GEMELO DIGITAL DE CUENCA HIDROGRÁFICA

El concepto de Gemelo Digital (o Digital Twin) nació en la industria y se refiere a una réplica digital, dinámica y actualizada de una entidad física: una replica virtual que se mantiene “viva” y siempre actualizada gracias a los datos y la información que se le incorpora en tiempo real.

Actualmente, nuevos desarrollos como Digital Twin for Watersheds, software de Neurite Lab, convierten en un objetivo alcanzable la posibilidad de desarrollar un auténtico gemelo digital de cuenca hidrográfica.

Los beneficios y las ventajas de contar con un gemelo digital son evidentes y conocidos:

• Un gemelo digital permite simular el comportamiento de un sistema, de una instalación, de un proceso o de un producto, proyectarnos hacia el “futuro” y explorar escenarios hipotéticos o escenarios what-if (¿qué pasaría si…?) para optimizar, en este caso, la gestión de la masa de agua, adelantarnos a posibles cambios, dificultades o problemas, tomar en cada momento las mejores decisiones e incrementar la eficiencia de la gestión.

Un gemelo digital se articula en torno a cuatro partes: la realidad física (modelo físico), la realidad virtual (modelo digital), la conectividad necesaria entre ambas realidades, y un entorno integrado de información. De ahí que se reconozcan como sus principales características la conectividad, homogenización, reprogramación e inteligencia.

Conectividad

La conectividad, entendida como la conexión entre el mundo físico y su gemelo digital, es una condición tan imprescindible como factible, debido a que la mayoría de las cuencas de los países desarrollados se encuentran monitorizadas e, incluso, algunas lo están de forma intensa:

• Las agencias meteorológicas suelen tener una amplia información del comportamiento del clima, tanto a nivel local como continental. Contamos, por ejemplo, con las predicciones que la UE proporciona para el clima a partir de datos en estaciones, radares y satélites; predicciones que suelen mejorarse en precisión por las agencias locales.
• Los organismos gestores de cuenca monitorizan cantidad y calidad de agua en varios puntos de los ríos, embalses y acuíferos.
• Las grandes industrias que usan el agua superficial o subterránea suelen controlar mediante sistemas SCADA prácticamente cualquier fase del proceso, como es el caso de las depuradoras, plantas de tratamiento, embalses y centrales hidroeléctricas.

Un verdadero gemelo digital de masa de agua debe considerar todos los elementos que intervienen en ella de forma significativa:

• Fenómenos meteorológicos (lluvia, temperatura, nieve, etc.).
• Comportamiento físico (caudal y nivel en ríos o acuíferos) o químico (concentración de sustancias, pH).
• Comportamiento por causas antrópicas (caudal derivado del río a otros usos, o incorporado al mismo por retornos de riego o depuradoras, desembalses, vertidos etc.).

Homogeneización

La conectividad, la conexión entre el mundo físico y su gemelo digital, es factible, la dificultad estriba en la homogeneización.

La digitalización y almacenamiento de los datos en red no es suficiente: la información debe compartirse, pero cada centro de recogida de información utiliza sus propios protocolos para gestionar sus datos, estructurados de la forma que mejor se adapte a sus objetivos.

Los datos se ofrecen abiertamente, pero ello no quiere decir que se compartan. Son silos de información con apariencia abierta: existen muchos protocolos, pero pocos estándares.

Un gemelo digital de cuenca debería interactuar con otros posibles gemelos digitales: presas, depuradoras, centrales hidroeléctricas, plantas de tratamiento, industrias demandantes de agua, pozos de abastecimiento y regadío.

Inteligencia y reprogramación

La inteligencia y reprogramación presupone la existencia de un modelo numérico que permita dilucidar entre distintos escenarios y que integre los datos, los convierta en información y adapte el modelo digital a esta nueva información que la realidad física va proporcionando.

Desde la aparición de los ordenadores han existido modelos numéricos que trataban de modelar el comportamiento de fenómenos físicos. Sin embargo, estos modelos no se han extendido, en parte porque su desarrollo requiere una esfuerzo económico considerable, y en parte por su carácter estático.

¿Por qué estático? 

Porque una vez completado, el modelo permanece desconectado del flujo de datos futuros (una vez más la difícil conectividad). Y además los modelos numéricos no suelen comunicarse entre sí: modelos de predicción de lluvia “no encajan” con los de hidrología superficial de río, y esto “se llevan mal” con los de hidrología subterránea de acuíferos; y aunque en el mercado aparezcan de vez en cuando soluciones “todo en uno”, estas soluciones conllevan una dependencia indeseada de un único proveedor, es decir, de un único modelo.

La tecnología actual, con el IoT (Internet of Things o Internet de las Cosas), apunta a soluciones colaborativas, no a soluciones integrales.

Un gemelo digital de cuenca hidrográfica solo tiene sentido si se crean pasarelas de homogenización de datos entre silos tan herméticos como la monitorización del clima, del agua superficial, subterránea, depuradoras, embalses, etc., así como pasarelas entre modelos de flujo, de transporte, contaminación en acuíferos y ríos, o procesos de toma de decisión en embalses.

Y todo ello debe conectarse en tiempo real, cuya escala es obviamente distinta para cada actor y debe estar disponible por todos para todos.

Plataforma colaborativa de información, procesos, algoritmos y modelos

Nuevos desarrollos como Digital Twin for Watersheds de Neurite Lab convierten en un objetivo alcanzable la posibilidad de desarrollar un auténtico gemelo digital de cuenca hidrográfica.

¿Cómo?

Estableciendo una plataforma de colaboración de información y de procesos, de algoritmos y de modelos, que no requiera grandes transformaciones de los sistemas que existen actualmente, pero que permita la máxima colaboración, consumiendo datos de otros actores y compartiendo su información con otros.

No se trata de demoler silos, sino sólo de comunicarlos entre sí, aceptando su forma modular, para que pueda optimizarse la gestión de la masa de agua, permitiendo realizar previsiones y plantear escenarios what-if, en definitiva, para conseguir un gemelo digital de cuenca que permita adelantarse a cambios y dificultades, tomar en cada momento las decisiones óptimas y, como consecuencia, mejorar e incrementar la eficiencia en la gestión de los recursos.

Neurite, especialistas con más de 30 años de experiencia trabajando con confederaciones hidrográficas.

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