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UTILIZACIÓN DEL MODELO HEC-GEOHMS Y HEC-HMS EN LA CUENCA DEL PAUTE
(29 Abril – 7 Mayo 2012)
Jorge Hurtado Pidal
UNIDAD DE ESTUDIOS E INVESTIGACIONES HIDROLÓGICAS
1era PARTE
1. Aspectos Generales del HEC-GEOHMS Y HEC-HMS.
HEC-GeoHMS (extensión de ArcGis 9.x) permite obtener un modelo de cuenca, asi como sus características morfométricas asociadas (máxima longitud de flujo, área de la cuenca, pendiente de la corriente.. etc), exportable a HEC-HMS, que es una aplicación informática que sirve para simular el proceso de transformación de la lluvia en escorrentía (Bodoque.JM, 2010).
Jorge Hurtado
2. Procesamiento del MDE-SRTM
Corrección del MDE para la continuidad de flujo y obtención de parámetros como dirección y acumulación de flujos, definición de la red de drenaje y subcuencas.
Modificar modelo cuenca (p.e. uniendo subcuencas) y obtener parametros morfométricos
Crear el modelo de cuenca importable en HEC-HMS
Seleccionar modelo perdida asi como estimar parametros asociados a las subcuenas (CN - SCS) y a la red de drenaje (Tc, coef.propag).
Crear los archivos de HMS
Jorge Hurtado
3. MODELO DE PERDIDA (Curva Número – SCS).
Uno de los métodos más extendidos y experimentados de los modelos empíricos de infiltración es el del SCS de los Estados Unidos (McCuen, 1982)
Hipótesis:
IaP
Pe
S
Fa
Considerando que por continuidad se debe cumplir:
• P=Pe+Fa+Ia y asumiendo una relación media experimental entre Ia y S.
• Ia = 0.2*S , se llega a la siguiente expresión.
Infiltración real después del encharcamiento.
Capacidad de Almacenamiento.
Precipitación Efectiva
Precipitación Bruta
Pérdida Inicial
SP
SPPe
8.0
2.02
Donde 250
25000
CNS
Jorge Hurtado
3.1. Obtención del Parámetro de Curva Número – SCS, en Paute.
GRUPO HIDROLÓGICO
USO O COBERTURA A B C D EQUIVALENCIA
Areas o Zonas Erosionadas 72 82 87 89 Tierra
Playas_cordones_litorales_bcosarena 30 58 71 78 VEGAS RIOS
Bosque Plantado 46 68 78 83 Masa Forestal Clara
Bosque Intervenido 40 60 69 76 Masa Forestal Media
Bosque Natural 36 52 62 69 Masa Forestal Espesa
Vegetación Arbustiva 45 66 77 83 Plant Reg Aprov Fores Pobre
Arboricultura Tropical 39 60 73 78 Plant Reg Aprov Fores Medio
Cultivos de Palma Africana 33 54 69 77 Plant Reg Aprov Fores Bueno
Cultivos de Banano 33 54 69 77 Plant Reg Aprov Fores Bueno
Cultivos de Maiz 69 79 86 89 Cultivos en hilera (R)
Cultivos de Caña de Azucar 67 76 82 86 Cultivos en hilera (N)
Cultivos de Arroz 72 81 88 91 Tierra cultivada, sin tratamiento
Cultivos ciclo corto 72 81 88 91 Tierra cultivada, sin tratamiento
cultivos indiferenciados 72 81 88 91 Tierra cultivada, sin tratamiento
Pasto cultivado 68 78 86 89 Pradera pobre
Pasto natural 49 69 78 85 pradera media
Paramo 39 55 69 77 Pradera muy buena
Zona Urbana 98 98 98 98 Pavimentos
Nieve 96 96 96 96 Roca impermeable
Chow (s/a)
CEDEX (1995)
Fuente: Elaboración Propia
Jorge Hurtado
CALCULO CAUDAL PICO (METODO SCS) Name BasinCN LagMet BasinLag Area (Km²) TC (HR) Tp R (coef_ret) Qp (m³/s) Prom Qp W340 58,72 CNLag 3,47 131,7653 5,80 3,86 2,90 71,05 94,99 W350 77,33 CNLag 0,93 25,4303 1,55 1,03 0,78 51,19 max
W360 75,86 CNLag 2,73 175,2391 4,55 3,03 2,28 120,33 241,77 W370 85,28 CNLag 1,96 253,4303 3,28 2,18 1,64 241,77 min
W380 79,73 CNLag 2,56 239,3499 4,27 2,84 2,13 175,34 16,87 W390 74,42 CNLag 1,69 65,3091 2,82 1,88 1,41 72,44
W400 87,61 CNLag 1,55 111,9329 2,59 1,72 1,30 135,06 W410 58,71 CNLag 2,54 66,1822 4,24 2,82 2,12 48,80 W420 60,69 CNLag 2,97 154,5079 4,96 3,30 2,48 97,36
W430 84,03 CNLag 2,21 87,6409 3,69 2,46 1,85 74,17 W440 89,00 CNLag 0,31 2,7818 0,52 0,34 0,26 16,87
W450 88,42 CNLag 1,96 97,1163 3,28 2,18 1,64 92,70
Calculados en GeoHMS Derivados
4. Parámetros Hidrológicos Obtenidos Directa e Indirectamente – Subcuencas Paute.
Basin Lag (T2); Tiempo de demora o desfasaje
Tc; Tiempo de concentración.
Tp
ACQp
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Coeficiente de Retardo (R); Tiempo de almacenamiento transitorio de la precipitación efectiva dentro de los límites de la cuenca
4.1. HU-Clark
Tabla. Valores Recomendados para el coeficiente de Retardo R. (Wilson 2004)
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5. Importación del Modelo Hidrológico en HEC-HMS.
SUBCUENCA
UNIONES
TRAMO DE PROPAGACIÓN
SALIDA DEL SISTEMA
1. CUENCA
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MODELO METEOROLÓGICO
5.1. Componentes del Modelo Hidrológico en HEC-HMS.
ESPECIFICACIONES DE CONTROL
DATOS DE PRECIPITACION
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5.2. Asignación de Estaciones a las Subcuencas.
Jorge Hurtado
MEDIDO
dia (2012) Qb Qcb Qsb
28-Abr 50,00 62,41 12,41
29-Abr 50,00 57,62 7,62
30-Abr 45,00 58,52 13,52
01-May 50,00 63,81 13,81
02-May 50,00 123,77 73,77
03-May 100,00 141,19 41,19
04-May 70,00 71,14 1,14
05-May 50,00 54,37 4,37
06-May 50,00 68,04 18,04
07-May 50,00 83,95 33,95
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
1
11
21
31
41
51
61
71
81
91
10
1
11
1
12
1
13
1
14
1
15
1
16
1
17
1
18
1
19
1
20
1
21
1
22
1
23
1
24
1
25
1
26
1
27
1
28
1
Qm
³/s
serie: 28 abr - 8 mayo (2012) 0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Títu
lo d
el e
je
30 abril
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Títu
lo d
el e
je
3mayo
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70
Títu
lo d
el e
je
2-3-4-mayo
Series1
5.2. Separación de Flujo Base. DATOS DE CAUDAL
Jorge Hurtado
6. Corrida del modelo 28 abril – 7 mayo.
Jorge Hurtado
6. Calibración.
La calibración de un modelo hidrológico busca el óptimo de cada uno de los valores de los parámetros que definen a éste, de modo que los hidrogramas observado y simulado se parezcan lo más posible (Bodoque.JM, 2010).
Jorge Hurtado
6.1. Calibración del modelo 28 abril – 7 mayo.
Jorge Hurtado
7. Evaluación de Resultados.
MEDIDO SIMULADO
dia (2012) Qb Qcb Qsb Qsc Qcc
28-Abr 50,00 62,41 12,41 0,00 0,00
29-Abr 50,00 57,62 7,62 0,00 2,80
30-Abr 45,00 58,52 13,52 0,00 8,00
01-May 50,00 63,81 13,81 1,30 43,80
02-May 50,00 123,77 73,77 6,50 69,60
03-May 100,00 141,19 41,19 7,10 37,80
04-May 70,00 71,14 1,14 0,60 5,30
05-May 50,00 54,37 4,37 1,70 3,00
06-May 50,00 68,04 18,04 11,50 31,80
07-May 50,00 83,95 33,95 12,50 32,40
fecha hora Qsim Qobs dif %error
29-Abr-12 9:00 5,5 7,6 2,1 27,63
30-Abr-12 9:00 13,7 13,5 0,2 1,48
01-May-12 9:00 31,7 13,8 17,9 129,71
02-May-12 9:00 61,3 73,8 12,5 16,94
03-May-12 9:00 46 41,2 4,8 11,65
04-May-12 9:00 2,6 1,1 1,5 136,36
05-May-12 9:00 5 4,4 0,6 13,64
06-May-12 9:00 35,2 18 17,2 95,56
07-May-12 9:00 37,1 34 3,1 9,12
Aplicando los parámetros de calibración en la CN
EL CAUDAL BASE ES MENOR AL ESTIMADO O ALTA DESVIACIÓN ESTANDAR EN LOS CAUDALES DEL DIA
VALORES PEQUEÑOS DE CAUDAL
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8. Principales Conclusiones y Recomendaciones.
1. La CN y el MDE permitieron obtener resultados satisfactorios, sin embargo se los podría mejorar.
2. El Flujo base es muy fluctuante por lo que se hace necesario separarlo para la calibración.
3. La calibración es satisfactoria en cuanto a la determinación del caudal pico y tiempo al pico para la serie de precipitación simulada.
4. Dividir en muchas subcuencas (33 en nuestro caso) no garantiza mejores resultados, ya que no hay esa misma cobertura de estaciones, además con menos subcuencas algunos parámetros se manejan mejor en la calibración (p.e. Flujo Base, Tc).
Jorge Hurtado
5. Asignación de precipitaciones en las subcuencas (Thiessen, Kriging, IDW).
ESQUEMA PROPUESTO: AMENAZAS POR DESBORDAMIENTO DE RIOS Y SAT
Jorge Hurtado Pidal
UNIDAD DE ESTUDIOS E INVESTIGACIONES HIDROLÓGICAS
2da PARTE
Jorge Hurtado
INGRESO DE DATOS. • Curva Número:
Cobertura, Suelos. • Modelo Digital de
Elevaciones. • Precipitación
(diseñada o Medida).
CORRIDA DEL MODELO
RESULTADOS (exportación): • Modelo de Cuenca • Red • P. Morfométricos. • P. Hidrológicos.
DIAGRAMA DE FLUJO
HEC-GEOHMS HEC-HMS
INGRESO DE DATOS. • Importación del
Modelo generado en HEC-GEOHMS.
CORRIDA DEL MODELO
CALIBRACIÓN DEL MODELO
RESULTADOS: • Hidrograma de
Crecida
HEC-GEORAS
INGRESO DE DATOS. • Modelo Digital de
Elevaciones. • Coef.Manning;
(Cobertura)
CORRIDA DEL MODELO
RESULTADOS (exportación): • Geometría de las
secc.transv (cauce, planicie)
HEC-RAS
INGRESO DE DATOS. • Importación del
Modelo generado en HEC-GEORAS.
• Hidrogramas.
CORRIDA DEL MODELO
RESULTADOS (exportación): • Altura Flujo. • Polígonos de
inundación, etc.
HEC-GEORAS INGRESO DE DATOS. Importación del Modelo generado en HEC-RAS, Generación de Mapas de Inundación y Edición Final.