Interfaz de proceso 153

El programa MHAx toma sus datos de un formulario principal de ejecución y de diferentes ficheros de entrada, y muestra sus resultados de forma visual, mediante gráficos, y en diferentes ficheros de salida.

De forma estándar necesita como datos de entrada 4 ficheros de datos (especificaciones, series, configuración y calibración, todos con extensión .dat), así como los parámetros de la ejecución requeridos en el formulario.

154 Como salidas devuelve distintos ficheros, según el problema que se analice y la modalidad de cálculo, así como visualizaciones en pantalla, etc.

El programa admite el análisis sucesivo de varios casos (p.e. estaciones) en una única ejecución, permitiendo el filtrado de casos y del periodo de datos, e incluyendo procedimientos refinados para funciones objetivo y autocalibración.

La ejecución puede hacerse en modo directo, con los parámetros dados, o en modo de calibración, con parámetros que se optimizan automáticamente.

La figura adjunta muestra la interfaz del metamodelo MHAx (modelación hidrológica agregada extendida), con los diferentes controles y ventanas de resultados.

Figura 49. Interfaz principal de MHAx

Como se ha apuntado, en su estado de desarrollo actual el metamodelo incorpora diferentes modelos hidrológicos agregados a escala mensual y diaria, así como otras utilidades para análisis hidrológicos y estadísticos, algunas de las cuales han sido utilizadas en los análisis que siguen.

En definitiva, partiendo del código inicial preexistente y considerando las sucesivas mejoras incorporadas, se dispone en la actualidad de un código plenamente operativo para diferentes funcionalidades y en fase experimental para otras. Los análisis de modelación hidrológica expuestos en esta tesis se han llevado a cabo con este código en su versión más reciente. Su progresiva ampliación y puesta a punto requiere en todo caso de la programación de pruebas y depuraciones adicionales, antes de poder ser considerado como suficientemente estable y susceptible de un uso abierto y generalizado.

155 No es objeto de esta tesis la descripción detallada de MHAx, pero si resulta conveniente examinar algunas de sus salidas, relevantes para el análisis de modelos objeto de la tesis. Las cajas de la parte superior de la pantalla contienen distintas especificaciones y botones de acceso a los diferentes ficheros tanto de especificaciones como de entradas y salidas de cálculo. Incluye también en el ángulo superior derecho una consola de seguimiento y control de las ejecuciones. Los gráficos del formulario pueden cambiar según el tipo de modelo o análisis de sensibilidad realizado. Además de este formulario, puede desplegarse otro (VerSal) específico para algunos procesos.

Para los modelos con calibración, en la ventana de texto o consola g8 se muestran los

parámetros empleados, los intervalos dados, su resolución, y [ si se toca el límite inferior del intervalo y ] si se toca el superior. Otros modelos o utilidades sin calibración pueden ofrecer salidas específicas que se describirán en cada caso concreto. Los resultados estándares para modelos conceptuales son los descritos seguidamente para las ventanas gráficas mostradas. Estas ventanas se presentan en dos pantallas distintas: la de calibración y la de análisis de sensibilidad, con los contenidos que se describen seguidamente.

Pantalla de calibración

En la ventana grafica 1, g1, se muestran las series observada y calculada. Pueden

representarse o no los valores ausentes (codificados como xmis) según se marque la casilla del formulario. El eje es mas grueso en el subperiodo de calibración empleado, lo que permite verlo. El eje es el nivel correspondiente al cero (permite ver series con valores positivos y negativos. Esto no serán series de datos hidrológicos de lluvia o caudal, pero si pueden ser, p.e., series transformadas estadísticas, etc.). En g1, si se elige zoom de series originales con datos periódicos (p.e. mensuales), entonces elige automáticamente el periodo mínimo de datos enteros (con años completos) que incluye la ventana elegida. Siempre se redondea la ventana y sus cálculos (p.e. fac, etc) a años completos.

Además del ajuste esta ventana permite observar el régimen de la estación: intermitente, muy periódica, irregular, con memoria y ciclos de agotamiento más allá del año, etc.

En la ventana grafica g2, se muestra la serie de errores y distintos estadísticos de esta serie. Para los errores ponderados, se muestran sus valores mínimo y máximo, y para los errores restantes tras los iniciales suprimidos (>nsup) su media, desviación típica, estadístico t de significación de media nula y estadístico t de significación de tendencia lineal. Para estos dos

g1 g2 g7 g5 g4 g3 g8 g9 g6 g10 g12 g11

156 estadísticos, si su valor absoluto es aprox. <2, entonces no puede rechazarse la hipótesis de que la serie tiene media nula o no tendencia, respectivamente, a niveles de significación del 5%. Si es >2, entonces la media no es nula y existe tendencia. En este caso, se marcará un asterisco * por cada test excedido, lo que resulta útil para ver rápidamente si hay alguna anomalía. Los valores tnul y ttrend soportan datos ausentes (los identificados como xmis en la serie obs).

La aparición de tendencias en los errores podría revelar problemas de no estacionariedad en los parámetros del modelo debidos a cambios ambientales.

Debe tenerse presente que los valores que se muestran en g2 no son de los errores calc-obs, sino de los errores ponderados. Si todos los coefs de ponderación son 1, entonces si serán los errores reales.

Además, no se muestran los resultantes de transformación logarítmica o de raiz cuadrada, sino siempre los datos originales. Los test de media y tendencia nula ofrecidos se refieren a los datos originales, no a los empleados en la calibración (por lo que es probable que con transf. log o raíz cuadrada la media no sea nula).

Si se elige gráfico logarítmico, puede observarse como son las curvas de agotamiento, que deben aparecer como líneas rectas. Para encontrar los periodos de agotamiento (mas secos) puede utilizarse la curva de desviaciones unitarias acumuladas, que se dibuja si se ha especificado en config.dat, y haciendo zoom logarítmico a estos periodos secos. Podría verse si hay 1 ó 2 ramas de agotamiento, etc.

En las ventanas gráficas g3 y g4 se muestran en gráfico XY los valores calculados frente a los observados y los errores. En g3 se representa además la recta de 45º indicativa de ajuste perfecto.

En la g5 se muestran las series acumuladas observadas y calculadas.

La ventana g7 muestra la FD empírica de los errores en papel normal y el ajuste teórico

resultante, junto con unos intervalos de confianza aproximados del 95%. Ello permite ver si la hipótesis de normalidad de errores es o no admisible. La representación de errores ausentes (dato observado ausente, codificado como xmis) se controla con el chequeo de Ausentes del formulario.

En las ventanas gráficas g8 y g9 se muestran las medias y dtips y sus interv. de confianza aproximados del 95% para las series observada y calculada. Esto permite ver si están encajadas, en el caso estacional que meses o periodos tienen buen o mal ajuste, etc. El cero se traza como línea horizontal blanca, pero puede no ser visible, dado que se muestra siempre solo la ventana de interés (máximo-mínimo, con un pequeño marco envolvente).

Además del ajuste puede verse el régimen de caudales, sus puntas estacionales, etc.

La ventana g6 muestra las FAC y FACP de la serie de errores, soportando datos ausentes,

junto con sus intervalos aproximados de confianza. Es una representación gráfica de la información ofrecida en el fichero fac.sal, accesible desde el formulario.

En g11 se muestra la barra de ponderadores estacionales o ecualización de la calibración.

Pantalla de análisis de sensibilidad

Para los modelos con calibración automática, si se ha especificado en el formulario ejecución de Análisis de Sensibilidad, tras la pantalla de calibración se mostrará la de análisis de sensibilidad o análisis estructural, con la misma consola pero con los diferentes resultados gráficos siguientes.

157 En la ventana g1 o de sensibilidad ordinaria se muestra la sensibilidad (derivada) de las salidas respecto a variación de parámetros. Sus valores numéricos son los del fichero ansMso.sal. En esta ventana se dibuja también, con trazo discontinuo, la serie calculada.

En g2 se muestra la sensibilidad normalizada o relativa (equivalente a la elasticidad en economía) representándose las variaciones porcentuales relativas debidas a cada parámetro (% de variac. de las salidas para un 1% de variación del parámetro). Su inspección permite ver si se afecta positiva o negativamente, si afecta a los valores altos o bajos o es igual, etc. Los parámetros más sensibles son aquellos que deben calibrarse con más finura y son los que mas influyen en las salidas del modelo. Los valores numéricos están en el fichero ansMsn.sal. En g3 y g4 se muestran los valores de la FO. en ventana relativa (valores escalados para cubrir la ventana) y en ventana absoluta (valores reales), para variaciones del parámetro en el entorno del óptimo. En g3 se muestran también los nombres de los parámetros en sus colores de representación.

Puede verse el efecto de la diferencia finita empleada para el cálculo de derivadas y la sensibilidad de los distintos parámetros según la curvatura de la f.o. (absoluta). Si se reejecuta con ncs grande (p.e. 10 ó 20) entonces toma una diferencia alta (10 ó 20 veces el irpar), con lo que el mínimo del gráfico se ve más claramente. Con la diferencia inicial (ncs=1) el zoom es muy grande, y puede no apreciarse el mínimo local. Si se aprecia este mínimo indica que está bien capturado, aún en ventana con escala de mucho detalle. Siempre se representan los valores de la f.o. en el entorno del valor de referencia de los parámetros (el dado por el usuario si se ejecuta simulación directa o el óptimo si se ejecuta autocalibración).

Como las anteriores, en g5 y g7 se muestran las funciones objetivo relativa y absoluta, pero no en el entorno, sino para todos los valores de la ventana factible elegida para cada parámetro. En g5 se marcan con círculos los valores actuales del parámetro, y con rayitas verticales los correspondientes al mínimo de la f.o. En modo de calibración deben ser coincidentes. En g7 se indica también para cada parámetro el número de intervalos empleado para discretizar la ventana completa. Si se desea aumentarlo para tener mayor resolución, puede disminuirse ndel, que es el multiplicado de dP para definir el incremento con el que se cubrirá todo el intervalo factible.

Así como en g3 y g4 los gráficos están centrados en el mínimo, en g5 y g7 no tienen porque estarlo ya que la posición relativa del óptimo dentro del intervalo factible es diferente para cada parámetro. Esto puede ayudar a refinar los intervalos factibles.

Ha de tenerse presente que la visualización gráfica es diferente de la calibración. La calibración se hace siempre con iagr, ilog, nparcal fijos especificados, mientras que la visualización se hace de la forma que se solicite, pero manteniendo siempre el anterior como criterio de calibración. Así, es posible fijar un parámetro igualando los extremos de su intervalo factible, en cuyo caso no lo calibrará ni podrá representarlo en g5 y g7 (no hay intervalo), pero sí que lo representará en g3 y g4, calculará las derivadas en su entorno, autovalores, etc.

En g8 y g10 se muestra la matriz de correlación de los parámetros con el código de color mostrado, lo que permite visualizar rápidamente esta estructura de correlación.

En g9, ventana de indicadores de sensibilidad SPC SP RS, se muestran estos 3 valores para cada parámetro, junto con la línea horizontal del valor 1.

En g6, ventana Autovalores de la MIE, se representan los autovalores de esta matriz,

mostrando un “0” en la parte inferior si el autovalor es nulo, y un “<0” si es negativo, lo que no debe suceder nunca. Si existe algún autovalor nulo, el modelo no es identificable para este parámetro.

158 Con ello puede apreciarse a simple vista la magnitud del número de condición de la MIE, o relación entre el mayor y el menor autovalor de esta matriz. Valores elevados indican problemas de identificabilidad.

Los resultados numéricos detallados mostrados en estas pantallas gráficas se ofrecen en diferentes ficheros accesibles desde la interfaz mediante sus correspondientes botones.

Estos ficheros incluyen las salidas del modelo, parámetros calibrados, análisis de sensibilidad, matrices de indentificación estructural, covarianzas, etc.

159