Arias, P. 2015.pdf

Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” Facultad de Ingeniería Civil Carrera: Ingeniería Hidráulica. Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH).

“Guía de Aplicaciones del HEC-HMS en cuencas cubanas. Ejemplos prácticos.”

Trabajo de Diploma presentado en opción al título de Ingeniero Hidráulico

Autor: Pedro Pablo Arias Lastre

Tutor: Dr. Ing. Norberto Marrero de León Cotutor: Dra. Ing. Yakelin Rodríguez López

La Habana, junio de 2015

2015

Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría” Calle 114, No. 11901 e/ Ciclovía y Rotonda. Facultad de Ingeniería Civil. Marianao, La Habana, Cuba. CP. 19390. Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH). http://www.cujae.edu.cu

ACTA DE ENTREGA DE DERECHOS DE AUTOR

Yo, Pedro Pablo Arias Lastre manifiesto en este documento mi voluntad de ceder al Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” (CUJAE), todos los derechos patrimoniales actuales, a futuro y todas sus formas de explotación a partir de la entrega de este documento y en todo el territorio internacional, derivados del proyecto de grado titulado: “Guía de Aplicaciones del HEC-HMS en cuencas cubanas. Ejemplos prácticos“. Producto de mi actividad académica para optar por el título de Ingeniero Hidráulico, en la Facultad de Ingeniería Civil de la correspondiente Universidad. El Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría (CUJAE), como institución académica, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente los derechos anteriormente cedidos, en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación, así como los derechos morales que se deriven de dicho proyecto de grado. En concordancia suscribo este documento en el momento mismo que hago entrega del trabajo final a la biblioteca del Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH), perteneciente a dicha Universidad.

El autor, manifiesto que la obra objeto de la presente autorización es original y la realizo sin usurpar o violar derechos de autor de terceros, por lo tanto, la obra es de su exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma.

Para constancia se firma el presente documento a los 30 días del mes junio de 2015.

Firma del Autor:

Nombre del Tutor: Dr. Norberto Marrero de León

Firma:

Instituto Superior Politécnico “José Antonio Echeverría” Facultad de Ingeniería Civil Carrera: Ingeniería Hidráulica. Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH).

“Guía de Aplicaciones del HEC-HMS en cuencas cubanas. Ejemplos prácticos.”

Trabajo de Diploma presentado en opción al título de Ingeniero Hidráulico

Autor: Pedro Pablo Arias Lastre Tutor: Dr. Ing. Norberto Marrero de León Cotutor: Dra. Ing. Yakelin Rodríguez López

La Habana, junio de 2015

El mejor modelo de la naturaleza es la Naturaleza misma, pero el esfuerzo por mejorar los modelos hidrológicos no ayuda a comprender su misterio. T. Reyna. Universidad Nacional de Córdoba.

DEDICATORIA

A mis queridos padres, por su apoyo incondicional, su amor, paciencia y confianza.

AGRADECIMIENTOS

A mis padres, por ser un ejemplo para mí, por su amor, por apoyarme en todo momento, y por recorrer este camino conmigo. A Yizzet, Rafa y Magaly por ser parte de mi familia, por estar ahí todos los días… A mi tío y mi tía Day, por su cariño, por darme toda la ayuda necesaria, por sus buenos consejos. A David por su apoyo durante todo este tiempo. A mis hermanos José Ignacio y Ana Laura por estar siempre presentes. A toda mi familia… por estar siempre pendientes de mis estudios. Al Dr. Norberto Marrero, por ser un excelente tutor, por su atención y total disposición, sin la cual no hubiese sido posible la realización de esta tesis. A la profesora Dra. Yakelin Rodríguez por formar parte de este proyecto, por su colaboración en este trabajo. A todos mis compañeros de la carrera, especialmente a mi grupo de amigos, con los que compartí gratos momentos a través de estos años. A todos mis profesores, por la excelencia con que imparten cada día los conocimientos y por sus exigencias, haciendo de nosotros mejores profesionales. A los que estuvieron conmigo en los momentos difíciles, a los que me dieron un consejo, a los que alguna vez simplemente preguntaron por la tesis, a los que me dijeron “avísame si necesitas algo”… A todos, muchísimas gracias.

RESUMEN

En el presente estudio se desarrolló una guía de aplicaciones del software de modelación hidrológica, Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System (HEC-HMS v. 3.5). Se realizó una exposición de las características del programa y de las peculiaridades presentadas en su utilización, para estimar la respuesta hidrológica de la cuenca (gastos máximos y tiempos al pico) a partir de condiciones extremas de precipitación, tomando como caso de estudio para los ejemplos que se presentaron la subcuenca Paso Ventura de la cuenca Zaza ubicada en el centro de nuestro país. En la investigación se exponen diversos procedimientos a realizar aplicando algunos de los métodos de cálculo de hietogramas de diseño, pérdidas por infiltración, conversión de lluvia neta en escorrentía directa y flujo base. Los registros de precipitación y gasto que se emplearon en los ejemplos que se presentan en este documento constituyen datos de mediciones reales obtenidos de las respectivas estaciones hidrométricas; sin embargo, con el objetivo de ilustrar situaciones específicas en las modelaciones hidrológicas para las diferentes aplicaciones propuestas, estos se modificaron considerablemente. El resultado de esta investigación es disponer de un material de consulta que recoja las aplicaciones del software y sirva como referencia en futuros trabajos de modelación hidrológica de otros especialistas que incursionen en el tema.

Palabras claves: modelación hidrológica, HEC-HMS, cuenca.

ABSTRACT

In this present study, we developed a guide of software applications hydrologic modeling, Hydrologic Engineering Center – Hydrologic Modeling System (HEC-HMS v. 3.5). We made an exposure about the program characteristics and the peculiars to estimate the hydrologic response of the watershed (peak flow and peak time) according to the extremes conditions of raining, taking in this case of study for the examples that present the subbasin Ventura Pass of the Zaza basin locates in the centre of our country. In the investigation we present different procedure to carry out applying some of calculate methods of hyetograph, loss, conversion excess in runoff and baseflow. The registers of raining and flow that we use in these examples in this document the measurement data obtain are very real to respective hydrometric stations, nevertheless with the goal of illustrate specific situations in the hydrologic modeling for the different applications propose and were extensively modifid. The result of this research can be available as a consult material that gets software applications and be useful to help in future modeling hydrologic works in the levels and specialists that commit in this matter.

Keywords: hydrologic modeling, HEC-HMS, watershed.

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 1 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN............................................................................................ 3 Tema: ............................................................................................................................................ 3 Antecedentes del problema:.......................................................................................................... 3 Fundamentación teórica:............................................................................................................... 5 Objeto de estudio: ......................................................................................................................... 5 Campo de investigación: .............................................................................................................. 5 Problema de investigación: ........................................................................................................... 5 Objetivo general de la investigación: ........................................................................................... 6 Objetivos específicos de la investigación: .................................................................................... 6 Hipótesis de investigación: ........................................................................................................... 6 Variables: ...................................................................................................................................... 6 Tareas de investigación: ............................................................................................................... 7 Métodos de investigación empleados en el estudio: ..................................................................... 7 Teóricos: ....................................................................................................................................... 7 Empíricos: ..................................................................................................................................... 8 Estadísticos: .................................................................................................................................. 8 Resultados Esperados: .................................................................................................................. 8 Estructura del documento: ............................................................................................................ 9 CAPÍTULO I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y ESTADO DEL ARTE DE LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA DEL PROCESO LLUVIA – ESCURRIMIENTO............ 10 1.1 Modelación Hidrológica en las cuencas. .................................................................................. 10 1.1.1 Clasificación de los modelos hidrológicos. ....................................................................... 11 1.1.2 Importancia de la modelación hidrológica. ....................................................................... 13 1.2 La utilización de los SIG en los estudios de simulación hidrológica. ...................................... 13 1.2.1 Ventajas de la incorporación de los SIG en la simulación hidrológica. ............................ 14 1.3 Modelo de simulación hidrológica HEC-HMS. ....................................................................... 15 1.3.1 Componentes del modelo HEC-HMS. .............................................................................. 15 1.3.2 Métodos hidrológicos utilizados. ....................................................................................... 18 1.4 Proceso de simulación, calibración y validación de los resultados obtenidos en la simulación empleando el HEC-HMS. .............................................................................................................. 22 1.4.1 Simulación. ........................................................................................................................ 22 1.4.2 Calibración......................................................................................................................... 23

1.4.3 Validación. ......................................................................................................................... 24 1.4.4 Análisis de sensibilidad. .................................................................................................... 24 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 25 CAPÍTULO II. HERRAMIENTAS Y METODOLOGÍAS PARA LA MODELACIÓN DE LAS DISTINTAS APLICACIONES PROPUESTAS CON EL HEC-HMS v. 3.5 .................... 26 2.1 Construcción del modelo de la cuenca Zaza en HEC-HMS v. 3.5. ......................................... 27 2.2 Simulación Hidrológica aplicando los métodos de pérdidas y de transformación del Soil Conservation Service...................................................................................................................... 27 2.2 Simulación Hidrológica aplicando algunos métodos de transformación. ................................ 28 2.2.1 Método de transformación Clark Unit Hydrograph. ......................................................... 28 2.2.2 Método de transformación User Specified Unit Hydrograph. ........................................... 29 2.2.3 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para la transformación de la lluvia neta en escurrimiento. ........................................................................................................................ 29 2.3 Simulación Hidrológica aplicando algunos métodos para evaluar las pérdidas. ..................... 30 2.3.1 Método de pérdidas Initial and Constant. .......................................................................... 30 2.3.2 Método de pérdidas por interceptación y almacenamiento en depresiones....................... 31 2.3.3 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar las pérdidas por infiltración. .................................................................................................................................................... 31 2.4 Simulación Hidrológica aplicando algunos de los métodos para evaluar el flujo base. .......... 32 2.4.1 Método de flujo base Recession. ....................................................................................... 32 2.4.2 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar el flujo base...................... 33 2.5 Simulación Hidrológica aplicando el método de tránsito de Muskingum. .............................. 33 2.5.1 Método de Muskingum. ..................................................................................................... 33 2.5.2 Método de pérdidas y ganancias sobre el cauce (loss/gain). ............................................. 35 2.5.3 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar el tránsito de avenidas por el cauce. .......................................................................................................................................... 36 2.6 Caudales máximos de diseño para periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. .................. 37 2.7 Estimado del gasto máximo a partir de tormentas hipotéticas basadas en frecuencias. ........... 40 2.8 Respuesta hidrológica de la cuenca ante cambios en el uso del suelo. .................................... 42 2.8.1 Escenario de futura urbanización de la subcuenca Paso Ventura. ..................................... 42 2.8.2 Escenario de futura urbanización aplicando el método de pérdidas del SCS. ................... 44 2.8.3 Escenario de conservación y rehabilitación de la subcuenca. ........................................... 45 2.8.4 Variación de las condiciones de humedad antecedentes del suelo. ................................... 45 2.9 Respuesta hidrológica de la subcuenca debido a la derivación de caudales. ........................... 46 2.9.1 Explotación y Recarga de un supuesto acuífero. ............................................................... 47

2.10 Prueba de optimización (calibración). .................................................................................... 48 2.11 Modelación hidrológica del tránsito por embalses. ................................................................ 49 2.11.1 Simulación hidrológica considerando un embalse en el cierre de la subcuenca Paso Ventura. ...................................................................................................................................... 49 2.11.2 Simulación hidrológica considerando un embalse en el cierre de la cuenca. .................. 50 2.11.3 Simulación con el módulo de rotura de la presa. ............................................................. 50 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 52 CAPÍTULO III. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS DISTINTAS APLICACIONES PROPUESTAS CON HEC-HMS v. 3.5. .................................. 53 3.1 Selección de los métodos empleados en la simulación con HEC-HMS .................................. 54 3.2 Visualización de los resultados en HEC-HMS. ....................................................................... 56 3.3 Principales problemas que se presentan en la ejecución del HEC-HMS. ................................ 57 3.4 Resultados de las simulaciones. ............................................................................................... 58 3.4.1 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos del SCS. ....................... 61 3.4.2 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos de transformación. ....... 62 3.4.3 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos para evaluar pérdidas. .. 63 3.5 Caudales máximos de diseño para periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. .................. 63 3.5.1 Estimado del gasto máximo a partir de tormentas hipotéticas basadas en frecuencias. .... 64 3.6 Simulación de futura urbanización de la subcuenca. ............................................................... 65 3.7 Resultados de la prueba de optimización (calibración) en Paso Ventura. ............................... 66 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 67 CONCLUSIONES GENERALES .................................................................................................. 68 RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 69 BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA................................................................................................. 70

INTRODUCCIÓN La distribución natural del agua, considerándola a escala de globo terrestre, es muy heterogénea, y a menudo esta repartición natural del recurso resulta muy diferente a la distribución de los asentamientos poblacionales. A través del tiempo, el agua se ha convertido cada vez más en una cuestión política y fuente de crecientes tensiones entre regiones y países. La variabilidad de su disponibilidad es también el origen de problemas para su distribución, existiendo casos de desertificación, y en otro extremo, situaciones de abundancia del líquido, causando inundaciones catastróficas que recuerdan al hombre la imposibilidad de controlar sus fuerzas (Hernández, 2014). Paralelamente a estas circunstancias, se tiene el crecimiento de la demanda de agua, relacionada con su multiplicidad de usos, tales como el doméstico, industrial, recreativo y el agrícola, así como el desarrollo de los problemas del medio ambiente debidos a la contaminación del recurso, y que son de origen humano. En este contexto se impone la necesidad de establecer herramientas de apoyo a la gestión y a la toma de decisiones, que permitan mejorar el entendimiento del comportamiento de los sistemas hídricos naturales y el futuro del agua en el medio ambiente. Estas herramientas pueden mejorar el conocimiento de la repartición espacial y temporal de los flujos de agua a escala de una cuenca. La cuenca es la entidad hidrológica de producción y de concentración de los escurrimientos, por lo tanto, se convierte en la unidad ideal para estudiar la generación de los flujos de agua en la naturaleza. Un medio para entender la generación de los escurrimientos, y para establecer las simulaciones de los mismos, es el de remontarse hasta su origen primario o causa climática fundamental: las lluvias. Diversos investigadores han venido desarrollando en Hidrología una técnica conocida como modelación hidrológica. Esta técnica trata de reproducir mediante un modelo (matemático, por lo general) el comportamiento de los procesos hidrológicos en un área determinada, además de abarcar campos como: sistemas de alerta temprana contra inundaciones, control de la calidad del agua, erosión de los suelos, transporte y deposición de sedimentos, diseño y operación de sistemas de recursos hídricos, evaluación de alternativas de manejo del suelo, entre otras (Herrera, 2012). La modelación hidrológica de eventos extremos máximos abarca el estudio de las precipitaciones y escurrimientos, con sus consecuentes avenidas, teniendo en cuenta las características morfométricas y fisiográficas de la cuenca y el sistema fluvial afectado. Resulta ser una tarea difícil, toda vez que depende de muchos factores, que deben ser determinados a partir de la recopilación de grandes volúmenes de información.

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En el año 1967, Leo R. Beard y otros miembros del estadounidense Hydrologic Engineering Center (HEC) desarrollan el software de simulación hidrológica HEC-1. Este modelo fue diseñado para simular la respuesta al proceso precipitación – escorrentía de una cuenca, representando a la misma como un sistema interconectado de componentes hidrológicos e hidráulicos. De los modelos hidrológicos de evento existentes, HEC-1 era el que ofrecía mayor cantidad de tipos diferentes de opciones para la modelación de los distintos componentes hidrológicos e hidráulicos, dentro de sus prestaciones utilizaba para el tránsito de los hidrogramas "métodos hidrológicos” y no consideraba las ecuaciones de Saint-Venant más que en sus formas más reducidas (Onda Cinemática). Actualmente, existe un sin número de modelos matemáticos para simular eventos reales que de otra forma no sería posible estudiar. En Hidrología se han desarrollado técnicas cada vez más avanzadas, que permiten la simulación del escurrimiento en una cuenca para conocer el escurrimiento máximo de una tormenta con anticipación. Una de estas, es el modelo Hydrologic Engineering CenterHydrologic Model System (HEC-HMS) (Rodríguez, 2009). El HEC-HMS constituye un programa de simulación hidrológica tipo evento, lineal, semidistribuido y distribuido, desarrollado para estimar los hidrógrafos de salida en una cuenca o varias subcuencas (caudales máximos y tiempos al pico) a partir de condiciones extremas de lluvias, aplicando para ello algunos de los métodos de cálculo de hietogramas de diseño, pérdidas por infiltración, conversión de lluvia neta en escorrentía directa y flujo base. Se usa en estudios de disponibilidad de agua, drenaje urbano, pronósticos de flujo, futuras urbanizaciones, reducción del daño por inundaciones, etc. El programa se deriva directamente del HEC-1, y conserva en esencia la misma filosofía de introducción de datos y secuencia de cálculos. El HMS, incluye la mayor parte de las rutinas de HEC-1 e incorpora elementos adicionales, como una interfaz gráfica que facilita al usuario la posibilidad de conectarse a un Sistema de Información Geográfica (SIG) (Zapata, 2014). En las cuencas cubanas, caracterizadas por tener ríos cortos y poco caudalosos, los resultados de los estudios hidrológicos se ven influenciados por las condiciones de falta de información necesaria para la modelación de eventos extremos de lluvias y gastos máximos. La situación actual de las redes y los registros históricos acumulados de las principales variables hidrológicas durante toda la etapa posterior a la Revolución es deficiente. Por distintas razones-entre las que se incluyen la situación del periodo especial, los frecuentes cambios de estructura del organismo rector y la falta de una conciencia clara de la importancia de los datos- las redes se redujeron, se afectó la disciplina de recolección y procesamiento y se perdieron o dispersaron valiosos archivos de datos (Planos y Arellanos, 2007).

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Por lo general, la condición de las cuencas cubanas (en cuanto a información disponible) es que cuentan con muchos pluviómetros instalados, con alrededor de 30 años de observación, pero en pocas existen pluviógrafos en funcionamiento y las cartas de los que pudieron existir, en su mayoría, no están disponibles por diferentes motivos. Es por esta razón que resulta necesario estimar la magnitud y variación del escurrimiento superficial generado por tormentas severas, dado que pueden provocar inundaciones en la parte baja de las cuencas; dicha información es requerida en la planeación, así como en el manejo del recurso hídrico. La estimación del escurrimiento por métodos indirectos implica utilizar técnicas y herramientas evaluadas y calibradas, que contengan las características físicas de la cuenca (tipo de suelo, cobertura vegetal, pendiente, área y relieve), las cuales determinan en gran medida los procesos del ciclo hidrológico. Con esta investigación se realiza una exposición de las características del software HEC-HMS v. 3.5, y de las peculiaridades planteadas en su utilización para el cálculo de los recursos hídricos. Los registros de precipitación y gasto que se emplean en los ejemplos presentados en este documento constituyen datos de mediciones reales obtenidos de las respectivas estaciones hidrométricas, sin embargo con el objetivo de ilustrar situaciones específicas en las modelaciones hidrológicas para las diferentes aplicaciones propuestas, estos se han modificado considerablemente.

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

Tema: Guía de Aplicaciones del HEC-HMS en cuencas cubanas. Ejemplos prácticos.

Antecedentes del problema: Debido al creciente interés en el tema de la modelación hidrológica y al desarrollo de nuevas tecnologías asociadas a los Sistemas de Información Geográficos (SIG), en la actualidad existen una gran variedad de modelos para la obtención de áreas de inundación, así como de información con la cual realizar las simulaciones, por lo tanto, los estudios referentes a evaluar y obtener modelos lluvia – escurrimiento han cobrado gran importancia, ya que de esta manera se obtienen simulaciones que se asemejan más a la realidad, de acuerdo con las condiciones específicas de cada lugar o región. En Cuba, debido a su situación geográfica, sus características litológicas, así como el relieve y forma estrecha de la isla, al verse afectada frecuentemente por lluvias intensas y huracanes suele ocurrir que el escurrimiento superficial provocado por eventos extremos de este tipo genere inundaciones y cuantiosos daños materiales. A su vez, estos eventos extremos contribuyen a aumentar la regulación

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de los embalses y con ello reducir las posibles inundaciones, así como disponer del recurso en época de déficit. Esta situación ha generado que los especialistas se planteen la modelación hidrológica como alternativa para pronosticar la respuesta de las cuencas hidrográficas ante eventos extremos y reducir en la medida de lo posible los terribles daños que estos ocasionan. A nivel internacional la solución de ese tipo de problema se está logrando con la aplicación de tecnologías computacionales, tales como los software de la familia HEC (Hydrologic Engineering Center), el SWMM (Modelo de Gestión de Aguas Pluviales) y el SWM (Modelo de Cuenca Stanford), con el apoyo de los (SIG). En nuestro país el trabajo de modelación hidrológica con el HEC-HMS se ha venido desarrollando de forma dispersa; hay que reconocer que algo se ha avanzado y que se han obtenido resultados satisfactorios por algunos especialistas en Hidrología (Marrero, 2010). A continuación se relacionan varios casos de aplicación en el país. (Rodríguez, 2008) desarrolló un estudio de simulación hidrológica de eventos extremos máximos en la cuenca del río Zaza, aplicando el modelo HEC-HMS, donde se analizaron diversas alternativas, teniéndose en cuenta el estado de humedad del suelo, la dirección de la tormenta, el nivel inicial en el embalse Zaza, así como la probabilidad de ocurrencia de la precipitación. La investigación condujo a una serie de resultados que permitieron analizar, de forma preliminar, como se comportaría la cuenca ante diferentes situaciones de lluvia, de humedad del suelo y de nivel en el embalse. Otro caso de estudio lo presentó (Pacheco, 2011), donde realiza recomendaciones para la modelación con HEC-HMS en cuencas montañosas de la región oriental de Cuba a partir de su aplicación en la cuenca “Las Coloradas”, obteniendo experiencias en los métodos de cálculo de mejor aplicación y los valores que alcanzan sus parámetros, a partir de considerar las particularidades físico-geográficas y climáticas de las cuencas montañosas orientales, y sobre todo, el estado de la información hidrometeorológica en las mismas, para su posterior generalización. Recientemente, (González, 2013) abordó el comportamiento de la calibración hidrológica en la cuenca del río Zaza, ante los eventos extremos de precipitación, mediante la utilización de hidrogramas observados en las subcuencas Paso Ventura y Yayabo. Mediante esta investigación se evidenció la necesidad de contar con información pluviográfica, la cual ofrece como resultado la distribución temporal de la lluvia para la modelación y calibración hidrológica de eventos extremos máximos de lluvia. Este estudio constituye una herramienta para los pronósticos de las inundaciones en las zonas bajas de la cuenca. No obstante, el autor considera que es necesario un trabajo de mayor alcance, que aporte una visión totalizadora de todas las prestaciones que las últimas versiones del HEC-HMS ofrecen, haciéndose 4

énfasis en las aplicaciones prácticas, esencialmente en las condiciones de las cuencas cubanas, lo que trae consigo la necesidad de elaborar una guía para la utilización del software HEC-HMS, que sirva como material de referencia, consulta y aplicación para otros especialistas que incursionen en el tema de la modelación hidrológica en Cuba, particularmente con la versión 3.5 del HEC-HMS.

Fundamentación teórica: Las inundaciones son una amenaza constante para la vida y los bienes materiales. En los últimos 30 años, las inundaciones y avenidas han sido el desastre natural más catastrófico, afectando alrededor de 80 millones de personas por año, como promedio. Esa circunstancia parece estar estrechamente ligada a los efectos del cambio climático, que previsiblemente llevará asociado un incremento de la frecuencia y la magnitud de las inundaciones a escala global. Igualmente, en los últimos años se ha constatado un incremento de las poblaciones en riesgo, debido a la urbanización descontrolada y políticas de planificación irracionales de los usos del suelo, que traen como resultado la ocupación sobre las áreas vulnerables a las crecidas. Estas acciones, exigen que se realicen estudios hidrológicos lo más cercanos a la realidad, para ser capaces de prevenir o disminuir los daños ocasionados por los eventos extremos. De ahí que las metodologías empleadas en las investigaciones hidrológicas hayan evolucionado en los últimos años gracias a la generalización del uso de los modelos matemáticos, una de las manifestaciones de la revolución científico-técnica contemporánea ampliamente generalizada en países desarrollados (González, 2013).

Objeto de estudio: Simulación del proceso lluvia – escurrimiento en cuencas hidrográficas.

Campo de investigación: Estudio del proceso lluvia-escurrimiento en la cuenca del río Zaza, específicamente en la subcuenca Paso Ventura.

Problema de investigación: Carencia de una Guía de Aplicación práctica del HEC-HMS v.3.5 para cuencas hidrográficas cubanas.

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Objetivo general de la investigación: Confeccionar un material de compilación de aplicaciones, haciendo uso del software HEC-HMS v. 3.5 que ilustre la respuesta de la cuenca Zaza ante diversos escenarios propuestos, determinados a partir del desarrollo de la región.

Objetivos específicos de la investigación: 1. Aplicar el modelo HEC-HMS v. 3.5 para ilustrar de forma práctica sobre una cuenca única, los métodos de cálculo propuestos por el software. 2. Proponer ejemplos puntuales de algunos escenarios que se pueden simular con el modelo. 3. Elaborar una metodología en cada una de las fases de trabajo del HEC-HMS, para los distintos escenarios y métodos de cálculo propuestos. 4. Analizar los hidrogramas obtenidos en la simulación hidrológica en la estación hidrométrica de Paso Ventura para los distintos escenarios. 5. Presentar un documento práctico que sirva como referencia de las aplicaciones del software de modelación hidrológica HEC-HMS v. 3.5.

Hipótesis de investigación: En una cuenca hidrográfica, donde sus características fisiográficas y morfométricas se conozcan y se disponga de un mínimo de información hidrométrica, pluviométrica, de uso del suelo y de la topografía, es posible lograr, mediante la modelación hidrológica, reproducir el comportamiento de la cuenca ante diversos escenarios, generados a partir de sus necesidades de desarrollo, con el empleo del software de simulación hidrológica HEC-HMS v. 3.5.

Variables:  Independientes: Precipitación, en forma de hietogramas (hietogramas reales o hietogramas obtenidos para una probabilidad o periodo de retorno determinado).  Dependiente: Escurrimiento, en forma de hidrogramas.  Otras variables independientes presentes en la modelación: Características fisiográficas y morfométricas de la cuenca y del sistema fluvial, uso de suelos, ubicación y características de obras hidráulicas, ubicación de poblaciones, establecimientos y vías de comunicación.

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Tareas de investigación: 1. Búsqueda bibliográfica y análisis de la documentación vinculada con los estudios realizados en la cuenca Zaza utilizando el software de simulación hidrológica HEC-HMS. 2. Recopilación, procesamiento estadístico y análisis de la calidad de las series de lluvias máximas anuales. 3. Construcción del modelo hidrológico conceptual a partir de la información recopilada, para desarrollar las simulaciones. 4. Formulación y análisis de los distintos escenarios de estudio, a partir de las posibles aplicaciones de modelación hidrológica sobre la cuenca Zaza, haciendo uso del HEC-HMS. 5. Análisis y combinación de los resultados de las simulaciones. 6. Elaboración y presentación del informe con los resultados de la investigación.

Métodos de investigación empleados en el estudio: Durante el estudio se emplearon diferentes métodos de investigación; estos se dividen en teóricos, empíricos y estadísticos, los cuales se relacionan a continuación:

Teóricos:  Análisis-Síntesis: Después de realizar un análisis de los métodos disponibles en el software HEC-HMS, relacionando sus características, limitaciones, ventajas y cantidad de parámetros empleados por ellos, se podrá decidir cuál utilizar en la simulación hidrológica de las subcuencas a estudiar pertenecientes a la cuenca del río Zaza.  Hipotético-deductivo: Con este método, y considerando la hipótesis formulada, se analizarán y presentarán variantes de modelo lluvia-escurrimiento de la cuenca Zaza, ante diferentes escenarios en la subcuenca Paso Ventura, para predecir la respuesta hidrológica de la cuenca ante la ocurrencia de eventos extremos.  Inducción- deducción: A partir de la información recopila en la cuenca Zaza, se confeccionará un documento que muestre la aplicación del software de simulación ante distintos escenarios.  La modelación: Se obtendrá una representación matemática simplificada del proceso lluviaescurrimiento en la zona ante diferentes escenarios de uso de la cuenca.  Enfoque de sistemas: Se obtendrá en cada caso un modelo lluvia-escurrimiento, que permitirá predecir el comportamiento hidrológico de la subcuenca estudiada, ante diversos escenarios

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de explotación de los recursos disponibles en la zona, lo que permite reducir las afectaciones ocasionadas por las inundaciones.

Empíricos:  Criterio de experto: Este método será usado en la estimación de parámetros utilizados para la creación de los distintos escenarios de simulación hidrológica y el pronóstico de la respuesta de las subcuencas que se estudiarán.  Medición: Se cuenta con los valores de láminas de lluvia registrados a partir de los pluviómetros localizados dentro o próximos al parteaguas de la cuenca.

 Experimentación: Haciendo uso de la modelación hidrológica con el HEC-HMS, para estudiar el comportamiento de la cuenca, ante diversos escenarios de explotación y una combinación de ellos.

Estadísticos: Se realizarán pruebas de homogeneidad y aleatoriedad a los datos de lluvias máximas y gastos máximos (Rodríguez, 2011). Se aplicarán métodos estadísticos para ajustar las series a una distribución teórica de probabilidad. Para ello, se determinarán los parámetros estadísticos de las series de datos (la media, la desviación estándar, el coeficiente de asimetría, entre otros).

Resultados Esperados: Los resultados esperados del tema de investigación, se traducen en la tesis en: 1. Estimación del gasto y tiempos al pico en la subcuenca Paso Ventura a partir de los métodos de cálculos definidos en las diferentes etapas de trabajo. 2. La respuesta hidrológica de la subcuenca Paso Ventura ante los diferentes escenarios propuestos. 3. Metodología básica de trabajo con el HEC-HMS v. 3.5 que orienta los pasos a seguir y la información requerida en cada etapa de trabajo. 4. Análisis e interpretación física de los resultados obtenidos en cada una de las aplicaciones y escenarios propuestos en la guía. 5. Material de consulta del HEC-HMS v. 3.5 que ilustre los procedimientos de trabajo para obtener la respuesta de una cuenca ante diferentes situaciones de desarrollo.

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Por último, como aspecto novedoso, se plantea la posibilidad de disponer de un material de consulta que recoja las aplicaciones del software de simulación hidrológica HEC-HMS v. 3.5, y que sirva como referencia en futuros trabajos de modelación hidrológica a otros especialistas que incursionen en este tema, de tanta importancia en estos tiempos, sobre todo debido a los efectos reales de la variabilidad climática.

Estructura del documento: Introducción. Capítulo I. Revisión bibliográfica y estado del arte de la modelación hidrológica del proceso lluvia – escurrimiento. Capítulo II. Herramientas y metodologías para la modelación de las distintas aplicaciones propuestas con el HEC-HMS v. 3.5. Capítulo III. Presentación y discusión de los resultados de las distintas aplicaciones propuestas con HEC-HMS v 3.5. Conclusiones generales. Recomendaciones. Bibliografía consultada. Anexos.

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CAPÍTULO I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y ESTADO DEL ARTE DE LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA DEL PROCESO LLUVIA – ESCURRIMIENTO

La cuenca hidrográfica es la base para el manejo integrado del recurso hídrico. En ella se realizan las observaciones del ciclo hidrológico, se evalúan las potencialidades de los recursos hídricos y se define el desarrollo hidráulico, el uso del agua para riego, para el consumo humano, entre otros, estableciendo también las medidas de alerta y prevención contra las inundaciones (García, 2006). La problemática asociada a las avenidas y las inundaciones que provocan es compleja, ya que intervienen numerosos factores, entre los cuales se encuentran la magnitud y localización de las poblaciones, las obras y la actividad antropogénica en las zonas estudiadas, las características fisiográficas y morfométricas de la cuenca incluyendo su sistema fluvial. Según describe (Chow et al., 1994), un modelo de sistema hidrológico es una aproximación al sistema real; sus entradas y salidas constituyen variables hidrológicas mensurables y su estructura es un conjunto de ecuaciones que conectan las entradas y las salidas. En términos generales, persigue representar los diferentes procesos involucrados en la distribución de la lluvia y la generación de caudales en una determinada cuenca. Los primeros pasos en la modelación hidrológica comienzan a principios del siglo XIX. En esta primera etapa se utilizaron para diseñar canales, redes de drenaje, presas, puentes, diques y sistemas de distribución de agua. Hasta mediados del siglo XX, la modelación hidrológica se limitó a tratar de explicar mediante expresiones matemáticas simples, los mecanismos individuales involucrados en los principales procesos del ciclo hidrológico. En la década de los 60, con el arribo de la revolución digital, se realizó el primer intento por representar casi en su totalidad al ciclo hidrológico en una cuenca. A partir de entonces, debido a la aparición de las herramientas informáticas en Hidrología, y al creciente poder de cálculo de las computadoras personales actuales, es posible plantear la modelación de la cuenca hidrológica a lo largo de extensos períodos de tiempo.

1.1 Modelación Hidrológica en las cuencas. Los fenómenos hidrológicos son extremadamente complejos y puede ser que nunca se les entienda en su totalidad. Sin embargo, en ausencia de un conocimiento perfecto, pueden representarse en forma simplificada por medio del concepto de sistema. Un sistema es un conjunto de partes conectadas entre sí, que forman un todo. El ciclo hidrológico puede tratarse como un sistema, cuyos componentes son

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precipitación, evaporación, escorrentía y otras fases del mismo. Estos componentes pueden agruparse en subsistemas del ciclo total; para analizar el sistema total. Los subsistemas más simples pueden analizarse separadamente y combinarse los resultados de acuerdo con las interacciones entre los subsistemas (Chow et al., 1994). Un sistema hidrológico se define como una estructura o volumen en el espacio, rodeada por una frontera, que acepta agua y otras entradas, opera en ellas internamente y las produce como salidas. El objetivo del análisis de estos sistemas es estudiar la operación del mismo y predecir su salida. Un modelo hidrológico constituye la representación simplificada de determinados procesos del ciclo hidrológico, por medio de un conjunto de conceptos hidrológicos expresados en forma matemática y ligados por una secuencia espacio – temporal que se corresponde con la que se produce en la naturaleza. Generalmente, los modelos hidrológicos son matemáticos, debido a la dificultad de simular en forma real determinadas variables hidrológicas. Estos modelos se aplican en la simulación del comportamiento de una cuenca. La modelación hidrológica traduce mediante un modelo matemático, por lo general, el comportamiento de los procesos hidrológicos dentro de la cuenca. El uso de computadoras en todos los aspectos de la ingeniería hidrológica ha llevado a incrementar el énfasis en la modelación de cuencas. La modelación de cuencas comprende la integración de los procesos hidrológicos en un modelo, por ejemplo, un modelo de cuenca, con propósitos ya sea de análisis, diseño, escurrimiento a largo plazo, predicción de volumen, predicción o pronóstico de flujo en tiempo real. Un modelo de cuenca es un grupo de abstracciones matemáticas que describen fases relevantes del ciclo hidrológico, con el objetivo de simular la conversión de la precipitación en escurrimiento. En principio, las técnicas de modelación de cuencas son aplicables a cuencas de cualquier tamaño, ya sean pequeñas, de tamaño medio o grandes.

1.1.1 Clasificación de los modelos hidrológicos. Diversos son los criterios de los especialistas reflejados en la bibliografía acerca de la clasificación de los modelos hidrológicos, no lográndose una equidad en las clasificaciones presentadas. Según (Chow, 1994), los modelos hidrológicos pueden dividirse en dos categorías: modelos físicos y modelos abstractos. Los primeros incluyen modelos a escala que representan el sistema en una escala reducida, tal como el modelo hidráulico del vertedor de una presa; y modelos análogos, que usan otro sistema físico con propiedades similares a las del prototipo. Los segundos representan el sistema en forma matemática, por medio de un conjunto de ecuaciones que relacionan las variables de entrada y de salida. Estas variables pueden ser funciones del espacio y del tiempo, y también pueden ser 11

variables probabilísticas o aleatorias que no tienen un valor fijo en un punto particular del espacio y del tiempo, pero que están descritas a través de distribuciones de probabilidad (Chow et al., 1994). Según (Ponce, 1994), en la práctica pueden distinguirse cuatro tipos generales de modelos matemáticos:  Determinísticos: Son formulados siguiendo las leyes de la física y/o procesos químicos descriptos por ecuaciones diferenciales.  Probabilísticos: Se formulan siguiendo las leyes del azar o probabilidad. Pueden ser de dos tipos: estadísticos o estocásticos.  Conceptuales: Son representaciones simplificadas de los procesos físicos. Usualmente recaen sobre descripciones matemáticas que simulan procesos complejos basándose en unas pocas claves de parámetros conceptuales.  Paramétricos o empíricos: Son los más simples, consisten en una ecuación (o ecuaciones) algebraica (s) que contiene uno o más parámetros a ser determinados por el análisis de datos u otro medio empírico. Los fenómenos hidrológicos cambian en las tres dimensiones espaciales, pero tener en cuenta toda esta variación, puede hacer que los modelos sean muy complejos. De acuerdo con (Chow et al., 1994), los modelos determinísticos y los conceptuales pueden clasificarse en:  Modelos agregados: El sistema es promediado en el espacio o considerado como un punto único sin dimensiones.  Modelos distribuidos: Consideran que los procesos hidrológicos ocurren en varios puntos del espacio y definen las variables del modelo como funciones de las dimensiones espaciales.

De acuerdo con la escala temporal, los modelos hidrológicos pueden clasificarse en:  Modelos de eventos aislados: Son de corto plazo, diseñados para simular en eventos individuales la transformación de la lluvia neta en escurrimiento.  Modelos de procesos continuos: Toman en cuenta todos los componentes del escurrimiento, incluyendo flujos superficiales, subsuperficiales y subterráneos. El objetivo de este tipo de modelos es tener en cuenta el balance de humedad a largo plazo de toda la cuenca.  Modelos de simulación mixta: Intentan representar ambas escalas temporales en una forma computacionalmente económica y mediante un acuerdo razonable con la realidad. En el anexo 1.1 se muestra la clasificación de los modelos de cuencas propuestos por (Rodríguez, 2011), a partir de los criterios de (Ponce, 1989), (Chow et al., 1994), (Feldman, 2000) y (González et al., 2001), y se caracterizan cada uno de estos modelos, según los criterios de estos autores. 12

1.1.2 Importancia de la modelación hidrológica. La modelación hidrológica de las cuencas hidrográficas permite realizar pronósticos de las posibles afectaciones de una zona debido a la ocurrencia de lluvias extremas máximas. Es por ello que estudios de este tipo toman auge y se ven complementados con herramientas informáticas de última generación como son los casos de los SIG y los modelos de simulación hidrológica. La necesidad de predecir el efecto que ocasionan los fenómenos meteorológicos es cada vez mayor, especialmente en el sector socioeconómico. De esta manera, el estudio del escurrimiento deviene en necesario para entender el comportamiento de una cuenca ante la presencia de lluvias intensas que pueden provocar inundaciones. La problemática asociada a las avenidas y las inundaciones que provocan las precipitaciones resulta compleja, ya que intervienen numerosos factores entre los cuales se encuentran la magnitud y localización de las poblaciones, las obras y la actividad antropogénica en las zonas estudiadas, las características fisiográficas y morfométricas de la cuenca incluyendo su sistema fluvial. Teniendo en cuenta lo planteado por (González, 2013), los modelos de transformación lluvia – escurrimiento son una herramienta muy útil en la previsión de las avenidas, por lo que es vital contar con un análisis que permita conocer el comportamiento de la cuenca ante la ocurrencia de precipitaciones intensas, especialmente en nuestro país, que se ve afectado con frecuencia por lluvias intensas, provocando inundaciones en intervalos de tiempo relativamente cortos, las que traen aparejados daños sociales y económicos. Sin embargo, la falta de datos en las zonas de estudio es un problema latente que complica el proceso; por ello el uso de modelos numéricos es la mejor opción para realizar estudios como estos, específicamente el modelo HEC-HMS, que puede cubrir dichas carencias y simular un evento de escurrimiento tomando en cuenta las características fisiográficas de la cuenca. En la actualidad, los modelos matemáticos son los más ampliamente difundidos y utilizados en la práctica hidrológica internacional, ya que permiten comprender el funcionamiento de un sistema en situaciones que se producen en la realidad y dan la posibilidad de conocer el funcionamiento también en situaciones que no se han producido, y que permiten mejorar la visión de esta.

1.2 La utilización de los SIG en los estudios de simulación hidrológica. Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) han marcado desde su creación una pauta en cualquier disciplina relacionada con el manejo de información espacial. Su papel en la evolución de la hidráulica es, sin dudas, de vital importancia. Según (Felicísimo, 1994) un SIG es un sistema de hardware, software y procedimientos, elaborados para facilitar la obtención, gestión, manipulación, 13

análisis, modelado, representación y salida de datos espacialmente referenciados, con el objetivo de resolver problemas complejos de planificación y gestión". Los primeros intentos para conectar los SIG a modelos hidrológicos empezaron a mediado de los años setenta. No fue hasta el principio de los 90 cuando los SIG aumentaron su funcionalidad y la hidrología se aprovechó de esta nueva tecnología. Se hicieron tres acercamientos diferentes para integrar a los SIG: modelando completamente con las herramientas actuales de los SIG, salvando los datos de los SIG en otro programa, y acoplando el código en los SIG para crear un nuevo software. Los SIG extendieron las posibilidades de los modelos hidrológicos desde que pueden manejar una gran cantidad de datos (Rodríguez, 2009). Desarrollar un modelo hidrológico utilizando los SIG se justifica por las características fundamentalmente espaciales de la información empleada y por la gran capacidad de estos sistemas para almacenar, manejar y visualizar los datos y los resultados. Realizar este tipo de modelos en SIG supone contar con un Modelo Digital de Elevación (MDE) de la zona de la cuenca y conocer las características físicas del terreno (Rodríguez, 2011).

La información procesada en los SIG constituye puntos de entrada a los programas de modelación hidrológica, como el HEC-HMS. A partir del MDE se obtienen las características morfométricas de la cuenca, las pendientes del terreno, longitud de los ríos, entre otros.

1.2.1 Ventajas de la incorporación de los SIG en la simulación hidrológica. Citando a (Torres, 2014), los SIG constituyen un instrumento adecuado para responder a cuestiones relacionadas con la distribución espacial y las series temporales del escurrimiento. Estos facilitan el procesamiento de la información hidrológica, incluyendo procedimientos diseñados para realizar la captura, almacenamiento, análisis, modelación y presentación de datos geo-referenciados. Con ayuda de los SIG, entre los que se encuentra el ArcView, o el ArcGIS, la modelación hidrológica acelera su desarrollo pudiendo actuar a modo de plataforma en la experimentación de nuevas ideas, y sus resultados pueden ser incorporados al proceso de toma de decisiones y en la ordenación del territorio. Un SIG puede usarse para procesar los datos de ingreso sin refinar, para crear los parámetros de entrada necesarios para los modelos de simulación. También son útiles para proporcionar una rápida y valiosa interpretación de la salida del modelo a través del despliegue gráfico. Por ejemplo, la salida de un modelo hidráulico puede ser usada para crear una representación en tres dimensiones de las zonas de inundación y los edificios que se afectarían por una inundación provocada por una crecida o avenida. 14

Es importante señalar que los SIG y la Hidrología son dos campos de trabajo que comparten muchos intereses. Cada vez más los investigadores se apoyan en los SIG para la construcción de modelos hidrológicos, resultando de vital importancia para lograr identificar y ubicar áreas afectadas por el impacto de eventos extremos.

1.3 Modelo de simulación hidrológica HEC-HMS. En la actualidad, uno de los modelos que más se utiliza es el HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center's-Hydrologic Modeling System), desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos. Es un programa de simulación hidrológica, lineal, semidistribuido y distribuido, el cual utiliza métodos de precipitación-escurrimiento para estimar los hidrogramas de escorrentía directa generados por las precipitaciones en una o varias cuencas (escurrimiento máximo y tiempo al pico). Para ello, se aplican algunos de los métodos de cálculo de hietogramas (precipitación total y de exceso), pérdidas por infiltración, escurrimiento base, entre otros, obtenidos a partir de condiciones extremas de precipitación (Hernández, 2014). Estos cálculos se realizan a partir de la introducción de variables conocidas, como son: la precipitación media, área de la cuenca, uso de suelo, tipo de suelo, así como el área que corresponde a cada región edafológica, entre otros coeficientes. Este modelo matemático tiene una gran aceptación a nivel internacional y su distribución es libre. El programa incluye una interfaz gráfica para el usuario que le permite introducir la información necesaria para una simulación, manejar los componentes de análisis hidrológico a través de módulos integrados, y obtener respuestas gráficas o tabuladas de fácil comprensión e impresión. El documento de ayuda incorporado en el programa aclara la utilización de las opciones del programa.

1.3.1 Componentes del modelo HEC-HMS. Para simular la respuesta hidrológica de una cuenca, el HEC-HMS utiliza cuatro componentes: modelo de la cuenca, modelo meteorológico, especificaciones de control y datos de entrada. Una simulación calcula la transformación de lluvia a caudal en el modelo de la cuenca, dada la entrada del modelo meteorológico. Las especificaciones de control definen el periodo de tiempo a utilizar y durante el cual se realizará la simulación. Los componentes de los datos de entrada, tales como las series temporales, tablas y datos por celdas, son requisitos como parámetros o condiciones de contorno tanto en el modelo de la cuenca como en el meteorológico (Nanía, 2007).

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I.

El modelo de la cuenca: es donde se establecen las subcuencas en las que se subdividirá la cuenca, así como los tramos, uniones, derivaciones, etc., que conformarán el sistema bajo estudio. Este permite definir la representación física de las características de la cuenca hidrográfica y especificar las diversas unidades topológicas que caracterizan la cuenca. Se determina mediante el empleo del SIG y su extensión Hec-GeoHMS (Rodríguez, 2009).

Con el propósito de definir la estructura de las cuencas, el programa considera los siguientes elementos:  La subcuenca,

(subbasin): Es el elemento utilizado para representar la parte física de la

cuenca. Se caracteriza por no recibir flujo de entrada y si producir flujo de salida.  Los canales o tramos de río

(reach): Es el elemento utilizado para trasladar el flujo aguas

abajo en el modelo de la cuenca. El gasto de entrada a este elemento puede venir de uno o más elementos aguas arriba. El flujo de salida es calculado en base al tránsito y la atenuación del hidrograma de entrada.  Las uniones

(junction): Se utiliza para unir el caudal proveniente de uno o más elementos

hidrológicos. El caudal de salida es calculado sumando todas las entradas y asumiendo que no existe almacenamiento en la unión.  El embalse

(reservoir): Se emplea para modelar la retención y la atenuación de un

hidrograma causado por un embalse o depósito de retención. El gasto de entrada a este elemento puede venir de uno o más elementos hidrológicos, situados aguas arriba del depósito y proporciona como resultado del cálculo un único flujo a la salida.  Las fuentes

(source): Se usan para introducir agua dentro del modelo de la cuenca, por

ejemplo, un trasvase proveniente de otra cuenca, no tiene entradas y el gasto de salida es definido por el usuario.  Los sumideros

(sink): Se aplican para representar el punto de salida de la cuenca, el gasto

de entrada puede provenir de uno o más elementos situados aguas arriba de este elemento. El sumidero no tiene gasto de salida.  La derivación

(diversion): Se usa para modelar un flujo de agua que abona un tramo de

cauce principal. La salida es el caudal desviado, calculado utilizando la información de entrada y cada una de estas salidas puede ser conectada a elementos hidrológicos. Con estos siete componentes, el usuario puede elaborar una cuenca tan compleja como requiera el problema que está tratando y como permita la información de campo disponible. Si se cuenta con

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información digital de campo, el HMS incluye la opción de trabajar la cuenca con subdivisiones en grillas o celdas, cada una de las cuales almacena información pertinente respecto a la precipitación, área, pendientes y condición de humedad del suelo. Los elementos anteriores se disponen en forma de redes dendríticas con un orden o secuencia lógica para realizar los cálculos desde las subcuencas que conforman las cabeceras aguas arriba hasta el punto de salida de todo el caudal aguas abajo. El usuario debe prestar atención a este criterio, ya que los cálculos siguen rigurosamente esa secuencia (por ejemplo si tienen en cuenta una derivación no pueden entregar las aguas derivadas en un punto aguas arriba, aunque técnicamente esto sea factible). Por tal motivo, el primer paso en la preparación de la información consiste en definir correctamente la estructura de la cuenca que se pretende simular. II.

El modelo meteorológico: calcula la precipitación requerida en una subcuenca. Tiene la posibilidad de calcular precipitación sólida, líquida junto con evapotranspiración. También posee un método de derretimiento de nieve utilizando un algoritmo de temperatura. Los métodos para la evapotranspiración incluyen el promedio mensual, el método de Priestley y Taylor y el mismo método en forma de celda.

Los métodos utilizados en el modelo meteorológico son los siguientes:  Tormenta de frecuencia (Frequency Storm): Se usa para desarrollar un evento de precipitación donde los volúmenes correspondientes a distintas precipitaciones tienen una probabilidad de sobrepaso consistente.  Pluviómetro con pesos (Gage Weights): Este método aplica pesos definidos por el usuario a los pluviómetros deseados.  Precipitación por celdas (Gridded Precipitation): Este método permite el uso de precipitación por celdas, como puede ser la proveniente de un radar meteorológico.  Inverso de la distancia (Inverse Distance): Este método calcula el promedio en la subcuenca aplicando la ecuación del inverso de la distancia al cuadrado para las estaciones definidas por el usuario.  Tormenta del SCS (SCS Storm): Este método aplica una distribución temporal tipo SCS a un volumen total de lluvia en 24 horas.  Hietograma especificado (Specified Hyetograph): Este método aplica un hietograma definido por el usuario a un elemento de la subcuenca.  Tormenta estándar de proyecto (Standard Project Storm): Este método aplica una distribución en el tiempo a un valor de precipitación dado.

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III.

Especificaciones de control: Aquí se define el momento de inicio y finalización durante el cual se realizará la simulación completa y la longitud del paso o intervalo de tiempo con que se realizarán los cálculos del modelo. Es importante tener en cuenta que las especificaciones de control deben coincidir con los intervalos de tiempo de la lluvia, porque de no ser así, se pueden cometer errores y contar una tormenta dos veces.

IV.

Datos de entrada: El programa requiere como datos de entrada la información proveniente de las estaciones de medición de la precipitación y de los caudales, así como datos del embalse y sus componentes cuando sea necesario. Estos se introducen como parámetros o condiciones de contorno en el modelo de la cuenca y en el meteorológico. Los mismos se pueden introducir de forma manual o mediante un registro creado por un fichero HEC-DSS (HEC-Data Storage System).

En el anexo 1.2 se presenta de forma tabulada los parámetros que constituyen datos de entrada al modelo HEC-HMS, propuesta por (Hernández, 2014).

1.3.2 Métodos hidrológicos utilizados. Los elementos hidrológicos utilizan métodos de cálculo para describir los procesos físicos que se producen en la cuenca (pérdida, transformación de lluvia-caudal y flujo base), mientras que con relación a los tramos de los cauces se emplean métodos de cálculo relativos a la propagación de caudales. En el anexo 1.3 se presentan los diferentes métodos con que trabaja el modelo HEC-HMS, una breve descripción y la información requerida para su aplicación. Los métodos hidrológicos que incluye el modelo HEC-HMS se presentan en la tabla 1.1, propuesta por (Hernández, 2014), los más utilizados para cada una de las fases de cálculo en modelos desarrollados con el HEC-HMS se describen a continuación.

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Tabla 1.1 Métodos hidrológicos utilizados en el HEC-HMS. Pérdidas Déficit y tasa constante(DC) Inicial y tasa constante Exponencial Número de curva CN SCS Green y Ampt Consideración de la humedad del suelo (SMA) DC por celdas CN SCS por celdas SMA por celdas

Transformación lluvia neta en escurrimiento

Flujo base

Onda cinemática ModClark HU SCS HU Snyder

Recesión restringida Recesión Constante mensual Depósito lineal

HU especificado por el usuario

Tránsito avenida por el cauce Modelo Lag. Puls modificado. Muskingum Muskingum-Cunge Straddle Stagger. Onda Cinemática

Hidrograma en S del usuario Hidrograma Unitario (HU) de Clark

Método para determinar las pérdidas: SCS Curve Number: El método de la Curva Número es un método empírico desarrollado por el Soil Conservation Service (SCS) del U. S. Department of Agriculture; actualmente denominado NRCS o Natural Resources Conservation Service), en 1972, para regiones llanas y en cuencas con áreas menores de 800 ha. Este estima el exceso de precipitación como una función de la precipitación acumulativa, el tipo de suelo, su uso y la humedad antecedente. Según (Herrera et al, 2012), el método de la curva número se basa en la interpretación conceptual del proceso hidrológico que ocurre durante un periodo de lluvias. Así, al inicio de este, no hay escurrimiento superficial (Sr) mientras la lluvia cae una parte de ella está siendo interceptada por la vegetación y retenida en las oquedades y depresiones, la otra se infiltra en el suelo (Ia). Cuando la lluvia excede esta intercepción inicial, aun cuando la infiltración continúa (Inf), comienza el flujo sobre la superficie del suelo y una vez que el suelo se satura, cualquier cantidad extra de lluvias (P) produce escurrimiento superficial. Expresa (Herrera et al, 2012) que según (Van der Molem et al, 2007) -citando a (Boonstra 1994)-, el método no considera la pendiente debido a que en los Estados Unidos de América EE. UU, donde fue desarrollada la fórmula, las tierras con pendientes mayores del 5 % no son consideradas cultivables. El SCS, después de estudiar un gran número de pequeñas cuencas, estableció valores de la CN, en función del uso y tipo del suelo, cobertura vegetal y del grupo hidrológico del suelo para la condición de humedad antecedente media (AMC II), considerando el antecedente de 5 días de lluvia anteriores al día seleccionado y estableciendo que la pérdida inicial es el 20% del potencial de retención, (Ia = 0.2 S).

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Por ser un método práctico, relativamente fácil de aplicar y validado para todas las cuencas de EE. UU y otros países, se ha convertido en uno de los más comunes en el campo de la hidrología, para estimar la precipitación en exceso que luego se traduce en escurrimiento superficial en las cuencas hidrográficas. La utilización de estos parámetros adimensionales (CN) para otros lugares diferentes de los EE. UU ha sido uno de los principales problemas encontrados al aplicar este método en otras regiones. Para su uso en el cálculo del escurrimiento se han definido cuatro clases hidrológicas de suelos, (Grupos A, B, C y D) atendiendo a la textura del suelo, la tasa de infiltración y la permeabilidad. Estas clases no se ajustan a los suelos cubanos, ya que las características del tipo de arcilla presente en cada suelo y la cantidad modifican grandemente el comportamiento hidrodinámico de los nuestros. Por ello, (López, Herrera y Castellanos, 1998) después de recopilar cientos de pruebas, distribuidas desigualmente en los 82 subtipos de suelos de Cuba, proponen agruparlos en clases hidrológicas atendiendo a sus características de infiltración básica. Esta investigación permite realizar una mejor clasificación de los suelos cubanos según su clase hidrológica, a partir de lo que se propone una CN más ajustada a las condiciones de la región, haciendo uso de los valores tradicionales propuestos por el SCS. Por último, según (Paz, 2009), el método de la CN es consecuencia de una hipótesis sin sustento hidrológico, producto de suponer que la precipitación caída es igual al escurrimiento que genera. El caso extremo, base del método, de que Q (escurrimiento en mm) = P (precipitación en mm) nunca se cumple, por la sencilla razón de que dos líneas rectas paralelas con orígenes distintos jamás se juntan. Estos planteamientos presentados por (Paz, 2009) deben ser objeto de futuros estudios, donde se validen o refuten sus hipótesis. El documento concluye anunciando otros trabajos relacionados con el tema, los cuales en la revisión bibliográfica realizada por el autor, no se encontraron publicados.

Método para transformar la lluvia neta en escurrimiento: SCS Unit Hydrograph: El método del hidrograma unitario estima el gasto máximo (gasto pico) de escurrimiento del cauce principal en un tiempo de concentración propio del cauce. Los estudios realizados por el Servicio de Conservación de Suelos encontraron que en general el tiempo de retardo (tiempo en que se presenta el gasto pico del hidrograma), se puede aproximar obteniendo el 60% del tiempo de concentración, tiempo que requiere el modelo para la simulación (Zapata, 2014). El método del hidrograma unitario del SCS fue desarrollado originalmente para datos obtenidos de cuencas pequeñas y agrícolas. Los datos fueron generalizados como hidrógrafos adimensionales y se

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desarrolló una mejor aproximación del hidrógrafo para aplicaciones generales (Rodríguez, 2009). El hidrógrafo general fue dimensionado con el Tlag para producir el hidrógrafo unitario a emplear.

Método para el tránsito de las avenidas por los cauces: Muskingum. El tránsito de avenidas es un procedimiento para determinar el tiempo y la magnitud del caudal (es decir, el hidrograma) en un punto de un curso de agua utilizando hidrogramas conocidos o supuestos en uno o más puntos aguas arriba. El método de Muskingum, presentado por primera vez en 1938, es un método de tránsito hidrológico que se usa comúnmente para manejar relaciones caudal-almacenamiento variable. En su formulación básica el método modela el almacenamiento volumétrico (S) en el tramo comprendido entre dos secciones, mediante la combinación del almacenamiento de cuña y prisma como una función lineal del gasto que entra en la sección aguas arriba (I) y el que sale en la de aguas abajo (O). Además, considera que en el tramo no hay influencia lateral. Durante el avance de la onda creciente, el caudal de entrada es mayor que el caudal de salida, siendo un almacenamiento de cuña. Durante la recesión, el caudal de salida es mayor que el caudal de entrada resultando en una cuña negativa. Adicionalmente, existe un almacenamiento por prisma que está formado por un volumen de sección transversal constante a lo largo de la longitud del canal prismático. Para la aplicación del método se requiere información acerca de:  Factor de tiempo de viaje K (h), constante para todo el tramo.  Factor adimensional de ponderación del amortiguamiento o retardo X (entre 0 y 0.5) depende de las características del cauce y la pendiente del mismo.  Número de subdivisiones para los tramos.

Flujo base: Recesión. El método de recesión del flujo base está diseñado para aproximar el comportamiento típico observado en las cuencas hidrográficas, cuando el flujo disminuye de manera exponencial después de un evento. Este método está pensado principalmente para la simulación de eventos. Sin embargo, tiene la capacidad de restablecerse automáticamente después de cada evento y consecuentemente puede ser usado para la simulación continua. El flujo base inicial al comienzo de una simulación debe ser especificado. Existen dos métodos para especificar la condición inicial: la descarga inicial y la descarga inicial por sector. Utilizando el

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primero, se debe especificar el gasto base inicial, como una descarga, con unidades de volumen por unidad de tiempo (Scharffenberg y Fleming, 2010). La constante de recesión describe la velocidad a la que se aleja el flujo base entre los eventos de tormenta. Se define como la relación de flujo base en el momento actual, al flujo base de un día anterior.

1.4 Proceso de simulación, calibración y validación de los resultados obtenidos en la simulación empleando el HEC-HMS. El software HEC-HMS permite simular eventos aislados de avenidas asociados con un patrón de tormenta de diseño para un cierto período de retorno. La suposición de que el período de retorno de la tormenta coincide con el período de retorno de la creciente respectiva ha despertado muchas controversias entre los investigadores en hidrología, haciendo evidente que el tratamiento probabilístico de los dos fenómenos, aunque no es mutuamente excluyente, sí depende de otros factores, entre ellos el área de la cuenca considerada, las condiciones antecedentes de humedad en los suelos para períodos largos y los cambios introducidos por la acción hombre en el uso y conservación de los suelos.

1.4.1 Simulación. Los resultados arrojados por HEC-HMS permiten pronosticar la respuesta de la cuenca ante eventos de precipitación que se traducen en escurrimiento superficial en ella, a partir de los cuales se pueden dimensionar obras de control de inundaciones como diques y embalses reguladores, establecer dimensiones preliminares de alcantarillas y sistemas de drenaje pluvial, y también permiten estudiar el impacto ambiental de las avenidas, causado por la transformación del uso de los suelos en cuencas rurales y urbanas (Villón, 2013). De la misma manera los resultados obtenidos de la simulación en el HEC-HMS no dan la posibilidad de establecer un balance hidrológico confiable de la cuenca, ni realizar estudios de calidad de las aguas, erosión, ni sedimentación. Tampoco permiten trabajar con flujos diferentes al agua, por ejemplo flujos de lodos, que bien pueden estar asociados directamente con las crecidas. Como se ha mencionado anteriormente, el software de simulación hidrológica HEC-HMS es un modelo tipo evento, lineal y semidistribuido. Por lo tanto, una corrida de simulación del programa consiste en calcular la componente de escurrimiento directo como una función del tiempo, producto de un evento de precipitación de duración variable (desde algunos minutos y hasta varios días) que se produce a la salida de las subcuencas. Los hidrógrafos resultantes se combinan según la estructura 22

de la cuenca, previamente definida por el usuario, a partir del MHC de la cuenca en estudio, en sentido estricto de aguas arriba hacia aguas abajo, hasta hallar el hidrograma resultante a la salida de toda la cuenca (Villón, 2013). Las simulaciones en HEC-HMS son de dos tipos:  Convencionales: Se obtienen los hidrógrafos de salida y todas sus combinaciones para un evento de tormenta supuesto.  De optimización: Los hidrógrafos resultantes son comparados con registros históricos en un

cierto punto de la cuenca.

1.4.2 Calibración. Previo a la aplicación de un modelo de simulación computacional en la modelación del comportamiento hídrico, éste debe ser ajustado a las condiciones meteorológicas, hidráulicas y morfológicas particulares de la zona de estudio. Ese proceso de ajuste, donde uno o más parámetros que caracterizan el comportamiento del sistema ven modificados sus valores iniciales, se conoce como calibración (Bustamante, 2008). La calibración de un modelo hidrológico requiere de una etapa previa de recopilación de información, que puede ser diferente, en función del modelo que se pretende optimizar. Por ejemplo, si se trata de un modelo de transformación de lluvia–escurrimiento, es imprescindible contar con datos que reflejen el comportamiento tanto de la lluvia, como del caudal en la zona que se estudia. Las funciones objetivo que utiliza HEC-HMS v. 3.5 para la calibración son las siguientes:  Peak-Weighted RMS Error.  Percent Error Peak.  Percent Error Volume.  RMS Log Error.  Sum Absolute Residuals.  Sum Squared Residuals.  Time Weighted Error. Por último, según (Bustamante, 2008) y citado por (González, 2013), refiriéndose a la calibración de modelos conceptuales precipitación-escorrentía, se indica que el objetivo de ésta es estimar un grupo probable y único de parámetros que calculen la escorrentía de la forma más precisa, dada la información observada.

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1.4.3 Validación. El software HEC-HMS no cuenta con una metodología propia capaz de dar solución a esta duda, sino que debe ser el usuario siguiendo una secuencia lógica quien compare los resultados obtenidos mediante la aplicación del modelo, con los valores de los parámetros determinados en el proceso de calibración, en un periodo diferente al empleado en la calibración. La validación de los resultados del modelo después de calibrados los parámetros se hace directamente con la simulación del programa al cual se le introduce un registro de precipitación de verificación y se compara la hidrógrafo de salida calculado con el registrado para el mismo evento.Lo anteriormente expuesto constituye el denominado proceso de validación, el software no presenta inconveniente alguno para su aplicación, siempre que se cuente con hidrogramas observados en el período elegido para la citada validación del modelo. La calibración o estimación de parámetros y la validación se basan en dos o más registros históricos de precipitación y caudales para un mismo evento. Estos registros son escasos en la mayoría de las cuencas, por lo no se pueden valorar muchas posibilidades. Si se cuenta sólo con dos registros lluviacaudal por ejemplo, entonces uno debe ser usado en la calibración y el otro en la validación. En la medida en que el número aumente, se deben discriminar los dos grupos de datos para que la validación no resulte viciada con los datos de la calibración. El software HEC-HMS permite dos procedimientos de calibración; calibración manual y calibración automática (Rodríguez, 2011).

1.4.4 Análisis de sensibilidad. Este tipo de análisis es un complemento necesario para el ejercicio de la modelación, especialmente porque provee información sobre el nivel de certeza (o no) para asegurar los resultados del modelado. Los resultados del análisis de sensibilidad para las variaciones de parámetro devienen en particularmente importantes en el caso de modelos determinísticos que tienen algunos componentes conceptuales. Debido a los componentes conceptuales, las calibraciones son estrictamente válidas solo dentro de rangos estrechos de las variables, de allí que, los errores en la estimación de los parámetros necesitan ser determinados de manera cualitativa (González, 2013). Para evaluar la confiabilidad de los resultados obtenidos del proceso de calibración, se hace uso de una medida de la sensibilidad de la función objetivo respecto a los parámetros. La función objetivo se calcula variando el valor de uno de los parámetros ya optimizados entre 0.995 y 1.005 veces su valor óptimo, mientras todos los demás se mantienen invariantes. La medida de sensibilidad es el cambio en porcentaje del valor de la función objetivo como resultado del cambio en 1% del óptimo del parámetro (Villón, 2013). 24

CONCLUSIONES Los constantes efectos del cambio climático sobre el medio ambiente traen aparejados la ocurrencia de eventos extremos máximos y mínimos cada vez con más frecuencia, ocasionando daños económicos y sociales. Es por esta razón que la hidrología últimamente va orientada a la aplicación de modelos hidrológicos (matemáticos), capaces de reproducir el comportamiento cada vez más cercano a la realidad de la precipitación en las áreas que se estudian. Esto se debe a la imperiosa necesidad de disponer de modelos de pronóstico más eficaces, que nos ayuden a evaluar el efecto de las lluvias, predecir el riesgo de inundaciones y reducir en la medida de lo posible los daños por las mismas en una zona determinada. La escasez de datos de precipitación a escala horaria, obliga a los especialistas a crear diferentes variantes para el análisis de la respuesta hidrológica de la cuenca ante diferentes escenarios, así mismo la información del tipo y uso del suelo es de vital importancia en el estudio hidrológico. Son varios los modelos hidrológicos que existen, siendo el Sistema de Modelación Hidrológico del Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. (HEC-HMS por sus siglas en inglés) uno de los más utilizados, por ser un programa computacional gratuito y de amplio empleo internacional en el estudio de avenidas, el cual provee una variedad de opciones para simular procesos de precipitación-escurrimiento y tránsito de caudales. En los últimos años, especialistas cubanos han dado pasos en la aplicación del HEC-HMS para obtener hidrogramas de avenidas en algunas zonas del país, pero la experiencia de aplicación alcanzada es todavía insuficiente. La creación de varios escenarios permite evaluar la cuenca ante diferentes situaciones que se pueden presentar en la realidad, lográndose conocer y predecir el comportamiento de los caudales máximos y los hidrogramas de las avenidas en las zonas vulnerables a las inundaciones. El conocimiento de las condiciones de la zona de estudio, las características fisiográficas de la cuenca y del sistema fluvial, entre otras, permite la caracterización del área analizada y condicionan el éxito de la modelación.

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CAPÍTULO II. HERRAMIENTAS Y METODOLOGÍAS PARA LA MODELACIÓN DE LAS DISTINTAS APLICACIONES PROPUESTAS CON EL HEC-HMS v. 3.5

La intención principal de los estudios hidrológicos basados en la modelación hidrológica es la determinación de los umbrales de diseño requeridos para trabajos de planificación, es decir la determinación de zonas propensas a inundaciones, o bien de dimensionamiento de infraestructuras, entiéndase obras de regulación de avenidas, como presas, encauzamientos, y otros. El HEC-HMS es un modelo que ha sido configurado tanto de tipo agregado como distribuido, capaz de simular eventos aislados o procesos continuos, y desarrollado para estimar los hidrogramas de salida en una cuenca o (caudales máximos y tiempos al pico) a partir de condiciones extremas de lluvias, aplicando para ello algunos de los métodos de cálculo de hietogramas de diseño, pérdidas por infiltración, flujo base, conversión de la lluvia neta en escurrimiento directo y tránsito de avenidas por los tramos de ríos seleccionados. En el presente capítulo se presentan los procedimientos para utilizar el software de modelación hidrológica HEC-HMS v. 3.5, aplicando los diferentes modelos disponibles en software, para evaluar las pérdidas, transformar la lluvia neta en escurrimiento y evaluar el flujo base, entre otros, aplicados a su vez a diferentes escenarios que se pueden modelar con el software. Estas orientaciones se muestran a través de ejemplos prácticos construidos con el modelo de la cuenca Zaza, particularmente con la subcuenca Paso Ventura, la de mayor extensión en la cuenca. Complementario a estos procedimientos que de manera general se describen en el presente capítulo, por su extensión, y con la intensión de cumplir con el objetivo propuesto con esta guía de explicar con cierto nivel de detalles los pasos a seguir en el trabajo con el software y que sirva como material de consulta, en los anexos del capítulo se encuentran detalladas las fases de trabajo correspondientes a cada método de cálculo y escenario propuesto en esta guía de aplicaciones.

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2.1 Construcción del modelo de la cuenca Zaza en HEC-HMS v. 3.5. El modelo hidrológico conceptual debe ser lo más sencillo posible y a la vez capaz de representar lo más cercano a la realidad la zona de estudio. En su elaboración hay que tener en consideración elementos como: la pendiente de la zona, la red de drenaje, el tipo y uso del suelo, la importancia del área, las características de la precipitación, entre otros. Las instrucciones para obtener el MHC desde el software ArcView y su extensión HEC-GeoHMS se encuentran ampliamente desarrolladas en la bibliografía relacionada con el tema. El anexo 2.1, presenta de forma sintetizada este proceso. La construcción del modelo de la cuenca en el HEC-HMS, se realiza representando en el Escritorio de trabajo a través de los elementos componentes del programa, la red de elementos hidrológicos que representan de la mejor manera la zona. Los pasos generales son: 1. Ejecutar el HEC-HMS. 2. Definir el modelo de la cuenca. 3. Incluir mapas de la cuenca. 4. Agregar elementos hidrológicos. 5. Conectar elementos anteriormente creados. 6. Ingresar datos a los elementos hidrológicos de la cuenca. En el anexo 2.2 se describe el procedimiento de trabajo para la construcción del modelo hidrológico en el HEC-HMS, que se emplea en los ejemplos de casos que se presentan en esta guía de prestaciones. Una vez conformado el modelo, corresponde ingresar los datos de entrada (precipitación, caudal, de niveles en embalses) y las condiciones de frontera para la ejecución de la simulación. Este procedimiento se explica en detalles en el anexo 2.3.

2.2 Simulación Hidrológica aplicando los métodos de pérdidas y de transformación del Soil Conservation Service. En esta sección se explica de manera general cómo crear una corrida con el HEC-HMS, para estimar el caudal pico producido por el evento extremo que tuvo lugar entre el 31 mayo y el 4 de junio de 1988, en la subcuenca Paso Ventura. Se dispone de la información suministrada en los anexos 2.2 y 2.3, acerca de las características físicas y morfométricas de la cuenca, distribución de las subcuencas y características de los cauces que conectan a los elementos y donde se definen los métodos del SCS Curve Number y SCS Unit Hydrograph para evaluar las pérdidas por infiltración y transformar la lluvia neta en escurrimiento respectivamente. 27

Los pasos para crear la corrida son: 1. Ejecutar la orden Compute/ Create Simulation Run. 2. Definir un nombre a la corrida que se está creando. 3. Seleccionar el modelo base que se desea utilizar en la simulación. 4. Seleccionar el modelo meteorológico que se desea utilizar en la simulación. 5. Seleccionar la Especificación de Control que se desea utilizar en la simulación. En el anexo 2.4, está explicado paso a paso este procedimiento. El análisis de los resultados obtenidos por las corridas se analiza en el capítulo III de esta guía, donde además se presentan algunos casos particulares de aplicación del modelo, junto a la combinación de los diferentes métodos de cálculo.

2.2 Simulación Hidrológica aplicando algunos métodos de transformación. 2.2.1 Método de transformación Clark Unit Hydrograph. El modelo HEC-HMS v. 3.5 permite trabajar con diferentes métodos de transformación del proceso lluvia neta-escurrimiento. En esta sección se explica el procedimiento y la información necesaria para aplicar el método Clark Unit Hydrograph, específicamente en la subcuenca Paso Ventura, a través de un ejemplo práctico. Es un método que usa un hidrograma unitario sintético, o sea, el usuario no tiene que desarrollar un hidrograma a partir de las observaciones históricas. Se requiere para su aplicación el coeficiente de almacenamiento (R). Este coeficiente se define como el tiempo de retardo de las gotas de lluvia que se infiltran dando lugar al flujo subsuperficial para salir después a la superficie formando, de nuevo, parte de la escorrentía superficial. Este tiempo se mide en horas, como el tiempo de concentración. Si no se dispone de datos que permitan estimar el valor de este parámetro, se recomienda considerar un coeficiente de almacenamiento lo más próximo a cero (mayor que 0.1). El parámetro R se puede estimar también a partir de la calibración del modelo. Se toma como punto de partida el modelo anteriormente construido. En este caso se realiza una copia al modelo base, se definen el nuevo método de transformación y la información correspondiente, y por último se crea una nueva corrida. Este procedimiento, así como los datos que se consideran para mostrar la aplicación de este método se detallan en el anexo 2.5. Es preciso destacar que este procedimiento que a continuación se explica, aplicado a la subcuenca Paso Ventura, es válido también para todas las otras subcuencas del modelo y de la misma manera,

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según sea el caso, se puede definir previamente para todas las subcuencas, (Tools / Program Settings / Defaults), o bien de manera puntual para una subcuenca específica.

2.2.2 Método de transformación User Specified Unit Hydrograph. El método del Hidrógrafo Unitario definido por el usuario, no es un método sintético. Normalmente estos hidrógrafos se desarrollan de las observaciones de tormentas múltiples, cuando precipitación y flujo han sido medidas con el mismo intervalo de tiempo. El hidrógrafo unitario debe ser escogido de una lista de selección de hidrógrafos definidos previamente en el panel de datos pareados. En esta sección se muestra mediante un ejemplo, de forma específica en la subcuenca Paso Ventura, la aplicación del método de transformación del proceso lluvia – escurrimiento User Unit Hydrograph.

Tabla 2.1 Hidrógrafo unitario supuesto para la aplicación del método. t (hrs)

0

qu (m3/s) 0

12

24

36

48

60

72

84

96

108

3

8

24

26

11

8

5

2

0

Para ejemplificar esta aplicación se continúa trabajando con el mismo proyecto con que se desarrolló la sección anterior dedicada al Clark Unit Hydrograph. Se aplica a una subcuenca específica, pero igual es válido para un modelo con varias subcuencas. En el anexo 2.6 se explica en detalles el procedimiento para la aplicación del método de transformación. A continuación se numeran los pasos generales desarrollar. 1. Copiar el modelo base. 2. Actualizar el modelo meteorológico. 3. Introducir Hidrógrafo Unitario. 4. Seleccionar el método de transformación. 5. Crear simulación.

2.2.3 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para la transformación de la lluvia neta en escurrimiento. A continuación se describen otros de los métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar el proceso de transformación lluvia – escurrimiento en la cuenca: Kinematic Wave: El método de la onda cinemática está diseñado principalmente para la representación del proceso de transformación en zonas urbanas, aunque puede ser utilizado para las

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regiones no desarrolladas también. Para una mejor comprensión del método y los parámetros de entrada correspondientes a cada plano, como son la longitud, pendiente, rugosidad y porcentaje de área impermeable, se recomienda revisar el manual de usuario del HEC-HMS v. 3.5, disponible en la pestaña Help. ModClark: Es un método lineal, cuasi – distribuido que se basa conceptualmente en el hidrograma unitario de Clark. Fundamentalmente representa la subcuenca como un conjunto de cuadrículas. Requiere como entrada, el tiempo de concentración y el coeficiente de almacenamiento R para cada subcuenca y un archivo con los parámetros asociados a cada celda o grilla, como son sus coordenadas y el índice de tiempo de viaje. S – graph: No es un método sintético. Usa lo que es llamado una sumatoria del hidrógrafo unitario (abreviado como S – graph), para representar la respuesta de las subcuencas a una unidad de precipitación. El S- graph es definido en términos de porciento de unidades de flujo contra el porciento del tiempo Tlag.

2.3 Simulación Hidrológica aplicando algunos métodos para evaluar las pérdidas. 2.3.1 Método de pérdidas Initial and Constant. En esta sección se presenta el procedimiento y la información requerida por el software para aplicar el método Initial and Constant, a través de un ejemplo en la subcuenca Paso Ventura. El método de pérdida constante inicial es muy simple, apropiado para las cuencas que carecen de información detallada del suelo. La pérdida inicial representa la cantidad de precipitación entrante que se infiltró o almacenó en la cuenca antes de que comience la escorrentía superficial y la constante de velocidad determina la tasa de infiltración que se produce después de que la pérdida inicial está cubierta. Para la estimación de los parámetros correspondientes al modelo se sugiere revisar el Manual de Referencia Técnica del HEC-HMS. Estos parámetros se recomienda estimarlos a través de la calibración. En el anexo 2.7 se explica en detalles el procedimiento para la aplicación del método de transformación. A continuación se numeran los pasos generales desarrollar: 1. Importar modelo base de la cuenca. 2. Seleccionar el método para estimar las pérdidas por infiltración. 3. Ingresar los parámetros del modelo a utilizar. 4. Ejecutar la simulación.

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2.3.2 Método de pérdidas por interceptación y almacenamiento en depresiones. Las pérdidas por infiltración no son las únicas que intervienen en el ciclo del agua. En este epígrafe se muestra, a través de un ejemplo, el procedimiento de trabajo en el HEC-HMS v. 3.5 para estimar el gasto máximo sobre la subcuenca Paso Ventura considerando la influencia de las pérdidas que tienen lugar por interceptación (Canopy) y almacenamiento en depresiones (Surface). Es importante destacar que la versión 3.5 del HEC-HMS evalúa estas pérdidas separadas de las pérdidas por infiltración. Para el ejemplo que se desarrolla se considera el método SCS Curve Number para evaluar las pérdidas y el Clark Unit Hydrograph para transformar la lluvia neta en escurrimiento, los datos correspondientes a estos modelos serán los mismos que se emplearon en las secciones anteriores donde se presentaron. Los métodos (Canopy y Surface) están disponibles en la pestaña Subbasin, su inclusión en el proceso de simulación es opcional y por lo general se utilizan para las aplicaciones de simulación continua. En el anexo 2.8 se explica en detalles el procedimiento para la aplicación del método de pérdidas, aplicado de manera experimental y considerando el evento como continuo. A continuación se numeran los pasos generales a desarrollar: 1. Seleccionar el método para estimar las pérdidas por interceptación y almacenamiento. 2. Ingresar los parámetros asociados a los métodos seleccionados. 3. Crear simulación.

2.3.3 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar las pérdidas por infiltración. A continuación se describen otros de los métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para considerar las pérdidas por infiltración en la cuenca: Deficit and Constant Loss: El método déficit y pérdida constante utiliza una sola capa de suelo para registrar los continuos cambios en el contenido de humedad del suelo. Se debe utilizar en combinación con un modelo meteorológico que calcule la evapotranspiración. Exponential Loss: Es un método empírico que relaciona la tasa de pérdida con la intensidad de la lluvia y con las pérdidas acumuladas. No se debe utilizar para la simulación continua. Incluye la opción de aumentar la infiltración inicial cuando el suelo es particularmente seco antes de la llegada de una tormenta. Green and Ampt Loss: Se basa en la ecuación de conservación de la masa combinado con la Ley de Darcy, para describir de manera física la infiltración como movimiento de filtración vertical del agua

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en las zonas saturadas del suelo. Requiere información detallada de la distribución de la precipitación, no siempre disponible. Smith Parlange Loss: Este método aproxima la ecuación de Richard para la infiltración en el suelo asumiendo que la humedad antecedente puede ser representada por una escalada exponencial de la conductividad saturada. De manera opcional se puede ingresar información que registre la temperatura, sino se selecciona ningún registro, el método supone una temperatura media de 25 ̊C. Soil Moisture Accounting Loss: Se usa para la simulación continua; en este caso los datos de entrada son la precipitación y la evapotranspiración. Este módulo como todos los de simulación continua reproduce el comportamiento de la cuenca teniendo en cuenta el proceso de secado del suelo durante los periodos sin lluvia. La versión 3.5 también permite evaluar a través de celdas o grillas las pérdidas que ocurren en el suelo, con esta herramienta están disponibles los siguientes métodos: Gridded Soil Moisture Accounting, Gridded SCS Curve Number Loss, Gridded Green and Ampt Loss, Gridded Deficit Constant Loss. El procedimiento de trabajo con estos métodos está fuera de los objetivos propuestos con esta guía, se recomienda revisar el Manual de Usuario del software y como fuente complementaria el trabajo de diploma de Liliana Carreras, Metodología para la modelación distribuida con el software HEC-HMS desarrollado en 2013.

2.4 Simulación Hidrológica aplicando algunos de los métodos para evaluar el flujo base. 2.4.1 Método de flujo base Recession. Este método es propuesto preliminarmente para la simulación tipo evento, sin embargo tiene la posibilidad de regresar a su estado inicial después de cada evento de tormenta, lo que posibilita también su uso en simulaciones continuas. Las condiciones iniciales del flujo base deben ser definidas por el usuario, para ello el HEC-HMS v. 3.5 dispone de dos métodos: Descarga (Discharge) y Descarga por área (Discharge per area). La constante de recesión se estima mediante el gasto ocurrido en un día en la cuenca (Q1) entre el registrado un día antes (Q2). En caso de que el gasto de ambos días sea el mismo, el valor a utilizar es 0.9, pues 1 es un valor ideal. Para este ejemplo se consideró 0.75. Tipo de umbral (threshold type) es el caudal con el cual el modelo comienza a programar una nueva recesión, este valor es adimensional. Para este ejemplo se consideró 0.15. En el anexo 2.9 se explica en detalles el procedimiento para la aplicación del método de flujo base a través de un ejemplo hipotético en la subcuenca Paso Ventura.

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2.4.2 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar el flujo base. A continuación se describen otros de los métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para considerar el aporte del flujo base en el escurrimiento de la cuenca: Bounded Recession Baseflow: El método limitado de recesión que considera la influencia del flujo base, es propuesto primariamente para las operaciones de pronóstico en tiempo real. El método es muy similar al método de recesión. Las diferencias principales son que los límites de baseflow mensuales se pueden especificar por el usuario, y que este método no regresa a su estado inicial después de cada evento de tormenta, por tanto no es válido para una simulación continua. Constant Monthly Baseflow: El método de flujo base mensual constante permite la especificación de un flujo base constante para cada mes del año. Es propuesto primariamente para la simulación continua en subcuencas donde el flujo base se aproxime bastante bien a un flujo constante para cada mes. Linear Reservoir Baseflow: Este método considera un embalse lineal para modelar la recesión del gasto subterráneo después de una tormenta. Conserva la masa dentro de las subcuencas. La infiltración calculada por el método de pérdidas es conectada como flujo entrante al embalse lineal. Nonlinear Boussinesq Baseflow: Este método está diseñado para aproximar el comportamiento típico observado en cuencas cuando el flujo en los cauces disminuye después de un evento. Es similar al método de recesión, pero mediante una capa subterránea no confinada e invocando las suposiciones de Boussinesq, es posible definir los parámetros del método usando datos confiables.

2.5 Simulación Hidrológica aplicando el método de tránsito de Muskingum. 2.5.1 Método de Muskingum. El método de Muskingum para transitar avenidas entre dos secciones de un río es un método simplificado muy conocido. En su formulación básica supone que el almacenamiento (S) en el tramo comprendido entre dos secciones es una función lineal del gasto que entra en la sección aguas arriba (I) y el que sale en la de aguas abajo (O). Además, considera que en el tramo no hay influencia lateral. En esta sección se expone a través de un ejemplo el procedimiento a desarrollar para transitar la avenida por el cauce, aplicando los diferentes métodos disponibles en la v. 3.5 del HEC-HMS. Se continua trabajando con la subcuenca Paso Ventura, específicamente se analiza el tránsito del hidrograma que genera el escurrimiento de esa subcuenca en el río donde descarga. 1. Importar modelo base de la cuenca.

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En este caso, para cargar el proyecto Zaza ev. 88, con el que se viene trabajando en esta guía, se importa hacia un nuevo proyecto la corrida del ev. 88 (Simulation Run), con lo que se importa también el modelo base de la cuenca, el modelo meteorológico y las especificaciones de control. A continuación, solo se describe el procedimiento para aplicar el método sobre el río; luego el usuario debe ejecutar la corrida previamente importada y obtener entonces el hidrograma resultante del tránsito. Los datos de los parámetros corresponden al modelo construido por (Rodríguez, 2011). 2. Seleccionar el método de tránsito de la avenida. I.

Hacer click desde el Escritorio de trabajo, sobre el elemento río (Reach R 310), componente del sistema fluvial donde descarga la subcuenca Paso Ventura.

II.

Al hacer click sobre la pestaña

aparece en el Editor de componentes la siguiente

ventana.

Fig. 2.1 Pestaña reach del Editor de componentes.

En ella definir:  Description: Opcional.  Downstream: Chequear que sea JR 350.  Routing Method: Muskingum.  Loss/Gain Method: None. III.

Hacer click en la pestaña Routing y en ella definir, parámetros del método Muskingum.

Fig. 2.2 Pestaña routing en el Editor de componentes.

En ella definir:  K (Coeficiente de proporcionalidad) (hrs): 2.  X (Factor de ponderación): 0.2.  Subreaches: 1.

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2.5.2 Método de pérdidas y ganancias sobre el cauce (loss/gain). Otra de las aplicaciones disponibles en HEC-HMS v. 3.5 es la posibilidad de considerar en el tránsito de la avenida por un río, la interacción de este con el subsuelo, a través del método Loss/Gain que permite evaluar la influencia de las pérdidas y aportes en el río. El método de pérdida / ganancia representa las pérdidas a lo largo del cauce, las adiciones al río producto de las aguas subterráneas, y/o los movimientos del agua bi-direccionales en función de la aplicación específica de un método. Se proporcionan un total de dos métodos de ganancia / pérdida diferentes. Cada método incluido en el programa brinda un nivel de detalle diferente y estos sólo son compatibles con ciertos métodos de tránsito, en función de la información disponible. En esta sección, como se ha venido desarrollando en esta guía de prestaciones del HEC-HMS v. 3.5, a través de un ejemplo se detalla el procedimiento y la información requerida para aplicar en este caso el método Constant Loss/Gain sobre el río R 310 donde descarga el aporte superficial de la subcuenca Paso Ventura. 1. Seleccionar el método Loss/Gain. Se continúa trabajando con el proyecto de la sección anterior donde se indicó el proceder para transitar la onda de la avenida sobre el río (R 310), a donde descarga el aporte de la subcuenca Paso Ventura. I. II.

Hacer click desde el Escritorio de trabajo, sobre el elemento río (Reach R 310). En la celda Loss/Gain, seleccionar el método Constant Loss/Gain.

Fig. 2.3 Selección del método para considerar las pérdidas en el cauce.

III.

Luego hacer click sobre la pestaña Loss/Gain dentro de la propia ventana del río R 310.

IV.

El método de loss / gain constante utiliza una relación empírica para calcular la pérdida sobre el cauce, empleando valor de reducción del caudal fijo para el gasto entrante y una relación de disminución del flujo para el resto. Este método no dispone de ninguna capacidad para representar los aportes al cauce y es válido para todos los métodos de tránsito disponibles en el software.

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Fig. 2.4 Pestaña para definir parámetros del método loss/gain.

Concretamente en la pestaña loss/gain:  Flow rate (m3/s): 1.10.  Fraction: 0.2. Una vez definido el nuevo método loss/gain, se puede ejecutar la corrida del modelo, no es preciso generar una nueva simulación, ya que solo se agregó otro método al modelo. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento. El otro método disponible es Percolation, que utiliza una tasa de infiltración constante en combinación con la zona inundada en el tramo para calcular la pérdida del río, no dispone de ninguna capacidad para representar los aportes al cauce. Solo es compatible con los métodos de tránsito Puls modificado y Muskingum-Cunge.

2.5.3 Otros métodos disponibles en HEC-HMS v. 3.5 para evaluar el tránsito de avenidas por el cauce. Kinematic Wave Routing: Este método usa la ecuación de continuidad y aproxima el flujo continuo, uniforme de la ecuación de momentum. Se asume que la rasante de energía es igual a la pendiente de fondo. Sin embargo, las ecuaciones son resueltas usando aproximaciones en diferencias finitas. De forma general requiere que se le suministre información acerca de la longitud, la pendiente y la n media de Manning a lo largo de todo el cauce. Es excelente en áreas urbanas, donde los canales han sido modificados para tener una forma y pendiente regular. Lag Routing: Solo representa la trasformación del flujo en olas. No incluye ninguna representación de la atenuación de procesos de difusión. Consecuentemente, su empleo está mejor indicado en pequeños cauces con predecible tiempo de viaje y donde no haya variaciones en la profundidad del flujo. Modified Puls Routing: Es usualmente llamado tránsito con almacenamiento en corrientes (ríos) o en piscina nivelada (embalses). Usa los principios de conservación de la masa y las relaciones entre el almacenamiento y la descarga del recorrido del flujo a través del tramo de río. La atenuación se

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consigue a través del almacenamiento y del atraso de la descarga en el río, en lugar de a través de una conservación rigurosa del momento. Muskingum Cunge: Fue propuesto por Cunge (1969), como una modificación al método tradicional de tránsito Muskingum, está basado en la combinación de la ley de conservación de la masa y la representación de la difusión de la conservación del momento. Representa la atenuación de las olas de flujo y puede ser usado en tramos con pequeñas pendientes. Se aplica a flujos totalmente no permanentes.

2.6 Caudales máximos de diseño para periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. De la información recopilada por las estaciones de monitoreo de la cuenca Zaza se tiene el registro de precipitaciones diarias (24 horas) máximas anuales PD máx. de la estación Paso Ventura (SS 502) y el registro de precipitación del evento ocurrido entre el 1 y 2 de junio de 1988. Con esta información se muestra, a través de un ejemplo, cómo aplicar el HEC-HMS para estimar los caudales máximos de diseño para diferentes periodos de retorno. 1. Cálculo de los Hietogramas para los correspondientes Tr, en la subcuenca Paso Ventura. Los datos necesarios, así como el procedimiento para el cálculo de los hietogramas, según (Villón, 2013) y los resultados obtenidos para los distintos periodos de retorno del evento ocurrido entre el 1 y 2 de junio de 1988, se muestran en el anexo 2.10. 2. Cálculo de caudales de diseño para distintas probabilidades de ocurrencia. Para esto se hace uso de una de las herramientas del HEC-HMS, que permite importar hacia un nuevo proyecto, el modelo base de la cuenca. El proceso para importar la simulación ya se indicó en secciones anteriores, por tanto en esta se orienta solamente. I.

Ejecutar el software HEC-HMS v. 3.5, hacer doble click sobre el ícono de acceso directo que se encuentra en el Escritorio del computador.

II.

Generar un nuevo proyecto, haciendo click en el ícono , seguidamente definir el nombre p. ej. (Zaza Qmáx. diseño), la dirección, una descripción (opcional) y el sistema en que se introducen los datos (metric).

III.

Ejecutar la orden File/ Import/ y seleccionar de las opciones disponibles importar hacia el nuevo proyecto el modelo base de la cuenca correspondiente a Zaza.

IV.

Comprobar que en la subcuenca Paso Ventura estén definidos los métodos de cálculo SCS Curve Number y de transformación SCS Unit Hydrograph, lo demás dejarlo en None.

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Hecho esto corresponde introducir en este proyecto los datos necesarios para entonces calcular los gastos máximos para los diferentes periodos de retorno. Ese procedimiento se aplica al resto de los modelos que corresponden a cada periodo de retorno. V.

Datos de Precipitación, hacer click en la opción Components/ Time-Series Data Manager, para introducir los datos de precipitación de la subcuenca Paso Ventura.

VI.

Hacer click en la pestaña New para crear los distintos pluviógrafos. Se deben crear tantos pluviógrafos como series de Tr se dispongan simular.

En Name: El nombre del equipo, p.ej. Paso_Ventura_T 10. En Description: Esta descripción es opcional. Ahora corresponde, introducir en cada uno de esos pluviógrafos anteriormente creados la serie correspondiente al evento que se quiere analizar. VII.

Hacer click en Editor de componentes en: Time Series Data/Precipitation Gages/, para seleccionar el equipo al que se quiere introducir los datos.

VIII.

Especificar la forma de entrada de los datos (Manual Entry), las unidades (Incremental millimeters), el intervalo (1 hours) y la fecha y hora de comienzo y fin del aguacero que se quiere analizar, esto se explicó en detalles en secciones anteriores.

IX.

Hacer click en la pestaña Table e ingresar los datos de precipitación, en este caso los correspondientes a (Tr 10) para los intervalos cada una hora en este caso. Se puede copiar y pegar si estos estuviesen disponibles desde una hoja de Excel.

3. El modelo meteorológico. Sirve para aplicar el pluviógrafo creado a la subcuenca. Para este caso se tiene el pluviógrafo T 10, para lo cual se debe crear un modelo meteorológico correspondiente (Met T 10). Este procedimiento se aplica al resto de los modelos que corresponden a cada periodo de retorno. El proceso es similar: I. II.

Seleccionar Components/Meteorologic Model Manager. En la ventana Create a New Meteorologic Model ingresar un nombre de modelo meteorológico y una descripción (no obligatorio).

En Name: El nombre del modelo, p.ej. Met T 10. En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés, p.ej. Met. T_10, para simular periodos de retorno de 10 años. En la ventana del editor de componentes aparecerán las propiedades del modelo meteorológico (Met T 10) y varias pestañas.

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En este panel, hacer click en la pestaña Basin, en la columna Include Subbasin (incluir subcuencas), aparece No, hacer click en este campo para seleccionar Yes. IV.

En el panel del Explorador de la cuenca, al hacer click sobre

, en el panel

del Editor de componentes y en la columna Gages, vincular cada una de las subcuencas a los pluviógrafos que ya se han ingresado. En el caso de la subcuenca que se analiza seleccionar el registro Paso_Ventura_T 10. Así queda construido el modelo meteorológico necesario para estimar el gasto máximo para un periodo de retorno de 10 años. 4. Especificaciones de Control. Las especificaciones de control se deben crear siguiendo las mismas indicaciones dadas en secciones anteriores en esta guía.  Fecha de inicio: 01Jun1988.  Fecha de culminación: 03Jun1988.  Hora de inicio: 08:00  Hora de culminación: 03:00  Intervalo de cálculos: 30 min. La fecha y hora de culminación de las especificaciones de control deben ser mayores que las de culminación del aguacero, esto para considerar en la simulación todo el aporte del escurrimiento de la subcuenca. 5. Crear simulación. En este caso se deben generar cuatro corridas del modelo, cada una corresponde a un periodo de retorno, y cada periodo de retorno a un modelo meteorológico, el modelo de la cuenca y las especificaciones de control son las mismas para cada intento de simulación. Para crear el protocolo de simulación, se realiza la orden: Compute/ Create Simulation Run. Al ejecutar la orden se despliegan 4 ventanas, una tras otra, donde se seleccionan la combinación de elementos a simular. Aquí se debe tener cuidado al seleccionar el modelo meteorológico correspondiente al periodo de retorno que se desea simular, ya que en la ventana correspondiente debe aparecer más de uno. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

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2.7 Estimado del gasto máximo a partir de tormentas hipotéticas basadas en frecuencias. En esta sección se muestra cómo aplicar el software de simulación hidrológica HEC-HMS v. 3.5, para indicar el caudal de diseño (Qmáx) a utilizar, haciendo uso de las tormentas hipotéticas basadas en frecuencias. Se dispone del MHC de la cuenca Zaza, con la que se viene trabajando en los apartados anteriores. Se considera que la tormenta cubre toda la cuenca. Con esta información, determinar las alturas de precipitación para periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años, para duraciones de 5 min, 15 min, 60 min, 2 hrs, 3hrs y 6hrs, en la subcuenca Paso Ventura. 1. Cálculo de las relaciones: altura – duración – periodo de retorno, para Tr = 10, 50 y 100 años. Los resultados de la aplicación del método empírico Dyck y Peschke, para el cálculo de las alturas de precipitación para periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años, y duración de 6 horas, correspondientes a la subcuenca Paso Ventura así como el proceso para obtener estas distribuciones de frecuencias, se muestran en el anexo 2.11. 2. Cálculo del gasto máximo a partir de tormentas hipotéticas. El proceso de trabajo con el HEC-HMS v. 3.5, para calcular el gasto máximo a partir de tormentas hipotéticas basadas en frecuencias, requiere de un modelo de la cuenca, por tanto como se indicó en la sección anterior este se puede importar. Hecho esto, corresponde entonces crear los modelos meteorológicos necesarios en este proyecto para calcular los gastos máximos a partir de tormentas hipotéticas basadas en frecuencias. Se deben crear 4 modelos meteorológicos, correspondientes a la subcuenca Paso Ventura para los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. A continuación se describe como crear en HEC-HMS v. 3.5, el modelo meteorológico para la subcuenca Paso Ventura y un periodo de retorno de 50 años. I. II.

Seleccionar Components/Meteorologic Model Manager. En la ventana Create a New Meteorologic Model ingresar un nombre de modelo meteorológico y una descripción (no obligatorio).

En Name: El nombre del modelo, p.ej. Met 50_PV, esto significa que es el modelo meteorológico para la subcuenca Paso Ventura y un periodo de retorno de 50 años. En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés, p.ej. Met. T_50, para simular periodos de retorno de 50 años. III.

Hacer click en la pestaña

, en la ventana que se muestra definir el tipo de

precipitación que se introduce al modelo: seleccionando Frequency Storm, como se muestra en la figura. 40

IV.

No hay datos de evapotranspiración (Evapotranpiration) ni de nieve (Snowmelt), por tanto para ambos se acepta la opción (None), el sistema de unidades también se acepta métrico (Metric).

Fig. 2.5 Pestaña del modelo meteorológico.

V.

En este panel, hacer click en la pestaña Basin, en la columna Include Subbasin (incluir subcuencas). Cuando aparece No, hacer click en este campo para seleccionar Yes.

VI.

En el panel del Explorador de la cuenca, hacer click sobre

.

Esta ventana rellenarla con la información que a continuación se especifica:  Probability (Probabilidad de excedencia): 50 Percent.  Input Type (Tipo de entrada): puede seleccionarse duración parcial o duración anual.  Output Type (Tipo de salida): puede seleccionarse duración parcial o duración anual.  Intensity Duration (Duración de la intensidad): para este caso se coloca 5 min de duración de la intensidad máxima.  Storm Duration (Duración de la tormenta): para este caso se ha generado una tormenta de 6 hrs, lo datos están disponibles en A.2.5.  Intensity Position (Posición de la intensidad): se puede elegir el 50 %.  Storm Area: (área de la tormenta): considerar que la tormenta cubre toda la cuenca, en este caso el área de la subcuenca Paso Ventura (837.493 km2). Ingresar los datos de altura de precipitación, para duraciones de 5 min, 15 min, 60 min, 2 hrs, 3hrs y 6hrs, que para Tr: 50 años. 3. Especificaciones de Control. En este caso el intervalo de tiempo que se simula es el mismo que el de la tormenta, solo que se considera que la precipitación que cae sobre la subcuenca Paso Ventura es de 2 % de probabilidad, por tanto las especificaciones de control son las mismas y ya fueron importadas al comienzo de esta sección.

41

4. Crear simulación. Para crear el protocolo de simulación, se realiza la orden: Compute/Create Simulation Run. Al ejecutar la orden se despliegan 4 ventanas, una tras otra, donde se seleccionan la combinación de los componentes a simular. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

2.8 Respuesta hidrológica de la cuenca ante cambios en el uso del suelo. 2.8.1 Escenario de futura urbanización de la subcuenca Paso Ventura. Una de las situaciones que permite modelar el software HEC-HMS, es precisamente la respuesta hidrológica de la cuenca hidrográfica ante el efecto de una futura urbanización. En este epígrafe, como se ha venido desarrollando en el presente capítulo, se detalla a través de un ejemplo práctico la secuencia a desarrollar con el software para modelar este escenario. El hecho de simular el efecto de una futura urbanización, en este caso sobre una subcuenca, no requiere que se defina un nuevo modelo de especificaciones de control y los modelos meteorológicos siguen siendo los mismos; en cambio, sí se reqiere un nuevo modelo de cuenca donde se deben reflejar los cambios previstos en la cuenca. Por tanto, se propone importar el modelo de la cuenca Zaza, específicamente la simulación correspondiente al ev. 88, lo que representa importar también el modelo meteorológico y las especificaciones de control, para entonces realizar las indicaciones que se presentan: 1. Cargar el modelo de la cuenca y definir los métodos de cálculo a utilizar. I.

Ejecutar el software HEC-HMS v. 3.5, hacer doble click sobre el ícono de acceso directo que se encuentra en el Escritorio del computador.

II.

Generar un nuevo proyecto, haciendo click en el ícono , seguidamente definir el nombre p. ej. (Zaza Urb.).

III.

Ejecutar la orden File/ Import/ y seleccionar importar la simulación del ev. 88.

IV.

Hacer click derecho sobre el modelo de cuenca Zaza

y crear una copia, con el

nombre: current. (actual). V.

Desplegar el modelo creado y seleccionar la subcuenca Paso Ventura, en ella definir los siguientes métodos.

Loss Method: Initial and Constant. Transform Method Snyder Unit Hydrograph.

42

Baseflow Method: Recession. VI.

Aceptar cada vez, la ventana que indica el cambio de métodos en la subcuenca seleccionada.

En el caso de los métodos para evaluar las pérdidas por infiltración y el aporte del flujo base, Initial and Constant y Recession respectivamente, ingresar los datos que se proponen en las secciones donde se muestra específicamente el trabajo con ambos métodos (Epígrafes 2.3.1 y 2.4.1). En el caso del método para transformar la lluvia en escurrimiento, se presenta el método del Hidrógrafo Unitario de Snyder. Hacer click en la pestaña Transform, donde se muestra la siguiente ventana, en ella ingresar:

Fig. 2.6 Pestaña Transform. Condiciones actuales.

 Method: Standard  Standard Lag (hrs): 7.6  Peaking Coefficient: 0.16  Hacer click derecho sobre el modelo de cuenca Current (actual), y crear una copia, con el nombre: Future. (futura). Desplegar el modelo creado y seleccionar la subcuenca Paso Ventura, y cambiar:  En la pestaña Loss, cambiar el porciento de área impermeable de 3 a 13%, lo que representa que el área que se pretende urbanizar representa el 10% de la subcuenca.

Fig. 2.7 Pestaña Transform. Condiciones futuras.

En la pestaña Transform, cambiar el tiempo de retardo Tlag, de 7.6 hrs por 6.5 hrs. Lo demás se mantiene como está. 2. Actualizar el modelo meteorológico. Como se crearon sobre un proyecto existente nuevos modelos de cueca, y para ellos se desea seguir trabajando con el mismo modelo meteorológico, entonces se le debe indicar al software: I.

Ejecutar la orden Met2 / Basins. 43

II.

En el campo Include Subbasins, seleccionar la opción Yes, para los modelos de cuenca anteriormente creados, es decir: Current y Future.

3. Crear una nueva simulación. En este caso sí es preciso crear una nueva simulación, tanto para las condiciones actuales como futuras. Para ello se sigue el mismo proceder explicado en secciones anteriores; se debe ser consecuente con el escenario que se desea simular y el modelo de cuenca a seleccionar, el modelo meteorológico y las especificaciones de control no varían. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

2.8.2 Escenario de futura urbanización aplicando el método de pérdidas del SCS. La aplicación mostrada en el epígrafe anterior explica como simular la urbanización futura de la cuenca aplicando el método de transformación Snyder Unit Hydrograph, variando sus condiciones de frontera para representar las condiciones actuales y futuras sobre la cuenca. Otra posibilidad es aplicar el método de pérdidas del SCS, de la misma manera, el usuario define para las condiciones de simulación los valores del parámetro CN que reflejen a su interés los cambios sobre la cuenca. El efecto de urbanización se refleja en el parámetro de la Curva Número aumentando su valor, lo que representa un aumento en el gasto pico del hidrograma resultante. Para ambos modelos de cuencas anteriormente creados (current y future), sobre la subcuenca Paso Ventura definir los métodos de transformación y pérdidas, SCS Unit Hydrograph y SCS Curve Number respectivamente. Los demás módulos se desprecian para este caso, pero son totalmente compatibles si el usuario desea considerarlos. I.

En la pestaña Loss, de la subcuenca Paso Ventura, correspondiente al modelo de cuenca Current, definir los siguientes parámetros:  Initial Abstraction (mm): mantenerlo en blanco, el software asume: 0.2 S.  Curve Number: 76.  Impervious: 3.0 %.

II.

En la pestaña Loss, de la subcuenca Paso Ventura, correspondiente al modelo de cuenca Future, definir los siguientes parámetros:  Initial Abstraction (mm): mantenerlo en blanco, el software asume: 0.2 S.  Curve Number: 84.  Impervious: 3.0 %.

44

2.8.3 Escenario de conservación y rehabilitación de la subcuenca. Muchos de los problemas de erosión y sedimentación que ocurren en las cuencas hidrográficas, así como el agotamiento del recurso hídrico, pueden evitarse o reducirse notablemente aplicando medidas y políticas de prevención a través de una buena planificación para el uso de las tierras. Físicamente, el HEC-HMS reproduce este escenario, que se traduce en una reducción de la curva número correspondiente a la zona que se analiza, correspondiente a las condiciones futuras de la cuenca. El proceso es similar al descrito en la sección anterior aplicando el método de pérdidas del SCS. Para este caso se considera que sobre la subcuenca Paso Ventura, debido al efecto de rehabilitación el valor de la CN, varía de 76 para las condiciones actuales a 66 en condiciones futuras.

2.8.4 Variación de las condiciones de humedad antecedentes del suelo. En esta sección se propone simular la respuesta hidrológica de la subcuenca Paso Ventura, considerando las tres condiciones de humedad antecedentes del suelo, saturado (AMC III), media (AMC II) y seco (AMC I) del SCS. 1. Importar el modelo de la cuenca. Se propone importar el proyecto Zaza 88, con el que se han desarrollado los ejemplos de esta guía, lo que implica importar además el modelo meteorológico y las especificaciones de control, siguiendo las mismas instrucciones dadas en secciones anteriores. 2. Crear copias al modelo de la cuenca. Crear dos copias al modelo de la cuenca, correspondientes a los estados de humedad del suelo saturado y seco. 3. Actualizar el modelo meteorológico. El modelo meteorológico se importó cuando se seleccionó importar (Simulation Run), por tanto se debe asociar los modelos de cuencas anteriormente creados a este modelo, siguiendo las indicaciones que se desarrollan en esta guía en epígrafes anteriores. 4. Ingresar valores de CN correspondientes a la condición de humedad. Los valores de CN que a continuación se proponen para el ejemplo se estimaron a partir de la clasificación en clases hidrológicas para los suelos cubanos (López, Herrera y Castellanos, 1998). I.

En la pestaña loss correspondiente al modelo de cuenca creado para la AMC II escribir:  Initial Abstraction: None.  Curve Number: 76.  Impervious (%): 3. 45

II.

En la pestaña loss correspondiente al modelo de cuenca creado para la AMC III escribir:  Initial Abstraction: None.  Curve Number: 87.  Impervious (%): 3.

III.

En la pestaña loss correspondiente al modelo de cuenca creado para la AMC I escribir:  Initial Abstraction: None.  Curve Number: 57.  Impervious (%): 3.

5. Ejecutar la simulación. Crear tres modelos de corrida de simulación cada uno correspondiente al modelo de cuenca donde se consideró diferente la condición de humedad del suelo.

2.9 Respuesta hidrológica de la subcuenca debido a la derivación de caudales. Ante la necesidad del desarrollo agrícola en determinadas zonas de la cuenca hidrográfica, se analiza a través de un ejemplo la posibilidad de derivar gasto que escurre por los cauces, y satisfacer la demanda de agua de los usuarios. En anexo 2.12 se muestra cómo se puede reproducir la respuesta hidrológica de una cuenca haciendo uso del HEC-HMS v. 3.5, si se deriva parte del caudal que se produce en el cierre de la cuenca Paso Ventura. Para desarrollar esta aplicación con el HEC-HMS se dispone también del MHC y los datos correspondientes al ev. (31 May – 04 Jun) de 1988. Los pasos generales son: 1. Importar el modelo de la cuenca. 2. Representar elementos hidrológicos en el modelo.  Desconectar elementos hidrológicos.  Representar las derivaciones de caudal.  Representar el canal de derivación.  Conectar elementos hidrológicos. 3. Introducir datos pareados de QDISPONIBLE vs QDERIVADO. 4. Asignar datos a los elementos hidrológicos. 5. Datos de Precipitación. 6. Modelo meteorológico. 7. Especificaciones de control.

46

2.9.1 Explotación y Recarga de un supuesto acuífero. El HEC-HMS, a través de los elementos hidrológicos que permiten construir el modelo de la cuenca, admite simular el efecto de considerar la recarga y explotación de acuíferos subterráneos. Sin ser el HEC-HMS un modelo de simulación de aguas subterráneas cuenta con el modelo Baseflow que permite evaluar la influencia del agua subterránea en el hidrograma resultante como respuesta de la cuenca. En anexo 2.13 se explica el método Constant Monthly, correspondiente al modelo Baseflow, para evaluar el comportamiento del hidrograma resultante, debido a la explotación de un hipotético acuífero en la zona de la subcuenca Paso Ventura que vierte sus aguas en el río R 310, a donde descargan las aguas del escurrimiento superficial generado en la propia subcuenca y la función derivación de caudales para simular el efecto de la recarga. Los pasos fundamentales para representar la explotación son: 1. Importar el modelo de la cuenca. 2. Definir método de cálculo. 3. Ingresar datos al modelo. Tabla 2.2 Gasto constante mensual a extraer del acuífero (supuesto). Month

Jan. Feb. Mar. Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.

Baseflow (cms) 4

3

2

2

4

7

7

7

8

7

5

4

4. Especificaciones de Control. El resto de los datos correspondientes al modelo se importaron al inicio de esta sección cuando se indicó importar la corrida del modelo correspondiente al ev. 88. 5. Ejecutar simulación. No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se importó desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutar la simulación. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento. Los pasos fundamentales para representar la recarga son: 1. Importar el modelo de la cuenca. El modelo de la cuenca del nuevo proyecto se obtiene de importar el proyecto Zaza ev (31 May – 04 Jun) de 1988, siguiendo el mismo procedimiento que se describió en secciones anteriores. 2. Representar elementos hidrológicos en el modelo.

47

En este caso se analiza el escenario de derivar el caudal que aporta la subcuenca Paso Ventura antes de que este llegue al rio, con el objetivo de entregarlo para recargar un acuífero. 3. Introducir datos pareados de QDISPONIBLE vs QDERIVADO. Tabla 2.3 Gasto a derivar para recargar el acuífero (supuesto). Inflow (cms)

0 10 20 30 35 40 45 50 100 500 1000 2000

Diversion (cms) 0 0

0

0

10 10 15 15 15

15

20

20

4. Asignar datos a los elementos hidrológicos. Los datos de precipitación y el modelo meteorológico ya fueron asignados al modelo cuando se importó el modelo de la cuenca y la simulación del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988. Especificaciones de Control. El resto de los datos correspondientes al modelo se importaron al inicio de esta sección cuando se indicó importar la corrida del modelo correspondiente al ev. 88. 5. Ejecutar simulación. No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se importó desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutar la simulación. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

2.10 Prueba de optimización (calibración). Una de las herramientas más potentes de que dispone el HEC-HMS es la optimización. Como su nombre indica, permite optimizar determinados parámetros del modelo que se analiza y con ello ser más certeros en los resultados que se obtienen, lo que repercute en una mejor toma de decisiones. Para desarrollar el proceso de calibración es imprescindible contar con datos de observaciones, bien de niveles o caudal, los cuales se le proporcionan al programa y a partir de las distintas funciones objetivos disponibles se ejecuta la optimización. En el anexo 2.14 se muestra un ejemplo sencillo del procedimiento de optimización, específicamente en la subcuenca Paso Ventura a partir de los datos observados en su estación de aforos ubicada en el cierre de la subcuenca. Para profundizar en el tema se recomienda revisar la tesis de González, L. L. (2013). “Estudio sobre la calibración del modelo hidrológico en la cuenca Zaza”. En ella se aplica el proceso de calibración sobre dos de las subcuencas del modelo y de la estación de aforos ubicada en el cierre del embalse, empleando todas las funciones objetivos disponibles en el software.

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Para desarrollar este ejemplo de aplicación del HEC-HMS se dispone del MHC y los datos correspondientes al ev. (31 May – 04 Jun) de 1988. El resultado de la calibración del modelo se presenta en el próximo capítulo de este documento. Los pasos generales son: 1. Importar el modelo de la cuenca. 2. Ingresar datos de caudales observados. 3. Asociar datos al elemento. 4. Crear intento de optimización. La función objetivo seleccionada para esta aplicación Percent Error Peak (Error porcentual en el caudal máximo) es la que mejor representa el comportamiento del escurrimiento en la subcuenca Paso Ventura, según los resultados obtenidos por González López, L. (2013). “Estudio sobre la calibración del modelo hidrológico en la cuenca Zaza” 5. Definir parámetros a optimizar. En la pestaña Element, es donde se selecciona el elemento que representa la componente hidrológica donde se desea realizar la calibración. Se puede seleccionar un elemento específico o todos. El resultado de la calibración del modelo se presenta en el próximo capítulo de este documento.

2.11 Modelación hidrológica del tránsito por embalses. 2.11.1 Simulación hidrológica considerando un embalse en el cierre de la subcuenca Paso Ventura. Una de las herramientas del software de modelación hidrológica HEC-HMS es la posibilidad de poder representar los embalses como elementos hidrológicos componentes del modelo de la cuenca. Esta permite estudiar la respuesta de la cuenca hidrográfica ante distintas alternativas de ubicación de posibles puntos de cierres para generar embalses, que entre otras funciones regulen los escurrimientos generados por las precipitaciones. En el anexo 2.15 se ejemplifica como hacer uso del HEC-HMS v. 3.5 para representar un embalse y estudiar el comportamiento del escurrimiento debido a la construcción de la presa en el cierre de la subcuenca Paso Ventura, que regule las avenidas aportadas por esta subcuenca, que es la de mayor área en la cuenca Zaza. Los pasos generales a desarrollar son: 1. Cargar el modelo base 2. Representar el elemento Embalse. 3. Definir parámetros del embalse. En este caso se dispone de una curva (no real) que relaciona el volumen de almacenamiento con la descarga. 49

4. Actualizar modelo meteorológico 5. Definir Especificaciones de Control. 6. Crear y ejecutar la corrida del modelo.

2.11.2 Simulación hidrológica considerando un embalse en el cierre de la cuenca. Otra posible alternativa es construir un cierre artificial, precisamente en el punto de cierre de la cuenca Zaza, que regule el escurrimiento aportado por la combinación de la descarga de la presa prevista en el cierre de Paso Ventura y el resto de las subcuencas o bien no considerando una obra intermedia y solo regular el escurrimiento en el punto de cierre de la cuenca. El anexo 2.16 muestra el procedimiento en detalles para representar en el HEC-HMS un embalse a partir de otros módulos y con otras características. Los datos del embalse que se supone en este ejemplo se tomaron del modelo construido por (Rodríguez, 2011). Se recomienda revisar el Manual de Referencia Técnica y el Manual de Usuario, para profundizar en los elementos y métodos para la simulación con embalses en el HEC-HMS. 1. Generar una copia del proyecto 2. Agregar elemento hidrológico al modelo. 3. Introducir datos para el embalse. 4. Asociar datos al modelo del embalse. 5. Datos del aliviadero (Spillways). 6. Datos de Precipitación 7. Modelo meteorológico 8. Especificaciones de control No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se copió desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutarla. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones, se presenta en el próximo capítulo de este documento. Otra variante de análisis de la cuenca es considerar que sobre las subcuencas tienen lugar precipitaciones de distinta probabilidad de ocurrencia, y con ello analizar la respuesta de la cuenca y el tránsito de la avenida por el embalse Zaza.

2.11.3 Simulación con el módulo de rotura de la presa. La opción de sobrepaso y rotura de la presa resulta muy útil para estudios preliminares, porque tiene la ventaja de venir a redondear todo un modelo y por lo tanto el de resultado integrar todas las posibles 50

salidas a un problema. En el caso del sobrepaso, permite simular presas donde la cota de corona este al mismo nivel o no. En este último caso la corona se define a partir de datos de longitud y elevación, la cual se va transformando en secciones equivalentes a rectángulos y trapecios, para cada una de ellas se calcula el caudal de salida. De forma similar las fallas estructurales son modeladas asumiendo determinadas formas geométricas de brechas generadas en la presa. Las posibles alternativas de rotura de la presa, así como los datos a ingresar al modelo para la simulación en cada alternativa son varios, y explicarlos en esta sección la haría bastante extenso, por lo que solo se muestra un ejemplo de ello, y se recomienda revisar el Manual de usuario para encontrar información más detallada. A continuación se muestra un ejemplo de la capacidad del modelo. Se recomienda hacer una copia al modelo de la cuenca de la sección anterior, donde se representó y modelo del escenario de la construcción de la presa en el cierre de la cuenca, para en esta sección modelar el efecto de la ruptura de la presa por desbordamiento. 1. Seleccionar módulo de rotura. I. II. III.

Hacer click sobre la pestaña

, y en la celda Dam Break seleccionar la opción Yes.

Automáticamente se muestra en el Explorador de la cuenca un nuevo fichero Hacer click en él para seleccionar el módulo de rotura y los datos para la simulación.

Se propone seleccionar el método Overtop Break, diseñado para representar las fallas causadas por el desbordamiento de la presa, más comunes en presas de tierra. Method: Overtop Breach. Directin: Main. Top Elevation (m): 42.50. Botton elevation (m): 23.50. Botton width (m): 250. Left slope (xH: 1v): 3.0. Right slope (xH: 1v): 2.5. Development time (hrs): 4 Trigger Method: Elevation Trigger Elevation (m): 40.55. Progression Method: Linear. Una vez definido el módulo de rotura y los datos, entonces, si realizó una copia al modelo de la cuenca se debe actualizar el modelo meteorológico, sino obviar este paso y sencillamente correr el modelo, haciendo clic sobre el ícono,

.

51

CONCLUSIONES La simulación hidrológica, técnica cada vez más recurrente por los especialistas en la actualidad, permite realizar estudios capaces de reproducir con mayor exactitud los complejos procesos que tienen lugar en las cuencas hidrográficas. Esta requiere de un trabajo previo fundamental de identificación de las condiciones de la zona de estudio, las características fisiográficas de la cuenca y del sistema fluvial, entre otras, lo que permite la caracterización del área analizada y condiciona el éxito de la modelación. La selección de los métodos para la simulación hidrológica con HEC-HMS constituye una etapa delicada e importante, debido a la incertidumbre que encierra la estimación de los parámetros de los modelos y a la posibilidad de poder obtener resultados similares aplicando métodos diferentes. El software HEC-HMS brinda excepcionales posibilidades para simular hidrológicamente incontables escenarios posibles sobre una cuenca. La mejor representación del comportamiento hidrológico de la cuenca se alcanza seleccionando adecuadamente, según la información disponible, cada modelo y sus parámetros, para caracterizar los procesos de pérdidas por infiltración, almacenamiento e intercepción, trasformación de lluvia en escurrimiento, tránsito de avenidas por el cauce y flujo subterráneo.

52

CAPÍTULO III. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS DISTINTAS APLICACIONES PROPUESTAS CON HEC-HMS v. 3.5. El HEC-HMS para realizar los cálculos, toma como punto de partida un hietograma de precipitación, y a través de una serie de métodos hidrológicos, calcula el exceso de precipitación o precipitación neta, tomando en consideración la influencia de las pérdidas por infiltración y retención, sobre la base de una función de velocidad de infiltración del agua en el suelo. A su vez, la precipitación neta resultante es transformada mediante hidrogramas unitarios o técnicas de ondas cinemáticas a la salida de la subcuenca en hidrogramas resultantes. La aplicación dispone de una interfaz gráfica, que permite al usuario introducir la información necesaria para generar las simulaciones, manejar los componentes de análisis hidrológicos a través de los módulos disponibles en la versión, y obtener la respuesta hidrológica de la cuenca de forma gráfica o tabulada. El siguiente capítulo se dedica fundamentalmente a mostrar los principales resultados de las aplicaciones indicadas en las metodologías recogidas en el capítulo anterior, en tanto que el resto de los resultados de las corridas se recogen en los anexos del capítulo, los cuales sirven como forma de comparación a las corridas desarrolladas por los usuarios de la Guía de Aplicaciones. También se dedica una sección a explicar de manera global el procedimiento para seleccionar los métodos de cálculo a aplicar en el modelo y la forma de mostrar los resultados el HEC-HMS.

53

3.1 Selección de los métodos empleados en la simulación con HEC-HMS La presente guía de aplicaciones recoge un grupo de simulaciones que se pueden desarrollar en HECHMS, empleando en cada caso varios de los métodos de cálculo disponibles en el software. Para la selección de los métodos empleados en la modelación del proceso lluvia-escurrimiento que se muestran en esta guía de aplicaciones se tuvo en cuenta el procedimiento que se brinda a continuación: 1. Seleccionar los métodos para representar la precipitación, evaluar las pérdidas, trasformar la lluvia neta en escurrimiento, el flujo base y el tránsito de avenidas para los tramos de ríos seleccionados, que estén dentro de la clasificación del modelo hidrológico conceptual de la cuenca (ejemplo: modelo semidistribuido, a escala de eventos, parámetros ajustados, etc., guiándose por la clasificación de los modelos de cuenca del epígrafe 1.1.1). 2. Analizar los parámetros correspondientes a cada uno de los métodos seleccionados en el paso anterior, y seleccionar aquellos métodos cuyos parámetros son posibles de estimar con la información disponible. 3. Realizar simulaciones con los métodos seleccionados en el paso 2 y elegir definitivamente los que mejor representen el proceso lluvia-escurrimiento para la cuenca en estudio. Una vez definidos los métodos a utilizar en la modelación, se pasó a la estimación inicial de sus parámetros. Algunos de los parámetros fueron estimados por (Rodríguez, 2011) y otros fueron definidos a partir de la información disponible, con el objetivo de mostrar en esta guía un grupo amplio de posibles escenarios de trabajo con el HEC-HMS. En el anexo 3.1 se muestran las restricciones a los valores de los parámetros de los diferentes métodos de cálculo del HMS. A continuación se incorpora la tabla 3.1, la cual muestra los métodos empleados y los parámetros necesarios en cada uno de los procedimientos de trabajo que se desarrollan en el capítulo anterior. En cuanto al parámetro pérdidas iniciales correspondiente al método SCS Curve Number para evaluar las pérdidas por infiltración, de mantener esa casilla en blanco el HEC-HMS propone un valor de 0.2 veces el potencial de retención (S), lo cual era lo más recomendable, ya que no se contaba con la información para su estimación. El tiempo de concentración puede calcularse por muchas fórmulas empíricas (Kirpich, Izzard, California, entre otras), por nomogramas, por los datos de lluvias e hidrogramas o haciendo uso de un SIG. En este caso se emplearon los valores obtenidos por (González, 2013), donde aplica la fórmula de California debido a su amplio uso, apoyada por el SIG ArcView. El tiempo de retardo (Lag) fue asumido como un 60% del tiempo de concentración (tomando en consideración la recomendación que se hace en (Feldman, 2000) para cuencas no aforadas), y a partir de los resultados obtenidos por (González, 2013). 54

Tabla 3.1 Métodos de cálculo empleados en las corridas del modelo de la Guía de Aplicaciones. Componentes del proceso lluvia-escurrimiento

Modelo para evaluar las pérdidas

Modelos para el cálculo de transformación lluvia neta escorrentía

Métodos de cálculo

Datos de Entrada

Pérdida inicial y tasa constante

Precipitación total

Número de curva (SCS)

Precipitación total

Canopy / Surface

Precipitación total

Hidrógrafo Unitario de Snyder

Precipitación Efectiva

HU del SCS

Precipitación Efectiva

Hidrógrafo Unitario de Clark Constante Mensual Modelos para el cálculo del flujo base

Precipitación Efectiva Valores mensuales de flujo

Muskingum

Tasa de infiltración constante. Pérdida Inicial Superficie Impermeable Pérdidas Iniciales (Ia) Curva Número (CN) Superficie Impermeable Initial Storage Max. Storage Tiempo de retardo Factor de forma Snyder Tiempo de concentración Coeficiente de almacenamiento Tiempo de retardo

Flujo base inicial

Recesión Modelos para el cálculo del tránsito de la avenida por el cauce

Parámetros

Hidrograma de entrada

Constante de agotamiento (k) Tiempo de viaje de la onda Factor de almacenamiento Número de tramos

Unidad mm/h mm % mm % % mm h h h

Datos de salida Precipitación Efectiva

Precipitación Efectiva Precipitación Efectiva Hidrograma Resultante Hidrograma Resultante

h

Hidrograma Resultante

m3/s

Flujo base

m3/s h

Flujo base Hidrograma de salida

55

Se respetaron los valores de los parámetros correspondientes al % de área impermeables y al tránsito de la avenida por el cauce aplicando el método de Muskingum, del modelo construido por (Rodríguez, 2011) en su tesis de doctorado. A partir de las características de la vegetación y los registros medios de humedad de la cuenca, disponibles en trabajos precedentes, se pudo hacer la estimación inicial de los parámetros de interceptación y almacenamiento en depresiones; estimaciones hipotéticas para desarrollar el escenario, no como valores definitivos de un estudio a profundidad.

3.2 Visualización de los resultados en HEC-HMS. La ejecución de la simulación se realiza haciendo clic en el ícono

. Si no se producen errores

durante la simulación al finalizar aparece una ventana como esta:

En caso de que se presenten errores durante la simulación, esta automáticamente se detiene y presenta en el cuadro de mensajes, el código y la indicación de dónde tuvo lugar el error. Se debe corregir y volver a ejecutar la misma corrida, no es preciso generar una nueva. Esta operación es válida tanto para los casos donde se crea el protocolo de simulación en HEC-HMS, como para los casos donde este se importó desde otro proyecto, se modificaron los métodos y finalmente se ejecuta la corrida. A los resultados de las simulaciones del HEC-HMS se accede desde varios puntos. Una posibilidad es desde la pestaña Results, en el Explorador de cuencas, también seleccionando el elemento componente del cual se desea visualizar el hidrograma y seleccionar View Results, haciendo click derecho sobre el propio elemento, o con él señalado ejecutando la orden Results en la Barra de Herramientas. 1. Desde la pestaña Results/ Folder Simulation Runs/ Subbasin Paso Ventura. 2. Desde el Escritorio de trabajo haciendo click derecho sobre el elemento. 3. Desde la pestaña Results en la Barra de herramientas del HEC-HMS. De manera general los tres caminos mostrados anteriormente presentan como resultados:

56

Un gráfico Element Graph donde se muestra el hietograma del aguacero que se suministró como dato de entrada, y en la misma ventana, el hidrograma resultante del proceso de transformación de la lluvia en escorrentía. Una tabla resumen Element Summary Table donde aparecen reflejados los resultados puntuales de la simulación, como son el gasto y tiempo al pico, volúmenes de precipitación bruta, pérdidas y excesos, entre otros. En esta ventana el usuario puede definir las unidades (mm o 103 m3) en las que se muestren los volúmenes resultantes del proceso. De forma tabulada, el hidrograma resultante total de la transformación, en el intervalo de tiempo que se fijó la corrida, considerando además para cada tiempo el escurrimiento directo, el flujo base en caso de existir y los volúmenes de precipitación y pérdidas.

3.3 Principales problemas que se presentan en la ejecución del HEC-HMS. El programa, durante su ejecución, en la ventana de mensajes puede presentar los siguientes tipos de alertas:  WARNING: (advertencias) El programa es capaz de ejecutar la simulación con los parámetros definidos, pero se deben revisar pues pueden ser causa de futuros errores.  NOTES: (notas) El programa realiza una serie de observaciones que pueden ser motivos de errores, pero no suelen ser importantes al punto de interrumpir la simulación.  ERROR: (errores) El programa ha detectado un error que le impide continuar con los cálculos, generalmente es la ausencia de datos obligatorios o fuera de rangos. Este mensaje aparece en la ventana en color rojo.

A continuación, se describen algunos de los principales problemas que se pueden presentar en el trabajo con el software de modelación HEC HMS. Cuando se crea un nuevo proyecto en el HEC-HMS, se solicita información acerca del nombre del proyecto y su localización en el disco duro. Ese nombre debe ser lo más claro posible y su localización lo más cercana a la raíz del disco. Automáticamente, se crea una carpeta donde se guardará todo la información relacionada con el proyecto. Esta se puede mover en discos extraíbles, modificar y luego sobrescribir en la misma dirección. Un problema muy frecuente es que se olvide conectar alguno de los elementos componentes del modelo. Si esto sucede la ejecución del programa se detiene presentando en el cuadro de mensajes un

57

error que indica el punto de desconexión de los elementos. Generalmente se resuelve conectando los elementos hidrológicos a través de la opción Connect Downstream. También es común que por parte de los usuarios provoque confusión la entrada de los datos de los registros de precipitación, caudal o niveles en las tablas a partir de una fecha e intervalo previamente establecido. Por ejemplo, si las precipitaciones se registraron entre las 02:00 y 11:00 horas del 01Jun2000, con intervalos de 1 hora, la tabla de ingreso de datos permitirá ingresar el registro correspondiente al intervalo de 02:00 – 03:00 horas en la casilla de las 03:00 horas, manteniendo inhabilitada la casilla 02:00 horas, correspondiente al inicio de la precipitación. La explicación de esta aparente divergencia es que HEC-HMS registra la precipitación caída al final del intervalo. Todos los datos que se ingresen al modelo deben estar en correspondencia con el sistema decimal del equipo, ya sea punto o coma. Respecto a las especificaciones de control, la fecha de comienzo y fin de las especificaciones debe ser la misma que se indicó para las precipitaciones. La hora de inicio también debe ser la misma que la que se indicó en el modelo meteorológico, la hora de culminación debe ser superior a la hora final de la precipitación, esta debe incluir el tiempo de concentración de la cuenca, para poder simular todo el hidrograma. De no ser así cuando se visualicen los resultados el hidrograma resultante se muestra incompleto. El incremento de tiempo (Time interval) es para indicar cada cuánto tiempo debe realizar el cálculo. Por ejemplo si el Time interval es 5 minutos, HEC-HMS calculará el hidrograma resultante para puntos separados de 5 en 5 minutos. Este valor no debe ser muy grande (si es mayor del 29% del retraso (lag) de la subcuenca, HEC-HMS presenta errores).

3.4 Resultados de las simulaciones. A partir del MHC de la cuenca con sus elementos hidrológicos, construido siguiendo las indicaciones del capítulo anterior, se procedió a introducir los valores de los parámetros correspondientes a cada subcuenca y posteriormente sobre la subcuenca Paso Ventura, con el objetivo de mostrar las distintas aplicaciones del HEC-HMS variando algunos de sus métodos de cálculo dentro de cada módulo. Una vez introducido al programa todos los datos pluviométricos e hidrométricos se procedió al proceso de modelación. Los resultados globales de las corridas del modelo presentadas en esta guía, con el objetivo de mostrar diferentes métodos de cálculo y escenarios a simular en el HEC-HMS, en este caso sobre una misma subcuenca, se refieren a continuación en las tablas 3.2 y 3.3. 58

De los resultados mostrados en las tablas, nótese cómo se comporta el gasto pico en la subcuenca Paso Ventura considerando las condiciones de humedad antecedente del suelo. Como es lógico el gasto pico aumenta a medida que aumenta el nivel de humedad del suelo, lo que además se traduce en un aumento de la curva número. Obsérvese además como el gasto máximo de diseño es superior a medida que aumenta el periodo de retorno. De manera similar se comporta el gasto máxima considerando las tormentas hipotéticas, en este caso de 6 horas de duración. Se presentan también los resultados obtenidos de considerar el escenario de futura urbanización y rehabilitación de la subcuenca. La futura urbanización se presentó por dos métodos de cálculo distintos y con condiciones distintas en la subcuenca. La urbanización de la subcuenca representa más área impermeable que contribuye al escurrimiento directo y menos infiltración. Los resultados de las simulaciones que no se incluyen en este capítulo están referenciados como anexos de este, para su consulta y comparación con los obtenidos en la corrida del HEC-HMS. Los hidrogramas resultantes de las simulaciones donde se aplican los métodos de cálculo para evaluar el aporte del flujo base, el tránsito de avenidas y pérdidas a lo largo del cauce se presentan en los anexos (3.2-3.7). Mientras que los resultados correspondientes a los escenarios de futura urbanización y conservación y rehabilitación de las subcuencas se muestran en los anexos (3.8 - 3.10). Por último, los escenarios de derivación de caudales, que incluyen la recarga y explotación de los acuíferos, así como los escenarios que consideran el efecto de la construcción y ruptura de la presa se recogen en los anexos (3.10 - 3.14).

59

Tabla 3.2 Resultados obtenidos de las simulaciones propuestas en la Guía de Aplicaciones, correspondientes a la subcuenca Paso Ventura. Parámetros

Método del SCS AMC II

1763.6

213142

61791.3

151350.6

6/1/1988 18:00

151337.7

Flujo base (103 m3) 0

Hidrógrafo Unitario de Clark

1958.4

213142

61791.3

151350.6

6/1/1988 16:30

151350.6

0

151350.6

Hidrógrafo Unitario (usuario)

1921.7

213142

61791.3

151350.6

6/2/1988 19:30

316602

0

316602

Inicial y Constante

1836.3

213142

57669.4

155472.6

6/1/1988 17:30

155472.2

0

155472.2

Pérdidas interceptación

1473.7

213142

109434.2

103707.8

6/1/1988 21:00

103704.1

0

103704.1

Recesión

1840.4

213142

57669.4

155472.6

6/1/1988 17:30

122257.5

664.3

122921.8

Qmáx Tr 10

660.7

101805.6

50051.7

51753.9

6/1/1988 22:30

51396.5

0

51396.5

Qmáx Tr 25

941.2

126009.2

53840.9

72168.3

6/1/1988 21:30

71698

0

71698

Qmáx Tr 50

1189

146008.5

56279.1

89727.5

6/1/1988 21:30

89166.1

0

89166.1

Qmáx Tr 100

1466

167641

58420.4

109220.6

6/1/1988 21:30

108556.8

0

108556.8

Tormentas hipotéticas Tr 10

540.6

60945.3

40025.7

20919.6

5/31/1988 11:30

20919.6

0

20919.6

Tormentas hipotéticas Tr 25

818.9

76188.8

44503.5

31685.3

5/31/1988 11:30

31685.3

0

31685.3

Tormentas hipotéticas Tr 50

1057

88282.4

47372.2

40910.2

5/31/1988 11:30

40910.2

0

40910.2

1327.3

101364.6

49971.7

51392.9

5/31/1988 11:30

51392.9

0

51392.9

Actual Snyder

699.2

213142

57669.4

155472.6

6/1/1988 20:00

143369.1

664.3

144033.4

Futuro_Snyder

785.8

213142

57669.4

155472.6

6/1/1988 18:30

150298.8

664.3

150963.1

Actual_SCS

1763.6

213142

61791.3

151350.6

6/1/1988 18:00

151350.6

0

151350.6

Actual_SCS

1934.2

213142

40678.5

172463.5

6/1/1988 18:00

172450.1

0

172450.1

Actual_SCS_rehabilitación

1763.6

213142

61791.3

151350.6

6/1/1988 18:00

151350.6

0

151350.6

Actual_SCS_rehabilitación

1497.3

213142

88832.6

124309.3

6/2/1988 18:00

124297.3

0

124297.3

Explotación del acuífero

1880.1

213142

48824.6

164317.4

6/1/1988 18:00

164304.1

2762.1

167066.2

Método del SCS AMC I

1222.3

213142

113650.9

9949.1

99480.2

0

99480.2

Método del SCS AMC III

1986.2

213142

32891.2

180250.8

180237.2

0

180237.2

Métodos

Tormentas hipotéticas Tr 100

Q. Pico (m3/s)

Precipitación (103 m3)

Pérdidas (103 m3)

Excesos (103 m3)

Tiempo al pico (m/d/yyyyh:mm)

6/1/1988 18 :30 6/1/1988 18:00

Escurrimiento (103 m3)

Descarga (103 m3) 151337.7

60

Parámetros Métodos

Qpico entrada (m3/s)

Volumen entrada (103 m3)

Tiempo al pico entrada (m/d/yyyy h:mm)

Qpico salida (m3/s)

V. salida (103 m3)

Tiempo al pico salida (m/d/yyyy h:mm)

Muskingum

1763.6

151337.7

6/1/1988 18:00

1705.5

151328

6/1/1988 20:00

Loss/Gain

1763.6

151337.7

6/1/1988 18:00

1402

123479.5

6/1/1988 20:00

Parámetros Métodos

Qpico entrada (m3/s)

Volumen entrada (103 m3)

Tiempo pico (m/d/yyyy,h:mm)

Derivación caudal

1763.6

151337.7

6/1/1988 18:00

Recarga del acuífero

1763.6

151337.7

6/1/1988 18:00

Qpico salida (m3/s)

Volumen salida (103 m3)

1\666.0 1743.6

Tiempo al pico m/d/yyyy h:mm)

Qpico derivación (m3/s)

Volumen derivación (103 m3)

Tiempo pico derivación (m/d/yyyy h:mm)

132539.8

6/1/1988 18:00

97.6

18797.9

6/1/1988 18:00

146732.6

6/1/1988 18:00

20

4605.1

6/2/1988 12:00

Parámetros Métodos

Embalse Paso Ventura Embalse cierre cuenca Ruptura cierre cuenca

Qpico entrada (m3/s) 1763.6 4873.2 4873.2

Volumen entrada (103 m3)

Tiempo pico (m/d/yyyy h:mm)

151350.6 593561.6 593243.7

6/1/1988 18:00 6/2/1988 3:30 6/2/1988 3:30

Qpico salida (m3/s)

Volumen salida (103 m3)

306.2 1898.5 29790.3

132516.5 448743.7 1510816

Tiempo al pico (m/d/yyyy h:mm) 6/2/1988 18:00 6/2/1988 18:00 6/2/1988 5:00

Volumen. almacenado pico (103 m3) 101547.8 865871.4 1199740.9

Elevación pico (m)

44.3 40.7

Tabla 3.3 Resultados obtenidos de las simulaciones propuestas en la Guía de Aplicaciones, correspondientes al tránsito de avenidas, derivación de caudales y ubicación de cierres en la cuenca de estudio.

3.4.1 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos del SCS. El modelo construido en el capítulo anterior, aplicando simultáneamente los métodos de transformación y de pérdidas SCS Unit Hydrograph y SCS Curve Number respectivamente, sobre la subcuenca Paso Ventura brinda el siguiente hidrograma resultante. Estos son dos de los métodos de cálculo disponibles en el HEC-HMS más utilizados en nuestro país, debido a los pocos parámetros que necesita para su aplicación.

61

Fig. 3.1 Hidrograma resultante en la subcuenca Paso Ventura. Métodos: Soil Conservation Service. AMC II

Los resultados globales de la simulación estiman un gasto pico de 1763.60 m3/s, que se produce el 6/1/1988 a las 18:00 horas, un volumen total de precipitación de 213142.00 x 103 m3, de ellos se infiltran 61791.30 x 103 m3, - valor estimado por el método para evaluar las pérdidas SCS Curve Number,- produciendo escurrimiento directo 151337.70 x 103 m3, según método de transformación SCS Unit Hydrograph. Una simple comparación de los resultados obtenidos considerando el suelo en estado seco AMC I muestra como el escurrimiento disminuye aproximadamente un 44.3% siendo de 1222.30 m3/s, respecto a la AMC II, en cambio las pérdidas aumentan aproximadamente un 84% lo que se traduce en una disminución aproximada del 93% del volumen de precipitación que contribuye al escurrimiento directo. 3.4.2 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos de transformación. Los resultados de las simulaciones, para las condiciones previstas, estiman que el gasto pico producido en la subcuenca Paso Ventura aplicando el método de transformación Clark Unit Hydrograph es de 1958.40 m3/s, a las 16:30 horas del 6/1/1988, con un volumen total de precipitación de 213142.00 x 103 m3, de ellos se infiltran 61791.30 x 103 m3, produciendo escurrimiento directo 151350.60 x 103 m3.

62

De manera similar, el hidrograma generado de aplicar el método de transformación User Unit Hydrograph, estima un gasto pico de 1921.7 m3/s, a las 19:30 horas del 2 de junio de 1988, con un volumen total de precipitación de 213142.00 x 103 m3, de ellos se infiltran 61791.30 x 103 m3, produciendo escurrimiento directo 316602 x 103 m3. Los hidrogramas resultantes a la estimación del gasto pico en la subcuenca Paso Ventura, aplicando los métodos de transformación Clark Unit Hydrograph y User Unit Hydrograph, se muestran en el anexo 3.2.

3.4.3 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos para evaluar pérdidas. Los resultados obtenidos de la aplicación del cálculo del gasto máximo sobre la subcuenca Paso Ventura, considerando en un primer momento el método para evaluar las pérdidas por infiltración Initial and Constant y luego añadiendo el efecto de considerar las pérdidas por interceptación y almacenamiento en depresiones se muestra en el anexo 3.3 El gasto pico sobre la subcuenca Paso Ventura considerando el método para evaluar las pérdidas Initial and Constant a partir del modelo construido se estima de 1836.30 m3/s, a las 17:30 horas del 6/1/1988, con un volumen de pérdidas de 57669.40 x 103 m3. Como es de esperar si además se consideran las pérdidas por interceptación y almacenamiento en depresiones el gasto pico disminuye y se produce más tarde, siendo de 1473.70 m3/s, a las 21:00 horas del 6/1/1988.

3.5 Caudales máximos de diseño para periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. Los resultados mostrados en el anexo 3.4, representan la precipitación registrada para el evento que tuvo lugar del (01/02 Jun)/ 1988, y el escurrimiento producido considerándolo como un evento de distinta probabilidad de ocurrencia, que se corresponde en cada caso a los periodos de retorno (10, 25, 50 y 100 años) de ocurrencia como media en la subcuenca Paso Ventura. El procedimiento de cálculo para estas estimaciones se explicó en el capítulo anterior, haciendo uso del registro de precipitación del evento, de la serie de PD máx. registrada en Paso Ventura en el periodo comprendido entre (1964 – 1989) y la metodología propuesta por (Villón, 2013). Se aprecia claramente como el gasto pico de los hidrogramas es mayor a medida que es mayor el periodo de retorno del evento. Los resultados de las corridas se pueden apreciar en la tabla 3.2.

63

3.5.1 Estimado del gasto máximo a partir de tormentas hipotéticas basadas en frecuencias.

Precipitación Hipotética Tr 10 años

Tr 25 años

Tr 50 años

Tr 100 años

28.00

Precipitación (mm)

24.00 20.00 16.00 12.00 8.00 4.00 0.00 0:30

1:00

1:30

2:00

2:30

3:00

3:30

4:00

4:30

5:00

5:30

6:00

Duración de la tormenta (hrs) Fig. 3.3 Hietogramas obtenidos en Paso Ventura basado en tormentas hipotéticas para diferentes periodos de retorno.

Los hietogramas mostrados en el gráfico, representan la precipitación de una tormenta hipotética de 6 horas de duración, para distintas probabilidades de ocurrencia. Estos se corresponden en cada caso a los periodos de retorno 10, 25, 50 y 100 años de ocurrencia como media. Hidrogramas. Tormentas Hipotéticas Qmáx_Tr 10

Qmáx_Tr 25

Qmáx_Tr 50

Qmáx_Tr 100

1400 1200

Flow (cms)

1000 800 600 400 200

0 5/30/1988 12:00 5/31/1988 0:00 5/31/1988 12:00 6/1/1988 0:00 6/1/1988 12:00 6/2/1988 0:00 6/2/1988 12:00 Time (m/dd/yyyy h:mm) Fig. 3.4 Hidrogramas simulados en Paso Ventura basado en tormentas hipotéticas para diferentes periodos de retorno.

El gráfico muestra el resultado de la transformación del proceso lluvia-escurrimiento sobre la subcuenca Paso Ventura, basado en tormentas hipotéticas de diferente probabilidad de ocurrencia. Se aprecia como el gasto pico de los hidrogramas aumenta a medida que es mayor el periodo de retorno del evento. Los resultados de las corridas se pueden apreciar en la tabla 3.2.

64

3.6 Simulación de futura urbanización de la subcuenca. El escenario de futura urbanización es una de las situaciones que se pueden simular con el software HEC-HMS. El efecto de considerar la condición futura de urbanización de un por ciento del área de la subcuenca se traduce en un aumento del escurrimiento directo, por tanto el gasto pico es mayor y tiene lugar más rápido, si se compara con las condiciones actuales. En este caso los resultados obtenidos considerando en los cálculos, el método de transformación Snyder Unit Hydrograph, para evaluar las pérdidas por infiltración, el método Initial and Constant, y el aporte del flujo base a través del método de Recession se incluyen en el anexo 3.8. De la interpretación de los resultados se obtiene que el gasto pico del escurrimiento aumenta aproximadamente 12.4% para las condiciones futuras de urbanización. Los hidrogramas resultantes, aplicando tanto el método para evaluar las pérdidas SCS Curve Number como otro método de cálculo para considerar el escenario de futura urbanización y rehabilitación o conservación de una zona de la subcuenca en otras condiciones se muestran en los anexos 3.9 y 3.10. De manera similar el gasto pico para las condiciones futuras de urbanización es superior un 9.7 %, en cambio considerando la rehabilitación de la subcuenca, lo que representa una disminución de la curva número muestra un disminución del gasto pico de 17.8 % para las condiciones futuras.

65

3.7 Resultados de la prueba de optimización (calibración) en Paso Ventura. Tabla 3.4 Resumen de los resultados obtenidos en la calibración en la subcuenca Paso Ventura. Métodos

Variables Volume (mm) Peak Flow

Percent PeakError

(cms) Time

Observado

Diferencia

Diferencia (%)

164.16

191.63

-27.47

-14.34

Parámetros Curve Number

Valor

Valor

inicial

Optimizado

76

68.292

20.91

20.73

387.20

388.76

Initial 1708.2

1708

0.2

0.0

Abstraction (mm)

of 01Jun1988,

Peak Time

of

Center

of

Mass

Simulado

01Jun1988,

SCS

18:00

18:00

(min)

01Jun1988,

02Jun1988,

21:29

03:33

Lag

La tabla 3.4 resume los resultados obtenidos del proceso de calibración indicado en el capítulo anterior con la función Percent Peak Error (Error porcentual en el gasto máximo), en la subcuenca Paso Ventura. Los resultados de la calibración muestran que la función ajusta muy bien el gasto pico y con un error del 14% el volumen de la avenida, lo que está en total correspondencia con los resultados obtenidos por (Gonzalez, 2013). En cuanto a los parámetros calibrados estos son bastante cercanos a los asumidos como límites iniciales para la calibración. Este tipo de resultados, apoyado en estudios de calibración más profundos, como el desarrollado por (González, 2013) contribuye a contar con modelos calibrados que constituyen una herramienta para el pronóstico de inundaciones en zonas vulnerables de la cuenca. A los efectos de esta guía con la aplicación de la calibración se pretende presentar el procedimiento de trabajo con esta herramienta, para su aplicación en futuros trabajos relacionados con el tema. Los hidrogramas simulados y observados se presentan en el anexo 3.13.

66

CONCLUSIONES

En este capítulo se pudo apreciar la aplicación de las metodologías planteadas en el capítulo anterior, para desarrollar el trabajo con el software de simulación hidrológica HEC-HMS. Se puntualizaron aspectos relevantes como el trabajo previo de selección y estimación de parámetros iniciales de los posibles métodos de cálculo a utilizar en la modelación hidrológica, brindándose también un grupo de indicaciones que guíen este proceso, toda vez que esta es la etapa más importante de trabajo con un software de modelación, ya que de ellos dependen los resultados que se obtengan y las decisiones que se tomen. Se explicó el procedimiento para la ejecución de la corrida del modelo, las distintas vías de acceso a los resultados de las corridas, así como las variantes en que el programa presenta los resultados de las simulaciones. En el capítulo se presentaron los resultados globales de todas las corridas desarrolladas en la guía aplicando la mayor cantidad de métodos de cálculo disponibles en el software, a partir de la información disponible. Además se presentaron de forma gráfica los resultados de las corridas, reflejando en cada caso diferentes métodos de cálculo y posibles escenarios a simular con el software.

67

CONCLUSIONES GENERALES

Los constantes efectos del cambio climático sobre el medio ambiente traen aparejados, cada vez con más frecuencia, la ocurrencia de eventos extremos máximos y mínimos, ocasionando daños económicos y sociales. Son varios los modelos hidrológicos que existen, siendo el Sistema de Modelación Hidrológico del Centro de Ingeniería Hidrológica del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. (HEC-HMS por sus siglas en inglés) uno de los más utilizados, por ser un programa computacional gratuito y de amplia empleo internacional en el estudio de avenidas. En los últimos años, especialistas cubanos han dado pasos en la aplicación del HEC-HMS para obtener hidrogramas de avenidas en algunas zonas del país, pero la experiencia de aplicación alcanzada es todavía insuficiente. La simulación hidrológica, técnica cada vez más recurrente por los especialistas en la actualidad, permite realizar estudios capaces de reproducir con mayor exactitud los complejos procesos que tienen lugar en las cuencas hidrográficas. 1. La mejor representación del comportamiento hidrológico de la cuenca se alcanza seleccionando adecuadamente, según la información disponible, cada modelo y sus parámetros, para caracterizar los procesos que representen la zona de estudio. 2. En esta investigación se presentaron varios ejemplos de simulación, donde se instruye al usuario en cómo desarrollar las distintas fases de trabajo con el modelo, abarcando los diferentes métodos de cálculo, ante diversos escenarios de simulación. 3. Se explicó el procedimiento para la ejecución de la corrida del modelo, las distintas vías de acceso a los resultados de las corridas, así como los principales problemas asociados a la ejecución del modelo. 4. Se aplicó el método SCS Curve Number para evaluar las pérdidas por infiltración para diferentes condiciones de humedad antecedentes del suelo. 5. Se presentaron escenarios donde se aplicaron los métodos de tránsito de avenidas y flujo base. 6. Se presentaron varios escenarios de simulación de futura urbanización y rehabilitación de la cuenca aplicando para ello los métodos de transformación y de pérdidas por infiltración. 7. Se determinaron los caudales máximos de diseño para diferentes periodos de retorno y duración de tormentas hipotéticas en la subcuenca Paso Ventura. 8. Se simuló la respuesta de la cuenca considerando la construcción y ruptura de la presa.

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RECOMENDACIONES 1. Se recomienda el uso integrado de sistemas de información geográficos para realizar la división de la cuenca en sub-cuencas, así como el uso de mapas temáticos de vegetación, suelos, usos de suelo, etc. para la extracción de los parámetros que serán utilizados por el modelo. 2. Igualmente, se recomienda que los métodos de cálculo para cada uno de los pasos que realiza el modelo sean seleccionados de acuerdo con el tipo de cuenca, cauce, suelo, etc. Siguiendo las recomendaciones teóricas para las cuales se sugiere utilizar un tipo de cálculo y no otro. 3. Se debe tener en cuenta también la disponibilidad de información antes de seleccionar los métodos, ya que tal vez existe toda la información para trabajar con un método y no con otro. 4. La división de la cuenca en subcuencas se debe realizar hasta una escala en que los datos lo permitan. No es de gran ayuda realizar una división donde queden subcuencas sin información, esto puede incluso aumentar el error y la incertidumbre del modelo.

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Anexos

Anexo 1. Parámetros de los métodos empleados en el programa HEC-HMS. Anexo 1.1 Clasificación de los modelos hidrológicos. Categoría Empírico teórico)

Diferencia (o Esta diferencia se concentra en la base de conocimientos sobre los cuales los modelos matemáticos Conceptual son desarrollados. Escala de Esta clasificación está evento relacionada con el tiempo de Simulación simulación. continua Determinístico Estocástico Lineal No Lineal Agregado Distribuido Continuo Discreto Parámetros medidos Parámetros ajustados

Descripción Un modelo empírico es construido a partir de las observaciones de la entrada y la salida, sin tratar de representar el proceso de la conversión explícitamente. Un modelo conceptual es construido sobre la base de conocimientos de los procesos pertinentes físicos, químicos, y biológicos, que actúan en la entrada para producir una salida. Un modelo a escala de evento simula una tormenta simple. La duración de la tormenta puede variar desde pocas horas hasta unos pocos días. Un modelo continuo simula un periodo más largo, prediciendo la respuesta de la cuenca durante y entre los eventos de precipitación. Si todos los parámetros de entradas y procesos en un modelo son considerados libres de variaciones Esta clasificación se basa en que aleatorias y se conocen con certeza, el modelo es determinístico. el modelo considere o no Si el modelo describe las variaciones aleatorias e incorpora la descripción en predicción de la salida, aleatoriedad. este modelo es estocástico. Esta categoría se establece en Es formulado en términos de ecuaciones y procesos lineales. función del tipo de ecuaciones (lineales o no) empleadas para Está descrito por ecuaciones y procesos no lineales representar un fenómeno. La variación espacial (geográfica) es promediada o ignorada, o sea, que evalúa al sistema como un Se diferencian en cómo evalúan promedio en el espacio considerado. al sistema en el espacio Considera que los procesos hidrológicos ocurren en varios puntos del espacio y define las variables considerado del modelo como funciones de las dimensiones del espacio. Esta diferencia se basa en la La función empleada por el modelo posee derivada en cualquier punto de su dominio. existencia o no de la derivada de La función empleada por el modelo carece de esta propiedad. la función empleada. Un modelo de parámetros medidos es aquel en el cual los parámetros del modelo pueden ser Esta distinción es crítica en la determinados por las propiedades del sistema, ya sea por mediciones directas o por métodos selección de los modelos para la indirectos los que están basados en mediciones. aplicación cuando las Un modelo de parámetros ajustados incluye parámetros que no pueden ser medidos. Por tanto, los observaciones de la entrada y la parámetros deben ser encontrados mediante un ajuste del modelo con los valores observados de la salida no están disponibles. entrada y la salida.

Anexo 1.2 “Datos de entrada”, propuesta por (Hernández, 2014). Series temporales de datos

Pares de datos

Datos por celdas

Funciones almacenamiento Precipitación

caudal.

Precipitación

Caudales

Funciones cota - almacenamiento

Temperatura

Niveles

Funciones cota - área

Radiación Solar

Temperatura

Funciones cota - caudal

Coeficiente de cultivo

Radiación Solar

Funciones caudal - derivación

Capacidad de almacenamiento

Secciones transversales

Tasa de percolación

Coeficientes de cultivo

Coeficientes de Humedad

Hidrograma Unitario

almacenamiento

viento

Curvas porcentaje

Déficit de humedad

Sedimentos

Funciones de fusión de nieve

Área impermeable

Velocidad del

Patrones de la tasa de fusión de nieve

Número de curvas CN SCS Cotas Equivalente de agua nieve Contenido del agua Tasa de fusión de nieve

Anexo 1.3 “Parámetros de los métodos empleados en el programa HEC-HMS (Rodríguez, 2009)” Anexo 1.3.1 Métodos empleados para representar la información de lluvia en la cuenca. Método

Descripción

Información requerida Registros de tormentas (día de inicio y finalización e intervalo de medición en

Hietograma especificado Aplica un hietograma definido por el por el usuario

usuario a un elemento de subcuenca

minutos)

en

las

estaciones

pluviográficas localizadas dentro de la cuenca. Identificación de las estaciones y sus correspondientes subcuencas.

Aplica una distribución temporal tipo Tormenta del SCS

SCS a un volumen total de lluvia en 24 horas

Tipo de tormenta. Lámina de la tormenta. Registros de tormentas (día de inicio y finalización e intervalo de medición en minutos) y precipitaciones totales en las estaciones

pluviográficas

y

pluviométricas localizadas dentro de la Pluviómetros con pesos

Aplica pesos definidos por el usuario cuenca. a los pluviómetros que se desee

Ponderación espacial y temporal de los datos de las estaciones para cada subcuenca (p.ej. polígonos de Thiessen o inverso de la distancia). Índice de precipitación para cada subcuenca. Localización

coordenada

de

las

estaciones dentro de la cuenca (latitud y Calcula la precipitación Inverso de la distancia

media en una subcuenca aplicando una ponderación basada en el inverso de la distancia al cuadrado

longitud de cada una). Especificación de los nodos para cada subcuenca. Para cada uno de los nodos, definición del

índice

de

precipitación,

ponderación

y

su

la

localización

coordenada (latitud y longitud).

Precipitación por celdas o grillas

Permite

usar

productos

con

precipitación por celdas, como por ejemplo los datos de radar.

Registros de precipitación codificados por celdas en un archivo DSS. Determinación

del

tiempo

local

(opcional). Probabilidad de excedencia de la lluvia (entre el 50% y el 0.2%). Área de cubrimiento de la tormenta. Origen de los datos (serie anual o parcial). Intervalo de tiempo de cálculo para la

Tormenta asociada a una frecuencia

Se diseña para producir una tormenta sintética a partir de los datos estadísticos de precipitación.

máxima intensidad de la lluvia (entre 5 minutos y 6 horas). Duración de la tormenta (entre 1 hora y 10 días). Posición de la intensidad máxima (de 25% a 75%). Los

valores

precipitación

de para

la

lámina los

de

distintos

intervalos hasta la duración total de la tormenta. Tormenta estándar de Aplica una distribución temporal a un Este método sólo es aplicable en los proyecto

volumen de precipitación.

Estados Unidos.

Se aplica sólo para evaluar el Sin precipitación

comportamiento

de

fuentes,

sumideros, uniones, tramos de canal, embalses o derivaciones.

No requiere información alguna. La estructura de la cuenca en este caso no debe contener subcuencas que son las que requieren la información relativa a la precipitación.

Anexo 1.3.2 Parámetros correspondientes a los métodos de pérdidas. Método

Información requerida

Pérdidas iniciales y tasa Pérdidas iniciales (mm). de infiltración constantes

Tasa de infiltración constante f. Porcentaje de área impermeabilizada (zonas urbanas, cubiertas de invernaderos).

Exponencial

Valor inicial, cantidad inicial de infiltración acumulada durante la cual la variación de las pérdidas está aumentando (mm). Coeficiente de la tasa inicial de pérdidas de la curva exponencial de infiltración. Coeficiente de variación (coefficient ratio), que indica la tasa para la cual el exponencial decrece. Puede ser considerado como una función de la capacidad de la subcuenca de absorber la precipitación. Exponente de la precipitación, refleja la influencia de la tasa de precipitación en las características promedios de las pérdidas en las subcuencas (0-1). Porciento de impermeabilidad para cada subcuenca.

Número de la Curva (NC) Pérdidas iniciales (mm). Número de curva, calculado como promedio sobre la subcuenca respectiva. Porcentaje de área impermeabilizada. Números

de

Curva Relación de abstracción inicial S derivada del mismo método del

asociados a celdas o SCS. grillas

Factor de escala para la retención potencial (representa las condiciones antecedentes de humedad AMC). Nota: cada celda tiene su propio CN y pérdidas iniciales diferentes, relacionadas con su condición antecedente de humedad AMC.

Green & Ampt

Pérdidas iniciales (mm). Volumen de déficit de humedad. Succión del frente húmedo (mm).

Conductividad hidráulica (mm/h). Porcentaje de área impermeable. Nota: requiere información detallada de la distribución de la precipitación, no siempre disponible. Consideración humedad

del

(SMA)

de

la Pérdida por interceptación (%)

suelo Pérdida por almacenamiento o retención (%). Agua retenida en la capa superior del suelo (%). Flujo horizontal en las capas subterráneas 1 y 2 (%). Almacenamiento por interceptación (mm). Almacenamiento por retención (mm). Infiltración máxima (mm/h). Porciento de impermeabilidad. Almacenamiento en la capa superior del suelo (mm). Almacenamiento por tensión (mm). Velocidad de percolación del suelo (mm/h). Almacenamiento en las capas subterráneas 1 y 2 (mm). Percolación en las capas subterráneas 1 y 2 (mm/h). Coeficiente en las capas subterráneas 1 y 2 (h).

Pérdidas Smith

El contenido inicial de agua, la saturación inicial del suelo en el

Parlange

comienzo de la simulación. El contenido de aguas residuales, especifica la cantidad de agua remanente en el suelo después que cesa el drenaje. El contenido de agua saturada, la máxima capacidad de retención de agua en términos de tasa de volumen. La presión burbujeante, es generalmente asumida como una función de la textura del suelo (mm). La distribución del tamaño de los poros. La conductividad hidráulica (mm/h). El porciento de área impermeable. Datos de una estación de temperatura (opcional). El parámetro beta cero, sólo se muestra si una estación de temperatura es seleccionada (ºC).

Déficit

y

pérdidas Déficit inicial de humedad en el suelo (mm) para simulación

constantes

en continua. simulaciones continuas Máximo déficit de humedad del suelo en períodos sin lluvia (mm). Tasa de pérdida constante (mm/h) cuando el déficit es cero. Tasa de recuperación mensual del déficit en (mm/día). Porcentaje del área impermeable. Déficit

y

pérdidas Grid del déficit inicial.

constantes por celdas

Grid del déficit máximo. Grid de las pérdidas constantes. Grid de área impermeable. Proporción del déficit inicial de humedad en el suelo. Proporción del máximo déficit de humedad del suelo en períodos sin lluvia por malla. Proporción de la tasa de pérdida constante cuando el déficit es cero, por malla. Proporción del área impermeable por malla.

SMA por celdas

Pérdida por interceptación inicial (%). Grid de pérdida por almacenamiento o retención. Superficie inicial (%). Grid de agua retenida en la capa superior del suelo. Grid de infiltración máxima. Agua inicial retenida en la capa superior del suelo (%). Grid del almacenamiento en la capa superior del suelo. Grid del almacenamiento por tensión. Grid de la velocidad de percolación del suelo. Porciento de infiltración inicial en las capas subterráneas 1 y 2. Grid del almacenamiento en las capas subterráneas 1 y 2. Grid de la percolación en las capas subterráneas 1 y 2. Grid del Coeficiente en las capas subterráneas 1 y 2.

Ninguna pérdida

Considera que toda la subcuenca es impermeable.

La versión 3.5 del HEC-HMS presenta los modelos para determinar las pérdidas por interceptación (Canopy Method) y almacenamiento en depresiones (Surface Method) separadas de las pérdidas totales, para ello dispone de dos métodos en ambos casos:  Interceptación simple (Simple canopy)  Interceptación simple por celdas (Gridded simple canopy).  Superficie simple (Simple surface)  Superficie simple por celdas (Gridded simple surface).

Anexo 1.3.3 Información hidrológica del proceso de transformación de lluvia neta en escurrimiento. Método

Tipo

Hidrograma unitario

definido

por el usuario Hidrograma unitario sintético de Clark

Hidrológico, empírico Hidrológico, semiempírico

Información requerida Abscisas y ordenadas del hidrograma unitario de entrada cuya duración no necesariamente debe coincidir con la del intervalo de cálculo del programa, pero debe ser constante. Tiempo de concentración (h) Coeficiente de almacenamiento R(h) Diagrama área tiempo estándar o definido por el usuario. Tiempo de concentración (h) general para cada subcuenca.

Hidrograma

Coeficiente de almacenamiento R(h) general para cada subcuenca.

unitario sintético Hidrológico,

Archivo con los parámetros asociados a cada celda o grilla como sus

modificado

coordenadas y el úindice de tiempo de viaje.

de semiempírico

Clark

El tránsito se hace en forma lineal hasta la salida de cada celda y los valores se van acumulando hasta llegar a la salida de toda la cuenca.

Hidrograma unitario sintético de Snyder Hidrograma unitario sintético del SCS

Tiempo de retardo Tlag (h) Hidrológico,

Coeficiente al pico función del caudal pico, el tiempo al pico y el

semiempírico

área de la subcuenca Cp(h) Diagrama área tiempo estándar o definido por el usuario.

Hidrológico, semiempírico

Tiempo de retardo Tlag (h, minutos). El hidrograma de salida de la subcuenca se define en tres planos:

Onda cinemática y MuskingumCunge

uno de sobreflujo (longitud, pendiente y rugosidad del terreno) que Hidráulico,

conduce a otro de colectores secundarios (longitud, pendiente, n de

físico

Manning, forma y ancho del canal y talud lateral xH:1V) y de estos a un canal principal, definido por los mismos factores de los colectores.

Anexo 1.3.4 Información acerca del tránsito de los caudales a través de canales y embalses. Método

Tipo

Información requerida

Muskingum

Hidrológico,

Factor de tiempo de viaje K(h), constante para todo el tramo.

empírico

Factor adimensional de ponderación del amortiguamiento o retardo (entre 0 y 0.5). Número de subdivisiones para los tramos.

Puls

Hidrológico,

Número de subdivisiones para cada tramo.

modificado

semiempírico

Condición inicial de flujo (entradas=salidas o definición del caudal de salida). tabla de valores del almacenamiento (en miles de m3) en función de la descarga (m3/s).

Muskingum-

Hidrológico,

Tipo de sección transversal (prismática o circular).

Cunge

semiempírico

Longitud del tramo del canal (m). Pendiente de la línea de energía en el tramo. Ancho del fondo (m). Coeficiente de rugosidad n de Manning (si se trabaja con el método M-C de 8 puntos, entonces se definen los valores de los coeficientes de rugosidad para las dos márgenes y el fondo en 8 puntos del tramo).

Onda

Hidráulico,

Tipo de sección transversal (prismática, trapezoidal o circular).

cinemática

teórico

Longitud del tramo del canal (m). Pendiente de la línea de energía en el tramo. Ancho del fondo (m). Talud lateral de la sección transversal (xH:1V). Coeficiente de rugosidad de Manning. Número mínimo de tramos o subdivisiones para realizar los cálculos.

Anexo 2 Procedimiento para construir el modelo de la cuenca. Anexo 2.1 Obtención del modelo hidrológico conceptual MHC desde ArcView y su extensión HEC-GeoHMS a exportar al HEC-HMS v. 3.5. (Rodríguez, 2011).

Para la obtención del modelo hidrológico conceptual se necesita tener instalada la extensión HECGeoHMS (versión 1.1), del Hydrologic Engineering Center's y la extensión Spatial Analyst. Para activar las extensiones mencionadas es necesario tener en ejecución el programa ArcView. Luego se selecciona en el menú File la opción Extensions, y se cargan ambas extensiones. (Figura 2.1).

Fig. 2.1 Barra de menú del ArcView (izquierda) y ventana donde se activan las extensiones a utilizar con el programa (derecha).

I.

Una vez instalada esta extensión, aparecen en el ArcView dos nuevos tipos de documentos: “Main View” y “Projview”. A partir de aquí se puede iniciar el pre-procesamiento de la cuenca con el objetivo de obtener el parte aguas de la misma.

II.

Para el Pre-procesamiento del terreno (Terrain Preprocesing), se parte con la información del MDE para obtener ocho conjuntos de datos que describen los patrones de drenaje de la cuenca y permiten la delineación de las subcuencas y la red de drenaje. El MDE debe cargase en la Main View.

III.

Para Rellenar el mapa grid (Fill Skins), verificar en la ventana que se activa, que el parámetro RawDEM (grid para ser llenado) sea el modelo digital de elevación con que se está trabajando.

IV.

El parámetro de salida HydroDEM trae por defecto el nombre FillGrid, el cual puede ser modificado (Figura 2.2).

Fig. 2.2 Ventana de la operación Fill Skins.

V.

Para Definir la dirección de la mayor pendiente (Flow Direction), se verifica que el parámetro de entrada, HydroDEM, sea el fichero FillGrid generado en el paso anterior. El parámetro de salida FlowDirGrid se nombra por defecto FDirGrid, este nombre puede ser editado por el usuario.

VI.

En este momento se define la dirección de la mayor pendiente, evaluando celda a celda las cotas de las celdas circundantes a cada una de ellas.

VII.

Para Determinar el número de celdas que drenan a cada celda (Flow Accumulation), verificar que el parámetro de entrada FlowDirGrid sea el fichero FDirGrid generado en el paso anterior. El parámetro de salida FlowAccGrid se nombra por defecto FAccGrid, este nombre puede ser editado por el usuario (Figura 2.3).

Fig. 2.3 Ventana de la operación Flow Accumulation.

VIII.

Aquí se determina el número de celdas que drenan a cada celda. El área de drenaje de una celda dada se puede calcular multiplicando el número de celdas por el área de cada celda.

IX.

Clasificar las celdas con flujo procedente de un número de celdas mayor a un umbral definido, como pertenecientes a la red de drenaje (Stream Definition).

X.

Se debe especificar las Unidades del mapa (Map Units) y las Unidades de Distancia (Distance Units) el menú View/Properties (Figura 2.4).

Fig. 2.4 Ventana donde se definen las unidades del mapa y las de distancia.

XI.

Luego se selecciona el menú Terrain Preprocessing/Stream Definition, Verificar que el parámetro de entrada FlowAccGrid sea el fichero FAccgrid generado en el paso anterior. El parámetro de salida StreamGrid se nombra por defecto StrGrid, este nombre puede ser editado por el usuario.

XII.

Este instante clasifica las celdas con flujo procedente de un número de celdas mayor a un umbral definido por el usuario como pertenecientes a la red de drenaje. El umbral puede especificarse como área en unidades del MDE al cuadrado o como número de celdas. El valor por defecto es del 1% de la mayor área de drenaje de toda la cuenca y cuanto menor sea el umbral, mayor será el número de subcuencas definido por el HEC-GeoHMS (Figuras 2.5 y 2.6).

Fig. 2.5 Ventana donde se especifica cómo se determinará el umbral.

Fig. 2.6 Ventana donde se define el umbral, en función del método determinado anteriormente.

XIII.

Para Dividir los cauces en tramos de ríos (Stream Segmentation), verificar que los parámetros de entrada FlowDirGrid y StreamGrid sean los ficheros fdirgrid y strgrid respectivamente. El parámetro de salida LinkGrid se nombra por defecto StrLnkGrid, este nombre puede ser editado por el usuario (Figura 2.7).

Fig. 2.7 Ventana de la operación Stream Segmentation.

Esta operación divide los cauces en segmentos. Los segmentos son tramos de cauces situados entre dos uniones de cauces sucesivas, una unión y la salida o una unión y el límite de la cuenca. XIV.

Para Definir las subcuencas por cada segmento de cauce (Watershed Delineation), verificar que los parámetros de entrada FlowDirGrid y LinkGrid sean los ficheros strgrid y strlnkgrid respectivamente. El parámetro de salida WaterGrid se nombra por defecto WShedGrid, este nombre puede ser editado por el usuario (Figura 2.8).

Fig. 2.8 Ventana de la operación Watershed Delineation.

En este paso se define una cuenca por cada segmento de cauce. XV.

Para Convertir las subcuencas de formato grid a formato vector (Watershed Polygon Processing), verificar que el parámetro de entrada WaterGrid sea el fichero wshedgrid generado en el paso anterior. El parámetro de salida WaterShed se nombra por defecto WshedShp, este nombre puede ser editado por el usuario.

En este momento se convierten las subcuencas de formato grid a formato vector. XVI.

Para Convertir los cauces de formato grid a formato vector (Stream Segment Processing), verificar que los parámetros de entrada LinkGrid y FlowDirGrid sean los ficheros strlnkgrid y fdirgrid respectivamente. El parámetro de salida River se nombra por defecto River, este nombre puede ser editado por el usuario.

Este paso consiste en convertir los cauces de formato grid a formato vector. XVII.

Para Unir las subcuencas que vierten a cada confluencia de cauces (Watershed Aggregation), verificar que los parámetros de entrada River y Watershed sean los ficheros River.shp y Wshedshp.shp respectivamente. El parámetro de salida AggregatedWatershed se nombra por defecto WshedMg.shp, este nombre puede ser editado por el usuario.

En este paso se aglutinan las subcuencas que vierten cada confluencia de cauces. Permite mejorar la delineación de las subcuencas y la obtención de datos. Para Extraer el área de la cuenca objeto de estudio (“HMS Project Setup”). Este menú es el encargado de extraer la información necesaria de base de datos espacial y crear un proyecto HMS. XVIII.

Comenzar un nuevo proyecto (Start a New Project), se selecciona el menú HMS: Project Setup/ Start New Project en la “Main View”. En la ventana que se activa, se escribe el nombre del nuevo proyecto.

XIX.

Seleccionar el punto de cierre de la cuenca (Specify Outlet Point), con la herramienta Add Outlet se especifica el punto de cierre de la cuenca (Figura 2.9).

Fig. 2.9 Barra de menú que muestra la opción Add Outlet.

Luego aparece una ventana donde se introduce el nombre del punto de cierre. XX.

Generar el nuevo proyecto (Generate Project), seleccionar el menú HMS Project Setup/ Generate Project. En la ventana que se activa aparecen tres métodos para generar el proyecto: “Original Stream Definition” (la definición original del río), “A new threshold” (un umbral nuevo) y “Head basin area” (área de las cuencas cabeceras).

Se recomienda utilizar la primera opción debido a que la segunda permite especificar un nuevo umbral para el proyecto y la tercera establece que las áreas de la cabecera de la cuenca tengan un área igual al umbral. Esta recomendación está basada en que para determinar el parte aguas de la cuenca lo que se debe tener en cuenta es el sistema fluvial y no un umbral. Luego el programa propone un área de estudio, la cual puede ser aceptada o no en la ventana “Create study area”.

Procesamiento de la Cuenca El procesamiento de la cuenca permite unir o fusionar y subdividir subcuencas de forma interactiva, así como delinear nuevas subcuencas. I.

Unir subcuencas (Basin Merge).

La fusión de las subcuencas sigue las siguientes reglas: 

Las subcuencas deben compartir una misma confluencia o deben ser adyacentes en sentido aguas arriba-aguas abajo.

 II.

Se permiten unir más de dos subcuencas. Teniendo activo el tema “WaterShd.shp”, se seleccionan las subcuencas que desea agrupar, y con el mouse se hace una ventana que contenga a las subcuencas que se quieren unir.

III.

Luego se va al menú Basin Processing/ Basin Merge y se verifica que el área resultante es la correcta (se enmarca en una línea roja).

IV.

Unir cauces (River Merge), se suelen crear nuevos segmentos de cauce. La función unir cauces permite unir dos segmentos de río que de otro modo, serían considerados por separado, debiendo incluir sus características por separado.

V.

Obtener el perfil del río (River Profile), esta herramienta da información de pendientes y cambios de pendientes que pueden usarse para delimitar subcuencas.

VI.

Separar cuencas en las confluencias (Split Basin at Confluences).

Las reglas para separar subcuencas son: Sólo se puede seleccionar una cuenca para cada operación.



Este comando se puede usar con una cuenca que tenga múltiples confluencias.

VII.



Obtención de las características de la cuenca y su sistema fluvial.

HEC-GeoHMS calcula varias características topográficas de los cauces y las cuencas. Estas características son útiles para comparar cuencas entre sí y estimar parámetros hidrológicos. VIII.

Obtener la longitud de los cauces (River Length).

Esta operación calcula la longitud de los cauces de todas las subcuencas y los cauces. IX.

Obtener la pendiente de los cauces (River Slope).

Esta acción extrae las cotas de aguas arriba y aguas debajo de los cauces y calcula la pendiente media. X.

Obtener el centroide de las subcuencas (Basin Centroid).

La ubicación del centroide en las subcuencas puede estimarse por varios métodos:  Bounding Box: asemeja la subcuenca a un rectángulo y le asigna el centroide del mismo.  Elipse: asemeja la subcuenca a una elipse y le asigna el centroide de la misma (funciona para menos de dos millones de celdas).  Camino del flujo: Dibuja el camino más largo de la cuenca y asume que el centroide coincide con el punto medio de ese camino. XI.

Obtener el camino más largo del flujo (Longest Flow Path).

Esta opción determina las siguientes características físicas de la cuenca: longitud más larga de flujo, cota de aguas arriba, cota de aguas abajo, pendiente entre extremos, pendiente entre el 10% y el 85% del camino más largo de flujo. XII.

Obtener el camino del flujo desde el centroide (Centridal Flow Path).

En este momento se calcula el camino del flujo desde el centroide, proyectando el centroide en el camino más largo de flujo.

Exportar al HEC-HMS HEC-GeoHMS desarrolla una serie de entradas hidrológicas para HEC-HMS, para ello deben realizarse los pasos que se relacionan a continuación: I.

Auto nombrar los tramos de ríos (River AutoName).

El proceso nombra a los tramos de cauce en una secuencia desde aguas arriba a aguas abajo. II.

Auto nombrar las subcuencas (Basin AutoName).

Este paso nombra a las subcuencas en una secuencia desde aguas arriba a aguas abajo. III.

Cambiar las unidades del mapa a unidades del HMS (Map to HMS Units).

Esta opción convierte las características físicas de los tramos y subcuencas de unidades del mapa a unidades de HMS. IV.

Realizar el control de la consistencia de los conjuntos de los datos para describir la estructura hidrológica del modelo HMS (HMS check Data).

Esta operación contrala la consistencia de los conjuntos de datos para describir la estructura hidrológica del modelo. V.

Obtener el esquema de la cuenca para HMS (HMS Schematic).

El esquema de la cuenca para HMS es la representación del modelo hidrológico de la cuenca elaborado mediante el SIG, con sus elementos y conectividades. VI.

Obtener la leyenda del HMS (HMS Legend o HMS/Regular Legend).

Este paso usa la simbología de HMS para describir los elementos hidrológicos. VII.

Agregar las coordenadas geográficas a los elementos hidrológicos (Add Coordinates).

En este momento se agregan las coordenadas geográficas a los elementos hidrológicos en las tablas de atributos. VIII.

Crear el mapa de fondo, con la información geográfica de los límites de las subcuencas y cauces, que puede ser leído por el HMS (Background Map File).

El archivo de mapa de fondo captura la información geográfica de los límites de las subcuencas y cauces a un fichero de texto ASCII que puede ser leído por el HEC-HMS. IX.

Obtener el modelo agregado de la cuenca (Lumped Basin Model).

El modelo de la cuenca agregado captura los elementos hidrológicos, sus conectividades y la información geográfica relacionada a un fichero de texto ASCII que puede ser leído por el HECHMS. Este modelo de la cuenca puede ser usado con parámetros agregados, no distribuidos. X.

Generar un subdirectorio de proyecto (HMS Project Setup).

Esta función genera un subdirectorio de proyecto y copia todos los ficheros generados con HECGeoHMS. Este grupo de ficheros define completamente un proyecto HEC-HMS y se puede cargar y ejecutar directamente desde HEC-HMS sin más manipulación en los datos.

Anexo 2.2 Construcción del modelo de la cuenca Zaza en HEC-HMS v. 3.5. La cuenca del río Zaza está ubicada en las provincias centrales de Cuba, Villa Clara y Santi Spíritus, ocupando un área de 2413 km2, y un volumen de 1086 hm3 de agua embalsada. Presenta una gran diversidad de paisajes físico-geográficos; como la llanura pantanosa palustre marina, en la desembocadura del río, otros tipos de llanuras de variada génesis y morfología, oscilando desde llanuras bajas a altas, con presencia de diferentes tipos de colinas, altiplanicies y montañas de más de 700.00 msnm en la que se incluyen las montañas de Sancti Spíritus.

Fig. 2.10 Modelo Hidrológico Conceptual (MHC) de la cuenca Zaza, resultado del trabajo con las extensiones HECGeoHMS y Spatial Analyst.

Las presas ubicadas dentro de la cuenca son: Las Mercedes, Tuinucú, Siguaney y una de las presas más importantes del país, la presa Zaza. Aguas abajo de este embalse se encuentra una zona sometida a un gran riesgo de inundaciones debido al vertimiento del aliviadero del complejo hidráulico y de los sistemas fluviales de las subcuencas ubicadas después del embalse. Esta presa es el lago artificial de agua dulce mayor del país con 1020 hm3 de agua y una superficie de 11400 ha. El modelo hidrológico conceptual inicial fue obtenido por (Rodríguez. L.Y, 2011) a partir del pre procesamiento en el programa ArcView y su extensión HEC-GeoHMS, a partir del modelo digital de elevaciones (MDE) de la zona en estudio a una escala 1: 25 000.

Construcción del modelo hidrológico en el HEC-HMS. La construcción del modelo hidrológico de la cuenca en el HEC-HMS, significa representar gráficamente en el Escritorio de trabajo, mediante los elementos hidrológicos disponibles en el software, la información obtenida en el procesamiento previo de la cuenca. 1. Ejecutar el HEC-HMS. Para ejecutar el software HEC-HMS v. 3.5 hacer doble click sobre el ícono de acceso directo que se encuentra en el Escritorio del computador. Crear un nuevo proyecto de nombre Zaza. Ver figura 2.11. En la ventana de definición del proyecto hacer click: I.

En el menú File elegir New o presionar la combinación de teclas (Ctrl +N). o hacer click en el ícono

de la Barra de herramientas, con esto se abre la ventana Create a new Project.

Fig. 2.11 Ventana para crear un nuevo proyecto.

En esta ventana escribir:  En Name: Zaza, este será el nombre del proyecto que se crea y también el nombre del directorio donde se guardarán todos los ficheros del proyecto.  En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés de la cuenca, por ejemplo: el área, la ubicación, o bien la condición que se quiere simular.  En Location: Se eligió: E: \, también se puede seleccionar otra dirección, se recomienda siempre guardar el proyecto en direcciones cerca de la raíz del disco duro, para evitar luego errores en la simulación.  En Default Unit System: Mantener el sistema Métrico (Metric), además se puede optar por el sistema U. S. Customary, si así fuese el caso del origen de sus datos. II.

Luego hacer click en el botón Create.

2. Definir el modelo de la cuenca. Para definir el modelo de la cuenca en el HEC-HMS, ejecutar la orden: Components / Basin Model Manager. Ver figura 2.12.

Fig. 2.12 Camino para crear un nuevo modelo de la cuenca.

I.

En la ventana Basin Model Manager, hacer click en New, con esto se abre la ventana Create A New Basin Model. Ver figura 2.13.

Fig. 2.13 Administrador del modelo de la cuenca.

 En Name: Zaza, este será el nombre de la cuenca del proyecto que se crea y también el nombre del fichero donde se guardarán todos los datos correspondientes a la cuenca creada para el proyecto.  En Description: Esta descripción es opcional. II.

Hacer click en el botón Create con esto se regresa a la ventana Basin Model Manager, luego cerrar esta ventana haciendo click en el botón

.

Después de esto, en el panel del Explorador de la cuenca, se muestra el modelo de la cuenca anteriormente creado. (Basin Models). Ver figura 2.14.

Fig. 2.14 Explorador de la cuenca donde aparece representado el modelo creado.

III.

Si se hace click en el signo +, de

, se observa la cuenca Zaza creada.

Fig. 2.15 Modelo de la cuenca Zaza.

IV.

Haciendo click en el nombre de la cuenca Zaza, se muestran los componentes de esta, tanto en el Panel del editor de componentes, como en el el Escritorio de trabajo, lugar este, donde se va a epresentar gráficamente el modelo de la cuenca.

A continuacion se activan automaticamente los íconos de la Barra de herramientas, , que muestran los elementos hidrológicos que sirven para representar el modelo de la cuenca. Ver figura 2.16.

Fig. 2.16 Ventana principal del HEC-HMS.

Salvar el proyecto: V.

Hacer click en Save

, el proyecto se guardará automaticamente en la dirección fijada al

inicio de estas instruccuiones, concretamente en E:/ Zaza. 3. Incluir mapas de la cuenca. El mapa de la cuenca, constituye un diagrama de ubicación para la colocación de los elementos hidrológicos, que le permite al usuario logar una distribución de los componentes lo más cercano a la realidad, por tano no posee ningún efecto real sobre las simulaciones y cálculos que se realicen en el proyecto HEC-HMS. HEC-HMS no genera los mapas, pero sí permite la utilización de mapas digitalizados, por ejemplo desde ArcView, Auto CAD Map, entre otros. Por lo tanto si se dispone del mapa de la cuenca en las siguientes extensiones, este podrá ser agregado al proyecto: Ver figura 2.17

Fig. 2.17 Extensión para importar los mapas al HEC-HMS.

En el caso de los mapas digitalizados con ArcView, se crea el fichero mapa con extensión .shp, y a su vez otros dos ficheros de extensiones, .dbf y .shx. Tener el cuidado de copiar los tres ficheros al subdirectorio Maps, en este caso dentro del directorio Zaza, toda vez que son necesarios para que se visualice el de extensión .shp.

I.

Copiar el archivo de extensión .map (o archivos de extensiones .shp, .dbf, .shx) del mapa de la cuenca digitalizado, a la carpeta maps, que está en el directorio donde se está guardando el proyecto. En este caso concretamente sería en la dirección: E: /Zaza/maps.

II.

Seleccionar la cuenca del modelo de la cuenca, en este caso hacer click en

, esto para

activar el Escritorio de trabajo. Desde el menú principal, ejecutar la orden: View/ Background Maps, ver figura 2.18:

Fig. 2.18 Opción Background Maps, para mapas digitalizados.

III.

En la ventana Background Maps que se abre seleccionar Add… y en el Select, que se abre, buscar el directorio donde se copió el archivo que se desea mostrar. Si el archivo de mapa se generó en ArcView, es decir con extensión .shp se mostrará automáticamente, en caso de ser un mapa de extensión .map se debe cambiar el tipo de extensión, ver figura 2.19.

Fig. 2.19 Extensión para importar los mapas al HEC-HMS.

Para este caso se trabajó con un fichero .map que se encuentra en E: /Zaza/maps/Zaza25tf.map En esta ventana:

Fig. 2.20 Dirección donde seleccionar los ficheros .map.

IV.

En esta ventana hacer click en el botón Select para regresar a la ventana Background Maps, en ella se muestra entonces el mapa seleccionado. Ver figura 2.21.

Fig. 2.21 Administrator de Background Maps.

V.

En la ventana Background Maps, hacer click en la pestaña Close,

, con lo que en el

Escritorio de trabajo, debe aparecer el mapa como se muestra en a figura 2.22.

Fig. 2.22 Mapa de la cuenca Zaza cargado en el Escritorio de trabajo.

Se recomienda incluir el mapa del proyecto antes de colocar los elementos hidrológicos de la cuenca, con el objetivo de poder distribuirlos adecuadamente. 4. Agregar elementos hidrológicos. El modelo de cuenca que se construye es relativamente compleja, los elementos componentes del modelo y la información correspondiente a cada uno según el método a utilizar hasta este momento se muestra a continuación:

Tabla 2.1 Datos correspondientes a las subcuencas de Zaza. Subbasin Area No.

SCS Number Curve Initial

Area

Subbasin

Abstraction

(km2)

(mm)

SCS Transform

Curve

Impervious

Number

(%)

Lag time (min)

1

PasoVentura

837.493

76

3.00

457.3

2

AportArrEmbal

328.159

79

0.00

421.52

3

AportIzqEmbal

375.239

79

0.00

388.72

4

AportDerEmbal

141.321

81

0.00

265.14

5

AbajYayabo

61.497

54

0.00

115.78

6

Cayajana

81.231

60

0.00

139.68

7

Yayabo

74.118

54

5.00

101.79

8

AbbDerEmbal

36.463

79

0.00

124.31

9

ArrrYayabo

45.336

54

0.00

126.56

10

ArrEmbalse

62.386

79

0.00

171.97

11

Embalse

64.812

79

0.00

192.37

Tabla 2.2 Datos correspondientes a los ríos y confluencias. Routing Muskingum

Junctions

Muskingum Muskingum

Number of CierreYaya

Junction

K (hr.)

X

Subreaches LimEmbalse

Junction

R310

2

0.2

1

CierrePasVent Junction

R350

2

0.2

1

JR350

Junction

R480

2

0.2

1

JR480

Junction

R570

2

0.2

1

JR570

Junction

R520

2

0.2

1

JR600

Junction

R600

2

0.2

1

JR650

Junction

R650

2

0.2

1

JR680

Junction

R910

2

0.2

1

Sink-cierre

Sink

Reach

Fig. 2.23 Diagrama de la conexión los elementos hidrológicos de la cuenca.

Por lo tanto el proceso de construcción del modelo debe hacerse de manera organizada, el lugar del Escritorio de trabajo donde se coloquen los elementos es irrelevante, lo importante son las conexiones entre elementos. I.

Para representar las subcuencas, hacer click en la herramienta esta acción el puntero cambia de

clásico a cruceta

. (subbasin). Al realizar

, en esta posición está listo para insertar

los elementos. II.

Hacer click en cualquier lugar del Escritorio de trabajo.

III.

En la ventana Create A New Subbasin Element, escribir:

En Name: El nombre de la subcuenca, p.ej. Paso_Ventura. En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés de la subcuenca. Ver figura 2.24.

Fig. 2.24 Ventana para crear una nueva subcuenca.

IV.

Luego click en Create.

Después de este proceso en el panel del Explorador de la cuenca se tiene:

Fig. 2.25 Modelo de la cuenca Zaza y subcuenca Paso Ventura.

Y en el Escritorio de trabajo lo siguiente:

Fig. 2.26 Mapa de la cuenca Zaza y subcuenca Paso Ventura.

V.

Repetir este proceso para crear las restantes 10 subcuencas del modelo (como la herramienta (subbasin) está activa, es decir el puntero en forma de

, solo hay que hacer click en

cualquier parte del escritorio de trabajo para crear los demás elementos. Cuando se hayan creado todos los elementos necesarios hacer click en Esc, para regresar el puntero a la forma clásica. A continuación se muestra un ejemplo de cómo pueden quedar representadas las subcuencas en el Escritorio de trabajo. Ver figura 2.27.

Fig. 2.27 Subcuencas del modelo Zaza representadas en el Escritorio de trabajo.

Para representar las confluencias hacer click en la herramienta el puntero cambia de

clásico a cruceta

(junction). Al realizar esta acción

, en esta posición está listo para insertar los elementos.

VI.

Hacer click en cualquier lugar del Escritorio de trabajo.

VII.

En la ventana Create A New Junction Element, escribir:

En Name: El nombre de la unión, p.ej. Cierre_Yaya. En Description: Esta descripción es opcional.

Fig. 2.28 Ventana para crear una nueva confluencia.

VIII.

Luego click en Create.

Después de este proceso en el panel del Explorador de la cuenca y en el Escritorio de trabajo se tiene:

Fig. 2.29 Subcuencas y cierre Yaya del modelo Zaza representado en el Escritorio de trabajo.

Repetir este proceso para crear las restantes 8 confluencias del modelo (como la herramienta (junction) está activa, es decir el puntero en forma de

, solo hay que hacer click en cualquier parte

del escritorio de trabajo para crear los demás elementos. IX.

Cuando se hayan creado todos los elementos necesarios hacer click en Esc, para regresar el puntero a la forma clásica.

A continuación se muestra un ejemplo de cómo pueden quedar representadas la combinación de las subcuencas y las uniones en el Escritorio de trabajo.

Fig. 2.30 Subcuencas y cierres del modelo Zaza representado en el Escritorio de trabajo.

X.

Para representar el cierre de la cuenca, se utiliza el elemento (Sink), hacer click en la herramienta

. Al realizar esta acción el puntero cambia de

clásico a cruceta

, en esta

posición está listo para insertar los elementos. XI. XII.

Hacer click en cualquier lugar del Escritorio de trabajo. En la ventana Create A New Sink Element, escribir:

En Name: El nombre de la unión, p.ej. Sink - Cierre En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés de la unión.

Fig. 2.31 Ventana para crear un nuevo cierre.

XIII.

Luego click en Create.

Para representar los tramos de ríos, se recomienda revisar la Fig. 2.23, donde se muestra entre los elementos hidrológicos que se debe indicar el río, ya que ahora sí es importante la indicación del punto inicial y final del río, debido a que este representa el sentido de circulación del agua. XIV.

Antes de colocar el río, se debe activar la opción que muestre precisamente el sentido de circulación en el río.

XV.

Hacer click en la orden View/ Draw flow directions. Con ello cuando se fije el punto inicial y final del río, automáticamente se muestra el sentido de circulación del mismo.

XVI.

Para representar los tramos de ríos correspondientes, hacer click en la herramienta (reach). Al realizar esta acción el puntero cambia de

clásico a cruceta

, en esta posición

está listo para insertar los elementos. XVII.

Hacer click en el punto inicial y luego el punto final, p. ej.

XVIII.

Para representar el río (R 310), que según el diagrama de conexiones indica que se encuentra entre CierrePasVen (Junction) y JR 350 (Junction) hacer lo siguiente:

XIX.

Hacer click en la herramienta clásico a cruceta

XX.

(reach). Al realizar esta acción el puntero cambia de

, en esta posición está listo para insertar los elementos.

Hacer click en

y luego en

, automáticamente aparece la ventana

Create A New Reach Element. XXI.

En la ventana Create A New Reach Element, escribir:

En Name: El nombre del río, p.ej. R 310. En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés del río.

Fig. 2.32 Ventana para crear un nuevo tramo de río o canal.

XXII.

Luego click en Create.

Después de este proceso en el panel del Explorador de la cuenca y en el Escritorio de trabajo se tiene:

Fig. 2.33 Representación en el Escritorio de trabajo del tramo de río creado.

Repetir este proceso para crear los restantes 7 tramos de ríos del modelo (como la herramienta (reach) está activa, es decir el puntero en forma de

, solo hay que hacer click en los puntos iniciales

y finales para crear los elementos Cuando se hayan creado todos los elementos necesarios hacer click en Esc, para regresar el puntero a la forma clásica. A continuación se muestra un ejemplo de cómo pueden quedar representadas la combinación de las subcuencas, las uniones y los tramos de ríos, en el Escritorio de trabajo.

Fig. 2.34 Subcuencas, cierres, confluencias y tramos de ríos del modelo Zaza representado en el Escritorio de trabajo.

De esta manera quedan replantados todos los elementos hidrológicos que conforman la cuenca, una vez colocados todos los elementos, se pueden reacomodar para lograr una mejor visualización. 5. Conectar elementos anteriormente creados. Una vez creados todos los elementos hay que conectarlos unos con otros comenzando desde aguas arriba hacia aguas abajo (esto es importante), se recomienda revisar la Fig. A2.11, que ayuda a comprender como están conectados los elementos. P.ej. se muestra cómo conectar la subcuenca Paso_Ventura al cierre Cierre_Pas_Vent. I.

Hacer click en el ícono de selección

(ícono de la flecha debajo de “Components”) y luego

hacer click con el botón derecho del ratón sobre el elemento a conectar, en este caso Paso_Ventura (subbasin)

II.

Aparecerá una ventana, hacer click con el botón izquierdo en “Connect Downstream” y a continuación elegir el elemento con el que se desea conectar, en este caso Cierre Paso_Vent (Junction). Ver figura 2.35.

Fig. 2.35 Conexión de un elemento a otro aguas abajo.

III.

Después de realizada esta operación quedan conectados automáticamente ambos elementos y se muestra la línea de color negro, que se muestra en la siguiente figura, está significa que el aporte de Paso_Ventura (Subbasin) descarga en Cierre Paso_Vent (Junction). Ver fig. 2.36.

Fig. 2.36 Elemento subcuenca conectado al cierre aguas abajo.

IV.

Repetir este proceso para las conexiones que se indican entre las subcuencas y las confluencias, así como las que puedan tener lugar con otros elementos como: (reservoir), (sink), (diversion).

V.

Cuando se conectan los tramos de cauce es importante el sentido del flujo. Para visualizar el sentido del flujo seleccionar View/Flow Directions.

VI.

El proceso de conexión de los elementos hidrológicos de los ríos con los otros elementos es el mismo, Se conecta desde aguas arriba hacia aguas abajo, solo que en estos casos la conexión tiene lugar sin la línea negra, es decir, se conecta directamente al rio, o bien desde el rio hacia el elemento correspondiente ubicado aguas abajo.

VII. VIII.

Guardar los cambios seleccionando File/Save o bien haciendo click en Para quitar una conexión errónea, se selecciona el elemento con la conexión errónea, hacer click con el botón izquierdo en “Delete Connection”.

IX.

En cualquier momento es posible hacer un zoom seleccionando el ícono de la lupa y marcando a continuación la zona que queremos acercar.

Es importante que todos los elementos queden debidamente conectados, para evitar así errores en la simulación del modelo. Comprobar las conexiones, desde el escritorio de trabajo, en casos como estos donde la cuenca está bastante tupida es bastante engorroso. X.

Por tanto se recomienda verificar la conexión entre elementos desde el Editor de Componentes, donde se muestra, a partir del elemento seleccionado, a dónde está conectado aguas abajo.

Fig. 2.37 Elemento subcuenca representado en el Editor de componentes.

Así se puede comprobar que el elemento Paso_Ventura (Subbasin) esté conectado aguas abajo con el elemento Cierre Paso_Vent (Junction). A continuación se muestra en la imagen un ejemplo de cómo deben quedar conectados los elementos hidrológicos, en el Escritorio de trabajo.

Fig. 2.38 Conexión entre los elementos hidrológicos del modelo Zaza.

6. Ingresar datos a los elementos hidrológicos de la cuenca. Con el proceso realizado hasta el momento, se está en condiciones de introducir los datos necesarios para la simulación en las subcuencas y los tramos de ríos. Los datos están disponibles en las Tablas 2.1 y 2.2. Se recomienda establecer por defecto los métodos de cálculo que empleará HEC-HMS en sus simulaciones. I.

Ejecutar la orden Tools/ Program Settings.

Fig. 2.39 Camino para definir parámetros en las Opciones del programa.

I. II.

Se abre la ventana Program Settings, en ella hacer click en la pestaña Defaults. Donde se muestra entonces la siguiente ventana:

En esa pestaña, seleccionar los siguientes cambios:  Unit system: Metric.  Element sorting: Hydrologic.  Subbasin canopy:None.  Subbasin surface: None.  Subbasin loss: SCS Curve Number.  Subbasin transform: SCS Unit Hydrograph.  Subbasin baseflow: None.  Reach routing: Muskingum.  Reach loss/gain: None.  Subbasin Precipitation: Specified Hyetograph.  Subbasin evapotranspiration: None.  Subbasin snowmelt: None.

Para introducir las áreas:

I.

Activar el ícono de la cuenca en el Explorador de Cuenca.

II.

Ejecutar la orden: Parameters /Subbasin Area.

III.

Aparecerá una ventana con una tabla en blanco.

Fig. 2.40 Ventana para definir el área de la (s) subcuenca (s).

IV.

2

Introducir las áreas de todas las subcuencas en km , disponibles en la Tabla 2.1. Cuidado con el signo de separación de decimales, hay que usar el mismo que el especificado en Inicio/Panel de Control/Configuración Regional. Puede usarse la opción “copiar y pegar” desde una hoja de cálculo.

V.

Al terminar hacer click en “Apply” y luego cerrar.

Para introducir los Parámetros de pérdidas: I. II.

Activar el ícono de la cuenca en el Explorador de Cuenca. Ejecutar la orden: Parameters/Loss/SCS Curve Number.

Fig. 2.41 Camino para definir los parámetros de los métodos de pérdidas a los elementos.

III.

Aparecerá una tabla con 3 campos a rellenar por subcuenca: abstracción inicial (Initial abstraction) en mm, el número de curva (Curve Number) y el porcentaje de área impermeable (% impervious).

Fig. 2.42 Datos a introducir correspondientes al método SCS Curve Number.

El campo de abstracción se puede dejar en blanco, eso significa que lo calculará el programa como 0,2*S. Los datos a introducir en esta ventana, se muestran en la Tabla A2.1. IV.

Al terminar hacer click en “Apply” y cerrar.

Para introducir los Parámetros para la transformación lluvia-caudal:

I. II.

Activar el ícono de la cuenca en el Explorador de Cuenca. Ejecutar la orden: Parameters/ Transform/SCS Unit Hydrograph.

Fig. 2.43 Camino para definir los parámetros de los métodos de transformación.

III.

Aparecerá la ventana “Transform”, llenar la tabla con los tiempos de retardo (Tlag) en minutos. Estos están disponibles la tabla A2.1. Al terminar hacer click en “Apply” y cerrar.

Parámetros para propagación de caudales en cauces: I. II. III.

Activar el ícono de la cuenca en el Explorador de Cuenca. Ejecutar la orden: Parameters/Routing/Muskingum Aparecerá la ventana “Muskingum Routing” llenar la tabla con los parámetros K y X. En principio dejar la columna de “Number of Subreaches” en 1. Los datos están disponibles en la Tabla 2.2. Al terminar hacer click en “Apply” y cerrar.

Una vez que están todos los elementos conectados y los parámetros de los elementos introducidos, ya se tiene listo el modelo de cuenca.

Anexo 2.3 Datos de Entrada al HEC-HMS para la modelación. A partir de la información reunida durante más de 50 años de mediciones eventuales en las estaciones de la cuenca Zaza y la información suministrada por la Dra. Yakelin Rodríguez López, recopilada precisamente para su tesis doctoral, es posible disponer de un modelo hidrológico representativo de la cuenca, disponiendo de series de precipitación registradas en al menos un pluviógrafo correspondiente a cada subcuenca de la Zaza, correspondientes al evento que tuvo lugar entre 31 de Mayo y el 04 Junio de 1988. A continuación se describe el proceso para introducir los datos de entrada al modelo Zaza. 1. Precipitación Por defecto el modelo está preparado para recibir datos de lluvia en mm. No hace falta definir las coordenadas geográficas del gage, tan solo hay que indicar la fecha y hora de inicio de la lluvia. Si trabajamos con lluvias sintéticas (no reales) de proyecto, se puede elegir un inicio de tiempo cualquiera (habitualmente el 1 de enero a las 00:00 horas, por ejemplo). I.

Hacer click en la orden Components/ Time-Series Data Manager, abriéndose la ventana del mismo nombre.

II.

En la ventana Time-Series Data Manager elegir dentro de la pestaña Data Type, la opción Precipitation Gages.

Fig. 2.44 Administrador de Series temporales de datos.

III.

Hacer click en la pestaña New para crear los distintos pluviógrafos. Se abre la siguiente ventana:

En Name: El nombre del equipo, p.ej. Paso_Ventura. En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés del equipo.

IV.

Al terminar hacer click en Create y luego en Cerrar.

Ahora corresponde, introducir en ese pluviógrafo la serie correspondiente al evento que se quiere analizar. V.

Hacer click en Editor de componentes en: Time Series Data/ Precipitation Gages/Paso Ventura, para seleccionar el equipo anteriormente creado.

VI.

En la ventana del Editor de componentes (ventana inferior izquierda) especificar como se muestra a continuación:

Fig. 2.45 Editor de componentes.

Esto significa que la entrada de los datos será manual (Manual Entry), las unidades de esos datos corresponden a la lámina del intervalo en mm (Incremental Millimeters), y el tiempo del intervalo cada una hora (1 hour). Lo demás dejarlo en 0. VII.

Al desplegar el menú correspondiente al equipo que se quieren ingresar los datos de la precipitación, se genera la siguiente ventana, en ella ingresar los datos como se describe a continuación:

En la pestaña Time Series Gage: Hacer click en la pestaña y comprobar que:  Description: Opcional.

 Units: Incremental millimeters.

 Data Source: Manual Entry.

 Time Interval: 1 hour.

En la pestaña Time Windows: Hacer click en la pestaña y definir la flecha y la hora de comienzo y fin del aguacero, generalmente esta información está en la carta pluviográfica. En este caso concretamente escribir:  Start Date: 31may1988.  End Date: 04Jun1988.  Start Time (HH:mm): 00:00.  End Time (HH:mm): 00:00.

En la pestaña Table: Hacer click en la pestaña e ingresar los datos de precipitación para los intervalos cada una hora en este caso. Se puede copiar y pegar sí estos estuviesen disponibles desde una hoja de Excel. Ver tablas 2.3 -2.13. I. II. III.

Una vez ingresada toda la información, se tiene listo el pluviógrafo. Repetir este proceso para crear los restantes 10 equipos correspondientes del modelo. Una vez creados todos los equipos, debe quedar como sigue:

Fig.2.46 Editor de componentes de los datos temporales de precipitación.

Tabla 2.3 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: AbajYayabo. Equipo: AbajYayabo. Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

3.6

01Jun1988, 00:00

0.23

02Jun1988, 00:00

2.28

03Jun1988, 01:00

9.8

31May1988, 01:00

7.77

01Jun1988, 01:00

78.73

02Jun1988, 01:00

124.25

03Jun1988, 02:00

3.2

31May1988, 02:00

2.54

01Jun1988, 02:00

25.69

02Jun1988, 02:00

40.54

03Jun1988, 03:00

2.06

31May1988, 03:00

1.64

01Jun1988, 03:00

16.58

02Jun1988, 03:00

26.16

03Jun1988, 04:00

1.7

31May1988, 04:00

1.35

01Jun1988, 04:00

13.68

02Jun1988, 04:00

21.58

03Jun1988, 05:00

1.34

31May1988, 05:00

1.06

01Jun1988, 05:00

10.77

02Jun1988, 05:00

17

03Jun1988, 06:00

1.11

31May1988, 06:00

0.88

01Jun1988, 06:00

8.91

02Jun1988, 06:00

14.06

03Jun1988, 07:00

1.06

31May1988, 07:00

0.84

01Jun1988, 07:00

8.5

02Jun1988, 07:00

13.41

03Jun1988, 08:00

0.93

31May1988, 08:00

0.74

01Jun1988, 08:00

7.46

02Jun1988, 08:00

11.77

03Jun1988, 09:00

0.85

31May1988, 09:00

0.67

01Jun1988, 09:00

6.84

02Jun1988, 09:00

10.79

03Jun1988, 10:00

0.77

31May1988, 10:00

0.61

01Jun1988, 10:00

6.22

02Jun1988, 10:00

9.81

03Jun1988, 11:00

0.77

31May1988, 11:00

0.61

01Jun1988, 11:00

6.22

02Jun1988, 11:00

9.81

03Jun1988, 12:00

0.77

31May1988, 12:00

0.61

01Jun1988, 12:00

6.22

02Jun1988, 12:00

9.81

03Jun1988, 13:00

0.45

31May1988, 13:00

0.36

01Jun1988, 13:00

3.63

02Jun1988, 13:00

5.72

03Jun1988, 14:00

0.34

31May1988, 14:00

0.27

01Jun1988, 14:00

2.7

02Jun1988, 14:00

4.25

03Jun1988, 15:00

0.28

31May1988, 15:00

0.23

01Jun1988, 15:00

2.28

02Jun1988, 15:00

3.6

03Jun1988, 16:00

0.28

31May1988, 16:00

0.23

01Jun1988, 16:00

2.28

02Jun1988, 16:00

3.6

03Jun1988, 17:00

0.28

31May1988, 17:00

0.23

01Jun1988, 17:00

2.28

02Jun1988, 17:00

3.6

03Jun1988, 18:00

0.28

31May1988, 18:00

0.23

01Jun1988, 18:00

2.28

02Jun1988, 18:00

3.6

03Jun1988, 19:00

0.28

31May1988, 19:00

0.23

01Jun1988, 19:00

2.28

02Jun1988, 19:00

3.6

03Jun1988, 20:00

0.28

31May1988, 20:00

0.23

01Jun1988, 20:00

2.28

02Jun1988, 20:00

3.6

03Jun1988, 21:00

0.28

31May1988, 21:00

0.23

01Jun1988, 21:00

2.28

02Jun1988, 21:00

3.6

03Jun1988, 22:00

0.28

31May1988, 22:00

0.23

01Jun1988, 22:00

2.28

02Jun1988, 22:00

3.6

03Jun1988, 23:00

0.28

31May1988, 23:00

0.23

01Jun1988, 23:00

2.28

02Jun1988, 23:00

3.6

04Jun1988, 00:00

0.28

Tabla 2.4 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: AbbDerEmbal. Equipo: AbbDerEmbal. Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

5.16

01Jun1988, 00:00

0.11

02Jun1988, 00:00

1.67

03Jun1988, 01:00

12.3

31May1988, 01:00

3.71

01Jun1988, 01:00

57.5

02Jun1988, 01:00

178.12

03Jun1988, 02:00

4.02

31May1988, 02:00

1.21

01Jun1988, 02:00

18.76

02Jun1988, 02:00

58.12

03Jun1988, 03:00

2.59

31May1988, 03:00

0.78

01Jun1988, 03:00

12.11

02Jun1988, 03:00

37.5

03Jun1988, 04:00

2.14

31May1988, 04:00

0.64

01Jun1988, 04:00

9.99

02Jun1988, 04:00

30.94

03Jun1988, 05:00

1.68

31May1988, 05:00

0.51

01Jun1988, 05:00

7.87

02Jun1988, 05:00

24.38

03Jun1988, 06:00

1.39

31May1988, 06:00

0.42

01Jun1988, 06:00

6.51

02Jun1988, 06:00

20.16

03Jun1988, 07:00

1.33

31May1988, 07:00

0.4

01Jun1988, 07:00

6.2

02Jun1988, 07:00

19.22

03Jun1988, 08:00

1.17

31May1988, 08:00

0.35

01Jun1988, 08:00

5.45

02Jun1988, 08:00

16.88

03Jun1988, 09:00

1.07

31May1988, 09:00

0.32

01Jun1988, 09:00

4.99

02Jun1988, 09:00

15.47

03Jun1988, 10:00

0.97

31May1988, 10:00

0.29

01Jun1988, 10:00

4.54

02Jun1988, 10:00

14.06

03Jun1988, 11:00

0.97

31May1988, 11:00

0.29

01Jun1988, 11:00

4.54

02Jun1988, 11:00

14.06

03Jun1988, 12:00

0.97

31May1988, 12:00

0.29

01Jun1988, 12:00

4.54

02Jun1988, 12:00

14.06

03Jun1988, 13:00

0.57

31May1988, 13:00

0.17

01Jun1988, 13:00

2.65

02Jun1988, 13:00

8.2

03Jun1988, 14:00

0.42

31May1988, 14:00

0.13

01Jun1988, 14:00

1.97

02Jun1988, 14:00

6.1

03Jun1988, 15:00

0.36

31May1988, 15:00

0.11

01Jun1988, 15:00

1.67

02Jun1988, 15:00

5.16

03Jun1988, 16:00

0.36

31May1988, 16:00

0.11

01Jun1988, 16:00

1.67

02Jun1988, 16:00

5.16

03Jun1988, 17:00

0.36

31May1988, 17:00

0.11

01Jun1988, 17:00

1.67

02Jun1988, 17:00

5.16

03Jun1988, 18:00

0.36

31May1988, 18:00

0.11

01Jun1988, 18:00

1.67

02Jun1988, 18:00

5.16

03Jun1988, 19:00

0.36

31May1988, 19:00

0.11

01Jun1988, 19:00

1.67

02Jun1988, 19:00

5.16

03Jun1988, 20:00

0.36

31May1988, 20:00

0.11

01Jun1988, 20:00

1.67

02Jun1988, 20:00

5.16

03Jun1988, 21:00

0.36

31May1988, 21:00

0.11

01Jun1988, 21:00

1.67

02Jun1988, 21:00

5.16

03Jun1988, 22:00

0.36

31May1988, 22:00

0.11

01Jun1988, 22:00

1.67

02Jun1988, 22:00

5.16

03Jun1988, 23:00

0.36

31May1988, 23:00

0.11

01Jun1988, 23:00

1.67

02Jun1988, 23:00

5.16

04Jun1988, 00:00

0.36

Tabla 2.5 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: Aport ArrEmbal. Time 31May1988, 00:00 31May1988, 01:00 31May1988, 02:00 31May1988, 03:00 31May1988, 04:00 31May1988, 05:00 31May1988, 06:00 31May1988, 07:00 31May1988, 08:00 31May1988, 09:00 31May1988, 10:00 31May1988, 11:00 31May1988, 12:00 31May1988, 13:00 31May1988, 14:00 31May1988, 15:00 31May1988, 16:00 31May1988, 17:00 31May1988, 18:00 31May1988, 19:00 31May1988, 20:00 31May1988, 21:00 31May1988, 22:00 31May1988, 23:00

Precipitation (mm) 1.96 0.64 0.41 0.34 0.27 0.22 0.21 0.19 0.17 0.15 0.15 0.15 0.09 0.07 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06

Time 01Jun1988, 00:00 01Jun1988, 01:00 01Jun1988, 02:00 01Jun1988, 03:00 01Jun1988, 04:00 01Jun1988, 05:00 01Jun1988, 06:00 01Jun1988, 07:00 01Jun1988, 08:00 01Jun1988, 09:00 01Jun1988, 10:00 01Jun1988, 11:00 01Jun1988, 12:00 01Jun1988, 13:00 01Jun1988, 14:00 01Jun1988, 15:00 01Jun1988, 16:00 01Jun1988, 17:00 01Jun1988, 18:00 01Jun1988, 19:00 01Jun1988, 20:00 01Jun1988, 21:00 01Jun1988, 22:00 01Jun1988, 23:00

Equipo: Aport ArrEmbal. Precipitation (mm) Time 0.06 02Jun1988, 00:00 63.26 02Jun1988, 01:00 20.64 02Jun1988, 02:00 13.32 02Jun1988, 03:00 10.99 02Jun1988, 04:00 8.66 02Jun1988, 05:00 7.16 02Jun1988, 06:00 6.83 02Jun1988, 07:00 5.99 02Jun1988, 08:00 5.49 02Jun1988, 09:00 4.99 02Jun1988, 10:00 4.99 02Jun1988, 11:00 4.99 02Jun1988, 12:00 2.91 02Jun1988, 13:00 2.17 02Jun1988, 14:00 1.83 02Jun1988, 15:00 1.83 02Jun1988, 16:00 1.83 02Jun1988, 17:00 1.83 02Jun1988, 18:00 1.83 02Jun1988, 19:00 1.83 02Jun1988, 20:00 1.83 02Jun1988, 21:00 1.83 02Jun1988, 22:00 1.83 02Jun1988, 23:00

Precipitation (mm) 1.83 60.18 19.64 12.67 10.45 8.24 6.81 6.49 5.7 5.23 4.75 4.75 4.75 2.77 2.06 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74 1.74

03Jun1988, 00:00 03Jun1988, 01:00 03Jun1988, 02:00 03Jun1988, 03:00 03Jun1988, 04:00 03Jun1988, 05:00 03Jun1988, 06:00 03Jun1988, 07:00 03Jun1988, 08:00 03Jun1988, 09:00 03Jun1988, 10:00 03Jun1988, 11:00 03Jun1988, 12:00 03Jun1988, 13:00 03Jun1988, 14:00 03Jun1988, 15:00 03Jun1988, 16:00 03Jun1988, 17:00 03Jun1988, 18:00 03Jun1988, 19:00 03Jun1988, 20:00 03Jun1988, 21:00 03Jun1988, 22:00 03Jun1988, 23:00 04Jun1988, 00:00

1.74 5.17 1.69 1.09 0.9 0.71 0.59 0.56 0.49 0.45 0.41 0.41 0.41 0.24 0.18 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15

Tabla 2.6 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: AporDerEmbal. Time 31May1988, 00:00 31May1988, 01:00 31May1988, 02:00 31May1988, 03:00 31May1988, 04:00 31May1988, 05:00 31May1988, 06:00 31May1988, 07:00 31May1988, 08:00 31May1988, 09:00 31May1988, 10:00 31May1988, 11:00 31May1988, 12:00 31May1988, 13:00 31May1988, 14:00 31May1988, 15:00 31May1988, 16:00 31May1988, 17:00 31May1988, 18:00 31May1988, 19:00 31May1988, 20:00 31May1988, 21:00 31May1988, 22:00 31May1988, 23:00

Precipitation (mm) 2.35 0.77 0.49 0.41 0.32 0.27 0.25 0.22 0.2 0.19 0.19 0.19 0.11 0.08 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07

Time 01Jun1988, 00:00 01Jun1988, 01:00 01Jun1988, 02:00 01Jun1988, 03:00 01Jun1988, 04:00 01Jun1988, 05:00 01Jun1988, 06:00 01Jun1988, 07:00 01Jun1988, 08:00 01Jun1988, 09:00 01Jun1988, 10:00 01Jun1988, 11:00 01Jun1988, 12:00 01Jun1988, 13:00 01Jun1988, 14:00 01Jun1988, 15:00 01Jun1988, 16:00 01Jun1988, 17:00 01Jun1988, 18:00 01Jun1988, 19:00 01Jun1988, 20:00 01Jun1988, 21:00 01Jun1988, 22:00 01Jun1988, 23:00

Equipo: AporDerEmbal Precipitation (mm) Time 0.07 02Jun1988, 00:00 52.1 02Jun1988, 01:00 17 02Jun1988, 02:00 10.97 02Jun1988, 03:00 9.05 02Jun1988, 04:00 7.13 02Jun1988, 05:00 5.9 02Jun1988, 06:00 5.62 02Jun1988, 07:00 4.94 02Jun1988, 08:00 4.52 02Jun1988, 09:00 4.11 02Jun1988, 10:00 4.11 02Jun1988, 11:00 4.11 02Jun1988, 12:00 2.4 02Jun1988, 13:00 1.78 02Jun1988, 14:00 1.51 02Jun1988, 15:00 1.51 02Jun1988, 16:00 1.51 02Jun1988, 17:00 1.51 02Jun1988, 18:00 1.51 02Jun1988, 19:00 1.51 02Jun1988, 20:00 1.51 02Jun1988, 21:00 1.51 02Jun1988, 22:00 1.51 02Jun1988, 23:00

Precipitation (mm) 1.51 89.02 29.05 18.74 15.46 12.18 10.07 9.6 8.43 7.73 7.03 7.03 7.03 4.1 3.05 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58 2.58

03Jun1988, 00:00 03Jun1988, 01:00 03Jun1988, 02:00 03Jun1988, 03:00 03Jun1988, 04:00 03Jun1988, 05:00 03Jun1988, 06:00 03Jun1988, 07:00 03Jun1988, 08:00 03Jun1988, 09:00 03Jun1988, 10:00 03Jun1988, 11:00 03Jun1988, 12:00 03Jun1988, 13:00 03Jun1988, 14:00 03Jun1988, 15:00 03Jun1988, 16:00 03Jun1988, 17:00 03Jun1988, 18:00 03Jun1988, 19:00 03Jun1988, 20:00 03Jun1988, 21:00 03Jun1988, 22:00 03Jun1988, 23:00 04Jun1988, 00:00

2.58 7.73 2.52 1.63 1.34 1.06 0.87 0.83 0.73 0.67 0.61 0.61 0.61 0.36 0.26 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22 0.22

Tabla 2.7 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: AportIzqEmbal. Equipo: AportIzqEmbal Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

1.34

01Jun1988, 00:00

0.11

02Jun1988, 00:00

1.46

03Jun1988, 01:00

5.55

31May1988, 01:00

3.94

01Jun1988, 01:00

50.52

02Jun1988, 01:00

46.14

03Jun1988, 02:00

1.81

31May1988, 02:00

1.28

01Jun1988, 02:00

16.48

02Jun1988, 02:00

15.06

03Jun1988, 03:00

1.17

31May1988, 03:00

0.83

01Jun1988, 03:00

10.64

02Jun1988, 03:00

9.71

03Jun1988, 04:00

0.96

31May1988, 04:00

0.68

01Jun1988, 04:00

8.77

02Jun1988, 04:00

8.01

03Jun1988, 05:00

0.76

31May1988, 05:00

0.54

01Jun1988, 05:00

6.91

02Jun1988, 05:00

6.31

03Jun1988, 06:00

0.63

31May1988, 06:00

0.45

01Jun1988, 06:00

5.72

02Jun1988, 06:00

5.22

03Jun1988, 07:00

0.6

31May1988, 07:00

0.42

01Jun1988, 07:00

5.45

02Jun1988, 07:00

4.98

03Jun1988, 08:00

0.53

31May1988, 08:00

0.37

01Jun1988, 08:00

4.79

02Jun1988, 08:00

4.37

03Jun1988, 09:00

0.48

31May1988, 09:00

0.34

01Jun1988, 09:00

4.39

02Jun1988, 09:00

4.01

03Jun1988, 10:00

0.44

31May1988, 10:00

0.31

01Jun1988, 10:00

3.99

02Jun1988, 10:00

3.64

03Jun1988, 11:00

0.44

31May1988, 11:00

0.31

01Jun1988, 11:00

3.99

02Jun1988, 11:00

3.64

03Jun1988, 12:00

0.44

31May1988, 12:00

0.31

01Jun1988, 12:00

3.99

02Jun1988, 12:00

3.64

03Jun1988, 13:00

0.26

31May1988, 13:00

0.18

01Jun1988, 13:00

2.33

02Jun1988, 13:00

2.12

03Jun1988, 14:00

0.19

31May1988, 14:00

0.13

01Jun1988, 14:00

1.73

02Jun1988, 14:00

1.58

03Jun1988, 15:00

0.16

31May1988, 15:00

0.11

01Jun1988, 15:00

1.46

02Jun1988, 15:00

1.34

03Jun1988, 16:00

0.16

31May1988, 16:00

0.11

01Jun1988, 16:00

1.46

02Jun1988, 16:00

1.34

03Jun1988, 17:00

0.16

31May1988, 17:00

0.11

01Jun1988, 17:00

1.46

02Jun1988, 17:00

1.34

03Jun1988, 18:00

0.16

31May1988, 18:00

0.11

01Jun1988, 18:00

1.46

02Jun1988, 18:00

1.34

03Jun1988, 19:00

0.16

31May1988, 19:00

0.11

01Jun1988, 19:00

1.46

02Jun1988, 19:00

1.34

03Jun1988, 20:00

0.16

31May1988, 20:00

0.11

01Jun1988, 20:00

1.46

02Jun1988, 20:00

1.34

03Jun1988, 21:00

0.16

31May1988, 21:00

0.11

01Jun1988, 21:00

1.46

02Jun1988, 21:00

1.34

03Jun1988, 22:00

0.16

31May1988, 22:00

0.11

01Jun1988, 22:00

1.46

02Jun1988, 22:00

1.34

03Jun1988, 23:00

0.16

31May1988, 23:00

0.11

01Jun1988, 23:00

1.46

02Jun1988, 23:00

1.34

04Jun1988, 00:00

0.16

Tabla 2.8 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: Arrembalse. Equipo: Arrembalse Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

2.34

01Jun1988, 00:00

0.02

02Jun1988, 00:00

2.54

03Jun1988, 01:00

1.96

31May1988, 01:00

0.61

01Jun1988, 01:00

87.65

02Jun1988, 01:00

80.84

03Jun1988, 02:00

0.64

31May1988, 02:00

0.2

01Jun1988, 02:00

28.6

02Jun1988, 02:00

26.38

03Jun1988, 03:00

0.41

31May1988, 03:00

0.13

01Jun1988, 03:00

18.45

02Jun1988, 03:00

17.02

03Jun1988, 04:00

0.34

31May1988, 04:00

0.11

01Jun1988, 04:00

15.22

02Jun1988, 04:00

14.04

03Jun1988, 05:00

0.27

31May1988, 05:00

0.08

01Jun1988, 05:00

11.99

02Jun1988, 05:00

11.06

03Jun1988, 06:00

0.22

31May1988, 06:00

0.07

01Jun1988, 06:00

9.92

02Jun1988, 06:00

9.15

03Jun1988, 07:00

0.21

31May1988, 07:00

0.07

01Jun1988, 07:00

9.46

02Jun1988, 07:00

8.72

03Jun1988, 08:00

0.19

31May1988, 08:00

0.06

01Jun1988, 08:00

8.3

02Jun1988, 08:00

7.66

03Jun1988, 09:00

0.17

31May1988, 09:00

0.05

01Jun1988, 09:00

7.61

02Jun1988, 09:00

7.02

03Jun1988, 10:00

0.15

31May1988, 10:00

0.05

01Jun1988, 10:00

6.92

02Jun1988, 10:00

6.38

03Jun1988, 11:00

0.15

31May1988, 11:00

0.05

01Jun1988, 11:00

6.92

02Jun1988, 11:00

6.38

03Jun1988, 12:00

0.15

31May1988, 12:00

0.05

01Jun1988, 12:00

6.92

02Jun1988, 12:00

6.38

03Jun1988, 13:00

0.09

31May1988, 13:00

0.03

01Jun1988, 13:00

4.04

02Jun1988, 13:00

3.72

03Jun1988, 14:00

0.07

31May1988, 14:00

0.02

01Jun1988, 14:00

3

02Jun1988, 14:00

2.77

03Jun1988, 15:00

0.06

31May1988, 15:00

0.02

01Jun1988, 15:00

2.54

02Jun1988, 15:00

2.34

03Jun1988, 16:00

0.06

31May1988, 16:00

0.02

01Jun1988, 16:00

2.54

02Jun1988, 16:00

2.34

03Jun1988, 17:00

0.06

31May1988, 17:00

0.02

01Jun1988, 17:00

2.54

02Jun1988, 17:00

2.34

03Jun1988, 18:00

0.06

31May1988, 18:00

0.02

01Jun1988, 18:00

2.54

02Jun1988, 18:00

2.34

03Jun1988, 19:00

0.06

31May1988, 19:00

0.02

01Jun1988, 19:00

2.54

02Jun1988, 19:00

2.34

03Jun1988, 20:00

0.06

31May1988, 20:00

0.02

01Jun1988, 20:00

2.54

02Jun1988, 20:00

2.34

03Jun1988, 21:00

0.06

31May1988, 21:00

0.02

01Jun1988, 21:00

2.54

02Jun1988, 21:00

2.34

03Jun1988, 22:00

0.06

31May1988, 22:00

0.02

01Jun1988, 22:00

2.54

02Jun1988, 22:00

2.34

03Jun1988, 23:00

0.06

31May1988, 23:00

0.02

01Jun1988, 23:00

2.54

02Jun1988, 23:00

2.34

04Jun1988, 00:00

0.06

Tabla 2.9 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: ArrYayabo. Equipo: ArrYayabo Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

3.04

01Jun1988, 00:00

0.09

02Jun1988, 00:00

2.7

03Jun1988, 01:00

7.93

31May1988, 01:00

3

01Jun1988, 01:00

93.26

02Jun1988, 01:00

105.04

03Jun1988, 02:00

2.59

31May1988, 02:00

0.98

01Jun1988, 02:00

30.43

02Jun1988, 02:00

34.28

03Jun1988, 03:00

1.67

31May1988, 03:00

0.63

01Jun1988, 03:00

19.63

02Jun1988, 03:00

22.11

03Jun1988, 04:00

1.38

31May1988, 04:00

0.52

01Jun1988, 04:00

16.2

02Jun1988, 04:00

18.24

03Jun1988, 05:00

1.09

31May1988, 05:00

0.41

01Jun1988, 05:00

12.76

02Jun1988, 05:00

14.37

03Jun1988, 06:00

0.9

31May1988, 06:00

0.34

01Jun1988, 06:00

10.55

02Jun1988, 06:00

11.89

03Jun1988, 07:00

0.86

31May1988, 07:00

0.32

01Jun1988, 07:00

10.06

02Jun1988, 07:00

11.33

03Jun1988, 08:00

0.75

31May1988, 08:00

0.28

01Jun1988, 08:00

8.84

02Jun1988, 08:00

9.95

03Jun1988, 09:00

0.69

31May1988, 09:00

0.26

01Jun1988, 09:00

8.1

02Jun1988, 09:00

9.12

03Jun1988, 10:00

0.63

31May1988, 10:00

0.24

01Jun1988, 10:00

7.36

02Jun1988, 10:00

8.29

03Jun1988, 11:00

0.63

31May1988, 11:00

0.24

01Jun1988, 11:00

7.36

02Jun1988, 11:00

8.29

03Jun1988, 12:00

0.63

31May1988, 12:00

0.24

01Jun1988, 12:00

7.36

02Jun1988, 12:00

8.29

03Jun1988, 13:00

0.37

31May1988, 13:00

0.14

01Jun1988, 13:00

4.3

02Jun1988, 13:00

4.84

03Jun1988, 14:00

0.27

31May1988, 14:00

0.1

01Jun1988, 14:00

3.19

02Jun1988, 14:00

3.6

03Jun1988, 15:00

0.23

31May1988, 15:00

0.09

01Jun1988, 15:00

2.7

02Jun1988, 15:00

3.04

03Jun1988, 16:00

0.23

31May1988, 16:00

0.09

01Jun1988, 16:00

2.7

02Jun1988, 16:00

3.04

03Jun1988, 17:00

0.23

31May1988, 17:00

0.09

01Jun1988, 17:00

2.7

02Jun1988, 17:00

3.04

03Jun1988, 18:00

0.23

31May1988, 18:00

0.09

01Jun1988, 18:00

2.7

02Jun1988, 18:00

3.04

03Jun1988, 19:00

0.23

31May1988, 19:00

0.09

01Jun1988, 19:00

2.7

02Jun1988, 19:00

3.04

03Jun1988, 20:00

0.23

31May1988, 20:00

0.09

01Jun1988, 20:00

2.7

02Jun1988, 20:00

3.04

03Jun1988, 21:00

0.23

31May1988, 21:00

0.09

01Jun1988, 21:00

2.7

02Jun1988, 21:00

3.04

03Jun1988, 22:00

0.23

31May1988, 22:00

0.09

01Jun1988, 22:00

2.7

02Jun1988, 22:00

3.04

03Jun1988, 23:00

0.23

31May1988, 23:00

0.09

01Jun1988, 23:00

2.7

02Jun1988, 23:00

3.04

04Jun1988, 00:00

0.23

Tabla 2.10 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: Cayajana. Equipo: Cayajana Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

3.01

01Jun1988, 00:00

0.52

02Jun1988, 00:00

2.66

03Jun1988, 01:00

22.17

31May1988, 01:00

17.9

01Jun1988, 01:00

91.89

02Jun1988, 01:00

103.78

03Jun1988, 02:00

7.24

31May1988, 02:00

5.84

01Jun1988, 02:00

29.98

02Jun1988, 02:00

33.86

03Jun1988, 03:00

4.67

31May1988, 03:00

3.77

01Jun1988, 03:00

19.34

02Jun1988, 03:00

21.85

03Jun1988, 04:00

3.85

31May1988, 04:00

3.11

01Jun1988, 04:00

15.96

02Jun1988, 04:00

18.02

03Jun1988, 05:00

3.03

31May1988, 05:00

2.45

01Jun1988, 05:00

12.57

02Jun1988, 05:00

14.2

03Jun1988, 06:00

2.51

31May1988, 06:00

2.03

01Jun1988, 06:00

10.4

02Jun1988, 06:00

11.74

03Jun1988, 07:00

2.39

31May1988, 07:00

1.93

01Jun1988, 07:00

9.91

02Jun1988, 07:00

11.2

03Jun1988, 08:00

2.1

31May1988, 08:00

1.7

01Jun1988, 08:00

8.71

02Jun1988, 08:00

9.83

03Jun1988, 09:00

1.93

31May1988, 09:00

1.55

01Jun1988, 09:00

7.98

02Jun1988, 09:00

9.01

03Jun1988, 10:00

1.75

31May1988, 10:00

1.41

01Jun1988, 10:00

7.25

02Jun1988, 10:00

8.19

03Jun1988, 11:00

1.75

31May1988, 11:00

1.41

01Jun1988, 11:00

7.25

02Jun1988, 11:00

8.19

03Jun1988, 12:00

1.75

31May1988, 12:00

1.41

01Jun1988, 12:00

7.25

02Jun1988, 12:00

8.19

03Jun1988, 13:00

1.02

31May1988, 13:00

0.82

01Jun1988, 13:00

4.23

02Jun1988, 13:00

4.78

03Jun1988, 14:00

0.76

31May1988, 14:00

0.61

01Jun1988, 14:00

3.15

02Jun1988, 14:00

3.55

03Jun1988, 15:00

0.64

31May1988, 15:00

0.52

01Jun1988, 15:00

2.66

02Jun1988, 15:00

3.01

03Jun1988, 16:00

0.64

31May1988, 16:00

0.52

01Jun1988, 16:00

2.66

02Jun1988, 16:00

3.01

03Jun1988, 17:00

0.64

31May1988, 17:00

0.52

01Jun1988, 17:00

2.66

02Jun1988, 17:00

3.01

03Jun1988, 18:00

0.64

31May1988, 18:00

0.52

01Jun1988, 18:00

2.66

02Jun1988, 18:00

3.01

03Jun1988, 19:00

0.64

31May1988, 19:00

0.52

01Jun1988, 19:00

2.66

02Jun1988, 19:00

3.01

03Jun1988, 20:00

0.64

31May1988, 20:00

0.52

01Jun1988, 20:00

2.66

02Jun1988, 20:00

3.01

03Jun1988, 21:00

0.64

31May1988, 21:00

0.52

01Jun1988, 21:00

2.66

02Jun1988, 21:00

3.01

03Jun1988, 22:00

0.64

31May1988, 22:00

0.52

01Jun1988, 22:00

2.66

02Jun1988, 22:00

3.01

03Jun1988, 23:00

0.64

31May1988, 23:00

0.52

01Jun1988, 23:00

2.66

02Jun1988, 23:00

3.01

04Jun1988, 00:00

0.64

Tabla 2.11 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: Embalse. Equipo: Embalse Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

1.97

01Jun1988, 00:00

0.02

02Jun1988, 00:00

0.18

03Jun1988, 01:00

144.0

31May1988, 01:00

0.56

01Jun1988, 01:00

6.22

02Jun1988, 01:00

68.04

03Jun1988, 02:00

47.01

31May1988, 02:00

0.18

01Jun1988, 02:00

2.03

02Jun1988, 02:00

22.2

03Jun1988, 03:00

30.33

31May1988, 03:00

0.12

01Jun1988, 03:00

1.31

02Jun1988, 03:00

14.32

03Jun1988, 04:00

25.02

31May1988, 04:00

0.1

01Jun1988, 04:00

1.08

02Jun1988, 04:00

11.82

03Jun1988, 05:00

19.72

31May1988, 05:00

0.08

01Jun1988, 05:00

0.85

02Jun1988, 05:00

9.31

03Jun1988, 06:00

16.3

31May1988, 06:00

0.06

01Jun1988, 06:00

0.7

02Jun1988, 06:00

7.7

03Jun1988, 07:00

15.54

31May1988, 07:00

0.06

01Jun1988, 07:00

0.67

02Jun1988, 07:00

7.34

03Jun1988, 08:00

13.65

31May1988, 08:00

0.05

01Jun1988, 08:00

0.59

02Jun1988, 08:00

6.45

03Jun1988, 09:00

12.51

31May1988, 09:00

0.05

01Jun1988, 09:00

0.54

02Jun1988, 09:00

5.91

03Jun1988, 10:00

11.37

31May1988, 10:00

0.04

01Jun1988, 10:00

0.49

02Jun1988, 10:00

5.37

03Jun1988, 11:00

11.37

31May1988, 11:00

0.04

01Jun1988, 11:00

0.49

02Jun1988, 11:00

5.37

03Jun1988, 12:00

11.37

31May1988, 12:00

0.04

01Jun1988, 12:00

0.49

02Jun1988, 12:00

5.37

03Jun1988, 13:00

6.63

31May1988, 13:00

0.03

01Jun1988, 13:00

0.29

02Jun1988, 13:00

3.13

03Jun1988, 14:00

4.93

31May1988, 14:00

0.02

01Jun1988, 14:00

0.21

02Jun1988, 14:00

2.33

03Jun1988, 15:00

4.18

31May1988, 15:00

0.02

01Jun1988, 15:00

0.18

02Jun1988, 15:00

1.97

03Jun1988, 16:00

4.18

31May1988, 16:00

0.02

01Jun1988, 16:00

0.18

02Jun1988, 16:00

1.97

03Jun1988, 17:00

4.18

31May1988, 17:00

0.02

01Jun1988, 17:00

0.18

02Jun1988, 17:00

1.97

03Jun1988, 18:00

4.18

31May1988, 18:00

0.02

01Jun1988, 18:00

0.18

02Jun1988, 18:00

1.97

03Jun1988, 19:00

4.18

31May1988, 19:00

0.02

01Jun1988, 19:00

0.18

02Jun1988, 19:00

1.97

03Jun1988, 20:00

4.18

31May1988, 20:00

0.02

01Jun1988, 20:00

0.18

02Jun1988, 20:00

1.97

03Jun1988, 21:00

4.18

31May1988, 21:00

0.02

01Jun1988, 21:00

0.18

02Jun1988, 21:00

1.97

03Jun1988, 22:00

4.18

31May1988, 22:00

0.02

01Jun1988, 22:00

0.18

02Jun1988, 22:00

1.97

03Jun1988, 23:00

4.18

31May1988, 23:00

0.02

01Jun1988, 23:00

0.18

02Jun1988, 23:00

1.97

04Jun1988, 00:00

4.18

Tabla 2.12 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: Paso Ventura. Equipo: Paso Ventura Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

0.19

01Jun1988, 00:00

8.18

02Jun1988, 00:00

1.14

03Jun1988, 01:00

0.19

31May1988, 01:00

9.93

01Jun1988, 01:00

6.75

02Jun1988, 01:00

1.14

03Jun1988, 02:00

0.19

31May1988, 02:00

3.24

01Jun1988, 02:00

5.32

02Jun1988, 02:00

1.14

03Jun1988, 03:00

0.19

31May1988, 03:00

2.09

01Jun1988, 03:00

4.4

02Jun1988, 03:00

1.14

03Jun1988, 04:00

0.19

31May1988, 04:00

1.72

01Jun1988, 04:00

4.19

02Jun1988, 04:00

1.14

03Jun1988, 05:00

0.19

31May1988, 05:00

1.36

01Jun1988, 05:00

3.68

02Jun1988, 05:00

1.14

03Jun1988, 06:00

0.19

31May1988, 06:00

1.12

01Jun1988, 06:00

3.37

02Jun1988, 06:00

6.61

03Jun1988, 07:00

0.19

31May1988, 07:00

1.07

01Jun1988, 07:00

3.07

02Jun1988, 07:00

2.16

03Jun1988, 08:00

0.19

31May1988, 08:00

0.94

01Jun1988, 08:00

3.07

02Jun1988, 08:00

1.39

03Jun1988, 09:00

0.19

31May1988, 09:00

0.86

01Jun1988, 09:00

3.07

02Jun1988, 09:00

1.15

03Jun1988, 10:00

0.19

31May1988, 10:00

0.78

01Jun1988, 10:00

39.36

02Jun1988, 10:00

0.9

03Jun1988, 11:00

0.19

31May1988, 11:00

0.78

01Jun1988, 11:00

12.84

02Jun1988, 11:00

0.75

03Jun1988, 12:00

0.19

31May1988, 12:00

0.78

01Jun1988, 12:00

8.29

02Jun1988, 12:00

0.71

03Jun1988, 13:00

0.19

31May1988, 13:00

0.46

01Jun1988, 13:00

6.84

02Jun1988, 13:00

0.63

03Jun1988, 14:00

0.19

31May1988, 14:00

0.34

01Jun1988, 14:00

5.39

02Jun1988, 14:00

0.57

03Jun1988, 15:00

0.19

31May1988, 15:00

0.29

01Jun1988, 15:00

4.45

02Jun1988, 15:00

0.52

03Jun1988, 16:00

0.19

31May1988, 16:00

0.29

01Jun1988, 16:00

4.25

02Jun1988, 16:00

0.52

03Jun1988, 17:00

0.19

31May1988, 17:00

0.29

01Jun1988, 17:00

3.73

02Jun1988, 17:00

0.52

03Jun1988, 18:00

0.19

31May1988, 18:00

0.29

01Jun1988, 18:00

3.42

02Jun1988, 18:00

0.3

03Jun1988, 19:00

0.19

31May1988, 19:00

0.29

01Jun1988, 19:00

3.11

02Jun1988, 19:00

0.23

03Jun1988, 20:00

0.19

31May1988, 20:00

0.29

01Jun1988, 20:00

3.11

02Jun1988, 20:00

0.19

03Jun1988, 21:00

0.19

31May1988, 21:00

0.29

01Jun1988, 21:00

3.11

02Jun1988, 21:00

0.19

03Jun1988, 22:00

0.19

31May1988, 22:00

38.85

01Jun1988, 22:00

1.81

02Jun1988, 22:00

0.19

03Jun1988, 23:00

0.19

31May1988, 23:00

12.68

01Jun1988, 23:00

1.35

02Jun1988, 23:00

0.19

04Jun1988, 00:00

0.19

Tabla 2.13 Registro pluviográfico del ev. 31 May – 04 Jun 1988. Equipo: Yayabo. Equipo: Yayabo Time

Precipitation (mm)

31May1988, 00:00

Time

Precipitation (mm)

Time

Precipitation (mm)

03Jun1988, 00:00

0.4

01Jun1988, 00:00

14.11

02Jun1988, 00:00

6.61

03Jun1988, 01:00

15.98

31May1988, 01:00

13.83

01Jun1988, 01:00

11.66

02Jun1988, 01:00

6.61

03Jun1988, 02:00

5.22

31May1988, 02:00

4.51

01Jun1988, 02:00

11.12

02Jun1988, 02:00

6.61

03Jun1988, 03:00

3.36

31May1988, 03:00

2.91

01Jun1988, 03:00

9.77

02Jun1988, 03:00

3.86

03Jun1988, 04:00

2.78

31May1988, 04:00

2.4

01Jun1988, 04:00

8.95

02Jun1988, 04:00

2.87

03Jun1988, 05:00

2.19

31May1988, 05:00

1.89

01Jun1988, 05:00

8.14

02Jun1988, 05:00

2.43

03Jun1988, 06:00

1.81

31May1988, 06:00

1.56

01Jun1988, 06:00

8.14

02Jun1988, 06:00

2.43

03Jun1988, 07:00

1.72

31May1988, 07:00

1.49

01Jun1988, 07:00

8.14

02Jun1988, 07:00

2.43

03Jun1988, 08:00

1.51

31May1988, 08:00

1.31

01Jun1988, 08:00

4.75

02Jun1988, 08:00

2.43

03Jun1988, 09:00

1.39

31May1988, 09:00

1.2

01Jun1988, 09:00

3.53

02Jun1988, 09:00

2.43

03Jun1988, 10:00

1.26

31May1988, 10:00

1.09

01Jun1988, 10:00

2.99

02Jun1988, 10:00

2.43

03Jun1988, 11:00

1.26

31May1988, 11:00

1.09

01Jun1988, 11:00

2.99

02Jun1988, 11:00

2.43

03Jun1988, 12:00

1.26

31May1988, 12:00

1.09

01Jun1988, 12:00

2.99

02Jun1988, 12:00

2.43

03Jun1988, 13:00

0.74

31May1988, 13:00

0.64

01Jun1988, 13:00

2.99

02Jun1988, 13:00

2.43

03Jun1988, 14:00

0.55

31May1988, 14:00

0.47

01Jun1988, 14:00

2.99

02Jun1988, 14:00

2.43

03Jun1988, 15:00

0.46

31May1988, 15:00

0.4

01Jun1988, 15:00

83.77

02Jun1988, 15:00

2.99

03Jun1988, 16:00

0.46

31May1988, 16:00

0.4

01Jun1988, 16:00

27.34

02Jun1988, 16:00

2.99

03Jun1988, 17:00

0.46

31May1988, 17:00

0.4

01Jun1988, 17:00

17.64

02Jun1988, 17:00

2.99

03Jun1988, 18:00

0.46

31May1988, 18:00

0.4

01Jun1988, 18:00

14.55

02Jun1988, 18:00

2.99

03Jun1988, 19:00

0.46

31May1988, 19:00

0.4

01Jun1988, 19:00

11.46

02Jun1988, 19:00

2.99

03Jun1988, 20:00

0.46

31May1988, 20:00

103.08

01Jun1988, 20:00

9.48

02Jun1988, 20:00

0.4

03Jun1988, 21:00

0.46

31May1988, 21:00

33.64

01Jun1988, 21:00

9.04

02Jun1988, 21:00

0.4

03Jun1988, 22:00

0.46

31May1988, 22:00

21.7

01Jun1988, 22:00

7.94

02Jun1988, 22:00

0.4

03Jun1988, 23:00

0.46

31May1988, 23:00

17.9

01Jun1988, 23:00

7.28

02Jun1988, 23:00

0.4

04Jun1988, 00:00

0.46

2. Modelo Meteorológico. Una vez realizado el modelo de cuencas Basin Model se debe dotar al programa de un modelo meteorológico que debe incluir como mínimo una lluvia. Después de introducidos todos los “Gage”, crear el modelo meteorológico significa asociar cada equipo a la subcuenca correspondiente, es decir con esto se le da información al software del equipo de medición (precipitación, caudal, nivel, etc.) que va a estar situado en cada subcuenca. Se pueden crear tantos modelos meteorológicos como casos se quieran estudiar (por ej. uno para cada periodo de retorno).

I.

Seleccionar Components/ Meteorologic Model Manager.

Fig. 2.47 Administrador del modelo meteorológico.

II.

En la ventana Meteorologic Model Manager click en New.

En la ventana Create a New Meteorologic Model ingresar un nombre de modelo meteorológico y una descripción (no obligatorio).

Fig. 2.48 Ventana para crear un nuevo modelo meteorológico.

En Name: El nombre del modelo, p.ej. Met 2. En Description: Esta descripción es opcional, en ella se puede registrar información de interés, p.ej. Met. Zaza ev. 1988. Al terminar hacer click en Create y luego en Cerrar. III.

Aparecerá una carpeta Meteorologic Models en el Explorador de la Cuenca y dentro de ella tantos íconos con los nombres de los modelos meteorológicos como se hayan creado. Elegir uno.

IV.

En la ventana del editor de componentes aparecerán las propiedades del modelo meteorológico y varias pestañas. Especificar como se indica a continuación:

Fig. 2.49 Editor de componentes del modelo meteorológico.

En el campo de Precipitation aparece Specified Hyetograph, es decir que el usuario dará los datos de precipitación, se acepta esto, toda vez que ya se ingresaron estos datos. No se dispone de datos de Evapotranspiración (Evapotranspiration), ni de nieve (Snowelt), por lo que se acepta para ambos casos None. El sistema de unidades con que se trabaja es el (Metric), aceptar también. V.

En este panel, hacer click en la pestaña Basin, con lo que se abre la ventana que se muestra:

Fig. 2.50 Actualizar modelo meteorológico, seleccionando Yes.

VI.

En la columna Include Subbasin (incluir subcuencas), aparece No, hacer click en este campo para seleccionar Yes.

VII.

En el panel del Explorador de la cuenca, al hacer click sobre

, en el panel

del Editor de componentes se muestra lo siguiente: VIII.

En la columna Gages, vincular cada una de las subcuencas, a los pluviógrafos que ya se han ingresado. Para este caso debe quedar como sigue:

Fig. 2.51 Pluviógrafos correspondientes asociadas a cada subcuenca.

Así queda conformado el Modelo Meteorológico de la cuenca Zaza. De forma general se comprueba que al modelo lo componen 11 subcuencas, 9 confluencias y 8 tramos de ríos y un cierre. Para calcular las pérdidas que se producen en la cuenca se emplea el método de SCS Curve Number, para calcular la transformación de la lluvia en escurrimiento se aplica el método de SCS Unit Hydrograph, y se desprecia el volumen de agua interceptada por la cobertura vegetal (Canopy Method), el volumen de agua retenido en la superficie (Surface Method) y flujo base (Baseflow). Se dispone además con un pluviógrafo en cada subcuenca y con una estación de aforo en las subcuencas Paso Ventura y Yayabo.

3. Especificaciones de Control. Las especificaciones de control se refieren al tiempo de duración de la simulación, se trata simplemente de indicarle cuando debe empezar y terminar de computar y el incremento de tiempo (Time interval). I.

Seleccionar la orden Components/Control Specifications Manager.

II.

En la ventana Control Specifications Manager, hacer click en New.

Fig. 2.52 Administrador de las especificaciones de control.

III.

En la ventana Create a New Control Specifications ingresar un nombre de especificaciones de control y una descripción (no obligatorio).

Fig. 2.53 Ventana para crear una nueva especificación de control.

IV.

Al terminar hacer click en Create y luego en Cerrar.

En principio no hace falta crear más, pero se podrían tener varias especificaciones distintas si se desea. V.

Aparecerá una carpeta Control Specifications en el Explorador de Cuenca y un ícono dentro de ella.

VI.

Al hacer click en

, en el Editor de componentes se muestra la siguiente ventana:

Fig. 2.54 Editor de componentes de las especificaciones de control.

VII.

Concretamente en esa ventana ingresar las fechas y horas de comienzo y fin del estudio, recordar que en los campos con (*) rojo, es obligatorio el ingreso de datos, (el estudio debe durar hasta varias horas después de haber cesado de llover, para permitir que el caudal generado llegue a la desembocadura de la cuenca), eso dependerá del tiempo de concentración, es decir en la celda End Date sustituir: 05Jun1988 y no 04Jun1988, que es cuando termina el evento.

VIII.

Elegir un intervalo de tiempo, que puede ser diferente al elegido para la tormenta de proyecto, es el intervalo con el que se realizarán las simulaciones. Este incremento de tiempo (Time interval) es para indicar cada cuanto tiempo debe realizar el cálculo. Este valor no debe ser muy grande (sí es mayor del 29% del lag de la subcuenca, HEC-HMS notifica un error).

Anexo 2.4 Crear una corrida de simulación. I.

II. III.

Seleccionar Compute/ Create Simulation Run.

En la ventana Create a Simulation Run ingresar un nombre de simulación. p.ej. Cond. actuales. Hacer click en Next.

Fig. 2.55 Ventana para definir nombre de la corrida.

IV.

Seleccionar el modelo base que se quiere simular.

Fig. 2.56 Ventana para definir modelo de la cuenca en la corrida.

V.

Seleccionar el modelo meteorológico, con que se quiere simular.

Fig. 2.57 Ventana para definir modelo meteorológico en la corrida.

VI.

Seleccionar las especificaciones de control y luego hacer click en Finish.

Fig. 2.58 Ventana para definir especificaciones de control en la corrida.

Anexo 2.5 Aplicación del método de transformación Clark Unit Hydrograph. 1. Copiar el modelo base. I.

Hacer click derecho sobre el elemento Zaza y seleccionar Cretate Copy.

Fig. 2.59 Crear copia del modelo base en el Editor de cuencas.

II.

En la ventana que aparece, definir nombre del nuevo modelo base p. ej. Zaza_HU y una descripción (Opcional).

Fig. 2.60 Ventana para establecer nombre del modelo de la cuenca a copiar.

III.

Luego hacer click en Copy y automáticamente en el Editor de componentes aparece el nuevo modelo base, copia del anterior.

2. Actualizar el modelo meteorológico. Al crear un nuevo modelo base en el mismo proyecto automáticamente en la pestaña del Modelo Meteorológico se registra este nuevo modelo base, por tanto es necesario incluir el nuevo modelo de la cuenca en el modelo meteorológico existente. No es necesario construir un nuevo modelo. I.

Ejecutar la orden Met1 / Basins.

Fig. 2.61 Actualizar modelo meteorológico, seleccionando Yes.

II.

En el campo Include Subbasins del modelo Zaza_HU, seleccionar la opción Yes.

3. Seleccionar el método de transformación.

I. II.

Hacer click sobre el modelo Zaza_HU y luego sobre la subcuenca Paso Ventura. Al hacer click sobre la pestaña

aparece en el Editor de componentes la siguiente

ventana. III.

En la celda Transform Method cambiar el método SCS Unit Hydrograph por el método Clark Unit Hydrograph, luego aceptar la ventana de confirmación del cambio del método de transformación.

IV.

Hacer click en la pestaña Transform, para introducir la información requerida por el método.

V.

Concretamente en la pestaña Transform, sustituir los datos que a continuación e relacionan, estos son obligatorios para la aplicación del método.

Time of concentration (hrs): 12.3 Storage Coefficient (hrs): 0.2 4. Crear simulación. I. Para crear el protocolo de simulación, se realiza la orden: Compute/Create Simulation Run. Al ejecutar la orden se despliegan 4 ventanas, una tras otra, donde se seleccionan la combinación de los componentes a simular, aquí hacer, en la: II. En la primera ventana, se define nombre de la simulación: p. ej. Run_Clark Unit. III. En la asegunda ventana, seleccionar, la subcuenca del modelo: Zaza_HU. En este paso se debe tener cuidado al seleccionar el modelo base, ya que deben existir al menos 2 y de no ser así bien se pueden obtener resultados erróneos o presentar errores la simulación. IV. En la tercera ventana, seleccionar, el modelo meteorológico: Met 1. V. En la cuarta ventana, aceptar las especificaciones de control, p. ej. Control 1. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Anexo 2.6 Aplicación del método User Unit Hydrograph. 1. Copiar el modelo base. I. II.

Hacer click derecho sobre el elemento Zaza_HU y seleccionar Cretate Copy… En la ventana que aparece, definir nombre del nuevo modelo base p. ej. Zaza_Usuario y una descripción (Opcional).

III. Luego hacer click en Copy y automáticamente en el Editor de componentes aparece el nuevo modelo base, copia del anterior.

2. Actualizar el modelo meteorológico. I. II.

Ejecutar la orden Met1 / Basins. En el campo Include Subbasins del modelo Zaza_Usuario, seleccionar la opción Yes.

3. Ingresar el Hidrógrafo Unitario. El Hidrógrafo Unitario que se requiere para la transformación del proceso lluvia – escurrimiento, constituye una pareja de datos, por tanto se ingresa al proyecto creando una (Paired Data). Este proceso se puede realizar antes o después de definir sobre la subcuenca el método de transformación. Para facilitar el trabajo se recomienda primero ingresar la serie del HU, luego definir el método (User Specified Unit Hydrograph) sobre la subcuenca, en este caso Paso Ventura, y luego asociar al método los datos para desarrollar los cálculos. I. II.

Ejecutar la orden Components / Data Manager. En la ventana que se genera, seleccionar la opción Unit Hydrograph Curves. Ver fig. 2.62

Fig. 2.62 Administrador de parejas de datos.

III.

Hacer click sobre la pestaña New, definir un nombre y descripción para el HU que se crea.

Fig. 2.63 Crear nuevo hidrógrafo unitario.

Automáticamente en el Explorador de la cuenca aparece la carpeta IV.

Hacer click sobre el elemento

para ingresar los datos, en el Editor de componentes

se muestra la siguiente ventana:

Fig. 2.64 Editor de componentes.

En la pestaña Paired Data: Description: (opcional) Data Source: Manual Entry. Units: Seleccionar m3/s. Duration: Seleccionar 12 hrs. En la pestaña Table, los valores de qu (m3/s), cada 12 hrs durante toda la duración del hidrograma. En la pestaña Graph, se puede observar la curva del hidrograma, a partir de los datos ingresados. 4. Seleccionar el método de transformación. I. II. III.

Hacer click sobre el modelo Zaza_Usuario y luego sobre la subcuenca Paso Ventura. Hacer click sobre la pestaña

en el Editor de componentes.

En la celda Transform Method cambiar el método Clark Unit Hydrograph por el método User Specified Unit Hydrograph, luego aceptar la ventana de confirmación del cambio del método de transformación.

IV.

Hacer click en la pestaña Transform, para asignar al método la tabla anteriormente creada. Este paso es obligatorio para la ejecución del modelo, lo que evita futuros errores en la corrida.

Fig. 2.65 Editor de componentes de la subcuenca, pestaña Options para seleccionar la curva del HU creada.

5. Crear simulación. I. II.

Para crear el protocolo de simulación, se realiza la orden: Compute/Create Simulation Run. Al ejecutar la orden se despliegan 4 ventanas, una tras otra, donde se seleccionan la combinación de los componentes a simular, aquí hacer, en la:

III.

En la primera ventana, se define nombre de la simulación: p. ej. Run_User Specified HU.

IV.

En la asegunda ventana, seleccionar, la subcuenca del modelo: Zaza_Usuario.

V.

En este paso se debe tener cuidado al seleccionar el modelo base, ya que deben existir al menos 3 y de no ser así, bien se pueden obtener resultados erróneos o presentar errores la simulación.

VI. VII.

En la tercera ventana, seleccionar, el modelo meteorológico: Met 1. En la cuarta ventana, aceptar las especificaciones de control, p. ej. Control 1.

Anexo 2.7 Aplicación del método Initial and Constant. 1. Importar modelo base de la cuenca. En este caso para cargar el proyecto Zaza ev 88, con el que se viene trabajando en esta guía, se hace uso de una de las herramientas del HEC-HMS, que permite importar hacia un nuevo proyecto, el modelo base de la cuenca, el modelo meteorológico y las especificaciones de control. El proceso se describe a continuación: I.

Ejecutar el software HEC-HMSv.3.5, hacer doble click sobre el ícono de acceso directo que se encuentra en el Escritorio del computador.

II.

Generar un nuevo proyecto, haciendo click en el ícono , seguidamente definir el nombre p. ej. (Zaza_loss), la dirección, una descripción (opcional) y el sistema en que se introducen los datos (metric).

III.

Ejecutar la orden File/ Import/ y seleccionar de las opciones disponibles lo que se desea importar hacia el nuevo proyecto.

Fig. 2.66 Importar proyecto anteriormente creado (Simulation Run).

IV.

En este caso seleccionar importar la simulación (Simulation Run…).

El software presenta la siguiente ventana, donde el usuario localiza el camino del proyecto que desea importar y selecciona el fichero de extensión (.hms) para importar la corrida.

Fig. 2.67 Explorador para seleccionar proyecto (*.hms) a importar.

Seguidamente, aceptar las 3 ventanas consecutivas que se generan, dónde el software pregunta sí desea importar también el modelo de la cuenca, el modelo meteorológico y las especificaciones de control. Una vez importados los 3 componentes y la simulación, se recomienda comprobar, la conexión entre los elementos, los datos de precipitación y ejecutar la simulación para corregir cualquier error. 2. Seleccionar el método para estimar las pérdidas por infiltración. I. II.

Hacer click sobre el modelo Zaza y luego sobre la subcuenca Paso Ventura. Al hacer click sobre la pestaña

aparece en el Editor de componentes la siguiente

ventana.

Fig. 2.67 Editor de componentes de la subcuenca.

III.

En la celda Loss Method cambiar el método SCS Curve Number por el método Initial and Constant, luego aceptar la ventana de confirmación del cambio del método de pérdidas.

IV.

Hacer click en la pestaña Loss, para asignar al método los valores requeridos por el método. Este paso es obligatorio para la ejecución del modelo, lo que evita futuros errores en la corrida.

Fig. 2.68 Pestaña loss en el Editor de componentes.

Concretamente en la ventana Loss, sustituir:  Initial Loss (mm): 0.205  Constant Rate (mm/hr): 1.25  Impervious (%): 3 Una vez definido el nuevo método para evaluar las pérdidas, se puede ejecutar la corrida del modelo, para lo que no es preciso generar una nueva simulación en este caso, ya que esta se importó al comienzo de esta sección.

Anexo 2.8 Aplicación del método para evaluar las pérdidas por interceptación y almacenamiento en depresiones. 1. Seleccionar el método para estimar las pérdidas por interceptación y almacenamiento. I. II.

Hacer click sobre el modelo Zaza y luego sobre la subcuenca Paso Ventura. Al hacer click sobre la pestaña

aparece en el Editor de componentes la siguiente

ventana.

Fig. 2.69 Editor de componentes de la subcuenca.

Concretamente en esa ventana definir: III.

En la celda Canopy Method seleccionar: Simple Canopy. Aceptar la ventana de confirmación.

IV.

En la celda Surface Method seleccionar: Simple Surface. Aceptar la ventana de confirmación.

V.

Hacer click en la pestaña Canopy, para asignar al método los valores requeridos. Este paso es obligatorio para la ejecución del modelo, lo que evita futuros errores en la corrida.

Fig. 2.70 Pestaña Canopy en el Editor de componentes.

 Initial Storage (%): 0  Max Storage (mm): 10.2 VI.

Hacer click en la pestaña Surface, para asignar al método los valores requeridos. Este paso es obligatorio para la ejecución del modelo, lo que evita futuros errores en la corrida.

Fig. 2.71 Pestaña surface en el Editor de componentes.

 Initial Storage (%): 0  Max Storage (mm): 28 2. Crear simulación. I. II.

Para crear el protocolo de simulación, se realiza la orden: Compute/Create Simulation Run. Al ejecutar la orden se despliegan 4 ventanas, una tras otra, donde se seleccionan la combinación de los componentes a simular, aquí hacer, en la:  En la primera ventana, se define nombre de la simulación: p. ej. Run_Canopy&Surface.  En la asegunda ventana, seleccionar, la subcuenca del modelo: Zaza_loss.  En la tercera ventana, seleccionar, el modelo meteorológico: Met 1.  En la cuarta ventana, aceptar las especificaciones de control, p. ej. Control 1.

Anexo 2.9 Aplicación del método de Recesión. 1. Seleccionar el método para considerar la influencia del flujo base. I. II.

Hacer click sobre el modelo Zaza y luego sobre la subcuenca Paso Ventura. En la celda Baseflow Method seleccionar el método Recession, luego aceptar la ventana de confirmación del cambio del método.

III.

Hacer click en la pestaña Baseflow, para asignar los valores requeridos para el método seleccionado. Este paso es obligatorio para la ejecución del modelo, lo que evita futuros errores en la corrida.

Fig. 2.72 Pestaña baseflow en el Editor de componentes.

Concretamente en cada celda escribir:  Initial Type: Discharge.  Initial Discharge (m3/s): 2.9.  Recession Constant: 0.75.  Threshold Type: Ratio to peak.  Ratio: 0.15. Una vez definido el nuevo método considerando el flujo base, se puede ejecutar la corrida del modelo, no es preciso generar una nueva simulación, ya que solo se agregó otro método al modelo. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Anexo 2.10 Procedimiento para el cálculo de los Hietogramas de Tr = 10, 25, 50 y 100 años. A partir de los datos mostrados en las tablas 2.14 y 2.15, se determinan los hietogramas de diseño para periodos de retorno Tr = 10, 25, 50 y 100 años. El procedimiento de cálculo que a continuación se describe en este anexo se basa en la metodología presentada por Máximo Villón Béjar, en su libro HEC-HMS. Ejemplos, publicado en el año 2013.

Tabla 2.14 Precipitación máxima diaria en la estación Paso Ventura. Estación Paso Ventura.

Años PD máx. (mm)

Años PD máx. (mm)

1964

51.5

1977

100.3

1965

52.2

1978

106

1966

129.5

1979

68.5

1967

94.6

1980

91

1968

104.3

1981

129

1969

113.7

1982

78.8

1970

86.3

1983

117

1971

60

1984

74.2

1972

72.8

1985

61.7

1973

64.2

1986

52.2

1974

70.4

1987

73.2

1975

65.8

1988

146

1976

80.5

1989

68

Para el cálculo de los hietogramas se hace uso del software Pecamáx, como sigue: I. II.

Ejecutar el software Pecamáx, e introducir los datos de precipitación diaria (mm). Obtener los resultados de los parámetros estadísticos de la muestra, haciendo click en la pestaña Muestra.

III.

En esta ventana verificar la independencia de la serie, mediante el coeficiente de autocorrelación de primer orden, el cual según (Rodríguez, 2011) ayuda a dilucidar si la serie es persistente a corto plazo o no (si no hay persistencia a corto plazo la serie se considera independiente).

IV.

Aplicar a la serie de datos las pruebas de homogeneidad paramétricas y no paramétricas disponibles en el paquete estadístico Pecamáx, haciendo click en la pestaña Depuración.

Tabla 2.15 Registros de precipitación en la subcuenca Paso Ventura. Ev. (01/02 Jun) 1988. Ev. 01 / 02 Jun 1988 Time Prec (mm) 01Jun1988, 08:00 4.07 01Jun1988, 09:00 4.07 01Jun1988, 10:00 39.39 01Jun1988, 11:00 12.85 01Jun1988, 12:00 9.29 01Jun1988, 13:00 7.84 01Jun1988, 14:00 7.39 01Jun1988, 15:00 5.45 01Jun1988, 16:00 5.25 01Jun1988, 17:00 4.73 01Jun1988, 18:00 4.42 01Jun1988, 19:00 4.11

V. VI.

Ev. 01 / 02 Jun 1988 Time Prec (mm) 01Jun1988, 20:00 4.11 01Jun1988, 21:00 4.11 01Jun1988, 22:00 2.81 01Jun1988, 23:00 2.35 02Jun1988, 00:00 2.14 02Jun1988, 01:00 2.14 02Jun1988, 02:00 2.14 02Jun1988, 03:00 2.14 02Jun1988, 04:00 2.14 02Jun1988, 05:00 2.14 02Jun1988, 06:00 7.37 02Jun1988, 07:00 2.16 02Jun1988, 08:00 1.39 Tomar decisión acerca de la homogeneidad o no de la serie que se analiza. Aplicar las distribuciones teóricas de probabilidades disponibles en el Pecamáx, haciendo click en la pestaña Distribuciones.

VII.

Definir la distribución teórica de mejor ajuste a partir de la prueba de Kolmogorov – Smirnov, disponible en la pestaña Bondad de Ajuste.

VIII.

Con la distribución de mejor ajuste, entonces determinar la precipitación máxima diaria (24 hrs), correspondiente a 10 años (10%), 25 años (4%), 50 años (2%) y 100 años (1%).

IX.

Determinar el cociente entre la magnitud de la lluvia generada para cada periodo de retorno y la lluvia total observada en la Tabla 2. 14 Correspondiente a la estación Paso Ventura.

X.

Calcular el comportamiento horario de dicho evento registrado en las estaciones, para cada periodo de retorno, multiplicando los valores de la Tabla 2.15 por el cociente encontrado en el paso anterior.

Tabla 2.16 Distribución de la precipitación horaria para diferentes periodos de retorno. Paso Ventura. Ev. 01/02 Jun 1988 Precp (Tr 10)

Precp (Tr 25)

Precp (Tr 50)

Precp (Tr 100)

3.49 3.49 33.74 11.01 7.96 6.71 6.33 4.67 4.50 4.05 3.79 3.52 3.52 3.52 2.41 2.01 1.83 1.83 1.83 1.83 1.83 1.83 6.31 1.85 1.19

4.31 4.31 41.75 13.62 9.85 8.31 7.83 5.78 5.57 5.01 4.69 4.36 4.36 4.36 2.98 2.49 2.27 2.27 2.27 2.27 2.27 2.27 7.81 2.29 1.47

5.00 5.00 48.38 15.78 11.41 9.63 9.08 6.69 6.45 5.81 5.43 5.05 5.05 5.05 3.45 2.89 2.63 2.63 2.63 2.63 2.63 2.63 9.05 2.65 1.71

5.74 5.74 55.55 18.12 13.10 11.06 10.42 7.69 7.40 6.67 6.23 5.80 5.80 5.80 3.96 3.31 3.02 3.02 3.02 3.02 3.02 3.02 10.39 3.05 1.96

Anexo 2.11 Cálculo de las relaciones altura-duración-periodo de retorno, para Tr = 10, 25, 50 y 100 años. Criterio de Dyck y Peschke.

Método de Dyck y Peschke. El análisis de I-D-F requiere de información pluviográfica. Por eso, para facilitar el uso de los resultados, éstos normalmente se presentan como un conjunto de mapas isoyéticos para las diferentes combinaciones entre el período de retorno y la duración, tal como T = 2 años y D = 30 minutos; T = 2 años y D = 60 minutos; T = 5 años y D = 30 minutos; T = 5 años y D = 60 minutos, etc. (Guevara, 1999). En la práctica no se dispone con facilidad de registros pluviográficos para duraciones menores de 60 minutos, o los datos son muy escasos. Sin embargo, la mayoría de los problemas hidrológicos relacionados con el drenaje urbano y vial requieren lluvias de duraciones más cortas. Algunas veces solo existe información de las precipitaciones diarias, en cuyo caso, se suele usar la metodología de Dyck y Peschke, para estimar la lluvia máxima PD para cualquier duración D, que relaciona la duración de la tormenta con la precipitación máxima de 24 horas (Dyck y Peschke, 1978), (Guevara, 1999). La expresión es la siguiente: PD = P24H [D/1440]0.25

(ec. 1.1)

Donde: PD: Precipitación total (mm). P24H: Precipitación máxima en 24 horas (mm). D: duración (minutos). Para el cálculo de las frecuencias de las tormentas, con registros de altura – duración – periodo de retorno, utilizando el criterio de Dick y Peschke, hacer lo siguiente: I.

Procesar la serie de lluvias máximas diarias correspondiente a la subcuenca Paso Ventura, seleccionar la distribución de mejor ajuste y determinar la precipitación máxima diaria (24 hrs), correspondiente a 10 años (10%), 25 años (4%), 50 años (2%) y 100 años (1%).

Este procedimiento de trabajo con el Pecamáx, se desarrolló en la sección anterior, de donde se obtuvo la precipitación máxima para los periodos de retorno de 10, 25, 50 y 100 años. II.

Descomponer en diferentes duraciones la precipitación diaria máxima (24 hrs), para diferentes Tr = 10, 50 y 100 años.

Por ejemplo para la Estación Paso Ventura:



Tr = 10años



D = 15 min



P 24hrs: 120.5 mm

Sustituyendo en la (ec. A1), se obtiene: 15 0.25 𝑃𝐷 = 120.5 ( ) = 38.49 𝑚𝑚 1440 Para los diferentes periodos de retorno, los resultados de la aplicación de la (ec. A1.1), se muestran a continuación. Tabla 2.17 Altura de precipitación – duración – periodo de retorno. Criterio de Dyck y Peschke. Duración en minutos. Subcuenca: Paso Ventura (837.493 km2) Tr (años)

P máx D.

P (%)

5 min

15 min

60 min

120 min

180 min

360 min

10

125.04

10

30.35

39.95

56.49

67.18

74.35

88.42

25

154.76

4

37.57

49.44

69.92

83.15

92.02

109.43

50

179.32

2

43.53

57.29

81.02

96.35

106.62

126.80

100

205.89

1

49.98

65.78

93.02

110.62

122.42

145.59

Anexo 2.12 Derivación de caudales desde el cierre. 1. Importar el modelo de la cuenca. El modelo de la cuenca del nuevo proyecto se obtiene de importar el proyecto Zaza ev (31 May – 04 Jun) 1988, siguiendo el mismo procedimiento que se describió en secciones anteriores. 2. Representar elementos hidrológicos en el modelo. En este caso se analiza el escenario de derivar el caudal que llega al cierre de la subcuenca Paso Ventura, para reproducir este escenario a continuación se describe el proceso de trabajo para representar los elementos hidrológicos en el Escritorio de trabajo.  Desconectar elementos hidrológicos. I.

Para desconectar el elemento (Junction)

Cierre Paso Ventura del elemento (Reach)

R 310, hacer click derecho sobre elemento (Junction) Cierre Paso Ventura y seleccionar la opción

. Hecho esto automáticamente desaparece la línea de color

negro, que representa la conexión entre ambos elementos hidrológicos.  Representar las derivaciones de caudal. II.

Para representar las derivaciones, hacer click en la herramienta esta acción el puntero cambia de

clásico a cruceta

(diversion). Al realizar

, en esta posición está listo para insertar

los elementos. III.

Hacer click para colocar el elemento en el Escritorio de trabajo, en un punto intermedio entre ambos elementos hidrológicos anteriormente desconectados, es decir Cierre Paso Ventura y R 310.

IV.

En la ventana Create A New Diversion Element, escribir:

En Name: El nombre de la derivación, p.ej. Diversion PV. En Description: Esta descripción es opcional.

Fig. 2.73 Ventana para crear nueva derivación de caudal.

V.

Luego click en Create.

Se mantiene válido el concepto expresado en secciones anteriores, donde se indicó que el punto donde se colocaran los elementos hidrológicos es irrelevante, lo importante es la conexión entre ellos. No

obstante, se recomienda colocarlos en un punto intermedio, solo para lograr una mejor organización del modelo, ya que la red de elementos construido anteriormente es bastante grande.  Representar el canal de derivación. I.

Para representar el canal correspondiente a Paso Ventura, hacer click sobre el elemento (Reach), indicar primer punto (cerca del elemento diversión) y punto final (cualquier lugar dentro del Escritorio de trabajo).

II.

En la ventana Create A New Reach Element, escribir:

En Name: El nombre del canal de derivación, p.ej. Canal P-V. En Description: Esta descripción es opcional. III.

Luego click en Create.  Conectar elementos hidrológicos.

I.

Hacer click derecho sobre el elemento (Junction) opción

, con el puntero en forma de cruceta seleccionar elemento

al que se desea conectar, en este caso al elemento II.

Cierre Paso Ventura y seleccionar la

Hacer click derecho sobre el elemento

(diversion): diversión PV.

(diversion): diversión PV y seleccionar la opción

, con el puntero en forma de cruceta seleccionar elemento al que se desea conectar, en este caso al elemento (Reach) III.

Hacer click derecho sobre el elemento

R 310.

(diversion): diversión PV y seleccionar la opción

, con el puntero en forma de cruceta seleccionar elemento al que se desea conectar, en este caso al elemento (Reach)

Canal P-V.

3. Introducir datos pareados de QDISPONIBLE vs QDERIVADO. Es necesario especificar el método a utilizar para que el elemento (Diversion), solo extraiga del caudal que circula por el cauce la demanda que requiere el usuario, pero permitiendo que sigua pasando caudal por el cauce, para esto se debe ingresar una función que permita controlar el caudal a extraer según la cantidad de recurso disponible en el tiempo. Esta función constituye un dato pareado, los datos de los caudales del canal de derivación propuesto en este caso es: Tabla 2.18 Parejas de datos de QDISPONIBLE vs QDERIVADO. Inflow (m3/s)

0 10 20 30 35 40 45 50 100 500 1000 2000

Diversion (m3/s) 0 0

0

0

20 25 30 40 60

80

90

100

Para generar la tabla de datos pareados, hacer: I. II.

Ejecutar la orden Components / Paired Data Manager En Data Type de la ventana Paired Data Manager, elegir la opción Inflow – Diversion Functions. Hacer click en New, para crear una nueva tabla.

III.

En la ventana Create A New Inflow – Diversion Functions, en el campo Name escribir: Riego PV y hacer click en el botón Create.

IV.

Si se hace click en el signo

de la carpeta Paired Data y luego en el de

se tiene la tabla, V.

Al hacer click sobre el ícono

se muestra en el Panel de Componentes la siguiente

ventana:

Fig. 2.74 Pestaña de parejas de datos del Editor de componentes.

I.

En la pestaña Paired Data definir:

Description: Opcional. Data Source: Manual Entry. Units: m3/s: m3/s II.

En la pestaña Table:

Hacer click en la pestaña e ingresar los datos de la curva Inflow m3/s vs. Diversion m3/s. Se puede copiar y pegar si estos estuviesen disponibles desde una hoja de Excel. 4. Asignar datos a los elementos hidrológicos.

Fig. 2.75 Pestaña de derivación del Editor de componentes.

I. II.

Hacer click sobre el elemento

, luego en el Editor de componentes se muestra:

En la pestaña Diversion señalar:

Description (Descripción): Opcional. Downstream: Comprobar que la conexión aguas abajo sea R 310. Connection: Comprobar que la derivación esté conectada al Canal PV. En Divert Method: Seleccionar el método de derivación: Inflow Function. Las otras celdas dejarlas en blanco, para esta situación. III.

En la pestaña Divert:

Asignar la tabla de datos pareados correspondientes a la derivación de caudal supuesta para la subcuenca Paso Ventura. Seleccionar la tabla: Riego PV. 5. Datos de Precipitación. Los datos de precipitación ya fueron asignados al modelo cuando se importó el modelo de la cuenca y la simulación del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988. Se recomienda chequear este paso, comprobar que sean visibles estos registros en el Editor de Componentes: Time Series Data / Precipitation Gages. 6. Modelo meteorológico. El modelo meteorológico también se importó del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988, por tanto en este paso solo se recomienda comprobar que cada uno de los pluviógrafos estén asociados a sus respectivas subcuencas, esto para evitar posibles errores en la corrida del modelo. 7. Especificaciones de control. Las especificaciones de control ya fueron creadas y también se importaron del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988, de la misma manera se recomienda comprobar que estas sean visibles en el Editor de Componentes. No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se importó desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutar la simulación. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Anexo 2.13 Simulación de Explotación y Recarga de acuíferos. Los pasos para representar la explotación son: 1. Importar el modelo de la cuenca. El modelo de la cuenca del nuevo proyecto se obtiene de importar el proyecto Zaza ev (31 May – 04 Jun) de 1988, siguiendo el mismo procedimiento que se describió en secciones anteriores. 2. Definir método de cálculo. Para considerar la influencia de la explotación del acuífero en la subcuenca Paso Ventura, se debe seleccionar el método Constant Monthly, en la pestaña Baseflow de la subcuenca. I.

Hacer click sobre el elemento

apareciendo en la ventana del Editor de

componentes todos los modelos disponibles para el cálculo. II.

En la pestaña Subbasin seleccionar en la ventana Baseflow el método Constant Monthly. Automáticamente se crea la pestaña Baseflow, donde se ingresan los datos correspondientes al aporte subterráneo en cada mes. Tabla 2.19 Gasto constante mensual a extraer del acuífero (supuesto).

Month

Jan. Feb. Mar. Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec.

Baseflow (cms) 4

3

2

2

4

7

7

7

8

7

5

4

Fig. 2.76 Pestaña Subbasin. Método de flujo base.

El resto de los datos correspondientes al modelo se importaron al inicio de esta sección cuando se indicó importar la corrida del modelo correspondiente al ev. 88. No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se importó desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutar la simulación. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Los pasos para representar la recarga son: El escenario de la recarga del acuífero no puede representarse con un sumidero (sink) como se podría pensar, porque no se desea que se entregue al flujo subterráneo todo el aporte superficial, sino con una derivación abierta de caudal, considerando entregar el gasto en un punto antes de que el escurrimiento superficial llegue al río. De esta manera el efecto de la recarga sobre la hidrógrafo de salida se traduce en una disminución del caudal en la zona. 1. Importar el modelo de la cuenca. El modelo de la cuenca del nuevo proyecto se obtiene de importar el proyecto Zaza ev (31 May – 04 Jun) de 1988, siguiendo el mismo procedimiento que se describió en secciones anteriores. 2. Representar elementos hidrológicos en el modelo. En este caso se analiza el escenario de derivar el caudal que aporta la subcuenca Paso Ventura antes de que este llegue al rio, con el objetivo de entregarlo para recargar un acuífero. I.

Desconectar los elementos hidrológicos (subbasin) Paso Ventura y el (Junction) Cierre PV, siguiendo las mismas indicaciones de ejemplos anteriores.

II. III.

Para representar las derivaciones, hacer click en la herramienta

(diversion).

Hacer click para colocar el elemento en el Escritorio de trabajo, en un punto intermedio entre ambos elementos hidrológicos anteriormente desconectados.

IV.

En la ventana Create A New Diversion Element, escribir:

En Name: El nombre de la derivación, p.ej. Diversion PV Recarga. V.

Para representar el canal correspondiente a Paso Ventura, hacer click sobre el elemento (Reach), indicar primer punto (cerca del elemento diversión) y punto final (cualquier lugar dentro del Escritorio de trabajo).

VI.

En la ventana Create A New Reach Element, escribir:

En Name: El nombre del canal de derivación, p.ej. Canal P-V Recarga. VII.

Conectar hidrológicamente los elementos indicando la conexión aguas abajo y de derivación.

3. Introducir datos pareados de QDISPONIBLE vs QDERIVADO. Se debe ingresar una función que permita controlar el caudal a extraer según la cantidad de recurso disponible en el tiempo. Esta función constituye un dato pareado, los datos de los caudales del canal de derivación propuesto en este caso es: Tabla 2.20 Gasto a derivar para recargar el acuífero (supuesto). Inflow (m3/s)

0 10 20 30 35 40 45 50 100 500 1000 2000

Diversion (m3/s) 0 0

0

0

10 10 15 15 15

15

20

20

Para generar la tabla de datos pareados, hacer: I. II.

Ejecutar la orden Components / Paired Data Manager En Data Type de la ventana Paired Data Manager, elegir la opción Inflow – Diversion Functions. Hacer click en New, para crear una nueva tabla.

III.

En la ventana Create A New Inflow – Diversion Functions, en el campo Name escribir: Recarga PV y hacer click en el botón Create.

IV.

En la pestaña Paired Data definir la entrada de los datos de manera manual (Manual Entry) y las unidades en m3/s.

V.

En la pestaña Table, ingresar los datos correspondientes de caudal a derivar.

4. Asignar datos a los elementos hidrológicos. En la pestaña Diversion, del elemento (PV Recarga) comprobar la conexión entre los elementos hidrológicos y definir el método de derivación: Inflow function. En la pestaña Divert, asignar la tabla de datos pareados correspondientes a la derivación de caudal supuesta para la recarga. Los datos de precipitación y el modelo meteorológico ya fueron asignados al modelo cuando se importó el modelo de la cuenca y la simulación del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988. No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se importó desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutar la simulación. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Anexo 2.14 Calibración del modelo. Aplicación en Paso Ventura. 1. Importar el modelo de la cuenca. Importar el proyecto Zaza ev (31 May – 04 Jun) de 1988, específicamente la (Simulation Run), siguiendo el mismo procedimiento que se describió en secciones anteriores. El usuario debe definir nuevo nombre a este proyecto, p. ej.: Optm_PV. Como se importó la simulación, con ella se importan de manera automática, el modelo de la cuenca, el meteorológico y las especificaciones de control. 2. Ingresar datos de caudales observados. Hacer click en la orden Components/ Time-Series Data Manager, abriéndose la ventana del mismo nombre.

Fig. 2.77 Opción de series temporales de datos.

I.

En la ventana Time-Series Data Manager elegir dentro de la pestaña Data Type, la opción Discharge Gages.

Fig. 2.78 Administrador de series temporales de datos.

II.

Hacer click en la pestaña. Se abre la siguiente ventana:

Fig. 2.79 Ventana para crear nueva estación de aforos.

III.

En Name: El nombre del equipo, p.ej. Paso_Ventura.

IV.

En Description: Esta descripción es opcional.

V.

Al terminar hacer click en Create y luego en Cerrar.

Ahora corresponde, introducir en esa Estación Hidrométrica la serie observada. VI.

Hacer click en Editor de componentes en: Time Series Data/ Discharge Gages/Paso Ventura, para seleccionar el equipo anteriormente creado.

VII.

En la ventana del Editor de componentes (ventana inferior izquierda) especificar como se muestra a continuación:

VIII.

Desplegar el menú correspondiente al equipo que se quieren ingresar los datos del caudal, haciendo click en el ícono

se genera la siguiente ventana, en ella ingresar los datos como

se describe a continuación:

Fig. 2.80 Editor de componentes de datos temporales.

En la pestaña Time Series Gage seleccionar: Description: Opcional.

Units: Cubic Meters Second.

Data Source: Manual Entry.

Time Interval: 2 hours.

En la pestaña Time Windows: Hacer click en la pestaña y definir la flecha y la hora de comienzo y fin de la medición de caudales. En este caso concretamente escribir: Start Date: 31May1988.

End Date: 02Jun1988.

Start Time (HH:mm): 20:00.

End Time (HH:mm): 06:00.

En la pestaña Table: Hacer click en la pestaña e ingresar los datos de gasto para los intervalos cada dos horas en este caso. Se puede copiar y pegar sí estos estuviesen disponibles desde una hoja de Excel. Ver Tabla 2.21. Una vez ingresada toda la información, se tiene listo el equipo.

Tabla 2.21 Caudales observados en la Estación aforos: Paso Ventura. Ev. (31 May – 05 Jun) de 1988. Time

Discharge (m3/s)

Time

Discharge (m3/s)

31May1988, 00:00

0

02Jun1988, 12:00

927.1

31May1988, 02:00

0

02Jun1988, 14:00

826.2

31May1988, 04:00

0

02Jun1988, 16:00

730.9

31May1988, 06:00

0

02Jun1988, 18:00

643.5

31May1988, 08:00

0

02Jun1988, 20:00

564

31May1988, 10:00

0

02Jun1988, 22:00

490.2

31May1988, 12:00

0

03Jun1988, 00:00

426.6

31May1988, 14:00

0

03Jun1988, 02:00

366.4

31May1988, 16:00

0

03Jun1988, 04:00

319.9

31May1988, 18:00

4.4

03Jun1988, 06:00

273.3

31May1988, 20:00

90

03Jun1988, 08:00

239.1

31May1988, 22:00

370

03Jun1988, 10:00

205

01Jun1988, 00:00

450

03Jun1988, 12:00

179.2

01Jun1988, 02:00

420

03Jun1988, 14:00

153.3

01Jun1988, 04:00

395

03Jun1988, 16:00

135.2

01Jun1988, 06:00

560

03Jun1988, 18:00

119.6

01Jun1988, 08:00

860

03Jun1988, 20:00

104.1

01Jun1988, 10:00

912

03Jun1988, 22:00

88.5

01Jun1988, 12:00

800

04Jun1988, 00:00

72.9

01Jun1988, 14:00

740

04Jun1988, 02:00

60.7

01Jun1988, 16:00

925

04Jun1988, 04:00

54

01Jun1988, 18:00

1708

04Jun1988, 06:00

47.4

01Jun1988, 20:00

1565

04Jun1988, 08:00

40.7

01Jun1988, 22:00

1200

04Jun1988, 10:00

34

02Jun1988, 00:00

815

04Jun1988, 12:00

27.3

02Jun1988, 02:00

520

04Jun1988, 14:00

25.3

02Jun1988, 04:00

315

04Jun1988, 16:00

23.2

02Jun1988, 06:00

210

04Jun1988, 18:00

21.1

02Jun1988, 08:00

1150

04Jun1988, 20:00

19.1

02Jun1988, 10:00

1038.3

04Jun1988, 22:00

17

05Jun1988, 00:00

14.9

3. Asociar datos al elemento. Como se indicó anteriormente la estación de aforos de la subcuenca Paso Ventura se encuentra localizada en su cierre, por tanto es allí donde corresponde asociar los datos de caudal observados e ingresados previamente, para ello seguir las siguientes instrucciones. I.

Hacer click sobre el elemento

, Cierre PasVent, desde el Escritorio de

trabajo o desde el Explorador de la cuenca.

Fig. 2.81 Pestaña Junction del Editor de componentes.

II.

Hacer click sobre la pestaña Options, y en la celda de flujo Observado (Observed Flow), desplegar y seleccionar el registro de caudal correspondiente a Paso Ventura.

Fig. 2.82 Pestaña Options, selección de datos observados.

De esta forma queda asignado el registro de gasto observado en la estación de aforos, como el proyecto fue importado, el resto de los modelos correspondientes existen, por tanto se está en condiciones de crear una optimización. 4. Crear intento de optimización. Es requisito indispensable para generar una optimización que previamente el modelo de la cuenca sea simulado, por tanto la primera acción debe ser correr el modelo y verificar que no existan errores. No es posible optimizar, sin una simulación previa. I.

Ejecutar la orden Compute/Select Run, seleccionar la simulación que fue la importada previamente y ejecutarla haciendo click en el ícono

II.

Ejecutar la orden Compute/ Create Optimization Trial.

. No es necesario crear una nueva.

Fig. 2.83 Camino para crear la optimización.

Con esta acción se generan las siguientes ventanas, donde se seleccionan los elementos componentes para la optimización. Este proceso es similar al de la simulación. I.

En la siguiente ventana definir el nombre que identifique la corrida p. ej. Trial PV_1

Fig. 2.84 Secuencia para crear intento de calibración.

En la segunda ventana seleccionar la simulación con que se desea realizar la prueba de optimizar. II.

En la tercera ventana seleccionar el elemento donde se efectuará la calibración,

Fig. 2.85 Lista de elementos con datos observados para la calibración.

III.

En el Explorador de Cuenca, en la pestaña “Compute”, en la carpeta Optimization trials, seleccionar “Trial PV_1” desplegar la pestaña y seleccionar Objective Function.

En la pestaña Optimization Trial, están predeterminados por el programa los valores de tolerancia y máximas iteraciones que empleará el software en el proceso de optimización, estos se pueden cambiar sí el usuario lo desea. IV.

Hacer click en la pestaña Objetive Function para definir el método de calibración y el intervalo de tiempo que se desea calibrar.

Fig. 2.86 Pestaña de administración de la calibración.

La función objetivo seleccionada para esta aplicación es la que mejor representa el comportamiento del escurrimiento en la subcuenca Paso Ventura, según los resultados obtenidos por González López, L. (2013). “Estudio sobre la calibración del modelo hidrológico en la cuenca Zaza” Tesis para optar por el título de Ing. Hidráulico,

Fig. 2.87 Selección de la función objetivo y especificaciones de control para la calibración.

Concretamente seleccionar: Method; Percent Error Peak. Location: Cierre PasVent Missing flow (%): 0.00 Start Date: 31May1988 Start Time: 00:00 End Date: 05Jun1988 End Time: 00:00

5. Definir parámetros a optimizar. Una vez creada la optimización antes de ejecutarla corresponde indicarle al modelo los parámetros que se desean calibrar, correspondientes a cada elemento, en este caso la subcuenca Paso Ventura. V. VI.

Ejecutar la orden Compute/ Folders Optimization Trials / Paso Ventura. Hacer click derecho sobre el elemento

, y seleccionar la opción Add

parameter. VII.

Automáticamente se crea la pestaña

, donde en ella se definen el elemento que se

desea calibrar, el parámetro propio que se calibra y los límites dentro de los cuales se mueven las iteraciones. VIII.

Al hacer click sobre la pestaña

en el Explorador de la Cuenca se muestra una

ventana como la siguiente, en ella definir por ejemplo los siguientes elementos.

Fig. 2.88 Pestaña de parámetros a seleccionar para la calibración.

Concretamente seleccionar. Element: Paso Ventura. Parameter: Curve Number. Lo demás mantenerlo como está. En la pestaña Element, es donde se selecciona el elemento que representa la componente hidrológica donde se desea realizar la calibración. Se puede seleccionar un elemento específico o todos. IX.

En la pestaña Parameter, se selecciona el parámetro que se desea calibrar, en este caso se seleccionar como parámetro 1, la Curve Number, pero si se desea se puede repetir el proceso anterior y definir para el mismo elemento otros parámetros a calibrar como es el Lag time, del módulo de Transform.

Además en la misma ventana es posible modificar el valor inicial del parámetro a calibrar y los valores límites que puede tomar el parámetro fijado. El resultado de la calibración del modelo se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Anexo 2.15 Simulación considerando un embalse en el cierre de Paso Ventura. 1. Cargar el modelo base. El modelo base de la cuenca, se reitera es el mismo con que se desarrollan todos los escenarios en esta guía, en este punto, se recomienda importarlo - seleccionar la opción (Simulation Runs) - de uno de los proyectos que se hayan desarrollado en las secciones anteriores. 2. Representar el elemento Embalse. I. II.

Hacer click derecho sobre el elemento

y seleccionar la opción Delete Element.

Con ello automáticamente se elimina dicho elemento y como es lógico la conexión entre él y demás elementos componentes del modelo.

III.

Seleccionar el elemento embalse

, de la Barra de Herramientas y hacer click sobre el

Escritorio de Trabajo, en donde se desea representar el embalse. Definir nombre del elemento: p. ej. Embalse PV. IV.

Para conectar el elemento Embalse PV, hacer click derecho sobre el elemento Subbasin PV y seleccionar la opción

, seguidamente seleccionar el elemento

embalse PV y automáticamente quedan conectados ambos elementos en el modelo, repetir el mismo procedimiento para conectar hidrológicamente el embalse con el río R 310. 3. Definir parámetros del embalse. En nuestro país se suele trabajar mucho con las curvas características del embalse, por lo que la información ingresar al modelo puede ser de estas características, ya que el software está equipado para trabajar con estos datos. En este caso se dispone de una curva (no real) que relaciona el volumen de almacenamiento con la descarga. En concreto se deben introducir los datos pareados (Paired Data) de: Almacenamiento - descarga (Storage – Discharge Functions). Para generar la tabla de datos pareados, hacer: I. II.

Ejecutar la orden Components / Paired Data Manager En Data Type de la ventana Paired Data Manager, elegir la opción Storage – Discharge Functions. Hacer click en New, para crear una nueva tabla.

III.

En la ventana Create A New Storage – Discharge Functions, en el campo Name escribir p. ej.: Reservoir PV, y hacer click en el botón Create.

IV.

Si se hace click en el signo se tiene la tabla

de la carpeta Paired Data y luego en .

V.

Al hacer click sobre el ícono

se muestra en el Panel de Componentes la siguiente

ventana:

Fig. 2.89 Pestaña de parejas de datos del Editor de componentes.

En la pestaña Paired Data definir: Description (Descripción): Opcional. Data Source (Origen de los datos): Manual Entry. Units: 1000 m3 : m3/s.

En la pestaña Table: Hacer click en la pestaña e ingresar los datos de la curva Vol (103 m3) vs Q (m3/s). Tabla 2.22 Pareja de datos Volumen vs. Descarga. Storage (1000 m3)

0

500

1000

5000

10000

100000

125000

150000

170000

Discharge (m3/s)

0

50

70

100

200

300

400

500

600

Así queda conformado el modelo considerando un embalse de tales características en el cierre de la subcuenca Paso Ventura, los demás modelos del proyecto ya fueron importados y como solo se cambiaron elementos componentes solo hay que correr el modelo. Los resultados y el análisis del efecto de la construcción de esta presa se discuten en el próximo capítulo.

Anexo 2.16 Embalse Zaza. 1. Generar una copia del proyecto En este caso, se muestra otra variante para crear un nuevo proyecto, utilizando los mismos datos de un proyecto anterior. Concretamente se hace una copia de un proyecto anteriormente creado, este con un nombre nuevo. I.

Ejecutar el software HEC-HMS v. 3.5, hacer doble click sobre el ícono de acceso directo que se encuentra en el Escritorio del computador.

II.

Cargar el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988, hacer click en Open a Project

,y

localizar desde el explorador de Windows la dirección del proyecto que se hace referencia. III.

Una vez cargado el proyecto debe aparecer la ventana principal del HEC-HMS, donde se muestra el Escritorio de trabajo, con el modelo hidrológico representado, el Editor de componentes, donde se muestren los elementos hidrológicos que conforman el modelo, y las carpetas Time Series Data y Meteorologic Models.

IV.

Ejecutar la orden File/ Save as… para realizar así una copia del proyecto actual.

En la ventana que se genera de la acción anterior, definir el nombre del nuevo proyecto que se crea, la dirección donde se guarda este, una descripción (opcional) y seleccionar que se cree una copia al mapa de la cuenca. Concretamente las celdas de la ventana se pueden rellenar como se muestra en la siguiente figura:

Fig. 2.90 Ventana para crear copia de un proyecto.

V.

Hacer click en Save, automáticamente se guarda el nuevo proyecto, se hace la copia y se ejecuta el proyecto que se creó.

VI.

Una vez generado el nuevo proyecto, se recomienda comprobar, la conexión entre los elementos, los datos de precipitación y ejecutar la simulación para corregir cualquier error.

Fig. 2.91 Resultados de la simulación del proyecto copiado como comprobación.

2. Agregar elemento hidrológico al modelo. Hecho esto corresponde entonces representar en el Escritorio de Trabajo, el elemento embalse

,

en este caso el embalse en el cierre de la cuenca, el trabajo con el HEC-HMS consiste en desconectar y eliminar el elemento Sink Cierre y posteriormente agregar y conectar el elemento embalse. I.

Desconectar el elemento Sink Cierre, hacer click derecho sobre el elemento JR 680 seleccionar la opción

II.

y

.

Hecho esto automáticamente desaparece la línea de color negro, que representa la conexión entre ambos elementos hidrológicos.

III.

Seleccionar el elemento Sink Cierre, presionar la tecla Delete y aceptar la ventana de confirmación para eliminar el elemento.

IV.

Seleccionar el elemento embalse

, de la Barra de Herramientas y hacer click sobre el

Escritorio de Trabajo, en donde se desea representar el embalse. Definir nombre del elemento: p. ej. Embalse Zaza. V.

Conectar el elemento Embalse Zaza, hacer click derecho sobre el elemento JR 680 y seleccionar la opción

, seguidamente seleccionar el elemento

embalse Zaza y automáticamente quedan conectados ambos elementos en el modelo.

3. Introducir datos para el embalse. Para realizar la simulación, se requieren los datos del embalse, estos pueden ser combinaciones de, elevación – área – descarga – volumen de almacenamiento, en función de la información disponible, estos registros deben introducirse antes, a fin de asociar estos datos, al modelo del embalse (Reservoir). En concreto se deben introducir los datos pareados (Paired Data) de: Elevación – almacenamiento (Elevation – Storage Functions). Para generar la tabla de datos pareados de Elevación – Área, hacer: I. II.

Ejecutar la orden Components / Paired Data Manager En Data Type de la ventana Paired Data Manager, elegir la opción Elevation – Storage Functions. Hacer click en New, para crear una nueva tabla.

III.

En la ventana Create A New Elevation – Storage Functions, en el campo Name escribir: curva H - V, y hacer click en el botón Create.

IV.

Si se hace click en el signo

de la carpeta Paired Data y luego en el de

se tiene la tabla V.

Al hacer click sobre el ícono

. se muestra en el Panel de Componentes la ventana

donde definir los métodos de entrada de datos: En la pestaña Paired Data definir: Description (Descripción): Opcional. Data Source (Origen de los datos): Manual Entry. Units: m: 1000 m3 En la pestaña Table: Hacer click en la pestaña e ingresar los datos de la curva H (m) vs Vol (103 m3). Se puede copiar y pegar si estos estuviesen disponibles desde una hoja de Excel. Tabla 2.23 Curva H vs Volumen para el embalse Zaza. H (m)

23.5

25

27

29

31

33

35

área (103m2)

17200

26520

38950

51370

63800

76230

88650

H (m)

37

39

39.5

40

40.55

42.5

45

área (103m2)

101070

113500

117530

124560

126000

129500

132500

4. Asociar datos al modelo del embalse. Con el proceso realizado hasta el momento, en el panel del Explorador de la cuenca, se tienen los elementos agregados y que se muestran en la figura:

Fig. 2.92 Editor de la cuenca. Pareja de datos correspondientes al embalse.

Si seleccionamos en este panel

en el panel del Editor de componentes se pueden

modificar e ingresar lo datos del embalse, la ventana se muestra como sigue:

Fig. 2.93 Pestaña Reservoir del Editor de componentes.

Concretamente en esa ventana en cada una de las pestañas sustituir: En Description: La descripción es opcional. En Downstream: El embalse no está conectado aguas abajo, por tanto se acepta None. En Method: Seleccionar Outflow Structures. En Storage Method: Seleccionar Elevation – Storage. En Elev – Stor Function: Esta celda es obligatoria. En ella se asocia la tabla creada anteriormente con el elemento embalse, por tanto seleccionar: Curva H – V. En Initial Condition: Seleccionar como condición inicial la elevación, Elevation. En Initial Elevation: Esta celda es obligatoria. Considerar que el embalse se encuentra en el NAN, por tanto seleccionar 39 m. Main Tailwater: Considerar None. Time Step Method: Automatic Adaption.  Outlets: Seleccionar 0.

 Dam Break: Seleccionar No.

 Spillways: Seleccionar 1.

 Dam Seepage: Seleccionar No.

 Dam Tops: Seleccionar 0.

 Release: Seleccionar No.

 Pumps: Seleccionar 0.

 Evaporation: Seleccionar No.

5. Datos del aliviadero (Spillways). Automáticamente que se define el aliviadero, en el Editor de componentes aparece la carpeta , con una pestaña

donde se ingresan los datos que caracterizan el tipo de

aliviadero de la presa.

Concretamente en esa ventana en cada una de las pestañas sustituir:  Method: Ogee Spillway

 Crest Elevation (m): 39

 Direction: Main

 Crest length (m): 72

 Abutment: 2

 Apron Elevation (m): 37.5

 Abutment Type: Concrete

 Apron Length (m): 72

 Approach depth (m): 3

 Design Head (m): 1.5

 Approach loss (m): 0.05

 Gates: 0

6. Datos de Precipitación No es preciso otorgarle al modelo más datos de precipitación, ya que cuando se hizo la copia del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988, se copiaron dichos registros de precipitación de cada una de las subcuencas del modelo. Se recomienda chequear este paso, comprobar que sean visibles estos registros en el Editor de Componentes: Time Series Data / Precipitation Gages. 7. Modelo meteorológico El modelo meteorológico también se copió del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988, por tanto en este paso solo se recomienda comprobar que cada uno de los pluviógrafos estén asociados a sus respectivas subcuencas, esto para evitar posibles errores en la corrida del modelo. 8. Especificaciones de control Las especificaciones de control ya fueron creadas y también se copiaron del proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988, de la misma manera se recomienda comprobar que estas sean visibles en el Editor de Componentes. No es necesario crear una nueva simulación del modelo, tan solo seleccionar la simulación que se copió desde el proyecto Zaza ev. (31 May – 04 Jun) / 1988 y ejecutar la simulación. El resultado de la corrida del modelo aplicando este método, así como posibles comparaciones se presenta en el próximo capítulo de este documento.

Anexo 3 Resultados obtenidos en las simulaciones de los escenarios propuestos. Anexo 3.1 Restricciones a los valores de los parámetros. (Rodríguez, 2011). Máximo

Pérdida inicial y tasa de pérdida Pérdida Inicial

0 mm

500 mm

constante

Tasa de pérdida constante

0 mm/hr

300 mm/hr

SCS (NC)

Abstracción Inicial

0 mm

500 mm

Número de curva

1

100

Déficit de humedad

0

1

Conductividad hidráulica

0 mm/mm 250 mm/mm

Succión del frente húmedo

0 mm

1 000 mm

Déficit inicial

0 mm

500 mm

Déficit máximo

0 mm

500 mm

Green y Ampt

Clark

Tránsito de Avenida

Flujo Base

Pérdidas por infiltración

Mínimo

Transformación Lluvia -

Modelo

Escurrimiento

Déficit y tasa constante

Parámetros

Factor de recuperación de déficit 0,1

5

Tiempo de concentración

0,1 hr

500 hr

Coef de almacenamiento

0 hr

500 hr

Tlag

0,1 hr

500 hr

Cp

0,1

1

SCS

Tlag (hr, min)

0,1 min

30 000 min

Flujo Base

Flujo base inicial

0 m3 /s

100 000 m3 /s

Factor de recesión

0,000011

–

Proporción de flujo pico

0

1

Onda Cinemática

"n" de Manning

0

1

Muskingum

k

0,1 hr

150 hr

x

0

0,5

número de pasos

1

100

Asig de ruta Onda Cinemática

N (valor del factor - N)

0,01

10

Asig de ruta Lag

Tlag ( min)

0 min

30 000 min

Snyder

Anexo 3.2 Resultados de la simulación hidrológica aplicando los métodos de transformación. Los siguientes gráficos corresponden a la estimación del gasto pico en la subcuenca Paso Ventura, aplicando los métodos de transformación Clark Unit Hydrograph y User Unit Hydrograph, en cada caso.

Fig. 3.1 Método de transformación: Clark Unit Hydrograph.

Fig. 3.2 Método de transformación: User Unit Hydrograph.

Anexo 3.3 Resultados de la simulación hidrológica aplicando el método para evaluar las pérdidas por infiltración Initial and Constant y las pérdidas por retención en superficies y almacenamiento en depresiones.

Fig. 3.3 Initial and Constant.

Fig. 3.4 Canopy and Surface.

Los hidrogramas mostrados en este anexo representan el gasto máximo obtenido considerando el método de pérdidas Initial and Constant y el obtenido añadiendo a estas las pérdidas por interceptación de las zonas boscosas y el almacenamiento en depresiones. Esta adición se traduce en una disminución del 24 % del gasto pico. Este escenario está sobrevalorado con la intensión de representar está variación, en rigor deben ser aproximadamente iguales los resultados.

Anexo 3.4 Resultados obtenidos de la simulación para el cálculo de caudales máximos de diseño para diferentes periodos de retorno.

Hietogramas para diferentes periodos de retorno

Precipitación (mm)

Cond Actuales

Tr 10 años

Tr 25 años

Tr 50 años

Tr 100 años

60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00

Tiempo (dd/mmm/yyyy hh:mm) Fig. 3.5 Hietogramas obtenidos en Paso Ventura para diferentes periodos de retorno.

El siguiente gráfico representa la precipitación para el cálculo de caudales máximos de diseño para diferentes periodos de retorno. La precipitación representada como Condiciones Actuales, corresponde al evento que tuvo lugar en el periodo del 01 de junio al 02 de junio de 1988. De la misma manera se muestra la precipitación distribuida a escala horaria para diferentes periodos de retorno. Obsérvese que la precipitación registrada para el evento del 88, es superior a la precipitación obtenida para una probabilidad del 10% de ocurrencia como media, y a su vez inferior y más cercana al 25% de probabilidad de ocurrencia. Esto es correcto, demostrando que el evento analizado fue de gran magnitud.

Hidrogramas Resultantes para diferentes Tr. Subcuenca Paso Ventura.

Caudales (m3/s)

Cond Actuales 1500.00 1350.00 1200.00 1050.00 900.00 750.00 600.00 450.00 300.00 150.00 0.00 6/1/1988 0:00

6/1/1988 12:00

Tr 10 años

6/2/1988 0:00

Tr 25 años

Tr 50 años

6/2/1988 12:00 6/3/1988 0:00 Tiempo (m/d/yyyy hh:mm)

Tr 100 años

6/3/1988 12:00

6/4/1988 0:00

Fig. 3.6 Hidrogramas obtenidos en Paso Ventura para diferentes periodos de retorno.

De manera similar se comporta el escurrimiento directo transformado por el software. Obsérvese que el escurrimiento correspondiente a las condiciones actuales se encuentra entre los hidrogramas correspondientes a los periodos de retorno entre 10 y 25 años. Nótese que el gasto pico correspondiente a las condiciones actuales se acerca a los 850 m3/s y el gasto para una probabilidad del 4% se aproxima a los 900 m 3/s. De manera similar aprecie como para un periodo de retorno de 100 años el gasto pico alcanza los 1500 m3/s.

Anexo 3.5 Resultados de la simulación hidrológica aplicando el método de Recession para evaluar el flujo base.

Fig. 3.7 Resultados de la simulación considerando el método de Recession.

Se muestra el hidrograma que resulta de la transformación de la lluvia en escurrimiento en la subcuenca Paso Ventura, en el modelo se consideró el método SCS Unit Hydrograph para la transformación, el SCS Cure Number para evaluar las pérdidas por infiltración y el método de Recession para evaluar el aporte subterráneo del flujo en el hidrograma final generado en la zona. Con estas consideraciones el gráfico muestra que el gasto pico de 1 840.40 m3/s se alcanza el 6/1/1988 a las 17:30 horas y un volumen de escurrimiento total de 122 921.80 x 103 m3.

Anexo 3.6 Resultados de la simulación hidrológica aplicando el método de tránsito de Muskingum.

Fig. 3.8 Hidrogramas resultantes de la aplicación del método de Muskingum.

En este anexo se presenta el resultado de la aplicación del método de Muskingum, para evaluar el tránsito de la avenida por el cauce (R 310). El hidrograma de entrada corresponde al escurrimiento que aporta directamente la subcuenca Paso Ventura en el cierre. El hidrograma a la salida después de considerar el efecto del tránsito de la avenida muestra su gasto pico desplazado a la derecha respecto al hidrograma de entrada. Los resultados brindados por el HEC-HMS se muestran en la tabla 3.2.

Anexo 3.7 Resultados de la simulación hidrológica aplicando el método de loss/gain.

Fig. 3.9 Hidrogramas resultantes de la aplicación del método loss/gain.

El siguiente hidrograma corresponde a considerar en el tránsito de la avenida por el río las pérdidas que ocurren a lo largo del canal (Constant), lo que repercute un menor gasto pico en el hidrograma de salida. Otro método para evaluar las pérdidas es el de percolación (Percolation), pero convergente con los métodos de tránsito Plus Modificado y Muskingum Cunge. Para la aplicación de estos módulos se recomienda revisar el Manual de Usuario del software, donde se brinda la información requerida para aplicación de estos métodos. Nótese cómo el efecto de considerar las pérdidas laterales en el canal influyen en el gasto pico del hidrograma a la salida, teniendo lugar éste antes de tocar la rama de descenso del hidrograma de salida.

Anexo 3.8 Resultados de la simulación considerando el escenario de una Futura Urbanización aplicando el método de transformación lluvia neta en escurrimiento Snyder Unit Hydrograph.

Fig. 3.10 Condiciones actuales de urbanización en la subcuenca.

Fig. 3.11 Condiciones futuras de urbanización en la subcuenca.

Nótese cómo el efecto de considerar el escenario de futura urbanización se traduce en un aumento del gasto pico del hidrograma de 699 m3/s a 785 m3/s.

Anexo 3.9 Resultados de la simulación considerando el escenario de una Futura Urbanización aplicando el método de pérdidas por infiltración SCS Curve Number.

Fig. 3.12 Condiciones actuales de urbanización en la subcuenca.

Fig. 3.13 Condiciones futuras de urbanización en la subcuenca.

Anexo 3.10 Resultados de la simulación considerando el escenario de una rehabilitación y conservación de la subcuenca aplicando el método de pérdidas por infiltración SCS Curve Number.

Fig. 3.14 Condiciones actuales de urbanización en la subcuenca.

Fig. 3.15 Condiciones futuras de urbanización en la subcuenca.

Anexo 3.11 Respuesta hidrológica de la subcuenca debido a la derivación de caudales.

Fig. 3.16 Derivación de caudal en la subcuenca Paso Ventura.

En el gráfico se representa el gasto que llega a la sección de derivación (Inflow). La derivación se traduce en el modelo a través de una función de (Inflow-Diversion), es decir, según el gasto que llega al punto de derivación será el gasto que se deriva por el canal, y el resto será el que continúa su curso por el cauce del río. Los resultados globales del HEC HMS muestran en detalle el gato que llega, se deriva y sale en cada intervalo de tiempo según el intervalo de cálculo definido en las Especificaciones de Control del modelo.

Anexo 3.12 Respuesta hidrológica de la subcuenca. Escenario de Explotación y Recarga de un acuífero hipotético.

Fig. 3.17 Hidrograma Resultante. Escenario: Explotación del acuífero.

Fig. 3.18 Hidrograma Resultante. Escenario: Recarga del acuífero.

Anexo 3.13 Resultados de la prueba de optimización (calibración) en Paso Ventura. Comparación de los Hidrogramas. Subbasin Paso Ventura.

Flow (cms)

Simuled (cms)

Observed (cms)

1800.00 1600.00 1400.00 1200.00 1000.00 800.00 600.00 400.00 200.00 0.00 5/30/1988 0:00 5/31/1988 0:00 6/1/1988 0:00 6/2/1988 0:00 6/3/1988 0:00 6/4/1988 0:00 6/5/1988 0:00 Time (m/dd/yyyy h:mm) 3.19 Comparación entre hidrogramas observados y simulados en la estación Paso Ventura.

Anexo 3.14 Modelación hidrológica del tránsito por embalses. Anexo 3.14.1 Resultados de la simulación hidrológica considerando un embalse en el cierre de la subcuenca Paso Ventura.

Fig. 3.20 Evolución del embalse supuesto en Paso Ventura.

Anexo 3.14.2 Resultados de la simulación hidrológica considerando un embalse en el cierre de la cuenca.

Fig. 3.21 Curva de evolución y tránsito de la avenida por el embalse.

En este gráfico se presenta el resultado de la aplicación del tránsito de la avenida por el embalse. El hidrograma de entrada corresponde al escurrimiento que aporta directamente toda la cuenca hasta el cierre. El hidrograma a la salida después de considerar el efecto del tránsito de la avenida muestra su gasto pico se encuentra en la intercepción con el hidrograma de entrada. Los resultados brindados por el HEC HMS se muestran en la tabla 3.2.

Anexo 3.14.3 Resultados de la simulación con el módulo de rotura de la presa.

Fig. 3.22 Curva de evolución e hidrograma resultante de la ruptura de la presa.

El primer gráfico representa el volumen de almacenamiento y nivel de agua en el Embalse Zaza. Se aprecia como el máximo almacenamiento y por tanto nivel de aguas en el embalse se alcanza en las primeras horas del 6/2/1988, a partir de ese momento tiene lugar el fallo de la estructura y ambos parámetros estrechamente relacionados comienzan a disminuir, prácticamente en poco más de 24 horas se vacía el embalse y los niveles de agua alcanzan el NVM. El segundo representa el hidrograma resultante debido a considerar la supuesta ruptura de la presa Zaza. Se aprecia claramente como el gasto pico aumenta bruscamente debido a una falla inmediata de la estructura y la repentina descarga de un gran volumen de agua embalsado. Se registra que el gasto pico se alcanza en un tiempo relativamente corto, cercano a las 6 horas, llegando a los 30 000 m3/s, en horas de la madrugada del 6/2/1988.

Guía de Aplicaciones del HEC-HMS en cuencas cubanas. Ejemplos prácticos. Autor: Pedro Pablo Arias Lastre La Habana, julio de 2015.