QUAL2K Python y Asistente Web: Software de Simulación de Ríos Gratis
Esta herramienta es una alternativa a QUAL2K online basada en React y Python. Reemplaza la antigua hoja de cálculo Excel/VBA con una interfaz web moderna y un motor de simulación que es un port en Python del solucionador de QUAL2Kw 5.1 alojado en la nube. Los libros QUAL2Kw existentes (.xls, .xlsx, .xlsm) se importan directamente, y el motor reproduce las hojas de resultados de 15 modelos QUAL2Kw calibrados dentro del 5% o de una banda absoluta fija (consulta los resultados de la validación). Es el software de simulación de ríos gratis más accesible de la web.
Arquitectura del Sistema QUAL2K
El sistema consta de tres capas: un asistente web basado en React para el ingreso de datos, una Firebase Cloud Function que recibe el estado del asistente, y un motor de simulación en Python que realiza los cálculos hidráulicos y de calidad del agua. Los resultados se devuelven al navegador para su visualización y exportación.
Capacidades de Simulación QUAL2K
- Simulación con paso de tiempo: paso explícito de Euler sobre un ciclo diario repetido, como en QUAL2Kw, con la media, el mínimo y el máximo diarios por tramo
- Calidad del agua: OD, DBO (rápida y lenta), especies de nitrógeno, fósforo, fitoplancton y algas de fondo, detritos, patógenos, ISS y alcalinidad, con el pH resuelto en cada paso
- Balance de calor para la temperatura del agua y del sedimento con radiación solar, onda larga, viento y meteorología
- Ecuación de Manning para hidráulica con iterador de Newton-Raphson para profundidades en secciones trapezoidales
- Corrección de temperatura de Arrhenius en todas las tasas cinéticas de primer orden
- Múltiples fórmulas de reaireación: O'Connor-Dobbins, Churchill, Owens-Gibbs, Tsivoglou-Neal, Thackston-Dawson y especificadas por el usuario
- Fuentes puntuales y difusas con mezcla de balance de masa en los límites del tramo
- Autocalibración de 18 tasas cinéticas frente a datos de campo observados (evolución diferencial, con algoritmo genético como respaldo)
- Importación de libros QUAL2Kw (.xls, .xlsx, .xlsm) e importación/exportación JSON y CSV, como una moderna alternativa a QUAL2K online
Constituyentes Soportados
Columnas de calidad del agua en los resultados (también se reportan temperatura y pH)
| Índice | Constituyente | Unidades | Proceso |
|---|---|---|---|
| 0 | Conductividad | μmhos | Conservativo |
| 1 | Carga de Sólidos Inorgánicos (ISS) | mg/L | Sedimentación |
| 2 | Oxígeno Disuelto (OD) | mg/L | Reaireación, oxidación, DBO del sedimento |
| 3 | DBO Lenta | mg/L | Oxidación lenta, fuente de hidrólisis |
| 4 | DBO Rápida | mg/L | Oxidación, hidrólisis desde la fase lenta |
| 5 | Nitrógeno Orgánico | μg/L | Hidrólisis, sedimentación |
| 6 | Amonio (NH₄) | μg/L | Nitrificación |
| 7 | Nitrato (NO₃) | μg/L | Desnitrificación, fuente de nitrificación |
| 8 | Fósforo Orgánico | μg/L | Hidrólisis, sedimentación |
| 9 | Fósforo Inorgánico | μg/L | Sedimentación |
| 10 | Fitoplancton | μg Chl-a/L | Crecimiento, respiración, muerte |
| 11 | Detritos | mg/L | Disolución, sedimentación |
| 12 | Patógenos | ufc/100mL | Mortandad, sedimentación |
| 13 | Genérico | usuario | Decaimiento definido por usuario |
| 14 | Alcalinidad | mg CaCO₃/L | Conservativo |
Stack Tecnológico
| Componente | Tecnología | Propósito |
|---|---|---|
| Frontend | React 19 + Vite | Interfaz tipo asistente con manejo de estados |
| Estilos | CSS Nativo | Tema oscuro/claro con tokens de diseño |
| Autenticación | Firebase Auth | Autenticación mediante cuenta de Google |
| Hosting | Firebase Hosting | Entrega del sitio estático a través de CDN |
| Backend | Firebase Cloud Functions | Ejecución serverless del código Python |
| Motor | Python con NumPy y SciPy | Port del solucionador de QUAL2Kw 5.1 y autocalibración |
| Datos | JSON / CSV | Formatos portables para intercambio de información |
Principios de Diseño
- Fidelidad medida - el motor reproduce las hojas de resultados de 15 modelos QUAL2Kw calibrados dentro del 5% o de una banda absoluta fija (pH 0.05, temperatura 0.2 °C)
- Cero instalaciones - al ser el mejor software de simulación de ríos gratis, opera 100% en tu navegador; dile adiós a macros VBA congeladas y bloqueadas por antivirus
- Código y matemáticas transparentes - cada fórmula está documentada en esta plataforma con exactas referencias técnicas de la documentación del QUAL2K original
- Portabilidad de datos - todas tus configuraciones maestras se guardan en formato JSON, haciéndolas indestructibles y portátiles a otras máquinas y softwares