del balance hídrico:

Precipitación (P): Entrada principal de agua al sistema.
Evapotranspiración (ET): Pérdida de agua a la atmósfera.
Escorrentía (R): Flujo de agua superficial y subterránea.
Almacenamiento de agua (ΔS): Cambios en la humedad del suelo y reservorios.

La ecuación básica del balance hídrico es:

P=ET+R+ΔS

El ciclo del agua

2. Ventajas clave de GR4J

Simplicidad: Solo cuatro parámetros, lo que facilita su calibración y aplicación.
Bajo requerimiento de datos: Necesita solo precipitación y evapotranspiración potencial.
Flexibilidad: Aplicable en cuencas con diferentes climas y características físicas.
Eficiencia computacional: Rápido y adecuado para simulaciones a largo plazo o múltiples escenarios.
Validación extensa: Ampliamente probado en estudios científicos y aplicaciones prácticas.

Esquema del modelo hidrológico GR4J

¿Cuáles son los procesos hidrológicos que representa GR4J?

El modelo GR4J es un modelo conceptual que simula los principales procesos hidrológicos en una cuenca. A continuación, se describen los procesos clave que representa:

1. Intercepción y evapotranspiración

Intercepción: Parte de la precipitación es retenida por la vegetación y se evapora directamente sin llegar al suelo.
Evapotranspiración real (ETR): GR4J calcula la ETR a partir de la evapotranspiración potencial (ETP) y la disponibilidad de agua en el suelo. Si el suelo está seco, la ETR será menor que la ETP.

2. Almacenamiento de agua en el suelo

GR4J incluye un reservorio de suelo que simula la humedad del suelo. Este reservorio almacena agua que puede ser utilizada para la evapotranspiración o para generar escorrentía.
El modelo divide el almacenamiento en dos componentes:
- Almacenamiento de producción: Controla la generación de escorrentía superficial.
- Almacenamiento de routing: Controla el flujo de agua hacia los ríos y acuíferos.

3. Generación de escorrentía

Escorrentía superficial: Ocurre cuando la precipitación excede la capacidad de infiltración del suelo o cuando el almacenamiento de producción está saturado.
Escorrentía subterránea: Representa el flujo de agua que percola hacia los acuíferos y contribuye al flujo base de los ríos.

4. Transformación de la escorrentía

GR4J utiliza una función de routing para simular el movimiento del agua a través de la cuenca. Esta función representa el tiempo que tarda el agua en llegar al punto de salida de la cuenca.
El modelo incluye un reservorio de routing que retrasa y atenúa el flujo de agua, simulando el efecto de almacenamiento en la cuenca.

5. Flujo base y flujo directo

Flujo base: Representa la contribución del agua subterránea al caudal de los ríos. Es más lento y sostenido en el tiempo.
Flujo directo: Representa la respuesta rápida de la cuenca a eventos de lluvia, como crecidas o inundaciones.

6. Interacción entre procesos

GR4J no solo simula estos procesos de manera aislada, sino que también representa las interacciones entre ellos. Por ejemplo:

Una mayor evapotranspiración reduce la cantidad de agua disponible para la escorrentía.
Un aumento en el almacenamiento del suelo puede retrasar la respuesta de la cuenca a eventos de lluvia.