Diseño hidrológico de alto período de retorno mediante ...

Diseño hidrológico de alto período de retorno mediante generación sintética de eventos de crecida.generación sintética de eventos de crecida.

F. Francés, R. García Bartual, G. Bussi, J. L. Salinas y E.F. Francés, R. García Bartual, G. Bussi, J. L. Salinas y E. Fernández

Instituto de Ingeniería del Agua y Medio AmbienteUniversitat Politècnica de València

Hipótesis avenida de proyectop p y

El concepto de “Avenida de Proyecto” se basa a su vez en El concepto de Avenida de Proyecto se basa a su vez en una “Tormenta de Diseño”

Análisis estadístico de Pd => Tormenta de diseño de T => Simulación

Ventaja “pírrica”: Una sola simulación (enfoque clásico)

I i t ífiInconvenientes específicos:Distribución temporal y espacial de la precipitaciónE t d i i i l ú iEstado inicial único¿QT lo genera PdT?

II Jornadas de Ingeniería del Agua. Barcelona, 5-6 Octubre 2011.

Hipótesis avenida de proyectoHipótesis avenida de proyecto

¿Una única tormenta uniforme en el espacio y simple en el ¿Una única tormenta uniforme en el espacio y simple en el tiempo + un estado inicial dará el resultado correcto? NO!NO!

Distribución empírica de Qmax en R.Poyo en A7 situación actual con la Distribución empírica de Qmax en R.Poyo en A7 situación actual con la


probabilidad de la tormenta sintéticaprobabilidad de la tormenta sintética

Propuesta metodológicap g

Dentro del Plan de Gestión del Riesgo de Inundación de Dentro del Plan de Gestión del Riesgo de Inundación de las comarcas de la Marina Alta y de la Marina Baja:

Estimación frecuencia de las Pd máximas anualesEstimación frecuencia de las Pd máximas anualesConstrucción de un modelo estocástico de tormentas y generación sintética de un número elevado de eventosgeneración sintética de un número elevado de eventosImplementación de un modelo hidrológico distribuidoA áli i d l t d d h d d i i i l d l l Análisis del estado de humedad inicial del suelo a escala diariaA i ió d b bilid d fi l di d l Asignación de probabilidad final mediante un modelo estadístico multivariado en más de 200 puntos


Estudio de la Pd máxima anual

Análisis regional con 45 estaciones AEMET y SAIH => Análisis regional con 45 estaciones AEMET y SAIH > 1054 años equivalentesComprobación homogeneidad mediante test de Fisher Comprobación homogeneidad mediante test de Fisher sobre el coeficiente de variaciónModelos:Modelos:

Regionalización por variable índice + diversas cdfs (incluyendo con límite superior)(incluyendo con límite superior)Regionalización Gumbel y ajuste TCEV



Resultados:Resultados:

TCEV con reg. Gumbel


Modelo de tormenta: RAINGEN

L Las tormentas son una superposición de “celdas”, cuya intensidad se determina según procesos estocásticos en el espacio y en el tiempo

Modelo de Rodriguez-Iturbe Modelo de Rodriguez-Iturbe y Eagleson (1987) pero

j d S l ó mejorado por Salsón y García Bartual (2003)


Modelo de tormenta: RAINGEN

Estimación de parámetros a partir de tormentas SAIH:Estimación de parámetros a partir de tormentas SAIH:

Autocorrelación espacial- octubre 20001

Observada

Autocorrelación espacial- octubre 20001

Observada

0 2

0.4

0.6

0.8Observada

Corregida

Teórica

0 2

0.4

0.6

0.8Observada

Corregida

Teórica

Octubre - 2000

0.8

1

observadoajustado

Octubre - 2000

0.8

1

observadoajustado

-0.2

0

0.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

distancia (km)

-0.2

0

0.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80

distancia (km)0.2

0.4

0.6

0.2

0.4

0.6Media normalizada - octubre 2000

1

Media normalizada - octubre 2000

1

distancia (km)distancia (km)

0

0.2

0 10 20 30 40 50 60 70

kT(minutos)

0

0.2

0 10 20 30 40 50 60 70

kT(minutos)0 2

0.4

0.6

0.8

Ob d Aj t d0 2

0.4

0.6

0.8

Ob d Aj t d

0

0.2

0 1000 2000 3000 4000 5000

minutos

Observada Ajustada

0

0.2

0 1000 2000 3000 4000 5000

minutos

Observada Ajustada


Generación de tormentas sintéticas

Se generaron unas 500 tormentas sintéticas en una Se generaron unas 500 tormentas sintéticas en una cuadrícula de 60x65 km con discretización de 1km y 10 min

500

600

700LIMITE INM ALC T500 RECORDSMARINA oct-07 ALC oct 82 ALC 97

HIETOGRAMA Y PLUVIOGRAMA - EPISODIO SINTÉTICO # 106. Cuenca GIR03: Rio Girona hasta embalse de Isbert

80

90

100

80

90

100

200

300

400

mm

/h

30

40

50

60

70

i en

mm

/h

30

40

50

60

70

P en

mm

0

100

0 20 40 60 80 100 120Minutos

0

10

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

horas

0

10

20

… y se seleccionaron 368


Modelo hidrológico: TETIS v8.1g

Desarrollado por la UPV desde 1994 (v 7 3 en la web)Desarrollado por la UPV desde 1994 (v 7.3 en la web)Distribuido en el espacio:

> R d ió i bilid d i l d l Ci l Hid ló i=> Reproducción variabilidad espacial del Ciclo Hidrológico

=> Reducción del efecto de escala espacial=> Explotación de toda la información existente


Modelo hidrológico: TETISg

Estimación de parámetros espacialesEstimación de parámetros espacialesDerivados del MED:



Estimación de parámetros espacialesEstimación de parámetros espacialesParámetros de ladera:



Calibración: Caudal salida y nivel en embalse simulado y Calibración: Caudal salida y nivel en embalse simulado y observado del evento de Abril 2003 en la estación SAIH “Isbert”

40

45

50

182

184

25

30

35

Q (m

3 /s)

176

178

180

Q (m

3 /s)

10

15

20

Q

172

174

Q

0

5

10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (horas)

b

168

170

10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (horas)


Q obs Q sim N obs N sim


Validación espacio-temporalValidación espacio temporal

70

80

100

120

40

50

60

m3 /s)

60

80

m3 /s)

20

30

0

Q (m

40

60

Q (m

0

10

25 35 45 55 65 75

Tiempo (horas)

0

20

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo (horas)p ( )

Q obs Q sim

Estación de aforo de Marina Baixa, evento Estación de aforo de Guadalest, evento de

Tiempo (horas)

Q obs Q sim


de Mayo 2002 Octubre 2007

Análisis estado humedad inicial

Ajuste modelo diario en Rambla GallineraAjuste modelo diario en Rambla GallineraSimulación continua 1943-2010A áli i f i t d Análisis frecuencia estados para Pd>30mm

250

300

350

40

50

60

ada

a

3 estados de humedad:Seco (10%) P= 0,3

100

150

200

20

30

Frec. acumul

Frecue

ncia

Medio (40%) P= 0,4Húmedo (80%) P= 0,3

0

50

0

10

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

F

( ) ,Grupos

Histograma y distribución acumulada de humedad antecedente en el suelo obtenidos por simulación continua en la Rambla Gallinera


suelo obtenidos por simulación continua en la Rambla Gallinera

Simulación hidrogramas sintéticosg

368 tormentas x 3 estados de humedad = 1104 eventos368 tormentas x 3 estados de humedad 1104 eventosEn algunas cuencas además x escenarios futuros que afecten la hidrologíaafecten la hidrología

250

10 2‐014

80 1 222

100

150

200

250

300

350

400

450

500

80 1‐222

500

600

700

80 1‐596

350

80 1‐633

0

50

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400 500 600100

200

300

400

500

150

200

250

300

…0

0 100 200 300 400 500 600

0

50

100

0 100 200 300 400 500 600

Hid d l d b d d l Gi (B i b i 03d)


Hidrogramas generados en la desembocadura del Girona (Benairbeig03d)

Caudales pico en función de T(Pd-eq)p ( q)

BENIARBEIG03d

600

BENIARBEIG03d 600

BENIARBEIG03d

300

400

500

-eq)

(año

s)

400

500

ños)

0

100

200

0 100 200 300 400 500 600

T(Pd

200

300

T(Pd

-eq)

(añ

Pd-eq (mm/día)

100

200T

00 500 1000 1500

Qmax (m3/s)


Asignación de probabilidadAsignación de probabilidad

Modelo multivariado de:Modelo multivariado de:R = precipitación areal máxima de 24 horasX = d l i ( i bl d i t é )X = caudal pico (o variable de interés)M = Estado de humedad inicial del suelo

bl d ( d d )Variable discreta (tres estados en este estudio)

Finalmente la distribución empírica de X:Se conocen las marginales de R y MSi M es independiente de R

( ) ( ) ( ) ( )[ ]∑ ∑∞

+⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

−≈3

1 01

j iii

ijX RFRF

Nan

PjaF


= = ⎪⎭⎪⎩1 0j i ijN

Asignación de probabilidadAsignación de probabilidad

Asignación de probabilidad desembocadura GironaAsignación de probabilidad desembocadura Girona

600

BENIARBEIG03d

600

BENIARBEIG03d

300

400

500

-eq)

(año

s)

500

600

)

0

100

200

0 100 200 300 400 500 600

T(Pd

300

400

max

) (añ

os)

Pd-eq (mm/día)

100

200T(Q

m

00 500 1000 1500

Qmax (m3/s)


Validación estadística

4

3

1

2

Ln(1‐1/T))

0‐Ln(‐L

OBSERVADO

‐2

‐1

0 10 20 30 40 50 60

OBSERVADO

TETIS

E t ió d f d G lli0 10 20 30 40 50 60

Q (m3/s)Estación de aforo de Gallinera. Funciones de distribución empíricas de los caudales máximos.


Explotación resultados embalse Isbertp

1400

Análisis eventos6000

CON PRESASIN PRESA

800

1000

1200

3‐015

3 067

4000

5000

m3/

s)

SIN PRESA

200

400

600

3‐067

3‐068

1000

1200

1400

2000

3000

Qm

ax (m

0

1 101 201 301

400

600

800

3‐076

3‐015

3‐028

0

1000

0 50 000 000 100 000 000 150 000 000 200 000 000 250 000 000

0

200

1 101 201 301

S l ió t Q t 400 500 ñ

0 50,000,000 100,000,000 150,000,000 200,000,000 250,000,000

Volumen (m3)


Selección eventos con Qp entre 400 y 500 años

Explotación resultados embalse Isbertp

Análisis estadísticos variable de interés:

CDF Caudalesmáximos

10000

ños)

CDF Caudales máximos

CDF Niveles máximos (eventos de T(Pd)>50)

100

1000

audal m

áxim

o) (añ

T(Qentrada) (años)

10000

mo) (año

s)

10

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

T(Ca (años)

T(Qsalida) (años) 1000

T(Nivel máxim

Caudal máximo (m3/s)

100

170 171 172 173 174 175 176 177

Nivel máximo (m snm)


Conclusiones

Exigible la máxima precisión por sus implicaciones Exigible la máxima precisión por sus implicaciones económicas y sociales

Cañete (Cuenca), 2011

Tabasco (México), 2008

P ki tá 2010


Pakistán, 2010

ÓGRACIAS POR SU ATENCIÓN

Prof Félix Francés (ffrances@hma upv es)Prof. Félix Francés ([email protected])Grupo de Investigación de Modelación Hidrológica y Ambiental

(GIMHA)http //lluvia dihma upv eshttp://lluvia.dihma.upv.es

F. Francés, R. García Bartual, G. Bussi, J. L. Salinas y E. Fernández. 2011. Diseño hidrológico de alto período de retorno mediante generación sintética de eventos de crecida. II Jornadas de Ingeniería del Agua. Modelos numéricos en dinámica fluvial. Barcelona, 5-6 Octubre 2011.

Diseño hidrológico de alto período de retorno mediante ...

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