Método de validación: el motor frente a los resultados del propio QUAL2Kw
El motor es un port independiente en Python del solucionador de QUAL2Kw 5.1 (el modelo en Excel/VBA y Fortran de Pelletier y Chapra). Se verifica de la única forma que prueba que el port es correcto: corriendo libros QUAL2Kw calibrados y comparando el resultado con las hojas de resultados que QUAL2Kw escribió en esos mismos libros. Aquí no se usan datos de campo: esos evalúan la calibración de un modelo, no si el solucionador está bien implementado.
Flujo
Libros de referencia
15 modelos calibrados de 14 libros, todos de ríos y canales de drenaje urbano colombianos, de estudios de consultoría y de planificación de cuencas. Tienen de 3 a 279 tramos y cubren el formato clásico de QUAL2Kw 5.1, el formato HTS/STS y un libro dendrítico (varios ramales); cinco usan diagénesis de sedimentos (ambas opciones), y entre todos ejercitan canales trapezoidales de Manning y curvas de calibración. Sus resultados los escribió el propio QUAL2Kw (su solucionador VBA o el ejecutable Fortran qual2kw5.exe que maneja el libro), así que son los números contra los que compararía un revisor. La lista está en la página de Comparación de modelos.
Qué se compara
- Calidad del agua, media diaria (WQ Output): las 15 columnas de salida de QUAL2Kw, de la conductividad al pH.
- Mínimo y máximo diarios (WQ Min, WQ Max): oxígeno disuelto y pH.
- Temperatura (Temperature Output): media diaria.
- Hidráulica (Hydraulics Summary): caudal, profundidad, área, velocidad, tasa de reaireación y pendiente. La columna de ancho no se evalúa, porque las versiones de QUAL2Kw no coinciden en si imprimen el ancho superior o el de fondo.
Las filas del motor y del libro se emparejan por distancia a lo largo del río. Se excluye la fila de cabecera, porque ambos repiten allí el dato de entrada.
Tolerancia
Un valor pasa si está dentro del 5% de diferencia relativa frente al valor de QUAL2Kw o dentro de una banda absoluta fija. La banda evita que un porcentaje repruebe un valor prácticamente nulo (1 μg/L frente a 2 μg/L es un 100% de diferencia, pero no significa nada). El pH y la temperatura se juzgan solo con la banda absoluta.
Bandas absolutas
| Variable | Banda |
|---|---|
| Oxígeno disuelto | 0.1 mg/L |
| DBO lenta y rápida, detritos | 0.05 mg/L |
| N orgánico, amonio, nitrato | 5 μg/L |
| P orgánico e inorgánico | 1 μg/L |
| Fitoplancton | 0.5 μgA/L |
| Sólidos suspendidos inorgánicos | 0.1 mg/L |
| Alcalinidad | 0.5 mg CaCO3/L |
| Conductividad | 1 μmhos |
| Patógenos | ninguna (solo 5%) |
| pH (solo banda absoluta) | 0.05 |
| Temperatura (solo banda absoluta) | 0.2 °C |
Ida y vuelta por el importador
Las medias diarias de cada libro también se evalúan después de pasar por el importador de libros del sitio (del libro al estado del asistente y de ahí al motor), que es el camino que sigue un usuario. Los 15 modelos se reproducen al mismo nivel por esa vía. El libro dendrítico se separó antes en un archivo por ramal: el importador aún no lee libros dendríticos directamente.
Límites conocidos
- La cinética de biopelícula hiporreica (niveles 1 y 2) y la zona de almacenamiento transitorio superficial del formato HTS/STS no se simulan: ningún libro de referencia las usa. El motor avisa cuando un modelo activa la zona de almacenamiento transitorio.
- La integración es solo de Euler explícito: un libro configurado con Runge-Kutta o paso adaptativo corre con Euler.
- El tiempo de corrida va de segundos a unos minutos por modelo de referencia. El servidor detiene una corrida a los 300 segundos, algo que pueden superar los modelos grandes con paso de tiempo fino y diagénesis de sedimentos.
- La autocalibración busca con una aproximación más rápida de media diaria y luego corre una vez el solucionador fiel, así que solo su resultado final es exacto.
La comparación forma parte de las pruebas del motor: cuatro de los libros se guardan como pruebas de regresión.