Saltar al contenido principal

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​

CapacidadRuta teórica principalEstado actual
Núcleo hidrológico: intercepción, ET, infiltración, almacenamiento vadoso en capasHydrologic ModelPredeterminado + validado
Acumulación, fusión y sublimación de nieveHydrologic ModelOpcional (apagado hasta que se active) + validado
Recarga subterránea, programador asíncrono, ascenso capilar y flujo lateral de BoussinesqGroundwater ModelPredeterminado + validado
Subsuelo en capas de suelo sobre regolitoSubsuelo en CapasOpcional + paridad de núcleos y pruebas controladas en la cuenca en V
Estrés de Feddes en la absorción de agua por las raícesModelo hidrológicoOpcional + pruebas de consistencia
Acuífero profundo: embalses lineales por subcuenca y su estado inicialModelo de aguas subterráneasOpcional + pruebas del estado inicial con fixtures
Enrutamiento local inertialHydrodynamic ModelPredeterminado + validado
Enrutamiento full momentumHydrodynamic ModelOpcional + validado en benchmarks controlados
Enrutamientos diffusive y kinematic D4Hydrodynamic ModelOpcionales + validados en benchmarks controlados
Cellular automataHydrodynamic ModelOpcional + validado para conservación y bookkeeping
Inestabilidad humana, modos 1 y 3Human InstabilityOpcional + validada en benchmarks controlados
Intercambio río-acuíferoModelo de aguas subterráneasImplementado 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.

Una celda del modelo vista de lado: la lluvia cae sobre el dosel de un árbol y la nieve sobre un manto de nieve; el throughfall, la fusión, la exfiltración y el exceso de saturación alimentan el agua superficial, que se infiltra en la zona vadosa y fluye hacia una celda vecina más baja; la recarga y el ascenso capilar conectan la zona vadosa con el agua subterránea, que fluye lateralmente; flechas grises devuelven vapor a la atmósfera

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:

  1. aplicando la lluvia y los forzantes meteorológicos;
  2. actualizando intercepción, nieve, evapotranspiración, infiltración y almacenamiento vadoso;
  3. acumulando recarga e intercambio capilar para el groundwater;
  4. 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;
  5. aplicando los hidrogramas de entrada y actualizando la familia de enrutamiento activa;
  6. 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.