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Predicción estacional para la gestión de embalses

La Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) ha publicado un trabajo de I+D+i denominado “Sistema estadístico de predicción estacional para la gestión de los embalses en España” (Nota técnica 21 de AEMET, 2016). El trabajo se ha desarrollado en el marco del programa EUPORIAS (EUropean Provision Of Regional Impacts Assessments on Seasonal and decadal timescales), proyecto europeo del FP7, como caso de estudio denominado S-ClimWaRe (Seasonal Climate predictions in support of Water Reservoirs management in Spain).

El trabajo se centra en la predicción estadística de las aportaciones a embalses y de la precipitación en los meses de diciembre, enero y febrero (DEF), o bien en los meses desde noviembre hasta marzo (NDEFM), empleando como predictor de las aportaciones y precipitaciones el índice de la NAO (North Atlantic Oscillation), que a su vez es pronosticado haciendo uso, como predictor, de diferentes índices de cobertura de nieve en otoño en el hemisferio norte.

El método planteado combina técnicas de ensemble con el método de k-vecinos para tratar la incertidumbre del pronóstico. Los resultados se ofrecen tanto en modo “determinista” (como media del conjunto de miembros de los ensembles generados para las aportaciones o para las precipitaciones), o bien en modo “probabilista”. Para este último, los resultados se presentan por “terciles”: por encima de lo normal, valores normales, o por debajo de lo normal. Los terciles se generan de forma que la probabilidad climatológica de cada uno de ellos (aportaciones o precipitaciones) sea del 33%. Clasificando los miembros de cada ensemble en los intervalos que corresponden a los terciles climatológicos, se obtiene la probabilidad pronosticada de cada tercil, que será directamente proporcional al número de miembros que contiene.

terciles(Fuente: AEMET, 2016)

La metodología planteada es relativamente sencilla, y está muy bien explicada en el documento. Los resultados son esperanzadores, aunque no ha funcionado de igual manera en todos los casos estudiados (la correlación entre el índice de la NAO y las precipitaciones/aportaciones en invierno no es homogénea en todo el territorio español).

Pero, sobre todo, destacaría que el documento es ilustrativo y didáctico sobre técnicas sencillas de modelización estadística, también sobre el tratamiento de la incertidumbre y su presentación y representación en un contexto de Ayuda a la Decisión.

Además, la metodología propuesta, quizá por su sencillez, es sugerente para ensayar procedimientos similares, quizá con otros predictores y predictandos, o con otros alcances (¿cabría una metodología similar para predicciones de caudal/precipitación a corto-medio plazo, del orden desde horas hasta unos pocos días?). Creo que existen precedentes en ese sentido, aunque quizá de concepción más compleja (p.e. el sistema “Prometeo”, desarrollado en la Universidad de Cantabria, o el downscaling estadístico que, hasta no hace mucho, empleaba la propia AEMET para pronósticos probabilistas).

En resumen, una lectura recomendable. En este enlace puedes acceder al documento PDF.

 

Ayuda a la Decisión y Alerta Temprana

Las cuencas hidrográficas en España están permanentemente monitorizadas por las redes del Sistema Automático de Información Hidrológica (SAIH), gestionadas por las Confederaciones Hidrográficas con la coordinación y el impulso de la Dirección General del Agua (DGA), al menos hasta que la presente crisis económica dejara la explotación y mantenimiento de los SAIHs bajo mínimos, y a la DGA sin apenas margen de maniobra para ejercitar ese impulso y coordinación, al menos en el aspecto económico (pero eso será, si acaso, objeto de otro artículo de este Blog).

El SAIH permite disponer en tiempo cuasi-real (en intervalos de entre 5 y 15 minutos que, a efectos hidrológicos, permiten hablar plenamente de tiempo real) de información de variables hidrometeorológicas (precipitación, temperatura, algunas otras variables meteorológicas y nivel de agua en los ríos) y de variables de explotación de infraestructuras hidráulicas (niveles de embalses y canales, posición de compuertas, caudales en conducciones, etc.), en un amplio conjunto de estaciones o puntos de control distribuidos por toda la cuenca.

Esta información se ve complementada por otros datos e informaciones procedentes de otros organismos, en especial de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET), que proporciona datos de sus propias redes de estaciones termo-pluviométricas o meteorológicas, datos e imágenes de la red de radares meteorológicos, imágenes del satélite Meteosat y, muy importante, los conjuntos de datos de pronósticos meteorológicos. También es frecuente que al SAIH se incorpore información de concesionarios, especialmente hidroeléctricos.

Por tanto, en un sistema como el SAIH se maneja un enorme volumen de datos e información: datos hidrometeorológicos en tiempo real, pronósticos meteorológicos, datos de explotación de las infraestructuras y de organismos y fuentes externas. Con todo ello, es frecuente encontrarse con datos contradictorios o dudosos, huecos en las secuencias de datos, etc. Además, varias herramientas tecnológicas operan sobre todos esos datos, generando nueva información que se superpone a la anterior: modelos, sistemas de información geográfica (SIG), series de variables calculadas, etc. Y, simultáneamente, existe también una fuerte demanda de información, tanto interna (Dirección y otras Áreas y Servicios de la propia Confederación Hidrográfica), como externa (Protección Civil, Ayuntamientos, particulares, etc.). Si añadimos que todo ello se da en un contexto de emergencia, se comprende a la perfección la imperiosa necesidad de gestionar la información adecuadamente y a los niveles apropiados, así como las dificultades del proceso de toma de decisiones.

informacion_desestructurada
La información abundante y desestructurada es difícil de interpretar y causa confusión

La gestión de la información, de forma que permita validarla, estructurarla, sintetizarla y visualizarla de forma eficaz e inteligible, y en tiempo real, transformando los datos en conocimiento, es lo que constituye el Sistema de Ayuda a la Decisión (SAD).

Esquema conceptual de un SAD
Esquema conceptual de un SAD

El SAD no debe entenderse como un determinado modelo de simulación, o una aplicación informática en concreto. Es, en realidad, un entorno de trabajo en el que intervienen elementos tecnológicos en interacción con un equipo humano, que permite pasar de los datos al conocimiento, de las preguntas a las respuestas, de los objetivos a las decisiones.

Es imprescindible, por muy avanzado y potente que sea el SAD desde el punto de vista tecnológico, la intervención de un equipo humano cualificado y con experiencia. Además, debe estar siempre en un proceso continuo de mejora, de la mano de un entrenamiento continuo. El SAD no debe “ponerse en marcha” sólo en situaciones de emergencia (de ser así no se conseguirían resultados eficaces), sino que debe estar funcionando en línea y en continuo, haciendo regularmente los procesos de validación de datos, síntesis y visualización de la información y elaboración de predicciones, aún fuera de episodios de crecidas.

El SAD debe interactuar con varias herramientas y fuentes de datos en el entorno del SAIH (SCADA, validación de datos, pronósticos meteorológicos, modelos, SIG, etc.). Por tal motivo, debe disponer de las interfaces necesarias para comunicarse e interactuar con cada una de ellas. De forma simplificada, cabría también ver el SAD como un integrador de herramientas y datos en tiempo real.

Es importante destacar que la elección de un determinado entorno informático gestor o integrador no es el elemento fundamental para el diseño e implantación del SAD. La gestión de datos diaria en un SAIH, su validación, la selección de parámetros fundamentales para los modelos hidrológicos-hidráulicos, el funcionamiento interno del sistema y la evaluación de prioridades para ayudar en la toma de decisiones, son las labores fundamentales que dependen de la experiencia y formación de los técnicos responsables (hidrólogos) y que no deben quedar enmascaradas en un debate sobre entornos o soluciones concretas de software. De hecho, existen diferentes alternativas (incluyendo desarrollos ad-hoc), todas ellas válidas para la implantación de un SAD. De tales diferentes alternativas existen, o han existido (algunas no han superado la penuria económica de estos últimos años), ejemplos en el conjunto de las Confederaciones Hidrográficas.

El mayor o menor éxito de las diferentes implantaciones de SADs en los SAIHs ha dependido, en opinión del que esto escribe, más bien de la adecuada dotación del equipo humano de hidrólogos para la gestión del sistema y, muy importante, del acierto en los objetivos y diseño del mismo, más que en las diferentes prestaciones de las soluciones concretas de software a implantar. También se han dado casos de pretender obtener resultados en breve plazo, y con requerimientos de precisión que están muy lejos de lo que razonablemente se puede conseguir con los pronósticos hidrológicos (especialmente en cuencas pequeñas no reguladas y sin información de “aguas arriba”, pero eso quizá sea objeto de otro artículo de este Blog).

Así las cosas, actualmente son varias las Confederaciones Hidrográficas que disponen de un SAD implantado (al menos en su parte tecnológica, de programas y herramientas de software), pero en tan solo una de ellas (la del Ebro) el sistema está suficientemente maduro como para que sus previsiones sean tenidas en cuenta por los servicios de explotación de la Confederación en situación de avenida, y como para difundir públicamente las previsiones de caudales en la red hidrográfica (al menos en una determinada serie de puntos). En otros casos, el SAIH, por supuesto, aporta una información valiosa basada esencialmente en la información en tiempo real. No obstante, la capacidad de generar pronósticos y de anticiparse así a “lo que podría pasar”, dentro de una incertidumbre razonable, es uno de los principales elementos de valor añadido que puede generar un SAIH, y no debemos conformarnos con que sean meros recolectores de datos.

Para ello, sería bueno potenciar la componente hidrológica de los equipos de explotación del SAIH, en la medida de lo posible con personal de la propia Confederación Hidrográfica, que deberá recibir una adecuada formación para su especialización en las materias implicadas en el SAD, y con el refuerzo, allí donde sea necesario, de personal especializado de las empresas adjudicatarias de la explotación del SAIH.