Estudio comparativo de los métodos tradicionales y el modelo SWAT para la obtención de caudales máximos en la parte alta de la cuenca del río La Leche, Lambayeque

Abstract

Esta investigación se enfocó en realizar una comparación entre métodos tradicionales para el cálculo de caudales máximos (Método Racional Modificado Témez, Método de Análisis Regional, y los Hidrogramas Unitarios de SCS y Snyder), frente al modelo SWAT. Se determinaron las máximas avenidas de la parte alta de la cuenca del río La Leche con cada método y luego se identificó aquel que representó de mejor manera la dinámica hidrológica del río. Se procesaron mapas de delimitación hidrográfica (ANA), topografía (ALOS PALSAR 12.5 m), cobertura vegetal (MINAM) y suelos (FAO). Esta información fue la base con la que se realizó el análisis a una escala espacial semidistribuida. Los datos de caudales se obtuvieron de la estación hidrométrica Puchaca (EHP), la cual tiene registros de caudales promedios diarios hasta el año 2017. Estos datos se analizaron de manera estadística, en la plataforma ANDREA, y se ajustaron a la tendencia histórica para establecer una base de datos fiable para la investigación. Luego, se aplicaron métodos estadísticos para estimar los caudales máximos en periodos de retorno de riesgo bajo (10 y 25 años), medio (50 y 100 años) y alto (1 000 años). Para la caracterización de la lluvia se trabajó con cuatro estaciones meteorológicas (Tocmoche, Puchaca, Cueva Blanca e Incahuasi), estas se seleccionaron debido a su relevancia para la representación de la precipitación en la parte alta de la cuenca. De las estaciones se obtuvieron datos de precipitación acumulada diaria, los cuales se analizaron estadísticamente y se estructuraron en una base de datos. Además, se proyectaron las precipitaciones máximas en 24 horas por análisis de frecuencias, con el programa Hydrognomon, y se generó la tormenta de diseño para cada periodo de retorno definido. Con la información procesada, se calcularon los caudales máximos empleando los métodos tradicionales de análisis de máximas avenidas. En cuanto al modelado hidrológico con SWAT, se realizó con los mapas de topografía, pendientes, uso de tierras (se reclasificó el mapa de cobertura vegetal) y suelos. En el modelo se establecieron criterios hidrológicos adecuados para el estudio y se evaluó su desempeño en base a los datos de caudales procesados. Se determinó que la eficiencia del modelo fue buena (NSE=0.67 a escala mensual en la EHP). Luego, los caudales simulados con SWAT se proyectaron estadísticamente para los periodos de retorno establecidos. Finalmente, del análisis se concluyó que el modelo hidrológico SWAT representó de forma más adecuada el comportamiento hidrológico de los caudales en el río, su aplicación se propone como oportunidad de mejora en la planificación hídrica en nuestro país.

This study aimed to compare traditional methods for estimating peak flows (Modified Témez Rational Method, Regional Analysis Method, and SCS and Snyder Unit Hydrographs) with the SWAT model. Peak discharges in the upper basin of the La Leche River were calculated using each method to determine which best represents the river's hydrological dynamics. Hydrographic boundary (ANA), topographic (ALOS PALSAR 12.5 m), vegetation cover (MINAM), and soil (FAO) maps were collected and processed as the basis for a semidistributed spatial analysis. Flow data from the Puchaca hydrometric station (EHP), which records daily average flows up to 2017, were statistically analyzed using the ANDREA platform and adjusted to historical trends to ensure reliability. Statistical methods were applied to estimate flows for low (10 and 25 years), medium (50 and 100 years), and high (1 000 years) return periods. Rainfall characterization was based on data from four meteorological stations (Tocmoche, Puchaca, Cueva Blanca, and Incahuasi. These stations were selected due to their relevance in representing precipitation in the upper part of the basin. Daily accumulated precipitation data were statistically analyzed and structured into a database. Additionally, maximum 24-hour precipitation values were projected through frequency analysis using the Hydrognomon program, and design storms were generated for each defined return period. Peak flows were calculated using traditional methods, while SWAT modeling incorporated topographic, slope, land use (reclassified vegetation cover), and soil maps. Appropriate hydrological criteria were established, and the model's performance was evaluated based on processed flow data, achieving good efficiency (NSE = 0.67 on a monthly scale at EHP). Simulated flows from SWAT were then statistically projected for the established return periods. The study concluded that the SWAT hydrological model more accurately represents the river's hydrological behavior. Its application is recommended as a tool to enhance water resource planning in the country.