Embalses, contornos, calidad del agua y riesgo

Estos casos validan componentes del modelo que son importantes para las aplicaciones, pero que es más fácil probar fuera de una simulación completa de cuenca. La lógica es la misma que en el resto de la suite de validación: aislar el proceso, definir claramente la referencia y separar lo que el caso demuestra de lo que no demuestra.

Vaciado del embalse con curva de gasto

El caso VAL-RES-001 aísla la lógica de control del embalse mediante un embalse de área constante y una única curva de gasto en la salida. Sin aporte externo, la referencia exacta es la solución de vaciado de la EDO del almacenamiento.

Caso	RMSE del almacenamiento (m³)	RMSE del caudal de salida (m³/s)	L2 relativo	Error del k recuperado (%)	Residuo de masa (%)
VAL-RES-001	0,2730	4.96 × 10^-5	7.80 × 10^-6	0,0000	4.37 × 10^-13

El caso superó todos los umbrales. La pequeña diferencia de almacenamiento es el error de truncamiento esperado de la integración explícita respecto de la EDO exacta continua. El balance de agua en sí cierra hasta la precisión numérica.

Condición de contorno con hidrograma de entrada

El caso VAL-BC-INFLOW-001 impone un hidrograma triangular conocido en el contorno aguas arriba de un dominio rectangular con momento completo. La referencia es la integral exacta del hidrograma de entrada prescrito. El hidrograma aguas abajo es diagnóstico, porque no se espera una solución analítica de Saint-Venant para el dominio rugoso finito.

Caso	Error del volumen impuesto (%)	Residuo de masa (%)	Pico en la salida (m³/s)	Desfase del pico (min)	Error de magnitud del pico (%)
VAL-BC-INFLOW-001	3.41 × 10^-13	6.44 × 10^-13	7,3771	5,0	7,7862

El caso cumplió los criterios de volumen impuesto y de balance de agua. Al final de la simulación, el volumen de entrada prescrito quedó explicado por el caudal descargado en la salida más el agua que seguía almacenada.

Condición de contorno con hidrograma de nivel

Los casos con hidrograma de nivel prescriben una profundidad sinusoidal en el contorno aguas arriba de un dominio rectangular. En cada paso, las celdas de nivel aguas arriba se restablecen al valor prescrito, el solucionador de enrutamiento seleccionado propaga la perturbación y el balance de agua registra el volumen añadido por el contorno, el volumen en la salida y el almacenamiento restante.

El error de aplicación del nivel prescrito fue nulo hasta la precisión numérica con el enrutamiento de momento completo, inercial local, autómatas celulares, cinemático y difusivo. Las amplitudes de la respuesta aguas abajo variaron según el método, lo cual es esperable porque las ecuaciones de enrutamiento no son las mismas, pero todos los errores del balance de agua se mantuvieron muy por debajo de 0.1 %.

Lectura de rásteres de lluvia espacial

El caso VAL-RAIN-MAP-001 valida la lectura de rásteres, la acumulación temporal, la conversión de unidades y la contabilidad del volumen por celda antes de acoplar los mapas de lluvia al enrutamiento, la infiltración o la ET.

Caso	RMSE por celda (m)	Error máximo por celda (m)	Volumen total (m³)	Error de volumen (%)	Error máximo por paso (%)
VAL-RAIN-MAP-001	0	0	75,3333	0	0

El caso se aprobó de forma exacta. Las láminas acumuladas leídas del ráster coincidieron con la referencia prescrita por celda, y el volumen de cada paso coincidió con la integral analítica.

Calidad del agua

El caso de calidad del agua valida la vía actual de acumulación y lavado basada en masa de HydroPol2D antes de intentar cualquier calibración con polutogramas de campo. La escala de los parámetros sigue la acumulación y el lavado de sólidos suspendidos totales al estilo de SWMM, pero la referencia es un balance de masa analítico y no una simulación numérica de SWMM.

Se usaron tres verificaciones deterministas:

• inicialización de la acumulación en tiempo seco;
• lavado exponencial en una sola celda;
• transferencia y exportación conservativas entre dos celdas.

Caso	RMSE de masa (kg)	Error de exportación (%)	Residuo de masa (kg)	Número de masas negativas
Acumulación en tiempo seco	0	0	0	0
Lavado en una sola celda	4.998 × 10^-7	2.483 × 10^-4	0	0
Transferencia entre dos celdas	6.272 × 10^-8	3.722 × 10^-5	0	0

La validación también reveló un artefacto de implementación: la rutina original de lavado redondeaba la masa de contaminante restante a seis decimales en cada subpaso, lo que generaba un error de masa artificial en las pruebas analíticas. Esa cuantización se eliminó, y las métricas del código actual que se muestran arriba corresponden a la implementación corregida.

Riesgo e inestabilidad humana

El caso de riesgo humano valida el álgebra implementada y la lógica de clasificación, no la predicción de la seguridad pública a escala de campo. Se probaron dos vías activas de HydroPol2D:

• el índice simple de inestabilidad que se usa cuando flag_human_instability = 1;
• el clasificador detallado de equilibrio de fuerzas que se usa cuando flag_human_instability = 3.

Caso	RMSE	Error máximo	Exactitud (%)	Errores en los límites	Número de NaN
Índice simple de inestabilidad	0	0	100	0	0
Clasificador de deslizamiento/vuelco/ahogamiento	0	0	100	0	0

La cuadrícula de casos del clasificador detallado recorrió todas las clases de salida implementadas y coincidió exactamente con la referencia independiente.

Qué respaldan estos casos

Estos casos complementarios respaldan las implementaciones actuales del vaciado de embalses, el tratamiento de los contornos de entrada y de nivel, la lectura de rásteres de lluvia, la contabilidad de la calidad del agua basada en masa y la clasificación del riesgo humano en condiciones controladas.

No sustituyen la calibración de campo, la verificación de los forzamientos específicos de cada sitio ni las pruebas de desempeño con observaciones.