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La fascinante historia del modelado de flujo: ¿Sabe cómo modelar el agua subterránea en la arena?
Los modelos de flujo son una forma de simplificar los sistemas del mundo real, que pueden incluir agua superficial, agua del suelo, humedales o agua subterránea. Estos modelos desempeñan un papel importante en la comprensión, predicción y gestión de los recursos hídricos. El modelado de flujo no sólo se centra en el flujo de agua, sino que también implica el estudio de la calidad del agua.
La era de los modelos analógicos
Antes de la llegada de los modelos informáticos, el modelado hidrológico se basaba principalmente en modelos analógicos para simular sistemas de flujo y transporte. A diferencia de los modelos matemáticos que utilizan ecuaciones, los modelos analógicos utilizan métodos no matemáticos para simular fenómenos hidrológicos. Hay dos tipos principales de modelos de analogía comunes: modelos de analogía a escala y modelos de analogía de procesos.
Los modelos a escala proporcionan una manera conveniente de visualizar y reproducir procesos físicos o químicos a menor escala.
Modelo analógico a escala
Los modelos a escala se pueden construir en una, dos o tres dimensiones y están diseñados para describir condiciones iniciales y de contorno específicas. Estos modelos suelen utilizar materiales con propiedades físicas similares a las de la naturaleza, como la gravedad y la temperatura. No obstante, mantener ciertas propiedades en sus valores naturales puede llevar a predicciones erróneas porque propiedades como la viscosidad, la fricción y el área de superficie deben ajustarse para mantener el flujo y el comportamiento de transporte adecuados.
Modelo de analogía de procesos
Los modelos analógicos de procesos se utilizan para representar el flujo de fluidos en hidrología. Utilizan las similitudes entre la ley de Darcy, la ley de Ohm, la ley de Fourier y la ley de Fick para simular el flujo. Estas analogías permiten a los investigadores comprender de manera más intuitiva el movimiento de los fluidos y sus propiedades.
Un modelo analógico de proceso temprano es un modelo de red eléctrica compuesto de resistencias, que puede simular efectivamente el flujo de agua subterránea.
Desarrollo de modelos estadísticos
Los modelos estadísticos son modelos matemáticos que se utilizan ampliamente en hidrología para describir datos y relaciones entre datos. A través de métodos estadísticos, los hidrólogos pueden establecer relaciones empíricas entre variables observadas, descubrir tendencias en datos históricos o predecir posibles lluvias intensas o sequías.
Análisis de impulso estadístico y valores extremos
El impulso estadístico, como la media, la desviación estándar, la asimetría y la curtosis, se utilizan para describir el contenido informativo de los datos. Estos impulsos se pueden utilizar para determinar distribuciones de frecuencia apropiadas y, por tanto, como modelos probabilísticos. El análisis de valores extremos se centra específicamente en las colas de las distribuciones para identificar la probabilidad y la incertidumbre de eventos extremos.
El auge de los modelos basados en datos
Con el avance de la ciencia y la tecnología, han surgido modelos basados en datos en hidrología. Estos modelos proporcionan una forma más flexible de analizar y predecir diversos aspectos de los procesos hidrológicos. Estos modelos aprovechan técnicas como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático para aprender patrones y dependencias complejos a partir de datos históricos.
La popularidad de los modelos basados en datos ayuda a mejorar la previsión, la toma de decisiones y la gestión de las estrategias de gestión de los recursos hídricos.
Aplicación del modelo conceptual
Los modelos conceptuales utilizan conceptos físicos para representar sistemas hidrológicos y definir relaciones entre componentes importantes del modelo. Estos modelos suelen relacionar las entradas hidrológicas con las salidas y describen las funciones principales del sistema.
Conclusión
El desarrollo de modelos de flujo de agua, desde modelos analógicos hasta modelos basados en datos, muestra el proceso de evolución continua de la hidrología con el avance de la ciencia y la tecnología. Estos modelos no solo mejoran nuestra comprensión de los recursos hídricos sino que también nos ayudan a prepararnos mejor para futuros desafíos hídricos. En medio de cambios tan constantes, ¿podemos hacer predicciones correctas sobre el desarrollo futuro de la hidrología?
