i-Tree Hydro

Descripción general de la aplicación

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i-Tree Hydro es una herramienta flexible para usuarios interesados en análisis comparativos de diferentes escenarios de cobertura de la tierra y sus impactos hidrológicos a diferentes escalas. Esta herramienta pretende ser lo suficientemente simple para que los no expertos puedan utilizarla, pero lo suficientemente robusta como para proporcionar una primera impresión defendible del impacto hidrológico potencial de los cambios en la cubierta terrestre.

¿Qué es Hydro?

Hydro es una aplicación de escritorio autónoma diseñada para simular los efectos de los cambios en la cubierta arbórea urbana y las superficies impermeables en el ciclo hidrológico, incluyendo el flujo de los arroyos y la calidad del agua, tanto para las cuencas hidrográficas como para las áreas no hidrográficas. Es el primer modelo de hidrología urbana específica para la vegetación, desarrollado para modelar los efectos de la vegetación urbana de modo que los administradores de recursos naturales y los planificadores urbanos puedan cuantificar los impactos de los cambios en la cubierta arbórea e impermeable sobre la hidrología local para ayudar en las decisiones de gestión y planificación.

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Hydro es una combinación de dos módulos. Un módulo base diseñado para simular cambios horarios en el flujo del arroyo debido a cambios en las características del árbol urbano y de la cubierta impermeable y un módulo de calidad del agua que utiliza los resultados del programa base para simular cambios en la calidad del agua.

La facilidad de uso guía el desarrollo de i-Tree Hydro. Los requisitos de datos pueden satisfacerse utilizando conjuntos de datos precargados y de libre acceso, y la flexibilidad del modelo permite evaluar tanto las áreas de cuencas hidrográficas como las que no lo son. La navegación por la configuración del proyecto se simplifica con pasos claros, texto de ayuda integrado en una interfaz fácil de usar y texto de ayuda adicional en línea. La comprensión y el uso de los resultados del proyecto se facilita con un Resumen Ejecutivo, varias opciones de informes y la capacidad de exportar los resultados.

Características de i-Tree Hydro V5

La última versión de Hydro ofrece varias características que extienden el uso de Hydro más allá de la cuenca hidrográfica hasta la escala de la ciudad. Estas son algunas de las características que encontrará en i-Tree Hydro versión 5:

  • Los usuarios pueden ahora seleccionar una ciudad de los Estados Unidos y simular cualitativamente los cambios en el flujo y la calidad del agua, modelando los cambios en el árbol y en la cubierta impermeable y considerando los cambios relativos en las predicciones entre escenarios.
  • Los índices topográficos de ciudades, condados, estados y cuencas hidrográficas de los Estados Unidos ya están disponibles, lo que elimina la necesidad de conocimientos de SIG para producir e importar un modelo de elevación digital.
  • Un nuevo informe de resumen ejecutivo de Hydro (Hydro Report Example) proporciona una rápida instantánea de los resultados de la simulación del modelo.
  • Las flexibilidades gráficas mejoradas y las opciones de exportación soportan los resultados de la simulación de modelos.
  • Los datos meteorológicos y de flujo de vapor de los Estados Unidos están ahora disponibles para el período 2005 - 2012.
  • Una herramienta de auto-calibración permite que las cuencas sean modeladas cuantitativamente encontrando un conjunto de parámetros que efectivamente empareje el flujo de arroyo predicho con el flujo de arroyo observado para las condiciones de la cuenca del caso base (corriente).
  • Un panel de ayuda dinámico y fácil de usar explica la terminología y guía a los usuarios a través de todo el proceso de modelado.
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i-Tree Hydro V6 Beta

Actualmente en desarrollo, i-Tree Hydro V6 beta incluye una serie de mejoras basadas en desarrollos de investigación y en la información que hemos recibido de una amplia base de usuarios. Estas son algunas de las mejoras que encontrará en i-Tree Hydro versión 6.

En la versión beta actual*:

  • Gráficos de salida para procesos hidrológicos específicos (anteriormente sólo en el fondo de las simulaciones hidrológicas), incluyendo intercepción, infiltración, evapotranspiración, y más.
  • Se pueden almacenar más de 2 escenarios de cobertura del suelo dentro de un proyecto y modificarlos dentro de la misma ventana, lo que facilita la organización y el seguimiento de múltiples comparaciones.
  • Cada escenario puede ser emparejado con un conjunto de parámetros único, lo que aumenta enormemente la flexibilidad del modelo para comparar sutil o drásticamente diferentes escenarios de cobertura del suelo.
  • Se puede establecer un conjunto único de valores de coeficientes de contaminantes (Concentración Media de Eventos) y aplicarlos a los proyectos como base para las predicciones de la calidad del agua, en lugar de utilizar el promedio nacional de los Estados Unidos.
  • Diseño de software actualizado y mejorado para la interfaz de usuario y el programa modelo backend.

Previsto para futuras actualizaciones de V6:

  • Los tipos de cobertura de terreno de infraestructura verde se incluyen con una parametrización única para pozos de árboles, jardines de lluvia, techos verdes, barriles de lluvia y pavimento poroso. A través de estas clases, también se pueden simular otros tipos de infraestructura verde, incluyendo bioescuelas, cuencas de bioretención y corredores verdes.
  • Herramienta de diseño de lluvia para simular tormentas utilizando datos regionales de la NOAA y curvas de intensidad-duración-frecuencia (IDF) para los Estados Unidos.
  • Herramienta de Número de Curva para la predicción simple de escorrentía usando el método NRCS TR-55 basado en estudios de hidrología de pequeñas cuencas, y comparación incorporada de los resultados del modelo de Número de Curva y del modelo Hidroeléctrico.
  • Simulaciones basadas en el clima para evaluar el impacto de los cambios en la cubierta terrestre dentro de los 25 años anteriores y las condiciones climáticas proyectadas para el futuro, basadas en el modelo internacional NARCCAP de alta resolución.
  • Parámetros de suelo localizados precargados a partir de datos de NRCS SSURGO para todo Estados Unidos.
  • Coeficientes de contaminantes localizados precargados basados en investigaciones recientes del Servicio de Investigación Agrícola del USDA y de los desarrolladores de modelos hidroeléctricos.

* Status de desarrollo de la versión 6: Los cambios con el equipo de investigación que trabaja en el modelo Hydro retrasaron ciertas características y ampliaron el período de desarrollo de la nueva versión actualizada 6 de i-Tree Hydro. Una versión beta pública de i-Tree Hydro v6 está disponible como parte de i-Tree Suite desde noviembre de 2017. Se necesitan meses adicionales de trabajo para sacar a la herramienta del estado beta. Las características de la infraestructura verde requieren un mayor desarrollo y revisión por parte de los pares y, por lo tanto, es probable que tarden más tiempo en estar disponibles y fuera del estado beta.

Recursos de Aprendizaje Hidráulico y Preguntas Frecuentes

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¿Qué me dirá Hydro?

Dados los diversos cambios en las características de los árboles y de la cubierta impermeable proporcionados por los usuarios, Hydro cuantificará e ilustrará los cambios totales y horarios en el flujo de los arroyos y en la calidad del agua. Los datos se presentarán en resúmenes tabulares así como a través de gráficos (hidrogramas o gráficos de barras) que ilustran los cambios entre el caso base (condiciones como están ahora) y un caso alternativo especificado por el usuario.

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La mayoría de las salidas de Hydro también se pueden exportar como imágenes o tablas. Con los resultados de Hydro en tablas detalladas, los usuarios pueden hacer su propio post-procesamiento para presentar una variedad de escenarios en diferentes formatos. A continuación se presentan algunos ejemplos de análisis hidrológicos preparados por el Servicio Forestal del USDA mediante el procesamiento posterior de los resultados hidrológicos exportados de muchas simulaciones.

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Comparación de 3 escenarios de cambio de la cubierta terrestre en términos de efectos sobre el flujo total y los componentes del flujo.

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Un gradiente de escenarios potenciales de cobertura de la tierra en una cuenca hidrográfica de Washington, D.C.

y el impacto relativo en el flujo total anual del arroyo en comparación con las condiciones actuales.

¿Por qué es importante la información producida por Hydro?

La urbanización altera significativamente los caudales de los cursos de agua y la calidad del agua debido al aumento de las superficies impermeables, al aumento de los contaminantes emitidos por diversas fuentes y a la disminución de la cubierta vegetal natural. Estos cambios conducen a un aumento de la escorrentía y de la velocidad del flujo de los arroyos después de las tormentas, a problemas potenciales de inundación y a una peor calidad del agua que afecta la salud y el bienestar de los seres humanos.

A través de la Ley de Agua Limpia, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha designado varios requisitos de calidad del agua que afectan a los administradores de la ciudad. Dado que los árboles afectan al medio ambiente, la capacidad de cuantificar estos efectos podría conducir a la incorporación de estrategias de gestión de la vegetación urbana (y financiación potencial) para ayudar a cumplir con estas regulaciones ambientales. Los árboles urbanos pueden ser utilizados potencialmente para cumplir con las regulaciones de agua limpia asociadas con Cargas Diarias Máximas Totales (TMDLs) y programas de aguas pluviales.

¿Cómo puede Hydro ayudar a los gestores de recursos naturales urbanos y a los planificadores urbanos?

El modelo Hydro podría utilizarse para explorar cómo las diversas mejores prácticas de gestión (incluida la silvicultura urbana) afectan a la calidad del agua. Además, al alterar las entradas de precipitación para simular tormentas de varias intensidades, el modelo puede usarse para evaluar cómo las prácticas de manejo pueden afectar las respuestas locales de los arroyos a las tormentas. Los resultados de los modelos pueden utilizarse para informar la gestión de los bosques urbanos y la planificación y el diseño urbanos para ayudar a mejorar la calidad del agua y reducir el riesgo de inundaciones.

Modelos alternativos de aguas pluviales

Existe una amplia variedad de modelos de aguas pluviales con diferentes características. i-Tree Hydro se centra en ser un modelo hidrológico flexible y fácil de usar que simula explícitamente los efectos hidrológicos de los árboles. Otras características útiles de modelado que aún no están disponibles en Hydro se pueden encontrar en herramientas similares. Estas características incluyen escenarios de cambio climático, tormentas de diseño y estimaciones de los costos y efectos del desarrollo de bajo impacto. Si esas características son importantes para un proyecto que usted está modelando, el programa de la EPA de EE.UU. es fácil de usar Calculadora Nacional de Aguas Pluviales (SWC) o su subyacente, más avanzado Modelo de Gestión de Aguas Pluviales (SWMM) puede ser usado.

¿Quién desarrolló Hydro?

El modelo i-Tree Hydro fue desarrollado originalmente por los doctores Jun Wang SUNY College of Environmental Science and Forestry (SUNY-ESF), Ted Endreny (SUNY-ESF) y David J. Nowak, Servicio Forestal del USDA, Estación de Investigación del Norte (USFS-NRS). El código modelo ha sido mejorado e integrado en i-Tree basándose en el trabajo de Megan Kerr (Davey Institute), Yang Yang (SUNY-ESF), Sanyam Chaudhary (Syracuse University), Rahul Kumbhar (Syracuse University), Yu Chen (Syracuse University), Thomas Taggart (SUNY-ESF), Shannon Conley (SUNY-ESF), Yu Chen (Yu Chen University), Pallavi Iyengar (Universidad de Siracusa), Jeevitha Royapathi (Universidad de Siracusa), Robert Coville (Instituto Davey), Isira Samarasekera (Universidad de Siracusa), Vamsi Kodali (Universidad de Siracusa), Sunit Vijayvargiya (Universidad de Siracusa), Sneha Patil (Universidad de Siracusa), Akshay (Universidad de Siracusa) y Arpit Shah (Universidad de Siracusa). Los cálculos del Índice Topográfico han sido mejorados con algoritmos desarrollados para WhiteBox GAT (Lindsay, 2016) con permiso de su creador John Lindsay, PhD (University of Guelph).

Muchas otras personas han contribuido al diseño, desarrollo, proceso de pruebas y texto de ayuda, incluyendo a Andrew Lee (SUNY-ESF), Robert Hoehn (USDA Forest Service), Tian Zhou (SUNY-ESF), Scott Maco (Davey Institute), Mike Binkley (Davey Institute), Lianghu Tian (Davey Institute), David Ellingsworth (Davey Institute), Alexis Ellis (Davey Institute), Allison Bodine (Davey Institute), Dr. Jim Fawcett (Universidad de Syracuse), y Emily Stephan (SUNY-ESF). El manual original fue escrito y diseñado por Kelaine Vargas (Davey Institute), y ha sido actualizado por Robert Coville (Davey Institute).

Última modificación: 29 de Mayo de 2019