Resumen matemático
La sección de teoría es la referencia principal para las ecuaciones y la estructura de los módulos de HydroPol2D. Su objetivo es describir las formulaciones implementadas sin mezclar detalles de configuración ni narrativa de estudios de caso.
HydroPol2D acopla:
- intercepción, evapotranspiración, infiltración, nieve y almacenamiento vadoso;
- recarga subterránea en capas, ascenso capilar y flujo lateral de Boussinesq;
- múltiples familias de enrutamiento superficial;
- transporte de calidad del agua;
- diagnósticos opcionales de inestabilidad humana.
Capacidades y madurez
| Capacidad | Ruta teórica principal | Estado actual |
|---|---|---|
| Núcleo hidrológico: intercepción, ET, infiltración, almacenamiento vadoso en capas | Hydrologic Model | Predeterminado + validado |
| Acumulación, fusión y sublimación de nieve | Hydrologic Model | Opcional (apagado hasta que se active) + validado |
| Recarga subterránea, programador asíncrono, ascenso capilar y flujo lateral de Boussinesq | Groundwater Model | Predeterminado + validado |
| Subsuelo en capas de suelo sobre regolito | Subsuelo en Capas | Opcional + paridad de núcleos y pruebas controladas en la cuenca en V |
| Estrés de Feddes en la absorción de agua por las raíces | Modelo hidrológico | Opcional + pruebas de consistencia |
| Acuífero profundo: embalses lineales por subcuenca y su estado inicial | Modelo de aguas subterráneas | Opcional + pruebas del estado inicial con fixtures |
| Enrutamiento local inertial | Hydrodynamic Model | Predeterminado + validado |
| Enrutamiento full momentum | Hydrodynamic Model | Opcional + validado en benchmarks controlados |
| Enrutamientos diffusive y kinematic D4 | Hydrodynamic Model | Opcionales + validados en benchmarks controlados |
| Cellular automata | Hydrodynamic Model | Opcional + validado para conservación y bookkeeping |
Inestabilidad humana, modos 1 y 3 | Human Instability | Opcional + validada en benchmarks controlados |
| Intercambio río-acuífero | Modelo de aguas subterráneas | Implementado en Python y MATLAB + pruebas controladas de agua subterránea |
Mapa de la teoría
1. Procesos hidrológicos
Las páginas hidrológicas documentan cómo HydroPol2D reparte la entrada atmosférica en almacenamiento en el dosel, throughfall, infiltración, evapotranspiración, acumulación y derretimiento de nieve, almacenamiento vadoso, recarga y retroalimentación del groundwater.
Figura 1. Los almacenamientos y flujos de una celda del modelo (sin escala). Las flechas azules llevan agua líquida y las grises, vapor; solo la lluvia pasa por el dosel, y la fusión va directa al agua superficial.
2. Acoplamiento del groundwater
La teoría del groundwater documenta la ruta actual de recarga en capas, el ascenso capilar opcional, el programador asíncrono, la exfiltración y el flujo lateral bidimensional de Boussinesq cuando el baseflow está activo. El subsuelo en capas opcional reemplaza el acuífero limitado al suelo por una columna de suelo sobre regolito, y el acuífero profundo opcional añade embalses lineales lentos por subcuenca.
3. Enrutamiento superficial
HydroPol2D documenta hoy cinco familias principales de enrutamiento:
- local inertial;
- full momentum;
- diffusive D4;
- kinematic D4;
- cellular automata.
Solo una formulación principal debe estar activa por simulación. D8 permanece como una ruta secundaria.
4. Inestabilidad humana
La inestabilidad humana es un diagnóstico de riesgo acoplado, impulsado por las profundidades y velocidades producidas por HydroPol2D. La teoría pública actual incluye el modo 1, basado en equilibrio de fuerzas, y el modo 3, basado en clasificación geométrica.
5. Calidad del agua
La teoría de calidad del agua documenta el buildup, el washoff, el transporte y la exportación de constituyentes dentro de la misma estructura de enrutamiento distribuido usada para el movimiento del agua.
Acoplamiento numérico
A nivel general, HydroPol2D avanza el sistema acoplado:
- aplicando la lluvia y los forzantes meteorológicos;
- actualizando intercepción, nieve, evapotranspiración, infiltración y almacenamiento vadoso;
- acumulando recarga e intercambio capilar para el groundwater;
- cambiando las cargas del nivel freático en cada paso del agua superficial según el intercambio neto y devolviendo la exfiltración y el exceso de saturación a la superficie; el programador del agua subterránea es siempre asíncrono, y solo el flujo lateral del agua subterránea, cuando está activo, lo espera;
- aplicando los hidrogramas de entrada y actualizando la familia de enrutamiento activa;
- actualizando la calidad del agua y los diagnósticos opcionales.
Esa estructura secuencial es la que conecta las páginas individuales de teoría en un solo modelo.