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).

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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

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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

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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

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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

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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.