Universidad Nacional de San Luis

Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales

Tesis

Para optar a la titulación de postgrado correspondiente a la

Maestría en Ingeniería de Software

ONTOLOGÍA PARA LA INTEROPERABILIDAD DE MODELOS DE SIMULACIÓN

EN EL DOMINIO HIDROLÓGICO

Lic. Mónica del Carmen Gil

Directores:

Dr. Ing. German Montejano Dr. Mario Marcelo Berón

San Luis - 2015 -

“Si todos compartimos nuestro conocimiento, ponemos un granito de arena,

estaremos aportando a construir sistemas con estructuras fuertes y

consistentes, contribuyendo así a una Argentina más grande”.

Agradecimientos

Al Dr. Ing. Germán Montejano, por su dirección y colaboración en el

desarrollo de esta investigación.

Al Dr. Mario Berón, por su dedicación, sugerencias en las distintas

devoluciones y puntos de situación. Cómo así también por alentarme

permanentemente y valorar mi esfuerzo.

De los dos estaré siempre agradecida. Son un ejemplo a seguir.

Al Lic. Norberto Hauría y al grupo de expertos, en especial al Ing. Javier

Genovés, que colaboraron con las encuestas para validar los conceptos de la

ontología.

En memoria de mi Querida Mami, a quién agradezco por todos los momentos

vividos.

A mis hijas, Ana Belén y Yanina por comprender mis momentos de ausencia.

A una persona muy especial para mí, por haberme dado el aliento y apoyo

necesario en el último tramo de este trabajo.

Gracias a todos

Mónica

Prefacio Este trabajo de maestría fue desarrollado en el marco de la Carrera de Maestría

en Ingeniería de Software, dictada en la Universidad Nacional de San Luis, bajo el

soporte académico del Proyecto de investigación: Ingeniería de Software:

Aspectos de Alta Sensibilidad en el Ejercicio de la Profesión de Ingeniero de

Software (Código: 22/F222 – F.C.F.M.yN., U.N.S.L).

Los modelos de simulación son un importante medio para aumentar la

eficiencia de la investigación y toma de decisiones. Esto se debe a que pueden

auxiliar a los investigadores en la asimilación del conocimiento adquirido mediante

la experimentación.

El mejoramiento de las condiciones de intercambio de información puede

buscarse desde ahora, en cada organización, para evitar que se sigan

desarrollando soluciones informáticas aisladas ignorando las lecciones del

pasado. Así, cuando se vayan sumando modelos y soluciones interoperables, se

podrán reutilizar las especificaciones semánticas anteriores ampliándolas sólo

cuando por particularidades específicas se requiera. Se evitará así la duplicación

de esfuerzos y se ampliará el alcance de la interoperabilidad.

Por lo expresado anteriormente es importante la definición de una ontología

que condense el vocabulario común y las relaciones existentes entre todos los

modelos de simulación de un dominio. Para llevar a cabo esta tarea se necesita

adoptar un Modelo de Interoperabilidad a Nivel Conceptual que dé rigor ingenieril

a las diferentes etapas por las que pasará la definición de la Ontología, evitando la

elaboración de soluciones ad hoc. Su finalidad es poder extraer un vocabulario

común y las relaciones existentes entre los términos para poder, cumpliendo con

las etapas del modelo de Interoperabilidad, dar soporte a las mismas de una forma

integrada, consistente y flexible.

El resultado de todo el proceso mencionado en el párrafo precedente es una

Ontología que permita la interoperabilidad de los diferentes modelos de

simulación.

Mónica del Carmen Gil I

Índice de Contenidos

Capítulo I - INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….. 1

I.1. Planeamiento y Justificación del Trabajo 1

I.2. Problema 3

I.3. La Solución Propuesta del Problema 5

I.4. La Tesis 6

I.4.1. Hipótesis 6

I.4.2.Objetivos de la Tesis 7

I.4.3.Antecedentes 7

I.5. Estructura General de la Tesis 10

Capítulo II – MARCO TEÓRICO………………………………………………………….. 11

II.1.Modelos y Simulación 11

II.1.1 Sistemas 11

II.1.2 Modelos 14

II.1.3 Simulación 17

II.1.3.1 Modelado de un Sistema 17

II.1.3.2 Proceso de Modelado 20

II. 2 Ontología 23

II.2.1 Definiciones de Ontologías 24

II.2.1.1 Concepciones de Ontologías según Gruber y Guarino 26

II.2.1.2 Definición de Ontología como Especificación del Conocimiento 31

II.2.2 Problemas a Nivel de Ontologías 32

II.2.3 Importancia de la Calidad de los Datos 37

II.2.4 Sistemas de Información Basados en Ontologías 38

II.2.5 Proceso de Desarrollo de Ontologías 42

II.2.5.1 Metodología Methontology 44

II.2.5.2 Metodología On-To-Knowledge 49

Mónica del Carmen Gil II

Capítulo III – ESTADO DEL ARTE…………………………………………………….. 53

III.1 Interoperabilidad 53

III.1.1 Introducción 53

III.1.2 Tipos de Interoperabilidad 54

III.2 Modelos de Interoperabilidad 55

III.2.1 Modelos para la Interoperabilidad Técnica 59

III.2.1.1 LISI (Levels of Information Systems Iinteroperability) 59

III.2.1.1.1 Paradigma PAID 62

III.2.1.1.2 Niveles de Interoperabilidad Técnica 62

III.2.1.2 NATO C3 Technical Architecture Reference Model for Interoperability

(NMI)

67

III. 2.2 Modelo para la Interoperabilidad Conceptual (LCIM) 70

III. 2.2.1 Implicancias para el Modelo Conceptual 75

Capítulo IV – DEFINICIÓN DE LA ONTOLOGÍA A NIVEL CONCEPTUAL

PARA EL DOMINIO HIDROGEOLÓGICO CON METHONTOLOGY………………………………………………………… 77

IV.1. Introducción 77

IV.2 Metodología Methontology para la Definición de la Ontología 78

IV.2.1.Aplicación de la Metodología Propuesta 78

IV.2.1.a. Especificación 79

IV.2.1.b. Conceptualización 80

IV.2.1.c. Formalización 117

Capítulo V – VALIDACIÓN….…………………………………………………………… 135

V.1. Introducción 135

V.2. Estructura del Set de Encuestas 135

V.3. Análisis de los Resultados 141

Mónica del Carmen Gil III

Capítulo VI – CONCLUSIONES ……………………………..………………………… 149

Capítulo VII – FUTURAS EXTENSIONES …………………………………………… 153

Anexo I – ENCUESTA……….…………………………………………………………… 155

1. Encuesta para Validar una Ontología en el Dominio Hidrológico 159

1.1. Diagrama I – Conceptos y Relaciones 160

1.2. Relaciones entre Conceptos 161

1.3. Tablas de Validación de Conceptos con sus Atributos 162

REFERENCIAS………………………………………………….………………………… 187

Índice de Figuras

Figura II.1. Sistema y Subsistemas 11

Figura II.2. Diagrama Básico del Proceso de Llenar un Vaso de Agua (a)

Con un Grafo Orientado; (b) Con un Grafo Signado

17

Figura II.3. Modelo No Simulable 19

Figura II.4. Modelo Simulable 19

Figura II.5. Fases en la Construcción de un Modelo 20

Figura II.6. En el Estudio del Comportamiento Problemático de un Sistema se

le Debe Asociar una Estructura que lo Genere

21

Figura II.7. Una Vez Construida la Estructura se Puede Estudiar por

Simulación los Comportamientos que Genera

21

Figura II.8. Tipos de Ontologías de Acuerdo a su Nivel de Dependencia para una

Tarea en Particular

30

Figura II.9. Problema de los Sinónimos 35

Figura II.10. Reglas de Inferencia 36

Figura II.11. Ciclo de Vida de Methontology 44

Figura II.12. Tareas de la Actividad de Conceptualización según Methontology 46

Mónica del Carmen Gil IV

Figura II.13. Fases de On-To-Knowledge 52

Figura III.1. Bases del Modelo de Interoperabilidad Semántica de LISI 60

Figura III.2. LISI Reference Model 61

Figura III.3. Niveles de Interoperabilidad LISI 63

Figure III.4. LCIM Levels of Conceptual Interoperability Model 71

Figura IV.1. Curvas de Nivel 83

Figura IV.2. Propiedades de la Curva de Nivel 84

Figura IV.3. Relaciones Binarias 87

Figura IV.4. Relaciones es_un 88

Figura IV.5. Diagrama de Conceptos y Relaciones 116

Figura IV.6. Creación de Clases en Protégé 118

Figura IV.7. Creación de la Clase CuencaHidrogeológica 119

Figura IV.8. Jerarquía de Clases y Subclases en Protégé 120

Figura IV.9. OntoGraf en Ptrotégé 121

Figura IV.10. Definición de la Propiedad estaFormadaPor en Protégé 122

Figura IV.11. Definición de las Propiedades que Forman la Ontología 123

Figura IV.12. Definición de la Propiedad estaFormadaPor en Protégé 124

Figura IV.13. Definición Characteristics de la Propiedad estaFormadaPor en

Protégé

125

Figura IV.14. Restricción de la Propiedad estaFormadaPor en Protégé 126

Figura IV.14.1. Restricción de la Propiedad forma en Protégé 129

Figura IV.14.2. Restricción de la Propiedad pasaPor en Protégé 129

Figura IV.14.3. Restricción de la Propiedad tiene en Protégé 130

Figura IV.14.4. Restricción de la Propiedad estaFormadaPorCursoDeAgua 130

Figura IV.14.5. Restricción de la Propiedad pertenece en Protégé 131

Figura IV.14.6. Restricción de la Propiedad forma en Protégé 131

Figura IV.14.7. Restricción de la Propiedad tieneAguaSuperficial 132

Figura IV.15. Reasoner HermitT 1.3.8.3. 133

Figura V.1. Diagrama de Conceptos y Relaciones 136

Figura V.2. Atributos Validados vs Observados 145

Mónica del Carmen Gil V

Índice de Tablas

Tabla IV.1. Tabla Comparativa de Metodologías para Construir Ontologías 79

Tabla IV.2. Conceptos que Conforman la Ontología 87

Tabla IV.3. Definición de las Propiedades en Protégé 128

Tablas V.1. Tabla de Conceptos 136

Tablas V.2. Tabla de Atributos 140

Tablas V.3. Tabla de Relaciones 140

Tablas V.4. Validación de Conceptos 143

Tablas V.5. Atributos Observados – Definiciones 144

Tablas V.6. Atributos Observados 145

Tablas V.7. Relaciones Observados 146

Mónica del Carmen Gil VI

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 1

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

I.1 Planteamiento y Justificación del Trabajo

La simulación de sistemas, y en específico la simulación basada en modelos

computacionales, supone el estudio de conceptos sobre las ciencias sociales,

matemáticas y de la computación, y busca la creación de modelos simplificados de

la realidad estudiada.

La simulación de sistemas implica la construcción de modelos. El objetivo es

averiguar qué pasaría en el sistema si acontecieran determinadas hipótesis, para

ello se utilizan los modelos de simulación que son un importante medio para

aumentar la eficiencia en el análisis de los sistemas. Esto se debe a que los

modelos auxilian a los diseñadores de sistemas en la asimilación del conocimiento

adquirido mediante la experimentación. Un modelo es un subconjunto de la

realidad; cuando se construye el modelo parte del mundo real y sus relaciones

quedan excluidas, ya que proporciona un marco de referencia para estudios de

carácter multidisciplinario, promueve el método de sistemas para la solución de

problemas y facilita una organización sistemática del conocimiento existente.

A pesar de que los modelos de simulación han sido usados con éxito, para

entender diversos procesos, como así también para asistir a la formulación y

evaluación de diferentes sistemas, existen pocos esfuerzos para formalizar,

sistematizar y comunicar métodos para su descripción en la etapa conceptual. Se

ha comprobado que no existen metodologías para unificar criterios de

especificaciones en las primeras etapas de diseño de cualquier sistema, lo que

conduce a problemas de interoperabilidad al no modelar las relaciones que son

necesarias para asegurarla. La mayoría de los modelos no están bien

especificados y documentados desde un nivel inicial [1,2,3,4].

Durante el Panel de discusión SCS-SISO [5] (Simulation Interoperability

Standards Organization) / SCS (Society for Modeling and Simulation International)

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 2

sobre las prioridades para estándares de modelo y simulación, Zeigler explicitó en

su presentación que para asegurar la interoperabilidad entre sistemas la

estandarización debe ser alcanzada en el nivel de modelado, por ejemplo el nivel

de estandarización debe ser más alto que los estándares del nivel de programación

aplicados actualmente. Para una “significativa interoperabilidad”, compartir los

datos estandarizados vía protocolo estandarizado, tales como el protocolo DIS

(Distributed Interactive Simulation) o el HLA (High-Level Architecture)[6][7], son

necesarios pero no suficientes. La coordinación de los modelos conceptuales

subyacentes y la armonización de las ideas de operación simuladas es el quid de la

cuestión para crear soluciones interoperables.

En lugar de estandarizar solamente los requerimientos de intercambio de

información también se debe coordinar la cadena causa efecto en el modelo

subyacente. La única instancia del proceso de desarrollo del modelo y simulación

que lleva a asegurar esto es el modelo conceptual. El modelo conceptual describe

qué parte del mundo real se modela y bajo qué restricciones, y algunas veces cuál

es más importante y qué parte no será modelada.

Particularmente los sistemas de información hidrológica requieren

interoperabilidad (capacidad para compartir datos y procesos) porque contienen

grandes cantidades de información que se debe complementar para realizar

procesos de análisis, predicción y estudios ambientales, entre otros. Pese a existir

estándares para el desarrollo de Sistemas de Agua, la interoperabilidad entre estos

sistemas ya desarrollados es un problema, debido a que la estructura de datos y

procesos es propia de cada sistema y la gran cantidad de datos dificulta su

migración a las estructuras estándares. En otras palabras la interoperabilidad de

los sistemas en este dominio adolece de los inconvenientes mencionados en los

párrafos anteriores por la falta de una conceptualización clara y aceptada en la

comunidad que desarrolla aplicaciones en un dominio específico. Por ello, en esta

tesis de investigación científica y tecnológica se define un modelo conceptual en el

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 3

dominio hidrológico que estudia el balance hídrico abstrayéndose la evaporación y

la evapotranspiración. Esta tarea se realiza para facilitar la interoperabilidad entre

aplicaciones en el dominio considerado.

Para lograr la interoperabilidad antes mencionada entre los modelos de

simulación del dominio hidrológico (MSDH) se aplican métodos de ingeniería que

contribuyen a las soluciones independientes y combinables. En otras palabras

estas soluciones se pueden usar como entrada de otro modelo y satisfacer

necesidades específicas de cada usuario. Para llevar a cabo esta tarea, se utiliza el

estándar LCIM (“Levels of Conceptual Interoperability Model”)[8], esto se debe a

que dicho modelo especifica las pautas a seguir para lograr la interoperabilidad

deseada entre las aplicaciones en el dominio hidrológico. De una forma más

sintética se puede decir que el fin es establecer una conceptualización

consensuada por la comunidad de hidrología de forma tal que las aplicaciones que

se desarrollen se basen en la conceptualización antes mencionada. Esto redundará

en que todos los sistemas que se desarrollen estén alineados a nivel conceptual y

por lo tanto es un aporte que facilitará lograr su interoperabilidad.

Para alcanzar este objetivo, se utilizan las ontologías debido a que son

consideradas un medio de especificación de conceptos muy apropiado para definir

terminologías que contribuyan a resolver problemas como el planteado en esta

tesis de maestría.

I.2 Problema

Lograr que los modelos de simulación del dominio hidrológico (MSDH) sean

interoperables no es una tarea sencilla, se ve obstaculizada por la falta de:

una descripción estandarizada de los sistemas y sus relaciones a nivel

conceptual,

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 4

lineamientos claros y precisos que faciliten el diseño y desarrollo de su parte

interactiva,

experiencia entre algunos miembros del equipo de desarrollo.

Es importante mencionar que, además de los inconvenientes referidos

previamente, otro obstáculo son los problemas de comunicación. Asimismo, al

momento de diseñar y definir la estructura de los modelos, la reusabilidad no es

una prioridad; se compromete aún más, dada la falta de metodología para unificar

criterios de especificaciones en las primeras etapas de diseño de cualquier

sistema. La mayoría de los modelos de simulación y particularmente en el dominio

hidrológico no están bien especificados y documentados desde un nivel inicial. De

esta manera se generan aplicaciones con una baja adaptabilidad e interfaces poco

fáciles de utilizar por el usuario, ya que los sistemas no responden a estructuras

similares, para dominios similares, definidas con criterios comunes a todos los

desarrolladores.

El uso de diferentes metodologías de diseño, sistemas marco, componentes,

etc. dificulta la interconexión entre diferentes sistemas, a menudo por la falta de

documentación o las deficiencias en la misma. La esencia del problema es que no

se trabaja a conciencia cuando se definen los sistemas, a la hora de diseñarlo se

deja de lado las especificaciones a un Nivel Conceptual, muchas veces por

premuras de tiempo.

El desafío no es el intercambio de datos entre sistemas, ya que la arista

técnica está suficientemente tratada por los estándares de interoperabilidad [9]. El

problema es que los conceptos de los modelos subyacentes necesitan también

estar alineados.

Una de las causas de gran parte de estos problemas es la falta de

compromiso y concientización de los gerentes de las organizaciones. Si en la

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 5

organización no se tienen bien definidos los roles del CEO1 (Chief Executive

Officer) y CIO2 (Chief Information Officer) explicados por Jhon Rockart en su paper

[10] “The changing role of the information systems executives: A critical success

factors perspective”, existe una alta probabilidad de que la misma fracase aunque

sea una organización con una alta capacidad técnica. Con esto se quiere decir que

hacer las cosas bien desde un principio, como definir los datos y dejarlos

documentados, ahorra tiempo y esfuerzos en futuras modificaciones o usos de los

mismos.

I.3 Solución Propuesta del Problema

Los modelos de simulación del dominio hidrológico (MSDH) son un importante

medio para aumentar la eficiencia de la investigación y toma de decisiones. Esto se

debe a que pueden auxiliar a los desarrolladores en la asimilación del conocimiento

adquirido mediante la experimentación. Además, proporcionan un marco de

referencia para aportes de carácter multidisciplinario, promueven el método de

sistemas para la solución de problemas y facilitan una organización sistemática del

conocimiento existente.

El mejoramiento de las condiciones de intercambio de información puede

buscarse desde ahora, en cada organización, para evitar que se sigan

desarrollando soluciones informáticas aisladas ignorando las lecciones del pasado.

Así, cuando se vayan sumando modelos y soluciones interoperables, se

podrán reutilizar las especificaciones semánticas anteriores ampliándolas sólo

cuando por particularidades específicas se requiera. Se evitará de esta forma la

duplicación de esfuerzos y se ampliará el alcance de la interoperabilidad.

1 Tiene el máximo nivel de decisión en la compañía a la que representa, es quien define sus propias

necesidades de información/datos. 2 Cargo ejecutivo, usualmente en una empresa mediana o grande, a cargo del flujo de información

que entra y sale de la empresa. Es la persona que define la tecnología a ser utilizada en los Sistemas de Información.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 6

La solución propuesta a los problemas mencionados previamente consiste en

la definición de una ontología que condense el vocabulario común (conceptos) y las

relaciones (entre conceptos) existentes en los MSDH. Para llevar a cabo esta tarea

se toma como referencia un Modelo de Interoperabilidad a Nivel Conceptual el que

da rigor ingenieril a las diferentes etapas por las que pasará la definición de la

Ontología, evitando la elaboración de soluciones ad hoc. Luego de realizada la

tarea mencionada previamente, se lleva a cabo una investigación profunda de los

MSDH. Esta tarea tiene como finalidad poder extraer un vocabulario común y las

relaciones existentes entre los términos para poder, cumpliendo con las etapas del

modelo de Interoperabilidad, dar soporte a las distintas etapas de una forma

integrada, consistente y flexible.

El resultado de todo este proceso es obtener la Ontología que permita alinear

los conceptos y facilitar la interoperabilidad de los diferentes MSDH.

I.4 La Tesis

En esta sección se enuncia la hipótesis y los objetivos de esta tesis de maestría.

Dicha tarea es llevada a cabo en las subsecciones siguientes.

1.4.1 Hipótesis

En la actualidad no existe un método que permita integrar y compartir los datos

entre distintos modelos de simulación del dominio hidrológico (MSDH). Esta

característica hace que los MSDH no puedan interoperar, peculiaridad que trae

aparejada la imposibilidad de elaborar soluciones óptimas para diferentes tipos de

problemas, y en muchas ocasiones no se puede aprovechar la potencialidad de las

herramientas disponibles en el mercado. La consecuencia de lo mencionado

previamente es el desarrollo de soluciones ad-hoc, lo que ocasiona gastos y

esfuerzos humanos innecesarios. Es posible resolver este problema a través de un

vocabulario común para los MSDH. Esto permite que las tareas realizadas en un

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 7

modelo puedan ser interpretadas por otro modelo diferente.

Teniendo en cuenta las afirmaciones realizadas en el párrafo precedente, en

esta tesis de maestría se pretende demostrar la siguiente hipótesis:

“Se puede definir una Ontología que proporciona un lenguaje común para

compartir, recuperar y manipular información a partir de la descripción de los

conceptos y términos que intervienen en los MSDH”.

I.4.2 Objetivos de la tesis

Los objetivos de esta tesis de maestría son:

a) Identificar datos pertenecientes al Dominio Hidrológico.

b) Realizar la recopilación y análisis de los datos hidrológicos e hidrogeológicos

del dominio que se investiga para desarrollar el modelo conceptual.

c) Definir una ontología en el dominio hidrológico que sea validada, a través de

encuestas, por los expertos del dominio.

I.4.3 Antecedentes

Es sabido por todos que la simulación de sistemas es la forma ejecutable de un

modelo y que un modelo es un subconjunto de la realidad. Cuando se hace un

modelo, parte del mundo real y sus relaciones quedan excluidas.

La construcción de simuladores que sean interoperables entre sí, implica el

manejo de diversos aspectos complejos tales como el progreso del tiempo, los

modelos matemáticos y sistemas bien definidos y documentados a nivel

conceptual, como así también, el compromiso de las distintas organizaciones

responsables de brindar la información requerida. El objetivo final es proveer una

infraestructura que permita desarrollar sistemas con los atributos de flexibilidad,

extensibilidad, mantenibilidad y reusabilidad.

La única instancia del proceso de desarrollo del modelo, y simulación que

lleva a asegurar esto, es el modelo conceptual. El modelo conceptual describe qué

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 8

parte del mundo real es modelado y bajo qué restricciones, y, algunas veces, cuál

es más importante y qué partes no serán modeladas.

Una primera discusión se planteó en el Workshop de Investigadores en

Ciencias de la Computación 2011, en el que se propuso una arquitectura

conceptual, basada en el estándar LCIM “Levels of Conceptual Interoperability

Model”, para dar soporte a las distintas etapas de una forma integrada, consistente

y flexible, con el fin de poder establecer reglas de equivalencia que permitan la

transformación directa entre los modelos.

En efecto, para soportar la interoperabilidad de los datos, es obligatoria la

documentación y publicación de los modelos conceptuales basados en métodos

estandarizados, los cuales pueden ser mejorados y hacer frente a todos los temas

relacionados [11].

El objeto del modelo conceptual es consolidar los datos de un dominio, en un

conjunto de hipótesis y conceptos que puedan ser evaluados cuantitativamente.

Luego de los debates llevados a cabo en la WICC 2011, se describe al modelo

conceptual en el Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computación 2012,

y se define una ontología en el dominio hidrológico.

Los conceptos se describen explícitamente para entender su significado,

mediante acuerdos ontológicos. Con ello un usuario que desee reutilizar una

ontología desarrollada por otros, puede conseguir la información de todos los

conceptos que soporta, su taxonomía y los axiomas [12].

Teniendo en cuenta lo importante que es el uso de los simuladores

particularmente en el dominio hidrológico, en el Workshop de Investigadores en

Ciencias de la Computación 2013 se define e instancia la ontología para la

interoperabilidad de modelos y simulación con los conceptos del dominio

hidrológico.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 9

Los pasos para llevar a cabo la aplicación mencionada en el párrafo

precedente son: i) Estudiar el dominio, ii) Definir el modelo conceptual para

especificar luego su ontología [13].

Como toda ontología necesita ser validada, la herramienta que se propone en

el Workshop de Investigadores en Ciencias de la Computación 2014 es el uso de

un set de encuestas al que se le realiza chequeos de consistencia sometiendo al

estudio de su contenido por expertos en el dominio, como así también por los

asistentes al workshop.

El objetivo de la encuesta es verificar si los conceptos, atributos y relaciones

definidos para el dominio hidrológico son considerados válidos y suficientes como

datos comunes y más usados para ser utilizados en cualquier aplicación

relacionada al Balance Hídrico abstrayéndose la evapotranspiración y la

evaporación [14].

De esta manera, el modelo conceptual, para el caso de estudio presentado en

este artículo, fue sometido al análisis por parte de expertos en el dominio

hidrológico. Esto posibilitó obtener conceptos consensuados por todos, lo que trae

aparejado la posibilidad de diseñar y desarrollar modelos interoperables, ya que

todos sus posibles usuarios estarán hablando en el mismo idioma.

De esta manera, el trabajo se fue desarrollando y acotando a medida que se

participaba en los diferentes workshop de investigadores y se tomaban en

consideración las conclusiones de los debates llevados a cabo en los mismos. El

trabajo final con sus conclusiones se expuso en el Congreso Nacional de Ingeniería

Informática/Sistemas de Información (CoNaIISI 2014), donde se mostraron los

resultados obtenidos usando las tablas y gráficos surgidos de la investigación y

desarrollo. Se proporcionaron los resultados al trabajo presentado [15]. Al mismo

asistieron expertos en el dominio y potenciales usuarios de los modelos

hidrológicos quienes manifestaron su utilidad.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 10

I.5 Estructura General de la Tesis

En los párrafos subsiguientes se describe la organización de la tesis.

En el Capítulo I se presenta una breve introducción de cuál es el problema y

cómo se abordará para darle solución.

En el Capítulo II se mencionan los conceptos de sistemas, modelos y los

modelos de simulación. Asimismo, también se presentan los conceptos de

Ontología, por su importancia en el significado semántico, y su asociación a la

definición de los Sistemas en su etapa temprana de desarrollo. Estos conceptos se

los considera pilares importantes para lograr el objetivo que se busca en este

trabajo.

En el Capítulo III se presentan los distintos estándares existentes más

utilizados para facilitar la interoperabilidad entre modelos de simulación.

En el Capítulo IV se define la Ontología con Methontology para alcanzar el

objetivo de este trabajo que es definir, en un nivel Conceptual del Análisis, datos

estándares alineados y orquestados en el dominio hidrológico para facilitar la

Interoperabilidad entre sistemas, es decir, un lenguaje común para compartir y

recuperar datos a partir de la descripción de los conceptos y términos que

intervienen en los procesos de gestión hidrológica, de forma tal que pueda ser

entendible entre los distintos usuarios de la información con independencia de las

fuentes que generen los datos.

En el Capítulo V la ontología definida es validada con un set de encuestas, las

cuales se distribuyen entre los expertos en el dominio que se propone estudiar. Se

busca consensuar los conceptos, relaciones y atributos más utilizados en el estudio

del balance hídrico abstrayéndose la evaporación y evapotranspiración.

En el Capítulo VI se presentan las conclusiones y en el Capítulo VII los

trabajos futuros que se proponen.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 11

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

II.1. Modelos y Simulación

II.1.1 Sistemas

Un sistema se define como una colección de partes que desarrollan funciones e

interactúan juntas para el cumplimiento de algún propósito definido. En la práctica el

modelo depende de los objetivos de un estudio particular. Además un sistema puede

estar compuesto de uno o más subsistemas como se observa en la Figura II.1, los

cuales pueden nuevamente consistir de uno o más subsistemas, y así sucesivamente.

Figura II.1 – Sistema y Subsistemas – Manera de Estudiar un Sistema según Law y Kelton

En los últimos años, los Sistemas de Información (SI) cumplen tres objetivos

básicos dentro de las organizaciones3:

1. Automatizar los procesos operativos.

2. Proporcionar información que sirva de apoyo al proceso de toma de

decisiones.

3. Lograr ventajas competitivas a través de su implantación y uso.

3 http://es.scribd.com/doc/6839764/Clasificacion-de-Los-Sistemas-de-Informacion.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 12

Los Sistemas de Información que logran la automatización de procesos

operativos dentro de una organización, son llamados frecuentemente Sistemas

Transaccionales, ya que su función primordial consiste en procesar transacciones

tales como pagos, cobros, pólizas, entradas, salidas, etc. Por otra parte, los Sistemas

de Información que apoyan el proceso de toma de decisiones son los Sistemas de

Soporte a la Toma de Decisiones, Sistemas para la Toma de Decisión de Grupo,

Sistemas Expertos de Soporte a la Toma de Decisiones y Sistema de Información

para Ejecutivos. El tercer tipo de sistema, de acuerdo con su uso u objetivos que

cumplen, es el de los Sistemas Estratégicos, los cuales se desarrollan en las

organizaciones con el fin de lograr ventajas competitivas, a través del uso de la

tecnología de información.

A continuación se mencionan las principales características de estos tipos de

Sistemas de Información.

Sistemas Transaccionales

Sus principales características son:

A través de éstos suelen lograrse ahorros significativos de mano de obra,

debido a que automatizan tareas operativas de la organización.

Con frecuencia son el primer tipo de Sistemas de Información que se implanta

en las organizaciones. Se empieza apoyando las tareas a nivel operativo de la

organización.

Son intensivos en entrada y salida de información; sus cálculos y procesos

suelen ser simples y poco sofisticados.

Tienen la propiedad de ser recolectores de información, es decir, a través de

estos sistemas se cargan las grandes bases de información para su

explotación posterior.

Son fáciles de justificar ante la dirección general, ya que sus beneficios

son visibles y palpables.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 13

Sistemas de Apoyo de las Decisiones

Las principales características de estos son:

Suelen introducirse después de haber implantado los Sistemas

Transaccionales más relevantes de la empresa, ya que estos últimos

constituyen su plataforma de información.

La información que generan sirve de apoyo a los mandos intermedios y a la

alta administración en el proceso de toma de decisiones.

Suelen ser intensivos en cálculos y escasos en entradas y salidas de

información. Así, por ejemplo, un modelo de planeación financiera requiere

poca información de entrada, genera poca información como resultado, pero

puede realizar muchos cálculos durante su proceso.

No suelen ahorrar mano de obra. Debido a ello, la justificación económica para

el desarrollo de estos sistemas es difícil, ya que no se conocen los ingresos del

proyecto de inversión.

Suelen ser Sistemas de Información interactivos y amigables, con altos

estándares de diseño gráfico y visual, ya que están dirigidos al usuario final.

Apoyan la toma de decisiones que, por su misma naturaleza son repetitivos

y de decisiones no estructuradas que no suelen repetirse. Por ejemplo, un

Sistema de Compra de Materiales que indique cuándo debe hacerse un pedido

al proveedor o un Sistema de Simulación de Negocios que apoye la decisión

de introducir un nuevo producto al mercado.

Estos sistemas pueden ser desarrollados directamente por el usuario final sin la

participación operativa de los analistas y programadores del área de

informática. Este tipo de sistemas puede incluir la programación de la

producción, compra de materiales, flujo de fondos, proyecciones financieras,

modelos de simulación de negocios, modelos de inventarios, etc.

Sistemas Estratégicos

Sus principales características son:

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Mónica del Carmen Gil 14

Su función primordial no es apoyar la automatización de procesos operativos ni

proporcionar información para apoyar la toma de decisiones.

Suelen desarrollarse en casa, es decir, dentro de la organización, por lo tanto

no pueden adaptarse fácilmente a paquetes disponibles en el mercado.

Típicamente su forma de desarrollo es a base de incrementos y a través de su

evolución dentro de la organización. Se inicia con un proceso o función en

particular y a partir de ahí se van agregando nuevas funciones o procesos.

Su función es lograr ventajas que los competidores no posean, tales

como ventajas en costos y servicios diferenciados con clientes y proveedores.

En este contexto, los Sistemas Estratégicos son creadores de barreras de

entrada al negocio. Por ejemplo, el uso de cajeros automáticos en los bancos

en un Sistema Estratégico, ya que brinda ventaja sobre un banco que no posee

tal servicio. Si un banco nuevo decide abrir sus puertas al público, tendrá que

dar este servicio para tener un nivel similar al de sus competidores.

Apoyan el proceso de innovación de productos y proceso dentro de la empresa

debido a que buscan ventajas respecto a los competidores y una forma de

hacerlo es innovando o creando productos y procesos. Un ejemplo de estos

Sistemas de Información dentro de la empresa puede ser un sistema MRP

(Manufacturing Resoure Planning) enfocado a reducir sustancialmente el

desperdicio en el proceso productivo, o bien, un Centro de Información que

proporcione todo tipo de información; como situación de créditos, embarques,

tiempos de entrega, etc.

II.1.2 Modelos

En la vida real se presentan situaciones o sucesos que requieren tomar decisiones

para planificar, predecir, invertir, proyectar, etc. Por ejemplo, la demanda creciente de

lugares turísticos en la zona de perilagos, crea la necesidad de realizar estudios

estadísticos y proyecciones sobre el comportamiento del agua en lagos, ríos, arroyos,

etc, de manera de poder otorgar factibilidad para la construcción de cualquier

emprendimiento que surja sin tener que lamentarse en el futuro. Para eso es

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 15

importante el conocimiento del problema o de la situación y de las posibles

soluciones, donde juegan un papel de importancia herramientas que permiten la

obtención de información, como la modelización y la simulación. Los datos que se

obtienen permiten predecir el comportamiento actual y futuro en distintos escenarios

mediante una serie de experiencias realizadas con un programa informático.

Cualquiera sea la aplicación a simular se requiere conocer y manejar una serie

de procedimientos y criterios para obtener datos, analizarlos y tomar decisiones.

Los procesos de modelización y simulación son iterativos, permiten comprender

mejor el sistema de estudio y ayudan a la toma de decisiones, sin el exclusivo apoyo

de la intuición, experiencia o tradición. En consecuencia es importante determinar el

sistema a estudiar según determinados objetivos, representarlo mediante un modelo y

luego simularlo.

La misma realidad puede describirse mediante varios y distintos modelos, cada

uno de ellos describen una vista particular del mismo dominio. Para expresar cada

uno de esos modelos, se necesita un lenguaje [16][17][18]. A veces, con el mismo

lenguaje no se pueden expresar dos modelos distintos, ya que el poder expresivo de

un lenguaje puede no contemplar aspectos que se quieren modelar en una

determinada visión. Para esta tarea se escoge normalmente un lenguaje de

modelización que puede presentar la estructura completa del modelo de una forma

que sea comprendida por sus usuarios potenciales; facilitando el conocimiento y la

integración de las partes teniendo en cuenta que el sistema completo se comporta de

un modo distinto que la simple suma de sus partes, holismo4.

En la construcción científica de modelos se usan varios tipos de "lenguajes",

muchos de los cuales se han tomado de las artes. Esto no debe asombrar, puesto

que el fin de la mayor parte de las artes es "manifestar lo invisible", en otras palabras,

expresar una invariante que está tras las cosas convencionales y visibles.

4 Es una posición metodológica y epistemológica que postula que los sistemas (ya sean físicos,

biológicos, sociales, económicos, mentales, lingüísticos, etc.) y sus propiedades, deben ser analizados en su conjunto y no a través de las partes que los componen, consideradas éstas separadamente.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 16

Al seleccionar el lenguaje más conveniente para el modelo, se debe recordar

que los modelos se pueden utilizar para varias fases diferentes de un mismo proyecto

o para diferentes proyectos.

En el ejemplo de la Figura II.2 se constituye una muestra de cómo se puede

analizar un sistema, descomponerlo en sus elementos esenciales, y relacionar estos

elementos mediante un bosquejo de cómo se producen las influencias entre ellos. De

este modo se tiene la descripción más elemental que se puede tener de ese sistema,

que se limita a establecer qué partes lo forman y cuáles de ellas se influyen entre sí.

La influencia, en esta descripción, se mantiene a un nivel cualitativo, en el sentido de

que únicamente se dice si se produce o no influencia, pero no la forma o magnitud

que tenga. En general, si A y B son dos partes de un sistema, el hecho de que A

influya sobre B se representa mediante un flecha de la forma A B e indica que B

es una función de A, es decir B = ƒ(A), aunque no se conozca la forma matemática

exacta de la función.

En su forma más simple el diagrama de influencias está formado por lo que se

conoce como un grafo orientado. A las flechas que representan las aristas se puede

asociar un signo. Este signo indica si las variaciones del antecedente y del

consecuente son, o no, del mismo signo. Se supone que entre A y B existe una

relación de influencia positiva.

Lo mencionado en el párrafo precedente quiere decir que si A aumenta, lo

mismo sucederá con B; y, por el contrario, si A disminuye, así mismo lo hará B. Por

otra parte, si la influencia fuese negativa a un incremento de A seguiría una

disminución de B, y viceversa. De este modo, asociando un signo a las relaciones de

influencia, se tiene un diagrama que suministra una información más rica sobre la

estructura del sistema, aunque continúe conservando su carácter cualitativo. El grafo

correspondiente se dice que está signado. En la Figura II.2. se muestra el diagrama

del proceso de llenar un vaso, con un grafo de este tipo.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 17

II.1.3 Simulación ¿Arte o Ciencia?

La simulación es la construcción de modelos, particularmente informáticos, que

describen la parte esencial del comportamiento de un sistema de interés, así como

diseñar y realizar experimentos con el modelo y extraer conclusiones de sus

resultados para apoyar la toma de decisiones [19][20][21][22][23].

La simulación se usa como un paradigma, como un marco de trabajo válido,

para analizar sistemas complejos. La idea es obtener una representación simplificada

de algún aspecto de interés de la realidad e imitar la operación del sistema actual

sobre el tiempo.

La simulación permite experimentar con sistemas, reales o propuestos, en casos

en los que de otra manera esto sería imposible o impráctico.

II.1.3.1 Modelado de un Sistema

En algún momento de la vida de la mayoría de los sistemas, hay una necesidad

de estudiar su comportamiento para entender las relaciones entre varios

componentes, o para predecir el funcionamiento bajo la consideración de nuevas

condiciones.

Figura II.2 – Diagrama Básico del Proceso de llenar un Vaso de Agua (a) Con un Grafo Orientado; (b) Con un Grafo Signado

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 18

El uso de modelos, a veces llamado "modelación", es un instrumento muy

común en el estudio de sistemas de toda índole. El empleo de modelos facilita el

estudio de los sistemas, aún cuando éstos puedan contener muchos componentes y

mostrar numerosas interacciones como puede ocurrir si se trata de conjuntos bastante

complejos y de gran tamaño. El trabajo de modelación constituye una actividad

técnica como cualquiera otra, y dicha labor puede ser sencilla o compleja según el

tipo de problema específico que deba analizarse.

Un sistema puede ser estudiado directamente mediante un experimento o con

un modelo que lo representa. Cuando la primera alternativa no es conveniente, por

razones de costo o incluso porque el sistema a estudiar podría aún no existir, es

usualmente necesario construir un modelo del sistema.

El modelo es una "imitación" del sistema original. Como para poder imitar algo o

a alguien es necesario conocerlo bien, será necesario reunir la información precisa

respecto del sistema original. En el modelo participan las variables y sus relaciones.

Un modelo es una abstracción de la realidad que captura lo esencial para

investigar y experimentar en lugar de hacerlo con el sistema real, con menor riesgo,

tiempo y costo.

Modelar es una metodología de trabajo para:

Describir el comportamiento de los sistemas.

Hacer hipótesis que expliquen el comportamiento observado.

Predecir cómo responde el sistema cuando se producen cambios.

En algunas ocasiones se plantean modelos que son visiones particulares o

individuales de una parte del mundo real como puede ser un cuadro (Figura.II.3).

¿Un cuadro surrealista es un modelo? Sí, porque es la idea original que tenía en

mente el pintor, desde un punto de vista artístico y con el solo objetivo de expresar en

forma subjetiva la visión sobre el sistema que pintó. Por esa razón es un modelo de la

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 19

realidad, puramente individual y subjetiva, pero el cual no se puede simular o evaluar

comportamientos de ese sistema en distintas situaciones.

Figura II.3: Modelo No Simulable

Cuando se hace un plano a escala de una casa, se plantea un modelo con el

que se puede experimentar borrando líneas y cambiándolas de lugar para

comprender como se comportaría la relación de espacio-luz en el interior de la casa,

se puede evaluar si será cómodo o no para sus habitantes ir de una a otra habitación,

etc. (Fig.II.4).

Con lo antedicho se puede concluir que el concepto de Simulación al que se

refiere este capítulo se encuadra en el marco de la ciencia, es decir, todo el

conocimiento que se necesita tener de un sistema para poder modelarlo. Así, la

herramienta que se utiliza como soporte para su modelado se encuadra en la

tecnología.

Figura II.4: Modelo Simulable

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 20

II.1.3.2 Proceso de modelado

El proceso de modelado consiste en el conjunto de operaciones mediante el cual, tras

el oportuno estudio y análisis, se construye el modelo del aspecto de la realidad que

resulta problemático. Este proceso, consiste, en esencia, en analizar toda la

información de la que se dispone con relación al proceso, depurarla hasta reducirla a

sus aspectos esenciales, y reelaborarla de modo que pueda ser transcrita al lenguaje

sistémico. En el proceso de modelado, en el estilo más clásico, se pueden distinguir

las fases siguientes como se ve en la Figura II.5:

Definición del problema. En esta primera fase se trata de definir claramente el

problema y de establecer si es adecuado para ser descripto con los elementos

sistémicos. Para ello, el problema debe ser susceptible de ser analizado en

componentes, Figura II.6, los cuales llevan asociadas magnitudes cuya

variación a lo largo del tiempo se pretenden estudiar.

Figura II.5 – Fases en la Construcción de un Modelo

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 21

Conceptualización del sistema. Una vez asumida la adecuación del lenguaje

sistémico elemental para estudiar el problema, se trata de acometer dicho

estudio definiendo los distintos elementos que integran la descripción, así como

las influencias que se producen entre ellos. El resultado de esta fase es el

establecimiento del diagrama de influencias del sistema.

Formalización. En esta fase se pretende convertir el diagrama de influencias,

realizado en la etapa anterior, en un diagrama con estructura. A partir de este

diagrama se pueden escribir las ecuaciones del modelo. Al final de la fase se

dispone de un modelo del sistema.

Comportamiento del modelo. Esta cuarta fase consiste en la simulación

informática del modelo para determinar las trayectorias que genera – Figura

II.7.

Figura II.6 – En el Estudio del Comportamiento Problemático de un

Sistema se le debe asociar una Estructura que lo Genere

Figura II.7 – Una vez construida la Estructura se puede Estudiar

por Simulación los Comportamientos que genera

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 22

Evaluación del modelo. En esta fase se somete al modelo a una serie de

ensayos y análisis para evaluar su validez y calidad. Estos análisis son muy

variados y comprenden la comprobación de la consistencia lógica de las

hipótesis. Incorpora el estudio del ajuste entre las trayectorias generadas por el

modelo y las registradas en la realidad. Asimismo, se incluyen análisis de

sensibilidad, es decir, se estudia la dependencia de las conclusiones con

relación a posibles variaciones de los valores de los parámetros.

Explotación del modelo. En esta última fase el modelo se emplea para

analizar políticas alternativas que pueden aplicarse al sistema que se está

estudiando. Estas políticas alternativas se definen normalmente mediante

escenarios que representan las situaciones a las que debe enfrentarse el

usuario del modelo.

Para la construcción de un modelo se parte de información de dos tipos. Por una

parte, se tienen registros numéricos de las trayectorias seguidas en el pasado por las

magnitudes correspondientes. Por otra, se dispone de una información, de naturaleza

muy variada, con relación a cómo se producen las interacciones en el seno del

sistema. Según la importancia relativa que se dé a estos dos tipos de información, se

tienen diferentes métodos de modelado. En los métodos basados en la estadística, se

considera que la única información relevante es la del primer tipo y, por tanto, en

estos métodos de modelado se trata de realizar un ajuste numérico de los modelos a

esos datos.

Por otra parte, en métodos como la dinámica de sistemas se asume que la

información relevante es la del segundo tipo. Es decir, información con respecto a

cómo se producen las interacciones en el seno del sistema, aunque sea en principio

cualitativa. Esta información, mediante el proceso de conceptualización, conduce al

diagrama de influencias. Este diagrama se reelabora para construir el diagrama de

Forrester5. Sólo entonces, de acuerdo con este método, empieza a tener interés la

5 Los diagramas de Forrester (DF) son herramientas específicas de modelado de la dinámica de

sistemas (DS), que es una metodología para el estudio y análisis de sistemas continuos complejos,

mediante la búsqueda de relaciones entre los subsistemas.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 23

consideración de la información numérica.

II.2. Ontología

La creciente automatización de procesos, en general, ha provocado una proliferación

de sistemas de información con semánticas que se solapan. Por otro lado existe la

necesidad de reutilización de conocimiento, para hacer más eficiente esta

automatización. Los desarrollos de sistemas basados en conocimiento y de software

en general, se hacen en diferentes contextos, puntos de vista y suposiciones acerca

de su materia de estudio [24]. Cada uno usa su propio vocabulario, pueden tener

distintos términos para designar un mismo concepto, y diferentes métodos y

estructuras. Esto ha provocado problemas de:

Comunicación por falta de entendimiento compartido y el mismo limitado.

Interoperabilidad.

Reutilización y distribución de la información.

Confiabilidad.

Especificación.

Una ontología especifica una conceptualización, una forma de ver al mundo, por

lo que cada ontología incorpora un punto de vista. Una ontología contiene definiciones

que proveen el vocabulario necesario para referirse a un dominio [25]. Las

definiciones dependen del lenguaje que se usa para describirlas. Algunas de las

características típicas de la ontología son [26]:

Hacer explícito algún punto de vista, por lo tanto, a veces será conveniente

combinar dos o más ontologías.

Introducir conceptualizaciones específicas.

Brindar distintos niveles de abstracción, puesto que no se puede aspirar a tener

una descripción completa del mundo.

Pueden coexistir múltiples representaciones de un mismo concepto.

Permiten establecer relaciones entre los elementos de una o más ontologías,

para establecer conexiones, especializaciones y generalizaciones.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 24

"Una ontología es un vocabulario acerca de un dominio: términos +

relaciones + reglas de combinación para extender el vocabulario".

Neches, 1991 [29].

La información sobre asuntos similares está dispersa entre muchos servidores

diferentes de todo el mundo, pero hay pocos instrumentos para integrar la información

conexa de esas fuentes que son distintas. Estos problemas pueden resolverse

solamente si se adoptan medidas para establecer normas, vocabularios, orientaciones

y reglas adecuadas para facilitar la integración de datos de distintas procedencias y

derivar en un efectivo intercambio de datos.

Las ontologías se usan para favorecer la comunicación entre personas,

organizaciones y aplicaciones, lograr la interoperabilidad entre sistemas informáticos,

razonar automáticamente como así también para la ingeniería de software. El objetivo

es describir un dominio de conocimiento general, que sirva de base para modelar un

caso de estudio; especialmente en el nivel conceptual el modelo es dependiente del

contenido.

II.2.1. Definiciones de Ontologías

El término ontología se ha empleado desde hace muchos siglos en el campo de la

filosofía y del conocimiento y hace ya varias décadas cobró especial relevancia en el

campo de la biblioteconomía y la documentación. Hoy en día es importante dentro del

ámbito de la recuperación y organización de la información, donde prima la idea de

transformar la red no solo en un espacio de información sino también de

conocimiento.

El término ontología viene del campo de la filosofía, y se define como la rama de

la filosofía que se ocupa de la naturaleza y organización de la realidad, es decir de lo

que "existe". En el campo de la Inteligencia Artificial "lo que existe es aquello que

puede ser representado" [27][28].

Existen numerosas definiciones de ontologías, entre las que cabe destacar:

"Una ontología es una especificación formal de una

conceptualización compartida".

Borst, 1997 [30].

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 25

Las ontologías son definiciones que especifican un vocabulario relativo a un

cierto dominio [34][35][36]. Este vocabulario define entidades, clases, propiedades,

predicados, funciones y, las relaciones entre estos componentes. Las ontologías

toman un papel clave en la resolución de interoperabilidad semántica entre sistemas

de información y su uso dentro del contexto.

En términos prácticos, el desarrollo de una ontología incluye:

Definición de conceptos o clases que son las ideas a formalizar.

Relaciones que representan las interacciones entre las clases.

Funciones que son relaciones donde se identifican elementos mediante el

cálculo de una función.

Instancias que son los objetos de una clase.

Además, existe una dicotomía entre razonamiento y representación para la

distinción filosófica entre epistemología y ontología.

"Una ontología es una base de datos que describe los

conceptos generales o sobre un dominio, algunas propiedades de sus

propiedades y cómo los conceptos se relacionan unos con otros".

Weigand, 1997 [31].

"Una ontología necesariamente incluirá un vocabulario de

términos y una especificación de su significado (definiciones e

interrelaciones entre conceptos) que impone estructura al dominio y

restringe las posibles interpretaciones".

Uschold - Jasper [32].

Por otro lado, la ontología se puede ver como el estudio de la organización y naturaleza del mundo independientemente de la forma

de nuestro conocimiento sobre él. La ontología formal se ha definido como "el desarrollo sistemático, formal, axiomático de la

lógica de todas las formas y modos de ser" Cocchiarella, 1991 [33].

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 26

Epistemología se puede definir como "el campo de la filosofía que se ocupa de la

naturaleza y de las fuentes del conocimiento" [Nutter, 1987]. Usualmente, el

conocimiento se compone de proposiciones, que estructuradas formalmente son la

fuente del nuevo conocimiento. El aspecto deductivo parece ser esencial para la

epistemología: el estudio de la "naturaleza" del conocimiento se limita al significado

superficial, es decir, la forma, debido a que es motivado principalmente por el estudio

de procesos de inferencia.

La interpretación del término ontología formal sigue siendo una cuestión de

discusión [37], pues considera ambos significados del adjetivo "formal": por un lado,

es sinónimo de "riguroso", mientras que por otro lado significa "relacionado con las

formas de ser". Por lo tanto, ontología formal no se refiere únicamente a la existencia

de ciertos detalles específicos, sino a la descripción rigurosa de sus formas. En la

práctica, la ontología formal se puede interpretar como la teoría de distinciones a

priori:

Entre las entidades del mundo (objetos físicos, eventos, regiones, cantidades,

etc).

Entre categorías a meta-nivel usadas para modelar el mundo (conceptos,

características, calidades, estados, roles, partes, etc).

En el sentido filosófico, se puede referir a una ontología como un sistema

particular de categorías para una cierta visión del mundo. Como tal, este sistema

no depende de un lenguaje en particular: La ontología de Aristóteles es siempre

igual, independientemente del lenguaje usado para describirla.

II.2.1.1 Concepciones de Ontologías según Gruber y Guarino En 1993, Thomas Gruber [38][39] publicó un artículo en donde se presentan a las

ontologías como un medio para reutilizar y compartir el conocimiento entre las

aplicaciones. Desde este punto de vista, las ontologías formales son vistas como

artefactos diseñados para propósitos específicos. Además, se define el rol de las

ontologías en las actividades relacionadas con compartir el conocimiento y se

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 27

describen algunos criterios para desarrollar las ontologías.

De acuerdo con Gruber, una ontología es una especificación explícita de

una conceptualización. Cuando el conocimiento sobre un dominio se representa en un

formalismo declarativo, el sistema de objetos que puede ser representado se llama

universo de discurso. Este sistema de objetos y las relaciones descriptibles entre

ellos, se reflejan en el vocabulario de representación con el que un programa

representa el conocimiento. En este contexto, es posible describir la ontología de

un programa definiendo el conjunto de términos representativos. En dicha ontología,

las definiciones asocian nombres de entidades del universo de discurso (por

ejemplo, clases, relaciones, funciones, u otros objetos) a describir por medio de

texto en lenguaje natural (human-readable) que representan los nombres y

axiomas formales que restringen la interpretación y el uso de términos bien

formados.

En el caso más simple, una ontología describe una jerarquía de conceptos

conectados por relaciones de subsunción (de una categoría general a una particular);

en casos más sofisticados, se agregan los axiomas convenientes para expresar

otras relaciones entre los conceptos y restringir la interpretación prevista.

Es por eso que, con el fin de solucionar el problema de la interpretación de la

ontología, Gruber propone utilizar una conceptualización. Dos ontologías pueden

usar diferente vocabulario (por ejemplo, en español e inglés) y compartir la misma

conceptualización.

Una conceptualización se ha definido como una estructura <D, R>, donde D es

un dominio y R es un conjunto de relaciones relevantes en D. Esta definición fue

utilizada por Gruber, quien definió la ontología como "especificación de una

conceptualización".

Se puede clasificar a las ontologías según su exactitud para caracterizar la

conceptualización. Hay dos maneras posibles en que una ontología puede estar más

cercana a una conceptualización: desarrollando una axiomatización más rica, y

adoptando un dominio más rico y/o un sistema más rico de relaciones conceptuales

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 28

relevantes. En el primer caso, la distancia entre el conjunto de modelos de la

ontología y el conjunto de modelos previstos se reduce. En el segundo caso, es

posible incluir en el conjunto de relaciones conceptuales relevantes aquellas

relaciones que caractericen un estado del mundo, ampliando al mismo tiempo el

dominio para incluir las entidades involucradas con tales relaciones; por ejemplo, en

la caja de los bloques, se puede considerar la localización espacial de un bloque

como una relación conceptual relevante, incluyendo las localizaciones en el dominio, y

considerando una relación sobre(x, y) como totalmente derivable de las

localizaciones de “x” y de las localizaciones de “y”. Debido a que cada modelo lleva

la información referente al estado del mundo al que se refiere, la conceptualización

subyacente se puede reconstruir a partir del conjunto de sus modelos previstos. En

este caso, si una ontología es axiomatizada de manera que tenga exactamente los

mismos modelos, entonces sería una ontología "perfecta".

Cuando se elige cómo representar algo en la ontología se toman decisiones.

Para guiar y evaluar los diseños, se necesita de criterios imparciales basados en el

propósito del diseño, nociones a priori de la naturaleza, o de la verdad. Los criterios

de diseño propuestos por Gruber son:

Claridad. La ontología debe comunicar con eficacia el significado de los

términos definidos al proporcionar definiciones objetivas y también

documentación en lenguaje natural.

Coherencia. Una ontología debe ser coherente, esto es, debe aprobar las

inferencias que sean consistentes con las definiciones. Al menos, los axiomas

que se definen deben ser lógicamente consistentes. La coherencia debe

aplicarse también a los conceptos que se definen informalmente, por ejemplo,

los descriptos con lenguaje natural. Si una oración que se puede inferir a partir

de los axiomas contradice una definición o un ejemplo dado informalmente,

entonces la ontología es incoherente [40].

Extensibilidad. Una ontología se debe diseñar anticipando el uso de

vocabulario compartido. Es decir, se debe poder definir términos nuevos para

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 29

aplicaciones especiales basadas en el vocabulario existente, de manera que

no se requiera revisar las definiciones existentes.

Minimizar las tendencias en la codificación. La conceptualización se debe

especificar al nivel del conocimiento sin depender de una codificación a nivel de

símbolo en particular. Las tendencias de la codificación deben ser reducidas al

mínimo, ya que los agentes que comparten conocimiento pueden ser

implantados en diferentes sistemas y estilos de representación.

Minimizar el compromiso ontológico. Una ontología puede requerir un

mínimo de compromiso ontológico, que sea suficiente para soportar las

actividades relacionadas con compartir el conocimiento. Debido a que el

compromiso ontológico está basado en el uso constante de un vocabulario, se

puede reducir al mínimo especificando una teoría más débil, que se permite

en la mayoría de los modelos, y definiendo solamente aquellos términos

que sean esenciales para la comunicación de conocimiento consistente.

Nicola Guarino [41], describe la introducción formal de los principios básicos

para la ingeniería de conocimiento, con el fin de explorar las relaciones entre la

ontología y la representación del conocimiento. En su discurso argumenta que en la

“vista de modelado”, para adquirir conocimiento, se debe establecer una

correspondencia entre la base de conocimientos y dos subsistemas [42]:

El comportamiento del agente (la expertiz en el problema a resolver).

Su ambiente (el dominio del problema).

Las metodologías existentes, para modelar el conocimiento, tienden a

enfocarse hacia el comportamiento del agente y consideran que el conocimiento

sobre el dominio del problema es muy dependiente de una tarea particular. De

hecho, los investigadores en Inteligencia Artificial (IA) parecieron estar más

interesados en la naturaleza del razonamiento que en la naturaleza del mundo

verdadero. Las ontologías son bases del conocimiento independientes de la tarea y

son adecuadas para la integración a gran escala.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 30

Las ontologías también son clasificadas de acuerdo a su dependencia de una

tarea específica o de un punto de vista. (Ver Figura II.8)

Figura II.8 - Tipos de Ontologías de acuerdo a su Nivel de Dependencia para una Tarea en Particular

(Las líneas representan relaciones de especialización)

Ontologías de Alto Nivel o Genéricas. Describen conceptos más generales.

En relación con los SI, estas ontologías describirían conceptos básicos. Por

ejemplo: una teoría describiría partes y todos, y sus relaciones con la topología.

Ontologías de Dominio. Describen un vocabulario relacionado con un dominio

genérico. Por ejemplo, podría ser una descripción de datos y entidades

relacionados con la sensorización remota con un ambiente urbano.

Ontologías de Tareas o de Técnicas básicas. Describen una tarea, actividad

o artefacto. Por ejemplo, la evaluación de la contaminación sonora en

ambientes urbanos o la descripción de características generales de

componentes, procesos o funciones.

Ontologías de Aplicación. Describen conceptos que dependen tanto de un

dominio específico como de una tarea específica y, generalmente son una

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 31

especialización de ambas. Federico Fonseca [43][44] propone que este tipo de

ontologías nazcan a partir de una combinación de ontologías de niveles

superiores.

Según Van Heist las ontologías pueden clasificarse de acuerdo a la cantidad y tipo de

estructura de la conceptualización en:

Ontologías Terminológicas. Especifican los términos que son usados para

representar conocimiento en el universo del discurso. Suelen ser usadas para

unificar vocabulario en un campo determinado.

Ontologías de Información. Especifican la estructura de almacenamiento de

bases de datos. Ofrecen un marco para almacenamiento estandarizado de

información.

Ontologías del Modelado del Conocimiento. Especifican

conceptualizaciones del conocimiento. Contiene una rica estructura interna y

suelen estar ajustadas al uso particular del conocimiento que describen.

II.2.1.2 Definición de Ontología como Especificación del Conocimiento

Ya se ha mencionado que una definición de diccionario típica identifica a la ontología

con "la rama de la metafísica que estudia la naturaleza de la existencia".

En las aplicaciones reales, sin embargo, una ontología es una entidad

computacional, y no ha de ser considerada como una entidad natural que se

descubre, sino como recurso artificial que se crea [45][46]. Una ontología ha de

entenderse como un entendimiento común y compartido de un dominio, que puede

comunicarse entre científicos y sistemas computacionales. Ésta última característica,

el hecho de que puedan compartirse y reutilizarse en aplicaciones diferentes, explica

en parte el gran interés suscitado en los últimos años en la creación e integración de

ontologías [47].

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 32

El sinónimo más usual de ontología es conceptualización. Según la definición de

Gruber, una ontología constituye "a formal, explicit specification of a shared

conceptualization". En esta definición, convertida ya en estándar, conceptualización

se refiere a un modelo abstracto de algún fenómeno del mundo del que se identifican

los conceptos que son relevantes; explícito hace referencia a la necesidad de

especificar de forma consciente los distintos conceptos que conforman una ontología;

formal indica que la especificación debe representarse por medio de un lenguaje de

representación formalizado y compartida refleja que una ontología debe, en el mejor

de los casos, dar cuenta de conocimiento aceptado como mínimo, por el grupo de

personas que deben usarla.

II.2.2. Problemas a Nivel de Ontología

Una ontología especifica una conceptualización de un dominio, generalmente en

términos de conceptos, atributos, relaciones y axiomas. Constituye por lo tanto una

red semántica que puede ser representada por diversos lenguajes (i.e. DAML+OIL,

OWL, etc.) [48]. Las ontologías, frente a otros sistemas de representación de

conocimiento, permiten expresar más contenido semántico y realizar inferencias.

Un aspecto común de todas estas clases de interrelación de ontologías son los

problemas relacionados con la capacidad expresiva del lenguaje y con la ambigüedad

en la denominación de los conceptos.

Pueden utilizarse diversos modos de modelar un mismo conocimiento, de tal

modo que, aunque se utilice el mismo lenguaje y los mismos constructos, las

ontologías resultantes diferirán. Se clasifican los problemas referidos al nivel

conceptual o de ontología como sigue:

Sintaxis. La especificación de una ontología depende fundamentalmente del

paradigma, la cobertura y la granularidad.

Paradigma: es el modo en el que se van a clasificar los conceptos y, dado

que depende del punto de vista del diseñador, puede variar de unas

ontologías a otras. Por ejemplo, la representación del tiempo puede

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 33

subdividirse en diversas clases, según la unidad que se tome como base

(i.e. segundo, minuto, mes…).

Cobertura: determina la parte del dominio que abarcará. Por ejemplo se

puede tener dos ontologías sobre vehículos, pero con distintas coberturas

ya que una habla de camiones y la otra no.

Granularidad: la granularidad se refiere al nivel de detalle [49]. Una de las

ontologías puede aportar un mayor grado de detalle o granularidad por

ejemplo al diferenciar los vehículos además por su peso.

Semántica. A nivel de ontología se vuelven a encontrar los mismos problemas

que a nivel de lenguaje de modelado, pero esta vez asociados a los términos

del lenguaje natural que van a utilizarse para representar conceptos. Un

constructo puede tener un significado inequívoco, por ejemplo, ser una clase.

Pero el término con el que se anota ese constructo es un término que

pertenece al lenguaje natural, y por tanto está sometido a las ambigüedades

del mismo, tales como la sinonimia y la homonimia.

Los problemas a nivel de ontología son problemas conceptuales, y por tanto más

difíciles de resolver que los problemas relacionados con el lenguaje.

En cuanto a las aproximaciones llevadas a cabo para hacer frente a problemas a

nivel de ontología, se pueden clasificar en dos categorías: el uso de ontologías de alto

nivel, y la utilización de técnicas heurísticas para el mapeo [50].

La idea de una ontología de alto nivel o top-ontology parte de la base de que si

un conjunto de ontologías son conformes a una ontología con un alto nivel de

abstracción y formada por conceptos genéricos, entonces lograr interoperabilidad

entre ellas es una tarea más sencilla. La ontología de alto nivel funcionará entonces

como un estándar de carácter general que sería extendido por otras ontologías de

bajo nivel y de dominio específico.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 34

Se pretende que aplicaciones diversas, cada una con su propia ontología, sean

capaces de interoperar. La posibilidad de “comprender” a otra aplicación supone

establecer un mapeo entre su propia ontología y la ontología de la aplicación destino

para lograr la interoperabilidad, pero no es necesario crear una nueva ontología que

recoja el conocimiento combinado de ambas.

Cualquier persona tiene en su cabeza ontologías mediante las que representa y

entiende el mundo que lo rodea. Estas ontologías no son explícitas, en el sentido de

que no se detallan en un documento ni se organizan de forma jerárquica o

matemática. Se usan ontologías en las que Río representa un Curso de Agua y tiene

agua. ¿Se formalizan este tipo de ontologías?. No, sería innecesario: los ríos son tan

habituales que todos comparten la información de lo que son. Lo mismo sucede

cuando se piensa en el dominio familiar: se sabe que una familia se compone de

varios miembros, que un hijo no puede tener más de un padre y una madre

biológicos, que los padres tienen o han tenido padres. No se necesita explicitar este

conocimiento, pues forma parte de lo que todo el mundo sabe. Sin embargo, cuando

se tratan términos poco comunes o cuando se quiere que estos términos sean

procesados por máquinas, se precisa explicitar las ontologías; esto es, desarrollarlas

en un documento o darles una forma que sea inteligible para las máquinas.

Las máquinas carecen de las ontologías con las que se cuenta para entender el

mundo y comunicarse entre ellas; por eso necesitan ontologías explícitas. En cuanto

dos sistemas de información (sistemas ERP, bases de datos, bases de conocimiento)

intentan comunicarse, aparecen problemas semánticos que dificultan o imposibilitan la

comunicación entre ellos. Los problemas semánticos son de dos tipos: de dominio y

de nombre. Los conflictos de dominio aparecen cuando conceptos similares en cuanto

a significado, pero no idénticos, se representan en distintos dominios. Por ejemplo, el

concepto representado por Trabajador en una base de datos (BD) puede

corresponder a un trabajador cualificado, mientras que otra BD puede usar Trabajador

para cualquier trabajador, sea o no cualificado. Ambos conceptos están muy

vinculados, pero no son equivalentes ni deberían mezclarse. Usando ontologías,

podría especificarse que el primer concepto corresponde a una especialización del

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 35

segundo; y un sistema de razonamiento automático basado en ontologías impediría,

por ejemplo, que se contratara para tareas cualificadas a trabajadores no cualificados.

Los conflictos de nombre son de dos tipos: sinónimos y homónimos. Los

sinónimos ocurren cuando los sistemas usan distintos nombres para referirse al

mismo concepto. Por ejemplo como se ve en la Figura II.9, una BD puede usar

Trabajador para el mismo concepto que otra usa Empleado. En ese caso, se podría

usar una ontología que definiera como idénticos los dos términos. Así, las

aplicaciones que manejarán esas bases de datos sabrían cómo llevar datos de una a

otra.

Figura II.9 – Problema de los Sinónimos Distintos Sistemas usan Distintos Nombres para

referirse al mismo Concepto.

Los homónimos surgen cuando los sistemas usan el mismo nombre para

representar cosas distintas. Por ejemplo, en una aplicación de una compañía de

seguros, Conductor representa a una persona que tiene contratada una póliza

particular con la compañía; mientras que, en una aplicación de una compañía de

taxis, Conductor representa a un trabajador que conduce un taxi de la compañía.

Como es de suponer, si se intentara integrar automáticamente ambas aplicaciones

basándose en que ambas usan el mismo término (Conductor) para significar lo

mismo, se produciría el desastre más absoluto: al dar de baja a un conductor de taxi

se le quitaría su póliza de seguros, con lo que no podría conducir ni su propio coche

(al menos, no legalmente); y, al dar de alta a un asegurado, se le daría de alta como

taxista, aunque no tuviera la licencia de taxista. Sólo una ontología explícita le puede

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 36

comunicar a una aplicación que su Conductor no guarda ninguna relación con el de

otra.

Los problemas derivados de la falta de comprensión común entre personas

revisten una gran importancia en la ciencia y en la tecnología. Las ontologías

favorecen la comunicación entre personas, organizaciones y aplicaciones porque

proporcionan una comprensión común de un dominio, de modo que se eliminan

confusiones conceptuales y terminológicas.

Dos sistemas son interoperables si pueden trabajar conjuntamente de una forma

automática, sin esfuerzo por parte del usuario. Por ejemplo, dos teléfonos móviles de

distintos fabricantes y abonados de diferentes compañías telefónicas interoperan para

que los usuarios puedan hablar entre sí.

Las ontologías resultan muy útiles para facilitar el razonamiento automático, es

decir, sin intervención humana. Partiendo de unas reglas de inferencia, un motor de

razonamiento puede usar los datos de las ontologías para inferir conclusiones de

ellos. Por ejemplo, si se establecen estas reglas: "Todos los ríos desembocan en un

mar, en un océano o en un lago" y "Si el curso de un río termina en una población,

esa población está junto al mar, océano o lago donde desemboca", las máquinas

pueden hacer deducciones como la mostrada en la siguiente Figura II.10.

Figura II.10 – Reglas de Inferencia

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 37

II.2.3 Importancia de la Calidad de los Datos

Los datos se han convertido en uno de los activos más importantes de las

organizaciones porque son clave en la toma de decisiones estratégicas u operativas

[51][52]. Por esta razón surge la necesidad de manipular adecuadamente los datos

más importantes para aumentar la competitividad de las organizaciones. Es

importante destacar que trabajar con “todos” los datos disponibles, en general, es

contraproducente porque brinda información inútil e innecesaria, con mucha

redundancia y con una gran cantidad de datos históricos, lo que lleva a formar el “Silo”

o almacén de datos, que resulta perjudicial para toda organización.

El dato es el embrión de información que posibilita la obtención de conocimiento

rentable. Para que este embrión germine con éxito debe:

Poseer buena calidad en origen.

Estar cuidado y protegido en su desarrollo.

Un importante problema aparece cuando, para obtener información se necesita

extraer datos de calidad distribuidos en múltiples fuentes heterogéneas. El problema

reside en la necesidad de combinar los datos de forma tal de proporcionar al usuario

una vista unificada de los mismos que sea relevante para la tarea que se está

desarrollando. Esta dificultad se conoce en la jerga de Ingeniería de Software como

Integración de Datos.

Por las razones mencionadas en el párrafo anterior, se hace necesario definir el

concepto de Calidad de Datos.

Una estrategia habitual que se suele utilizar para determinar el grado de calidad

de datos de una aplicación consiste en definir:

Un marco de trabajo que posibilite determinar las dimensiones de calidad de

datos para un contexto genérico o bien especializado en un área.

Métricas asociadas a esas dimensiones.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 38

Las dimensiones de calidad de datos y de información son criterios relacionales

que presentan los requisitos mediante los cuales es posible juzgar la calidad de un

dato. Estas a su vez pueden dividirse en otras que complementan su significado [53].

Es importante notar, que generalmente es necesario el uso de varias dimensiones

para definir el estado de calidad de datos y de información cuando se analiza una

aplicación específica [54].

La integración de los datos de calidad es una de las principales tareas tanto de

investigación como de negocio, permitiendo a los usuarios acceder a datos

almacenados en fuentes de datos heterogéneas, presentando una única vista

unificada de esos datos, de forma que el usuario no llegue a percibir una

heterogeneidad.

A continuación se muestran dos de los motivos por lo que la Integración de

Datos es importante:

La cantidad de fuentes de información que se encuentran en la Web es cada

vez más extensa y más heterogénea. Aquí, el problema de la integración de la

información, está presente en cada consulta que realiza el usuario.

La cantidad de grandes empresas que nacen como unión de empresas más

pequeñas, tienen la necesidad de integrar y compartir una gran cantidad de

información procedente de numerosas fuentes de datos diferentes.

Las fuentes de datos heterogéneas entre sí, se incrementan a diario, al igual que

los datos pobres, inexactos, incompletos, inconsistentes, desactualizados, duplicados,

en resumen, datos carentes de calidad. Por eso, sin técnicas adecuadas para integrar

y fusionar tales datos, la calidad de los datos en la información final, resulta baja.

II.2.4 Sistemas de Información Basados en Ontologías

Ontología es una antigua disciplina que en sentido filosófico, se define como un

esquema específico de categorías que refleja una visión específica del mundo.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 39

Desde el punto de vista informático ontologías son teorías que especifican un

vocabulario relativo a un cierto dominio. Este vocabulario define entidades, clases,

propiedades, predicados y funciones y, las relaciones entre estos componentes.

Las ontologías toman un papel clave en la resolución de interoperabilidad

semántica entre sistemas de información y su uso. Filósofos e ingenieros de software

tienen puntos de vista diferentes sobre ontologías. Guarino en su obra [55][56],

interpreta que la ontología describe una cierta realidad con un vocabulario específico,

usando un conjunto de premisas de acuerdo con un sentido intencional de palabras

del vocabulario. Gruber [57] define una ontología como una especificación explícita de

una conceptualización, es decir, que proporciona una estructura y contenidos de

forma explícita que codifica las reglas implícitas de una parte de la realidad; estas

declaraciones explícitas son independientes del fin y del dominio de la aplicación en el

que se usarán o reutilizarán sus definiciones.

De esta forma, se puede decir que para un ingeniero de software existen

diversas ontologías, en cuanto que para un filósofo existe apenas una, la Ontología,

con letra mayúscula. Para resolver esta cuestión, Smith [58] sugiere una distinción

terminológica entre una ontología basada en una realidad (ontología-R) y una

ontología epistemológica (ontología-E). Ontología-R es una teoría que explica cómo el

universo está organizado y corresponde al mundo de los filósofos.

Apartándose del aspecto filosófico, se puede definir ontología como una teoría

que explica cómo un individuo, grupo, lenguaje o ciencia entiende un determinado

dominio.

El desarrollo de sistemas basados en el conocimiento y de software en general,

normalmente se realiza en diferentes contextos, puntos de vista y suposiciones

acerca de su materia de estudio. Cada uno usa su propio vocabulario, y por ello

pueden tener diferentes conceptos con significados que, a veces, se solapan y,

pueden tener diferentes métodos y estructuras. Por lo tanto, se crean problemas de

comunicación por falta de entendimiento compartido que limita la interoperabilidad y,

en consecuencia, el potencial de reutilizar y compartir información [59].

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 40

Interoperabilidad es la capacidad de un sistema para compartir e intercambiar

informaciones y aplicaciones. De acuerdo con Sheth [60], la nueva generación de

sistemas de información (SI) deberá ser capaz de resolver la interoperabilidad

semántica, en la cual un hecho puede ser más que una descripción, para poder hacer

un buen uso de las informaciones disponibles como la llegada de Internet y la

computación distribuida.

Estos sistemas deberán ser capaces de entender:

El modelo de un usuario de cualquier parte del mundo y sus significados.

Los modelos procedentes de otras fuentes de información.

La forma de resolverlo consiste en crear un entendimiento compartido, como son

las ontologías, que unifican los diferentes puntos de vista y sirven para:

Entender cómo diferentes sistemas comparten informaciones.

Descubrir ciertas distorsiones presentes en los procesos cognitivos de

aprendizaje en un mismo contexto.

Formar patrones para el desarrollo de SI.

El uso de ontologías en el desarrollo de Sistemas de Información (SI) permite

establecer correspondencia y relaciones entre los diferentes dominios de entidades de

información.

Frank [61] acredita que el uso de ontologías en el desarrollo de sistemas

contribuye en una mejora en la calidad del producto final, ya que ellas pueden ayudar

a evitar problemas como:

Inconsistencia entre ontologías implícitas en Sistemas de Información.

Conflictos entre conceptos ontológicos e implementaciones.

Conflictos entre ontología de sentido común y conceptos básicos no incluidos

en el software.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 41

Una posibilidad a tener en cuenta es tener un modelo de conocimiento, haciendo

una analogía con un modelo de datos. Un modelo de datos describe la estructura

lógica de los datos y su aplicación.

El modelo es una descripción esquemática de las instancias del modelo. Estas

instancias representan los datos que son usados por la aplicación. Se han hecho

muchas extensiones del modelo entidad - relación para tratar de capturar el

significado de los datos (la parte semántica). Una extensión común es usar jerarquías

de subclases.

La construcción de ontologías lleva implícito que cada término y cada relación

entre términos se definan formalmente. Los conceptos se describen explícitamente

para entender su significado, mediante acuerdos ontológicos. Con ello, un usuario que

desee reutilizar una ontología desarrollada por otros, puede conseguir la información

de todos los conceptos que soporta, su taxonomía y los axiomas. A diferencia de los

tesauros,6 las ontologías poseen una mayor variedad de relaciones entre conceptos.

Estas relaciones se crean a propósito del modelo conceptual existente en el dominio

que se está formalizando.

De igual forma, el conocimiento almacenado en un sistema documental se

puede organizar definiendo cada concepto como, por ejemplo: Revista, Artículo, Libro,

Autor, etc. También se puede organizar las relaciones que existen entre un consenso

tanto en el significado de cada término, como en una unificación formal de

almacenamiento de esa información. Las ontologías se construyen siguiendo esta

filosofía, por lo que pueden ser reutilizadas en diferentes dominios y con diferentes

fines. Definiendo axiomas del tipo: si A es coautor de B y se sabe que B ha escrito el

libro L1 y L2, se sabe que A ha escrito alguno de estos dos libros, es decir, se pueden

deducir conocimientos que no están explícitos en la ontología.

6 Tesauro es la lista de palabras o términos empleados para representar conceptos.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 42

II.2.5. Proceso de Desarrollo de Ontologías

El proceso de construir una ontología no difiere mucho, en líneas generales, del

usado para construir software. Fundación para Agentes Físicos Inteligentes (FIPA),

2000, identifica las actividades del proceso de desarrollo de software adaptadas al

proceso de desarrollo de ontologías como sigue:

Actividades de administración de proyecto:

Actividad Objetivo

Planificación Identificar las tareas a realizar y los recursos disponibles, tales como

software, hardware, humanos, etc.

Control Especificar los mecanismos para garantizar que las tareas se realicen

según lo planificado.

Calidad Especificar los estándares de calidad que deberán cumplir las tareas

realizadas.

Actividades de Desarrollo:

Actividad Objetivo

Especificación Realizar un documento que contenga información referente a:

usuarios finales de la ontología, propósito, alcance, metas y

grado de formalidad.

Conceptualización Construir un modelo conceptual que describa el problema y su

posible solución.

Formalización Transformar el modelo conceptual en un modelo “semi-

computable”, utilizando representaciones lógicas, grafos

conceptuales, esquemas, etc.

Integración Integrar ontologías existentes para garantizar la reutilización del

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 43

conocimiento.

Implantación Codificar la ontología en un lenguaje formal.

Mantenimiento Actualizar la ontología cuando sea necesario.

Actividades de Integración:

Actividad Objetivo

Adquisición de

conocimiento

Adquirir conocimiento mediante la aplicación de técnicas

apropiadas.

Evaluación Evaluar la ontología.

Documentación Documentar apropiadamente la ontología, para garantizar el

éxito al ser compartida y reutilizada.

Al desarrollar ontologías es importante considerar las siguientes reglas básicas

[62]:

No existe una manera única y correcta de modelar un dominio.

El desarrollo ontológico es un proceso iterativo.

Los conceptos de la ontología deberán reflejar lo más fielmente posible a los

objetos y relaciones del dominio.

En general, las metodologías proporcionan un conjunto de directrices que

indican cómo deben realizarse las actividades identificadas en el proceso de

desarrollo, qué técnicas son las más apropiadas en cada actividad y qué produce

cada una de ellas [63]. Son muchas las metodologías para desarrollar ontologías que

se han propuesto, destacan entre otras, la de Uschold y King [64], la de Grüninger y

Fox [65], Methontology [66] y On-To-Knowledge [67], entre las más conocidas.

A continuación, se describen dos metodologías de construcción utilizadas en

desarrollos ontológicos como son Methontology y On-To-Knowledge.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 44

II.2.5.1. Metodología Methontology

Esta metodología fue desarrollada en el Laboratorio de Inteligencia Artificial de la

Universidad Politécnica de Madrid [68]. Permite la construcción de ontologías a nivel

de conocimiento e incluye la identificación del proceso de desarrollo de la ontología,

un ciclo de vida basado en la evolución de prototipos y técnicas particulares para

realizar cada actividad.

Methontology ha sido propuesta para la construcción de ontologías por la

Fundación para Agentes Físicos Inteligentes (FIPA), que promueve la

interoperabilidad entre las aplicaciones basadas en agentes.

Figura II.11 – Ciclo de Vida de Methontology. [69]

El ciclo de vida de Methontology se muestra en la Figura II.11. Las actividades

de control, aseguramiento de calidad, adquisición de conocimiento, integración,

evaluación documentación y manejo de configuración se realizan simultáneamente

con las actividades de desarrollo. La conceptualización debe ser evaluada

cuidadosamente para evitar la propagación de errores a las siguientes etapas del ciclo

de vida de la ontología [70].

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 45

La planificación se realiza antes del desarrollo de la ontología, por lo tanto no

forma parte de su ciclo de vida. Las actividades de adquisición de conocimiento,

integración y evaluación requieren un mayor esfuerzo en la etapa de

conceptualización.

Methontology propone un ciclo de vida basado en la evolución de prototipos que

permite añadir, cambiar y eliminar términos en cada nueva versión (prototipo) de la

ontología.

Las actividades de desarrollo identificadas para Methontology son las siguientes:

a) Especificación: realizar un documento donde se señale el alcance, objetivos,

propósito, nivel de formalidad y usuarios finales de la ontología.

b) Conceptualización: consiste en organizar y convertir una percepción informal

de un dominio en una especificación semi-formal usando un conjunto de

representaciones intermedias (tablas, diagramas) que puedan ser entendidas

por los expertos del dominio y los desarrolladores de ontologías. En la Figura

II.12 se muestran los componentes de la ontología (conceptos, atributos,

relaciones, constantes, axiomas formales, reglas e instancias) construidos en

cada tarea, y se ilustra el orden propuesto para crear tales componentes durante

la actividad de conceptualización. Las tareas de conceptualización en

Methontology se describen a continuación:

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 46

Figura II.12 - Tareas de la Actividad de Conceptualización según Methontology.

[69]

Tarea 2. Construir la taxonomía de conceptos. Cuando el glosario de

términos tenga una cantidad importante de elementos, se construye una

taxonomía que defina la jerarquía entre los conceptos. Se debe evaluar que la

taxonomía creada no contenga errores.

Tarea 3. Construir un diagrama de relaciones binarias. El objetivo de este

diagrama es establecer las relaciones entre los conceptos de una o más

taxonomías de conceptos. Se evalúa que el diagrama creado no contenga

errores.

Tarea 4. Construir el diccionario de conceptos. El diccionario de conceptos

contiene los conceptos del dominio, sus relaciones, instancias, atributos de

clases y atributos de instancias. Las relaciones, atributos de instancias, y

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 47

atributos de clases son locales al concepto, lo que significa que sus nombres

pueden repetirse en diferentes conceptos.

Tarea 5. Definir las relaciones binarias en detalle. Se crea la tabla de

relaciones binarias en la que se describe detalladamente todas las relaciones

binarias incluidas en el diccionario de conceptos. Para cada relación binaria se

especifica: nombre, conceptos fuente y destino, cardinalidad y relación inversa.

Tarea 6. Definir los atributos de instancia en detalle. Se crea la tabla de

atributos de instancias en la que se describe detalladamente todos los atributos

de instancias incluidos en el diccionario de conceptos. Los atributos de

instancias son aquellos atributos que describen las instancias de un concepto,

y sus valores pueden ser diferentes para cada instancia del concepto. Para

cada atributo de instancia, se especifica: nombre, concepto al que pertenece,

tipo de valor, rango de valores (en el caso de valores numéricos) y

cardinalidad.

Tarea 7. Definir los atributos de clases en detalle. Se crea la tabla de

atributos de clases en la que se describe detalladamente todos los atributos de

clases incluidos en el diccionario de conceptos. Para cada atributo de clase, se

especifica: nombre, concepto donde es definido, tipo de valor, valor y

cardinalidad.

Tarea 8. Definir las constantes en detalle. Se crea la tabla de constantes en

la que se describe detalladamente cada una de las constantes definidas en el

glosario de términos. Para cada constante, se especifica: nombre, tipo de valor,

valor y unidad de medida (para constantes numéricas).

Tarea 9. Definir los axiomas formales. Se identifican los axiomas formales

necesarios en la ontología y describirlos con precisión en una tabla. Para cada

definición de axioma formal de debe especificar: nombre, descripción,

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 48

expresión lógica que formalmente lo describe (preferiblemente utilizando lógica

de primer orden7), los conceptos, atributos y relaciones binarias a las cuales el

axioma hace referencia y las variables utilizadas.

Tarea 10: Definir las reglas. Se identifica que reglas son necesarias en la

ontología y se describen en una tabla de reglas. Para cada regla, se debe

especificar: nombre, descripción, expresión que formalmente la describe, los

conceptos, los atributos y las relaciones a los que hace referencia y las

variables usadas en la expresión. Para la especificación de las reglas se

sugiere la forma: Si <condiciones> entonces <consecuencias o acciones>.

Tarea 11: Definir las instancias. Una vez que el modelo conceptual de la

ontología ha sido creado, se deben definir las instancias relevantes que

aparecen en el diccionario de conceptos en una tabla de instancias. Para cada

instancia se especifica: nombre, concepto al que pertenece y valores de los

atributos.

c) Formalización: realizar la transformación del modelo conceptual en un

modelo formal o semi-computable.

d) Implementación: Realizar la codificación de la ontología utilizando un

lenguaje formal (Ontolingua, XOL, OIL, DAML, OWL, entre otros).

e) Mantenimiento: Esta actividad permite la actualización y corrección de la

ontología.

7 Permite darle cabida a las intuiciones acerca de lo válido y lo inválido. Amplía el lenguaje para

aumentar su expresividad.

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Mónica del Carmen Gil 49

II.2.5.2. Metodología On-To-Knowledge.

La metodología On-To-Knowledge [71] es uno de los resultados más importantes del

proyecto europeo (EU-IST-1999-10132) del mismo nombre, que proporciona una guía

específica para el desarrollo y mantenimiento de ontologías conjuntamente con el

desarrollo de aplicaciones de gerencia de conocimiento. On-To-Knowledge se basa

en el análisis de escenarios de uso y considera la identificación de los objetivos que

deberían alcanzar las aplicaciones. Las fases de la metodología son: 1) Estudio de

factibilidad 2) Comienzo 3) Refinamiento 4) Evaluación y 5) Mantenimiento. A

continuación se describen estas fases en detalle:

Fase 1. Estudio de factibilidad: El correcto funcionamiento de un sistema de

gerencia y manipulación de conocimiento dependerá de la manera como éste se

integre en la organización en la cual se utilizará, es por esta razón que es

necesario determinar los factores que podrían influir en su fracaso o éxito. Una

manera de analizar la influencia de estos factores es mediante la realización de un

estudio de factibilidad que permita identificar problemas y oportunidades, así como

soluciones posibles. Un estudio de factibilidad ayuda a determinar la viabilidad

económica y tecnológica del sistema a desarrollar.

Para esta fase la metodología On-To-Knowledge, adopta las directrices

proporcionadas por CommonKads8[72]. Sugiere el desarrollo del modelo de

organización para identificar entre otros aspectos, problemas, oportunidades, posibles

soluciones, fortalezas y personas involucradas. De manera particular recomiendan la

identificación de las tareas, de los agentes (especialmente los humanos) y del

conocimiento que utilizarán los agentes para llevar a cabo las tareas [73].

Las actividades que se realizan en esta fase son:

Identificar problemas y oportunidades.

Seleccionar áreas más prometedoras y soluciones potenciales.

Identificar a las personas involucradas.

8 Es una metodología diseñada para el análisis y la construcción de sistemas basados en conocimiento

de forma análoga a los métodos empleados en ingeniería de software.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 50

Seleccionar herramientas de desarrollo.

Productos que se obtienen en esta fase:

Hojas de trabajo de CommonKads para los modelos de organización, tareas,

conocimiento y agentes.

Fase 2. Comienzo: En esta fase se inicia el desarrollo real de la ontología,

comenzando por la elaboración de un documento de especificación de

requerimientos, en el cual se describe lo que la ontología deberá hacer,

bosquejando el área de utilización. Se desarrolla una taxonomía informal,

considerando qué conceptos deben ser incluidos y cuáles ser excluidos.

Los aspectos que debe mostrar el documento de requerimientos son, entre otros: la

meta de la ontología, la especificación del dominio y el alcance, las aplicaciones que

soportará la ontología, fuentes de conocimiento (dominio experto, organigramas,

fuentes de conocimiento, esquemas de bases de datos, etc.), usuarios potenciales y

escenarios de uso. Este documento se puede enriquecer adicionando preguntas de

competencia (revisión de posibles preguntas que el sistema deberá responder que

indiquen el alcance y contenido del dominio) y ontologías que puedan ser reusadas.

Las actividades que se realizan en esta fase son:

Especificar los requerimientos.

Analizar las fuentes de conocimiento.

Desarrollar una taxonomía informal.

Productos que se obtienen en esta fase:

Documento de especificación de requerimientos.

Taxonomía informal.

Fase 3. Refinamiento: En esta fase se refina la taxonomía informal en función de

los requerimientos y objetivos fijados en la fase anterior. El proceso de refinamiento

conducirá al desarrollo de una ontología completa denominada ontología objetivo

(target).

Las actividades que se realizan en esta fase son:

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 51

Adquirir conocimiento desde los expertos del dominio para refinar la taxonomía

informal, hasta alcanzar la ontología target, la cual contendrá los conceptos

relevantes del dominio y las relaciones entre estos. Esta actividad también

contempla la identificación y modelado de los axiomas. La ontología target

deberá expresarse en un nivel epistemológico utilizando para ello estructuras

de representación como frames, lógica, grafos conceptuales, entre otros.

Formalizar la ontología mediante el uso de un lenguaje de implementación

ontológico o algún editor de ontologías.

Productos que se obtienen en esta fase:

Ontología objetivo formalizada.

Fase 4. Evaluación: En esta fase se prueba la utilidad de la aplicación

desarrollada considerando los siguientes aspectos:

Chequear si la ontología satisface los requerimientos especificados en el

documento de requerimientos.

Verificar la capacidad de respuesta a las preguntas de competencias.

Chequear el funcionamiento de la aplicación desde el punto de vista de

navegabilidad, búsqueda de conceptos y relaciones, entre otros aspectos.

Esta fase se ejecuta en varios ciclos hasta alcanzar el nivel especificado, siendo

el principal insumo, la retroalimentación de los usuarios.

Las actividades que se realizan en esta fase son:

Sobre la base de la retroalimentación, revisar y expandir la ontología.

Analizar los patrones usados en el chequeo de funcionamiento.

Analizar las preguntas de competencia.

Productos que se obtienen en esta fase:

Aplicación basada en la ontología.

Fase 5. Mantenimiento: Esta fase tiene como objetivo reflejar en la ontología los

cambios que se producen en la vida real. Para esto se realiza un mantenimiento

frecuente siguiendo un conjunto de reglas estrictas para la actualización,

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 52

eliminación e inserción. De manera similar a la fase de refinamiento, la

retroalimentación de los usuarios es importante en la identificación de los cambios.

Las actividades que se realizan en esta fase son:

Reunir los cambios identificados.

Actualizar la ontología según las reglas especificadas.

En la Figura II.13 se muestran las fases de On-To-Knowledge, indicando para

cada una las actividades que se realizan y los productos que se obtienen.

Figura II.13 - Fases de On-To-Knowledge

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 53

CAPÍTULO III: ESTADO DEL ARTE

III.1 Interoperabilidad

Se entiende por interoperabilidad a la condición mediante la cual sistemas

heterogéneos pueden intercambiar procesos o datos.

III.1.1 Introducción

La interoperabilidad debe asegurar que los datos se introducen correctamente

en una única aplicación, y automáticamente éstos se propagan al resto de las

aplicaciones del sistema. Un sistema interoperable debe tener reglas definidas, de tal

manera, que controle las interacciones del usuario e intercambie datos entre

aplicaciones de forma efectiva.

Una de las definiciones más citadas9, y que define la interoperabilidad de la

información a un alto nivel conceptual, es la que propuso el IEEE10 en 1990: “la

habilidad de dos o más sistemas, redes de comunicación, aplicaciones o

componentes para intercambiar información entre ellos y para usar la información que

ha sido intercambiada”.

La interoperabilidad de sistemas no es una función cortada por el mismo molde.

Hay varios niveles de interoperabilidad entre los sistemas totalmente interoperables y

los no interoperables.

En el dominio técnico varios modelos de interoperabilidad ya existen y son

usados satisfactoriamente para determinar el grado de interoperabilidad entre

sistemas de tecnología de la información. Sin embargo, algunos modelos no han sido

todavía establecidos en el dominio del modelado conceptual.

9 EICTA. EICTA White Paper on Interoperability and Standardisation. Bruselas, 2006. 26 p. Disponible

en: http://www.eicta.org/fileadmin/user_upload/document/document1166544474.pdf. [Consulta: 29/02/2008]. 10

Institute of Electrical and Electronics Engineers. IEEE Standard Computer Dictionary: A Compilation of IEEE Standard Computer Glossaries. New York: IEEE, 1990. [Consulta: 29/02/2008].

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Mónica del Carmen Gil 54

Las investigaciones realizadas hasta el momento [74][75][76], permiten

comprobar que no existen metodologías para unificar criterios de especificaciones en

las primeras etapas de diseño de cualquier sistema, lo que conduce a problemas de

interoperabilidad al no modelar las relaciones que son necesarias para asegurarla. La

mayoría de los modelos no están bien especificados y documentados desde un nivel

inicial.

Por lo que se pretende construir un puente entre el diseño conceptual y el diseño

técnico para la implementación e integración de sistemas. Este también debería

contribuir a la estandarización de procedimientos así como la estandarización de la

documentación de los sistemas que están diseñados para intercambiar información

[77]. Este diseño es además un marco de trabajo para determinar en una etapa

temprana del desarrollo de procesos, si es posible, la interoperabilidad entre sistemas.

Para este fin, el objetivo del modelo, va más allá del nivel de implementación de

los estándares actuales, habla de definir bien los datos para que a partir de estos se

puedan desarrollar nuevos sistemas de otros usuarios.

III.1.2 Tipos de Interoperabilidad

El programa europeo IDABC (Interoperable Delivery of European eGovernment

Services to public Administrations, Businesses and Citizens), ha publicado el

documento European Interoperability Framework (EIF) en el que divide la

interoperabilidad en tres dominios o dimensiones [78]:

Interoperabilidad técnica: conexión de los sistemas mediante acuerdos sobre

las normas y estándares para la presentación, recolección, intercambio,

transformación y transporte de datos.

Interoperabilidad semántica: garantizar que los datos transferidos comparten

el mismo significado para los sistemas vinculados.

Interoperabilidad organizativa: la organización de los procesos de negocio y

de estructuras organizativas internas para un mejor intercambio de datos.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 55

Desde la perspectiva de la defensa y la estrategia en los sistemas de

información militar, Sandor Munk [79] considera que la interoperabilidad tiene sentido

en distintos dominios como el físico, el de la información, el cognitivo y el social.

Centrándose en la interoperabilidad de la información, que se define como: la

capacidad mutua de diferentes actores necesaria para asegurar el intercambio y

entendimiento común de la información necesaria para cooperar con éxito, Munk

distingue tres niveles de capacidades:

Nivel Técnico: conjunto de capacidades para la gestión de representaciones

de materiales (físicas) que transportan información, lo cual es el fundamento y

requisito esencial para el intercambio eficiente y exitoso de la información.

Nivel Sintáctico: incluye capacidades para la gestión de representaciones

intermediarias (no físicas) relacionadas con lenguajes, mensajes y formatos de

datos empleados durante el intercambio de información.

Nivel Semántico: grupo de capacidades relacionadas con el intercambio de

diferentes representaciones de la información preservando su significado

original.

III.2 Modelos de Interoperabilidad

La interoperabilidad es un concepto que se puede aplicar a muy distintos entornos

donde haya varios sistemas y sea preciso el intercambio de información, y en cada

uno de ellos se pueda establecer un modelo de interoperabilidad específico.

Algunos entornos se caracterizan por el dominio de aplicación de los sistemas

que interactúan:

el dominio de las tecnologías de la información, que abarca diversas áreas

funcionales en razón del tipo de información a la que sirven: como ser la

administración electrónica, el comercio electrónico o el e-learning.

los dominios de las tecnologías financieras, químicas o sanitarias, entre otros.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 56

El enfoque de la interoperabilidad varía para cada uno de estos dominios de

aplicación.

Asimismo, es posible diferenciar entornos de aplicación de la interoperabilidad

por el sector de las tecnologías al que pertenecen: al sector privado, al sector público

o a ambos11.

Además, los entornos se caracterizan por el alcance político y geográfico y la

cantidad de sistemas y servicios implicados, puesto que la interoperabilidad no es

aplicable solamente a un dominio específico, a un sector o a nivel local o nacional,

sino que puede y debería tener un alcance global.

En este sentido, existen varios intentos de clasificar y definir los modelos

aplicables en el ámbito de la interoperabilidad, que tienen como objetivo categorizar e

incluso medir el alcance de los distintos entornos en los que se puede establecer la

interoperabilidad.

Munk12 diferencia tres modelos de interoperabilidad teniendo en cuenta las

características y el alcance de los sistemas que van a intercambiar información y el

entorno que soporta la interoperabilidad:

Modelo elemental: se establece entre sistemas que pertenecen a la misma

área funcional o especialización, y que están en una fuerte y permanente

cooperación. Como consecuencia de la similitud de las funciones entre los

sistemas participantes, y de la fuerte y permanente cooperación, generalmente

estos sistemas manejan el mismo tipo de información y la información a

intercambiar puede ser definida fácilmente.

Modelo complejo: está también conectado con una colaboración

relativamente permanente, pero cubre varias o todas las posibles áreas

funcionales, y generalmente están soportados por esquemas o

representaciones intermedias.

11

Theodorou, Ioannis (et al.) Op. cit., p. 11. 12

Munk, Sandor. Op. cit., p. 105.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 57

Modelo global: no está restringido a una cooperación dada, y describe la

interoperabilidad entre estructuras y soluciones de intercambio de información

en un entorno de información y cooperación cambiante.

Estos modelos manifiestan una gran similitud con la categorización que propone

Sheth [80] con respecto a la distribución de la interoperabilidad, pero en este caso

relacionándolas con distintas fases o generaciones de la evolución histórica de los

esfuerzos por lograr la interoperabilidad:

En la 1ª Generación (hasta 1985), el alcance de la interoperabilidad era

primordialmente departamental y casi siempre en el seno de una compañía.

Los sistemas de múltiples bases de datos implicados eran simplemente

algunas bases de datos y computadoras, en un área local o conectados

directamente.

En la 2ª Generación (1985-1995), con el impacto significativo de Internet y el

advenimiento de la era Web, este alcance se amplía a toda la empresa u

organización e incluso a nivel inter-empresarial conectando decenas de

ordenadores y repositorios de datos.

En la 3ª Generación (1996), con las mejoras significativas en las tecnologías

de la comunicación, infraestructuras globales de información, y en

infraestructuras de distribución computacionales, la dimensión de la distribución

de datos ha logrado un alcance muy amplio, desde un sistema único a la

globalidad. En esta fase, y puesto que la naturaleza distribuida de los datos se

mantiene oculta ante el usuario final, los desarrolladores de sistemas se

enfrentan a nuevos retos.

La Iniciativa ISIS (Integration of Software Intensive Systems) [81], del Instituto de

Ingeniería de Software de la Universidad Carnegie Mellon (SEI/CMU), (EEUU), ha

creado una Guía de Interoperabilidad, en la que se abordan diversos aspectos

relativos a la interoperabilidad: qué es, cuándo debe aplicarse, y cómo puede lograrse

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 58

de forma efectiva, teniendo en cuenta los estándares que pueden ser necesarios para

ello.

En dicha guía, la Iniciativa ISIS distingue varios modelos abstractos de

interoperabilidad, los cuales se mencionan a continuación:

Levels of Information Systems Interoperability (LISI).

Levels of Conceptual Interoperability Model (LCIM).

Layers of Coalition Interoperability (LCI).

System of Systems Interoperability Model (SOSI).

Para la Iniciativa ISIS, estos modelos, y cualquier modelo abstracto, se pueden

dividir en dos categorías según los aspectos o dimensiones de la interoperabilidad

que contemplan:

Modelos centrados en aspectos técnicos necesarios para alcanzar la

interoperabilidad.

Modelos que, además de tener en cuenta los aspectos técnicos, también

abarcan aspectos organizativos y operativos de la interoperabilidad.

Estas categorías de modelos difieren no sólo en el rango de aspectos de

interoperabilidad que abarcan, sino también en su intención o finalidad.

Los modelos técnicos se crean frecuentemente como una forma de categorizar

sistemas en términos de sus características de interoperabilidad.

Los modelos más amplios que abarcan un mayor número de aspectos, tienen

como finalidad facilitar la discusión en torno a un conjunto de actividades que

contribuyen a lograr el éxito de la interoperabilidad.

Según esta diferenciación;

LISI es un modelo técnico dirigido a categorizar sistemas.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 59

LCIM pretende salvar distancias entre el diseño conceptual y el diseño técnico

para lograr la interoperabilidad.

LCI abarca un amplio rango de características técnicas y organizativas que

deben estar alineadas para que los sistemas de coalición puedan interoperar.

SOSI representa un modelo simple enfocado en las actividades de las

organizaciones que desarrollan los sistemas que deben interoperar, así como

en aspectos técnicos.

III.2.1 Modelos para la Interoperabilidad Técnica

Hay muchos modelos de referencia técnica en uso para determinar la

interoperabilidad técnica de los sistemas.

Sobre este nivel la interoperabilidad se define como la habilidad de hacer uso de

la funcionalidad de otros componentes para aumentar la funcionalidad ofrecida por el

propio sistema. Aunque la interoperabilidad técnica no es suficiente para la coalición

de interoperabilidad, facilita la colaboración si está disponible para compartir

información.

III.2.1.1 Levels of Information Systems Iinteroperability (LISI) El LISI (Levels of Informations Systems Interoperability) [82][83] es el modelo de

interoperabilidad con mayor aceptación en la actualidad, cuyo desarrollo comenzó en

1993 por un encargo a la Corporación MITRE, y fue publicado finalmente en 1998 por

el DoD C4ISR Architecture Working Group (AWG) del IEEE.

Su objetivo es evaluar las capacidades e implementaciones en contexto de un

sistema de información con respecto al nivel de interoperabilidad requerida.

Para lograr la interoperabilidad técnica se pueden establecer varios niveles

progresivos:

En el nivel técnico el objetivo es lograr la compatibilidad entre los sistemas que

están "conectados”.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 60

En el nivel de sistemas es necesario obedecer a los mismos protocolos como

requisito para lograr la interconexión de los sistemas.

En el nivel operativo es preciso centrarse en la interoperabilidad del modelo de

datos y objetos que permita el intercambio de información. Figura III.1.

Figura III.1. - Bases del Modelo de Interoperabilidad Semántica de LISI13

A partir de esta base, LISI establece cinco niveles de madurez de la

interoperabilidad entre sistemas de información, asociando una serie de atributos a

esos niveles que abarcan un amplio rango de consideraciones, principalmente

técnicas y organizativas, en torno a la interoperabilidad. Estos atributos se describen

mediante el acrónimo PAID (Procedures, Applications, Infraestructura y Data). El

Modelo de Referencia LISI sitúa los cinco niveles como filas de una matriz y los cuatro

atributos como columnas. Las celdas de las intersecciones describen las capacidades

necesarias para alcanzar un nivel específico de interoperabilidad para un determinado

atributo. Figura III.2.

13 Loannis Theodorou (et al.). Op. Cit., p. 22.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 61

Figura III.2 - LISI Reference Model [3]

Los cinco niveles de interoperabilidad de LISI son los siguientes:

Nivel 0. Isolated (Aislada): sin conexión.

Nivel 1. Connected (Conectada): conexión electrónica, datos y aplicaciones

separados.

Nivel 2. Functional (Funcional): funciones comunes mínimas, datos y

aplicaciones separados.

Nivel 3. Domain (de Dominio): datos compartidos, aplicaciones separadas.

Nivel 4. Enterprise (Empresarial): manipulación interactiva, datos y

aplicaciones compartidas.

Según estos niveles de madurez hay que tener en cuenta varios aspectos que

permiten que los sistemas alcancen la interoperabilidad:

Una Infraestructura para que las aplicaciones intercambien estructuras de

datos e información.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 62

Las políticas y procedimientos que definen las reglas para la interoperabilidad e

intercambio.

III.2.1.1.1 Paradigma PAID

A cada nivel, el modelo LISI atribuye un perfil que se compone de diversos atributos.

Estos atributos los define en su Paradigma PAID (Procedures, Applications,

Infraestructure y Data).

Procedimientos (Procedures): se centran en las distintas formas de

orientación que tienen algún impacto en la interoperabilidad de sistemas,

incluyendo doctrina, misión, arquitecturas y estándares.

Aplicaciones (Applications): representan los aspectos funcionales de un

sistema. Estas funciones se manifiestan en los componentes software de los

sistemas, desde procesos individuales a conjuntos de aplicaciones integradas.

Infraestructura (Infrastructure): define el rango de componentes que hacen

posible las interacciones entre sistemas, incluyendo hardware,

comunicaciones, servicios de sistemas y seguridad. Por ejemplo, las

infraestructuras tienen en cuenta los protocolos, los servicios software, y otras

estructuras de datos de soporte al flujo de información entre las aplicaciones y

los datos.

Datos (Data): incluyen los formatos de datos y estándares que soportan la

interoperabilidad a todos los niveles. Esto incluye todo el rango de estilos y

formatos desde texto simple a modelos de datos de empresa.

III.2.1.1.2 Niveles de interoperabilidad Técnica

Cada nivel de interoperabilidad [84] se caracteriza por la forma de conexión entre los

sistemas y el perfil establecido en relación a los atributos definidos en el Paradigma

PAID. Figura III.3.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 63

Figura III.3 - Niveles de Interoperabilidad LISI [4]

Nivel 0. Aislada: sin conexión. Los sistemas de Nivel 0 no tienen conexión electrónica

directa. El intercambio de datos entre estos sistemas se produce mediante una

entrada manual con el teclado o con un sistema de almacenamiento común (como un

disquete o un CDROM).

Procedimientos. Los sistemas establecen procedimientos locales para

gestionar el control de acceso. El usuario debe acceder al sistema

directamente para compartir información con otros sistemas.

Aplicaciones. Las funcionalidades independientes en sistemas aislados. Los

datos resultantes son importantes pero no se tiene en cuenta la capacidad de

gestionar esos datos de forma consistente.

Infraestructura. Principalmente independiente entre sistemas. La mayor parte

del intercambio de información se lleva a cabo mediante acceso físico directo.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 64

El intercambio de datos entre los sistemas aislados se lleva a cabo mediante el

uso de medios de almacenamiento como disquetes, etc.

Datos. Modelos de datos propietarios.

Nivel 1. Conectada: conexión electrónica, datos y aplicaciones separados. Los

sistemas de Nivel 1 están conectados de forma electrónica. Estos sistemas permiten

el intercambio peer-to-peer de tipos de homogéneos, tales como texto, ficheros

gráficos (p. ej. imágenes GIF, TIFF). Generalmente los sistemas de Nivel 1 permiten

el intercambio de ficheros de forma simple. Los atributos PAID a nivel 1, son:

Procedimientos. Más allá del simple control de acceso, la mayoría siguen

refiriéndose principalmente a políticas a nivel local.

Aplicaciones. Independientes entre sistemas pero con mecanismos e

interfaces comunes, como las especificadas por la JTA (Java Transaction API).

Infraestructura. Soportan conexiones simples tipo peer-to-peer, para permitir

la transferencia de datos locales en consonancia con los procedimientos

establecidos localmente.

Datos. Pueden existir modelos de datos locales, pero por lo general son

específicos de un programa en particular. Los informes simples y los gráficos

son un ejemplo.

Nivel 2. Funcional: funciones comunes mínimas, datos y aplicaciones separados.

Los sistemas de Nivel 2 son sistemas distribuidos que residen en redes locales que

permiten transferir conjuntos de datos complejos y heterogéneos (imágenes anotadas,

mapas, documentos multimedia o hiper-enlazados, etc.) de un sistema a otro. Un

aspecto clave de los sistemas o aplicaciones de este nivel es su capacidad para

proporcionar acceso vía web a los datos.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 65

En los sistemas mencionados están presentes formatos de modelos de datos

(lógicos y físicos), pero generalmente existe un modelo de datos aceptado entre los

distintos programas, y después cada programa define su modelo de datos propio.

Generalmente, los usuarios son capaces de compartir información integrada entre

sistemas o funciones. Los atributos PAID a nivel 2, son:

Procedimientos. Centrándose en el nivel de programas individuales, los

centros de excelencia estarían encargados de especificar muchas de las

implementaciones que los programas deben soportar.

Aplicaciones. Las funciones incluyen automatización de escritorio y la

capacidad de intercambiar algunos datos estructurados. Los programas de

ofimática son un ejemplo. Las interfaces web son importantes en este nivel.

Infraestructura. Los sistemas interactúan con otros sistemas en un área local

mediante LANs. Estas LANs pueden usar protocolos como (TCP/IP) para

soportar redes de área amplia.

Datos. Pueden existir estructuras avanzadas de datos, aunque se centran

principalmente en aplicaciones individuales (modelos de datos de programas).

El uso de formatos de datos comunes entre distintos programas cada vez es

mayor.

Nivel 3. Dominio: datos compartidos, aplicaciones separadas. El nivel 3 se

caracteriza por las múltiples interacciones entre aplicaciones. Los sistemas y

aplicaciones de nivel 3 son sistemas integrados, capaces de interconectarse mediante

redes de áreas amplia (WAN) que permiten a múltiples usuarios acceder a los datos.

En este nivel las implementaciones generalmente tienen una visión localizada de un

espacio de información distribuido y a través de un dominio operativo o funcional, de

manera que la información es compartida por aplicaciones independientes.

Está presente un modelo de datos (lógico y físico) basado en el dominio, que es

entendido, aceptado e implementado en un área funcional o grupo de organizaciones

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 66

que componen un dominio. Los sistemas son capaces de implementar reglas de

negocio y procesos para facilitar las interacciones directas entre bases de datos,

como aquellas requeridas para soportar la réplica de bases de datos en distintos

servidores.

En este nivel, las aplicaciones individuales pueden compartir repositorios de

datos centrales o distribuidos. Los sistemas soportan el trabajo en grupo y

colaboración basada en productos de información agrupados (fusionados).

Generalmente, se facilita la toma de decisiones sobre problemas localizados en un

dominio específico. Los atributos PAID a nivel 3, son:

Procedimientos. Se centran en la interacción de dominio, donde un dominio

puede abarcar varias áreas geográficas, pero se centra en un área funcional

(C2, inteligencia, logística).

Aplicaciones. Avanzadas más allá de los programas individuales, se soportan

capacidades básicas de trabajo en grupo, como el seguimiento de las

revisiones de documentos, o de gestión del flujo de trabajo.

Infraestructura. Las redes son globales. En este nivel la interacción tiene lugar

en el espacio global de información, aunque no todo.

Datos. Existen modelos de datos definidos que son entendidos entre las

aplicaciones, aunque sólo representan un dominio particular.

Nivel 4. Empresarial: manipulación interactiva, datos y aplicaciones compartidas. El

nivel 4 es el objetivo último de los sistemas de información que persiguen la

interoperabilidad, en el que los sistemas 4 son capaces de operar empleando un

espacio de información global distribuido a través de distintos dominios. Múltiples

usuarios son capaces de interactuar con datos complejos de forma simultánea. Los

datos y las aplicaciones son completamente independientes y pueden ser distribuidas

en este espacio para soportar la integración o agrupación de información.

Este nivel permite formas avanzadas de colaboración (concepto de oficina

virtual). Los datos tienen una interpretación común sin tener en cuenta su forma, y se

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 67

aplican de igual manera en toda la empresa. La necesidad de aplicaciones

redundantes, con funcionalidades equivalentes se ve disminuida, desde que las

aplicaciones pueden ser compartidas al igual que los datos. La toma de decisiones

tiene lugar en contexto, y es facilitada por la información global de la empresa que se

encuentra en este espacio de información común. Los atributos PAID a nivel 4 son:

Procedimientos. Procedimientos a nivel de empresa (Departamento de

Defensa de los EEUU), basados en entendimientos de tareas.

Aplicaciones. Integradas en el espacio de información común distribuido.

Múltiples usuarios pueden acceder a las mismas instancias de datos de toda la

empresa u organización.

Infraestructura. Redes globales que soportan topologías multidimensionales.

Estas redes pueden tener diferentes áreas basadas en seguridad o control de

acceso, pero están apropiadamente integradas para soportar las necesidades

de los usuarios.

Datos. Modelos de datos de empresa que soportan la integración entre

aplicaciones. Existe un entendimiento común de los datos a través de la

empresa.

III.2.1.2 NATO C3 Technical Architecture Reference Model for Interoperability (NMI)

NATO [85] usa un modelo muy similar a LISI. Dicho modelo está comprendido en el

NATO Consultation, Command and Control Technical Architecture (NC3TA). NC3TA

describe la tecnología de la información que se usa como base para los sistemas

NATO. Su función es tratar temas relativos a descripciones arquitectónicas, modelos

de referencia y tecnologías libres de patentes. Además NC3TA integra aspectos

técnicos de arquitecturas específicas o marcos de trabajo (frameworks) tales como el

NATO Information Security Framework.

El NC3TA Consiste en 5 volúmenes:

Gerenciamiento.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 68

Modelos de arquitectura y Descripción.

Base estándar y perfiles.

Perfiles de estándares comunes NC3.

Entorno de operación común NC3.

El NC3TA contiene 5 modelos de referencia técnica de interés.

El Modelo de Referencia Técnica NC3TA (NTRM) provee el framework

conceptual y un vocabulario común para direccionar la interoperabilidad y

compatibilidad entre los sistemas de información NATO. Este conjunto es la base para

todas las arquitecturas técnica NC3.

El Entorno de Operación Común NATO (NCOE) y el Modelo de Componente

NATO (NCM) instancia el NTRM y los modelos de arquitectura NCOE. El NCOE

aspira a definir un entorno cliente servidor (entrono plug and play) para incrementar la

interoperabilidad, la reusabilidad, portabilidad y capacidad operacional mientras

reduce el tiempo de desarrollo de obsolescencia técnica y el costo del ciclo de vida.

El modelo de referencia fundado en un común NATO (NCF) para una

Configuración Funcional (NFC) refina el NCM, construyendo módulos para

desarrollar una arquitectura funcional.

El Modelo de Referencia NATO para intercambio de Información de

Sistemas Abiertos (NOSI) se enfoca sobre las comunicaciones de los temas no

cubiertos por los modelos previos.

El Modelo de Referencia NC3TA para la Interoperabilidad (NMI) modela la

interoperabilidad técnica por medio del uso del concepto de grados de

interoperabilidad. Las categorías de servicios elementales forman una base

descriptiva para los perfiles de interoperabilidad funcional.

El Modelo de Referencia NC3TA para la interoperabilidad (NMI) establece

grados y sub grados de interoperabilidad.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 69

El grado de interoperabilidad define la madurez del modelo para reflejar la

complejidad de la interoperabilidad. El sub grado de interoperabilidad describe la

capacidad del modelo para reflejar la funcionalidad disponible.

Los grados mencionados en el párrafo precedente resaltan el valor de

estructurar y automatizar el intercambio e interpretación de los datos para mejorar la

efectividad operacional. El NMI provee definiciones para el grado y sub grado de

interoperabilidad y presenta perfiles de interoperabilidad. El NMI clasifica la

interoperabilidad en 4 niveles.

Grado I: Intercambio de Datos sin estructura

Este nivel involucra el intercambio de datos no estructurados interpretados por el

humano, así como los textos libres encontrados en operaciones estimadas, análisis y

publicaciones. Los sub grados son:

Conectividad de redes.

Intercambio de documentos básicos.

Intercambio de mensajes informales básicos.

Grado 2: Intercambio de datos estructurados

Este nivel incluye el intercambio de datos estructurados interpretados por el humano

para su manejo manual y/o automatizado, pero requiere compilación manual, recibo y

envío de mensajes. Los sub grados son:

Intercambio de mensajes informal mejorado.

Intercambio de documento mejorado.

Manejo de redes.

Intercambio de gráficos y mapas superpuestos.

Servicios de directorio.

Acceso web.

Aplicaciones multipunto.

Intercambio de objeto de dato.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 70

Grado 3: Poca coincidencia de datos compartidos

Este nivel involucra compartir datos automatizados dentro de sistemas basados en un

modelo de intercambio común. Los sub grados son:

Intercambio de mensajes formales.

Intercambio de datos comunes.

Manejo de sistemas.

Manejo de sistema de seguridad.

Intercambio de datos en tiempo real.

Grado 4: Fluidez en la compartición de la información

Es una extensión del grado 3, este nivel establece la interpretación universal de la

información a través del procesamiento de datos cooperativos. Los sub grados son:

Intercambio de Información Común.

Aplicaciones Distribuidas.

A pesar de que estos modelos técnicos de interoperabilidad se han aplicado con

éxito en el dominio técnico, están limitados a los niveles de interoperabilidad técnica.

Como se ha indicado antes, la coalición de interoperabilidad comprende aspectos de

interoperabilidad técnica y organizativa.

III. 2.2 Modelo para la Interoperabilidad Conceptual (LCIM)

LCIM se ha desarrollado en los distintos niveles de interoperabilidad para aplicaciones

de modelos y simulación. Introduce a los niveles de interoperabilidad conceptual,

dinámica, pragmática, semántica y sintáctica y muestra cómo se relaciona con las

ideas de integrabilidad, interoperabilidad y composición. En este contexto las

componentes se tienen que poder combinar y re-combinar en diferentes sistemas de

simulación para diferentes propósitos (esta característica recibe el siguiente nombre

en inglés: Composability) [86].

El modelo conceptual debe examinar las relaciones semánticas; logrando el más

alto nivel de interoperabilidad entre los sistemas a través de una fuerte alineación de

los modelos conceptuales de cada uno de los sistemas [87].

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 71

Similar a la aproximación técnica se definen 5 niveles de interoperabilidad. La

tendencia es que estén disponibles los datos a ser intercambiados y la documentación

de la interface. Las capas están definidas como muestra la Figura III.4:

Figure III.4: LCIM Levels of Conceptual Interoperability Model

Nivel 0: Sistemas de datos específicos no hay interoperabilidad entre dos sistemas.

Los datos son usados dentro de cada sistema en una forma propietaria, no

compartido.

El nivel inicial de interoperabilidad de datos es el uso propietario dentro de los

sistemas. Los datos son vistos como un recurso de los sistemas, no para ser

compartidos con otros usuarios.

La mayoría de los sistemas usan archivos de entrada o base de datos para

inicializar los valores de sus parámetros. Sin embargo, los datos están a menudo en

un sistema específico y están pobremente documentados. Las listas separadas por

coma y las planillas de Excel con nombre de columnas sin sentido son más la regla

que la excepción. En particular, los sistemas que han sido desarrollados como

prototipos o demostraciones muestran este problema. Además, los pequeños cambios

en el sistema durante los ejercicios o experimentos a menudo son documentados y

mejorados después, lo cual nunca ayuda.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 72

En consecuencia la utilidad de esos sistemas es limitada a los usuarios

originales y si los datos no pueden ser impulsados al siguiente nivel, la utilización a

futuro está limitada a la aplicación original.

Nivel 1: los datos son documentados usando un protocolo común y accesible vía

interfaces. Pronto todos los datos ocultos son conocidos y los datos son

documentados de una manera no ambigua, el primer nivel de interoperabilidad

significativo es alcanzado.

Basado en la documentación de los datos, los sistemas construidos pueden

establecer un mapeo de las capas para interconectar los datos con Fuentes externas.

Nivel 2: datos estáticos alineados los datos están documentados usando un modelo

de referencia común basados en una ontología común. Por ejemplo: el significado de

los datos se describe sin ambigüedades. Esto es también posible usando estándares

de metadatos o usando un modelo de referencia estándar, así como Realtime

Platform Reference Federation Object Model (RPR-FOM).

Muchos artículos de interoperabilidad están enfocados a alinear los modelos de

datos y objetos, como uno de los requerimientos principales para la interoperabilidad.

El objetivo principal es el desarrollo de una ontología común, modelo de referencia

común o compartido y elementos de datos estandarizados.

Esto es sin duda un requerimiento necesario pero no suficiente. El nivel 2 de

LCIM asegura que todos tienen la misma cosa en mente cuando hablan sobre ella. El

uso de referencia estandarizada, cuando se habla de elementos de información que

se intercambiaran, está resolviendo tres de los cuatro conflictos que tienen que ser

tenidos en cuenta cuando se juntan diferentes fuentes de datos. Las cuatro clases

son:

Conflicto semántico: los conceptos de los diferentes esquemas locales no

coinciden exactamente, pero tienen que ser agregados o desagregados. Ellos

pueden solamente coincidir en parte o ser subconjunto de los otros.

Conflicto descriptivo: hay homónimos y sinónimos, nombres diferentes para el

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 73

mismo concepto, diferentes atributos o valores para el mismo concepto.

Conflictos heterogéneos: se utiliza diferentes metodologías para describir los

mismos conceptos.

Conflicto estructural: las diferentes estructuras se usan para describir el mismo

concepto, por ejemplo en un esquema local se usa un atributo, en otro

esquema se usa una referencia a otro concepto para describir la misma parte

de la vista de la realidad.

Por lo antes expuesto, se puede decir que el modelo de referencia de nivel 2 de LCIM

evita: i) conflictos descriptivos, ii) conflictos heterogéneos generados en los métodos

descriptivos subyacentes y ii) los conflictos estructurales producidos en la captura de

los conceptos.

Más adelante los modelos de referencia se ocuparan de los cambios de los

conflictos semánticos.

Sin embargo, aunque se use un modelo de referencia común incluyendo todo el

mapeo de estándares, no resulta suficiente para la interoperabilidad conceptual. La

razón es que los mismos objetos con el mismo significado pueden ser usados de

forma completamente diferentes en los sistemas de simulación participantes.

Nivel 3: el dato dinámico alineado, el uso de dato dentro de un componente está

bien definido usando métodos de ingeniería de software estándar. Esto muestra cómo

se usan los datos dentro de cada componente, en caso contrario son “cajas negras

detrás de las interfaces”

La disciplina de la ciencia de los sistemas describe un sistema desde tres puntos

de vista:

Una vista estática del sistema, de sus subsistemas y componentes.

Una vista funcional que se enfoca sobre las interfaces y el flujo de datos entre

los componentes.

Una vista dinámica que estudia el cambio de estado de todo el sistema en el

tiempo (comportamiento temporal y causal).

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 74

El nivel 2 del LCIM soporta la interoperabilidad en la vista estática y funcional,

sin embargo el comportamiento dinámico de los sistemas no está cubierto. Esto

muestra que los diferentes comportamientos de dos sistemas con los mismos

componentes, las mismas interfaces y los mismos datos a ser intercambiados vía

esas interfaces pueden ser fácilmente instanciados.

Conocer la forma en que los datos son intercambiados de una forma definida

usando formatos conocidos (acordados) no asegura la interoperabilidad de los

simuladores o simulaciones subyacentes.

La forma recomendada para superar el problema mencionado es hacer visible el

comportamiento de los componentes para el integrador. Hay muchas formas de hacer

esto. Una de las formas más prometedoras es usar un “lenguaje base”.

La documentación del uso de los datos dentro de los sistemas y el cambio de

estado resultante de los sistemas como el resultado de la información intercambiada,

es necesaria para alcanzar el tercer nivel del LCIM.

Los sistemas de simulación empaquetados tienen ciertas reservas contra el

“open source”. Sin embargo, si no se llega a la representación del comportamiento de

los componentes, nunca será posible alcanzar el siguiente nivel de interoperabilidad.

Nivel 4: datos armonizados la conexión semántica entre los datos que no están

relacionados con respecto al código de ejecución se hace evidente por documentar el

modelo conceptual subyacente del componente.

Desafortunadamente, siempre cuando se tienen bien definidas las definiciones

de intercambio de información (nivel 2 LCIM) y perfectamente documentadas el uso

dentro de los sistemas (nivel 3 LCIM) todavía hay lugar para soluciones no

interoperables.

La simulación de un sistema es la forma ejecutable de un modelo. Un modelo es

un subconjunto de la realidad. Cuando se diseña el modelo, parte del mundo real y

sus relaciones quedan excluidas. Esto conduce a problemas de interoperabilidad si no

se modelan las relaciones que son necesarias para asegurar la interoperabilidad.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 75

La única instancia del proceso de desarrollo de los modelos y simulación que

lleva a asegurar la interoperabilidad es el modelo conceptual [88].

El modelo conceptual describe que parte del mundo real es modelado y bajo que

restricciones, y algunas veces cual es más importante y que parte no serán

modeladas.

III.2.2.1 Implicancias para el Modelo Conceptual

Mientras el primer nivel de interoperabilidad en el LCIM puede ser soportado por

métodos de ingeniería (modelado de datos, modelado de objetos, modelado de

metadatos y modelado de sistemas usando UML, ingeniería de software y

reingeniería), el modelado conceptual está aún considerado como un arte y existen

pocas herramientas y métodos que lo soportan.

En efecto para soportar la vista sobre la interoperabilidad de los datos, es

obligatorio la documentación y publicación de los modelos conceptuales basados en

métodos estandarizados, los cuales pueden ser mejorados y hacer frente a todos los

temas relacionados.

En el Panel de discusión SCS-SISO sobre las prioridades para estándares de

modelo y simulación, Seigler establece explícitamente en su presentación que para

asegurar la interoperabilidad entre sistemas la estandarización debe ser alcanzada en

el nivel de modelado, por ejemplo el nivel de estandarización debe ser más alto que

los estándares del nivel de programación aplicados actualmente.

Para una “significativa interoperabilidad”, compartir los datos estandarizados vía

protocolo estandarizado, tales como el DIS protocolo de simulación interactiva

distribuida o el estándar de arquitectura de alto nivel HLA, es necesario pero no

suficiente.

La coordinación de los modelos conceptuales subyacentes, la armonización de

las ideas de operación simuladas es la causa para crear soluciones interoperables. En

lugar de estandarizar solamente los requerimientos de intercambio de información

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 76

debe ser coordinada la cadena causa efecto en el modelo subyacente.

La interoperabilidad sobre el Nivel 4 de LCIM solo puede ser alcanzada para

modelos conceptuales alineados. De esta forma las soluciones de código abierto,

asumiendo que el código está bien documentado, solo pueden alcanzar el nivel 3 de

interoperabilidad de LCIM.

Dentro del anteproyecto del modelo conceptual documentado de una manera

estandarizada, los modelos combinables y los sistemas interoperables no pueden ser

resueltos por los ingenieros. Este anteproyecto puede ser dibujado por los ingenieros,

pero debe ser diseñado por los expertos en el dominio.

En el dominio hidrológico existen diversos simuladores con los que actualmente

los profesionales trabajan, la dificultad existe a la hora de querer reusar la información

que brinda algunos de ellos para ser usados como entrada de otro. Esto se debe a

que cada desarrollador implementa un modelo hidrológico sin utilizar un vocabulario

en común, consensuado por los expertos, con otro desarrollador; ellos trabajan de

manera independiente. Es decir no existe un modelo conceptual y menos aún una

ontología como la que se propone en este trabajo de maestría que sea común y

reutilizable por diferentes profesionales y expertos.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 77

CAPÍTULO IV: DEFINICIÓN DE LA ONTOLOGÍA PARA EL DOMINIO

HIDROGEOLÓGICO CON METHONTOLOGY

IV.1 Introducción

La creación de una ontología a Nivel Conceptual en el dominio hidrológico se

fundamenta por la necesidad de establecer un lenguaje común para compartir y

recuperar datos. Esta tarea se debe realizar a partir de la descripción de los

conceptos y términos que intervienen en los procesos de gestión hidrológica. De esta

forma se pretende facilitar que sea entendible entre los distintos usuarios de la

información, con independencia de las fuentes que generen los datos.

El objetivo es identificar, evaluar y determinar cómo expresar la información,

mediante el diseño de un modelo basado en ontologías.

La ontología debe permitir describir y relacionar entidades a través de sus

atributos, para facilitar la comunicación. De esta manera compartir la información

desde diferentes proveedores dentro del dominio.

El modelo conceptual identifica y describe aspectos importantes del sistema

hidrológico. En consecuencia, el desarrollo del modelo conceptual requiere de la

recopilación y análisis de los datos hidrológicos e hidrogeológicos del sistema que se

investiga. Además en el modelo conceptual se identifican las deficiencias de los datos

y las potenciales fuentes de error.

Un modelo conceptual del balance hídrico es una descripción e interpretación de

las características físicas y dinámicas del sistema hidrogeológico.

En este capítulo se define el modelo conceptual y su ontología para consolidar el

balance hídrico abstrayéndose la evapotranspiración y la evaporación, en un conjunto

de hipótesis y conceptos que puedan ser evaluados cualitativamente. La

conceptualización de la estructura del modelo es subjetiva y difícilmente cuantificable.

Su instrumento es una encuesta que se distribuye a distintos expertos en el dominio

hidrológico quienes tienen la facultad de validar los conceptos, atributos y sus

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 78

relaciones pudiendo así consensuar la ontología a nivel conceptual que se propone en

este trabajo.

IV.2 Metodología Methontology para la Definición de la Ontología

Methontology [89][90][91][92] propone un ciclo de vida basado en la evolución de

prototipos que permite añadir, cambiar y eliminar términos en cada nueva versión de

la ontología.

Las actividades de desarrollo identificadas para Methontology son las siguientes:

a) Especificación

b) Conceptualización

c) Formalización

d) Implementación

e) Mantenimiento

En la sección que sigue se desarrollarán las etapas de la metodología con su

aplicación en el dominio hidrológico.

IV.2.1 Aplicación de la Metodología propuesta

Se evaluaron distintas metodologías que se utilizan para la construcción de

ontologías, la selección se basó en que la metodología esté orientada a la etapa de

análisis y diseño de un modelo. Esto se debe a que, como se mencionó en los

capítulos anteriores, el objetivo de este trabajo de tesis es lograr definir bien los datos

de un dominio y dejarlos bien documentados para facilitar la interoperabilidad entre

los modelos.

Asimismo, se seleccionó Methontology como metodología porque propone un

control y seguimiento en el proyecto, describe en detalle el conocimiento adquirido, el

diseño, los datos documentados, la verificación y su validación, como se puede

observar en la Tabla IV.1.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 79

Tabla IV.1 – Tabla Comparativa de Metodologías para Construir Ontologías

A continuación se desarrollan las etapas de la metodología Methontology que

nos ayudará a definir la ontología.

IV.2.1.a. Especificación

Permite determinar por qué se construye la ontología, cuál será su uso, y quiénes

serán sus usuarios finales. Se realiza un documento donde se señala el alcance,

objetivos y usuarios finales de la ontología.

Se utilizan entrevistas grupales en las que participan expertos con diferentes

perspectivas.

En este trabajo se mantuvieron reuniones con investigadores donde se

manifestó el problema que tenían los expertos de hidrología con el uso de los

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 80

simuladores existentes. La dificultad consistía en que no se podían usar en forma

combinada porque los resultados brindados por un simulador no podían ser usados

como entrada de otro.

En las entrevistas llevadas a cabo con un Licenciado en Geología del Programa

Infraestructura Hídrica del Gobierno de la Provincia de San Luis se definió que la

realidad a modelar para esta tesis es el balance hídrico abstrayéndose la evaporación

y la evapotranspiración para que esté acotado el modelo. Pensando, a futuro, en el

desarrollo de un sistema que permita medir el caudal de un curso de agua superficial

o subterránea. La medición del caudal es muy importante y utilizada por diferentes

áreas para llevar adelante proyectos de infraestructura en general.

IV.2.1.b. Conceptualización

Consiste en organizar y convertir una percepción informal de un dominio en un

conjunto de representaciones intermedias (tablas, diagramas) que puedan ser

entendidas por los expertos del dominio y los desarrolladores de ontologías [93][94].

El resultado de la Conceptualización es el modelo conceptual de la ontología.

A continuación se describe cada tarea aplicada en el dominio hidrológico. Tarea 1: Construir el glosario de términos: el glosario de términos debe incluir

todos los términos relevantes del dominio y sus descripciones en lenguaje natural. En

esta tarea se describen brevemente los componentes del dominio hidrológico a

conceptualizar.

Precipitación

La precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmósfera y llega a

la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve,

granizo pero no neblina ni rocío, que son formas de condensación y no de

precipitación. Se produce cuando las gotas de agua que forman las nubes se enfrían

acelerándose la condensación y uniéndose las gotitas de agua para formar gotas

mayores que terminan por precipitarse a la superficie terrestre en razón a su mayor

peso.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 81

Agua Superficial

Aguas superficiales son aquellas que circulan sobre la superficie del suelo. Esta se

produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el

afloramiento de aguas subterráneas. Pueden presentarse en forma correntosa, como

en el caso de corrientes, ríos y arroyos, o quietas si se trata de lagos, reservorios,

embalses, lagunas, humedales, estuarios, océanos y mares.

Agua Subterránea

Es el porcentaje de agua que filtra a través del suelo, formando acuíferos o capas de

agua subterránea, conocidas como capas freáticas. Este proceso es la infiltración,

que ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa

a ser subterránea. La proporción del agua que se infiltra y la que circula en superficie

(escorrentía) depende de la permeabilidad del sustrato, de la pendiente y de la

cobertura vegetal.

Curso de Agua

Los cursos de agua superficiales constituyen las arterias por las que se evacuan los

excedentes hídricos procedentes de las precipitaciones en un territorio. El

comportamiento hídrico de cualquier territorio puede compararse al de una esponja a

la que se le suministra agua; mientras el agua suministrada es inferior a la capacidad

de almacenamiento o a su velocidad de absorción, el agua pasa al interior, pero si se

rebalsan ambos límites, el agua excedente es “evacuada” fluyendo por la superficie

de la esponja hacia otro lugar (escorrentías superficiales). Cuando el suministro de

agua cesa, la esponja seguirá expulsando agua por flujo subterráneo desde el

almacén interior, que saldrá al exterior de diversas formas (flujos subsuperficiales,

surgencias, fuentes, manantiales), y hacia la atmósfera por evaporación desde la

superficie, hasta quedarse con una cantidad mínima de agua que sólo podrá ser

extraída aplicando una presión (bombeo).

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 82

Cuenca Hidrográfica

La cuenca está delimitada por los puntos de mayor elevación latitudinal que

constituyen fronteras entre cuencas y subcuencas contiguas. A la unión de dichos

puntos se les conoce como parteaguas la que reúne en un punto de salida el drenaje

de las aguas que pueden formar grandes ríos, arroyos o corrientes.

Río

Es una corriente natural de agua, generalmente dulce, que fluye con continuidad.

Posee un caudal determinado, rara vez constante a lo largo del año, y desemboca en

el mar, en un lago o en otro río, en cuyo caso se denomina afluente

Todos los ríos se clasifican en tres clases dependiendo de las

características físicas y condiciones climáticas de la cuenca; así las corrientes

pueden ser efímeras, intermitentes y perennes. Las primeras son aquellas que sólo

conducen agua cuando llueve e inmediatamente después, es decir, sólo capta

escurrimientos superficiales. Las intermitentes son aquellas que conducen por su

cauce agua la mayor parte del tiempo, principalmente en época de lluvias; su

aportación cesa cuando el nivel freático desciende por debajo del fondo del cauce.

Por último, las perennes son aquellas que contienen agua todo el tiempo, ya que en

la época de estiaje son abastecidos por las aguas freáticas, debido a que el nivel de

éstas permanece por encima del fondo del cauce.

Curva de Nivel

Las curvas de nivel son líneas imaginarias que unen puntos del terreno de igual

cota o elevación. Por medio de ellas se representa planimétrica y altimétricamente

el terreno, construyéndolas a una distancia vertical constante, denominada

equidistante. Por facilidad, las alturas de las curvas de nivel, lo mismo que su

equidistancia, serán siempre cantidades enteras, dependiendo del objeto, escala y

de las características del relieve en estudio; las curvas se pueden espaciar cada 1,

2, 5, 10, 20, 50, 100, metros etc.

Para una mejor comprensión de los conceptos anteriores, se supone que el

terreno se rebana en cada una de las curvas de nivel propuestas, originando así una

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 83

superficie de nivel. Si se proyecta en una planta y sobre un mismo plano cada una de

las superficies, se tiene un plano que representará la configuración del terreno (Ver

Figura IV.1).

Figura IV.1 - Curvas de Nivel

Se puede decir que las curvas de nivel guardan características comunes,

entre las que se enumeran:

Por construcción y definición, todos los puntos de una misma curva tienen la

misma elevación.

Todas las curvas de nivel son cerradas, aunque en los límites planos no se

puedan observar (ver Figura IV.2.a)).

Cuando existe una pendiente uniforme en el terreno, la distancia horizontal

entre las curvas es la misma.

Cuando la pendiente aumenta, crece la proximidad entre las curvas, y si

comienzan a separarse será porque la pendiente comenzó a suavizarse.

Cuando dos o más curvas se juntan, es que en realidad están superpuestas,

pues cada una está a diferente elevación (ver Figura IV.2.b)).

Si una serie de curvas cerradas son más o menos concéntricas podrían indicar

una elevación o una depresión.

Una curva de nivel nunca se ramifica o bifurca (ver Figura IV.2.c)).

La existencia de una corriente o flujo hace que las curvas de nivel corran hacia

arriba, crucen el fondo del cauce perpendicularmente a él y desciendan por el

otro lado, es decir, presentan una convexidad contraria al sentido de la

corriente (ver Figura IV.2.d)).

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 84

a) b)

c) d)

Figura IV.2 - Propiedades de las Curvas de Nivel; a) Todas las curvas de nivel forman áreas cerradas; b) Superposición de las curvas de nivel; c). Las curvas

de nivel no se bifurcan; d) Representación de una corriente de agua relacionada con las curvas de nivel

Cuenca Hidrogeológica

Una cuenca hidrográfica y una cuenca hidrogeológica se diferencian en que la cuenca

hidrográfica se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras que la

cuenca hidrogeológica incluye las aguas subterráneas, es decir los acuíferos.

La cuenca Hidrogeológica presenta dos zonas, una de saturación que es la

situada encima de la capa impermeable, donde el agua rellena completamente los

poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona vadosa o

de aireación, es el nivel freático y varía según las circunstancias: descendiendo en

épocas secas, cuando el acuífero no se recarga o lo hace a un ritmo más lento que su

descarga; y ascendiendo, en épocas húmedas. Y la zona de aireación o vadosa que

es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los

poros están llenos de agua.

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Mónica del Carmen Gil 85

Acuífero

Un acuífero es un cuerpo de agua subterránea producto de la filtración de ésta a

través de las distintas capas del suelo. El agua puede provenir de varias fuentes: de la

lluvia, de ríos, quebradas superficiales o subterráneas.

El término acuífero es utilizado para hacer referencia a aquellas formaciones

geológicas en las cuales se encuentra agua y que son permeables permitiendo así

el almacenamiento de agua en espacios subterráneos. El agua de los acuíferos no

está normalmente a disposición simple o inmediata del ser humano ya que se

encuentra bajo tierra (salvo que en alguna parte de su extensión se acerque a la

superficie). Es por esto que para que el ser humano pueda aprovechar este tipo de

agua debe realizar excavaciones y pozos. En muchos casos, el agua puede

encontrarse a muchos metros de profundidad.

Los acuíferos se forman naturalmente cuando la superficie terrestre absorbe el

agua de lluvia. Este proceso de absorción se da porque los terrenos de la superficie

terrestre permiten que el agua se introduzca al ser permeables (tierra, arena, arcilla,

etc.). Una vez absorbida, el agua forma capas subterráneas hasta llegar a una zona

no permeable en la cual la composición de la roca es más cerrada y por tanto el agua

no pasa con tanta facilidad. Los acuíferos están formados entonces por estas dos

capas de agua: la confinada y la no confinada.

Los acuíferos no confinados son los que pueden ser utilizados por el ser humano

a través de excavaciones. El agua que permanece en los acuíferos confinados es de

más difícil acceso no sólo porque se encuentra a mayor distancia si no porque

también la roca es más difícil de excavar.

A medida que el agua es absorbida por las diferentes capas de tierra, la misma

va perdiendo velocidad y comienza lentamente a ser depositada de modo natural

entre las distintas capas que están formadas por diversos materiales. A mayor

profundidad, más lento llegará el agua y, además, por contar las zonas de acuífero

confinado con mayor presión, una excavadora que llegue hasta este punto hará brotar

el agua en la superficie con mucha más violencia que en el acuífero no confinado.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 86

Tarea 2: Construir la taxonomía de conceptos. Cuando el glosario de términos

tenga una cantidad importante de elementos, se debe construir una taxonomía que

defina la jerarquía entre los conceptos [95].

La Tabla IV.1 muestra las clases que componen la ontología. Se consideraron

esas clases ya que no es necesario que la ontología contenga toda la información

sobre el dominio, enfocándose a una aplicación en particular.

Clases Descripción Sinónimos

<RÍO>

<AGUA-SUPERFICIAL>14

natural Corriente de agua, river

<AGUA SUPERFICIAL> Es un <CURSO-DE-AGUA> natural y forma

una Cuenca Hidrográfica Agua superficial, escorrentía,

surface water

<CURSO-DE-AGUA> Es un canal artificial o natural para el transporte de <AGUA-SUPERFICIAL>y

<AGUA-SUBTERRÁNEA>. Se forma a partir de la <PRECIPITACIÓN> y pertenece a una

<CUENCA- HIDROGEOLÓGICA>

Flujo de agua, watercourse

<PRECIPITACIÓN> Cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmósfera.

Precipitación, lluvia, llovizna,

nieve, aguanieve, granizo,

precipitation

<CUENCA

HIDROGEOLÓGICA>

Formación geológica permeable que permite la circulación de

<CURSO-DE-AGUA>

Cuenca hidrogeológica,

hydrogeological basin

<CUENCA-

HIDROGRÁFICA>

Tiene <CURVA-DE-NIVEL> Y

<AGUA-SUPERFICIAL> que drena en el mar, lagos y ríos.

Cuenca hidrográfica, cuenca hidrológica, river basin

<CURVA-DE -NIVEL> Isolínea con elevación constante que pasa

por la <CUENCA-HIDROGRÁFICA>

curva de nivel, elevation

contour line.

<AGUA SUBTERRÁNEA>

Es un <CURSO-DE-AGUA> que se encuentra en los <ACUÍFEROS>

Agua subterránea, underground water

14

<AGUA-SUPERFICIAL> es un concepto que se coloca entre los signos < > para resaltar la Relación existente

entre el concepto que se describe y el usado en la descripción.

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Mónica del Carmen Gil 87

<ACUÍFERO> Formación permeable que permite la

circulación de <AGUA-SUBTERRÁNEA>

Acuífero, aquifer

Tabla IV.2 - Conceptos que Conforman la Ontología

Adicionalmente en la Tabla se presentan los sinónimos con el propósito de

evitar ambigüedades en el entendimiento de la ontología. Los sinónimos en

ontologías tienen el mismo sentido que en gramática, se refieren a palabras que

en determinados contextos tienen un significado similar o idéntico.

Tarea 3: Construir un diagrama de relaciones binarias. El objetivo de este

diagrama es establecer las relaciones entre los conceptos de una o más taxonomías

de conceptos, como se muestra en la Figura IV.3.

Figura IV.3 - Relaciones Binarias.

Las relaciones entre las clases

Con base en la Tabla se define la relación es-un (is-a). La relación es-un

representa un hipónimo. Se dice que X es un hipónimo de Y si existe una relación

es-un entre X e Y. Esto es, si X es subtipo de Y, o expresado de otra forma, si X es

una clase de o género de Y. Por ejemplo, Río es un subtipo de Agua superficial,

por lo tanto Río es hipónimo de agua superficial, ya que comparten propiedades

como: flujo y dirección, (Río es un agua superficial). En el sentido inverso de la

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 88

relación Y es hiperónimo de X Agua superficial es hiperónimo de Río. Ver Figura IV.4.

En semántica lingüística, se denomina hipónimo (del griego: υπονύμιον, que

literalmente significa 'pocos nombres') a aquella palabra que posee todos los rasgos

semánticos de otra más general, su hiperónimo, pero que añade en su definición otros

rasgos semánticos que la diferencian de la segunda.

Figura IV.4 - Relaciones es_un

Tarea 4: Construir el diccionario de conceptos. El diccionario de conceptos

contiene los conceptos del dominio, sus relaciones, instancias, atributos de clases y

atributos de instancias. Las relaciones, atributos de instancias, y atributos de clases

son locales al concepto, lo que significa que sus nombres pueden repetirse en

diferentes conceptos.

concepto

es_un

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Mónica del Carmen Gil 89

CONCEPTO

1) Precipitación

Es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmosfera y llega a la superficie terrestre. Este

fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, pero no neblina ni rocío, que son forma de

condensación.

ATRIBUTOS DE PRECIPITACIÓN Y SUS DEFINICIONES

Tipo: se refiere a la caída de agua sólida o líquida por la condensación del vapor de agua sobre la superficie. Se mide en mm de agua o litros caídos por unidad de superficie. Nótese que 1 milímetro de agua de lluvia equivale a 1L de agua por m

2. También se puede medir en cm en el caso de ser sólida. Las

distintas formas son:

Tipo de Tormenta: las tormentas son unos de los fenómenos atmosféricos más espectaculares, y a veces pueden llegar a ser de gran intensidad. Las tormentas se producen por los cumulunimbus, nubes que se desarrollan cuando la atmósfera está inestable. Se entiende por atmósfera inestable aquella situación en la que se producen importantes movimientos del aire en sentido vertical.

Intensidad: es la cantidad de agua que cae por unidad de tiempo en un lugar determinado. La intensidad y duración están asociadas.

Duración: la duración del evento de lluvia o tormenta varía ampliamente, oscilando entre unos pocos minutos a varios días.

Altura o Profundidad: es la altura que tendría un litro de agua precipitada sobre un m2 de superficie

horizontal impermeable, es decir, si la totalidad del agua precipitada no se escurriera. Esta dimensión es la que se mide en los pluviómetros.

Isohietas: son las líneas que unen puntos de igual cantidad de lluvia. Permiten cuantificar el valor medio como así también presentar gráficamente la distribución espacial de la precipitación para determinados períodos. Las isohietas en algunos mapas tienen los valores de precipitación en pulgadas y entre paréntesis en centímetros (cm). Se recuerda que para pasar los valores a milímetros se debe multiplicar los cm por 10. Una pulgada equivalen a 2,54 cm. Los valores se expresan aproximando a valores enteros.

Frecuencia: la frecuencia de las precipitaciones es el tiempo en años en que una lluvia de cierta

intensidad y duración se repite con las mismas características.

Distribución Temporal: hace referencia a la manera en que la lluvia que cae se reparte entre los intervalos de tiempo definidos (que sean de interés) para los cuales se toma registro y así poder entender qué porcentaje de la lluvia total le corresponde a cada uno de ellos.

Distribución Espacial: las tormentas que cubren áreas grandes tienden a tener formas elípticas, con un

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 90

ojo de alta intensidad ubicado en el medio de la elipse, rodeado por lluvias de intensidades y alturas decrecientes. Cuando existen varias estaciones de precipitación en la cuenca, la precipitación promedio registrada en estas estaciones se conoce como distribución espacial de la lluvia sobre la cuenca.

El conocimiento de la distribución espacial de las lluvias es fundamental para comprender los regímenes de precipitación y poder clasificar áreas de acuerdo a la similitud entre puestos pluviométricos vecinos; lo cual puede constituir una primera aproximación para dividir el espacio geográfico en áreas con patrones agroecológicos similares.

Curva I-D-F (Intensidad-Duración-Frecuencia): es una relación matemática generalmente empírica, entre la intensidad de una precipitación, su duración y la frecuencia con la que se observa. La frecuencia de las precipitaciones intensas se caracteriza mediante periodos de retorno, que no son más que la inversa de la frecuencia.

CONCEPTO

2) Agua Superficial

Es aquella que circula sobre la superficie del suelo. Se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterráneas. Se presentan en forma correntosa, como ser corrientes, ríos y arroyos; o quietas como ser lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, océanos y mares.

ATRIBUTOS DE AGUA SUPERFICIAL Y SUS DEFINICIONES

Precipitación: es la fuente de agua. Cuantifica el drenaje que infiltra, el escurrimiento y la

evapotranspiración.

Tipo: se refiere al comportamiento que tiene el agua en su cauce o reservorio. Se clasifican en:

Calidad Química: se refiere a la cantidad de los distintos parámetros que debe tener el agua para garantizar la preservación de la fauna y flora, dependiendo de su uso. Es decir si se trata de agua para consumo humano (agua potable), para uso agrícola o industrial, para recreación, para mantener la calidad ambiental, etc.

Caudal: equivale a la cantidad de agua por unidad de tiempo.

Influjo de Agua Subterránea: es el agua superficial que infiltra para recargar el agua subterránea.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 91

CONCEPTO

3) Agua Subterránea Representa una fracción importante de la masa de agua presente en los continentes. Ésta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra.

ATRIBUTOS DE AGUA SUBTERRÁNEA Y SUS DEFINICIONES

Infiltración: ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea.

Tipos de depósitos: se refiere a la Litología. Mezcla heterogénea de arcilla, limo, arena y grava

escasamente diferenciada.

Composición Química – Hidroquímica: se refiere a los componentes químicos que contiene el agua.

CONCEPTO

4) Curso de Agua

Es el nombre genérico de las aguas corrientes que discurren por un cauce fijo. Todo curso de agua está alimentado por una cuenca.

ATRIBUTOS DE CURSO DE AGUA Y SUS DEFINICIONES

Red de Drenaje: es el conjunto de cursos de agua que van a conducir las aguas precipitadas sobre una determinada cuenca hidrográfica hacia el punto más bajo de la misma, también llamado punto de control.

Longitud Total: es la suma de la distancia total recorrida por los diferentes cursos de agua que forman

parte de la red hidrográfica de la cuenca.

Clasificación: de acuerdo al relieve que recorre se divide en tres tipos de cursos: superior, medio e

inferior.

Tipo de corriente: hace referencia al comportamiento del agua en el cauce.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 92

CONCEPTO

5) Cuenca Hidrográfica

Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. Tambien recibe los nombres de Hoya Hidrografica, Cuenca de Drenaje y Cuenca Imbrífera. Es toda la superficie que aporta agua a un punto.

ATRIBUTOS DE CUENCA HIDROGRÁFICA Y SUS DEFINICIONES

Partes de la Cuenca: dependiendo del relieve una cuenca tiene tres partes.

Clasificación: según su desembocadura se puede clasificar en exorreicas, endorreicas y arreicas.

Área: una cuenca tiene su superficie perfectamente definida por su contorno y viene a ser el área drenada comprendida desde la línea de división de las aguas (parteaguas), hasta el punto convenido (estación de aforos, desembocaduras, etc.).

Perímetro de la Cuenca: es la longitud del contorno del área de la cuenca.

Índice de Gravellus o Compacidad (kc): Es la relación que existe entre el perímetro de la cuenca y el

perímetro de una circunferencia de área igual a la de la cuenca.

Cuando más irregular sea la cuenca mayor será el coeficiente de compacidad (kc).

Dónde:

P = Perímetro de la cuenca.

A = Área de la cuenca.

Curva Hipsométrica: es una curva que indica el porcentaje del área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en Km

2 que existe por encima de una cota. Puesta en coordenadas representa la relación entre la

cota y la superficie total de la cuenca que se encuentra por encima de esta cota.

Cota Máxima: se refiere a la altitud máxima o nivel respecto del mar.

Cota Mínima: se refiere a la altitud mínima o nivel respecto del mar.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 93

Polígono de Frecuencias de Altitudes: representa el grado de incidencia de las áreas comprendidas

entre curvas de nivel con respecto al total del área de la cuenca.

Altura Media: es la ordenada media de la curva hipsométrica.

Altura más Frecuente: es la altitud cuyo valor porcentual es el máximo de la curva de frecuencia de

altitudes.

Altitud de Frecuencia Media: es la altitud correspondiente al punto de abscisa media (50% del área) de la

curva hipsométrica.

Rectángulo Equivalente: es una transformación geométrica que representa la cuenca en forma de un rectángulo que tiene igual superficie, perímetro, coeficiente de compacidad y distribución isométrica.

Dónde:

P = Perímetro de la cuenca.

A = Área de la cuenca.

L = Lado Mayor del rectángulo.

L = Lado Menor del rectángulo.

Ancho Promedio: relación entre el área de la cuenca (A) y la longitud del mayor río.

Coeficiente de Forma (F): la forma de la cuenca influye sobre los escurrimientos y sobre el hidrograma

resultante. El índice expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud.

Dónde:

A = Ancho promedio de la cuenca.

L = Longitud.

Topografía: representa la configuración de varias alturas, con las curvas de nivel, que conforman la

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 94

superficie terrestre.

Tiempo de Concentración (tc): es el tiempo necesario para que el caudal saliente se estabilice, con la

ocurrencia de una precipitación con intensidad constante sobre toda la cuenca.

Equidistancia de las Curvas de Nivel: es la distancia entre dos curvas de nivel sucesivas.

CONCEPTO

6) Río

Es una corriente natural de agua, generalmente dulce, que fluye con continuidad. Posee un caudal determinado, rara vez constante a lo largo del año, y desemboca en el mar, en un lago o en otro río, en cuyo caso se denomina afluente.

ATRIBUTOS DE RÍO Y SUS DEFINICIONES

Afluentes: los afluentes son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca.

Módulo (Mr): es la cantidad de agua que lleva un río en un punto concreto. El módulo es la media aritmética de los caudales observados en un período determinado, por lo general, con un lapso mínimo de 30 años. En realidad módulo y caudal son sinónimos.

El módulo relativo, o específico, es la relación existente entre el módulo absoluto y la superficie de la cuenca.

Dónde:

Mr = Módulo relativo.

M = Módulo en m3/s o l/s.

S = Superficie de la cuenca en km2.

Caudal: es la cantidad, o volumen, de agua que pasa por una sección determinada en un tiempo dado. El caudal, pues, está en función de la sección (metros cuadrados) a atravesar por la velocidad a la que atraviese la sección metros/segundo.

Cauce: lecho de los ríos y arroyos. El tramo del río en que la erosión es intensa por su acusada pendiente, constituye su cauce superior, mientras el cauce inferior es el tramo final, de pendiente disminuida y acumulación de acarreos.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 95

Longitud del Cauce Principal: la Longitud del Cauce (Lc) queda definida por la longitud del cauce principal, desde el punto de salida hasta su cabecera. Dado que en general el cauce principal no se extiende hasta el límite de la cuenca, es necesario suponer un trazado desde la cabecera del cauce hasta el límite de la cuenca, siguiendo el camino más probable para el recorrido del agua precipitada.

Pendiente: es la dirección en la que se va a dirigir el río desde las mayores alturas hacia las menores.

Sinuosidad (S): es la relación entre la longitud del río principal a lo largo de su cauce y la longitud del valle medido en línea curva o recta. Es el índice que representa cuánto el trazado del río se aparta de una línea recta. Entre más sinuosos los ríos las velocidades en el cauce son menores.

Amplitud de Cota del Cauce: es la diferencia de altura sobre el nivel del mar entre el comienzo del cauce y el punto de desembocadura.

Pendiente del Cauce Principal: permite definir la pendiente media por tramo. Es un indicador del grado de respuesta hidrológica de una cuenca a una tormenta. No se debe confundir con la pendiente de una cuenca dado que la pendiente varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media como se ve en la siguiente fórmula:

Dónde:

S = Pendiente media de la corriente de mayor orden, adimensional con aproximación al diezmilésimo.

M = El número de segmentos en que se divide el cauce principal.

L = Es la longitud horizontal del cauce principal, desde su nacimiento como corriente de orden uno hasta la salida de las cuencas.(m)

Lm = Es la longitud horizontal de los tramos en los cuales se subdivide el cauce principal.(m)

Sm = Pendiente de cada segmento, en que se divide el cauce principal, adimensional.

Jerarquía de los Cauces (Jc): un sistema diferente de clasificación de tipos de ríos se basa en la forma de ramificarse el río en cualquier cuenca hidrográfica. Los tipos se han clasificado de acuerdo con su orden en una jerarquía que se define como sigue: ríos de primer orden son los que no tienen afluentes; los de segundo orden se forman al unirse los de primer orden; los de tercer orden se forman al unirse los de segundo y así sucesivamente.

Relación de Bifurcación (Rb): relación entre el número de cauce de orden n y el número de cauce de

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 96

orden n+1.

Cuando la relación da casi constante, la cuenca es madura ya no erosiona más y está logrando su punto de equilibrio.

Relación de Longitud (Rl): es la relación entre las longitudes promedios de los cauces sucesivos.

Dónde:

Rl = Relación de longitud.

Lo = Longitud media de los segmentos de un orden.

Loi = Longitud media de los segmentos orden inferior.

Densidad de Drenaje (Dd): se define como la longitud de las corrientes por unidad de superficie. Indica la posible naturaleza de los suelos.

Valores altos representa zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionable e impermeable.

Dónde:

Lt = Longitud total de los cursos de agua.(Km)

A = Área.(km2)

Frecuencia de Drenaje (Fd): representa una medida real de la eficiencia del drenaje y se define como el número total del cauce y la superficie de la cuenca. Establece la mayor o menor posibilidad de que cualquier gota de agua encuentre un cauce en mayor o menor tiempo.

Coeficiente de Torrencialidad (Ct): resulta de dividir el número de cursos de agua de primer orden por la

superficie de la cuenca.

CONCEPTO

7) Curva de Nivel Las curvas de nivel son líneas imaginarias que unen puntos del terreno de igual cota o elevación. Por medio de ellas se representa planimétrica y altimétricamente el terreno, construyéndolas a una distancia vertical constante, denominada equidistante.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 97

ATRIBUTOS DE CURVA DE NIVEL Y SUS DEFINICIONES

Superficie de nivel entre las curvas: permite representar superficies en los mapas. Una curva de nivel es

una línea que conecta todos los puntos contiguos con valores de igual altura definiendo una superficie.

Elevación: es la cota sobre el nivel del mar.

CONCEPTO

8) Cuenca Hidrogeológica

Se diferencian de la cuenca hidrográfica porque esta se refiere exclusivamente a las aguas superficiales,

mientras la cuenca hidrogeológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos).

ATRIBUTOS DE CUENCA HIDROGEOLÓGICA Y SUS DEFINICIONES

Zona de Saturación: es la situada encima de la capa impermeable donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona de aireación, es el nivel freático (nivel que alcanza el agua sujeto a la gravedad. No tiene presión).

Zona de Aireación: es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los

poros están llenos de agua.

Porosidad Total: es el cociente del volumen de poros y fisuras respecto al volumen total de una porción

de terreno. La porosidad total es el espacio intersticial total de la roca, sin importar si contribuye o no al

flujo de fluidos.

Volumen de los Huecos/Volumen Total.

Porosidad Eficaz: es el agua que drena descontando el agua que queda mojando la arena. El volumen de los poros interconectados o espacio intersticial presente en una roca, que contribuye al flujo de fluidos o a la permeabilidad de un yacimiento. La porosidad efectiva excluye los poros aislados y el volumen de los poros ocupado por el agua adsorbida en los minerales de arcilla u otros granos. La porosidad efectiva normalmente es menor que la porosidad total. Volumen de Agua que drena por gravedad/Volumen Total.

Retención Específica: es el porcentaje de agua que queda mojando la arena.

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Mónica del Carmen Gil 98

CONCEPTO

9) Acuífero

Es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas.

ATRIBUTOS DE ACUÍFERO Y SUS DEFINICIONES

Clasificación: según su textura se clasifican en porosos y fisurales.

Recarga: es donde el acuífero se alimenta de agua (la infiltración). La Litología (el tipo de roca que lo

forma), la pendiente y la vegetación nos permiten cuantificar la recarga.

Descarga: es la forma en que se saca agua del acuífero. Puede ser artificial y natural.

Calidad de Agua: se refiere a su composición química.

Cantidad de Agua: se refiere a la capacidad del acuífero.

Profundidad: se refiere a la capacidad del acuífero teniendo un punto de referencia. Puede ser absoluta o relativa.

Comportamiento Hidrodinámico: se refiere a la movilidad del agua. Cómo recibe el agua y la deja salir.

Comportamiento Hidráulico: según su estructura y los elementos que lo componen se clasifican en

confinados, libres y semi confinados.

Transmisividad (T): es el volumen de agua que atraviesa una banda de acuífero de ancho unitario en la

unidad de tiempo y bajo la carga de un metro. Es representativa de la capacidad que tiene el acuífero para

ceder agua.

Coeficiente Almacenamiento (S): es la cantidad de agua que cede un prisma de acuífero de base cuadrada unitaria cuando se le deprime la unidad. Si el acuífero trabaja como libre S representa el volumen de agua que puede ceder un volumen unitario de acuífero.

Caudal específico: es el volumen de agua que se le puede extraer al pozo por mts de depresión del Nivel

Estático.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 99

Permeabilidad (K): se obtiene como el cociente entre transmisividad (T) y el espesor del acuífero (b). Es

el flujo de agua que atraviesa una sección unitaria de acuífero. Depende de la porosidad y el grado de

intercomunicación entre los granos.

Tarea 5: Definir las relaciones binarias en detalle. Se crea la tabla de relaciones

binarias en la que se describe detalladamente todas las relaciones binarias incluidas

en el diccionario de conceptos. Para cada relación binaria se debe especificar:

nombre, conceptos fuente y destino, cardinalidad y relación inversa.

Nombre

Relación Binaria

Conceptos

Fuentes

Conceptos

Destino

Cardinalidad Relación Inversa

está_formado_por Curso de Agua Precipitación <n..m> forma

forma Precipitación Curso de Agua <m..n> está_formado_por

pertenece Curso de Agua Cuenca

Hidrogeológica

<n..1> está_formado_por

está_formado_por Cuenca

Hidrogeológica

Curso de Agua <1..n> pertenece

forma Agua Superficial Cuenca

Hidrográfica

<m..n> tiene

tiene Cuenca

Hidrográfica

Agua Superficial <n..m> forma

tiene Cuenca

Hidrográfica

Curva de Nivel <n..m> pasa_por

pasa_por Curva de Nivel Cuenca

Hidrográfica

<m..n> tiene

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 100

Tarea 6: Definir los atributos de instancia en detalle. Se crea la tabla de atributos

de instancias en la que se describe detalladamente todos los atributos de instancias

incluidos en el diccionario de conceptos. Los atributos de instancias son aquellos

atributos que describen las instancias de un concepto, y sus valores pueden ser

diferentes para cada instancia del concepto. Para cada atributo de instancia, se debe

especificar: nombre, concepto al que pertenece, tipo de valor, rango de valores (en el

caso de valores numéricos) y cardinalidad.

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE PRECIPITACIÓN UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Tipo: se refiere a la caída de agua sólida o líquida por la condensación del vapor de agua sobre la superficie. Se mide en mm de agua o litros caídos por unidad de superficie. Nótese que 1 milímetro de agua de lluvia equivale a 1L de agua por m

2. También se

puede medir en cm en el caso de ser sólida. Las distintas formas son:

- -

Lluvia: es un término general para referirse a la mayoría de las precipitaciones acuosas.

mm ó

-

Llovizna: se caracteriza por tener un tamaño de gota pequeño, menos de 0.5 mm de diámetro dando la impresión de que las gotas flotan en lugar de caer.

mm ó

0.5mm

Nieve: consiste en la precipitación de pequeños cristales de hielo. mm ó

-

Aguanieve: nieve parcialmente fundida y mezclada con agua. mm ó

-

Granizo: precipitación sólida compuesta por bolas o grumos irregulares de hielo. Piedra de granizo. Se toma la medida del tamaño del cuerpo sólido.

cm -

Tipo de Tormenta: las tormentas son unos de los fenómenos atmosféricos más espectaculares, y a veces pueden llegar a ser de gran intensidad. Las tormentas se producen por los cumulunimbus, nubes que se desarrollan cuando la atmósfera está inestable. Se entiende por atmósfera inestable aquella situación en la que se producen importantes movimientos del aire en sentido vertical. Las distintas clases de tormentas que se consideran son:

-

-

Tormentas de Masa de Aire: se desarrollan localmente cuando el gradiente de temperatura llega a ser muy grande, como resultado del calentamiento diurno y tienen frecuencia máxima en las horas de la tarde.

- Sí/No

Tormentas en Línea: están dispuestas en bandas o franjas estrechas, que siguen la dirección de los vientos en niveles bajos. Pueden desarrollarse a cualquier hora, pero son más frecuentes durante las horas de la tarde. Generalmente son más fuertes que las

- Sí/No

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 101

tormentas de masa de aire.

Tormentas Frontales: puede decirse que un frente meteorológico es una zona inclinada que separa dos grandes masas de aire: frío y caliente. Cuando la masa caliente sube a lo largo de una cuña fría podrán formarse tormentas, en el caso de que, dicho aire, tenga inestabilidad conectiva. Se mueven en el mismo sentido que los frentes y pueden reconocerse como pertenecientes a la región nubosa frontal. Estas tormentas ocurren a cualquier hora del día.

- Sí/No

Tormentas Orográficas: se forman en aquellas zonas en las que las circulaciones locales generan zonas de convergencia de tipo mesoescalar, que puede ser originada por causas dinámicas, orográficas, o debido al calentamiento diurno.

- Sí/No

Tormentas orográficas con forzamiento sinóptico: el forzamiento sinóptico favorece los desarrollos convectivos, de manera que estos son más generalizados que los de masa de aire. Suelen ser móviles y, en determinadas ocasiones, pueden presentar una organización definida. Por esta razón, pueden afectar a zonas más amplias.

- Sí/No

Tormentas convectivas: se producen cuando el aire asciende por diferencias de temperatura a causa de un calentamiento local (ascensión convectiva). El ascenso es natural.

- Sí/No

Intensidad: es la cantidad de agua que cae por unidad de tiempo en un lugar determinado. La intensidad y duración están asociadas.

-

Débiles: una intensidad D es débil cuando su máximo valor en mm/h es menor o igual que 2.

Moderadas: una intensidad D es moderada cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (2,15].

Fuertes: una intensidad D es fuerte cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (15,30].

Muy Fuertes: una intensidad D es muy fuerte cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (30,60].

Torrenciales: una intensidad D es torrencial cuando su máximo valor en mm/h es mayor que 60.

60

Duración: la duración del evento de lluvia o tormenta varía

ampliamente, oscilando entre unos pocos minutos a varios días.

minutos ó

días -

Altura o Profundidad: es la altura que tendría un litro de agua precipitada sobre un m

2 de superficie horizontal impermeable, es

decir, si la totalidad del agua precipitada no se escurriera. Esta dimensión es la que se mide en los pluviómetros.

mm

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 102

Isohietas: son las líneas que unen puntos de igual cantidad de lluvia. Permiten cuantificar el valor medio como así también presentar gráficamente la distribución espacial de la precipitación para determinados períodos. Las isohietas en algunos mapas tienen los valores de precipitación en pulgadas y entre paréntesis en centímetros (cm). Recordar que para pasar los valores a milímetros se debe multiplicar los cm por 10. Una pulgada equivale a 2,54 cm. Observar que los valores se expresan aproximando a valores enteros.

mm -

Frecuencia: la frecuencia de las precipitaciones es el tiempo en años en que una lluvia de cierta intensidad y duración se repite con las mismas características.

años

-

Distribución Temporal: hace referencia a la manera en que la lluvia que cae se reparte entre los intervalos de tiempo definidos (que sean de interés) para los cuales se toma registro y así poder entender qué porcentaje de la lluvia total le corresponde a cada uno de ellos.

%

-

Distribución Espacial: las tormentas que cubren áreas grandes tienden a tener formas elípticas, con un ojo de alta intensidad ubicado en el medio de la elipse, rodeado por lluvias de intensidades y alturas decrecientes. Cuando existen varias estaciones de precipitación en la cuenca, la precipitación promedio registrada en estas estaciones se conoce como distribución espacial de la lluvia sobre la cuenca.

El conocimiento de la distribución espacial de las lluvias es fundamental para comprender los regímenes de precipitación y poder clasificar áreas de acuerdo a la similitud entre puestos pluviométricos vecinos; lo cual puede constituir una primera aproximación para dividir el espacio geográfico en áreas con patrones agroecológicos similares.

mm

-

Curva I-D-F (Intensidad-Duración-Frecuencia): es una relación matemática generalmente empírica, entre la intensidad de una precipitación, su duración y la frecuencia con la que se observa. La frecuencia de las precipitaciones intensas se caracteriza mediante períodos de retorno, que no son más que la inversa de la frecuencia.

F

ó

Dónde K es un parámetro para los distintos periodos de retorno.

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 103

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE AGUA SUPERFICIAL UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Precipitación: es la fuente de agua. Cuantifica el drenaje que

infiltra, el escurrimiento y la evapotranspiración.

mm3

-

Tipo: se refiere al comportamiento que tiene el agua en su cauce o reservorio. Se clasifican en:

-

-

Correntosa: corriente natural de agua que fluye con continuidad. Posee un caudal determinado, rara vez es constante a lo largo del año y en otros casos el caudal es escaso. Ej: ríos y arroyos.

- Sí/No

Quieta: acumulación de agua separada del mar producida por una obstrucción en el lecho de un río. Tranquilo, sosegado. Ej: lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, océanos y mares.

- Sí/No

Calidad Química: se refiere a la cantidad de los distintos parámetros que debe tener el agua para garantizar la preservación de la fauna y flora, dependiendo de su uso. Es decir si se trata de agua para consumo humano (agua potable), para uso agrícola o industrial, para recreación, para mantener la calidad ambiental, etc.

- -

Caudal: equivale a la cantidad de agua por unidad de tiempo.

Dónde m3 es volumen s es tiempo

-

Influjo de Agua Subterránea: es el agua superficial que infiltra

para recargar el agua subterránea.

mm3 -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 104

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE AGUA SUBTERRÁNEA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Infiltración: ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea.

-

Tipos de depósitos: se refiere a la Litología. Mezcla heterogénea de

arcilla, limo, arena y grava escasamente diferenciada.

- -

Arcilla: roca sedimentaria formada a partir de depósitos de grano muy fino, compuesta esencialmente por silicatos de aluminio hidratados. - Sí/No

Limo: lodo, cieno.

- Sí/No

Arena: conjunto de partículas desagregadas de las rocas y acumuladas en las orillas de los mares, los ríos o en capas de los terrenos de acarreo.

- Sí/No

Grava: conjunto de guijarros y cantos rodados. -

Sí/No

Composición Química – Hidroquímica: se refiere a los

componentes químicos que contiene el agua.

iones comunes de Ca, Mg, Na, HCO3,

Cl, SO4 y NO3

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 105

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE CURSO DE AGUA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Red de Drenaje: es el conjunto de cursos de agua que van a conducir las aguas precipitadas sobre una determinada cuenca hidrográfica hacia el punto más bajo de la misma, también llamado punto de control.

km -

Longitud Total: es la suma de la distancia total recorrida por los diferentes cursos de agua que forman parte de la red hidrográfica de la cuenca.

km -

Clasificación: de acuerdo al relieve que recorre se divide en tres

tipos de cursos.

-

-

Curso Superior: ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión de las aguas del río es vertical. Su resultado: la profundización del cauce.

- Sí/No

Curso Medio: en donde el río empieza a zigzaguear, ensanchando el valle. - Sí/No

Curso Inferior: situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde fuerza y los materiales sólidos que lleva se

sedimentan, formando las llanuras aluviales o valles. - Sí/No

Tipo de corriente: hace referencia al comportamiento del agua en el cauce.

- -

Efímeras: sólo conducen agua cuando llueve e inmediatamente después. - Sí/No

Intermitentes: conducen por su cauce agua la mayor parte del tiempo, principalmente en época de lluvias; su aportación cesa cuando el nivel freático desciende por debajo del fondo del cauce.

- Sí/No

Perennes: contienen agua todo el tiempo, ya que en la época de estiaje son abastecidos por las aguas freáticas, debido a que el nivel de éstas permanece por encima del fondo del cauce.

- Sí/No

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 106

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE CUENCA HIDROGRÁFICA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Partes de la Cuenca: dependiendo del relieve una cuenca tiene tres partes.

-

-

Cuenca Alta: corresponde a la zona donde nace el río, el cual se

desplaza por una gran pendiente.

- Sí/No

Cuenca Media: la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.

- Sí/No

Cuenca Baja: la parte de la cuenca en la cual el material extraído

de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

- Sí/No

Clasificación: según su desembocadura se puede clasificar en:

-

-

Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano.

- Sí/No

Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas que no tienen comunicación fluvial al mar.

- Sí/No

Arreicas: no desembocan ni en lagos ni en mares, pues se evaporan o se infiltran al suelo.

- Sí/No

Área: una cuenca tiene su superficie perfectamente definida por su contorno y viene a ser el área drenada comprendida desde la línea de división de las aguas (parteaguas), hasta el punto convenido (estación de aforos, desembocaduras, etc.).

Km2 -

Perímetro de la Cuenca: es la longitud del contorno del área de la

cuenca.

Km -

Índice de Gravellus o Compacidad (kc): es la relación que

existe entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de una circunferencia de área igual a la de la cuenca.

Cuando más irregular sea la cuenca mayor será el coeficiente de

compacidad (kc).

Dónde:

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 107

P = Perímetro de la cuenca.

A = Área de la cuenca.

Cuenca con crecientes: cuanto más cercano a la unidad se encuentre Kc, más se aproximará su forma a la del círculo, la cuenca tendrá mayores posibilidades de producir crecientes con mayores picos de caudales.

-

Cuenca alargada: cuando Kc se aleja más del valor de la unidad significa un mayor alargamiento en la forma de la cuenca. -

Curva Hipsométrica: es una curva que indica el porcentaje del área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en Km

2 que

existe por encima de una cota. Puesta en coordenadas representa la relación entre la cota y la superficie total de la cuenca que se encuentra por encima de esta cota.

%

-

Cuenca Joven: tiene gran potencial erosivo. %

Cuenca Madura: es decir que está en equilibrio. %

Cuenca Vieja (Senectud): es decir que no erosiona más. %

Cota Máxima: se refiere a la altitud máxima o nivel respecto del mar.

m.s.n.m.

Cota Mínima: se refiere a la altitud mínima o nivel respecto del

mar.

m.s.n.m.

Polígono de Frecuencias de Altitudes: representa el grado de incidencia de las áreas comprendidas entre curvas de nivel con respecto al total del área de la cuenca.

%

Altura Media: es la ordenada media de la curva hipsométrica. m

Altura más Frecuente: es la altitud cuyo valor porcentual es el máximo de la curva de frecuencia de altitudes.

m

Altitud de Frecuencia Media: es la altitud correspondiente al

punto de abscisa media (50% del área) de la curva hipsométrica.

m

Rectángulo Equivalente: es una transformación geométrica que

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 108

representa la cuenca en forma de un rectángulo que tiene igual superficie, perímetro, coeficiente de compacidad y distribución isométrica.

Dónde:

P = Perímetro de la cuenca.

A = Área de la cuenca.

L = Lado Mayor del rectángulo.

L = Lado Menor del rectángulo.

m

-

Ancho Promedio: relación entre el área de la cuenca (A) y la

longitud del mayor río.

km -

Coeficiente de Forma (F): la forma de la cuenca influye sobre los escurrimientos y sobre el hidrograma resultante. El índice expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud.

Dónde:

A = Ancho promedio de la cuenca.

L = Longitud.

-

Sin crecientes: menos tendencia a las crecientes y tiene una gran

capacidad de amortiguar las crecidas. - F < 1

Con crecientes: mayor tendencia a las crecientes y tiene una

poca capacidad de amortiguar las crecidas. - F > 1

Topografía: representa la configuración de varias alturas, con las

curvas de nivel, que conforman la superficie terrestre.

m

-

Tiempo de Concentración (tc): es el tiempo necesario para que el caudal saliente se estabilice, con la ocurrencia de una precipitación con intensidad constante sobre toda la cuenca.

tiempo -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 109

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE RÍO UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Afluentes: los afluentes son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca.

m3 -

Módulo (Mr): es la cantidad de agua que lleva un río en un punto concreto. El módulo es la media aritmética de los caudales observados en un período determinado, por lo general, con un lapso mínimo de 30 años. En realidad módulo y caudal son sinónimos.

El módulo relativo, o específico, es la relación existente entre el módulo absoluto y la superficie de la cuenca.

Considerando el valor relativo se puede decir que existe:

Dónde:

Mr = Módulo relativo.

M = Módulo en m3/s o l/s.

S = Superficie de la cuenca en km2.

m3/s/km2

ó

l/s/km2

-

Escasez: cuando el valor de Mr indica un caudal que es < 5

m3/s/km

2.

m3/s/km2

Mr < 5

Valores Medios: cuando el valor de Mr indica un caudal que se

encuentra en el intervalo [5,15] m3/s/km

2.

m3/s/km2

Valores Elevados: cuando el valor de Mr indica un caudal que es

>15 m3/s/km

2.

m3/s/km2

Mr >15

Caudal: es la cantidad, o volumen, de agua que pasa por una sección determinada en un tiempo dado. El caudal, pues, está en función de la sección (metros cuadrados) a atravesar por la velocidad a la que atraviese la sección metros/segundo.

l/s ó m3/s

-

Equidistancia de las Curvas de Nivel: es la distancia entre dos

curvas de nivel sucesivas.

m -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 110

Cauce: lecho de los ríos y arroyos. El tramo del río en que la erosión es intensa por su acusada pendiente, constituye su cauce superior, mientras el cauce inferior es el tramo final, de pendiente disminuida y acumulación de acarreos.

Km ó m -

Longitud del Cauce Principal: la Longitud del Cauce (Lc) queda definida por la longitud del cauce principal, desde el punto de salida hasta su cabecera. Dado que en general el cauce principal no se extiende hasta el límite de la cuenca, es necesario suponer un trazado desde la cabecera del cauce hasta el límite de la cuenca, siguiendo el camino más probable para el recorrido del agua precipitada.

m ó km

-

Pendiente: es la dirección en la que se va a dirigir el río desde las mayores alturas hacia las menores.

- %

-

Sinuosidad (S): es la relación entre la longitud del río principal a lo largo de su cauce y la longitud del valle medido en línea curva o recta. Es el índice que representa cuánto el trazado del río se aparta de una línea recta. Entre más sinuosos los ríos las velocidades en el cauce son menores. Dependiendo de esto se observa:

-

Cauce de Baja Sinuosidad: cuando la sinuosidad S toma valores

mayores a 1,5, como los ríos meandros. -

Cauce en Línea Recta: cuando la sinuosidad S toma valor igual a

1. -

Amplitud de Cota del Cauce: es la diferencia de altura sobre el nivel del mar entre el comienzo del cauce y el punto de desembocadura.

Km ó m -

Pendiente del Cauce Principal: permite definir la pendiente media por tramo. Es un indicador del grado de respuesta hidrológica de una cuenca a una tormenta. No se debe confundir con la pendiente de una cuenca dado que la pendiente varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media como se ve en la siguiente fórmula:

Km ó m -

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Mónica del Carmen Gil 111

Dónde:

S = Pendiente media de la corriente de mayor orden, adimensional con aproximación al diezmilésimo.

M = El número de segmentos en que se divide el cauce principal.

L = Es la longitud horizontal del cauce principal, desde su nacimiento como corriente de orden uno hasta la salida de las cuencas.

Lm = Es la longitud horizontal de los tramos en los cuales se subdivide el cauce principal.

Sm = Pendiente de cada segmento, en que se divide el cauce principal, adimensional.

Jerarquía de los Cauces (Jc): un sistema diferente de clasificación de tipos de ríos se basa en la forma de ramificarse el río en cualquier cuenca hidrográfica. Los tipos se han clasificado de acuerdo con su orden en una jerarquía que se define como sigue: ríos de primer orden son los que no tienen afluentes; los de segundo orden se forman al unirse los de primer orden; los de tercer orden se forman al unirse los de segundo y así sucesivamente.

-

Relación de Bifurcación (Rb): relación entre el número de cauce de orden n y el número de cauce de orden n+1.

Cuando la relación da casi constante, la cuenca es madura ya no erosiona más y está logrando su punto de equilibrio.

-

Relación de Longitud (Rl): es la relación entre las longitudes

promedios de los cauces sucesivos.

Dónde:

Rl = Relación de longitud.

Lo = Longitud media de los segmentos de

un orden.

-

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Mónica del Carmen Gil 112

Loi = Longitud media de los segmentos orden inferior.

Densidad de Drenaje (Dd): se define como la longitud de las corrientes por unidad de superficie. Indica la posible naturaleza de los suelos.

Valores altos representa zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionable e impermeable.

Dónde:

Lt = Longitud total de los cursos de

agua.(Km)

A = Área. (km2)

1/Km2

-

Frecuencia de Drenaje (Fd): representa una medida real de la eficiencia del drenaje y se define como el número total del cauce y la superficie de la cuenca. Establece la mayor o menor posibilidad de que cualquier gota de agua encuentre un cauce en mayor o menor tiempo.

-

Coeficiente de Torrencialidad (Ct): resulta de dividir el número de

cursos de agua de primer orden por la superficie de la cuenca. -

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE CURVA DE NIVEL UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Superficie de nivel entre las curvas: permite representar superficies en los mapas. Una curva de nivel es una línea que conecta todos los puntos contiguos con valores de igual altura definiendo una superficie.

m2

-

Elevación: es la cota sobre el nivel del mar. m -

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Mónica del Carmen Gil 113

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE CUENCA HIDROGEOLÓGICA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Zona de Saturación: es la situada encima de la capa impermeable donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona de aireación, es el nivel freático (nivel que alcanza el agua sujeto a la gravedad. No tiene presión).

m

-

Zona de Aireación: es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.

m -

Porosidad Total: es el cociente del volumen de poros y fisuras

respecto al volumen total de una porción de terreno. La porosidad

total es el espacio intersticial total de la roca, sin importar si contribuye o no al flujo de fluidos.

Volumen de los Huecos/Volumen Total.

m3

-

Porosidad Eficaz: es el agua que drena descontando el agua que queda mojando la arena. El volumen de los poros interconectados o espacio intersticial presente en una roca, que contribuye al flujo de fluidos o a la permeabilidad de un yacimiento. la porosidad efectiva excluye los poros aislados y el volumen de los poros ocupado por el agua adsorbida en los minerales de arcilla u otros granos. La porosidad efectiva normalmente es menor que la porosidad total.

Volumen de Agua que drena por gravedad/Volumen Total.

m3

-

Retención Específica: es el porcentaje de agua que queda

mojando la arena.

% -

ATRIBUTOS DE INSTANCIA DE ACUÍFERO UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Clasificación: según su textura se clasifican en:

-

-

Porosos: el agua se encuentra embebida como en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe “permeabilidad”, frente a un simple almacenamiento. Formaciones de arenas y gravas aluviales.

- Sí/No

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Mónica del Carmen Gil 114

Fisurales: el agua se encuentra ubicada sobre fisuras, también intercomunicadas entre sí, su distribución hace que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea por direcciones preferenciales. Acuíferos kársticos.

- Sí/No

Recarga: es donde el acuífero se alimenta de agua (la infiltración). La Litología (el tipo de roca que lo forma), la pendiente y la vegetación permiten cuantificar la recarga.

m3 -

Descarga: es la forma en que se saca agua del acuífero. Puede

ser:

-

-

Artificial: hecho por el hombre. - Sí/No

Natural: de la naturaleza, relacionado con ella, o producido por ella.

- Sí/No

Calidad de Agua: se refiere a su composición química. iones comunes de Ca, Mg, Na, HCO3,

Cl, SO4 y NO3

-

Cantidad de Agua: se refiere a la capacidad del acuífero. m3 -

Profundidad: se refiere a la capacidad del acuífero teniendo un punto de referencia.

- -

Absoluta: respeto al nivel del mar. - Sí/No

Relativa: respecto a una cota fijada por el hombre. - Sí/No

Comportamiento Hidrodinámico: se refiere a la movilidad del

agua. Cómo recibe el agua y la deja salir.

- -

Acuífero: buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (por ejemplo: arenas porosas y calizas fisurales).

- Sí/No

Acuitardos: buenos almacenes pero malos transmisores de agua

subterránea (cantidad pero lentos) (por ejemplo: limos). - Sí/No

Acuícludos: pueden ser buenos almacenes, pero nulos

transmisores (por ejemplo: arcillas).

- Sí/No

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Mónica del Carmen Gil 115

Acuífugos: son nulos, tanto como almacenes como transmisores.

(por ejemplo: granitos o cuarcitas no fisuradas). - Sí/No

Comportamiento Hidráulico: según su estructura y los elementos

que lo componen se clasifican en:

-

-

Confinados: tienen presión propia. Están formados por una capa impermeable arriba y abajo. Su presión es distinta y mayor a la presión atmosférica.

- Sí/No

Libres: la película de agua, es decir el nivel freático, está sujeta a

la presión atmosférica. - Sí/No

Semi confinado: es permeable en la parte superior. - Sí/No

Transmisividad (T): es el volumen de agua que atraviesa una banda de acuífero de ancho unitario en la unidad de tiempo y bajo la carga de un metro.

Es representativa de la capacidad que tiene el acuífero para ceder agua.

-

Coeficiente Almacenamiento (S): es la cantidad de agua que cede un prisma de acuífero de base cuadrada unitaria cuando se le deprime la unidad. Si el acuífero trabaja como libre S representa el volumen de agua que puede ceder un volumen unitario de acuífero.

-

Caudal específico: es el volumen de agua que se le puede

extraer al pozo por mts de depresión del Nivel Estático.

-

Permeabilidad (K): se obtiene como el cociente entre

transmisividad (T) y el espesor del acuífero (b). Es el flujo de agua

que atraviesa una sección unitaria de acuífero. Depende de la

porosidad y el grado de intercomunicación entre los granos.

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 116

Tarea 7: Definir los atributos de clases en detalle. Se crea la tabla de atributos de

clases en la que se describe detalladamente todos los atributos de clases incluidos en

el diccionario de conceptos. En esta ontología no se encuentran atributos de clases.

Tarea 8: Definir las constantes en detalle. Se crea la tabla de constantes en la que

se describe detalladamente cada una de las constantes definidas en el glosario de

términos. Para cada constante, se debe especificar: nombre, tipo de valor, valor y

unidad de medida (para constantes numéricas). En esta ontología no se definen

constantes.

Realizadas las tareas de la etapa de Conceptualización de la metodología

Methontology queda formado el Diagrama de Conceptos y Relaciones, es decir, el

Modelo Conceptual de la Ontología que se buscaba definir, como se muestra en la

Figura IV.5.

Figura IV.5 - Diagrama de Conceptos y Relaciones

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 117

IV.2.1.c. Formalización

La actividad de formalización es la que se encarga de la transformación del modelo

conceptual en un modelo formal. Para esto se utiliza Protégé [96][97], una

herramienta de especificación de ontologías que provee un editor de código abierto,

así como también un framework para la definición y manipulación de bases de

conocimiento. Protégé fue desarrollado por la universidad de Stanford con el lenguaje

Java.

Las ventajas que trae consigo el uso de esta herramienta son:

Permite un modelado muy sencillo, tiene varios modos de visualización que

facilitan determinar la jerarquía y relaciones entre las clases (comúnmente en

Protégé se denominan clases a los conceptos).

El modelo de la ontología puede ser exportado dentro de una variedad de

formatos, como: RDF(S), OWL, and XML Schema.

Provee un API que facilita la creación de programas de exploración y edición

de ontologías.

Permite la realización de comprobación automática de consistencia (sintáctica,

referencial y/o lógica) de la ontología, esto es factible por la incorporación de

plug-ins para añadir y chequear los axiomas que imponen restricciones.

Una vez que se tiene el modelo implementado y se ha pasado el proceso de

razonamiento sin encontrar ninguna inconsistencia, se puede proceder a la

obtención visual de la formalización realizada por medio de una interfaz gráfica.

Esta interfaz permite acceder a las diferentes partes de la información del

dominio permitiendo la visualización de clases y propiedades globales, esto es

posible por medio de la instalación del plug-in de GraphViz.

Protégé además posee una interfaz de usuario amigable, puesto que permite la

creación de gráficos, tablas, diagramas o varios componentes de animación

para acceder a la base de conocimiento.

Una vez instalado Protégé, situados en la ventana, se hace clic en la pestaña

“Classes”. Inicialmente, una ontología vacía contiene una única clase denominada

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 118

“Thing”. La clase Thing constituye la raíz de la jerarquía, e indica que todas las clases

creadas por el diseñador son necesariamente subclases de Thing.

Para crear una clase, se sigue los siguientes pasos:

Se sitúa con el cursor en la clase padre de la clase que se desea crear. En el

caso de la primera clase, se debería situar en la clase Thing. Se selecciona la clase

padre en la jerarquía (Thing en el ejemplo) se hace clic en ella. Aparecerá resaltada.

En la ventana Class Hierarchy, encima de la clase Thing, se observa varios

iconos. Se Pulsa sobre “Add subclass”, como muestra la Figura IV.6.

Figura IV.6 – Creación de Clases en Protégé.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 119

Esto da lugar a la aparición de una nueva ventana donde se coloca el nombre de

la Clase a crear, en la ontología definida se crea la clase “CuencaHidrogeológica”

como muestra la Figura IV.7.

Figura IV.7 – Creación de la Clase CuencaHidrgeológica

Repitiendo el proceso antes descrito, los conceptos identificados en la etapa de

Especificación son especificados en Protégé como se explicó en el párrafo anterior.

En la Figura IV.8 se puede observar la jerarquía de clases y subclases que forman la

ontología.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 120

Figura IV.8 – Jerarquía de Clases y Subclases en Protégé

En la Figura IV.8.1 el cuadrante identificado por Annotations se utiliza para

colocar algun comentario que describa la clase o propiedad que se esté definiendo.

En la Figura IV.8.2 el cuadrante identificado por Description, se utiliza para

definir las subclases y clases disjuntas de la clase seleccionada. Dos clases son

disjuntas cuando un individuo no puede ser instancia de dos clases a la vez. También

puede definir de que clase es subclase.

Una vez definida la taxonomía de conceptos, para el estudio del balance

hidrológico abstrayéndose la evaporación y la evapotranspiracion, se obtiene la

jerarquía de las clases y subclases como se puede ver en la Figura IV.8. En Protégé,

si se hace clic en la pestaña OntoGraf, se obtiene el grafo que se muestra en la

Figura IV.9. El mismo coincide con la taxonomía definida en la Tarea 2: Construir la

taxonomía de conceptos; de la etapa especificación que se definió anteriormente en

esta sección.

1

2

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 121

Figura IV.9 – OntoGraf en Protégé

Especificados en Protégé los conceptos con su taxonomía como muestra la

Figura IV.9. Se continúa con la especificación de las relaciones binarias. En Protégé

se las denominan Propiedades.

Las propiedades OWL establecen relaciones entre dos individuos. Hay dos tipos

principales de propiedades: Object Properties y Data Properties. Los Object

Properties enlazan a un individuo con otro individuo. La Data Properties enlaza a un

individuo con un tipo de datos XML.

En la Figura IV.10 se observa cómo se define por ejemplo la propiedad

“estaFormadoPor”. Se puede ver tres íconos arriba de topObjectProperty, se hace clic

sobre el icono de más a la izquierda que se encuentra arriba de topObjectProperty y

se abre una nueva ventana donde se coloca el nombre de la propiedad mencionada.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 122

Figura IV.10– Definición de la Propiedad estaFormadoPor en Protégé

Repitiendo lo explicado se obtiene el árbol con las propiedades definidas para la

ontología de esta tesis como se observa en la Figura IV.11. Cuando se especifica en

Protégé a las relaciones cuyo nombre se repite en el diagrama de la Figura IV.5, se

las nombra de otra manera para mayor claridad.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 123

Figura IV.11– Definición de las Propiedades que forman la Ontología

A las propiedades se las especifica en Protégé colocándoles su dominio o

concepto fuente y su rango o concepto destino. En la ventana de Description se

encuentra el Dominio (Domains), donde se coloca la clase fuente de la propiedad que

se está definiendo y en Rango (Ranges) el destino de la misma. Para la propiedad

estaFormadoPor el dominio es la clase CursoDeAgua y el rango es la clase

Precipitación, como muestra la Figura IV.12.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 124

Figura IV.12 - Definición de la Propiedad estaFormadoPor

Domain CursoDeAgua y Range Precipitación

En la parte de Características (Characteristics) Figura IV.13.1, se indica si la

propiedad es:

Functional: para un individuo dado ese individuo solo se relaciona con un único

individuo (o ninguno) vía esa propiedad.

Inverse Functional: indica que la propiedad inversa es funcional.

Transitive: para un individuo A que se relaciona con una propiedad transitiva a un

individuo B y B se relaciona por esa misma propiedad a un individuo C, entonces A se

relaciona por esa misma propiedad a un individuo C.

Symmetric: para dos individuos A y B, si se relaciona con B por una propiedad

simétrica, entonces B también se relaciona con A a través de esa propiedad.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 125

Asymmetric: relaciona un individuo A con B, entonces A no puede estar relacionado

con B por la misma propiedad.

Reflexive: relaciona un individuo consigo mismo.

Irreflexive: relaciona un individuo con otro individuo que no puede ser él mismo.

En la Figura IV.13. 1 se tilda la caracteristica simetrica e irreflexiva.

Figura IV.13 - Definición Characteristics de la Propiedad estaFormadoPor

A las propiedades también se les puede poner restricciones. Las restricciones

pueden ser de: cuantificación y cardinalidad.

Restricciones de Cuantificación: dentro de las mismas se contemplan las

existenciales y las universales. Las existenciales denominadas en

OWL someValuesFrom, indican que los individuos del dominio de una propiedad se

relacionan con al menos un indiviudo del rango de dicha propiedad. En la Figura

2

1

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 126

IV.13.2 se representa que CursodeAgua estaFormadoPor al menos una

Precipitación.

Restricciones de Cardinalidad: limitan el número de relaciones entre individuos.

Existen tres tipos de restricciones de cardinalidad: al menos, como máximo y

exactamente. En la Figura IV.14 se puede observar que la propiedad

estaFormadoPor usa la restricción de cardinalidad al menos, es decir un

CursoDeAgua estaFormadoPor una o más Precipitación.

Figura IV.14 – Restricción de la Propiedad estaFormadoPor

CursodeAgua estaFormadoPor Precipitación (una o más precipitaciones).

Repitiendo el mecanismo explicado para la especificación de Propiedades en

Protégé se definen las propiedades que restan, ellas son: forma, pasaPor, pertenece,

tiene, y estaFormadaPor. Debido a que existen relaciones con el mismo nombre, para

que la especificación en Protégé sea más clara, las que presentan esta condición

llevarán otro nombre para diferenciarlas.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 127

En la Tabla IV.3 se observa que la primer columna corresponde al número de

figura que que se usa para asociar cada propiedad con la pantalla en Protégé y en las

columnas subsiguientes se describe cada una de las propiedades con sus

características y restricciones.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 128

Figura Propiedad Dominio Rango Inversa Caracterís

tica

Restricción

1 forma Precipitación CursoDeAgua estaFormadoPor Simétrica

Irreflexiva

Existe Precipitación al menos

un Curso de Agua

2 pasaPor CurvaDeNivel CuencaHidrográfica tiene Simétrica

Irreflexiva

Existe CurvaDeNivel al menos

una CuencaHidrográfica

3 tiene CuencaHidrográfica CurvaDeNivel pasaPor Simétrica

Irreflexiva

Existe CuencaHidrográfica

al menos

una CurvaDeNivel

4 estaFormadoPorCursoDeAgua CuencaHidrogeológica CursoDeAgua pertenece Simétrica

Irreflexiva

Existe CuencaHidrogeológica

al menos

un CursoDeAgua

5 pertenece CursoDeAgua CuencaHidrogeológica estaFormadoPorCursoDeAgua Simétrica

Irreflexiva

Existe

CursoDeAgua

como máximo a una

CuencaHidrogeológica

6 formaCuencaHidrográfica AguaSuperficial CuencaHidrográfica tieneAguaSuperficial Simétrica

Irreflexiva

Existe AguaSuperficial al

menos una

CuencaHidrográfica

7 tieneAguaSuperficial CuencaHidrográfica AguaSuperficial formaCuencaHidrográfica Simétrica

Irreflexiva

Existe CuencaHidrográfica al

menos un AguaSuperficial

Tabla IV.3 – Definición de las Propiedades en Protégé

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 129

A continuación se pueden observar las pantallas que se obtienen en Protégé al

especificar cada una de las propiedades definidas en la Tabla IV.3.

Figura IV.14.1 – Restricción de la Propiedad forma

Figura IV.14.2 – Restricción de la Propiedad pasaPor

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 130

Figura IV.14.3 – Restricción de la Propiedad tiene

Figura IV.14.4 – Restricción de la Propiedad estaFormadaPorCursoDeAgua

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Mónica del Carmen Gil 131

Figura IV.14.5 – Restricción de la Propiedad pertenece

Figura IV.14.6 – Restricción de la Propiedad forma

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 132

Figura IV.14.7 – Restricción de la Propiedad tieneAguaSuperficial

Una vez que se formaliza la ontología definida en esta tesis, se valida su

consistencia en Protégé usando un razonador disponible en la herramienta. En este

caso se usó HermitT 1.3.8.3 el cual no indicó inconsistencias en la especificación,

como se puede observar en la figura IV.15 en la parte del menú Reasoner.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 133

Figura IV.15 – Reasoner HermitT 1.3.8.3

Luego de realizada la tarea antes mencionada se procede a validar

semánticamente la ontología, dicha tarea se lleva a cabo en el próximo capítulo.

Explain inconsistent ontology

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 134

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Mónica del Carmen Gil 135

CAPÍTULO V: VALIDACIÓN

V.1 Introducción

Como se ha venido describiendo en los capítulos anteriores, para definir una

Ontología se necesita de la participación comprometida de expertos para obtener

opiniones consensuadas respecto a los conceptos.

Una vez que se define la ontología se confecciona un set de encuestas al que se

le realizará chequeos de consistencia sometiendo el contenido de las encuestas al

estudio y consenso por expertos en el dominio. El objetivo es verificar si los

conceptos, atributos y relaciones definidos para el dominio hidrológico son los

apropiados para el desarrollo de cualquier aplicación relacionada al Balance Hídrico

abstrayéndose la evapotranspiración y la evaporación.

V.2 Estructura del Set de Encuestas

El set de encuestas está integrado por un Diagrama de Conceptos y Relaciones, por

un conjunto de Tablas de Conceptos y Atributos y por una Tabla con las Relaciones

definidas.

En la Figura V.1, se muestra el Diagrama de Conceptos y Relaciones que forman

parte de la ontología. Los conceptos fueron identificados como los más

representativos del dominio y utilizados por aplicaciones hidrológicas. Se utilizó un

diagrama de clases para representar la ontología donde los conceptos son clases y

las relaciones siguen las normas de dicho diagrama. Más adelante cada clase de la

ontología será descripta en detalle. Esta forma de especificar y conceptualizar la

ontología respeta las tareas que propone Methontology, utilizada para definir la

ontología en esta tesis.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 136

Figura V.1 – Diagrama de Conceptos y Relaciones

A continuación, se exhibe un conjunto de tablas donde se encuentra una

definición asociada a cada uno de los conceptos considerados en la ontología

mostrada en el Diagrama de la Figura V.1. El experto deberá validar cada concepto

como verdadero, en caso que la definición sea correcta y la más usada o falso en

caso contrario como se muestra en un ejemplo de la Tabla V.1.

CONCEPTO

VALIDACIÓN

1) Precipitación

Es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmosfera y llega a la

superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve,

granizo, pero no neblina ni rocío, que son formas de condensación.

V F

Tabla V.1 – Tabla de Concepto

Asimismo, por cada concepto se definen cada uno de los atributos asociados al

mismo. El experto deberá validar con un tilde si están correctos y son suficientes para

desarrollar aplicaciones en el dominio hidrológico referidas al Balance Hídrico. En

caso de diferir en alguno de ellos se le solicita completar el apartado de

observaciones que se encuentra al pie de cada tabla. Para ejemplificar en este

√

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 137

artículo se colocan algunos atributos del concepto “Precipitación” como se puede

observar en la Tabla V.2.

VALIDACION ATRIBUTOS DE PRECIPITACIÓN UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Tipo: se refiere a la caída de agua sólida o líquida por la condensación del vapor de agua sobre la superficie. Se mide en mm de agua o litros caídos por unidad de superficie. Nótese que 1 milímetro de agua de lluvia equivale a 1L de agua por m

2.

También se puede medir en cm en el caso de ser sólida. Las distintas formas son:

- -

Lluvia: es un término general para referirse a la mayoría de las precipitaciones acuosas.

mm ó

-

Llovizna: se caracteriza por tener un tamaño de gota pequeño, menos de 0.5 mm de diámetro dando la impresión de que las gotas flotan en lugar de caer.

mm ó

0.5mm

Nieve: consiste en la precipitación de pequeños cristales de hielo.

mm ó

-

Aguanieve: nieve parcialmente fundida y mezclada con agua.

mm ó

-

Granizo: precipitación sólida compuesta por bolas o grumos irregulares de hielo. Piedra de granizo. Se toma la medida del tamaño del cuerpo sólido.

cm -

Tipo de Tormenta: las tormentas son unos de los fenómenos atmosféricos más espectaculares, y a veces pueden llegar a ser de gran intensidad. Las tormentas se producen por los cumulunimbus, nubes que se desarrollan cuando la atmósfera está inestable. Se entiende por atmósfera inestable aquella situación en la que se producen importantes movimientos del aire en sentido vertical. Las distintas clases de tormentas que se consideran son:

-

-

Tormentas de Masa de Aire: se desarrollan localmente cuando el gradiente de temperatura llega a ser muy grande, como resultado del calentamiento diurno y tienen frecuencia máxima en las horas de la tarde.

- Sí/No

Tormentas en Línea: están dispuestas en bandas o franjas estrechas, que siguen la dirección de los vientos en niveles bajos. Pueden desarrollarse a cualquier hora, pero son más frecuentes durante las horas de la tarde. Generalmente son más fuertes que las tormentas de masa de aire.

- Sí/No

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 138

Tormentas Frontales: puede decirse que un frente meteorológico es una zona inclinada que separa dos grandes masas de aire: frío y caliente. Cuando la masa caliente sube a lo largo de una cuña fría podrán formarse tormentas, en el caso de que, dicho aire, tenga inestabilidad conectiva. Se mueven en el mismo sentido que los frentes y pueden reconocerse como pertenecientes a la región nubosa frontal. Estas tormentas ocurren a cualquier hora del día.

- Sí/No

Tormentas Orográficas: se forman en aquellas zonas en las que las circulaciones locales generan zonas de convergencia de tipo mesoescalar, que puede ser originada por causas dinámicas, orográficas, o debido al calentamiento diurno.

- Sí/No

Tormentas orográficas con forzamiento sinóptico: el forzamiento sinóptico favorece los desarrollos convectivos, de manera que estos son más generalizados que los de masa de aire. Suelen ser móviles y, en determinadas ocasiones, pueden presentar una organización definida. Por esta razón, pueden afectar a zonas más amplias.

- Sí/No

Tormentas convectivas: se producen cuando el aire asciende por diferencias de temperatura a causa de un calentamiento local (ascensión convectiva). El ascenso es natural.

- Sí/No

Intensidad: es la cantidad de agua que cae por unidad de tiempo en un lugar determinado. La intensidad y duración están asociadas.

-

Débiles: una intensidad D es débil cuando su máximo valor en mm/h es menor o igual que 2.

Moderadas: una intensidad D es moderada cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (2,15].

Fuertes: una intensidad D es fuerte cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (15,30].

Muy Fuertes: una intensidad D es muy fuerte cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (30,60].

Torrenciales: una intensidad D es torrencial cuando su máximo valor en mm/h es mayor que 60.

60

Duración: la duración del evento de lluvia o tormenta varía ampliamente, oscilando entre unos pocos minutos a varios días.

minutos ó

días -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 139

Altura o Profundidad: es la altura que tendría un litro de agua precipitada sobre un m

2 de superficie

horizontal impermeable, es decir, si la totalidad del agua precipitada no se escurriera. Esta dimensión es la que se mide en los pluviómetros.

mm

-

Isohietas: son las líneas que unen puntos de igual cantidad de lluvia. Permiten cuantificar el valor medio como así también presentar gráficamente la distribución espacial de la precipitación para determinados períodos. Las isohietas en algunos mapas tienen los valores de precipitación en pulgadas y entre paréntesis en centímetros (cm). Recordar que para pasar los valores a milímetros se debe multiplicar los cm por 10. Una pulgada equivale a 2,54 cm. Observar que los valores se expresan aproximando a valores enteros.

mm -

Frecuencia: la frecuencia de las precipitaciones es el tiempo en años en que una lluvia de cierta intensidad y duración se repite con las mismas características.

años

-

Distribución Temporal: hace referencia a la manera en que la lluvia que cae se reparte entre los intervalos de tiempo definidos (que sean de interés) para los cuales se toma registro y así poder entender qué porcentaje de la lluvia total le corresponde a cada uno de ellos.

%

-

Distribución Espacial: las tormentas que cubren áreas grandes tienden a tener formas elípticas, con un ojo de alta intensidad ubicado en el medio de la elipse, rodeado por lluvias de intensidades y alturas decrecientes. Cuando existen varias estaciones de precipitación en la cuenca, la precipitación promedio registrada en estas estaciones se conoce como distribución espacial de la lluvia sobre la cuenca.

El conocimiento de la distribución espacial de las lluvias es fundamental para comprender los regímenes de precipitación y poder clasificar áreas de acuerdo a la similitud entre puestos pluviométricos vecinos; lo cual puede constituir una primera aproximación para dividir el espacio geográfico en áreas con patrones agroecológicos similares.

mm

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 140

Curva I-D-F (Intensidad-Duración-Frecuencia): es una relación matemática generalmente empírica, entre la intensidad de una precipitación, su duración y la frecuencia con la que se observa. La frecuencia de las precipitaciones intensas se caracteriza mediante períodos de retorno, que no son más que la inversa de la frecuencia.

F

ó

Dónde K es un parámetro para los distintos periodos de retorno.

-

Observaciones……………………………………………………………….....................................................

....................................................……………..…………………………………………………………………

Tabla V.2 – Tabla de Atributos

En la Tabla V.3 se encuentran las relaciones definidas entre los conceptos

identificados donde el experto coloca si existe o no dicha relación.

RELACIÓN SI NO OBSERVACIONES

¿El Agua Superficial es_un Curso de Agua?

¿El Agua Subterránea es_un Curso de Agua?

¿El Curso de Agua está formado por Precipitación?

¿La Precipitación forma Curso de Agua?

¿El Curso de Agua pertenece a Cuenca Hidrogeológica?

¿La Cuenca Hidrogeológica está formada por Curso de Agua?

¿La Cuenca Hidrográfica tiene Curva de Nivel?

¿La Curva de Nivel pertenece a Cuenca Hidrográfica?

¿La Cuenca Hidrográfica tiene Agua Superficial?

¿El Agua Superficial forma Cuenca Hidrográfica?

¿El Río es_un Agua Superficial?

¿El Acuífero es_un Agua Subterránea?

Tabla V.3 – Tabla de Relaciones

Se puede observar que existen cuatro relaciones llamadas “es_un”, las mismas

representan herencia. Por ejemplo: la relación “es_un”, que relaciona a los conceptos

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Mónica del Carmen Gil 141

Río y Agua Superficial, indica que la clase <Río> tiene sus propios atributos y todos

los atributos que hereda de la clase <Agua Superficial>. Lo mismo sucede con la

clase <Acuífero> con respecto a la clase <Agua Subterránea>, <Agua Superficial>

con respecto a <Curso de Agua> y <Agua Subterránea> con respecto a <Curso de

Agua>.

Por otro lado un <Curso de Agua> está formado por <Precipitación> y su inversa es

<Precipitación> forma un <Curso de Agua>. Asimismo la <Cuenca Hidrogeológica>

está formada por <Curso de Agua> y su inversa es <Curso de Agua> pertenece a una

<Cuenca Hidrogeológica>.

V.3 Análisis de los Resultados

Para validar la ontología definida en este trabajo de maestría, el set de encuestas (ver

Anexo I), fue distribuido a expertos del dominio hidrogeológico, entre los cuales se

encuentran:

Licenciados en Geología

Jefe Área Hidrología – Programa Infraestructura Hídrica (Gobierno de la Prov.

de San Luis). Lic. Norberto Hauría.

Profesional Área Hidrología – Programa Infraestructura Hídrica (Gobierno de la

Provincia de San Luis). Lic. María Victoria García Heredia.

Prof. Adjunto Cátedra de Hidrogeología de la UNSL. Lic. Aldo Darío Giaccardi.

Jefe de Trabajos Prácticos de la Cátedra de Geología de la UNSL. Lic. Pedro

Nicanor Morla.

Investigador del CONICET UNSJ15 – Dr. En Geología. Esp. Glaciares. Dr. Juan

Pablo Milana.

Ingenieros Agrónomos

Director EEA INTA16. Ing. Javier Genovés.

15

CONICET UNSJ – Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas de la Universidad Nacional de San Juan. 16

EEA INTA – Estación Experimental Agropecuaria del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria.

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Mónica del Carmen Gil 142

PhD en Biología - Investigador Principal – CONICET UNSL. Ing. Jobbagy,

Gerente Técnico de San Luis Agua. Ing. Guillermo Aguado.

Investigador INTA Laboratorio de Recursos Naturales, Medio Ambiente y

Geomántica. Ing. Mario Jesús Galván.

Docente de Hidrogeografía en Profesorado de Geografía Instituto Superior

Nuestra Señora del Carmen. Ing. Mario Jesús Galván.

Investigador del CONICET UNSL. Ing. Jorge Mercau.

Profesional Investigador en INTA EEA San Luis. Ing. Claudio Saenz.

Asesor privado y empleado del SENASA17. Ing. Pablo Mestre.

Docente en la Universidad de la Punta en la Cátedras Recursos Agua y

Meteorología de la Carrera Gestión Ambiental y Auditoria Ambiental. Ing.

Carlos Guinle.

Licenciada en Bioquímica – Química – Profesora de enseñanza media y superior

en Química

Jefe de área Dpto. Técnico Programa Infraestructura Hídrica- Ministerio de

Hacienda y Obras Públicas- Gobierno de la Provincia de San Luis. Lic. Ana

Pascual.

Licenciada en Geografía

Profesora de Geografía en la Carrera de Turismo de la UCC. Prof. Gladys

Turletti.

Topógrafo

Jefe de División Topografía de la Subdelegación de Aguas del Río Atuel -

Departamento General de Irrigación. Consultor FAO18 UTF/ARG/015/ARG.

Lic. Ariel Merlo.

17

SENASA - Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria.

18 FAO – Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura.

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Mónica del Carmen Gil 143

El set de encuestas se entregó a 20 expertos del dominio hidrogeológico, los

mismos con distintas perspectivas, es decir una población muy enriquecedora ya que

los expertos ocupan lugares importantes en distintos organismos, poseen

conocimientos y experiencias diversas.

La ontología define 9 conceptos y 74 atributos en total.

El 100% de los expertos comprometidos, está de acuerdo con el diagrama de clases

definido y la definición de cada uno de los conceptos, como se observa en la Tabla

V.4. La columna Validados representa la cantidad de expertos que consideraron

verdadera la definición del concepto y Observados la cantidad de expertos que

realizaron alguna observación.

Conceptos Validados Observados

CURSO DE AGUA 20 0

PRECIPITACIÓN 20 0

CUENCA HIDROGEOLÓGICA 20 0

AGUA SUPERFICIAL 20 0

AGUA SUBTERRÁNEA 20 0

CUENCA HIDROGRÁFICA 20 0

CURVA DE NIVEL 20 0

RÍO 20 0

ACUÍFERO 20 0

Tabla V.4 – Validación de Conceptos

La ontología tiene un total de 74 atributos de los cuales 7 fueron observados como

muestra la Tabla V.5. La mayoría de las observaciones son consecuencias del uso de

sinónimos generados en distintos dominios. Esto se ve principalmente entre los

profesionales de agronomía y geología.

Justamente la ontología sirve para consensuar un nombre para cada atributo, y así

lograr que los conceptos y sus atributos puedan utilizarse en distintos modelos de

simulación, es decir lograr la interoperabilidad entre ellos.

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Mónica del Carmen Gil 144

CONCEPTO ATRIBUTO OBSERVACIONES Definición original

PRECIPITACIONES ISOHIETA Son las líneas que unen puntos de igual

cantidad de precipitaciones …..igual cantidad de lluvia

FRECUENCIA Lo que se definió como frecuencia se

denomina recurrencia (o período de retorno

como se denominó al final), es decir cada

cuanto ocurre un evento. La frecuencia

indica el número de eventos en un período

de tiempo dado.

es el tiempo en años en que una

lluvia de cierta intensidad y

duración se repite con las mismas

características.

AGUA SUPERFICIAL CALIDAD QUIMICA En rigor se debería hablar de propiedades

físico-químicas del agua y de ahí

podríamos definir calidad en función al uso

consuntivo y no consultivo.

….se refiere a la cantidad de los

distintos parámetros que debe

tener el agua para garantizar la

preservación de la fauna y flora,

dependiendo de su uso.

ACUÍFERO CALIDAD DE AGUA Es el conjunto de propiedades físico-

químicas del agua.

...se refiere a su composición

química.

PERMEABILIDAD La permeabilidad es la capacidad del

sustrato de conducir agua y se mide

unidades de lámina (altura de agua) por

unidad de tiempo (mm/h, cm/h, cm/d,

mm/s, etc)

...Es el flujo de agua que atraviesa

una sección unitaria de acuífero.

Depende de la porosidad y el grado

de intercomunicación entre los

granos.

RÍO PENDIENTE la pendiente tiene dos componentes rumbo

e inclinación. La definición dada solo

abarca rumbo

...es la dirección en la que se va a

dirigir el río desde las mayores

alturas hacia las menores.

PENDIENTE La pendiente es la inclinación del terreno,

(por ejemplo mts de desnivel (vertical) en

una distancia en metros dada (horizontal)

Tabla V.5 – Atributos Observados - Definiciones

La Tabla V.6 y el gráfico de la Figura V.2 muestran que de 74 atributos definidos, el

90,5% fueron considerados verdaderos y suficientes con sus definiciones y solo el

9,45% de los atributos fueron observados.

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Mónica del Carmen Gil 145

Conceptos Atributos Observados

CURSO DE AGUA 4

PRECIPITACIÓN 10 2

CUENCA HIDROGEOLÓGICA 5

AGUA SUPERFICIAL 5 1

AGUA SUBTERRÁNEA 3

CUENCA HIDROGRÁFICA 18

CURVA DE NIVEL 2

RÍO 15 2

ACUÍFERO 12 2

TOTAL ATRIBUTOS 74 7

Tabla V.6 – Atributos Observados

Figura V.2 – Atributos Validados vs Observados

Asimismo, la ontología tiene un total de 12 relaciones de las cuales 6 fueron

observadas como muestra la Tabla V.7.

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Mónica del Carmen Gil 146

RELACION OBSERVACIONES ENCUESTA

NRO

¿El Agua Superficial es_un Curso de Agua?

El concepto de curso de agua tiene una concepción más topográfica que hidrológica en ese sentido se interpreta como el cauce por donde escurre agua de manera permanente o temporal, en hidrología se habla de escurrimientos.

1, 3, 5

No solamente, también hay lagunas que no corren.

4, 5, 6

¿El Agua Subterránea es_un Curso de Agua?

Considerando el concepto de curso de agua como cauce lo incluimos dentro del agua superficial. 1, 3, 5

No solamente, hay agua subterránea que no se mueve. Y mucha se mueve tan lentamente que puede ser considerada estática para muchos problemas.

4,6

¿La Precipitación forma Curso de Agua? No necesariamente, puede no haber cursos donde hay precipitaciones.

6

¿La Cuenca Hidrogeológica está formada por Curso de Agua?

No necesariamente. Hay cuencas sin cursos.

6

¿La Cuenca Hidrográfica tiene Agua Superficial?

No necesariamente. 6

¿El Agua Superficial forma Cuenca Hidrográfica?

La cuenca existe independientemente del agua superficial.

6

Tabla V.7 – Relaciones Observadas

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Mónica del Carmen Gil 147

Asimismo, el 25% de los expertos encuestados, observó el 50% de las relaciones

propuestas, como se puede ver en la Tabla V.7.

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Mónica del Carmen Gil 148

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 149

CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES

El uso de ontologías se ha incrementado en varias áreas de la Informática y, también

en la actualidad, existe un interés creciente sobre su uso en el diseño y desarrollo de

los Sistemas de Información.

El uso de ontologías en tareas de recupero de información es una actividad

emergente que va ganando terreno a medida que se van generando e integrando

distintas ontologías.

En este trabajo se pusieron de manifiesto varios aspectos de las ontologías:

definiciones, componentes, metodologías para su desarrollo, tipos, lenguajes y

distintas herramientas disponibles para su manipulación.

Si bien se presentaron diversas definiciones de ontologías, existe un consenso

generalizado de lo que es una ontología y por lo general no se advierten confusiones

en su uso. El objetivo de las ontologías es el de obtener conocimiento consensuado

de una manera genérica y formal para ser reusado y compartido.

En este trabajo de investigación se mostraron algunos de los usos actuales de

las ontologías en los sistemas de información, como soporte para el análisis

conceptual de distintos dominios que permite, entre otros, formular o reformular

conceptos y sus relaciones para la modelación.

La ontología desarrollada aporta a la comunidad interesada, para su utilización y

expansión, conocimiento bien estructurado, estandarizado y formalizado, adquirido de

un grupo de expertos de distintas organizaciones avocadas a la temática hidrológica.

Ese conocimiento se refiere a un conjunto de conceptos y sus definiciones,

atributos y sus definiciones y relaciones y su cardinalidad; validados a través de una

encuesta por los expertos del dominio hidrológico.

La ontología creada permite compartir información específica del área y hacer

este conocimiento reutilizable.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 150

La aplicación de la metodología METHONTOLOGY resultó de gran utilidad para

la construcción de la ontología en el dominio hidrológico, ya que permitió estructurar el

conocimiento adquirido mediante diferentes técnicas, a través de un conjunto de

tablas y diagramas que pueden ser entendidos y consensuados por los expertos del

dominio. Además, permite la actualización de términos a medida que se avanza en la

actividad de conceptualización, lo que evidencia su flexibilidad.

La ontología, para el caso de estudio presentado en esta tesis, fue sometida al

análisis por parte de expertos en las disciplinas de geología, agronomía, química,

bioquímica, geografía y topografía. Esto posibilitó obtener conceptos consensuados

por todos, lo que trajo aparejada la posibilidad de diseñar y desarrollar modelos

interoperables en el dominio hidrológico, ya que todos sus posibles usuarios estarán

hablando en el mismo idioma.

Se puede decir que ahora sí existe un método que permite integrar y compartir

los datos entre distintos modelos de simulación del dominio hidrológico (MSDH)

posibilitando la interoperabilidad, ahorrando tiempo y esfuerzos innecesarios.

A partir de la ontología propuesta se puede modificar y/o ampliar la misma

dependiendo de la aplicación que se quiera estudiar y desarrollar, ya que ahora sí

existe un vocabulario común para los MSDH. Esto permite que las tareas realizadas

en un modelo puedan ser interpretadas por otro modelo diferente.

Con las afirmaciones realizadas en los párrafos precedentes, se puede decir que

en esta tesis de maestría se pudo demostrar la hipótesis propuesta.

Se han identificado con éxito los datos pertenecientes al dominio hidrológico

útiles para modelar el balance hídrico abstrayéndose la evaporación y la

evapotranspiración.

Se ha recopilado y analizado, con el aporte de los expertos en las distintas

disciplinas, los datos del dominio hidrológico. Asimismo se logró definir el modelo

conceptual facilitando la interoperabiliad, es decir, que todos los datos puedan ser

compartidos y reutilizados por otros usuarios.

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Mónica del Carmen Gil 151

Se ha definido exitosamente una ontología, la que fue validada con el uso de

encuestas y su contenido fue contrastado con expertos del dominio, lo que ha

permitido desplazar la frontera de la formalización de los modelos del mundo real en

entornos computacionales como un importante aporte en el desarrollo para la

construcción de sistemas informáticos para la simulación y estudio profundo del

dominio.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 152

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 153

CAPÍTULO VII: FUTURAS EXTENSIONES

Es interesante poder extender la aplicación de la metodología usada en esta

tesis para el desarrollo de ontologías en distintos dominios y así lograr la

interoperabilidad en los modelos de simulación.

Otro trabajo que se propone es usar esta ontología como punto de partida para

desarrollar e implementar un sistema que mida los caudales de los ríos y lagos que

permita definir las zonas de perilagos y sirva de soporte para evaluar la factibilidad de

las distintas obras de infraestructura sobre esas zonas. Información que es usada por

los distintos organismos de gobierno y privados en general.

Por último, toda la experiencia ganada en la resolución de este problema, podrá

ser extendida al análisis de las distintas aplicaciones de los simuladores mencionados

en este trabajo, entiéndase Modflow, Hydrus, etc, para diseñar un esquema

conceptual que los integre y poder así definir una ontología que facilite la

interoperabilidad entre los mismos, lo que implicaría una nueva implementación de

todos ellos.

De la misma forma, es posible extender la presente ontología para alcanzar

necesidades aún no cubiertas por ella. Como también especificar, validar, catalogar y

automatizar distintos escenarios en el dominio hidrológico.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

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Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 155

ANEXO I – ENCUESTA

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 156

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 157

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN LUIS

FACULTAD DE CIENCIAS FISICO-MATEMATICAS Y NATURALES

Tesis de Maestría en Ingeniería de Software

Autora: Lic. Mónica del Carmen Gil

Director: Dr. Ing. German Montejano

Co-director: Dr. Mario Beron

(sistemas97@hotmail.com , gmonte@unsl.edu.ar, mberon@unsl.edu.ar)

Encuesta para Expertos en el Dominio Hidrológico

San Luis 2014

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 158

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 159

1- ENCUESTA PARA VALIDAR UNA ONTOLOGÍA EN EL DOMINIO

HIDROLÓGICO (CONCEPTOS - PROPIEDADES y RELACIONES)

El objetivo de esta encuesta es verificar si los conceptos, atributos y relaciones

definidos para el dominio hidrológico son considerados válidos y suficientes, por

expertos en el dominio, como datos comunes y más usados para ser utilizados en

cualquier aplicación relacionada al Balance Hídrico abstrayéndose la

evapotranspiración y la evaporación.

En el siguiente Diagrama 1 se muestran los conceptos y relaciones a validar.

Profesión: _________________________________________________________________

Función que desempeña: _____________________________________________________

__________________________________________________________________________

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Mónica del Carmen Gil 160

DIAGRAMA 1 - CONCEPTOS Y RELACIONES

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

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1.2 RELACIONES ENTRE CONCEPTOS:

En la tabla que se encuentra a continuación se encuentran preguntas, donde aparecen conceptos relacionados, que el experto

deberá responder por afirmativo o no.

RELACIÓN SI NO OBSERVACIONES

¿El Agua Superficial es_un Curso de Agua?

¿El Agua Subterránea es_un Curso de Agua?

¿El Curso de Agua está formado por Precipitación?

¿La Precipitación forma Curso de Agua?

¿El Curso de Agua pertenece a Cuenca Hidrogeológica?

¿La Cuenca Hidrogeológica está formada por Curso de Agua?

¿La Cuenca Hidrográfica tiene Curva de Nivel?

¿La Curva de Nivel pertenece a Cuenca Hidrográfica?

¿La Cuenca Hidrográfica tiene Agua Superficial?

¿El Agua Superficial forma Cuenca Hidrográfica?

¿El Río es_un Agua Superficial?

¿El Acuífero es_un Agua Subterránea?

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 162

1.3 Tablas de Validación de Conceptos con sus Atributos

En las siguientes tablas se encuentra una definición asociada a cada uno de los conceptos considerados para la ontología

mostrada en el Diagrama 1 de Conceptos y Relaciones. El experto deberá tildar la casilla V (verdadero) en caso que la

definición sea correcta y la más usada para cada concepto.

A continuación, por cada tabla de concepto, se encuentran definidos cada uno de los atributos asociados a cada concepto. El

experto deberá validar con un tilde si están correctos y son suficientes para desarrollar aplicaciones en el dominio hidrológico

para el Balance Hídrico.

En caso de diferir en alguno se le solicita completar el apartado de Observaciones que se encuentra al pie de cada tabla.

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Mónica del Carmen Gil 163

CONCEPTO

VALIDACION

1) Precipitación

Es cualquier forma de hidrometeoro que cae de la atmósfera y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye

lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, pero no neblina ni rocío, que son forma de condensación.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE PRECIPITACIÓN UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Tipo: se refiere a la caída de agua sólida o líquida por la condensación del vapor de agua sobre la superficie. Se mide en mm de agua o litros caídos por unidad de superficie. Nótese que 1 milímetro de agua de lluvia equivale a 1L de agua por m

2. También se puede medir en cm en el

caso de ser sólida. Las distintas formas son:

- -

Lluvia: es un término general para referirse a la mayoría de las precipitaciones acuosas. mm ó

-

Llovizna: se caracteriza por tener un tamaño de gota pequeño, menos de 0.5 mm de diámetro dando la impresión de que las gotas flotan en lugar de caer.

mm ó

0.5mm

Nieve: consiste en la precipitación de pequeños cristales de hielo. mm ó

-

Aguanieve: nieve parcialmente fundida y mezclada con agua. mm ó

-

Granizo: precipitación sólida compuesta por bolas o grumos irregulares de hielo. Piedra de granizo. Se toma la medida del tamaño del cuerpo sólido.

cm -

Tipo de Tormenta: las tormentas son unos de los fenómenos atmosféricos más espectaculares, y a veces pueden llegar a ser de gran intensidad. Las tormentas se producen por los cumulunimbus, nubes que se desarrollan cuando la atmósfera está inestable. Se

-

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 164

entiende por atmósfera inestable aquella situación en la que se producen importantes movimientos del aire en sentido vertical. Las distintas clases de tormentas que se consideran son:

Tormentas de Masa de Aire: se desarrollan localmente cuando el gradiente de temperatura llega a ser muy grande, como resultado del calentamiento diurno y tienen frecuencia máxima en las horas de la tarde.

- Sí/No

Tormentas en Línea: están dispuestas en bandas o franjas estrechas, que siguen la dirección de los vientos en niveles bajos. Pueden desarrollarse a cualquier hora, pero son más frecuentes durante las horas de la tarde. Generalmente son más fuertes que las tormentas de masa de aire.

- Sí/No

Tormentas Frontales: puede decirse que un frente meteorológico es una zona inclinada que separa dos grandes masas de aire: frío y caliente. Cuando el caliente sube a lo largo de una cuña fría podrán formarse tormentas, en el caso de que, dicho aire, tenga inestabilidad conectiva. Se mueven en el mismo sentido que los frentes y pueden reconocerse como pertenecientes a la región nubosa frontal. Estas tormentas ocurren a cualquier hora del día.

- Sí/No

Tormentas Orográficas: se forman en aquellas zonas en las que las circulaciones locales generan zonas de convergencia de tipo mesoescalar, que puede ser originada por causas dinámicas, orográficas, o debida al calentamiento diurno.

- Sí/No

Tormentas orográficas con forzamiento sinóptico: el forzamiento sinóptico favorece los desarrollos convectivos, de manera que estos son más generalizados que los de masa de aire. Suelen ser móviles y, en determinadas ocasiones, pueden presentar una organización definida. Por esta razón, pueden afectar a zonas más amplias.

- Sí/No

Tormentas convectivas: se producen cuando el aire asciende por diferencias de temperatura a causa de un calentamiento local (ascensión convectiva). El ascenso es natural. - Sí/No

Intensidad: es la cantidad de agua que cae por unidad de tiempo en un lugar determinado. La intensidad y duración están asociadas.

-

Débiles: una intensidad D es débil cuando su máximo valor en mm/h es menor o igual que 2.

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 165

Moderadas: una intensidad D es moderada cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (2,15].

Fuertes: una intensidad D es fuerte cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (15,30].

Muy Fuertes: una intensidad D es muy fuerte cuando su valor en mm/h se encuentra en el intervalo (30,60].

Torrenciales: una intensidad D es torrencial cuando su máximo valor en mm/h es mayor que 60.

60

Duración: la duración del evento de lluvia o tormenta varía ampliamente, oscilando entre unos

pocos minutos a varios días.

minutos ó

días -

Altura o Profundidad: es la altura que tendría un litro de agua precipitada sobre un m

2 de

superficie horizontal impermeable, es decir, si la totalidad del agua precipitada no se escurriera. Esta dimensión es la que se mide en los pluviómetros.

mm

-

Isohietas: son las líneas que unen puntos de igual cantidad de lluvia. Permiten cuantificar el valor medio como así también presentar gráficamente la distribución espacial de la precipitación para determinados períodos. Las isohietas en algunos mapas tienen los valores de precipitación en pulgadas y entre paréntesis en centímetros (cm). Recuerda que para pasar los valores a milímetros debes multiplicar los cm por 10. Una pulgada equivalen a 2,54 cm. Observa que los valores se expresan aproximando a valores enteros.

mm -

Frecuencia: la frecuencia de las precipitaciones es el tiempo en años en que una lluvia de

cierta intensidad y duración se repite con las mismas características.

años

-

Distribución Temporal: hace referencia a la manera en que la lluvia que cae se reparte entre los intervalos de tiempo definidos (que sean de interés) para los cuales se toma registro y así poder entender qué porcentaje de la lluvia total le corresponde a cada uno de ellos.

%

(donde % es un

porcentaje)

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 166

Distribución Espacial: las tormentas que cubren áreas grandes tienden a tener formas elípticas, con un ojo de alta intensidad ubicado en el medio de la elipse, rodeado por lluvias de intensidades y alturas decrecientes. Cuando existen varias estaciones de precipitación en la cuenca, la precipitación promedio registrada en estas estaciones se conoce como distribución espacial de la lluvia sobre la cuenca.

El conocimiento de la distribución espacial de las lluvias es fundamental para comprender los regímenes de precipitación y poder clasificar áreas de acuerdo a la similitud entre puestos pluviométricos vecinos; lo cual puede constituir una primera aproximación para dividir el espacio geográfico en áreas con patrones agroecológicos similares.

mm

-

Curva I-D-F (Intensidad-Duración-Frecuencia): es una relación matemática generalmente empírica, entre la intensidad de una precipitación, su duración y la frecuencia con la que se observa. La frecuencia de las precipitaciones intensas se caracteriza mediante períodos de retorno, que no son más que la inversa de la frecuencia.

F

ó

Dónde K es un parámetro para los distintos periodos de retorno.

-

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 167

CONCEPTO

VALIDACION

2) Agua Superficial

Es aquella que circula sobre la superficie del suelo. Se produce por la escorrentía generada a partir de las precipitaciones o por el afloramiento de aguas subterráneas. Se presentan en forma correntosa, como ser corrientes, ríos y arroyos; o quietas como ser lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, océanos y mares.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE AGUA SUPERFICIAL UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Precipitación: es la fuente de agua. Cuantifica el drenaje que infiltra, el escurrimiento y la

evapotranspiración.

mm3

-

Tipo: se refiere al comportamiento que tiene el agua en su cauce o reservorio. Se clasifican en:

-

-

Correntosa: corriente natural de agua que fluye con continuidad. Posee un caudal determinado, rara vez es constante a lo largo del año y en otros casos el caudal es escaso. Ej: ríos y arroyos.

- Sí/No

Quieta: acumulación de agua separada del mar producida por una obstrucción en el lecho de un río. Tranquilo, sosegado. Ej: lagos, reservorios, embalses, lagunas, humedales, estuarios, océanos y mares.

- Sí/No

Calidad Química: se refiere a la cantidad de los distintos parámetros que debe tener el agua para garantizar la preservación de la fauna y flora, dependiendo de su uso. Es decir si se trata de agua para consumo humano (agua potable), para uso agrícola o industrial, para recreación, para mantener la calidad ambiental, etc.

- -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 168

CONCEPTO

VALIDACION

3) Agua Subterránea Representa una fracción importante de la masa de agua presente en los continentes. Ésta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la Tierra.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE AGUA SUBTERRÁNEA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Infiltración: ocurre cuando el agua que alcanza el suelo, penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea.

-

Tipos de depósitos: se refiere a la Litología. Mezcla heterogénea de arcilla, limo, arena y grava escasamente diferenciada.

- -

Caudal: equivale a la cantidad de agua por unidad de tiempo.

Dónde m3 es volumen s es tiempo

-

Influjo de agua subterránea: es el agua superficial que infiltra para recargar el agua

subterránea.

mm3 -

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 169

Arcilla: roca sedimentaria formada a partir de depósitos de grano muy fino, compuesta esencialmente por silicatos de aluminio hidratados. - Sí/No

Limo: lodo, cieno.

- Sí/No

Arena: conjunto de partículas desagregadas de las rocas y acumuladas en las orillas de los mares, los ríos o en capas de los terrenos de acarreo. - Sí/No

Grava: conjunto de guijarros y cantos rodados. -

Sí/No

Composición Química – Hidroquímica: se refiere a los componentes químicos que contiene

el agua.

iones comunes de Ca, Mg, Na, HCO3, Cl, SO4 y

NO3

-

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 170

CONCEPTO

VALIDACION

4) Curso de Agua

Es el nombre genérico de las aguas corrientes que discurren por un cauce fijo. Todo curso de agua está alimentado por una cuenca.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE CURSO DE AGUA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Red de Drenaje: es el conjunto de cursos de agua que van a conducir las aguas precipitadas sobre una determinada cuenca hidrográfica hacia el punto más bajo de la misma, también llamado punto de control.

km -

Longitud Total: es la suma de la distancia total recorrida por los diferentes cursos de agua

que forman parte de la red hidrográfica de la cuenca. km -

Clasificación: de acuerdo al relieve que recorre se divide en tres tipos de cursos. - -

Curso Superior: ubicado en lo más elevado del relieve, en donde la erosión de las aguas del río es vertical. Su resultado: la profundización del cauce. - Sí/No

Curso Medio: en donde el río empieza a zigzaguear, ensanchando el valle.

- Sí/No

Curso Inferior: situado en las partes más bajas de la cuenca. Allí, el caudal del río pierde fuerza y los materiales sólidos que lleva se sedimentan, formando las llanuras aluviales o

valles. - Sí/No

Tipo de corriente: hace referencia al comportamiento del agua en el cauce.

- -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 171

Efímeras: sólo conducen agua cuando llueve e inmediatamente después.

- Sí/No

Intermitentes: conducen por su cauce agua la mayor parte del tiempo, principalmente en época de lluvias; su aportación cesa cuando el nivel freático desciende por debajo del fondo del cauce.

- Sí/No

Perennes: contienen agua todo el tiempo, ya que en la época de estiaje son abastecidos por las aguas freáticas, debido a que el nivel de éstas permanece por encima del fondo del cauce. - Sí/No

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

CONCEPTO

VALIDACION

5) Cuenca Hidrográfica

Una cuenca hidrográfica es un territorio drenado por un único sistema de drenaje natural, es decir, que drena sus aguas al mar a través de un único río, o que vierte sus aguas a un único lago endorreico. También recibe los nombres de Hoya Hidrográfica, Cuenca de Drenaje y Cuenca Imbrífera. Es toda la superficie que aporta agua a un punto.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE CUENCA HIDROGRÁFICA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Partes de la Cuenca: dependiendo del relieve una cuenca tiene tres partes.

-

-

Cuenca Alta: corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran

pendiente. - Sí/No

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 172

Cuenca Media: la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión. - Sí/No

Cuenca Baja: la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección. - Sí/No

Clasificación: según su desembocadura se puede clasificar en:

-

-

Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano.

- Sí/No

Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas que no tienen comunicación fluvial al mar.

- Sí/No

Arreicas: no desembocan ni en lagos ni en mares, pues se evaporan o se infiltran al suelo.

- Sí/No

Área: una cuenca tiene su superficie perfectamente definida por su contorno y viene a ser el área drenada comprendida desde la línea de división de las aguas (parteaguas), hasta el punto convenido (estación de aforos, desembocaduras, etc.).

Km2 -

Perímetro de la Cuenca: es la longitud del contorno del área de la cuenca. Km -

Índice de Gravellus o Compacidad (kc): Es la relación que existe entre el perímetro de la

cuenca y el perímetro de una circunferencia de área igual a la de la cuenca.

Cuando más irregular sea la cuenca mayor será el coeficiente de compacidad (kc).

Dónde:

P = Perímetro de la cuenca. A = Área de la cuenca.

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 173

Cuenca con crecientes: cuanto más cercano a la unidad se encuentre Kc, más se aproximará su forma a la del círculo, la cuenca tendrá mayores posibilidades de producir crecientes con mayores picos de caudales.

-

Cuenca alargada: cuando Kc se aleja más del valor de la unidad significa un mayor

alargamiento en la forma de la cuenca. -

Curva Hipsométrica: es una curva que indica el porcentaje del área de la cuenca o bien la superficie de la cuenca en Km

2 que existe por encima de una cota. Puesta en coordenadas

representa la relación entre la cota y la superficie total de la cuenca que se encuentra por encima de esta cota.

% (donde % es un

porcentaje)

-

Cuenca Joven: tiene gran potencial erosivo. %

Cuenca Madura: es decir que está en equilibrio. %

Cuenca Vieja (Senectud): es decir que no erosiona más. %

Cota Máxima: se refiere a la altitud máxima o nivel respecto del mar.

m.s.n.m.

Cota Mínima: se refiere a la altitud mínima o nivel respecto del mar. m.s.n.m.

Polígono de Frecuencias de Altitudes: representa el grado de incidencia de las áreas comprendidas entre curvas de nivel con respecto al total del área de la cuenca.

%

Altura Media: es la ordenada media de la curva hipsométrica. m

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 174

Altura más Frecuente: es la altitud cuyo valor porcentual es el máximo de la curva de

frecuencia de altitudes.

m

Altitud de Frecuencia Media: es la altitud correspondiente al punto de abscisa media (50%

del área) de la curva hipsométrica.

m

Rectángulo Equivalente: es una transformación geométrica que representa la cuenca en forma de un rectángulo que tiene igual superficie, perímetro, coeficiente de compacidad y distribución isométrica.

Dónde:

P = Perímetro de la cuenca.

A = Área de la cuenca.

L = Lado Mayor del rectángulo.

L = Lado Menor del rectángulo.

m

-

Ancho Promedio: relación entre el área de la cuenca (A) y la longitud del mayor río. km -

Coeficiente de Forma (F): la forma de la cuenca influye sobre los escurrimientos y sobre el

hidrograma resultante. El índice expresa la relación entre el ancho promedio de la cuenca y su longitud.

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 175

Dónde:

A = Ancho promedio de la cuenca.

L = Longitud.

Sin crecientes: menos tendencia a las crecientes y tiene una gran capacidad de amortiguar

las crecidas. - F < 1

Con crecientes: mayor tendencia a las crecientes y tiene una poca capacidad de amortiguar

las crecidas. - F > 1

Topografía: representa la configuración de varias alturas, con las curvas de nivel, que

conforman la superficie terrestre.

m

-

Tiempo de Concentración (tc): es el tiempo necesario para que el caudal saliente se estabilice, con la ocurrencia de una precipitación con intensidad constante sobre toda la cuenca.

tiempo -

Equidistancia de las Curvas de Nivel: es la distancia entre dos curvas de nivel sucesivas. m -

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 176

CONCEPTO

VALIDACION

6) Río

Es una corriente natural de agua, generalmente dulce, que fluye con continuidad. Posee un caudal determinado, rara vez constante a lo largo del año, y desemboca en el mar, en un lago o en otro río, en cuyo caso se denomina afluente.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE RÍO UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Afluentes: los afluentes son los ríos secundarios que desaguan en el río principal. Cada afluente tiene su respectiva cuenca, denominada sub-cuenca.

m3 -

Módulo (Mr): es la cantidad de agua que lleva un río en un punto concreto.

El módulo es la

media aritmética de los caudales observados en un período determinado, por lo general, con un lapso mínimo de 30 años. En realidad módulo y caudal son sinónimos.

El módulo relativo, o específico, es la relación existente entre el módulo absoluto y la superficie de la cuenca.

Dónde:

Mr = Módulo relativo. M = Módulo en m

3/s o l/s.

S = Superficie de la cuenca en km2.

m3/s/km2 ó

l/s/km2

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 177

Considerando el valor relativo se puede decir que hay:

Escasez: cuando el valor de Mr indica un caudal que es < 5 m3/s/km

2.

-

Mr < 5

m3/s/km2

Valores Medios: cuando el valor de Mr indica un caudal que se encuentra en el intervalo [5 y

15] m3/s/km

2.

-

m3/s/km2

Valores Elevados: cuando el valor de Mr indica un caudal que es >15 m3/s/km

2. - Mr >15

m3/s/km2

Caudal: es la cantidad, o volumen, de agua que pasa por una sección determinada en un tiempo dado. El caudal, pues, está en función de la sección (metros cuadrados) a atravesar por la velocidad a la que atraviese la sección metros/segundo.

l/s ó m3/s

-

Cauce: lecho de los ríos y arroyos. El tramo del río en que la erosión es intensa por su acusada pendiente, constituye su cauce superior, mientras el cauce inferior es el tramo final, de pendiente disminuida y acumulación de acarreos.

Km ó m -

Longitud del Cauce Principal: la Longitud del Cauce (Lc) queda definida por la longitud del cauce principal, desde el punto de salida hasta su cabecera. Dado que en general el cauce principal no se extiende hasta el límite de la cuenca, es necesario suponer un trazado desde la cabecera del cauce hasta el límite de la cuenca, siguiendo el camino más probable para el recorrido del agua precipitada.

m ó km

-

Pendiente: es la dirección en la que se va a dirigir el río desde las mayores alturas hacia las

menores.

- %

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 178

Sinuosidad (S): es la relación entre la longitud del río principal a lo largo de su cauce y la longitud del valle medido en línea curva o recta. Es el índice que representa cuánto el trazado del río se aparta de una línea recta. Entre más sinuosos los ríos las velocidades en el cauce son menores.Dependiendo de esto se observa que:

-

Cauce de Baja Sinuosidad: cuando la sinuosidad S toma valores mayores a 1,5, como los

ríos meandros. -

Cauce en Línea Recta: cuando la sinuosidad S toma valor igual a 1. -

Amplitud de Cota del Cauce: es la diferencia de altura sobre el nivel del mar entre el comienzo del cauce y el punto de desembocadura.

Km ó m -

Pendiente del Cauce Principal: permite definir la pendiente media por tramo. Es un indicador del grado de respuesta hidrológica de una cuenca a una tormenta. No se debe confundir con la pendiente de una cuenca dado que la pendiente varía a lo largo del cauce, es necesario definir una pendiente media como se ve en la siguiente fórmula:

Dónde:

S = Pendiente media de la corriente de mayor orden, adimensional con aproximación al diezmilésimo.

M = El número de segmentos en que se divide el cauce principal.

L = Es la longitud horizontal del cauce principal, desde su nacimiento como corriente de orden uno hasta la salida de las cuencas.(m)

Km ó m -

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 179

Lm = Es la longitud horizontal de los tramos en los cuales se subdivide el cauce principal.(m)

Sm = Pendiente de cada segmento, en que se divide el cauce principal, adimensional.

Jerarquía de los Cauces (Jc): un sistema diferente de clasificación de tipos de ríos se basa en la forma de ramificarse el río en cualquier cuenca hidrográfica. Los tipos se han clasificado de acuerdo con su orden en una jerarquía que se define como sigue: ríos de primer orden son los que no tienen afluentes; los de segundo orden se forman al unirse los de primer orden; los de tercer orden se forman al unirse los de segundo y así sucesivamente.

-

Relación de Bifurcación (Rb): relación entre el número de cauce de orden n y el número de cauce de orden n+1.

Cuando la relación da casi constante, la cuenca es madura ya no erosiona más y está logrando su punto de equilibrio.

-

Relación de Longitud (Rl): es la relación entre las longitudes promedios de los cauces

sucesivos.

Dónde:

Rl = Relación de longitud. Lo = Longitud media de los segmentos de un orden. . Loi = Longitud media de los segmentos orden inferior.

-

Densidad de Drenaje (Dd): se define como la longitud de las corrientes por unidad de

superficie. Indica la posible naturaleza de los suelos.

Valores altos representa zonas con poca cobertura vegetal, suelos fácilmente erosionable e

1/Km2

-

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 180

impermeable.

Dónde:

Lt = Longitud total de los cursos de agua.(Km)

A = Área (km2)

Frecuencia de Drenaje (Fd): representa una medida real de la eficiencia del drenaje y se define como el número total del cauce y la superficie de la cuenca. Establece la mayor o menor posibilidad de que cualquier gota de agua encuentre un cauce en mayor o menor tiempo.

-

Coeficiente de Torrencialidad (Ct): resulta de dividir el número de cursos de agua de primer orden por la superficie de la cuenca.

-

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 181

CONCEPTO

VALIDACION

7) Curva de Nivel Las curvas de nivel son líneas imaginarias que unen puntos del terreno de igual cota o elevación. Por medio de ellas se representa planimétrica y altimétricamente el terreno, construyéndolas a una distancia vertical constante, denominada equidistante.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE CURVA DE NIVEL UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Superficie de nivel entre las curvas: permite representar superficies en los mapas. Una curva de nivel es una línea que conecta todos los puntos contiguos con valores de igual altura definiendo una superficie.

m2

-

Elevación: es la cota sobre el nivel del mar. m -

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

……………..…………………………………………………………………………………………….....................................................................

CONCEPTO

VALIDACION

8) Cuenca Hidrogeológica

Se diferencian de la cuenca hidrográfica porque esta se refiere exclusivamente a las aguas superficiales, mientras la

cuenca hidrogeológica incluye las aguas subterráneas (acuíferos).

V F

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 182

VALIDACION ATRIBUTOS DE CUENCA HIDROGEOLÓGICA UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Zona de Saturación: es la situada encima de la capa impermeable donde el agua rellena completamente los poros de las rocas. El límite superior de esta zona, que lo separa de la zona de aireación, es el nivel freático (nivel que alcanza el agua sujeto a la gravedad. No tiene presión).

m

-

Zona de Aireación: es el espacio comprendido entre el nivel freático y la superficie, donde no todos los poros están llenos de agua.

m -

Porosidad Total: es el cociente del volumen de poros y fisuras respecto al volumen total de una

porción de terreno. La porosidad total es el espacio intersticial total de la roca, sin importar si

contribuye o no al flujo de fluidos.

Volumen de los Huecos/Volumen Total.

m3 -

Porosidad Eficaz: es el agua que drena descontando el agua que queda mojando la arena. El volumen de los poros interconectados o espacio intersticial presente en una roca, que contribuye al flujo de fluidos o a la permeabilidad de un yacimiento. La porosidad efectiva excluye los poros aislados y el volumen de los poros ocupado por el agua adsorbida en los minerales de arcilla u otros granos. La porosidad efectiva normalmente es menor que la porosidad total.

Volumen de Agua que drena por gravedad/Volumen Total.

m3

-

Retención Específica: es el porcentaje de agua que queda mojando la arena. % -

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

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Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 183

CONCEPTO

VALIDACION

9) Acuífero

Es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas.

V F

VALIDACION ATRIBUTOS DE ACUÍFERO UNIDAD DE MEDIDA

VALOR

Clasificación: según su textura se clasifican en:

-

-

Porosos: el agua se encuentra embebida como en una esponja, dentro de unos poros intercomunicados entre sí, cuya textura motiva que existe “permeabilidad”, frente a un simple almacenamiento. Formaciones de arenas y gravas aluviales.

- Sí/No

Fisurales: el agua se encuentra ubicada sobre fisuras, también intercomunicadas entre sí, su distribución hace que los flujos internos de agua se comporten de una manera heterogénea por direcciones preferenciales. Acuíferos kársticos.

- Sí/No

Recarga: es donde el acuífero se alimenta de agua (la infiltración). La Litología (el tipo de roca que

lo forma), la pendiente y la vegetación nos permiten cuantificar la recarga.

m3 -

Descarga: es la forma en que se saca agua del acuífero. Puede ser:

-

-

Artificial: hecho por el hombre. - Sí/No

Natural: de la naturaleza, relacionado con ella, o producido por ella. - Sí/No

Calidad de Agua: se refiere a su composición química. iones

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 184

comunes de Ca, Mg, Na,

HCO3, Cl, SO4 y NO3

-

Cantidad de Agua: se refiere a la capacidad del acuífero. m3 -

Profundidad: se refiere a la capacidad del acuífero teniendo un punto de referencia. - -

Absoluta: respeto al nivel del mar. - Sí/No

Relativa: respecto a una cota fijada por el hombre. - Sí/No

Comportamiento Hidrodinámico: se refiere a la movilidad del agua. Cómo recibe el agua y la

deja salir.

- -

Acuífero: buenos almacenes y transmisores de agua subterránea (cantidad y velocidad) (p.ej.- arenas porosas y calizas fisurales). - Sí/No

Acuitardos: buenos almacenes pero malos transmisores de agua subterránea (cantidad pero

lentos) (p.ej.- limos). - Sí/No

Acuícludos: pueden ser buenos almacenes, pero nulos transmisores (p.ej.- las arcillas). - Sí/No

Acuífugos: son nulos, tanto como almacenes como transmisores. (p.ej.- granitos o cuarcitas no fisuradas). - Sí/No

Comportamiento Hidráulico: según su estructura y los elementos que lo componen se clasifican

en:

-

-

Confinados: tienen presión propia. Están formados por una capa impermeable arriba y abajo. Su presión es distinta y mayor a la presión atmosférica. - Sí/No

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 185

Libres: la película de agua, es decir el nivel freático, está sujeta a la presión atmosférica.

- Sí/No

Semi confinado: es permeable en la parte superior. - Sí/No

Transmisividad (T): es el volumen de agua que atraviesa una banda de acuífero de ancho unitario en la unidad de tiempo y bajo la carga de un metro.

Es representativa de la capacidad que tiene el acuífero para ceder agua.

-

-

Coeficiente Almacenamiento (S): es la cantidad de agua que cede un prisma de acuífero de

base cuadrada unitaria cuando se le deprime la unidad. Si el acuífero trabaja como libre S representa el volumen de agua que puede ceder un volumen unitario de acuífero.

-

Caudal específico: es el volumen de agua que se le puede extraer al pozo por mts de depresión

del Nivel Estático.

-

Permeabilidad (K): se obtiene como el cociente entre transmisividad (T) y el espesor del acuífero

(b). Es el flujo de agua que atraviesa una sección unitaria de acuífero. Depende de la porosidad y

el grado de intercomunicación entre los granos.

-

Observaciones………………………………………………………………..........................................................................................................

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Una Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación

Mónica del Carmen Gil 186

Ontología para la Interoperabilidad de Modelos de Simulación en el Dominio Hidrológico

Mónica del Carmen Gil 187

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