Implementación de un modelo hidrológico espacialmente … · 2012-06-12 · Implementación de un...
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Implementación de un modelo hidrológico espacialmente distribuido de simulación de eventos. Pablo T. Stehli, Juan F. Weber y Eliana Jorquera. Laboratorio de Hidráulica – Dpto. de Ingeniería Civil. Facultad Regional Córdoba Universidad Tecnológica Nacional. Maestro López Esq. Cruz Roja Argentina, E-mail: [email protected] RESUMEN: Se presenta la implementación del modelo hidrológico TREX, se trata de un modelo hidrológico con base física espacialmente distribuido de simulación de eventos, transporte de sedimentos y transporte y deposición de contaminantes. Este modelo, permite captar los efectos de variabilidad espacial y temporal de tormentas extremas. Se aplicó a la cuenca del río de La Suela (Córdoba) para eventos de los años hidrológicos 1977-1978 y 1978-1979 con el objeto de obtener exclusivamente los caudales de crecida. Los procesos hidrológicos considerados por el modelo incluyen la precipitación, intercepción, infiltración, almacenamiento en depresiones, flujo terrestre hortoniano y el flujo en los canales. Los ingresos claves del modelo se especifican como mapas raster (GRID) y se obtuvieron con la ayuda del Sistema de Información Geográfica (SIG) GRASS. El resto de los ingresos del modelo también se pueden derivar a partir de datos de SIG. Los resultados del modelo incluyen resúmenes del caudal como también mapas raster. La cuenca del río La Suela esta ubicada en la provincia de Córdoba, en el núcleo central de las Sierras Pampeanas siendo la naciente noroeste del río Xanaes o Segundo. Tiene una superficie de 131,8 Km2 . La sección de cierre considerada fue la estación hidrométrica La Suela, donde se dispuso de los caudales medidos para cada evento. Se calibraron manualmente los parámetros del modelo: los que varían en la superficie de la cuenca (rugosidad, intercepción, infiltración Green-Ampt) y los referidos a los cauces (rugosidad). Los resultados obtenidos para los eventos seleccionados se contrastaron con los caudales observados, produciendo un aceptable ajuste.
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Implementación de un modelo hidrológico espacialmente distribuido de
simulación de eventos.
Pablo T. Stehli, Juan F. Weber y Eliana Jorquera.
Laboratorio de Hidráulica – Dpto. de Ingeniería Civil. Facultad Regional Córdoba Universidad Tecnológica Nacional.
Maestro López Esq. Cruz Roja Argentina,
E-mail: [email protected]
RESUMEN: Se presenta la implementación del modelo hidrológico TREX, se trata de un modelo hidrológico con base física espacialmente distribuido de simulación de eventos, transporte de sedimentos y transporte y deposición de contaminantes. Este modelo, permite captar los efectos de variabilidad espacial y temporal de tormentas extremas. Se aplicó a la cuenca del río de La Suela (Córdoba) para eventos de los años hidrológicos 1977-1978 y 1978-1979 con el objeto de obtener exclusivamente los caudales de crecida. Los procesos hidrológicos considerados por el modelo incluyen la precipitación, intercepción, infiltración, almacenamiento en depresiones, flujo terrestre hortoniano y el flujo en los canales.
Los ingresos claves del modelo se especifican como mapas raster (GRID) y se obtuvieron con la ayuda del Sistema de Información Geográfica (SIG) GRASS. El resto de los ingresos del modelo también se pueden derivar a partir de datos de SIG. Los resultados del modelo incluyen resúmenes del caudal como también mapas raster.
La cuenca del río La Suela esta ubicada en la provincia de Córdoba, en el núcleo central de las Sierras Pampeanas siendo la naciente noroeste del río Xanaes o Segundo. Tiene una superficie de 131,8 Km2 . La sección de cierre considerada fue la estación hidrométrica La Suela, donde se dispuso de los caudales medidos para cada evento.
Se calibraron manualmente los parámetros del modelo: los que varían en la superficie de la cuenca (rugosidad, intercepción, infiltración Green-Ampt) y los referidos a los cauces (rugosidad). Los resultados obtenidos para los eventos seleccionados se contrastaron con los caudales observados, produciendo un aceptable ajuste.
INTRODUCCIÓN
Un modelo hidrológico, en términos generales, busca representar los diferentes procesos involucrados en la
distribución de la lluvia y la generación de caudales en una determinada cuenca. Los modelos pueden ser
físicos, donde se representan a escala las cuencas reales, o matemáticos, los cuales parten de ecuaciones
empíricas o conceptuales para representar la respuesta de la unidad hidrológica bajo diferentes condiciones
hidrometeorológicas. A la vez, existen los denominados modelos de parámetros distribuidos, en el cual se
permite que los parámetros varíen espacialmente dentro de la cuenca. Esto permite el cálculo no sólo de la
respuesta de toda la cuenca sino también la respuesta de las subcuencas individuales. El mayor detalle con el
que pueden hacerse las simulaciones en un modelo distribuido rinde mejor computacionalmente que un
modelo global. Esto permite el modelado de características especiales tales como abstracciones de lluvia e
hidrológicas que varían espacialmente. Sin embargo, para que los resultados del modelado distribuido sean
significativos, la calidad y la cantidad de datos disponibles deben ser proporcionados con gran nivel de
detalle (Ponce 1989).
En cuanto, al tiempo de simulación, Los modelos de cuenca pueden ser de eventos aislados o de procesos
continuos. Como sus nombres lo indican, los modelos de eventos aislados son de corto plazo, diseñados para
simular eventos individuales de lluvia-escurrimiento. Su énfasis está en la filtración y en el escurrimiento de
superficie, y su objetivo es la evaluación del escurrimiento directo. Los modelos de procesos continuos
toman en cuenta todos los componentes del escurrimiento, incluyendo el escurrimiento directo (flujo de
superficie) y el escurrimiento indirecto (flujo subterráneo e interflujo). Los mismos se focalizan en la
evapotranspiración y en otras abstracciones hidrológicas de largo plazo responsables del valor de
recuperación de humedad durante los períodos en que no hay precipitación.
Por otro lado, en la Provincia de Córdoba, entre los meses julio y septiembre se producen numerosos
incendios, que afectan a importantes extensiones de nuestro territorio. El fuego, si bien es un componente
natural en algunos ecosistemas, puede considerarse como un factor de disturbio debido al fuerte impacto que
ejerce sobre los componentes estructurales del sistema. Sus efectos se observan en distintos niveles, siendo
las serranías y el pie de monte las áreas más susceptibles de ser afectadas por la erosión, cuando el suelo ha
sufrido ese disturbio (Rodríguez et al., 2005).
La ocurrencia de lluvias intensas sobre una zona puede causar el aumento de los escurrimientos en una red
de drenaje. Este aumento, es mayor y más repentino en cuencas de las características de la serranía
Cordobesa. El efecto de los incendios podría intervenir en la venida de éstas crecidas.
Se propone implementar un modelo hidrológico distribuido acoplado a un modelo de producción de
sedimentos, en una cuenca de la zona serrana de la provincia de Córdoba. Aquí, se presenta la
implementación de un modelo distribuido y la calibración de los parámetros para distintos eventos, desde el
punto de vista hidrológico solamente, sin tener en cuenta erosión ni producción y transporte de sedimentos.
MODELO HIDROLÓGICO.
El modelo hidrológico a implementar debía cumplir con ciertos requisitos para luego poder estudiar el
impacto de los incendios en las cuencas Serranas. Estos requisitos son:
1. Modelo distribuido temporal y espacialmente: para poder representar correctamente la distribución
espacial y temporal de las precipitaciones como así también los distintos tipos de suelo, uso del suelo
y pendientes de la cuenca.
2. Disponibilidad Libre
3. Modelo de Evento: se quiere estudiar el impacto hidrológico y ambiental de los incendios para un
evento determinado.
4. Modelo de erosión y transporte de sedimentos acoplado: necesario para el análisis y estudio del
impacto de los incendios en la erosión, producción y transporte de sedimentos.
Se realizó una recopilación de los distintos modelos hidrológicos disponibles como ser ANSWER, CASC2D,
KINEROS2, TOPMODEL, entre otros y el elegido fue el modelo TREX.
MODELO HIDROLÓGICO T-REX (TWO-DIMENSIONAL RUNOFF EROSION AND
EXPORT)
Generalidades del modelo
El punto de partida para el desarrollo TREX fue el modelo hidrológico CASC2D. La estructura básica es un
modelo basado en eventos que simula el flujo superficial, la erosión de la superficie del suelo y la
deposición, flujo en canal y transporte de sedimentos a través de los cauces fluviales (England et al., 2007).
Como parte del desarrollo de TREX, los componentes hidrológicos y de transporte de sedimentos de
CASC2D se ampliaron de manera significativa y mejoraron para soportar el modelado de las inundaciones y
las características químicas de transporte (Velleux et al., 2008). En este trabajo, solo se aplican los procesos
hidrológicos de T-REX.
Procesos Hidrológicos en T-REX
En este tipo de proceso se encuentran:
1. Precipitación, intercepción y almacenamiento.
El Volumen bruto de precipitación (Vg) que llega a la superficie en función del tiempo, es igual a la
intensidad de precipitación bruta (ig) por el área de superficie donde ocurre la precipitación (Ag). El
volumen neto (Vn) resulta de descontarle al bruto el volumen interceptado (Vi).
ignsgg VVVAi
tV
−=⇒=∂
∂. (1)
Según el volumen interceptado sea mayor o menor al volumen bruto, habrá o no volumen neto de agua
sobre la superficie de la cuenca. En este cálculo no se realiza ningún descuento referido a volumen
evotranspirado, ya que es un modelo de evento y se puede despreciar ese término.
2. Infiltración y pérdida de transmisión
Para definir la infiltración de agua en la superficie de la cuenca como así también en los cauces que la
forman, el modelo T-REX utiliza las relaciones de Green and Ampt.
( )
−+=
FSH
Kf eech
θ11 (2)
Donde:
- f: tasa de infiltración.
- Kh: conductividad hidráulica.
- Hc: altura de succión del frente de mojado.
- Se: porcentaje de saturación efectiva del suelo.
- θe: porosidad efectiva del suelo.
- F: altura de infiltración acumulada.
La aplicación del modelo de Greem-Ampt, requiere la estimación de la conductividad hidráulica, K, la
porosidad, η y la altura de succión del frente de mojado, ψ. La variación de la altu ra de succión y de la
conductividad hidráulica con la humedad puede expresarse en función de una saturación efectiva, se.
Se define como humedad residual, θr al contenido de humedad después de haber drenado completamente
el suelo. La saturación efectiva se define entonces como:
rposiblehumedaddecontenido
disponiblehumedads re θη
θθ−−
==max
(3)
Donde la diferencia η - θr también se llama porosidad efectiva, θe.
De la ecuación anterior, para la condición inicial, θ =θ i = seθ e +θ r y la variación de humedad cuando
pasa el frente de mojado es Δθ =η −θ i = (1− se) θ e.
Brooks y Corey dedujeron de sus estudios que:
λ
ψψ
= b
es (4)
De la cual, ψb y λ son constantes que se obtienen mediante el secado del suelo por etapas, midiendo se y
ψ en cada una de las etapas.
3. Flujo superficial (overland) y a través de canales.
El flujo superficial puede ocurrir cuando la profundidad del agua en el plano terrestre supera el umbral
de almacenamiento de la depresión. El flujo superficial se rige por la conservación de la masa
(continuidad) y la conservación del momento. Las ecuaciones de continuidad para el flujo en dos
dimensiones gradualmente variado, sobre un plano rectangular en coordenadas (x, y) son:
enyx iWfi
dyq
dxq
dth
=+−=∂
+∂
+∂
(5)
Donde:
- h: altura de flujo superficial.
- qx,qx: caudal unitario en la dirección “x” o “y” = Qx/Bx , Qy/By. Siendo; Qx, Qy: flujo en la
dirección “x” o “y” y Bx, By: Ancho de flujo en la dirección “x” o “y”.
- W: punto de descarga/aporte unitario.
- ie: intensidad de precipitación en exceso.
Suponiendo que el flujo es turbulento y la resistencia se puede describir utilizando la Formulación de
Manning (en unidades del SI), las relaciones de escurrimiento-profundidad son, por ejemplo para la
dirección x:
n
hSqx fx
3/52/1
= (6)
Donde:
- Sfx: pendiente de la línea de energia.
- n: coeficiente de rugosidad de Manning.
Lo mismo ocurre para el escurrimiento de los canales. Solo que aquí se utiliza flujo uni-dimensional:
lc q
dxQ
dtA
=∂
+∂
(7)
Donde:
- Ac: Área de la sección transversal del flujo.
- Q: Caudal total.
- ql: caudal unitario lateral (que entra o sale del canal).
Para resolver las ecuaciones de flujo de canal para la continuidad y momento, la relación de Manning se
puede utilizar para describir la resistencia al flujo.
2/13/21fhc SRA
nQ = (8)
Donde:
- Rh= Radio hidráulico
Cálculos en T-REX
Para simular el proceso hidrológico, se deben asignar los valores para cada parámetro del modelo y las
ecuaciones de balance de masa definidas en el marco del modelo conceptual deben ser resueltas. Son
necesarias técnicas de integración numérica para resolver las ecuaciones del modelo. Para la aplicación de
diferencia finitas, T-REX utiliza la ecuación de balance de masa generalizada.
ttsss
tttt
∆∂∂
+=∆+
(9)
Siendo:
- =∆+ tt
s Valor de la variable del modelo en el tiempo t+At.
- =t
s Valor de la variable del modelo en el tiempo t.
- =∂∂
tts
Valor de la derivada de la variable con respecto al tiempo en el tiempo t.
- Δt = tiempo del paso para la integración numérica.
La solución numérica explícita se consigue mediante la segmentación de la cuenca hidrográfica entera en
elementos cuadrados iguales, a los cuales se les asignan los distintos parámetros relativos del modelo. Como
cada parámetro está definido, se supone que es uniforme en toda el área de la celda, este valor actual es
asignado a un punto central nodal.
Datos y Parámetros a ingresar
TREX tiene un archivo de entrada principal que controla la mayoría de los aspectos de la simulación. Dentro
de este archivo de entrada principal, las entradas se dividen en seis grupos de parámetros relacionados
(Grupos de datos de A a F). Este archivo también especifica una serie de archivos de entrada auxiliares que
se requieren para operar el modelo. Los archivos auxiliares de entrada se utilizan para definir las
características específicas de la simulación como los límites de la cuenca hidrográfica, la elevación, clases de
suelos y uso de la tierra, etc. La ventaja que posee T-REX es que muchos de estos archivos auxiliares pueden
ser realizados mediante un sistema de información geográfica (SIG), como así también la visualización de
los resultados.
CUENCA SELECCIONADA.
El proceso de selección de la cuenca fue realizado teniendo en cuenta que para el desarrollo e
implementación de un modelo hidrológico de tipo distribuido se requiere contar con información
hidrológica, como también características de tipo de suelos, usos del mismo, cauces, etc lo más detallada
posible para toda la superficie de la cuenca. En ese sentido, la cuenca del río de La Suela reúne dichos
requisitos en su carácter de haber sido una de las ocho cuencas piloto-representativas instaladas en distintas
regiones como parte del Programa de Investigación sobre Cuencas Pilotos y Experimentales desarrollado en
nuestro país a través de la UNESCO durante el Decenio Hidrológico Internacional (1960-1970) declarado
por Naciones Unidas (Bustamante, 1978). La alta densidad areal de su red histórica de estaciones de lluvia,
de observaciones meteorológicas (temperatura, viento, humedad y otras variables) y de mediciones
hidrológicas (niveles hidrométricos y caudales), como así también los estudios específicos en aspectos
geológicos, geomorfológicos, de suelos, vegetación, infiltración, escurrimientos entre otros, hacen posible la
implementación de un modelo distribuido en esta cuenca.
Siguiendo a Weber et al. (2010) se describen las principales características físicas y fisiográficas de la unidad
hidrológica de estudio.
Ubicación geográfica y aspectos fisiográficos
La cuenca del río de La Suela se encuentra ubicada totalmente en la provincia de Córdoba, al sur de la
localidad de Villa Carlos Paz accediendo a ella por la Ruta Nacional 20 (Figura 1). Tiene una superficie de
131,8 Km2 comprendida entre los 900 y los 2200 metros sobre el nivel del mar. La cuenca está localizada en
el núcleo central de las Sierras Pampeanas, entre los 31º 40’ y 31º 30’ de latitud sur y los 64º 30’ y 64º 45’ de
longitud oeste, sobre el cordón de las Cumbres de Achala y sus estribaciones orientales. Hidrográficamente
el río de La Suela es tributario del Anizacate, afluente a su vez del Xanaes o Río Segundo.
Figura 1.- Ubicación geográfica cuenca del río de La Suela
De acuerdo a un trabajo antecedente de Barbeito y von Müller (1981), los materiales de superficie de la
Cuenca, corresponden a un basamento cristalino antiguo compuesto por: un 66 % de rocas graníticas y un 25
% de metamorfitas, correspondiendo el 9 % restante a s edimentos aluvionales modernos asentados en
pequeños valles. Las fuerzas orogénicas que actuaron a lo largo de la evolución geológica de acuerdo a la
rigidez de las rocas, resolvieron dos ambientes diferenciales: las cumbres propiamente dichas y sus
estribaciones escalonadas. Las cumbres de Achala en su conjunto, constituyen desde el punto de vista
estructural, un Pilar Tectónico o “Horst”, limitado por dos fallas transversales de rumbo meridional. Sobre
estas, en el sector occidental de la Cuenca, comienza a organizarse el drenaje a través de un paisaje con
predominio de formas abruptas, que evidencian un estado de juventud morfológica. Los interfluvios son
angostos y de vertientes generalmente empinadas en donde aflora con frecuencia la roca granítica. Las
pendientes medias varían desde un 30 % hasta un 50 % en los sectores de mayor intensidad tectónica
(Quebradas - Abruptos de Falla) y las formas planas son escasas y limitadas casi con exclusividad a las
máximas altitudes.
Hacia el este, las estribaciones de la unidad estructural adquieren una fisonomía más suavizada. El paisaje
aquí se representa por la abundancia de colinas convexas con gradientes medios entre 10 % y 15 %. Los
interfluvios son más amplios y de laderas menos enérgicas en donde es mayor el asentamiento de suelos,
disminuyendo por ende la rocosidad. La escasez de formas accidentadas limitadas a la acción erosiva lineal
de los cursos de agua o a la tectónica, evidencia una cierta madurez morfológica.
Hidrografía e hidrología
La cuenca del río de La Suela constituye desde el punto de vista hidrográfico, la naciente norte de la cuenca
imbrífera del río Segundo o Xanaes con desagüe en el sistema endorreico de la Laguna de Mar Chiquita o de
Ansenuza. Dos subcuencas de carácter bien definidas que unen sus aportes a menos de 2 Km del cierre de la
cuenca conforman el drenaje: la subcuenca del río de La Suela propiamente dicha que localiza sus nacientes
en el Cordón de Achala a 2.200 m.s.n.m y la subcuenca del Arroyo de la Estancia, que lo hace a 1.500
m.s.n.m sobre las estribaciones de este, en la localidad de Copina.
La subcuenca La Suela (60% del área) ubicada en el sector sudoeste de la cuenca, tiene su nacimiento en el
borde oriental de las Sierras Grandes. Su punto de mayor altitud se encuentra en las nacientes del arroyo del
Carnero, uno de sus principales afluentes (Dasso, 1983). La subcuenca La Estancia es de menor altitud y
respuestas más lentas (pendiente 2%), está conformada por un arroyo de curso permanente: el arroyo San
Bernardo que luego continúa como arroyo de La Estancia, y varios arroyos menores de escurrimientos
intermitentes.
La longitud del río principal (Carnero – La Suela) desde sus nacientes, hasta la estación de cierre es de 28,92
Km, con una pendiente media uniforme del 4% alcanzando una pendiente máxima en el escalón tectónico del
13%.
Las crecidas en el río de La Suela presentan generalmente uno o más picos bien diferenciados, con tiempos
de subida entre 15 y 30 minutos y de permanencia de 7 a 8 horas. El análisis de los hidrogramas evidencia el
aporte de tiempos de retardo diferentes que incrementan el volumen y la permanencia de las crecidas
(Caamaño y Dasso, 1990).
Tipos y uso de Suelos
Se ajustan a las características de suelos azonales (litosólicos y regosólicos), cuya particularidad se traduce
en la falta de horizontes definidos y a su reducido espesor. Derivan, de la alteración directa de la roca y su
profundidad está supeditada a la posición topográfica que ocupen. En general, son suelos superficiales a muy
superficiales, de buena permeabilidad, textura arenosa a franco arenosa y con regular cantidad de materia
orgánica. (Barbeito y von Müller, 1981).
Vegetación
Según Barbeito y von Müller (1981) la cobertura vegetal de la cuenca está caracterizada como vegetación de
Las Sierras, la que se distribuye en tres pisos: monte serrano, arbustal o romerillal y pastizales y bosquecillos
de altura, cuya existencia, amplitud densidad y elevación, están en función de la altitud, latitud y orientación
geográfica. La diferencia de altitud de la cuenca del río de La Suela, determinó la existencia de estos tres
pisos distribuidos según dos grandes ambientes; Sub-andino: corresponde a las cumbres por encima de los
1.600 m.s.n.m y el Pedemontano por debajo de esta altitud.
Información hidrometeorlógica de base
La red histórica existente en la cuenca, operada desde 1971 al 1995 estaba integrada por once estaciones
pluviométricas – pluviográficas con una densidad aproximada de 1/12 km2, dos estaciones meteorológicas
completas ubicadas una en la parte alta (estación El Cóndor) y la otra en el cierre de la cuenca (estación La
Suela) y una estación de aforo en el cierre de la misma.
Mediciones de precipitación: se dispuso de datos de ocho estaciones pluviográficas – pluviométricas
distribuidas en el área de la cuenca, provenientes del BDC (Banco de Datos de CIRSA).
Mediciones de caudales: por las características geológicas y fisiográficas de la cuenca del río de La Suela y
el carácter permanente de su curso principal, se presume que la totalidad de los diversos tipos de
escurrimiento dados en el área de aporte, pasan por la estación hidrométrica La Suela, considerada como
cierre de la cuenca. Esto significa que el caudal medido en dicha estación corresponde al caudal total, o sea
la sumatoria de los componentes superficial, subsuperficial y de drenaje subterráneo o de base.
Esta estación de medición de caudales tiene la misma ubicación geográfica que la homónima para lluvia,
constaba de un muro verificador de caudales y una sección de aforos. Las mediciones de niveles de agua se
realizaban a través de un limnígrafo de precisión de tipo neumático y registro continuo y de una batería de
escalas limnimétricas que posibilitaban mediciones hasta una altura de nivel de 6 (seis) metros. En la sección
de aforos, ubicada unos 100 metros aguas arriba del muro, se realizaban aforos de aguas bajas por vadeo, con
molinetes de alta precisión y aforos continuos en crecientes, con tornos de orilla y molinetes de precisión que
soportan contrapesos de hasta 50 Kg.
La transformación de los niveles en caudales se llevó a cabo mediante la utilización de una curva llave o de
descarga, calibrada para el período seleccionado en función de más de 200 aforos. La definición de la curva
altura-caudal se realizó por métodos analíticos de regresión de valores aforados. La curva de mejor ajuste
(R= 0,9901) responde a una función potencial:
5975,28359,7 hQ ×= (10)
donde Q es el caudal en m3/s y h es el nivel del río en metros.
Para la determinación de la serie de caudales instantáneos se utilizaron los registros limnigráficos cada 15
minutos.
SELECCIÓN DE EVENTOS Y PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.
En función de la información histórica revisada, su disponibilidad y acceso digital, se seleccionó para
implementar el modelo y la calibración del mismo, eventos transcurridos en los años hidrológicos
comprendidos entre 1977-1978 y 1978-1979.
Preparación archivos de entrada.
Como se menciono anteriormente, una de las ventajas de T-REX es que los datos de ingreso se pueden
elaborar con la ayuda de un SIG, en este caso se utilizó el SIG GRASS GIS.
Mapas elevación
El mapa digital de elevación de la cuenca de La Suela, fue obtenido mediante los datos obtenidos por la
misión del Shuttle Radar Topography Misión (SRTM), misión con el objetivo de generar datos topográficos
digitales de gran parte del mundo. La resolución de las celdas de los datos fuente es de 1 segundo de arco,
sobre Estados Unidos y en el resto del mundo, 3 segundos de arco.
Con estos datos, y con ayuda de GRASS GIS, se delimitó la cuenca del río La Suela, obteniendo así el mapa
máscara de la cuenca, el mapa digital de elevación (DEM, por sus siglas en inglés), como así también mapa
de cauces y de segmentos de cauces. En la figura 2, se encuentran los distintos mapas de la cuenca La Suela
elaborados a partir del modelo digital de elevación.
Cada mapa es utilizado por T-REX para realizar sus cálculos; el mapa máscara identifica las celdas activas
que delimitan la cuenca, el DEM sirve para definir las pendientes en la cuenca, número de cauces indica los
cauces y el orden de cálculo (definiendo cual se encuentra aguas abajo y cual aguas arriba), por último el
mapa de número de segmentos de cauces, divide a cada cauce en segmentos de igual tamaño (en
correspondencia del tamaño de la celda) para poder definir sus características específicas (n de Manning,
sección, altura, sinuosidad, etc) luego en un archivo auxiliar.
Figura 2.- De izquierda a derecha, mapa máscara, DEM, número de cauces y número de segmentos de cauce.
Mapas tipo y usos de suelo.
Para la elaboración de estos mapas, se realizó la digitalización de mapas elaborados por trabajos precedentes
(Font 1983, Bustamante 1981), sobre vegetación y erosión en cuencas de carácter torrencial. En la siguiente
imagen los dos mapas:
Figura 3.- Mapas de tipo y uso de suelo.
Con estos mapas se define la distribución de los distintos tipos y usos de suelo, que luego en el archivo de
entrada quedaran fijados sus parámetros principales como ser; conductividad hidráulica, altura de succión y
déficit de humedad, para el tipo de suelos y, n de Manning y altura de intercepción vegetal para el uso de
suelos. En la siguiente tabla, se sintetizan las características tres perfiles típicos de los tres tipos de suelo:
Tabla 1.- Tipos de Suelo.
Indice Granito (Rocas Ígneas)
(Amarillo)
Gneis (Rocas Metamorficas)
(Azul)
Sedimentos
(Rojo)
Arena % 50,50 47,10 51,4
Arcilla % 27,00 24,20 21,70
Limo % 22,50 28,70 26,90
De la misma manera para el uso del suelo, siguiendo la bibliografía, se definen 5 tipos de uso de suelo, según
el porcentaje de cobertura vegetal y el tipo de especies:
Tabla 2.- Usos del Suelo.
Características Uso 1 (amarillo)
Uso 2 (verde)
Uso 3 (azul)
Uso 4 (violeta)
Uso 5 (rojo)
Tipo Vegetación Pastizal Dominante
Pastizal arbustal – monte serrano
Pastizal dominante
Arbustal – Monte Abierto –Pastizal
Pastizales
Cobertura Menor al 50 % Mayor al 50 % 70 -75 % 75 – 80 % 90 – 95 %
CALIBRACIÓN.
Se realizó una calibración manual de los parámetros de infiltración, como así también los parámetros de
rugosidad superficial y de los cauces para los eventos seleccionados.
Para la calibración de los parámetros de infiltración, en primer lugar, se estableció la textura del suelo según
el contenido de cada fracción del mismo (arena, limo y arcilla), luego, teniendo en cuenta que estos
parámetros varían en función del grado de saturación de los mismos, se utilizo para establecer la
conductividad hidráulica las relaciones de Rawls (1982)
Para establecer el nivel de saturación de los suelos en la cuenca, se utilizó como dato de entrada los valores
obtenidos por la calibración de un modelo hidrológico continuo desarrollado en la misma cuenca (Jorquera
2010).
RESULTADOS
Se realizó la calibración de los parámetros de los distintos eventos seleccionados, tratando de tomar aquellos
en que más datos existían disponibles.
Los resultados que se pueden obtener luego de simular T-REX son: hidrogramas de salida en una
determinada sección, archivos resumen y mapas de cada intervalo de tiempo de precipitación acumulada,
intensidad de precipitación, altura de infiltración acumulada, tasa de infiltración y altura de escurrimiento.
Eventos Simulados
En primer lugar, se muestran los resultados del evento ocurrido el 27 de Enero de 1979, donde cuenta con los
datos de precipitación de 7 de las 8 estaciones instaladas. En la figura 4, se encuentra el hidrograma de
salida, con los caudales observados y los simulados, como así también las precipitaciones para cada estación.
Por otro lado, a modo de ejemplo en las figuras 5, 6, 7 y 8, podemos visualizar como varia espacial y
temporalmente la precipitación, infiltración y el escurrimiento superficial en la cuenca para este evento.
En la figura 10 y 11, se encuentran los hidrogramas simulados para otros dos eventos.
Figura 4.- Hidrograma Simulado para el evento del 27 Enero 1979
Figura 5.- Intensidad de precipitación [mm/h] para los tiempos de 2, 5 y 8 horas de comenzada la simulación.
Figura 6.- Precipitación acumulada [mm] para los tiempos de 2, 5 y 8 horas de comenzada la simulación.
Figura 7.- Infiltración acumulada [m] para los tiempos de 2, 5 y 8 horas de comenzada la simulación.
Figura 8.- Altura escurrimiento [m] para los tiempos de 2, 5 y 8 horas de comenzada la simulación.
Figura 10.- Hidrograma simulado para el evento del 3 de Diciembre de 1978.
Figura 11.- Hidrograma simulado para el evento del 14 de Enero de 1979.
CONCLUSIONES
Se ha logrado calibrar los parámetros del modelo TREX para una cuenca de la región serrana de la Provincia
de Córdoba, de tal manera que se produzca un aceptable ajuste en los hidrogramas de crecida de los distintos
eventos. Esto se logra, simulando los procesos de precipitación, intercepción, infiltración y escurrimiento
teniendo en cuenta la variabilidad de los factores que afectan a los mismos en toda la extensión de la cuenca
y en el tiempo que duran los eventos, aprovechando así las ventajas de un modelo hidrológico de este tipo.
REFERENCIAS
Barbeito O.L. y von Müller N.B 1981. Estudios de erosión cuenca experimental del río de la suela –reconocimiento y mapeo de la cubierta vegetal. Informe Técnico, CIHRSA – INA.
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