Índice 1.- INTRODUCCIÓN 1.1 2.- CARACTERÍSTICAS GENERALES 2.1 2.1.- Descripción general de la...

MANUAL DE USUARIODE MOREA 1.5

(Modelo de Realidad Artificial)

VERSIÓN PARA VALIDACIÓN DE DATOS YEDICIÓN GRÁFICA DE MODELOS

Eduardo Guzmán De los RiscosRicardo Conejo Muñoz

Índice

1.- INTRODUCCIÓN 1.1

2.- CARACTERÍSTICAS GENERALES 2.1

2.1.- Descripción general de la arquitectura del sistema 2.1

2.2.- Puesta en marcha del programa 2.2

2.2.1.- Inicio de una sesión de operación básica 2.2

2.2.2.- Introducción a la construcción de modelos 2.4

2.2.2.1.- Fichero del modelo de configuración genérico 2.4

2.2.2.2.- Fichero del modelo de representación del dominio 2.4

2.2.3.- Operación y Visualización de resultados 2.5

2.2.4.- Validación 2.5

2.2.5.- Multihipótesis 2.5

2.2.6.- Ficheros de datos 2.5

2.2.6.1.- Fichero de cuenca 2.5

2.2.6.2.- Fichero de subcuencas 2.6

2.2.6.3.- Fichero de Hidrograma 2.6

2.2.6.4.- Fichero de curva de gasto 2.7

2.2.6.5.- Fichero de curva de embalses 2.7

2.2.6.6.- Fichero de resguardos 2.8

2.2.6.7.- Fichero de estrategia 2.8

2.2.6.8.- Fichero de episodios 2.9

3.- FUNCIONES BÁSICAS 3.1

3.1.- Archivo 3.1

3.2.- Ver 3.2

3.3.- Insertar 3.4

3.4.- Objeto 3.5

3.5.- Simulación 3.6

3.6.- Ventana 3.7

3.7.- Ayuda 3.7

3.8.- Gráficos 3.8

4.- REPRESENTACIÓN DE LAS CUENCAS HIDROLÓGICAS 4.1

4.1.- Inserción, selección y eliminación de elementos 4.1

4.2.- Cambiar elementos de posición 4.3

4.3.- Propiedades de un elemento 4.3

4.4.- Conexión entre elementos 4.5

4.5.- Atributos 4.6

4.5.1.- Tipo numérico 4.7

4.5.2.- Tipo serie 4.9

4.5.3.- Tipo hidrograma 4.9

4.5.4.- Tipo punto 4.10

4.5.5.- Tipo tabla 4.11

4.5.6.- Tipo poligonal 4.11

4.5.7.- Tipo conjunto 4.12

4.5.8.- Tipo usuario 4.13

4.6.- Unidades 4.15

4.7.- Modelos 4.15

5.- SIMULACIÓN 5.1

5.1.- Inicio de la simulación 5.1

6.- VALIDACIÓN DE DATOS 6.1

6.1.- Unidades de coherencia 6.1

7.- MULTIHIPÓTESIS 7.1

7.1.- Hipótesis de usuario 7.1

7.2.- Sistema de Mantenimiento Automático de

Coherencia entre Hipótesis (SMACH) 7.3

8.- ANÁLISIS DE RESULTADOS 8.1

8.1.- Visualización gráfica de resultados 8.1

8.2.- Añadir o eliminar series temporales e hidrogramas a una vista 8.1

8.3.- Propiedades de una serie o un hidrograma 8.2

8.4.- Ventana de representación de series temporales e hidrogramas 8.5

8.5.- Comparación entre series temporales e hidrogramas 8.8

8.6.- Visualización de los valores numéricos de las

series temporales e hidrogramas 8.9

8.7.- Salvar en fichero los valores numéricos de las

series temporales e hidrogramas 8.10

APÉNDICE A: ESTRUCTURA DEL MODELO DE CONFIGURACIÓN GENÉRICO A.1

A.1.- Modelos genéricos A.1

A.1.1.- Operaciones básicas A.2

A.1.2.- Funciones predefinidas A.3

A.1.2.1.- Longitud A.3

A.1.2.2.- Sumatorio A.3

A.1.2.3.- Media A.3

A.1.2.4.- Máximo y Mínimo A.3

A.1.2.5.- Varianza y Desviación A.4

A.1.2.6.- Covarianza y Correlación A.4

A.1.2.7.- Incremento A.4

A.2.- Definición de un tipo de usuario A.4

A.3.- Definición de una clase A.5

A.3.1.- Formato de los ficheros de tablas de datos del SAIH A.6

A.3.1.1.- Fichero de curva de gasto A.6

A.3.1.2.- Fichero de curva de embalses A.6

A.3.1.3.- Fichero de resguardos A.7

A.3.1.4.- Fichero de estrategia A.7

A.3.2.- Modelos externos A.7

A.3.2.1.- Modelos de precipitación A.7

PrecInter A.7

A.3.2.2.- Modelos de escorrentía A.8

EscorrentíaRacional A.8

EscorrentíaSCS A.8

EscorrentíaPerdidaInicial A.9

EscorrentíaPerdidaHEC A.10

A.3.2.3.- Modelos de confluencia A.11

Conf A.11

A.3.2.4.- Modelos de drenaje A.11

DrenajeHidrogramaUnitario A.11

DrenajeOndaCinematica A.12

HidrogramaUnitarioClark A.12

HidrogramaUnitarioSCS A.13

A.3.2.5.- Modelos de recesión A.13

RecesionCaudal A.13

A.3.2.6.- Modelos de tramo A.13

TramoLaminRetraso A.13

TramoRetraso A.14

A.3.2.7.- Modelos de embalse A.15

EmbalseLineal A.15

EmbalseLaminacion A.15

A.3.3.- Rango de valores en el tipo NUMERICO A.16

A.4.- Definición de una unidad de coherencia A.17

APÉNDICE B: ESTRUCTURA DEL MODELO DE REPRESENTACIÓN DEL DOMINIO B.1

B.1.- Declaración de objetos B.1

B.1.1.- Cómo referenciar un atributo de otro objeto B.2

B.1.2.- Hipótesis de usuario B.3

B.1.3.- Cómo referenciar un campo de un atributo de tipo de usuario B.4

B.2.- Instancias de las reglas de coherencia B.4

APÉNDICE C: SINTAXIS DEL LENGUAJE COVALTO C.1

C.1.- Descripción léxica C.1

C.2.- Sistema de tipos de datos C.2

C.3.- Descripción sintáctica y semántica C.3

C.3.1.- Modelo de configuración genérico C.4

C.3.2.- Modelo de representación del dominio C.7

APÉNDICE D: TABLA DE UNIDADES D.1

D.1.- Unidades de longitud D.1

D.2.- Unidades de masa D.2

D.3.- Unidades de tiempo D.3

D.4.- Unidades de área D.3

D.5.- Unidades de volumen D.4

D.6.- Unidades de velocidad D.4

D.7.- Unidades de aceleración D.5

D.8.- Unidades de velocidad angular (o frecuencia) D.5

D.9.- Unidades de aceleración angular D.5

D.10.- Unidades de peso específico D.5

D.11.- Unidades de volumen específico D.6

D.12.- Unidades de caudal (o gasto) D.6

D.13.- Unidades de energía (o trabajo) D.6

D.14.- Unidades de presión D.7

APÉNDICE E: ESPECIFICACIONES DE DISEÑO E.1

E.1.- Estructura del modelo E.1

E.1.1.- Objetos genéricos E.2

E.1.2.- Condicionantes previos E.2

E.2.- Componentes del modelo de la fase atmosférica E.2

E.2.1.- Elementos descriptivos de la tormenta E.3

E.2.1.1.- Área grande de mesoscala E.3

E.2.1.2.- Tormenta de tipo Convectivo E.4

E.2.1.3.- Tormenta de tipo Frontal E.5

E.2.2.- Elementos de generación de lluvia E.5

E.2.2.1.- Generador de Lluvia E.5

E.2.2.2.- Lluvia Uniforme Constante E.6

E.2.2.3.- Celda Exponencial E.6

E.3.- Componentes del modelo de la fase terrestre E.7

E.3.1.- Elementos de generación de caudales E.8

E.3.1.1.- Obtención de Lluvia Media E.8

E.3.1.2.- Datos distribuidos espacialmente E.9

E.3.1.3.- Medidas puntuales E.10

E.3.1.4.- Generación de Lluvia Neta E.10

E.3.1.4.1.- Método racional E.12

E.3.1.4.2.- Pérdida inicial e infiltración constante E.12

E.3.1.4.3.- Soil Conservation Service E.14

E.3.1.4.4.- Función de pérdidas exponencial E.16

E.3.1.5.- Propagación de caudales E.18

E.3.1.5.1.- Hidrograma Unitario E.18

E.3.1.5.2.- Hidrograma de usuario E.21

E.3.1.5.3.- Hidrograma triangular del SCS E.22

E.3.1.5.4.- Hidrograma de Clark E.22

E.3.1.5.5.- Onda Cinemática E.24

E.3.1.6.- Caudal de Recesión E.26

E.3.1.7.- Cabecera E.27

E.3.2.- Elementos de transporte E.27

E.3.2.1.- Tramo con Retraso E.28

E.3.2.2.- Tramo con Laminación y Retraso E.29

E.3.3.- Elementos de conexión E.31

E.3.3.1.- Confluencias E.31

E.3.3.2.- Derivaciones E.31

E.3.4.- Elementos de control E.32

E.3.4.1.- Embalse Lineal E.32

E.3.4.2.- Embalse con estrategia de laminación E.33

1.1

1.- Introducción

El sistema informático desarrollado MOREA (MOdelo de REalidad Artificial) es uno de los resultados delproyecto de investigación y desarrollo tecnológico ARQUIMEDES (ARQUitecturas Inteligentes basadasen Modelos para Evaluación de Datos de Estado en Sistemas de información hidrológica en tiempo real),subvencionado por la CICYT (Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología) HID-97-1005-C02-02.

El objetivo central de este proyecto era definir e implementar un sistema informático genérico, medianteel cuál fuera posible construir aplicaciones adaptadas a las características específicas de cada cuenca, yque además fuera capaz de validar en tiempo real la corrección de los datos recogidos por el SAIH,proponiendo valores alternativos razonables en el caso de que no se disponga de datos, o bien si losvalores medidos no resulten coherentes con el resto de la información recibida. Una vez finalizada lafase de desarrollo del software, se realizarían las adaptaciones necesarias de este sistema para suinstalación en las cuencas correspondientes de una Confederación Hidrográfica, para validación de losdatos de pluviometría, caudales de escorrentía y niveles en los embalses.

Los resultados obtenidos con este proyecto pueden ser extrapolados a cualquier Confederación. Lametodología de desarrollo que ha sido empleada, tiene como característica principal la modularidad,estructuración y facilidad de reutilización de los componentes software. Por ello el sistema quefinalmente se instale en una Confederación Hidrográfica, es una instancia o prototipo de la clase desistemas que pueden diseñarse usando la herramienta genérica de construcción de sistemasinteligentes. Por otra parte, dado el grado de generalidad con el que se ha realizado la arquitectura paravalidación de datos (tanto a nivel conceptual como a nivel instrumental) el resultado de este trabajopuede contribuir de forma significativa a incrementar el aprovechamiento de las inversiones realizadas eninfraestructuras de sensorización en dominios diferentes al ámbito hidrológico, tales como son sistemasde sensorización de plantas industriales, de redes eléctricas, control de tráfico urbano, etc. Así, elmodelo de validación implementado constituye un modelo de referencia de gran utilidad que puede serreutilizado en el desarrollo de sistemas de validación de datos de sensores en otros dominios, en dondese presenta una problemática similar al caso de las redes de sensores hidrológicos.

2.1

2.- Características generales

2.1.- Descripción general de la arquitectura del sistema

En MOREA se llevan a cabo las tareas de construcción, calibración y ejecución de modelos. Medianteuna herramienta dotada de una interfaz visual, se permite por un lado, al operador estratégico, laconstrucción del esquema simbólico representativo de una cuenca hidrológica mediante piezas basadasen el conocimiento. Por otro lado, MOREA también permite realizar un análisis exhaustivo ycomparativo de los resultados obtenidos tras la simulación de los modelos.

El conocimiento hidrológicos se ha estructurado en dos niveles. Un primer nivel, a un mayor grado deabstracción, en el que se definen las piezas básicas o "ladrillos'' que pueden ser utilizados en elsiguiente nivel. En el segundo nivel de conocimiento, se utilizan los componentes antes mencionadospara definir esquemas representativos de cuencas hidrológicas, permitiendo a su vez la aplicación demodelos para emular y predecir el comportamiento de los elementos físicos de las cuencas. De estaforma, todo el conocimiento necesario sobre los componentes físicos de los sistemas hidrológicos quedarecogido en estas piezas de conocimiento.

La arquitectura del sistema viene determinada por los siguientes módulos: los modelos decomportamiento, la interfaz de gestión de modelos, un sistema de mantenimiento de la coherencia entrehipótesis (SMACH), el modelo de configuración genérico, el modelo de representación del dominio, y lasinterfaces de construcción de modelos y de operación.

Los modelos de comportamiento son métodos propios del dominio de la hidrología, externos a losoperadores y al ingeniero del conocimiento que se utilizan para modelar el comportamiento de losdistintos elementos físicos de una cuenca hidrológica. Estos modelos pueden implementarse bien deforma externa, incluyendose posteriormente en el sistema mediante la interfaz de gestión de modelos, o

2.2

bien internamente mediante un lenguaje de propósito específico (COVALTO) en base a operacionesaritméticas básicas.

Esta arquitectura es capaz a su vez de representar simultáneamente posibles situaciones que ocurren enuna cuenca, sin necesidad de realizar simulaciones diferentes, por ejemplo, es posible modelar a la vezsituaciones tan dispares como que un embalse tenga sus compuertas abiertas y que las tenga cerradas.A estas posibles situaciones las denominamos hipótesis. El entorno está dotado de un módulo, SMACH(Sistema de Mantenimiento Automático de Coherencia entre Hipótesis) que permite la gestión de lacoherencia entre las hipótesis formuladas.

El ingeniero del conocimiento se encarga de diseñar el modelo de configuración genérico, en el que serecogen las diversas unidades cognitivas y métodos que pueden utilizarse para la construcción demodelos de representación del dominio. Una vez definido el modelo de configuración genérico, eloperador estrátegico, mediante la interfaz de construcción de modelos, podrá definir, de maneraintuitiva, un modelo de representación del dominio para una cuenca hidrológica concreta, en base ainstancias de las unidades cognitivas definidas y a los métodos declarados en el modelo genérico. Tantoel modelo de configuración genérico como el modelo de representación del dominio están escritosutilizando el lenguaje COVALTO, desarrollado específicamente para ello.

Mientras que para la construcción del modelo de configuración genérico es necesario que el ingenierodel conocimiento tenga conocimientos básicos de programación, la construcción de modelos derepresentación del dominio se realiza de forma completamente visual a través de la interfaz gráfica de laaplicación. Por tanto, no es necesario que el operador estratégico tenga conocimientos de programación.

Por último, la interfaz de operación facilitará al operador el análisis de los datos obtenidos tras lasimulación de la representación del dominio.

2.2.- Puesta en marcha del programa

2.2.1.- Inicio de una sesión de operación básica

Para poder iniciar una sesión de operaciones básicas es necesario que el operador estratégico hayadefinido un modelo de representación del dominio. Para definir este modelo es necesario que elingeniero de conocimiento haya creado un modelo de configuración genérico que defina cuales son laspiezas de conocimiento básicas que va a poder utilizar el operador estratégico.

Supongamos ya definidos ambos modelos y cargados por la aplicación junto con los ficheros de datosnecesarios. El aspecto que ofrecería la aplicación es el siguiente:

2.3

La figura representa la ventana principal de la aplicación MOREA. Como la mayor parte de lasaplicaciones bajo Windows, MOREA se presenta al usuario utilizando el área de cliente de unaventana Windows. El área cliente está dividida en las siguientes partes:

• Barra de menú, que contiene las opciones de los menús básicos de la aplicación.

• Barra de herramientas, que contiene iconos que identifican las opciones más utilizadas de losmenús anteriores.

• Barra de herramientas gráficas, que contiene iconos que identifican las opciones másutilizadas de los menús referentes a las vistas de representación gráfica de series temporales.

• Área de trabajo, es la zona donde se presentan las ventanas de la aplicación

• Barra de estado, es la zona inferior, utilizada para dar información al usuario.

El funcionamiento de estas cinco áreas es similar al de otras aplicaciones bajo Windows. El área detrabajo de MOREA se utiliza para presentar las ventanas de la aplicación. Dicho área se componebásicamente de dos partes:

2.4

La ventana de representación simbólica de la cuenca (Esquema de la cuenca), a la derecha del área detrabajo, que una vez cargado el fichero de datos del SAIH que contiene las coordenadas geográficas dela cuenca y de la subcuencas, mostrará en pantalla dicha cuenca y las subcuencas que contenga.

La ventana de la izquierda se compone a su vez de dos ventanas, que pueden ser visualizadasalternativamente, seleccionando una de las hojas de la pestaña inferior. La primera de ellas representaen forma de árbol, el conjunto de objetos que componen la cuenca hidrológica, y donde los atributos decada objetos se representan como subramas. Cada subrama contendrá tantas hojas como distintashipótesis de posibles valores hayan sido consideradas para ese atributo. Cada una de las hipótesissupondrá un procedimiento distinto de cálculo del atributo.

En la segunda ventana, se representan, también en árbol, todas las hipótesis que han sido consideradaspara llevar a cabo la simulación de la cuenca hidrológica. Las subhipótesis que aparecen como ramas deuna determinada hipótesis, son el resultado de aplicar algún mecanismo de validación en el que comoresultado han sido generadas más de una hipótesis válida.

2.2.2.- Introducción a la construcción de modelos

2.2.2.1.- Fichero del modelo de configuración genérico

Para representar un sistema físico es ya tradicional describir su estructura mediante la agrupación de unconjunto finito de primitivas de representación. De esta forma la representación de la estructura de unacuenca hidrográfica se realiza mediante la agregación de diversos componentes conceptuales querepresentan a objetos físicos del dominio. A su vez, la representación del comportamiento de la cuencahidrológica resulta de la agregación de los modelos de comportamiento de cada uno de loscomponentes.El conjunto de primitvas de representación y modelos hidrológicos de comportamiento eslo que se denomina modelo de configuración genérico.

Mediante esta representación, es posible construir, para el dominio de la hidrología, un núcleo común deobjetos que pueden ser reutilizados para diversas tareas tales como la validación de datos, ladeterminación de estrategias óptimas de explotación de embalses, etc.

2.2.2.2.- Fichero del modelo de representación del dominio

La representación de una cuenca concreta se realiza mediante la combinación de una o varias instanciasde las clases declaradas en el fichero de configuración genérico, asignando valores adecuados a cadauno de sus atributos, seleccionando los modelos más adecuados y calibrando cada uno de esosmodelos mediante sus correspondientes parámetros. El conjunto de estos objetos debidamenteinstanciados es lo que se denomina modelo de representación del dominio.

La construcción de este modelo, y por tanto la instanciación de las clases se realizar a través de lainterfaz visual de MOREA . Mediante la inserción de objetos que representan a las instancias de lasclases, y la asignación de valores a sus atributos por medio de diálogos específicos, se construye elmodelo. Esta construcción visual se traduce a un lenguaje de forma automática.

Tanto el modelo de configuración genérico como el modelos de representación del dominio se escribenen un lenguaje de propósito específico creado para ser utilizado en el dominio de la hidrología. Estelenguaje se denomina COVALTO (COrrección y VALidación de DAtos). Posee una sintaxis clara,características de los lenguajes orientados a objetos como la herencia entre clases. Es un lenguajepuramente declarativo: no tiene ninguna instrucción de control de flujo. Asimismo incluye un mecanismopara gestión de unidades, permitiendo al usuario expresar los atributos en sus unidades apropiadas yrealizando automáticamente las conversiones necesarias para aplicar los modelos de un modo correcto.

Una vez definida la configuración del dominio mediante el grafo, y asignados los valores constantes a losatributos, se cargan los ficheros de episodio, y los ficheros que contienen las coordenadas de lassubcuencas, cauces, etc., así como las tablas de aforos y embalses. Alcanzado este punto se puedeproceder a realizar la simulación hidrológica mediante la ejecución ordenada de los modelos de cadaobjeto. El orden de ejecución está condicionado por el grafo, pero el entorno es capaz de efectuarla deforma automática.

2.5

Para más información véase el capítulo Simulación.

2.2.3.- Operación y Visualización de resultados

Una vez realizada la simulación, se muestran los resultados a petición del usuario. Para ello la interfazpermite visualizar los valores de los atributos de cada objeto en una ventana o combinar en una mismaventana la representación de atributos de distintos objetos. Así mismo, pueden realizarserepresentaciones esquemáticas de la información obtenida tras la simulación, bien sea sobre el propiografo o bien mediante esquemas específicos. Los valores de las series temporales y de los hidrogramaspueden ser representados gráficamente para su posterior comparación.

Para más información véase el capítulo Análisis de resultados.

2.2.4.- Validación

Debido al gran número de información recopilada por los sensores en los distintos puntos de la cuencahidrológica, es necesario establecer ciertos mecanismos que comprueben si los datos recogidos sonválidos o si por el contrario son erróneos. Mediante la inserción de primitivas de validación se provee alsistema del soporte necesario para determinar si los datos obtenidos son correctos, y en caso contrario,emitir un diagnóstico y realizar las acciones más apropiadas.

Para más información véase el capítulo Validación.

2.2.5.- Multihipótesis

La aplicación ofrece al usuario la posibilidad de expresar simultáneamente múltiples situaciones, a cadauna de las cuales llamaremos hipótesis, que pueden acontecer en una cuenca hidrológica dentro delmismo modelo de representación del dominio. Esta utilidad que ofrece el sistema, evita que el usuariotenga que construir un nuevo modelo de representación del dominio para cada una de las situacionesque quiera reflejar, permitiendo a su vez comparar entre si los resultados obtenidos (es decir, validarlos),y por tanto, facilitando al usuario el realizar un análisis más exhaustivo de éstos.

Para más información véase el capítulo Multihipótesis.

2.2.6.- Ficheros de datos

En España, en el campo de la información hidrológica está en marcha una iniciativa para la recogida dedatos de lluvia y niveles de agua en las distintas cuencas, en los denominados Sistemas Automáticos deInformación Hidrológica (SAIH) para la monitorización y el control de agua en las distintas cuencashidrográficas que constituyen un salto cualitativo en el campo de la hidrología ya que el volumen deinformación disponible amplia los procesos hidrológicos que pueden ser estudiados de formacuantitativa. Estos datos están recopilados en un conjunto de ficheros de texto en formato ASCII. Losficheros SAIH utilizados por el programa se enumeran a continuación:

2.2.6.1.- Fichero de cuenca

Contiene las coordenadas geográficas asociadas a la cuenca hidrológica que está siendo estudiada. Laprimera fila del fichero contiene el número de pares de coordenadas que contiene el fichero, seguida deun cero y del nombre de la cuenca entre comillas. Las filas sucesivas contiene cada una de lascoordenadas.

2.6

2.2.6.2.- Fichero de subcuencas

Contiene las coordenadas geográficas de las subcuencas que componen la cuenca hidrológica. Paracada subcuenca, aparece, en la primera fila el número de coordenadas, un cero y el nombre de lasubcuenca entre comillas. Cada una de las filas sucesivas contienen un par de coordenadas.

2.2.6.3.- Fichero de Hidrograma

Contiene una serie de hidrogramas unitarios para aforos y embalses. Para cada hidrograma, la primerafila contiene el nombre del punto del cauce del río donde se toma el hidrograma. En las siguientes filas ,cota (m) e intervalo de tiempo (min) En la segunda fila se da el número de puntos del hidrograma En lassiguientes filas se dan los valores del hidrograma unitario (caudales m3/s)

2.7

2.2.6.4.- Fichero de curva de gasto

Contiene las curvas de desagüe de los distintos aforos. Para cada aforo contiene, en la primera fila sunombre entre comillas. En la siguiente fila, el número de filas con datos, seguido de la lista de puntos dela curva representada en columnas. La primera columna expresa el calado en metros, y la segundacolumna los caudales en metros cúbicos por segundo.

2.2.6.5.- Fichero de curva de embalses

Contiene datos asociados a los distintos embalses de la cuenca. Para cada embalse, almacena sunombre seguido de su cota de aliviadero y del máximo nivel normal embalsado a la cota de aliviadero. A

2.8

continuación almacena una tabla que en cada fila guarda la siguiente información: Cota expresada enmetros, el volumen expresado en metros cúbicos, y por último los caudales mínimo y máximo en metroscúbicos por segundo.

2.2.6.6.- Fichero de resguardos

Este fichero contiene una tabla en la que aparecen los reguardos expresados en metros frente al caudalexpresado en metros cúbicos por segundo. Por cada embalse se almacena su identificador en la primerafila. En la fila siguiente el número de filas de la tabla, y en las filas sucesivas la tabla de resguardos.

2.2.6.7.- Fichero de estrategia

Contiene una tabla de volumen-caudal desembalsado asociada a cada uno de los distintos embalses dela cuenca. Para cada embalse sealmacena su identificador en la primera línea. En la segunda línea elnúmero de filas de la tabla, y en las filas sucesivas la tabla en la que el volumen se expresa en metroscúbicos y los caudales en metros cúbicos por segundo.

2.9

2.2.6.8.- Fichero de episodios

Contiene información sobre medidas registradas por la red SAIH. Se compone de datos recogidos por lared de medida en un número de intervalos de tiempo pasados. El fichero está compuesto de un conjuntode líneas, donde el primer caracter de cada una de ellas es una letra que permite identificar el tipo deinformación que contiene la línea: Si es una P, se refiere a datos procedente de una estaciónpluviométrica. La N indica un nivel de embalse instantáneo expresado en metros. Una S, un caudal desalida instantáneo, y estará expresado en metros cúbicos por segundo. Una Q, un caudal instantáneomedido en un aforo, y expresado también en metros cúbicos por segundo. Por último una C representauna medida de un nivel en metros sobre el nivel del mar.

3.1

3.- Funciones básicas

3.1.- Archivo

Mediante este menú desplegable se le permite realizar las operaciones básicas de lectura de ficheros dedatos procedentes del SAIH, que serán utilizados durante el proceso de simulación. Así mismo, tambiénserán leídos los ficheros que contienen los modelos de representación genérico y de configuración deldominio.

Las operaciones disponibles son las siguientes:

• Abrir fichero genérico: Simula un fichero que contenga un modelo de configuración genéricoutilizando una serie de ficheros de datos del SAIH necesarios para dicha simulación.

• Nuevo fichero de dominio: Basándose en el modelo de configuración genérico que haya sidosimulado, se crea un esquema en blanco para poder elaborar un modelo de representación del

dominio. Esta opción es accesible directamente por medio del icono de la barra deherramientas.

• Abrir fichero de dominio: Se simula un fichero de un modelo de representación del dominioanteriormente creado. Es necesario haber abierto previamente, y por tanto haber simulado, unfichero que contenga un modelo de configuración genérico. Esta opción es accesible

directamente por medio del icono de la barra de herramientas.

• Cerrar fichero de dominio: Cierra el fichero del modelo de representación del dominio que estásiendo editado.

• Guardar fichero de dominio: Salva en un fichero en disco el modelo de representación deldominio que está siendo editado. Esta opción es accesible directamente por medio del

icono de la barra de herramientas.

• Guardar fichero de dominio como: Salva en un fichero en disco el modelo de representacióndel dominio que está siendo editado con un nombre que se le pide al usuario.

• Guardar sesión: Mediante esta opción el programa almacena internamente qué ficheros están

3.2

abiertos en ese momento. De esta forma, la próxima vez que se ejecute el programa, dichosficheros serán cargados y simulados de forma completamente automática.

• Salir: Cierra la aplicación.

3.2.- Ver

• Color de fondo: Activa una ventana en la que el usuario puede cambiar el color de fondo de laventana del esquema de la cuenca hidrológica.

• Etiquetas: Activa / Desactiva la opción que permite ver al usuario el nombre de un objeto consólo situar el ratón sobre éste.

3.3

• Auto Scroll: Activa / Desactiva la opción que permite al usuario hacer scroll sobre el esquemade la cuenca hidrológica moviendo el ratón y manteniendo pulsados simultáneamente el botónizquierdo del ratón y la tecla mayúsculas.

• Barra de Herramientas: Activa / Desactiva la visualización de la barra de herramientas.

• Barra de Gráficos: Activa / Desactiva la visualización de la barra de herramientas gráficas.

• Barra de Estado: Activa / Desactiva la visualización de la barra de estado.

• Ver controles: Activa / Desactiva la visualización de los controles de la vista de gráficas. Esta

opción es accesible directamente por medio del icono de la barra de herramientas gráficas.

• Nueva vista de series: Crea una nueva ventana para la visualización gráfica de seriestemporales e hidrogramas. Para más información véase Visualización gráfica de resultados. Esta

opción es accesible directamente por medio del icono de la barra de herramientas.

• Ver representación de series: Es una opción similar a la anterior. La diferencia está en que si elusuario ya está visualizando algunas series, las nuevas series que desee visualizar, se añadirána la ventana de representación. En el caso anterior, la series son representadas en una ventananueva.

• Ver valores de series: Permite ver los valores numéricos de un conjunto de series temporales.

• Código fichero genérico: Muestra una nueva ventana con el código en lenguaje COVALTO delfichero del modelo de configuración genérico.

• Código fichero dominio: Muestra una nueva ventana con el código en lenguaje COVALTO delfichero del modelo de representación del dominio.

3.4

• Zoom: Mediante esta opción se permite al usuario ver el esquema representativo de la cuencahidrológica a distintos tamaños. Al activar esta opción, se muestra el siguiente diálogo en el quese puede modificar el valor de la escala de visualización de la cuenca con respecto al tamañopor defecto.

Al cambiar la escala de representación de los objetos en la cuenca hidrológica, los iconos quesimbolizan a cada uno de los elementos pasan a convertirse en puntos de distintos colores.

3.3.- Insertar

Mediante esta opción el usuario puede insertar en el esquema los objetos representativos de loselementos que componen de la cuenca hidrológica. Sólo se permite seleccionar una de las opciones. Laopción seleccionada muestra un punto negro a su izquierda.

• Seleccionar: Esta es la opción por defecto. No inserta ningún objeto, permitiendo al usuarioseleccionar uno o más objetos del esquema para realizar diversas operaciones. También seconsigue el mismo efecto al pulsar la tecla escape ESC.

• Conexión: Inserta en el esquema el objeto representativo de un área receptora.

• Área Receptora: Inserta en el esquema el objeto representativo de un área receptora.

• Tramo: Inserta en el esquema el objeto representativo de un tramo de transporte.

3.5

• Embalse: Inserta en el esquema el objeto representativo de un embalse.

• Confluencia: Inserta en el esquema el objeto representativo de una confluencia.

• Tormenta: Inserta en el esquema el objeto representativo de una tormenta.

• Nivel: Inserta en el esquema el objeto representativo de un nivel de caudal de un embalse.

• Pluviómetro: Inserta en el esquema el objeto representativo de un pluviómetro.

• Aforo: Inserta en el esquema el objeto representativo de un aforo de medida de caudal de untramo de transporte.

• Validador: Inserta en el esquema un elemento para validación de series temporales.

• Terminador: Inserta en el esquema un elemento terminador de una serie temporal entrante auna unidad de validación.

3.4.- Objeto

Estas opciones son válidas para el objeto actualmente seleccionado del esquema representativo de lacuenca hidrológica.

3.6

• Propiedades: Mediante esta opción el usuario accede y puede modificar la información que hayalmacenada sobre el objeto seleccionado. Para más información véase Propiedades delelemento.

• Ver series asociadas: Muestra gráficamente las diversas hipótesis de los atributos del objetoque son series temporales. Para mayor información acerca de las utilidades de representacióngráfica de series temporales que ofrece el sistema véase la sección Análisis de resultados.

• Ver valores series: Muestra los valores numéricos para las distintas hipótesis de los atributosdel objeto que son series temporales.

3.5.- Simulación

• Iniciar: Da comienzo al proceso de simulación del modelo de representación del dominio. Paramayor información véase Inicio de la simulación. Esta opción es accesible directamente por

medio del icono de la barra de herramientas.

• Ficheros de datos: Muestra los ficheros de datos del SAIH que están cargados actualmente.Permite también que el usuario carge nuevos ficheros de datos sustituyendo a los anteriormenteseleccionados.

3.7

3.6.- Ventana

• Nueva ventana: Crea un nuevo esquema en blanco basado en el fichero del modelo deconfiguración genérico y los ficheros de datos del SAIH que han sido cargados.

• Cascada: Muestra todas las ventanas formando una cascada.

• Mosaico: Muestra simultáneamente el contenido de todas las ventanas.

• Organizar iconos: Reordena las ventanas que están minimizadas.

Al final de este menú, se muestran al usuario una lista con los nombre de todas las ventanas abiertas porel usuario. De esta forma si el usuario selecciona uno de ellos, dicha ventana se convierte en la ventanaactiva.

3.7.- Ayuda

• Ayuda de MOREA: Abre el navegador establecido como navegador por defecto por el sistema,con la página principal de este manual.

• Acerca de MOREA: Muestra información sobre la aplicacióny sobre el equipo que ha trabajado

en su desarrollo. Esta opción es accesible directamente por medio del icono de la barra deherramientas.

3.8

3.8.- Gráficos

Mediante este menú se permite la manipulación de las escalas en la representación de las seriestemporales. Este menú, por tanto, únicamente es accesible cuando la ventana que está activacorresponde a una vista de representación gráfica de series temporales.

• Desplazamiento Horizontal: Para realizar un desplazamiento horizontal de una serie hacia la

izquierda o hacia la derecha. También pueden efectuarse pulsando los botones de labarra de herramientas gráficas.

• Desplazamiento vertical: Para realizar un desplazamiento horizontal de una serie hacia la

arriba o hacia la abajo. También pueden efectuarse pulsando los botones de la barra deherramientas gráficas.

• Zoom Horizontal: Para modificar simultáneamente la escala horizontal de todas las series

temporales representadas. También puede efectuarse pulsando los botones de la barrade herramientas gráficas.

• Zoom Vertical: Para modificar simultáneamente la escala vertical de todas las series temporales

representadas. También puede efectuarse pulsando los botones de la barra deherramientas gráficas.

4.1

4.- Representación de las cuencas hidrológicasEl objetivo de esta parte de la aplicación es proporcionar un soporte adecuado para la construcción yrepresentación de una cuenca hidrológica de forma completamente visual. Mediante la insercción deelementos representativos de los componentes de una cuenca (pluviómetros, aforos, tramos detransporte, niveles, etc.) y su posterior conexión, queda completamente recogido el conocimiento sobredicha cuenca. Esta parte, por tanto, es esencial para poder acceder al resto de utilidades que ofrece elprograma.

4.1.- Inserción, selección y eliminación de elementos

Para insertar un elemento dentro de la ventana que contiene el esquema de representación de lacuenca hidrológica, el primer paso es la selección del componente que se quiere insertar. Esta tarea sepuede realizar de tres formas distintas:

• Eligiendo el elemento mediante el menú Insertar de la barra de menú,

• Seleccionando en la barra de herramientas el icono correspondiente al elemento,

• Pulsando el botón derecho del ratón sobre el esquema representativo de la cuenca hidrológica yseleccionando el elemento que se quiere insertar.

4.2

Una vez seleccionado el componente hidrológico deseado (la representación del cursor cambiará de unaflecha por a una cruz), y utilizando el botón izquierdo del ratón, se inserta el elemento en el lugardeseado haciendo click.

Al insertar el nuevo elemento, se abre de forma automática una ventana de propiedades del elemento.Mediante esta ventana, el usuario deberá asignarle un nombre que lo identifique y distinga del resto decomponentes. En caso de que el usuario introduzca un identificador repetido, el sistema instará a que lomodifique hasta que dicho identificador no coincida con el de ningún otro objeto.

Para seleccionar un objeto previamente insertado, asegúrese primero de que no hay seleccionadaninguna clase de elemento para ser insertado (véase el menú Insertar). Haga click sobre éste con elbotón izquierdo del ratón. El objeto estará seleccionado si aparece incrustado dentro de un rectángulonegro cuyas esquinas son cuadrados negros.

A la izquierda de la figura anterior, se muestra un objeto seleccionado, que como se puede apreciar,aparece incrustado dentro de un rectángulo que en las esquinas tiene cuadrados negros. Por elcontrario, en la parte derecha de la figura anterior, aparece el mismo objeto sin seleccionar.

El sistema también permite selecionar más de un objeto de forma simultánea, para ello primero

4.3

asegúrese de que el modo de inserción es Selección (véase el menú Insertar). Ttrace un rectángulo conel ratón que contenga a todos los elementos que desea eliminar. Para trazar dicho rectángulo, haga clickcon el botón izquierdo del ratón en el punto del esquema que desea considerar como uno de los vérticesdel rectángulo. A continuación, y manteniendo pulsado el botón izquierdo del ratón, mueva éste por ladiagonal del rectángulo, hasta alcanzar el vértice contrario. Una vez alcanzado dicho vértice, deje depulsar el botón del ratón. Cada uno de los objetos que han sido seleccionados aparecerá dentro de unrectángulo cuyas esquinas son cuadrados negros.

Para deseleccionar un objeto o un conjunto de objetos, basta con hacer click con el botón izquierdo delratón en cualquier punto del esquema de representación que no contenga ningún objeto.

Para eliminar un elemento previamente insertado, seleccione el objeto que desea borrar. Por último,pulse la tecla suprimir Supr, o bien seleccione la opción Borrar del menú que aparece al hacer click conel botón derecho del ratón.

Para eliminar simultáneamente más de un elemento, seleccione todos los elementos. Por último, pulse latecla suprimir Supr , o bien seleccione la opción Borrar del menú que aparece al hacer click con el botónderecho del ratón.

NOTA: Asegúrese de que los elementos que han sido seleccionados son los que realmente deseaborrar, ya que en el caso de que la distancia entre los objetos que hay representados en el esquema seamuy pequeña, podría seleccionar un elemento que realmente no desea borrar. En estos casos serecomienda eliminar los objetos uno a uno.

4.2.- Cambiar elementos de posición

Para modificar la posición de un elemento situado en la ventana del esquema representativo de lacuenca hidrológica, seleccione el objeto. A continuación haga click con el botón izquierdo del ratón, y sindejar de pulsar el ratón, arrástrelo hasta la posición deseada.

Además es posible modificar la posición de varios elementos del esquema de forma simultánea. Paraello, primero seleccione el conjunto de objetos. A contiuación haga click sobre alguno de los objetosseleccionados con el botón izquierdo del ratón, y sin dejar de pulsar el ratón, arrástrelo hasta la posicióndeseada. Durante el arrastre podrá observar que todos los objetos seleccionados se mueven de formasimultánea.

4.3.- Propiedades de un elemento

Mediante este diálogo el usuario puede asignar al componente el comportamiento que desea quetenga así como reflejar sus características principales. Para obtener este diálogo, podemos seleccionarla opción Propiedades... del menú Objeto de la barra de menú o, una vez seleccionado el objeto sobreel esquema, y haciendo click con el botón derecho de ratón, aparecerá un menú en el queseleccionaremos Propiedades.... Se compone de cuatro pestañas:

• Descripción: Donde se asigna el Nombre del elemento, y a su vez es posible dar un breveComentario acerca de sus características.

4.4

• Atributos: Son el conjunto de características comunes a todos los componentes de unadeterminada clase de componente hidrológico (pluviómetro, tramo de transporte, aforo, etc.). Porejemplo, todas las áreas receptoras tendrán una superficie, aunque el valor de ésta difiera entredos áreas receptoras distintas. Esta superficie estará substanciada en un atributo denominadoSuperficie.

En el diálogo se muestran la lista de atributos del elemento en forma de árbol. De cada atributocuelgan a su vez etiquetas que identifican cada uno de los posibles valores que puede tenerasociado, gracias a la capacidad de expresar simultáneamente múltiples hipótesis(multihipótesis) que ofrece la aplicación. Para asignarle un determinado valor al atributo, esnecesario seleccionar una hipótesis y, bien mediante el doble click con el botón izquierdo delratón, o pulsando el botón Editar..., se accede al diálogo para asignación de valores.

Asimismo, y sólo una vez realizada la simulación, es posible ver representados gráficamente losvalores de los atributos que son series temporales. Para ello, el usuario debe pulsar el botónGráfica... o Gráfica simultáneas... si lo que desea es ver todas las series correspondientes alas distintas hipótesis representadas sobre distinto eje de abscisas, o sobre el mismo.

4.5

• Dominio: En esta ventana se muestra el código en COVALTO del fragmento del fichero delmodelo de representación del dominio correspondiente al objeto

• Genérico: En esta ventana se muestra el código en COVALTO del fragmento del fichero delmodelo de configuración genérico correspondiente a la clase a la que pertenece el elemento.

4.4.- Conexión entre elementos

Una vez insertados ambos objetos, se selecciona el objeto conexión, de forma análoga a como seseleccionan el resto de objetos. Para iniciar la conexión se hace click con el botón izquierdo del ratónsobre el objeto inicio de la conexión. Posteriormente se hace doble click sobre el objeto destinatario de laconexión.

Una línea de conexión entre dos objetos puede estar compuesta de una o más líneas separadas entre sípor puntos intermedios. Esto evita que las conexiones entre objetos tengan que ser en línea recta. A suvez es posible convertir una línea de conexión en dos haciendo doble click con el botón izquierdo delratón sobre el punto de la línea que queremos que sea el punto de conexión entre ambas líneas.También es posible convertir dos sublíneas en una sola, haciendo click con el botón derecho del ratónsobre el punto de unión de ambas líneas y seleccionando entonces Eliminar punto. Por último elusuario convertir todas las sublíneas que conectan dos objetos en una sola que vaya directamente de unobjeto al otro, seleccionando la línea de conexión y eligiendo la opción Eliminar puntos intermedios delmenú que aparece al hacer click con el botón derecho del ratón.

4.6

4.5.- Atributos

Haciendo uso de los atributos, los objetos almacenan todas las características propias de loscomponentes físicos de la cuenca hidrológica que se quiere representar. Estos atributos deben tenerasignado una valor antes de comenzar el proceso de simulación de la cuenca hidrológica. Los atributospueden tomar valores de tres formas distintas:

• Asignándoles un valor numérico directamente;

• Indicando al sistema que antes de iniciar el proceso de simulación, lea sus valores de un ficherode datos del SAIH;

• Infiriendo su valor a partir de un modelo de comportamiento en el que pueden intervenir otrosatributos del objeto. En este caso el valor de atributo de calculará durante el proceso desimulación.

La asignación de valores a los atributos desde la aplicación se realiza desde el diálogo de Propiedadesdel elemento, en la pestaña correspondiente a los atributos, haciendo doble click sobre una de lashipótesis del atributo que se desea modificar. Dependiendo del tipo de dato del atributo, indicado en laclase a la que pertenece el objeto, y que el usuario puede consultar desde el mismo diálogo dePropiedades del elemento dentro de la sección Genérico, se mostrará un diálogo diferente para lainserción de valores para el atributo.

Todos los diálogos para la asignación de valores a atributos mantienen el mismo formato en su título.Primero se indica la clase a la que pertenece el objeto propietario del atributo, seguido del nombre que

4.7

tiene asignado el objeto. A continuación se muestran el nombre del atributo, seguido del tipo de dato alque pertenece, que será uno de los siguientes: NUMERICO, SERIE, HIDROGRAMA, PUNTO, TABLA,POLIGONAL, CONJUNTO, USUARIO.

Además, todos los diálogos para la asignación de valores a atributos muestran a su izquierda una listade hipótesis, en la que la hipótesis del atributo que está siendo modificada aparece seleccionada. Si seselecciona otra hipótesis de la lista haciendo click con el botón izquierdo del ratón sobre esa otrahipótesis, podrá ver o modificar el valor asignado al atributo para esa hipótesis. Si el valor asignado a unatributo para un determinada hipótesis ha sido modificado por el usuario, al cerrar el diálogo o bien alcambiar de hipótesis, la aplicación mostrara una ventana de aviso como la siguiente:

De esta forma si el usuario pulsa el botón , los cambios realizadas se almacenarán como

nuevo valor del atributo. Si por el contrario el usuario pulsa el botón , el atributo mantendrá elvalor que tenía asignado para esa hipótesis antes de acceder al diálogo de edición del valor del atributo.

4.5.1.- Tipo numérico

Se utiliza para atributos en los que el valor viene dado por un número. El icono que simboliza al tipo

numérico dentro de la aplicación es el siguiente:

4.8

La asignación a un atributo un valor de tipo numérico se puede hacer de dos formas diferentes:

• Asignándole directamente el valor: Para ello seleccione en Origen del atributo la opciónValor, y a continuación inserte el datos en la casilla Valor, como se muestra en la figura anterior.Para asignarle una unidad, haga click con el botón derecho del ratón dentro del cuadro grissituado a la derecha de la casilla donde se inserta el valor. Aparecerá un menú desplegable, amenos que sea adimensional, con el conjunto de unidades permitidas para ese atributo.Seleccione la que desee. La unidad aparecerá en el cuadro de color gris. Para más informaciónacerca de las unidades consulte el apartado Unidades.

• Indicándole que tome el dato de un fichero: Para ello seleccione en Origen del atributo laopción Fichero. El nombre de fichero que se muestra corresponde al fichero de datos del SAIHdonde se encuentra esa información. En caso de que no aparezca ningún nombre de fichero o

que desee que el dato se lea de un fichero distinto al que aparece, pulse el botón . Comoresultado aparecerán el conjunto de ficheros de datos del SAIH dentro del diálogo Ficheros parala simulación (para más información véase la ayuda relativa al menú Simulación). Acontinuación seleccione de la lista desplegable el identificador dentro del fichero quecorresponde al objeto. En el caso de que no apareciera ningún identificador, significaría que noes posible extraer la información de ese fichero.

4.9

4.5.2.- Tipo serie

Representa a los atributos cuyo valor viene dado por un conjunto de valores medidos en distintosinstantes de tiempo. El intervalo de tiempo transcurrido entre dos mediciones es constante. El icono que

simboliza al tipo serie dentro de la aplicación es el siguiente:

La asignación de un valor a un atributo de tipo serie se puede hacer de dos formas distintas:

• Infiriéndolo de un modelo hidrológico: Para ello seleccione como Origen del atributo la

opción Modelo. A continuación pulse el botón , y seleccione el modelo que deseeaplicar. Para más información véase el apartado Modelos. Una vez haya sido seleccionado un

modelo, éste aparecerá en el cuadro situado a la derecha del botón .

• Indicándole que lea el valor de un fichero: Seleccione como Origen del atributo la opciónFichero. El procedimiento es el mismo que para el caso de un atributo de tipo numérico. Paraasignar la unidad, haga click con el botón derecho del ratón sobre la casilla de color gris situadaal lado de la lista desplegable. Aparecerá un menú desplegable, a menos que sea adimensional, con las unidades permitidas para ese atributo, a menos que sea adimensional. Seleccione la quedesee, ésta aparecerá dentro del cuadro de color gris.

4.5.3.- Tipo hidrograma

Representa a los atributos cuyo valor viene dado por un conjunto de caudales medidos en distintosinstantes de tiempo. El intervalo de tiempo transcurrido entre dos mediciones, al igual que en el tipo

serie, es constante. El icono que simboliza al tipo hidrograma dentro de la aplicación es el siguiente:

4.10

El procedimiento de asignación de un valor a un atributo de tipo hidrograma es análogo al de un atributode tipo serie.

4.5.4.- Tipo punto

Representa a los atributos cuyo valor viene dado por un par de coordenadas. El icono que simboliza al

tipo hidrograma dentro de la aplicación es el siguiente:

La asignación de un valor a un atributo de tipo punto se puede realizar de dos formas distintas:

• Insertando la coordenadas del punto: Para ello seleccione como Origen del atributo laopción Valor. A continuación inserte las coordenadas en las casillas X e Y con sus unidades. Para asignar las unidades, haga click con el botón derecho del ratón sobre una de las casillas decolor gris situadas al lado de las casillas correspondientes a los valores de las coordenadas X e

4.11

Y. Aparecerá un menú desplegable con las unidades permitidas para ese atributo, a menos quesea adimensional. Seleccione la que desee, ésta aparecerá dentro de los dos cuadro de colorgris.

• Indicándole que lea el valor de un fichero: Seleccione como Origen del atributo la opciónFichero. El procedimiento es el mismo que para el caso de un atributo de tipo numérico.

4.5.5.- Tipo tabla

Representa a los atributos cuyo valor viene dado por una función interpolada. Almacena un conjunto devalores y el resultado de aplicarles dicha función. Se utiliza para expresar curvas de desagüe, curva devolumen embalsado, estrategias de explotación, ... El icono que simboliza al tipo tabla dentro de la

aplicación es el siguiente:

La asignación de un valor a un atributo de tipo tabla sólo es posible realizarla indicándole a la aplicaciónel fichero del que tiene que leer la información antes de realizar la simulación. El tipo de fichero de datosdel SAIH desde donde van a ser leídos los valores de la tabla, depende de la opción seleccionada enTipo de fichero. Sólo hay tres ficheros de datos que contengan funciones interpoladas, y son el ficherode estrategias, el de curva de embalse y el de resguardo. Tras seleccionar el tipo de fichero, eliga en lalista desplegable de la derecha el identificador que corresponde a los datos que quiere asignar alatributo. La unidad en la que está expresada debe indicarla explícitamente. Para ello haga click con elbotón derecho del ratón sobre el cuadro gris a la derecha de la lista desplegable. Aparecerá, a menosque sea adimensional, un menú con las unidades permitidas. Seleccione la unidad que desee. Éstaaparecerá dentro del cuadro de color gris.

4.5.6.- Tipo poligonal

Representa a los atributos cuyo valor viene dado por un conjunto de coordenadas geográficas, comopuede ser el perímetro de un área receptora. El icono que simboliza al tipo poligonal dentro de laaplicación es el siguiente:

4.12

La asignación de un valor a un atributo de tipo poligonal sólo es posible realizarla indicándole a laaplicación el fichero del que tiene que leer la información antes de realizar la simulación. Por reglageneral aparecerá el nombre del fichero de subcuencas. Si desea que la lectura se realice desde otro

fichero pulse el botón . Tras seleccionar el tipo de fichero, eliga en la lista desplegable de la derechael identificador que corresponde a los datos que quiere asignar al atributo. La unidad en la que estáexpresada debe indicarla explícitamente. Para ello haga click con el botón derecho del ratón sobre elcuadro gris a la derecha de la lista desplegable. Aparecerá un menú con las unidades permitidas, amenos que sea adimensional. Seleccione la unidad que desee. Ésta aparecerá dentro del cuadro decolor gris.

4.5.7.- Tipo conjunto

Representa a los atributos cuyo valor viene dado por un conjunto de valores de otros atributos, todos

ellos del mismo tipo. El icono que simboliza al tipo conjunto dentro de la aplicación es el siguiente:

La asignación de un valor a un atributo de tipo conjunto se puede realizar de dos formas distintas:

• Indicando cuáles son los componentes del conjunto: Para ello seleccione como Tipo deAtributo la opción Conjunto. Para añadir un atributo seleccione el objeto corresponde de la listadesplegable Objeto. Una vez haya elegido el objeto, aparecerán la lista de Atributos que sondel mismo tipo que el conjunto. Para seleccionar un atributo, haga click sobre éste con el botón

4.13

izquierdo del ratón. Una vez hecho, pulse el botón para agregar el atributo a la lista deSeleccionados. Si desea eliminar alguno de los atributos que componen el conjunto,

selecciónelo haciendo click con el botón izquierdo del ratón, y pulse el botón .

• Infiriéndolo de un modelo hidrológico: Para ello seleccione como Tipo de Atributo la opción

Modelo. A continuación pulse el botón , y seleccione el modelo que desee aplicar.Para más información véase el apartado Modelos. Una vez haya sido seleccionado un modelo,

éste aparecerá en el cuadro situado a la izquierda del botón .

En el caso de que se trate del conjunto de pluviómetros de un área receptora, y una vez que han sidodeterminados qué elementos componen el conjunto, es posible visualizarlos sin tener que abrir estediálogo. Si se mantiene el cursor sobre el área receptora, los pluviómetros asociados a dicho áreareceptora cambiarán de color (pasan de color azul a color rojo).

4.5.8.- Tipo usuario

Además de los tipos de datos que han sido vistos hasta ahora, el programa permite utilizar un tipo dedatos compuesto: el tipo usuario. Este tipo sirve para representar atributos o parámetros de modelos quetiene un atributo de un tipo de datos básico, denominado atributo base , pero además incluyen

4.14

información adicional de otro tipo o del mismo tipo base. Puede considerarse como un atributo que estácompuesto de varios atributos. Un ejemplo de utilización de este tipo es el que se muestra en la figurainferior. El atributo se compone de un tipo base, que en este caso es un tipo serie, y de doscomponentes más. La primera de ellas, denominada dt, representa, en este caso, el incremento temporalde la serie del atributo base. La segunda, es la localización del pluviómetro.

Para modificar el atributo base, sólo es necesario pulsar el botón . A continuación semostrará el diálogo correspondiente al tipo de dato del tipo base. Para modificar cada una de lascomponentes del tipo de usuario, seleccione la componente en la lista, y o bien haga doble click o pulse

el botón .

Los tipos de usuario se definen dentro del fichero del modelo de configuración del dominio. Para másinformación de los pasos a seguir, véase el Apéndice A: Estructura del modelo de configuracióngenérico.

4.15

5.6.- Unidades

Para dotar al sistema de una mayor versatilidad, ha sido implementado un mecanismo para la gestión deunidades. De esta forma, en el fichero del modelo de configuración genérico se especifican las unidadesen las que deben estar expresados los valores de los atributos para cada una de las instancias de lasclases. Además se definen en qué unidades deben estar expresados los parámetros de los modelospara su correcta ejecución, así como la unidad en que se expresa el valor devuelto. A pesar de estasrestricciones, el usuario puede introducir los datos en las unidades que desee, ya que el sistema escapaz de realizar automáticamente las conversiones necesarias entre unidades.

La asignación de unidades a los atributos se realiza de forma homogénea en toda la aplicación. Aunquela inserción de los valores de los atributos se realizará a través de un diálogo u otro dependiendo del tipode dato del atributo, todos estos diálogos muestran una casilla de color gris, sobre la que, haciendo clickcon el botón derecho del ratón, aparece un menú con las unidades permitidas para el atributo. A pesarde que en el fichero del modelo de configuración genérico no se indica en ningún momento lasdimensiones de los atributos, el sistema es capaz de deducirlas, ya que al indicarle la unidad en quequeremos que se exprese ese atributo, internamente sabrá cuál es su dimensión, y por tanto lasunidades en las que puede expresarse. En caso de que a algún atributo no se le indique la dimensióndentro del modelo de configuración genérico, la aplicación asumirá que es adimensional.

Al abrir por primera vez un diálogo para asignar valores a los atributos el sistema le asigna inicialmentela unidad indicada en el modelo de configuración genérico.

Las tablas con las unidades disponibles en la aplicación se muestran en el Apéndice D: Tablas deUnidades.

5.7.- Modelos

Además de los atributos, las clases definidas en el modelo de configuración genérico contiene unacolección de modelos que les permiten inferir los valores de unos atributos en función de otros atributos.Los modelos se configuración a partir de sus correspondientes parámetros. Estos modelos representanmodelos de comportamiento teórico y modelos heurísticos definidos por operadores expertos. Cadaclase puede tener asociada más de un modelo de comportamiento. La arquitectura del sistema no limitael número de modelos que pueden ser utilizados. Existen dos tipo de modelos:

• Internos: definidos por el usuario, utilizando el lenguaje COVALTO, utilizando operacionesbásicas como la suma, resta, multiplicación, división, etc.

• Externos: implementados en un lenguaje de alto nivel.

Además de esta clasificación de modelos, es posible realizar otra clasificación dependiendo del ámbitodel modelo:

• Genéricos: corresponden a funciones matemáticas, y son comunes a todas las clases. Ejemplosde estos modelos genéricos son la combinación lineal, la convolución, etc. Estos modelospueden ser a su vez externos o internos.

• Específicos: se definen dentro de la propia clase, y únicamente pueden ser utilizados porinstancias de dicha clase. También pueden ser externos o internos.

Los modelos, como se ha dicho anteriormente, son uno de los medio para calcular el valor de un atributode una instancia u objeto de una clase. Por lo tanto, la asignación de un modelo a un atributo se realizaráa través su diálogo de asignación de valores (para más información véase la sección Atributos). Todoslos tipos de datos que permitan un modelo (tipo serie, hidrograma y conjunto) contendran en su diálogo

correspondiente un botón . Por medio de este botón se accede al siguiente diálogo de

4.16

modelos:

Para instanciar un modelo, seleccione el Tipo de Modelo que desea utilizar. En la lista de modelosaplicables aparecerán tanto los modelos gennéricos como los específicos de la clase a la que perteneceel atributo, del tipo seleccionado (interno o externo). Seleccione el modelo mediante un simple click conel botón izquierdo de ratón. En la ventana de Parámetros (en la parte derecha del diálogo) apareceránuna lista de parámetros del modelo. Si el modelo no tiene parámetros la lista estará vacía. El formato dela lista es el siguiente: En la primera columna aparece el nombre del parámetro, en la segunda el tipo delparámetro (NUMERICO, SERIE, TABLA, etc.), en la tercera el valor que tiene asignado si es quepreviamente le ha sido asignado alguno, y por último en la cuarta columna la unidad en que estáexpresado el parámetro.

Cada modelo tiene asociado un breve comentario acerca de para qué se utiliza. Este comentarioaparece en el cuadro gris situado en la parte derecha del diálogo, encima de los botones de Aceptar,Cancelar y Ayuda. Si lo que se desea es ver una explicación más detallada del funcionamiento del

modelo, pulse el botón . Mediante esta operación se activará un visor de páginas en formatoHTML que mostrará información más detallada sobre el modelo.

Para insertar o modificar el valor de un parámetro del modelo, seleccione el parámetro que desee en lalista de parámetros haciendo click con el botón izquierdo del ratón. Si el parámetro es de tipoNUMERICO, el valor que puede tomar puede ser un número o un atributo del mismo o de otro objeto quesea de tipo numérico.:

• Si desea insertar directamente un número, seleccione como Tipo de Valor la opción Valor.Podrá apreciar como a la derecha del cuadro de selección aparece una casilla en blanco paraque pueda insertar un valor:

4.17

Puede ocurrir que en el fichero del modelo de configuración genérico hayan sido establecidasciertas restricciones sobre el rango de valores que puede tomar el parámetro. En este caso, y siel usuario ha introducido un valor fuera de rango, la aplicación mostrará un aviso como elsiguiente:

Introduzca, en este caso, un valor que esté dentro del rango indicado en el aviso. En el ejemploanterior el rango de valores correctos oscila entre cero y uno.

Para asignarle una unidad, haga click con el botón derecho del ratón sobre el cuadro de colorgris etiquetado como Unidad, a menos que sea adimensional, aparecerá una lista con lasunidades que son válidas. Seleccione la que desee. Ésta aparecerá en la casilla gris.

Una vez asignados el Valor y la Unidad, pulse el botón . Podrá apreciar como estosdatos aparecen en la lista de parámetros como tercera y cuarta columna de la fila del parámetrocorrespondiente.

• Si lo que desea es insertar como valor, para un parámetro de tipo NUMERICO, otro atributo,seleccione como Tipo de Valor la opción Atributo. En el cuadro contiguo podrá seleccionar elObjeto al que pertenece el atributo que quiere asignar como parámetro. Si dicho atributopertenece al mismo objeto que el atributo cuyo valor se quiere calcular por medio del modelo,seleccione la opción [del propio objeto].

4.18

Una vez seleccionado el objeto, elija el atributo que desea asignar como parámetro en la listadesplegable Atributo. La lista de atributos que aparecen dependerá del objeto que estéseleccionado. Para cada objeto, sólo se mostrarán los atributos que son del mismo tipo que elparámetro. En caso de que la lista desplegable de atributos aparezca vacía significará que, obien el objeto no tiene atributos, o bien que no tiene atributos del tipo del parámetro. Paraasignar la unidad, el procedimiento es el mismo que si el parámetro viene definido por unnúmero, es decir, el caso anterior.

Una vez que haya seleccionado el objeto, el atributo y la unidad, pulse el botón .Podrá apreciar como en la lista de parámetros aparecen en la tercera columna para la filacorrespondiente al parámetro, el nombre del objeto y el del atributo en el siguiente formato:objeto.atributo (si el atributo es del propio objeto sólo aparece el nombre del atributo). En lacuarta columna aparecerá la unidad.

Si el parámetro es de un tipo distinto del tipo NUMERICO, es decir, de tipo SERIE, TABLA, etc. sólo seráposible darle como valor un atributo de otro o del mismo objeto.

Una vez haya dado valores a todos los parámetros del modelo, pulse el botón . En el diálogo deasignación de valores del atributo, aparecerá en un cuadro de texto de color gris el modelo con losparámetros instanciados con los valores asignados por el usuario. como en el ejemplo de la figura:

5.1

5.- SimulaciónMediante esta opción el programa procede a la ejecución ordenada de los modelos hidrológicos. Elorden de ejecución es el indicado por el grafo dirigido que conforman los componentes del esquemahidrológico y sus conexiones.

5.1.- Inicio de la simulación

Para comenzar el proceso de simulación es necesario tener abierto un esquema de una cuencahidrológica (veáse representación de las cuencas hidrológicas). Si el usuario no ha salvado previamenteel fichero, la aplicación le preguntará si desea salvarlo para que sea simulado con las nuevasmodificaciones, o por el contrario quiere realizar la simulación con el esquema antiguo.

A continuación, y antes de dar comienzo al proceso de simulación, es necesario establecer ciertosparámetros esenciales para poder llevar a cabo la simulación. Para ello la aplicación muestra la siguienteventana. El primer parámetro sirve para confirmar por parte del usuario que el fichero con el modelo deconfiguración del dominio a simular es el que realmente desea.

5.2

La aplicación también permite la simulación a partir de unos resultados obtenidos en simulacionesanteriores. Es lo que se denomina fichero de estado de entrada. Mediante esta opción, el usuariopuede realizar simulaciones parciales de un subconjunto de episodios del fichero de episodios. Pararealizar una simulación parcial es necesario indicar cuál es el Intervalo de simulación deseado. Laaplicación sólo permite al usuario introducir un intervalo que se encuentre dentro de los valorestemporales indicados en el fichero de episodios de la simulación, y por tanto, estos valores son losúnicos que muestra en la casillas desde y hasta.

Una vez realizada la simulación, los resultados obtenidos, es decir, los valores a los que estáninstanciados los atributos de los objetos, se almacenan en un fichero denominado fichero de estado desalida. Este fichero podrá ser utilizado como fichero de estado de entrada en posteriores simulaciones.

6.1

6.- Validación de datosLos sistemas de validación de datos son un componente imprescindible en los sistemas de apoyo a latoma de decisiones. El problema de validación de los datos recogidos por el SAIH (Sistema Automáticode Información Hidrológica) ha sido puesto de manifiesto en numerosas ocasiones por los expertos en lamateria. En la actualidad se utilizan procedimientos manuales de control y validación para garantizar laveracidad de los datos que se manejan, lo que ralentiza enormemente la incorporación de dichos datos.Una solución adecuada a este problema puede plantearse entendiendo la validación de datos como uncaso particular de diagnóstico, ya que, en la mayoría de instalaciones, cada vez que se detecta un datoerróneo conviene conocer no sólo que el dato no es consistente sino las posibles razones de suinconsistencia, lo que puede dar lugar a identificar, por un lado, cómo debe estimarse el dato y, por otrolado, qué acciones deben tomarse para arreglar la deficiencia en la toma de datos.

Si bien los fenómenos hidrológicos han sido ampliamente estudiados, siguen siendo difíciles decuantificar debido principalmente a la variabilidad y complejidad de los procesos que tienen lugar en lascuencas. Por tanto, una característica inherente al dominio de la hidrología es la imprecisión y enalgunos casos la incertidumbre que afecta a los modelos y relaciones que se establecen. Estacircunstancia viene a complicar aún más el problema de la validación de los datos, ya que rara vez losmodelos serán capaces de predecir valores exactos que poder confrontar directamente con los medidos.

Un sistema de validación de datos hidrológicos tiene que ser capaz de:

• Saber cuáles son los márgenes admisibles de funcionamiento correcto para la magnitud físicaque se está midiendo. Estos márgenes deben ser establecidos por el ingeniero del conocimiento.

• Utilizar el conocimiento existente sobre el comportamiento del sistema hidrológico, de maneraque puedan inferirse los valores estimados en unos sensores a partir de otros. El funcionamientoerróneo de un sensor puede llevar a resultados impredecibles.

• Ser capaz de trabajar con información imprecisa, es decir, conocemos el rango de valores entrelos que se encuentra dicha información; o tal vez incierta, cuando nuestro desconocimiento sobreel rango de valores es absoluto.

El método de razonamiento seguido para validación de datos está compuesto de los siguientes pasos:

• Detección de síntomas: indica un funcionamiento anómalo de los sensores de medida. Serealizan comparaciones entre los datos medidos y los datos esperados. Los datos esperados seobtienen mediante la simulación, de acuerdo a los distintos modelos asociados a loscomponentes del sistema.

• Generación de hipótesis: para llevar a cabo esta tarea puede plantearse un modelo en el quedadas las diferencias entre los datos medidos y los datos esperados se infieran posibleshipótesis.

• Síntesis de hipótesis: Descartar hipótesis incompatibles entre si, obteniendo comoconsecuencia el conjunto mínimo de hipótesis.

• Recuperación de fallos: Se trata de sustituir los valores incorrectos por valores estimados deacuerdo con medidas válidas obtenidas.

6.1.- Unidades de coherencia

Para llevar a cabo el conjunto de procedimientos necesarios para realizar validaciones de series dedatos en el lenguaje COVALTO, se añaden nuevas primitivas denominadas reglas o unidades decoherencia. Estas piezas, diseñadas por el ingeniero de conocimiento, recogen posibles situacionesasociadas a los componentes de las cuencas hidrológicas. Las unidades de coherencia se definendentro del fichero del modelo de configuración genérico, al igual que las clases representativas de los

6.2

componentes de una cuenca hidrológica. Para ver más información sobre cómo se definen, véase elapéndice Estructura del modelo de configuración genérico.

Dentro del fichero del modelo de representación del dominio, dichas unidades de coherencia seráninstancias de forma análoga a como se instancian las clases. Los mecanismos necesarios para añadirestos nuevos componentes, son idénticos a los seguidos para manipular el resto de componentes de unacuenca hidrológica. Para mayor información véase la sección Inserción, selección y eliminación deelementos .

Una vez seleccionado el elemento Validador que representa a una unidad de coherencia, éste puedeinsertarse de dos formas distintas, aunque en ambos casos el resultado final es el mismo:

• Como el resto de elementos de la cuenca: Se inserta y luego se conecta, recibiendo comoentrada los elementos que valida y siendo a su vez entrada de los elementos que reciben elresultado de la validación.

6.3

Como se puede apreciar en la figura de la izquierda, los elementos se insertan uno a uno,posteriormente se inserta la unidad de coherencia. Por último, como se muestra en la figura de laderecha, se realizan las conexiones entre la unidad de coherencia y los objetos cuya salida sedesea validar, así como con el objeto que recibe las series de datos validados.

• Insertándose sobre las líneas de conexión que unen dos o más objetos: De esta formaalgunas de las conexiones de los objetos a la unidad de coherencia se realizan de formaautomática, ya que el sistema, una vez que el usuario haya situado el Validador, sabrá qué flujode información desea validar.

En las figuras de la izquierda, se muestran las dos situaciones iniciales que podrían dar lugar a lavalidación. En ambos casos se muestran dos tramos y un aforo. La entrada al tramo inferior puede ser, obien las mediciones realizadas por el sensor aforo, o bien la serie que se obtiene como resultado deaplicar alguno de los modelos específicos de un tramo de transporte definidos en el modelo deconfiguración genérico. En la imagen superior, los dos tramos están conectados entre sí. Dependiendode que se den ciertas condiciones, el usuario puede desear que la entrada al tramo de transporte inferiorsea la salida del tramo superior o la medición realizada por el aforo. Esto es posible expresarlo utilizandouna unidad de coherencia en la que se definan en qué situaciones el tramo inferior debe tomar comoentrada la serie del otro tramo o la del aforo. Cada una de estas situaciones equivale a una condiciónbooleana sobre los atributos de la unidad o unidades de validación a las que afecta dicha regla. A cadauna de estas condiciones booleanas es a lo que se denomina hipótesis o suposición. En caso desatisfacerse una hipótesis de la regla de coherencia, se llevarán a cabo un conjunto de acciones sobrealgunos de los atributos de la unidad o unidades cognitivas. Se generará una nueva instancia con losatributos validados en base a dicha suposición, ateniéndose la instancia original con los valores de sus

6.4

atributos anteriores a la validación. El número de instancias generadas, tras aplicar una regla decoherencia, es igual al producto del número de instancias de las unidades cognitivas que están siendovalidadas, por el número de hipótesis cuyas condiciones se satisfacen.

7.1

7.- Multihipótesis

La generación de nuevas instancias de los objetos como resultado del proceso de validación de datosllevado a cabo en las unidades de coherencia, hace necesario establecer algún mecanismo basado enel conocimiento, capaz de razonar si las nuevas instancias generadas debido a la aparición de nuevashipótesis, son coherentes con las suposiciones anteriores, y de esta forma, descubrir posiblesinconsistencias entre ellas.

7.1.- Hipótesis de usuario

Además de las hipótesis asociadas a las unidades de coherencia, es posible definir, en el modelo derepresentación del dominio, un nuevo tipo de hipótesis, las hipótesis de usuario. Estas hipótesispueden ser añadidas por el operador estratégico durante la etapa de diseño del modelo derepresentación del dominio. Se utilizan para modelizar simultáneamente situaciones distintas que puedenafectar a los elementos que constituyen una cuenca. Esta modelización se traduce en que para cadaobjeto, alguno o algunos de sus atributos puede tomar valores distintos, generándose de esta formanuevas instancias del objeto que difieren de la instancia original en que modifican los valores primitivosasignados a dichos atributos. Este nuevo tipo de hipótesis se tratarán como globales y exclusivas.

Para insertar una hipótesis de usuario sobre un objeto determinado, en el diálogo de Propiedades delelemento, seleccione la pestaña Atributos. En la parte inferior un par de botones dentro de un cuadroetiquetado como Hipótesis.

Pulse el botón , a continuación se mostrará el siguiente diálogo que permite introducir elNombre o identificador de la hipótesis, así como una Descripción sobre la misma.

7.2

La inserción de una nueva hipótesis, supone para el objeto la modificación de algunos de sus atributos.Estas modificaciones son la respuesta al nuevo estado en el que está inmerso el objeto bajo la influenciade la hipótesis, de forma paralela al estado inicial del objeto. Es decir, podemos considerar que el objetoha sido desdoblado en dos subinstancias (recordémos que un objeto no es más que una instancia deuna clase).

Para modificar los valores de los atributos para así adaptarlos al nuevo estado derivado de la hipótesisque ha sido añadida, seleccione o bien en la pestaña de Hipótesis, para la hipótesis insertada, elatributo que se desea modificar, o bien en la pestaña de Atributos, el atributo, y dentro de éste lahipótesis apropiada.

7.3

Para borrar una hipótesis, primero seleccione la hipótesis que desee borra, en la pestaña Hipótesis, o

en la pestaña Atributos. A continuación pulse el botón del cuadro Hipótesis.

Mediante la utilización de las hipótesis de usuario obtenemos un sistema en el que es posible modelizarsimultáneamente distintas situaciones que puedan afectar a una cuenca hidrológica. Estas situaciones ohipótesis pueden ser, o bien definidas por el operador estratégico y expresan comportamientos comunesa ciertos elementos de la cuenca; o bien definidas por el ingeniero de conocimiento dentro de lasunidades de validación, que reflejan suposiciones sobre la corrección de los datos. Es lo que sedenomina multihipótesis.

7.2.- Sistema de Mantenimiento Automático de Coherencia entreHipótesis (SMACH)

Debido a la consideración simultánea de múltiples hipótesis sobre una misma cuenca hidrológica,durante la simulación van a ser generadas múltiples instancias de los objetos que reflejen las distintassituaciones caracterizadas por dichas hipótesis. Es por tanto necesario disponer de algún mecanismoque permita reducir, de forma automática, el número de instancias generadas, sin infravalorar ninguna deéstas. Es por esto por lo que el sistema dispone del denominado Sistema de Mantenimiento Automáticode la Coherencia entre Hipótesis (SMACH).

Para ver cómo funciona este mecanismo, primeramente veremos qué ocurre cuando se produceacciones validatorias sobre objetos en una unidad de coherencia:

7.4

En la parte izquierda de la figura anterior se muestra un ejemplo del código de una unidad de coherenciaen lenguaje COVALTO correspondiente a una regla de coherencia, y en la parte de la derecha elconjunto de las ocho posibles hipótesis generadas tras su aplicación. Cada hipótesis generadapropagará consigo una expresión booleana en forma normal disyuntiva, en la que los operandos son laspropias hipótesis. Si se cumple la condición de una hipótesis global no se tendrán en cuenta el resto delas hipótesis de la regla, generándose únicamente la instancia correspondiente a dicha hipótesis global.Por otro lado si la hipótesis global es además exclusiva, las expresión booleana asociada a la nuevainstancia será una conjunción en la que el resto de hipótesis exclusivas (globales o no) apareceránnegadas. Como se puede apreciar en la figura de la derecha, una vez que se ha realizado la validación,pueden llegar a generarse hasta ocho instancias distintas de los objetos.

La expresión booleana asignada a cada instancia generada dependerá del tipo de hipótesis:

• Si la hipótesis es global: la expresión booleana equivale al identificador de la hipótesis en modoafirmativo. Un ejemplo de este caso son las instancias 3 y 4 de la figura anterior.

• Si la hipótesis es exclusiva: la expresión booleana asociada es la conjunción compuesta por elidentificador de la hipótesis en modo afirmativo con el resto de hipótesis exclusivas, y globales yexclusivas negadas. Véanse las instancias 5 y 6 generadas en el ejemplo anterior.

• Si la hipótesis es global y exclusiva : la expresión booleana asociada es la conjuncióncompuesta por el identificador de la hipótesis en modo afirmativo con el resto de hipótesisexclusivas, y globales y exclusivas negadas. Un ejemplo de este caso son las instancias 1 y 2 dela figura.

Durante la fase de simulación del modelo de representación del dominio, las nuevas instancias de losobjetos se propagan hacia los objetos con los que están conectados. Como se ha visto anteriormente, se

7.5

entiende que dos objetos están conectados si el valor del atributo etiquetado como salida de uno deellos, se asigna al atributo etiquetado como entrada del otro. De esta forma, al simular un objeto en elque confluyan diversas ramas del esquema de la cuenca, se generan nuevas instancias que resultan dela combinación de las suposiciones de las distintas ramas expresadas en forma normal disyuntiva. Serápor tanto necesario comprobar que las instancias resultantes de la combinación son consistentes,aplicando lógica de primer orden. Un ejemplo del funcionamiento del SMACH, para este caso, se recogeen la figura siguiente:

La figura refleja una simplificación de una cuenca hidrológica en la que suponemos que los únicoscomponentes son tramos de transporte y confluencias. Cada uno de los tramos de transporte tienedefinidas dos hipótesis de usuario, que al ser globales y exclusivas generan tres instancias del objetoque se propagan hacia las confluencias. En las confluencias se combinan las instancias generadas enlas ramas entrantes. Mediante la aplicación del SMACH, y por tanto para mantener la coherencia, serealizan operaciones lógicas entre las expresiones booleanas asociadas a cada instancia, lo que en lasegunda confluencia provoca una reducción bastante significativa del número de instancias.

8.1

8.- Análisis de resultadosEl objetivo de esta utilidad de la aplicación es proporcionarle al usuario el soporte necesario para realizarun análisis comparativo entre las distintas series temporales e hidrogramas de los elementos queconstituyen el esquema representativo de una cuenca hidrológica. Para ello se muestran de formasimultánea diversas series temporales en una misma ventana de representación.

8.1.- Visualización gráfica de resultados

Para obtener una ventana de visualización de series temporales e hidrogramas gráficamente seleccione,dentro el menú Ver de la barra de menú, la opción Nueva vista de series. Otra forma de hacerlo, es

pulsando el botón de la barra de herramientas. Una vez seleccionada dicha opción, se abrirá unanueva ventana en blanco donde se representarán las series.

Sobre esa ventana aparece una ventana de menor tamaño donde el usuario puede seleccionar las seriese hidrogramas que desea visualizar simultáneamente.

8.2.- Añadir o eliminar series temporales e hidrogramas a una vista

Para añadir series a la vista seleccione el Objeto al que pertenece dicha serie temporal, de entre la listade objetos disponibles. Una vez seleccionado el objeto, en el cuadro Atributos aparecerán el conjuntode atributos de ese objeto que son serie temporales o hidrogramas. Seleccione el atributo que desee, ypor último, seleccione de entre las hipótesis consideradas para ese objeto, que se muestran en el cuadroHipótesis, las que desee ver. Si desea ver todas las hipótesis bastará con hacer doble click con elbotón de la izquierda del ratón sobre el atributo.

8.2

Tras haber seleccionado el objeto, el atributo y las hipótesis pulse el botón de agregar . Comoconsecuencia la serie pasará al conjunto de series e hidrogramas representados. Si por error haseleccionado una serie temporal o un hidrograma que no desea ver representado, puede eliminarlo

seleccionándolo en la lista de Representadas, y pulsando el botón eliminar .

Esta opción es accesible directamente por medio del icono de la barra de herramientas gráficas.

8.3.- Propiedades de una serie o un hidrograma

Mediante este diálogo, es posible modificar ciertas características de la representación de las seriestemporales o de los hidrogramas que están siendo mostrados actualmente en una vista.

Para visualizar las propiedades de una serie temporal o de un hidrograma representado gráficamente, esnecesario activar previamente el diálogo de Series e Hidrogramas de la vista. A partir de este diálogo,podemos obtener las propiedades de una serie o de un hidrograma representado, seleccionándolo en la

lista de Representadas. Una vez seleccionado y pulsando el botón , o bien haciendodoble click con el botón izquierdo del ratón sobre el elemento seleccionado en la lista, obtenemos eldiálogo de Propiedades.

8.3

Las características modificables de la representación de las series temporales e hidrogramas son lassiguientes:

• Tipo de gráfica: Indica el tipo de gráfico utilizado para representar la serie

Referencia

Histograma

8.4

Histograma hueco

Gráfico relleno

Gráfico hueco

• Color: Permite modificar el color base. Para seleccionar el color, debe pulsar el botón situado ala derecha del color, tras lo cuál aparecerá la siguiente caja de diálogo.

8.5

• Activa: Dentro de una ventana pueden dibujarse un máximo de cinco series, pero sólo una deellas puede modificarse simultáneamente. Esta serie se denomina Serie Activa .

• Autoescala: Indica al sistema que, en el momento de su representación, debe intentarseseleccionar una escala y desplazamiento vertical apropiado para la representación de la ventana.Esta opción está seleccionada por defecto.

8.4.- Ventana de representación de series temporales e hidrogramas

Una vez que han sido seleccionadas las series temporales e hidrogramas que se quieren verrepresentadas simultáneamente, la ventana de representación tiene el siguiente aspecto:

8.6

La ventana de representación presenta las siguientes características:

• Botones de control internos: Cada una de las series que se muestran en una ventana deedición de histogramas tiene aparejado a su izquierda un grupo de botones denominadosbotones de control internos, que sirven para realizar ciertas transformaciones locales de las quese hablará en el epígrafe siguiente. Estos grupos de botones pueden estar activados (en cuyocaso admiten pulsaciones de ratón) o no.

serie inactiva serie activa

La serie activa se distingue del resto de series al estar seleccionado el botón interno central o botónde selección, y etiquetado su eje temporal. Todos los botones de control de la serie activa estándesactivados. En cualquier momento puede cambiarse la serie activa colocando el cursor sobre elbotón de selección de una serie no activa y haciendo doble click con el botón izquierdo del ratón.

• Barras de desplazamiento: Dado que el área necesaria para representar las cinco seriestemporales es mayor que el tamaño físico del monitor, cada ventana de edición de histogramastiene asociada una barra de desplazamiento vertical a su izquierda y eventualmente también unabarra de desplazamiento horizontal que permite mover la vista arriba y abajo, y a derecha eizquierda sobre una ventana virtual de tamaño mayor.

• Escalas y desplazamientos globales: Para adecuar los valores de las series a larepresentación gráfica, a veces es necesario modificar la escala de representación. Es posible

8.7

modificar tanto la escala horizontal (la escala del eje de tiempos) como la vertical(correspondiente a los valores de las series temporal). Las escalas no se muestran al usuario,pero puede apreciarse su valor en función de la distancia entre las marcas de los ejeshorizontales o la separación de las franjas azules de la trama del fondo. Existen límites de losvalores de las escalas. Cuando se alcanza alguno de estos límites las opciones del menú y losbotones correspondientes de la barra de herramientas gráficas se desactivan.

También pueden efectuarse desplazamientos horizontales y verticales de las series. La magnitudde los desplazamientos se muestra junto a los controles internos de las series. Para eldesplazamiento vertical, la magnitud que se indica es la magnitud real, y para la horizontal elnúmero de intervalos de tiempo. Por cada pulsación de los botones, se realiza undesplazamiento cuyo valor se establece automáticamente dependiendo de la escala. Porejemplo, para diversas escalas horizontales, los desplazamientos horizontales pueden ser 1, 6 o12 intervalos de tiempo, y análogamente para el eje vertical. Con esto se consigue realizardesplazamientos grandes con mayor rapidez. Si se indican desplazamientos verticalesnegativos, puede ocurrir que algunos valores de la serie queden por debajo del eje de referencia.

Para más información, véase la descripción del menú Gráfica.

• Información de la barra de estado: Cuando el cursor se sitúa sobre la ventana derepresentación gráfica de series temporales e hidrogramas, la barra de estado proporcionainformación sobre la posición del cursor relativa a los ejes de coordenadas. La informaciónmostrada dependerá de la posición del cursor, pero para todos los casos se muestra el nombrede un objeto, el de un atributo y el de una hipótesis, así como unas coordenadas de una serietemporal:

• Si el cursor está situado sobre un punto cualquiera de una ventana que no coincida conninguna serie temporal ni hidrograma representado, la información que aparece en la

8.8

barra de estado corresponde a la serie activa. Manteniendo el cursor en la mismaposición pero pulsando el botón derecho del ratón, la información que proporciona labarra de estado es la misma, salvo que el valor de la serie (es decir, el valor del eje deordenadas Y) corresponde al valor que toma la serie temporal en ese instante T.

• Cuando el cursor esté situado sobre una serie temporal o un hidrograma, la informaciónque muestra la barra de estado corresponde a esa serie temporal o hidrograma.Manteniendo el cursor en la misma posición pero pulsando el botón derecho del ratón, elefecto es el mismo que en el caso anterior.

8.5.- Comparación entre series temporales e hidrogramas

El objetivo de la comparación es poder establecer relaciones intuitivas y sencillas entre una serie que sequiere validar y otras series que se consideran relacionadas con ésta, o entre hidrogramas. Para facilitarla comparación de las series de un mismo episodio, la aplicación proporciona dos mecanismos:

• Desplazamiento de los ejes de referencia: Aunque inicialmente los ejes de referenciaaparecen distribuidos uniformemente sobre la zona de dibujo virtual de la ventana devisualización gráfica de series temporales e hidrogramas, es posible desplazarlos de su posición.Para ello es requisito indispensable que el eje que va a ser desplazado corresponda a una seriedistinta de la serie activa. Para desplazar un eje de su posición inicial, coloque el ratón sobre eleje a desplazar. A continuación haga click con el botón izquierdo del ratón. El ratón cambiará, ymanteniendo éste pulsado desplace el eje hasta la posición deseada.

• Las escalas y los desplazamientos locales: Los controles internos que aparecen a la izquierdade cada una de las series e hidrogramas sirven para modificar las escalas de cada una de ellosindependientemente. Los símbolos empleados en estos controles son similares a los de lasescalas y desplazamientos globales, aunque su funcionamiento es ligeramente diferente. Parautilizar estos botones debe desplazar el cursor hasta situarlo encima de ellos y hacer click odoble click con el botón izquierdo del ratón.

Los controles internos de la escala vertical local modifican la escala global multiplicándola por uncoeficiente, que se muestra en tanto por ciento arriba o abajo de los controles, según sea mayor omenor que cero. Cada pulsación simple de uno de estos botones produce el incremento (odecremento) de un 10% en la escala. La pulsación doble produce modificaciones del 100%.

Los botones de desplazamiento horizontales y verticales, al igual que los globales, desplazan la serieo el hidrograma hacia arriba o hacia abajo, a derecha y a izquierda, en intervalos proporcionales a laescala global horizontal o vertical respectivamente. La pulsación doble sobre estos botones supone

8.9

incrementos (o decrementos) diez veces superiores. Cada uno de estos botones tiene asociado unindicador que aparece arriba o abajo según el signo del desplazamiento. Los desplazamientos seefectúan después de aplicar las escalas, y por tanto no se ven afectados por éstas.

Cuando los controles internos de dos o más series se superponen, la pulsación afecta a todas lasseries superpuestas excepto, claro está, la serie activa.

Tanto las escalas globales como las locales sirven para la visualización y comparación de las seriese hidrogramas, y no modifican los valores de éstos.

Como se explica anteriormente, el botón central se utiliza para seleccionar la serie activa medianteun doble click con el botón izquierdo del ratón. Además de esta función, la pulsación simple sobre elbotón central, anula la aplicación de cualquier modificación local, es decir, las escalas ydesplazamientos vuelven a ser iguales a los de la serie activa. Cuando se efectúa un doble click conel botón izquierdo del ratón, es decir, cuando se cambia la serie activa, previamente se deshacen lasmodificaciones locales de escala y desplazamiento para la nueva serie activa, pero no lasmodificaciones locales del resto de las series e hidorgramas que siguen sin estar activas.

Para facilitar la edición se ha previsto que los controles locales puedan desplazarse a través del ejede tiempos. Para efectuar este desplazamiento basta pulsar sobre cualquier punto de la regiónrectangular en la que se dibujan los controles locales. Manteniendo pulsado el botón del ratón, ydesplazándolo éste hacia un lado u otro se verá como se mueve la barra vertical que contiene atodos los controles. Finalmente, al soltar el botón del ratón queda fijada en ese punto.

8.6.- Visualización de los valores numéricos de las series temporalese hidrogramas

La visualización gráfica de las series temporales e hidrogramas nos permite realizar un análisiscomparativo, pero en muchos casos será necesario saber cuales son los valores que toman cada una delas series en cada uno de los instantes temporales. El programa ofrece al usuario la posiblidad devisualizar cuáles son esos valores.

Como se puede apreciar, la ventana anterior muestra para cada una de las series temporales ehidrogramas, el objeto, el atributo y la hipótesis a la que pertenece, así como los valores que toma encada uno de los instantes temporales medidos en segundos.

8.10

Existen diversas formas de obtener este diálogo:

• Desde la ventana de visualización gráfica de series temporales, haciendo click con el botónderecho del ratón, aparece un menú con la opción Ver valores. Seleccionando esta opción, semuestran los valores numéricos correspondientes a las series temporales representadasgráficamente en la vista.

• También desde la ventana de visualización gráfica de series temporales, seleccionando dentrode menú Ver, la opción Ver valores de series .... El efecto es el mismo que en el caso anterior,se muestran los valores de las series temporales representadas.

• Desde la ventana de representación del esquema de la cuenca, seleccionando un objeto yhaciendo click con el botón derecho del ratón, aparece un menú con la opción Ver valoresseries. Seleccionando esta opción, se muestran los valores de todos los atributos del objeto queson series temporales para todas sus hipótesis.

8.7.- Salvar en fichero los valores numéricos de las series temporalese hidrogramas

En muchos casos será necesario un procesamiento adicional de los valores obtenidos como resultado dela simulación utilizando otras aplicaciones que tomen como punto de partida ficheros de texto con lasseries temporales. Para ello MOREA ofrece la posibilidad de almacenar los valores numéricos de lasseries temporales en un fichero de texto.

Una vez que se accede a la ventana de visualización de valores de las series temporales, y haciendoclick sobre ella con el botón de la derecha del ratón, aparecerá un menú con la opción Guardar enfichero ..., que mostrará el siguiente diálogo:

En la primera sección del diálogo Mostrar nombre de , el programa ofrece al usuario la posibilidad deque no se escriban en el fichero de las series, los nombres del objeto, atributo o hipótesis al quepertenece. Por defecto todos ellos se escriben en el fichero, ya que aparecen seleccionados. Siqueremos que alguno de ellos no aparezca en el fichero de texto, bastará con deseleccionarlo.

Con la segunda parte del diálogo, Formato, el usuario elige como desea que se escriba en fichero: o

8.11

bien cada serie temporal aparece en una fila distinta (Filas) o bien cada serie temporal aparece en unacolumna diferente (Columnas). Por defecto la opción seleccionada es por filas.

Por último, el usuario debe introducir el nombre que desea dar al fichero en el que se almacenarán las

series temporales. Para seleccionar el directorio en el que quiere que sea salvado, pulse el botón .Aunque por defecto aparecen los ficheros con extensión DAT, el usuario puede guardar el fichero concualquier otra extensión.

A.1

Apéndice A: Estructura del modelo de configuracióngenérico

Este modelo supone una abstracción conceptual de todas las cuencas hidrológicas. En él se recogen lasclases que representan a los componentes de una cuenca (tramos de transporte, la propia cuenca o áreareceptora, pluviómetros, etc.). Cada una de las clases lleva asociadas un conjunto de atributo y unacolección de modelos hidrológicos teóricos o heurísticos que sirven para definir su comportamientodentro de la cuenca hidrológica. Tanto los atributos como los modelos sólo pueden ser utilizados por lasinstancias (objetos) de las clases definidas en el modelo de representación del dominio.

A.1.- Modelos genéricos

Además de los modelos propios de cada clase, es posible definir un conjunto de modelos, que puedenser utilizados por todas las instancias de cualquiera de las clases. Estos modelos también pueden serinternos o externos.

La declaración de un modelo genérico se realiza de la siguiente forma:

La expresión que indica el cálculo del modelo, es una asignación (:=) en la que en la parte izquierdaaparece el nombre de la función CombinacionLineal. Esta expresión indica cómo se calcula cadainstante T de la serie temporal resultante. Este cálculo se puede realizar utilizando las operacionesbásicas y las funciones predefinidas con los parámetros del modelo como operandos.

Entre los parámetros del modelo y el cálculo de éste, aparece una sección incluida entre dos secuenciasde símbolos ##. En ella se recoge información útil para el entorno gráfico de la aplicación, y por tanto ellenguaje COVALTO lo toma como un comentario. Dentro de esta sección sólo se pueden indicar doscosas al entorno gráfico:

• Un breve comentario: que será mostrado al usuario cuando quiera utilizar este modelo. En él seexplica de forma breve qué es lo que hace el modelo. Va precedido de la directiva

A.2

@comentarioy entrecomillado. Para más información véase el apartado Modelos del capítulo5.

• Ayuda: sirve para especificar el fichero en HTML donde se encuentre la ayuda más detalladasobre el funcionamiento del modelo. Este fichero de ayuda se visualizará cuando el usuario pulse

el botón en el diálogo de asignación de un modelo a un atributo. Va precedido de ladirectiva @ayuda . Para más información véase el apartado Modelos del capítulo 5.

A.1.1.- Operaciones básicas

Para construir modelos internos, tanto genéricos como específicos de una determinada clase, el lenguajeofrece al usuario las siguientes operaciones básicas:

• suma (+)

• Entre dos números

• Entre dos series

• Entre un número y una serie: da como resultado una serie en la que cada elementoresulta de sumarle a cada uno de los elementos de la serie original el número.

• resta (-)

• Entre dos números

• Entre dos series

• Entre una serie y un número: da como resultado una serie en la que cada elementoresulta de restarle a cada uno de los elementos de la serie original el número.

• Entre un número y una serie: da como resultado una serie en la que cada elementoresulta de restarle al número, cada uno de los elementos de la serie original.

• multiplicación (*)

• De dos números

• De dos series

• De un número y una serie: da como resultado una serie en la que cada elemento resultade multiplicar cada uno de los elementos de la serie original por el número.

• división (/)

• De dos números

• De dos series

• De una serie y un número: da como resultado una serie en la que cada elemento resultade dividir cada uno de los elementos de la serie original entre el número.

• De un número y una serie: da como resultado una serie en la que cada elemento resultade dividir el número entre cada uno de los elementos de la serie original.

A.3

• potencia (^)

• De dos números

• De dos series: da como resultado una serie en la que cada elemento es el resultado deelevar cada elemento de la primera serie al elemento situado en la misma posición de lasegunda serie.

• De una serie y un número: da como resultado una serie en la que cada elemento resultade elevar cada uno de los elementos de la serie original al número.

• De un número y una serie: da como resultado una serie en la que cada elemento resultade elevar el número a cada uno de los elementos de la serie original.

Otras operaciones definidas son:

• operador de indexación de una serie ( S [ T ] ): mediante el cuál se accede al valor de la serietemporal S en el instante T.

A.1.2.- Funciones predefinidas

Se han definido las siguientes funciones para ser utilizadas como operaciones básicas en la construcciónde modelos:

A.1.2.1.- Longitud

Tiene como argumento una expresión de tipo serie y devuelve como resultado una expresión de tiponumérico cuyo valor corresponde al número de elementos de la serie argumento.

long (Serie: SERIE)

A.1.2.2.- Sumatorio

Se le pasa como argumento una serie y devuelve como resultado el valor numérico de la suma de losvalores que componen la serie.

sumatorio (Serie: SERIE)

A.1.3.- Media

Tiene como argumento una serie y devuelve como resultado el valor numérico de la media aritmética delos valores que la componen.

media( Serie: SERIE )

A.1.4.- Máximo y Mínimo

Estas funciones si tienen como argumentos dos valores numéricos, el resultado será el valor numéricomayor (menor) entre ambos. En cambio si tienen como argumentos dos series el resultado será la seriede valores máximos (mínimos) entre los pares formados por los valores de las series en cada instante.

A.4

max (serie1: SERIE, serie2: SERIE )minimo (serie1: SERIE, serie2: SERIE )

A.1.5.- Varianza y Desviación

Tienen como argumento una serie y como resultado respectivamente el valor numérico de la varianza ode la desviación típica de los valores que componen la serie.

varianza ( serie: SERIE)

A.1.6.- Covarianza y Correlación

Tienen como argumento dos series y como resultado respectivamente el valor numérico de la covarianzao el coeficiente de correlación entre ambas series.

correlacion ( serie1: SERIE, serie2: SERIE )

A.1.7.- Incremento

Tiene como argumento una serie y devuelve como resultado el valor numérico del intervalo de tiempotranscurrido entre dos instantes de la serie temporal, es decir, el diferencial de tiempo de la serie.

incremento (serie: SERIE)

Algunas de las funciones anteriores como media, varianza, desviación, correlación y covarianza puedendefinirse como modelos internos genéricos en base a operaciones aritmeticas y las funcionespredefinidas sumatorio y longitud, por ejemplo:

MODELO INTERNO Media (X: SERIE )Media := sumatorio ( X ) / long (X);

MODELO INTERNO Varianza ( X: SERIE ) Varianza := sumatorio( (X - media(X))^2);

MODELO INTERNO Desviacion ( X:SERIE) Desviacion := Varianza(X) ^ 0.5 ;

A.2.- Definición de un tipo de usuario

Además de los tipo básicos definidos por defecto en el lenguaje COVALTO, el lenguaje permite definirtipo compuestos de varios tipos simples. Este nuevo tipo de dato denominado tipo de usuario, secompone de un tipo base y de varios componentes, que pueden ser consideradas como subatributos dela variable de tipo usuario, cada uno de estos subatributos se compone a su vez de un identificador y deltipo de dato que tiene. A cada uno de estos componentes se le denomina campo.

La definición del tipo de datos se realiza de la siguiente forma:

A.5

En la parte superior de la figura se ha definido un tipo de usuario denominado SERIELLUVIA. Es unaserie temporal (ese es su tipo base), y además se definen dos campos: un dt que es de tipo numérico,expresado en minutos; y la localización de tipo punto expresado en metros. En la parte inferior de lafigura se está utilizando el tipo definido, de forma análoga a como se utilizan el resto de atributos. Launidad que acompaña al tipo SERIELLUVIA dentro de la declaración del pluviómetro, es en la que seexpresa el tipo base.

El concepto de tipo de usuario es similar al de las estructuras de datos definidas en los lenguajes deprogramación como el C.

A.3.- Definición de una clase

Como se ha dicho anteriormente, una clase no es más que la abstracción de un componente de unacuenca hidrológica. Va a recoger sus características más importantes, mediante los denominadosatributos. Por otra parte también será posible especificar el comportamiento del componente hidrológicoa través de modelos de comportamiento hidrológico tanto teóricos como heurísticos. Las instacias deestos modelos aparecerán en el modelo de representación del dominio como métodos para inferir losvalores de los atributos de la clase.

La declaración de una clase se realiza de la siguiente forma:

A.6

A.3.1.- Formato de los ficheros de tablas de datos del SAIH

Algunos de los fichero de datos del SAIH contiene tablas compuestos por dos o más columnas. en losque cada una de esas columnas tiene un significado diferente.Cuando se declara un atributo de unaclase o un parámetro de un modelo de tipo TABLA, es necesario indicar qué columnas queremos utilizarde dicho fichero. Sólo es posible indicar, ya que el tipo TABLA ha sido definido como una lista de paresde valores.

Cada una de las columnas de los ficheros ha sido etiquetada con un identificador que indica cuál es sucontenido. A la hora de definir una variable de tipo tabla será necesario especificar qué columnas se vana utilizar y las unidades en las que están expresadas.

Las etiquetas asignadas a las columnas y sus unidades, son las siguientes:

• Fichero de curva de gasto

Columna Identificador Unidad en la está expresado

1 Calado m

2 Qmax m3/s

• Fichero de curva de embalses


1 Cota m

2 Volumen m3

3 Qmin m3/s

4 Qmax m3/s

A.7

• Fichero de resguardos


1 Resguardo m

2 Caudal m3/s

• Fichero de estrategia


1 Volumen m3

2 Qmax m3/s

Un ejemplo de utilización se muestra en la siguiente figura:

CurvaCotaVolumen : TABLA( Cota <m, Volumen <hm3 );

En el ejemplo anterior se ha definido una variable denominada CurvaCotaVolumen de tipo tabla en laque se almacenarán las columnas 1 y 2 del fichero de embalses que el usuario indique antes de lasimulación. Como se puede apreciar, el Volumen será convertido de metros cúbicos, que en lo que estáexpresado según la tabla que indica el formato del fichero, a hectómetros cúbicos.

A.3.2.- Modelos externos

Se han implementado los siguientes modelos externos que pueden ser incluidos en cualquier modelo deconfiguración genérico:

A.3.2.1.- Modelos de precipitación

PrecInter

EXTERNO PrecInter (ConjuntoMedidasPluviometros :CONJUNTO SERIE <mm> , ConjuntoLocalizacionPluviometros: CONJUNTO PUNTO <m> , ExpGamma: NUMERICO <>, RadioInfluencia: NUMERICO <m>, XCelda :NUMERICO <m> , Ycelda :NUMERICO <m> , Contorno: POLIGONAL <m> ) <mm/h>

Descripción:

• Precipitación por interpolación espacial

Parámetros:

• Pluviómetros con sus medidas: Se asignan sus medidas y localizaciones. Lasmedidas de los pluviómetros son series temporales con incremento temporal medido enmin. Cada medida del pluviómetro en mm.

A.8

• Exponente de cálculo: Unidad adimensional.

• Radio de influencia: Distancia máxima que define el entorno de un nudo de lacuadrícula, los pluviómetros que se encuentran a distancia mayor no se tienen encuenta. Unidad en m.

• Anchura y altura de las celdas de la cuadrícula: (XCelda, YCelda) mismas unidadesque las de los puntos que definen la poligonal. Unidad en m.

• Poligonal: Conjunto de puntos que define la cuenca. Las coordenadas de cada punto sedan en m.

Salida:

• Lluvia media en la cuenca: Serie temporal con incremento de tiempo en min. Cadapunto especifica el valor de intensidad de la lluvia media en mm/h

A.3.2.2.- Modelos de escorrentía

EscorrentíaRacional

EXTERNO EscorrentiaRacional (CoeficienteEscorrentia :NUMERICO <> , LluviaMedia :SERIE <mm/h> ) <mm/h>

Parámetros:

• Coeficiente de escorrentía: Unidad adimensional

Entrada:

• Lluvia media en la cuenca: serie temporal con incremento de tiempo en min y medidasen intensidad de lluvia mm/h

Salida:

• Lluvia neta en la cuenca: serie temporal con incremento de tiempo en min y medidasen mm/h

EscorrentíaSCS

EXTERNO EscorrentiaSCS (UmbralEscorrentia :NUMERICO <mm , CapacidadAlmacenamiento :NUMERICO <mm , NumeroCurva :NUMERICO <, PrecipitacionInicial :NUMERICO <mm , EscorrentiaInicial :NUMERICO <mm , LluviaMedia :SERIE <mm/h ) <mm/h

A.9

Parámetros:

• Umbral de escorrentía: U0 . Unidad en mm

• Capacidad de almacenamiento: S . Unidad en mm

• Número de curva: NC . Unidad adimensional. Valor entre 0 y 100.

• Precipitación inicial: P0 . Unidad en mm. Valor por defecto: 0 mm.

• Escorrentía inicial: E0 . Unidad en mm. Valor por defecto: 0 mm

Entrada:


Salida:


Combinaciones posibles de parámetros:

• U0

Se calcula S = 5 * U0

• S

Se calcula U0 = 0.2 * S

• S, U0

• NC

Se calcula

U0= (200/NC - 2)*25.400051

Se calcula S= (1000/NC - 10)*25.400051

EscorrentíaPerdidaInicial

EXTERNO EscorrentiaPerdidaInicial (UmbralEscorrentia :NUMERICO <mm , CapacidadInfiltracion :NUMERICO <mm/h, PrecipitacionInicial :NUMERICO <mm, LLuviaMedia :SERIE <mm/h ) <mm/h

A.10

Parámetros:

• Umbral de escorrentía: U0. Unidad en mm.

• Capacidad de infiltracion: i0 . Unidad en mm/h.Precipitación inicial: P0 . Unidad en mm. Valor por defecto: 0 mm.

Entrada:


Salida:


EscorrentíaPerdidaHEC

EXTERNO EscorrentiaPerdidaHEC (CapacidadInfiltracion: NUMERICO <mm/h> , CapacidadAlmacenamiento: NUMERICO <mm> , TasaDCI: NUMERICO <>, ExponentePonderacion: NUMERICO <>, InfiltracionAcumInicial: NUMERICO <mm> , LLuviaMedia: SERIE <mm/h> ) <mm/h>

Parámetros:

• Capacidad de infiltracion: i0 . Unidad en mm/h

• Capacidad de almacenamiento: S . Unidad en mm

• Tasa de decrecimiento de la capacidad de infiltración: l (TasaDCI). Unidadadimensional

• Exponente de ponderación: e . Unidad adimensional

• Infiltración acumulada inicial: I0 . Unidad en mm. Valor por defecto: 0 mm

Entrada:


Salida:


A.11

A.3.2.3.- Modelos de confluencia

Conf

EXTERNO Conf (PCaudalesEntrada: CONJUNTO SERIES <m3/s> ) <m3/s>

Parámetros:

• Número de elementos: Número de elementos que confluyen. Número entero. Opcional.

Entrada:

• Caudales de entrada: lista de series temporales con incremento de tiempo en min ymedidas de caudal en m3/s

Salida:

• Caudal de salida: serie temporal con incremento de tiempo en min y medidas de caudalen m3/s

A.3.2.4.- Modelos de drenaje

DrenajeHidrogramaUnitario

EXTERNO DrenajeHidrogramaUnitario (Hidrograma: HIDROGRAMA <m3/s> , LluviaNeta: SERIE <mm/h> ) <m3/s>

Parámetros:

• Hidrograma unitario: h(t) . Serie temporal (tiempo-caudal). Unidad del incremento detiempo en min y del caudal en m3/s

Entrada:


Salida:


A.12

DrenajeOndaCinematica

EXTERNO DrenajeOndaCinematica (CoefC0: NUMERICO <> , CoefC2: NUMERICO <> , Superficie: NUMERICO <km2> , CaudalSalidaInicial: NUMERICO <m3/s> , LLuviaNeta: SERIE <mm/h> ) <m3/s>

Parámetros:

• Coeficiente de cálculo: C0 (CoefC0) Unidad en adimensional.

• Coeficiente de cálculo: C2 (CoefC2) Unidad adimensional

• Superficie de la cuenca: Sc . Unidad en Km2

• Caudal de salida inicial: Q0 . Unidad en m3/s. Valor por defecto: 0 m3/s.

* C0 + C2 = 1. Si suman más de uno se normalizan.

Entrada:


Salida:


En los modelos de drenaje se pueden utilizar diferentes hidrogramas unitarios. Los parámetros de cadauno de estos hidrogramas son los siguientes:

HidrogramaUnitarioClark

EXTERNO HidrogramaUnitarioClark (DuracionIntervalo: NUMERICO <min> , TiempoConcentracion: NUMERICO <min> , Superficie: NUMERICO <km2> , ParametroAlmacenamiento: NUMERICO <h> ) <m3/s>

Parámetros:

• DuracionIntervalo: min

• TiempoConcentracion: min

• Superficie: Km2

• ParametroDeAlmacenamiento: Horas

A.13

HidrogramaUnitarioSCS

EXTERNO HidrogramaUnitarioSCS (DuracionTormenta: NUMERICO <min> , TiempoConcent racion: NUMERICO <min> , Superficie: NUMERICO <km2> ) <m3/s>;

Parámetros:

• DuracionTormenta, D : min

• TiempoConcentracion, Tc: min

• Superficie, Sc: Km2

A.3.2.5.- Modelos de recesión

RecesionCaudal

EXTERNO RecesionCaudal (K: NUMERICO <> , CaudalInicial: NUMERICO <m3/s> , IncT: NUMERICO <min> , LongSerieSalida: NUMERICO <> ) <m3/s> ;

Parámetros:

• Constante de tiempos: K . Unidad adimensional

• Caudal de recesión inicial: Qr0 . Unidad en m3/s. Valor por defecto: 0 m3/s

• Incremento de tiempo de la serie temporal de salida: Unidad en min.

• Tamaño de la serie temporal de salida: Número de elementos de la serie de caudal desalida

Salida:

• Caudal recesión: serie temporal con incremento de tiempo en min y medidas de caudalen m3/s

A.3.2.6.- Modelos de tramo

TramoLaminRetraso

EXTERNO TramoLaminacionRetraso (LongitudTramo: NUMERICO <m> , CoefAlmacenamiento :NUMERICO <> , CeleridadOnda :NUMERICO <m/s>, NumeroSubtramos :NUMERICO <>, CaudalEntrada :SERIE <m3/s>) <m3/s>

A.14

Parámetros:

• Longitud del tramo: L . Unidad en m

• Coeficiente de almacenamiento: x . Unidad adimensional. Valor entre 0 y 0.5

• Celeridad de onda: c . Unidad en m/s

• Número de subtramos: n.

Entrada:

• Caudal de entrada: serie temporal con incremento de tiempo en min y medidas decaudal en m3/s

Salida:



• x, c, L

Se calculan = L / 2 * ( c * ( dt * 60 ) )

• x, c, L, n

TramoRetraso

EXTERNO TramoLaminacionRetraso (LongitudTramo: NUMERICO <m> , CoefAlmacenamiento :NUMERICO <> , CeleridadOnda :NUMERICO <m/s>, NumeroSubtramos :NUMERICO <>, CaudalEntrada :SERIE <m3/s>) <m3/s>

Parámetros:

• Longitud del tramo: L . Unidad en m

• Velocidad de circulación del agua: vmedia . Unidad en m/s

Entrada:


Salida:


A.15

A.3.2.7.- Modelos de embalse

EmbalseLineal

EXTERNO EmbalseLineal ( K : NUMERICO <min> , C0: NUMERICO <> , C1: NUMERICO <> , VolumenInicial: NUMERICO <m3/s> , CaudalEntrada: SERIE <m3/s> ) <m3/s>

Parámetros:

• Constante de funcionamiento del sistema: K . Unidad en min

• Coeficiente de cálculo: C0 Unidad adimensional.

• Coeficiente de cálculo: C1 . Unidad adimensional

• Volumen inicial: V0 . Unidad en hm3 .Valor por defecto: 0 Hm3

* C0 + 2 * C1 = 1. Si suman más de uno se normalizan.

Entrada:


Salida:



• K, C0, C1

• K

Se calcula C1= dt / (2 * K + dt )Se calcula C0= ( 2 * K - dt ) / ( 2 * K + dt )

EmbalseLaminacion

EXTERNO EmbalseLineal ( K : NUMERICO <min> , C0: NUMERICO <> , C1: NUMERICO < >, VolumenInicial: NUMERICO <m3/s> , CaudalEntrada: SERIE <m3/s> ) <m3/s>

A.16

Parámetros:

• Volumen inicial: V0 . Unidad en hm3. Valor por defecto: 0 hm3

• Caudal de salida inicial: Unidad en m3/s. Valor por defecto: 0 m3/s

• EstrategiaExplotacion: tabla de interpolación (funcionInterpolada) con los pares:(caudal desaguado en m3/s, volumen embalsado en hm3)

• CurvaVolumenEmbalsado: tabla de interpolación con los pares: (cota en m, volumenen hm3)

Entrada:


Salida:


A.3.3.- Rango de valores en el tipo NUMERICO

En ciertos casos el conjunto de valores válidos para un atributo puede estar restringido. El lenguajepermite expresar las siguientes restricciones dentro del tipo NUMERICO:

• El valor debe estar comprendido entre dos números, pudiendo ser también cualquiera deellos:

Fiabilidad : NUMERICO[ 0 ,.., 1 ];

En este caso el valor del atributo Fiabilidad debe ser mayor o igual a 0, y menor o igual que 1.

• El valor debe mayor o igual que un cierto número:

Superficie : NUMERICO[ 0 ,.., ];

• El valor debe ser menor o igual que un cierto número:

Error : NUMERICO[,.., 1 ];

Además de las restricciones en el rango de valores, es posible expresar conjuntamente restriccionesreferentes a cuáles son los valores válidos dentro de ese intervalo:

Fiabilidad : NUMERICO[ 0 ,.., 1 ] + 0.1;

En el ejemplo anterior, el valor del atributo Fiabilidad además de estar comprendido entre 0 y 1, debe serun valor múltiplo de 0.1, es decir, sólo puede tomar los siguientes valores: 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6,0.7, 0.8, 0.9, 1.

A.17

Esta última restricción es aplicable a cualquiera de los tres casos anteriores. También serían por tantocorrectas las siguientes declaraciones en el lenguaje COVALTO:

Superficie : NUMERICO[ 0 ,.., ] + 100;

Error : NUMERICO[,.., 1 ] + 0.01;

A.4.- Definición de una unidad de coherencia

La utilización de unidades de coherencia permite al usuario llevar a cabo la validación de los valores delas series de datos obtenidas de distintos medios. De esta forma si los datos calculados a partir demodelos hidrológicos difieren de los obtenidos de las mediciones realizadas por los sensores situados enuna determinada cuenca hidrológica, es posible inferir cuál de los dos resultados es correcto, o inclusoconsiderar varias hipótesis simultáneamente (el sensor está fallando en sus mediciones, los resultadosde los modelos son incorrectos, ambos fallan o ambos funcionan correctamente), modelizando, de estaforma, varias situaciones dentro de una misma simulación.

La declaración de una clase se realiza de la siguiente forma:

A.18

En la figura se muestra un ejemplo que utiliza una unidad de coherencia para realizar la validación de unaforo y un tramo de transporte. En la regla de coherencia se están modelando tres situaciones diferentessobre las instancias de los objetos de entrada: que ambos presenten un funcionamiento correcto, que elaforo esté fallando, y por último, que los modelos aplicados al tramo hayan dado resultados erróneos.Por tanto, tras aplicar la validación y como resultado, pueden llegar a generarse nuevas instancias conlos atributos modificados de acuerdo con las acciones indicadas en la hipótesis cuya condición haya sidosatisfecha.

Las unidades de coherencia llevan como parámetros las instancias de las clases que van a servalidadas. Como se puede apreciar, cada regla de coherencia se compone de varias hipótesis. Cadauna de éstas contiene un conjunto de condiciones booleanas, que en caso de evaluarse comoverdaderas, activan la ejecución de las acciones asociadas a la hipótesis. Por último cada hipótesis vaacompañada de una explicación que permite a los operadores conocer la justificación acerca del porqué se ha llegado a una determinada situación, facilitando así la realización de un diagnóstico sobre lascausas que han llevado a tal acontecimiento, y a partir de éste tomar las medidas pertinentes.

Al igual que ocurre con las unidades cognitivas en COVALTO, en el fichero que contiene el modelo derepresentación del dominio, se añaden instancias de las reglas de coherencia aplicadas a objetos(instancias de las unidades cognitivas).

Cada hipótesis se pueden etiquetar como:

• global: cuando se utiliza para representar condiciones externas comunes a todos los objetos,como por ejemplo situaciones medioambientales, viento fuerte, etc. Si se cumple la condición deuna hipótesis global se desechan el resto de las hipótesis de la regla.

• exclusiva: para expresar incompatiblidad con el resto de hipótesis etiquetadas como exclusivas.

• global y exclusiva: en este caso se entiende que no puede verificarse ninguna otra hipótesisetiquetada como global y exclusiva.

B.1

Apéndice B: Estructura del modelo de representacióndel dominio

En el apéndice anterior se ha visto como, mediante el modelo de configuración genérico, se define unnúcleo de clases y modelos que van a permitir representar esquemáticamente cualquier cuencahidrológica de una forma sencilla. El modelo de representación del dominio se utiliza para representaruna cuenca en concreto. Mediante la instanciación de clases substanciada en los objetos conectadosentre si, y expresando por medio de modelos definidos también en el modelo de configuración genéricoel comportamiento de éstos, queda recogido todo el conocimiento del operador acerca de dicha cuenca.

B.1.- Declaración de objetos

El fichero del modelo de representación del dominio se compone de objetos, que no son más queinstancias de clases. Cada objeto tiene un identificador único que lo diferencia del resto de clases y quepermitirá al usuario referenciarlo. Como se ha visto en el apartado Atributos del capítulo deRepresentación de las cuencas hidrológicas, a los atributos se les pueden asignar valores de tres formasdiferentes. En lenguaje COVALTO se expresa de la siguiente forma:

• Asignación directa de un valor numérico:

Localizacion := (123479, 45678389) <m2 ;

Superficie := 120 <m2 ;

• Lectura del valor de un fichero de datos del SAIH:

El tipo de fichero será sustituido durante la simulación del programa por el fichero correspondienteseleccionado por el usuario antes de iniciar la simulación. El identificador debe ser el nombre que,dentro de ese fichero de datos, se le da al objeto a cuyo atributo se le está asignando un valor.

B.2

• Inferencia del valor a partir de un modelo de comportamiento:

En la parte superior aparece el modelo, tal y como se declara en el fichero del modelo de configuracióngenérico. En la parte inferior aparece dicho modelo instanciado dentro de un objeto de la clase áreareceptora. Como se puede apreciar, cada uno de los parámetros del modelo de modelo genérico essustituido por un valor concreto, o bien por un atributo. El atributo que en este caso es del propio objeto(ya que en caso contrario, estaría precedido del nombre del objeto al que pertenece).

El valor asignado al atributo debe ser del tipo de dato con el que ha sido definido dicho atributo en elfichero del modelo de configuración genérico. Por ejemplo, es erróneo asignar un modelo que devuelveun valor de tipo serie, a un atributo de tipo punto.

B.1.1.- Cómo referenciar un atributo de otro objeto

En muchos casos puede ser necesario utilizar el valor asignado a un atributo de un objeto en otro objeto.Para ello la sintaxis utilizada es la siguiente:

OBJETO . ATRIBUTO

En la siguiente figura se puede ver como en la lista de series de lluvia recogida en el atributoPluviometros aparece el atributo Medidas del objeto PABDET de la clase pluviómetro:

B.3

Para referenciar un atributo de otro objeto, se escribe el nombre del objeto, seguido de un punto, y acontinuación el nombre del atributo. Por tanto, es posible referenciar un atributo de cualquier objetodefinido en el fichero del modelo de representación del dominio. Además, dentro de un mismo objeto, esposible referenciar a cualquiera de sus atributos (los propios del objeto), sin necesidad de precederlo delnombre de dicho objeto.

B.1.2.- Hipótesis de usuario

La sintaxis en COVALTO para expresar este tipo de hipótesis conlleva la inserción en el objeto denuevas secciones encabezadas por la etiqueta que identifica a la hipótesis, seguida de los atributos consus nuevos valores, tal y como se puede apreciar en la figura:

Debajo de cada etiqueta sólo aparecen los atributos cuyos valores cambian en la nueva hipótesis. Elresto de atributos toman los mismos valores que para la hipótesis inicial etiquetada con [ ].

B.4

B.1.3.- Cómo referenciar un campo de un atributo de tipo de usuario

Cuando se define un atributo de un tipo de usuario, es posible referenciar cada uno de sus campos comosi se tratasen de atributos distintos. Para ello se escribe el nombre del atributo, seguido del símbolo delguión (-) y seguido éste del símbolo de la relación mayor que (>), y por último el identificador del campo.Si sólo se escribe el atributo, se está haciendo referencia al atributo base.

B.2.- Instancias de las reglas de coherencia

Mediante la interfaz, el usuario creará instancias de las unidades de validación definidas en el modelo deconfiguración del dominio. Estas instancias, recibirán como parámetros, objetos de las clases queindique la definición de la regla de coherencia.

La instanciación se realiza de la siguiente forma:

B.5

En la figura superior aparece la representación de una instancia de una unidad de coherencia o validadoren la herramienta MOREA. En la parte inferior, se muestra su traducción al lenguaje COVALTO. Comose puede apreciar, los objetos que en la figura aparecen como entrada de la unidad de coherencia(aforo1 y tramo5) se pasan como parámetros de la unidad de coherencia para así llevar cabo lasvalidaciones de sus datos.

C.1

Apéndice C: Sintaxis del lenguaje COVALTO

Con el fin de realizar una representación conceptual de una cuenca hidrológica ha sido desarrollado unlenguaje que permite especificar los distintos objetos físicos (tramos de transporte, embalses, áreasreceptoras, confluencias, etc.) que componen la red hidrológica y la relación existente entre ellos.

Mediante este lenguaje se asignarán valores concretos a los distintos atributos de los objetos,seleccionando los modelos más adecuados para la simulación del comportamiento y los parámetrosadecuados a dichos modelos. Esta descripción del sistema mediante el lenguaje de representación seutilizará además como vía de almacenamiento para poder recuperar la información sobre los distintosobjetos en posteriores ejecuciones.

La implementación del lenguaje se ha realizado mediante las herramientas LEX y YACC queproporciona el sistema operativo UNIX, y se ha utilizado una biblioteca de clases C++ que definen laserie de modelos externos de comportamiento hidrológico.

C.1.- Descripción léxica

Los elementos básicos del lenguaje a nivel lexicográfico son:

• Comentarios: Todo fragmento de código comprendido entre la secuencia: /* y */ se ignora, asícomo el resto de una línea a partir de la secuencia: //

• Información gráfica: Es el conjunto de datos que utiliza la aplicación para reconstruir la cuencahidrológica gráficamente. Para el lenguaje no son más que comentarios. Está delimitado por lasecuencia ## y ##.

• Identificadores: secuencias de caracteres alfanuméricos sin espacios en blanco que comienzanpor una letra, se consideran caracteres diferentes las letras mayúsculas y las minúsculas. Sonidentificadores válidos:

TramoSerpisBajoCaudalSalida

Embalse_VinuelaMuskingum

Combinacion_LinealAR_Encarroz

Pluvio_Gallinera

Dado que el sistema ha sido desarrollado sobre plataforma UNIX, no se considera como unaletra a estos efectos la letra Ñ del alfabeto español.

• Palabras reservadas: son palabras reservadas del lenguaje y como tales no pueden usarsecomo identificadores las siguientes:

CLASEOBJETO

ES UNES UNA

ATRIBUTOSMODELO

MODELOSINTERNOEXTERNO

C.2

SALIDAENTRADA

TRAMOEMBALSE

AREA RECEPTORAPLUVIOMETRO

NIVELAFORO

CONFLUENCIADERIVACIONTORME NTA

TCOHERENCIA

HIPOTESISGLOBAL

EXCLUSIVA

• Números: el lenguaje emplea números reales expresados mediante una secuencia de dígitos yun punto que separa la parte entera y la fraccionaria. Son números válidos:

7412.7

0.0004

• Operadores aritméticos: se usan los operadores aritméticos elementales:

• +: suma

• - : resta, se utiliza también para indicar números negativos

• * : multiplicación

• / :división

• ^: potencia

• Operadores relacionales: Se emplean para comparar valores numéricos entre si, seriestemporales entre si y valores numéricos con series temporales . Por simplicidad se consideranlexicográficamente iguales a los que se definen en el lenguaje de programación C:

• < : menor

• <= : menor o igual

• == : igual

• != : distinto

• = : mayor o igual

• > : mayor

En el caso de comparar series temporales con valores numéricos la relación se satisface en casode que se satisfaga la comparación de cada valor de la serie con el número.

C.3

• Operadores lógicos: Para las operaciones básicas de conjunción, negación y disyunción seemplean operadores lógicos, lexicográficamente equivalentes a los del lenguaje C.

• ! : negación

• || : disyunción

• && : conjunción

• Signos especiales: Existen símbolos especiales que se componen mediante dos o máscaracteres

• , .. ,: (coma, dos puntos, coma), se utiliza para especificar un rango de valorespermitidos rango.

Fiabilidad : NUMERICO [ 0 , .. , 1 ]

• -: (guión, mayor), tienes dos usos:

• Para poder acceder a un campo de un atributo de tipo usuario,

lluvia-localizacion

• Para expresar las acciones que hay que llevar a cabo sobre los atributos de losobjetos en caso de que se satisfaga la condición de una hipótesis de una unidadde coherencia

HIPOTESIS funcionamiento_correcto

( a.Caudal[T] < 1.5 * t.CaudalSalida[T])-> a.Fiabilidad := a.Fiabilidad + 0.1;

: "Todas las medidas son coherentes"

• :=: (dos puntos, igual), se utiliza como operador de asignación. Como ejemplo véase laacción de la figura anterior

• Signos de puntuación: con semántica similar a otros lenguajes de programación:

( ) { } [ ] : ; ,

C.2.- Sistema de tipos de datos

En el modelo de configuración genérico, al definir tanto los atributos de las clases como los parámetrosque utilizan los modelos hidrológicos de comportamiento es necesario indicar el tipo de dato quecontienen. Los tipos básicos implementados en el lenguaje actualmente son:

• Tipo Numérico: su dominio es el de los números reales.

• Tipo Punto: representa las coordenadas geográficas X e Y.

• Tipo Serie: representa series temporales de números reales.

C.4

• Tipo Tabla: representa los valores de una función x - f(x).

• Tipo Poligonal: representa un conjunto de puntos. Se utiliza para definir los limites geográficos deuna cuenca, de un tramo de transporte, etc.

• Tipo Hidrograma: representa un hidrograma unitario. El hidrograma unitario es la respuesta dela cuenca a un exceso de lluvia instantáneo de valor unidad repartido uniformemente por toda lacuenca.

• Tipo Conjunto: se utiliza para agrupar un colección de elementos de un determinado tipo dedato. Por tanto, el tipo conjunto por si solo no tiene sentido. Se utiliza con uno de los tipos dedato anteriores.

C.3.- Descripción sintáctica y semántica

Los principales elementos sintácticos que definen el lenguaje son los siguientes:

C.3.1.- Modelo de configuración genérico

La sintaxis de la declaración de clases es la siguiente:

Decl_clases → { CLASE Id_Clase { ATRIBUTOS [Decl_Atributos] [lista_Modelos] } }

Decl_Atributos → { [Interfaz] Id_Atributo : Tipo [Inicializacion] [Unidad] ; }

Tipo → NUMERICO [ [ NUMERO , .., NUMERO ] ] | NUMERICO [ [ , .., NUMERO ] ] | NUMERICO [ [ NUMERO , .., ] ] | SERIE | PUNTO | POLIGONAL | TABLA ( IDENTIFICADOR Unidad , IDENTIFICADOR Unidad ) | HIDROGRAMA | CONJUNTO Tipo

Interfaz → < ENTRADA <ESTADO | <SALIDA <ESTADO | <ESTADO <SALIDA | <ESTADO < ENTRADA | <SALIDA | < ENTRADA | < ESTADO

Id_Clase → IDENTIFICADOR

Id_Atributo → IDENTIFICADOR

Lista_Modelos → MODELOS{ Decl_Modelos }

Decl_Modelos → EXTERNO Id_Modelo ( Lista_Parametros ) ; | INTERNO Id_Modelo ( Lista_Parametros ) Asignaciones ;

Lista_Parametros → Lista_Parametros , Parametro | Parametro

Parametro → IDENTIFICADOR : Tipo

Id_Modelo → IDENTIFICADOR

C.5

Unidad → < Med_Volumen | < Med_Caudal | < Med_Velocidad | < Med_Espacio

| < Med_Intensidad | < Med_Tiempo | < Med_Masa | < Med_Longitud | < Med_Aceleracion | < Med_Frecuencia | < Med_Acel_angular | < Med_Peso_Espec | < Med_Volum_Espec | < Energia | < Presion

Med_Volumen → m3 | cm3 | hm3 | yd3 | ft3 | in3 | g l | acre·in | acre·ft | acre·yd | l

Med_Caudal → m3/s | cm3/s | l/s | l/min | l/h | l/dia | m3/h | m3/dia | hm3/dia | hm3/año

Med_Intensidad → mm | l/m2

Med_Velocidad → m/s | cm/s | km/h | mm/h | in/h | ft/s | yd/s

Med_Espacio → m2 | cm2 | km2 | ha | acre | yd2 | ft2 | in2 | mi2 | cmil

C.6

Med_Tiempo → s | min | h | dia

| sem | año | dia | lus | dec | sig

Med_masa → kg | g | Newton | t | Q | scr | sig | sth | stn | ton (L) | ton (S) | lb t | lb | oz t | oz | cove | Dram (A) | Dram | gn | hwt (L) | hwt (S) | pwt | kt | pdl

Med_Longitud → m | mm | cm | d m | h m | km | ft | in | nmi | mi | yd | rod | rp | sk

Med_Aceleracion → m/s2 | cm/s2 | yd/s2

Med_Frecuencia →Hz | 1/min | 1/h

Med_Acel_angular → 1/s2

C.7

Med_peso_espec → N/m3 | g/cm2s2 | 1/h

Med_Volum_Espec → m3/kg | cm3/g

Energia → J | Erg

Presion →Pa | dina/cm2

Decl_coherencias → {COHERENCIA Id_coherencia ( Lista_param_coheren ) Lista_hipotesis}

Lista_param_coheren → Lista_param_coheren , IDENTIFICADOR : Id_Clase | IDENTIFICADOR : Id_Clase

Lista_hipotesis → {HIPOTESIS [GLOBAL] [EXCLUSIVA] Id_hipotesis Condicion →Asignaciones}

Id_coherencia - IDENTIFICADOR

Id_hipotesis - IDENTIFICADOR

Condicion → Condicion && Condicion | Condicion || Condicion | ! Condicion | ( Condicion ) | exp == exp | exp != exp | exp < exp | exp <= exp | exp > exp | exp = exp

Asignaciones → Asignaciones exp ; | exp ;

C.3.2.- Modelo de representación del dominio

Una vez declaradas las distintas clases de objetos y los posibles modelos podemos proceder a ladeclaración de los objetos en si y asignarles valores a sus atributos:

Decl_Objeto → { OBJETO Id_Objeto { Lista_Atributos } }

Lista_Atributos → { Id_Atributo [ := Inicializacion] [Unidad] }

Lista_instancias_coherencia → { COHERENCIA Id_instancia_coherencia ES UNA COHERENCIAId_coherencia ( Lista_param_inst_coheren ) ; }

Lista_param_inst_coheren → Lista_param_inst_coheren , Id_Objeto | Id_Objeto

Inicializacion → NUMERO

C.8

| Atributo_Objeto | FICHERO ( TipoFichero , IDENTIFICADOR ) | ( NUMERO , NUMERO ) | Id_Modelo ( Lista_Parametros )

| { Lista_id }

Lista_Parametros → Lista_Parametros , Parametro | Parametro

Parametro → NUMERO | Atributo_Objeto | Serie_Constante | Id_Atributo

Tipo_Fichero →$episodio | $embalses | $subcuencas | $aforos | $resguardo | $estrategias | $hidrograma

Atributo_Objeto → Id_Objeto .Id_Atributo

Lista_id → Lista_id , IDENTIFICADOR | IDENTIFICADOR

Id_Objeto → IDENTIFICADOR

Id_Atributo → IDENTIFICADOR

Id_Modelo → IDENTIFICADOR

• Funciones predefinidas: pueden utilizarse funciones predefinidas, la sintaxis de la llamada auna de estas funciones es la siguiente:

Funcion → Id_Funcion ( Lista_Argumentos )

Lista_Argumentos → Lista_Argumentos , Exp | Exp

Id_Funcion → IDENTIFICADOR

• Expresiones: una expresión es una combinación de operadores y operandos que se obtienemediante la siguiente gramatica:

Exp → Exp + Exp | Exp – Exp | Exp * Exp | Exp / Exp | - Exp | ( Exp )

C.9

| | Exp | | NUMERO | Funcion | Serie_Constante

| Id_parametro | Id_modelo

Id_parametro → IDENTIFICADOR

Id_modelo → IDENTIFICADOR

La precedencia entre los operadores es la habitual en los lenguajes de programación. La semánticade las operaciones cambia dependiendo del tipo de las expresiones que sirven de operandos. Sonválidas operaciones entre números, entre series, entres series y números y viceversa. Lasoperaciones entre números tienen la semántica habitual, las operaciones entre números y seriesrepresenta la operación escalar del número con cada uno de los elementos de la serie. Lasoperaciones entre series dan como resultado una serie cuyos elementos se obtienen mediante laoperación de los pares de números de las series operandos relativos al mismo instante temporal.Para que la operación entre series pueda llevarse a cabo las series deberán tener la misma longitudy estar definidas en el mismo intervalo de tiempo.

Por ejemplo resultan válidas en el lenguaje las siguientes expresiones:

S1 + S2

3.4 * S1 + 4.7 * S2

K1 * ( S1 + S2 )

S2 / K1

K1^2

CombLineal(S1,S2) * media (S1)

Donde suponemos que S1 y S2 son de tipo SERIE, K1 de tipo numérico, CombLineal un modelointerno definido en el fichero de configuración genérico y media una función predefinida.

• Expresiones temporales: permiten hacer referencia a cualquier valor de una serie temporal devalores mediante una expresión relativa a un cierto instante actual T, que representa a cualquiervalor de la serie.

ExpT →T | T + Exp | T - Exp

El valor de la expresión debe ser de tipo numérico y representa el desplazamiento temporal de laserie.

D.1

Apéndice D: Tablas de Unidades

Las unidades de las que dispone el sistema son las siguientes:

D.1.- Unidades de longitud

SÍMBOLO NOMBRE FACTOR S.I. Intern. Técn. C.G.S. Inglés

m Metro 1 X X

mm Milímetro 0.001

cm Centímetro 0.01 X

dm Decímetro 0.1

hm Hectómetro 100

km Kilómetro 1000

ft Pie 0.304803706

in Pulgada 0.025400051

nmi Milla (Náutica) 1852.023335

mi Milla (Statute) 1609.347088

yd Yarda 0.914402758 X

rod Rod (o Pole, o Perch) 5.029422119

rp Rope 6.096074128

sk Skein 109.733348

D.2

D.2.- Unidades de masa


kg Kilogramo 1 X

g Gramo 0.001 X

Newton Kilogramo peso o Newton 0.101971621 X

t Tonelada métrica 1000

Q Quintal 100

scr Scruple (Apoth) 0.001295978

slg Slug 14.59427904

sth Sthene 101.9716213

ton(L) Ton (Long) 1016.053648

ton(S) Ton (Short) 907.1940488

lb t Pound (Apoth, Troy) 0.373242959

lb Pound (Avdp) 0.4535924 X

oz t Ounce (Apoth, Troy) 0.031103522

oz Ounce (Avdp) 0.02834952

Cove Cove 3.628447025

Dram (A) Dram (Apoth) 0.003887934

Dram Dram (Avdp) 0.001771846

gn Grain 6.47989E-05

hwt(long) Hundredweight (Long) 50.81300813

hwt(short) Hundredweight (Short) 45.37205082

pwt Pennyweight 0.001555174

kt Carat (métrico) 0.0002

Pdl Poundal 0.014098208

D.3

D.3.- Unidades de tiempo


s Segundo 1 X X X X

min Minuto 60

h Hora 3600

día Día 86400

sem Semana 604800

año Año 31557600

lus Lustro 157788000

dec Década 315576000

sig Siglo 3155760000

D.4.- Unidades de área


m2; Metro cuadrado 1 X X

cm2; Centímetro cuadrado 0.0001 X

km2; Kilómetro cuadrado 1000000

Ha Hectárea 10000

Acre Acre 404.6873

yd2; Yarda cuadrada 0.836132404

ft2; Pie cuadrado 0.092905299

in2; Pulgada cuadrada 0.000645163

mi2; Milla cuadrada 2589998.049

Cmi Milla circular 5.07E-10

D.4

D.5.- Unidades de volumen

SÍMBOLO NOMBRE FACTOR S.I. Intern. Técn. C.G.S.

Inglés

m³ Metro cúbico 1 X X

Cm³ Centímetro cúbico 0.000001 X

Hm³ Hectómetro cúbico 1000000

yd³ Yarda cúbica 0.764561776

ft³ Pie cúbico 0.02831788

in³ Pulgada cúbica 1.63872E-05

gl Galón 0.003785412 X

Acre·in Acre pulgada 10.27907798

Acre·ft Acre pie 123.350189

Acre·yd Acre yarda 370.0471832

D.6.- Unidades de velocidad


M/s Metro por segundo 1 X X

Cm/s Centímetro por segundo 0.001 X

Km/h Kilómetro por hora 0.277777778

Mm/h Milímetro por hora 2.77778E-07

In/h Pulgada por hora 7.05557E-06

Ft/s Pies por segundo 0.304803706

Yd/s Yarda por segundo 0.914402758 X

D.5

D.7.- Unidades de aceleración


M/s2 Metro por segundo alcuadrado

1 X X

Cm/s2 Centímetro por segundo alcuadrado

0.001 X

Yd/s2 Yarda por segundo alcuadrado

0.914402758 X

D.8.- Unidades de velocidad angular (o frecuencia)


Hz Hertzio 1 X X X X

1/min Centímetro por segundo alcuadrado

0.016666667

1/hora Yarda por segundo alcuadrado

0.000277778

D.9.- Unidades de aceleración angular


1/s2 Hertzio al cuadrado 1 X X X X

D.10.- Unidades de peso específico


N/m3 Newton por metro cúbico 1 X

Cm3/g Centímetro cúbico por gramo 0.001 X

D.6

D.11.- Unidades de volumen específico


m3/kg Metro cúbico por kilogramo 1 X

g/(cm2s2) 0.0000001 X

D.12.- Unidades de caudal (o gasto)


M3/s Metro cúbico por segundo 1 X

Cm3/s Centímetro cúbico por segundo 0.000001 X

L/s Litro por segundo 0.001

l/min Litro por minuto 1.66667E-05

L/h Litro por hora 2.77778E-07

l/día Litro por día 1.15741E-08

M3/h Metro cúbico por hora 0.000277778

m3/día Metro cúbico por día 1.15741E-05

Hm3/día Hectómetro cúbico por día 11.57407407

Hm3/año Hectómetro cúbico por año 0.031688088

D.13.- Unidades de energía (o trabajo)


J Julio 1 X

Erg Ergio 0.0000001 X

D.7

D.14.- Unidades de presión


Pa Pascal 1 X

Dina/cm2 Dina por centímetro cuadrado 0.01 X

E.1

Apéndice E: Especificaciones de diseño

Este apéndice describe la estructura propuesta para el modelo de realidad artificial. Además sedescriben los métodos de cálculo que se pueden asociar a los componentes.

E.1.- Estructura del modelo

El modelo se estructura en dos niveles: (1) la fase atmosférica y (2) la fase terrestre. Estos dos niveles sesuperponen sobre un mismo soporte geográfico, pero no existe retroalimentación, por lo que resultafactible un tratamiento independiente de cada nivel, siguiendo el flujo de información, de la faseatmosférica a la terrestre.

Fase atmosférica

La fase atmosférica se organiza como un conjunto de entidades espaciales generadoras de lluvia (celdaso frentes) que se mueven sobre la topografía de la zona de acuerdo con la situación meteorológicageneral. Cada entidad generadora de lluvia crea un campo de precipitación en su zona de influenciageográfica, que se considera referido a un sistema de referencia local que se mueve con el objeto. Elcampo de precipitación general es la suma de las contribuciones de los objetos generadores de lluvia.

El sistema tendrá como entrada una lista de descriptores de la situación meteorológica general (estadode humedad, energía potencial de convección disponible, etc.) y un mecanismo sencillo para generar elcampo de velocidades de la tormenta (desplazamiento, rotación, divergencia, etc.). En cuanto a la salida,se pueden plantear dos alternativas de comunicación con la fase terrestre: modo natural y modosimulación. La conexión en modo natural se orienta al caso de generación de realidad artificial. Latormenta conserva todas sus características de irregularidad espacial. A cada entidad receptora de lluviase le pasaría una descripción completa del campo de precipitaciones para la obtención de la lluviamedia. En modo simulación, en cambio, se reproduciría el comportamiento del modelo en conexión conla red S.A.I.H., por lo que únicamente se pasaría información de las series temporales en losemplazamientos de los pluviómetros.

Fase terrestre

La fase terrestre se organiza como un conjunto de subcuencas enlazadas por la red de drenaje. La redde drenaje está compuesta por el entramado de cauces fluviales por los que fluyen los caudales, juntocon la infraestructura hidráulica de regulación y transporte. Tiene dos tipos de entradas y dos tipos desalidas. Las entradas son la lluvia incidente sobre las áreas receptoras y las alternativas de control de lainfraestructura. Las entradas de lluvia se obtienen directamente de la fase atmosférica o se gestionanmediante un interpolador espacial a partir de series temporales. Las estrategias de control se programanal principio de la simulación, pero deben admitir revisiones que se introducen de manera interactiva arequerimiento del usuario.

Análogamente al caso de la fase atmosférica, se pueden contemplar las salidas desde el punto de vistade realidad artificial o como sensorización que alimenta a otros modelos. La salida de realidad artificialsería la descripción completa del comportamiento hidrológico del sistema (respuesta de cuencas,caudales circulantes, laminación de avenidas, etc.). Desde el punto de vista de la sensorización, habríaque reproducir las observaciones del S.A.I.H. interrogando a los objetos del sistema físico en los puntosadecuados.

E.2

E.1.1.- Objetos genéricos

Todos los objetos del sistema deben implementar una serie de funciones generales que servirán pararealizar inferencia sobre ellos y administrar el sistema. Las funciones comunes son las siguientes:

• Salvar a fichero

• Recuperar desde fichero

E.1.2.- Condicionantes previos

Todo el sistema de generación de realidad artificial debe enlazar de manera sencilla con los datosdisponibles en los S.A.I.H.. En la actualidad los datos se almacenan en ficheros ASCII que contienen lainformación necesaria para ejecutar la batería de modelos de simulación y ayuda a la decisión elaboradapor el CEDEX.

Los ficheros que describen esta información son los siguientes:

• Fichero de episodio: información sobre la medida registrada por la red S.A.I.H. La informaciónse asocia al instante actual y contiene los datos recogidos por la red de medida en un número deintervalos de tiempo pasados. Se incluyen variables de lluvia (P) nivel (N) y caudal (S).

• Fichero de embalses: Información de los embalses en los que se desea fijar la explotación desus órganos de desagüe. Contiene las características físicas (curva de embalse, curvas dedesagüe) y operativas (desembalse máximo, nivel máximo y volumen objetivo).

• Fichero de aforos: Curvas de gasto de las estaciones de aforo

• Fichero de cuencas hidrográficas: Datos hidrológicos de las cuencas vertientes: superficie ehidrogramas unitarios.

• Fichero de subcuencas: Divisorias de las subcuencas hidrográficas en las que se divide lacuenca general.

• Fichero de ríos: Límites del ámbito territorial de actuación y trazado de los cauces principales.

El MOREA debe leer la información de la descripción física de la cuenca en estos mismos ficheros, ycrear ficheros propios para almacenar la información referente a parámetros de los modelos, estados delos componentes u operaciones de control.

E.2.- Componentes del modelo de la fase atmosférica

La fase atmosférica estará formada por una o varias entidades que describen la situación meteorológicageneral (área grande de mesoscala) y un conjunto de objetos que generan lluvia (generadores de lluvia).La tormenta mantiene una colección de objetos generadores de lluvia a los que pasa un vector deavance (u,v, w) cada intervalo de tiempo para que actualicen su posición. Los generadores de lluvia secrean aleatoriamente y siguen unas ecuaciones locales de evolución. Se mueven según el vector deavance. Son de dos tipos:

• elemento tipo celda (asociado a un punto)

• elemento tipo frente (asociado a una línea)

Los objetos generadores de lluvia deben tener variantes en los que se introduzca irregularidad yaleatoriedad, en dos vertientes:

E.3

• En su movimiento, mediante un movimiento browniano añadido al del marco general de latormenta

• En la intensidad de lluvia, mediante la adición de un ruido incorrelado de distribución normal ouniforme (ruido blanco)

Ambos ruidos se describen mediante la media y la varianza del proceso.

E.2.1.- Elementos descriptivos de la tormenta

Los elementos descriptivos de la tormenta son las áreas grandes de mesoscala (agm), que mantieneninformación sobre la situación meteorológica general. Contienen una serie de parámetros descriptivos dela situación meteorológica general (descripción del movimiento y parámetros de creación de los objetosgeneradores de lluvia) y una colección de objetos generadores de lluvia.

El objeto agm debe crear los objetos generadores de lluvia y mandarles parámetros correspondientes ala situación meteorológica para que ajusten su evolución en consecuencia. En la creación se realiza unmuestreo aleatorio de las funciones de distribución de las variables que intervienen, generandoelementos generadores de lluvia de una población de características determinadas.

Las variables que describen la situación meteorológica son de cuatro tipos:

• Constantes: Valores uniformes en el espacio y constantes en el tiempo

• Variables: Valores uniformes en el espacio, pero variables en el tiempo

• Campos estáticos: Valores distribuidos en el espacio, pero constantes en el tiempo

• Campos dinámicos: Valores distribuidos en el espacio y variables en el tiempo

El objeto agm debe mantener la representación de estas variables y obtener su evolución en el tiempomediante las ecuaciones de estado o mediante lectura de ficheros de datos.

El área grande de mesoscala se describe en un sistema de coordenadas locales, en un ámbitorelativamente grande (por ejemplo, 100 x 100 km2). Los objetos generadores de lluvia se desplazan en elsistema de coordenadas locales. Además, el sistema de referencia se mueve de acuerdo con lacirculación sinóptica (con una velocidad constante de desplazamiento o giro, o con un campo develocidades tomado de un fichero).

En cada intervalo de tiempo, el objeto tormenta realiza tres actividades:

• Actualización de las variables de estado meteorológico, según las ecuaciones de evolución de latormenta

• Actualización del contenido de la lista de elementos generadores de lluvia y actualización delestado de cada uno de ellos

• Actualización de las posiciones de los elementos generadores de lluvia

E.2.1.1.- Área grande de mesoscala

Contenido: El mínimo contenido del objeto agm es la lista de objetos generadores de lluvia y ladescripción del movimiento general. Las distintas subclases de tormenta tendrán además listas devariables de estado, que definen la situación meteorológica general.

• Celdas: lista de objetos generadores de lluvia.

• Origen X de giro: Coordenada x (UTM) del centro de giro del movimiento de la tormenta.

E.4

• Origen Y de giro: Coordenada y (UTM) del centro de giro del movimiento de la tormenta.

• Velocidad de giro: Velocidad inicial de giro de la tormenta.

Comportamiento: En el objeto tormenta se define como comportamiento la obtención de la evolución delas variables propias y la definición del campo de velocidades.

• Evolución de Estado(parámetro: Dt), que actualiza las variables de estado del objeto tormenta.Esta función está vacía a este nivel (depende de la instancia concreta a que se aplique)

• VelocidadX(argumentos: x, y), que devuelve el valor de la componente x del campo develocidades en ese punto.

• VelocidadY(argumentos: x, y), que devuelve el valor de la componente y del campo develocidades en ese punto.

• VelocidadGiro(argumentos: x, y), que devuelve el valor de la velocidad de giro en ese punto.

E.2.1.2.- Tormenta de tipo Convectivo

La tormenta de tipo convectivo está compuesta por celdas de lluvia que se crean según un proceso dealeatorio y se mueven describiendo un movimiento bowniano ("random walk"). Las celdas estánestructuradas en agrupaciones (clusters)

Contenido: El contenido del objeto tormenta de tipo convectivo es:

• Celdas: una lista de celdas. Las celdas son entidades que evolucionan según sus ecuacionespropias. Todas ellas deben tener el mismo comportamiento externo.

• Tasa: tasa de creación de celdas por unidad de tiempo, b (valor por omisión, 0.4 celdas/hora)

• Tamaño x del cluster: valor medio del tamaño característico del cluster de celdas en la direcciónx, sx (valor por omisión, 20.0 km)

• Tamaño y del cluster: valor medio del tamaño característico del cluster de celdas en la direccióny, sy (valor por omisión, 20.0 km)

• Densidad de celdas: valor medio del número de celdas por km2, rL (valor por omisión, 0.005

celdas/km2)

• Tamaño característico: valor medio de tamaño de las celdas, R0 (valor por omisión, 2.0 km)

• Intensidad característica: valor medio del máximo de intensidad de lluvia de las celdas, I0 (Valorpor omisión, 50 mm/h)

• Duración característica: valor medio de la escala de tiempos de disminución de la intensidad delluvia de las celdas, T0 (Valor por omisión, 0,5 h)

• Intensidad de base : intensidad de lluvia en la zona no ocupada por celdas ib (Valor por omisión,0.4 mm/h)

Comportamiento: La función del objeto tormenta de tipo convectivo es:

• Evolución de Estado(argumento:Dt), que actualiza las variables de estado del objeto. Realiza dosactividades:

• Evolución de estado de los indicadores de la tormenta

E.5

• Evolución de estado de cada una de las celdas componentes de la tormenta

• Creación Celda (), que crea celdas según distintas funciones de distribución. Las funciones másutilizadas son la exponencial para la creación en el tiempo y la de Poison

• Instante de creación:

• Punto de creación (x,y):

E.2.1.3.- Tormenta de tipo Frontal

La tormenta de tipo frontal está compuesta por un sistema frontal que se desplaza dejando precipitaciónen su camino.

Contenido: El contenido del objeto Tormenta de tipo frontal es:

• Frente: El sistema frontal evoluciona según sus ecuaciones propias. La tormenta mantieneinformación acerca de su posición y movimiento.

Comportamiento: La función del objeto tormenta de tipo convectivo es:

• Evolución de Estado(argumento: doble Dt), que actualiza las variables de estado del objeto.

E.2.2.- Elementos de generación de lluvia

Los elementos de generación de lluvia son objetos a los que se asocia una distribución de intensidad deprecipitación que varía en el tiempo. Se puede plantear una jerarquía de objetos en la que loscomponentes en distintos niveles tengan propiedades variables. Los objetos más complejos estaránsituados al final de la jerarquía.

E.2.2.1.- Generador de Lluvia

Contenido: El mínimo contenido del objeto es su punto de referencia

• doble xor : coordenada x del punto de referencia

• doble yor : coordenada x del punto de referencia

• doble alfaor : ángulo de orientación del objeto

Comportamiento: El mínimo comportamiento externo que debe tener el objeto generador de lluviaconsiste en las siguientes funciones

• Actualiza Posición(argumentos: doble u, doble v, doble w, doble Dt), que modifica lascoordenadas absolutas de su punto de referencia

E.6

xo=xo+uDt

yo=xo+vDt

ao=ao+wDt

• PosicionX(), que devuelve el valor de la coordenada x del punto de referencia.

• PosicionY(), que devuelve el valor de la coordenada y del punto de referencia.

• Orientación(), que devuelve el valor de la orientación del objeto.

• Evolución de Estado(Dt), que actualiza las variables de estado del objeto. Por omisión no hacenada.

• Intensidad de Lluvia(argumentos: x, y, t), que devuelve la intensidad de lluvia para un punto decoordenadas absolutas (x,y) en el instante de tiempo t. Por omisión devuelve cero.

E.2.2.2.- Lluvia Uniforme Constante

El objeto lluvia uniforme genera una intensidad de lluvia uniformemente distribuida en el espacio y en eltiempo. La lluvia uniforme abarca desde el instante de creación hasta la duración, y desde el centro de lacelda hasta su radio.

Contenido: El contenido del objeto lluvia uniforme es:

• Duración To : duración del episodio

• Tamaño Ro : radio de la celda

• Intensidad Io : intensidad de referencia

• Creación to : instante de creación

La variable de estado es:

• Intensidad Actual: Valor de la intensidad en un instante determinado

Comportamiento:

• Evolución Estado(dobleDt), se define como:

• Intensidad Actual = Intensidad si Tiempo Global Creación y Tiempo Global < Creación +Duración

• Intensidad Actual = 0 en caso contrario

• Intensidad Lluvia(doble x, doble y), que devuelve el valor de la intensidad de lluvia.

• Intensidad Lluvia = Intensidad si Distancia (x,y) a (xo,yo) < Radio

• Intensidad Lluvia = 0 en caso contrario

E.2.2.3.- Celda Exponencial

La celda exponencial es un objeto circular de tamaño constante. La intensidad de lluvia varía en elespacio y el tiempo. La variación de la intensidad de lluvia es función de la distancia al centro r y del

E.7

instante de creación de la celda t, según una curva Gaussiana de media 0 y desviación típica Ro (eltamaño de referencia).

r es la distancia al punto de referencia y t0 es el instante de creación de la celda.

La intensidad de lluvia en el centro se calcula según una ecuación de evolución local. Se puede adoptar,por ejemplo, la distribución exponencial:

si tt

Imax(t)=0 si t<t

donde T0 es la escala de tiempos de la duración de la celda.

Contenido: El contenido incluye la información permanente, definida en el instante de creación medianteun sorteo realizado en el objeto tormenta:

• Creación to : instante de creación

• Tamaño Ro : tamaño de la celda

• Intensidad Io : intensidad de lluvia máxima en el centro de la celda en el instante de la creación

• Duración To : escala de tiempos de duración de la celda

y la variable de estado:

• Intensidad central Imax : intensidad de lluvia en el punto central, que es función del tiempo

Comportamiento: La descripción del comportamiento se refiere a la evolución de la intensidad de lluviaen la celda, al movimiento browniano y a

• Evolución Estado(deltat), se define como:

Imax(t+deltat)=Imax(t)*exp(-deltat/T0)

• IntensidadLluvia(x, y), se define como:

r= sqrt((x-xor)^2+(y-yor)^2)

devuelve Imax*exp(-1/2*(r/*Tamaño)^2))

E.3.- Componentes del modelo de la fase terrestre

La red soporte de la fase terrestre estará formada por un conjunto de componentes individuales, que,desde el punto de vista topológico, se asocian a nudos y arcos de la red. Desde el punto de vistafuncional, los componentes se encuadran en uno de estos cuatro tipos:

• elemento de generación de caudales (asociado a nudos)

• elemento de transporte (asociado a arcos)

• elemento de conexión (asociado a nudos)

• elemento de control (asociado a nudos)

E.8

Los métodos de cálculo describen la relación entre caudales de entrada Qe y de salida Qs para cadacomponente individual del modelo. A continuación se presentan los métodos de cálculo que se proponeemplear para cada tipo de elemento.

E.3.1.- Elementos de generación de caudales

Los caudales de entrada a la red hidrográfica se generan en las cabeceras de la red, bien mediantemodelos hidrológicos (drenaje diferido de escorrentía subterránea o generación de escorrentía superficiala partir de la lluvia), o a partir de datos de hidrogramas conocidos (resultados de la modelización de otrosubsistema, observaciones, o sueltas de embalses de regulación situados en cabecera de las cuencas).

La entrada al sistema es la distribución de la precipitación P y la salida es la distribución de caudales Qsen el tiempo.

Los elementos tipo cuenca generan caudales mediante la aplicación sucesiva de alguno de los procesossiguientes:

• Obtención de lluvia media en la cuenca

• Generación de lluvia neta en la cuenca

• Propagación de caudales hacia el punto de desagüe

• Recesión de caudal de base

• Suma de hidrogramas sometidos a control

Para cada uno de estos procesos existirán uno o más métodos de cálculo. En el caso más usual, larespuesta de cuencas se define aplicando los tres primeros procesos consecutivamente: (1) cuánta lluviaha caído en la cuenca, (2) qué escorrentía se ha generado en cada fracción de la cuenca para cadaintensidad de lluvia y (3) cómo se ha distribuido dicha escorrentía en el tiempo en el punto de drenajeconsiderado. Si la cuenca tiene un flujo de base importante es necesario añadir un cuarto proceso. Elúltimo proceso se utiliza para añadir flujos trasvasados de otras cuencas, o para sustituir la totalidad delcomportamiento de la cuenca por valores observados.

Los elementos de generación de caudales serán, por tanto, una agrupación de elementos querepresentan procesos básicos. Para cada uno de estos procesos básicos puede haber formulacionesalternativas.

E.3.1.1.- Obtención de Lluvia Media

La lluvia se obtiene a partir de los resultados de la fase atmosférica o a partir de los sensores delS.A.I.H.. En el primer caso, se puede plantear la obtención de la lluvia real (la que verdaderamenteresulta del cálculo de la tormenta generada por MOREA) , o la que habría sido sensorizada por elS.A.I.H. para la tormenta de MOREA . En el segundo caso (lluvia registrada por el S.A.I.H. se pudeplantear también la obtención de los valores en cada punto de la cuenca mediante un interpoladorespacial. El Cedex tiene previsto un formato de fichero para guardar la lluvia media en subcuencas (elresultado de su aplicación plu).

Desde el punto de vista de la fase terrestre, se pueden aplicar dos procedimientos alternativos:

• Obtención de lluvia media a partir de datos distribuidos espacialmente (bien sea directamente delMOREA, interpolados a partir de datos del s.ai.h. o interpolados a partir de datos del MOREA .

• Obtención de lluvia media a partir de medidas puntuales (bien sea directamente medidos por elS.A.I.H. u obtenidos a partir del MOREA .

E.9

E.3.1.2.- Datos distribuidos espacialmente

La lluvia media se obtiene a partir de la descripción de la poligonal del contorno de la cuenca (disponibleen el fichero subcuencas.vec). Se define una cuadrícula y se evalúa el valor de la intensidad de lluvia encada uno de los nudos de la cuadrícula que están dentro del contorno de la cuenca. Según el origen delos datos de lluvia, los valores de la intensidad de lluvia en los nudos de la cuadrícula se obtienendirectamente (lluvia del MOREA ), o mediante un interpolador espacial (lluvia del S.A.I.H. o del MOREAsensorizado).

La interpolación espacial de la lluvia se realiza mediante una función de interpolación. La más sencilla esla media ponderada de los registros de los pluviómetros situados a una distancia inferior a un umbral(zona de influencia).

La lluvia en el nudo X se obtiene a partir de la lluvia en su entorno inmediato (zona de influencia de radioR: Ent[X]={Yj | dist (Yj,X)<R} ) mediante una media ponderada:

El coeficiente de ponderación de cada pluviómetro dato Ci se supone función de la distancia entre elnudo de la cuadrícula y el pluviómetro i, cuya lluvia es Pi. El modelo propuesto consiste en definir elcoeficiente como función del inverso de la distancia elevado a un exponente g:

Variando el radio de influencia y el exponente g se obtiene una gran variedad de modelos concomportamientos muy diferentes.

La intensidad de lluvia en la cuenca es la media de los valores obtenidos en los nudos de la cuadrícula,puesto que todos los elementos de la cuadrícula tienen igual área. Si la cuadrícula es lo suficientementepequeña se pueden despreciar los efectos de borde (el contorno de la cuenca no coincide exactamentecon la cuadrícula)

Este proceso debe repetirse para todos los instantes de tiempo durante la tormenta.

Ejemplo: Supongamos una cuenca en la que hay datos de los tres pluviómetros siguientes:

Pluviómetro Coordenada X Coordenada Y

N8P06AA01MCCR 738713.00 4286648.00

N7P09AA01MCCR 707675.00 4298033.00

N8E02AA01MCCR 744355.00 4285177.00

En primer lugar se definen los parámetros del método:

• Radio de influencia (distancia máxima de los pluviómetros que intervienen); por ejemplo, 50 km.

• Cuadrícula de cálculo Dx y Dy; por ejemplo, 1000 m de lado en cada dirección

E.10

• Exponente de cálculo g, por ejemplo, 2.

En el cálculo se procede en dos fases:

• Cálculo de la lluvia en cada celda de la cuadrícula

• Cálculo de la lluvia media en la subcuenca a partir de los resultados del paso anterior.

En la primera fase, en la celda cuyas coordenadas centrales son: (X: 726000.00; Y: 4287000.00), lalluvia en un instante de tiempo vendrá dada por la suma ponderada de los valores registrados en cadapluviómetro, con los siguientes coeficientes de ponderación:

Pluviometro Lluvia Distancia Distancia^g Peso Contribución

N8P06AA01MCCR 0.8 12718 161744273 0.169 0.1349

N7P09AA01MCCR 1.2 21390 457532714 0.477 0.5722

N8E02AA01MCCR 2.2 18445 340229354 0.355 0.7801

Total 959506341 1.000 1.4872

La columna Distancia se obtiene a partir de las coordenadas del centro de la celda y del pluviómetro. Lacolumna Distancia^g se obtiene elevando la distancia al exponente g; en este caso, 2. La columna pesose obtiene dividiendo el valor de Distancia^g por la suma de sus valores para todos los pluviómetros. Lasuma de pesos debe ser igual a 1. La contribución de cada pluviómetro es igual al producto de la lluviaregistrada en el pluviómetro por el peso. La lluvia registrada en la celda es igual a la suma de lascontribuciones de los pluviómetros; en este caso, 1.49 mm.

Para obtener la lluvia media en una subcuenca habría que repetir este cálculo en todas las celdasincluidas dentro del perímetro de la subcuenca.

En la segunda fase se obtendría el valor medio de la lluvia calculada en cada celda de la malla queestuviera incluida en el perímetro de la subcuenca. Para decidir si una celda está o no en el interior deuna subcuenca basta comprobar si lo está su punto medio.

E.3.1.3.- Medidas puntuales

Las medidas puntuales se almacenan en el fichero de episodio. Hay datos de lluvia en losemplazamientos de los pluviómetros. La lluvia media en cada cuenca se obtiene como una mediaponderada de la lluvia registrada en un subconjunto de los pluviómetros del fichero de episodio,mediante una media ponderada, similar al caso anterior. Los coeficientes de la ponderación pueden sersuministrados por el usuario, o calcularse a partir de procedimientos tipificados. El más utilizado es el delos polígonos de Thiessen, en el que se asigna a cada pluviómetro un peso proporcional a la superficiede la cuenca que está más próxima a ese pluviómetro que a algún otro.

E.3.1.4.- Generación de Lluvia Neta

El proceso de generación de lluvia neta describe la escorrentía generada en una cuenca comoconsecuencia de la presentación de una precipitación. La entrada es el hietograma de lluvia media en lacuenca p(t). La salida es la lluvia neta o escorrentía, e(t). Ambas cantidades se expresan en mm y serepresentan mediante una serie temporal.

Se consideran dos tipos de cuencas: cuencas de cabecera y cuencas urbanas. Las cuencas de cabeceracorresponden a los extremos de aguas arriba de la red hidrográfica. Se supone que son cuencas enestado natural, que generan escorrentía mediante la superposición de dos fenómenos: drenaje directo y

E.11

drenaje diferido. El modelo de respuesta a la lluvia calcula la escorrentía generada por el drenaje directo.El cálculo de caudales generado mediante drenaje diferido se aborda en la página 20 (Recesión decaudal de base).

• Los parámetros de generación de escorrentía: (número de curva, N, función de pérdidas delHEC, etc.) Estos parámetros son función del método de cálculo que se emplee. A continuaciónse presenta una tabla con los parámetros y los métodos en los que se emplean.

Parámetro Racional Pérdidainicial

S.C.S. Pérdidas HEC

Coeficiente de escorrentía C X - - -

Umbral de escorrentía U0 - X X X

Capacidad dealmacenamiento

S - - X X

Capacidad de infiltración i0 - X - X

Tasa de decrecimiento de lacapacidad de infiltración

l - - - X

Comportamiento:

• Variables de entrada:

• Lluvia media en la cuenca p (mm/Dt)

• Variables de salida:

• Escorrentía neta en la cuenca e (mm/Dt)

• Inferencia:

• Evolución Estado(Dt): se calcula la evolución de las variables de estado en un intervalode tiempo.

• Lluvia Neta(pDt): se calcula la lluvia neta para el intervalo de tiempo de cálculoDt, dada lalluvia media en ese intervalo pDt.

Ejemplo: En los métodos de cálculo de lluvia neta utilizaremos como ejemplo la siguiente serie temporalde lluvia media registrada en la subcuenca. Se supone un intervalo de cálculo Dt de 30 minutos, y losvalores de la serie temporal corresponden a lluvia registrada en cada 30 minutos.

Tiempo 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Lluvia Media 0.06 0.00 2.45 3.23 1.18 4.15 0.24 0.00 1.23 2.41 1.15

E.12

Los métodos de cálculo que se pueden emplear en la evaluación de la lluvia neta son los siguientes:

E.3.1.4.1.- Método racional

Para el cálculo de la generación de escorrentía en cuencas urbanas pequeñas se emplea el métodoracional. Según el método racional, la intensidad de escorrentía o lluvia neta e(t) generada en unacuenca para una intensidad de lluvia p(t) viene dada por:

donde C es un coeficiente, denominado "de escorrentía".

Este método, aunque no se ajusta a la realidad del proceso de generación de escorrentía, suele darresultados aceptables para diseño de colectores en cuencas pequeñas con alta proporción de terrenopavimentado. Resulta también adecuado para realizar un diagnóstico de la escorrentía observada en lacuenca. Evidentemente, no tiene carácter predictivo, ya que el coeficiente de escorrentía no es, engeneral, constante.

• Variables de estado: ninguna

• Valor inicial: ninguno

• Parámetros:

• Coeficiente de escorrentía, C

• Evolución de estado: vacía

• Lluvia neta:

• ei=Cpi

Ejemplo: Suponemos un valor del parámetro C (coeficiente de escorrentía) de 0.32.

Tiempo Inic 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Lluvia Media - 0.06 0.00 2.45 3.23 1.18 4.15 0.24 0.00 1.23 2.41

Lluvia Neta - 0.02 0.00 0.78 1.03 0.38 1.33 0.08 0.00 0.39 0.77

Los valores de la fila Lluvia Neta se obtienen multiplicando el valor de la fila Lluvia Media por elcoeficiente de escorrentía; en este caso, 0.32.

E.3.1.4.2.- Pérdida inicial e infiltración constante

El método de pérdida inicial e infiltración constante es muy sencillo y resulta fácil de aplicar. Consiste ensuponer una capacidad fija de almacenamiento del suelo (umbral de escorrentía U0), a partir de la cual lacapacidad de infiltración i0 se mantiene constante. El valor de la intensidad de escorrentía o lluvia netae(t) para una intensidad de lluvia p(t) viene dado en función de la lluvia acumulada P(t) por:

e(t)=0 si P(t) <U0

e(t)=p(t)-i0 si P (t)U0 y p(t) i0

e(t)=0 si P (t)U0 y p(t) < i0

E.13

P(t) es la precipitación acumulada:

• U0 es el umbral de escorrentía (mm)

• i0 es la capacidad de infiltración (mm/h)

Para el cálculo del método, se necesita la siguiente información:

• Variables de estado:

• Precipitación acumulada P

• Valor inicial:

• Precipitación inicial P0, (por omisión, 0)

• Parámetros:

• Umbral de escorrentía, U0

• Capacidad de infiltración, i0 (mm/h)

• Evolución de estado(Dt):

• Pi=Pi-1+pi*Dt

• Lluvia neta:

• ei=0 si Pi < U0 ;

• ei=pi-i0 si PiU0 y pii0;

• ei=0 si PiU0 y pi<i0;

Ejemplo: Suponemos un valor del parámetro U0 (umbral de escorrentía) de 6.00 mm y una capacidad deinfiltración i0 de 4 mm/h. El valor inicial de la precipitación acumulada P0 al comienzo del primer intervalode cálculo es 0.

El valor del parámetro i0 adaptado al Dt de trabajo (0.5 horas) es de 2 mm cada media hora.

Tiempo Inic 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Lluvia Media - 0.06 0.00 2.45 3.23 1.18 4.15 0.24 0.00 1.23 2.41

Lluvia Acum. 0.00 0.06 0.06 2.51 5.74 6.92 11.07 11.31 11.31 12.54 14.95

Lluvia Neta - 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.15 0.00 0.00 0.00 0.41

Los valores de la fila Lluvia Neta (e) se obtienen comparando el valor de la columna Lluvia Acumulada(P) con el umbral de escorrentía. Si el valor de la lluvia acumulada es inferior al umbral de escorrentía, lalluvia neta es nula. Si es superior, la lluvia neta es el exceso de la lluvia media (p) sobre el valor delparámetro i0 adaptado al intervalo de cálculo ( 2 mm), siempre que esta cantidad sea positiva.

E.14

E.3.1.4.3.- Soil Conservation Service

El método de generación de escorrentía del s.c.s. proporciona la escorrentía acumulada E(t) en funciónde la precipitación acumulada P(t) para un episodio aislado:

E(t)=0 si P <U0

si P U0

donde:

• E(t) es la escorrentía acumulada:

• P(t) es la precipitación acumulada:

• U0 es el umbral de escorrentía (mm)

• S es el almacenamiento máximo (mm)

El método del s.c.s. depende de dos parámetros U0 y S, pero en la práctica se acepta una relación entreellos, dada por U0=0,2S, por lo que la expresión anterior queda como:

E(t)=0 si P <U0

si P U0

Esta expresión ya depende de un único parámetro, P0, que suele darse en función de otro, denominado(por motivos históricos) número de curva, mediante la siguiente relación:

con U0 en pulgadas

El número de curva NC oscila entre 100 (cuenca totalmente impermeable) y 0 (cuenca totalmentepermeable). Su valor se puede estimar mediante calibración, o definirlo aplicando la metodología basadaen la caracterización del tipo de suelo, cobertura vegetal y aprovechamiento del terreno.

Para el cálculo del método, se necesita la siguiente información:


• Precipitación acumulada P

• Escorrentía acumulada E

• Valor inicial:

• Precipitación inicial P0, (por omisión, 0)

E.15

• Escorrentía inicial E0, (por omisión, 0)

• Parámetros:

• Número de curva, NC (por omisión, igual a , siendo U0 el umbral de escorrentía, o

a , siendo S la capacidad de almacenamiento, en pulgadas)

• Umbral de escorrentía, U0 (por omisión, igual a pulgadas, siendo NC el número decurva, o a 0,2 veces la capacidad de almacenamiento S)

• Capacidad de almacenamiento, S, (por omisión, igual 5U0, siendo U0 el umbral de escorrentía,

o , siendo NC el número de curva)


• Pi=Pi-1+pi*Dt

• Ei=Ei-1+ei*Dt

• Lluvia neta:

• ei=0 si Pi < U0 ;

• ei=(P i-U0)*(P i-U0)/((P i-U0)+S) - Ei-1 si PiU0

Ejemplo: Suponemos un valor del número de curva de 90. El parámetro U0 (umbral de escorrentía),calculado según la expresión por omisión, resulta igual a 5.55 mm. La capacidad de almacenamiento esigual a 27.78 mm. El valor inicial de la precipitación acumulada P0 al comienzo del primer intervalo decálculo es 0. También se supone nulo el valor de la escorrentía acumulada al comienzo del primerintervalo de cálculo.

Tiempo Inic 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Lluvia Media - 0.06 0.00 2.45 3.23 1.18 4.15 0.24 0.00 1.23 2.41

Lluvia Acum. 0.00 0.06 0.06 2.51 5.74 6.92 11.07 11.31 11.31 12.54 14.95

Escorr.Acum.

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.91 0.99 0.99 1.40 2.37

Lluvia Neta - 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.85 0.07 0.00 0.42 0.97

Los valores de la fila Escorrentía Acumulada se obtienen comparando el valor de la columna LluviaAcumulada con el umbral de escorrentía. Si el valor de la lluvia acumulada es inferior al umbral deescorrentía, la escorrentía acumulada es nula. Si es superior, la escorrentía acumulada se calcula apartir de la lluvia acumulada, el umbral de escorrentía y la capacidad de almacenamiento según lafórmula correspondiente. El valor de la lluvia neta se obtiene restando de la escorrentía acumulada en elintervalo de cálculo actual su valor en el intervalo de cálculo anterior.

E.16

E.3.1.4.4.- Función de pérdidas exponencial

La función de pérdidas exponencial es una variante del método de pérdida inicial e infiltración constanteen el que la capacidad de infiltración i(t) es variable en función de la infiltración acumulada I(t). Lacapacidad de infiltración se divide en dos sumandos: i1 e i2. La primera de ellas representa la capacidadde infiltración a largo plazo y la segunda representa la capacidad de infiltración inicial.

La capacidad de infiltración a largo plazo, i1, decrece exponencialmente a partir de un valor inicial i0 conuna constante l.

En la fase inicial de la tormenta se añade a este valor una capacidad de infiltración adicional, i2. Lacapacidad de infiltración inicial decrece a partir de un valor inicial igual a 0,2 veces la capacidad dealmacenamiento S según una ley cuadrática, hasta que se anula para un valor de la infiltraciónacumulada igual a la capacidad de almacenamiento S.

si I(t) < S

si I(t)³ S

La capacidad de infiltración total es función de los dos sumandos anteriores multiplicada por un factorcorrector que depende de la precipitación total P(t):

El exponente e es un parámetro del modelo.

La escorrentía o lluvia neta e(t) se obtiene a partir de la capacidad de infiltración total it(t):

e(t)=p(t)-it(t) si p(t) it(t)

e(t)=0 si p(t) < it(t)

Nota: este modelo ha de emplearse en unidades inglesas.


• Precipitación P

• Infiltración acumulada I

• Valor inicial:

• Precipitación acumulada inicial P0, (por omisión, 0)

• Infiltración acumulada inicial I0, (por omisión, 0)

• Parámetros:

• Capacidad de infiltración inicial, i0 (mm/h)

• Capacidad de almacenamiento, S (mm)

E.17

• Tasa de decrecimiento de la capacidad de infiltración, l

• Exponente de ponderación de la lluvia, e


• Pi=Pi-1+pi*Dt

• Ii=Ii-1+ii*Dt

• Lluvia neta:

• i1i=i0/exp(l;0.1*Ii-1) ;

• i2i=0.2*S*(1-(Ii-1/S))* (1-(Ii-1/S)) si Ii-1<S;

• i2i=0 si Ii-1S;

• iti= (i1i+i2i)*Pie

• ei=pi -iti si pi i

ti;

• ei=0 si pi< iti;

Ejemplo: Suponemos un valor de la capacidad de infiltración inicial de 10 mm/h, que corresponde a 5mm para el incremento de tiempo de cálculo de 0.5 h. La capacidad de almacenamiento es igual a 25mm. La tasa de decrecimiento de la capacidad de infiltración, l, es 1.5, y el exponente de ponderación dela lluvia, e, es igual a 0.05. El valor inicial de la precipitación acumulada P0 al comienzo del primerintervalo de cálculo es 0. El valor de la infiltración acumulada I0 al comienzo del primer intervalo decálculo es de 22 mm

Tiempo Inic 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Lluvia Media - 0.06 0.00 2.45 3.23 1.18 4.15 0.24 0.00 1.23 2.41

Infiltr. Acum. 22.00 22.06 22.06 24.20 26.25 27.43 29.33 29.57 29.57 30.80 32.75

Cap. Infil. 1 - 2.05 2.04 2.04 1.87 1.73 1.64 1.52 1.51 1.51 1.43

Cap. Infil. 2 - 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.05 0.15 0.17 0.17 0.27

Cap. Infil.Tot.

- 1.78 1.78 2.14 2.05 1.91 1.91 1.89 1.89 1.90 1.95

Lluvia Neta - 0.00 0.00 0.31 1.18 0.00 2.24 0.00 0.00 0.00 0.46

Los valores de la fila Capacidad de Infiltración 1 se obtienen a partir de los de la infiltración acumuladaen el instante anterior aplicando la expresión i1i=i0/exp(l;0.1*Ii-1). La Capacidad de Infiltración 2 se calculacomparando la infiltración acumulada en el instante anterior con la capacidad de almacenamiento S. Si lacapacidad de almacenamiento es inferior a la infiltración acumulada, la capacidad de infiltración 2 esigual a 0.2*S*(1-(Ii-1/S))* (1-(Ii-1/S)). Si la infiltración acumulada supera la capacidad de almacenamientola capacidad de infiltración 2 es nula. La capacidad total de infiltración se calcula multiplicando la sumade las capacidades de infiltración 1 y 2 por el factor de ponderación de la lluvia, igual a la lluviaacumulada elevada a e. Finalmente, la lluvia neta se obtiene por diferencia entre la lluvia media y lacapacidad de infiltración total, siempre que la cantidad resultante sea positiva.

E.18

E.3.1.5.- Propagación de caudales

Para el problema de la distribución de caudales en el tiempo se pueden utilizar dos modelos alternativos:

• el método del hidrograma unitario

• el método de la onda cinemática

Contenido: Las cuencas de cabecera se caracterizan por los siguientes parámetros:

• Superficie: la superficie de la cuenca Sc, en km2. La superficie de la cuenca se obtiene a partir delas divisorias definidas por el drenaje natural.

• Pendiente media ic, en tanto por uno

• Longitud del cauce principal dc, en km

• Tiempo de concentración, Tc, en horas. Para el cálculo del tiempo de concentración se puedeadoptar el método de la Instrucción de Carreteras

Comportamiento:

• Variables de entrada:

• Escorrentía neta en la cuenca e (mm en el Dt de cálculo)

• Variables de salida:

• Caudal de salida de la cuenca q (m3/s)

• Inferencia:

• Evolución Estado(Dt): nula

• Caudal Salida(eDt): se calcula el hidrograma incremental esperado como consecuenciade la lluvia neta en el intervalo de tiempo de cálculo Dt.

E.3.1.5.1.- Hidrograma Unitario

El hidrograma unitario es la respuesta de la cuenca a un exceso de lluvia instantáneo de valor unidadrepartido uniformemente por toda la cuenca. Dado el hidrograma unitario instantáneo h(t), la respuestade la cuenca q(t) se obtiene mediante la convolución de la lluvia neta e(t) con el hidrograma unitario:

donde el símbolo * representa la convolución de funciones; es decir:

E.19

Esta integral se calcula numéricamente a partir de los valores del hidrograma unitario y de los datos deentrada del modelo. Si las ordenadas del hidrograma unitario (para el mismo intervalo de tiempo decálculo que el modelo) son hi , con i variando desde 1 a I, y los valores de la escorrentía o lluvia neta sonei, el caudal de salida en la cuenca en el instante k Qk se obtiene mediante la expresión:

donde se supone que los valores de escorrentía para subíndices negativos son nulos.

Esta expresión es equivalente a calcular para cada intervalo de tiempo de cálculo k una respuestadiferencial de la cuenca qk que es igual a la lluvia neta registrada en ese intervalo de cálculo multiplicadapor el hidrograma unitario:

La respuesta total de la cuenca en el intervalo de tiempo k, Qk, se obtiene sumando a la respuesta de lacuenca en el intervalo de tiempo k-1, Qk-1, la respuesta diferencial en el intervalo de tiempo k, qk

desplazada en el tiempo para hacer coincidir el comienzo de la respuesta diferencial con el intervalo detiempo actual:


• Respuesta acumulada Q (serie temporal)

• Valor inicial:

• Respuesta inicial Q0, (por omisión, serie nula)

• Parámetros:

• Hidrograma unitario, hk (mm/h), serie temporal


• Qki=Qk-1

i-1+qki-k+1

• Caudal de salida:

• Qki=Qk-1

i-1+qki-k+1

• qki=ek*hi, donde:

Qkj es el caudal de salida para el intervalo de cálculo k en el instante i

ek es la lluvia neta en el instante k

hi es la i-ésima ordenada del hidrograma unitario

Ejemplo: Suponemos la serie de lluvia neta y el hidrograma unitario de respuesta de cuencarepresentados en la tabla siguiente:

E.20

Tiempo 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Lluvia Neta 4.12 3.18 7.45 2.05 3.71 1.45

Hidrog. Unit. 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11 -

Según la primera expresión utilizada, el cálculo de la respuesta de la cuenca en el instante k (porejemplo, el 6, correspondiente a 3.0 h) se realiza mediante la suma:

Los cálculos pueden organizarse como en el cuadro siguiente. La columna de la izquierda contiene elhidrograma unitario y en las columnas de la derecha se presentan los valores de la escorrentíadesplazados una posición cada intervalo de cálculo. El valor de la respuesta de la cuenca en cadainstante de tiempo se obtiene multiplicando los valores de la columna de la izquierda (el hidrogramaunitario) por los de las columnas correspondientes a cada instante de tiempo y sumándolos todos:

H. Unit. 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

8.36 4.12 3.18 7.45 2.05 3.71 1.45

17.86 4.12 3.18 7.45 2.05 3.71 1.45

12.51 4.12 3.18 7.45 2.05 3.71 1.45

6.74 4.12 3.18 7.45 2.05 3.71 1.45

2.11 4.12 3.18 7.45 2.05 3.71 1.45

Total 34.44 100.17

170.62

217.75

190.95

160.95

101.85

47.47 17.60 3.06

En la tabla siguiente se presentan los resultados de las operaciones:

H. Unit. 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

8.36 34.44 26.58 62.28 17.14 31.02 12.12 0.00 0.00 0.00 0.00

17.86 0.00 73.58 56.79 133.06

36.61 66.26 25.90 0.00 0.00 0.00

12.51 0.00 0.00 51.54 39.78 93.20 25.65 46.41 18.14 0.00 0.00

6.74 0.00 0.00 0.00 27.77 21.43 50.21 13.82 25.01 9.77 0.00

2.11 0.00 0.00 0.00 0.00 8.69 6.71 15.72 4.33 7.83 3.06

Total 34.44 100.17

170.62

217.75

190.95

160.95

101.85

47.47 17.60 3.06

Si se intercambia el hidrograma unitario y la escorrentía, se obtiene el segundo procedimiento de cálculo,que resulta más adecuado para el MOREA, puesto que permite el cálculo de la respuesta incremental dela cuenca. En este caso, dejamos fijos en la columna de la izquierda los valores de la escorrentía ydesplazamos las ordenadas del hidrograma unitario, pero esta vez ordenados por filas. La disposición de

E.21

los cálculos es la siguiente:

Ll. Net. 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

4.12 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11

3.18 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11

7.45 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11

2.05 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11

3.71 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11

1.45 8.36 17.86 12.51 6.74 2.11

Total 34.44 100.17

170.62

217.75

190.95

160.95

101.85

47.47 17.60 3.06

Los resultados parciales se presentan en la tabla siguiente. En ella, cada fila de la tabla representa larespuesta incremental de la cuenca en el intervalo de tiempo correspondiente, obtenida multiplicando losvalores de las ordenadas del hidrograma unitario por la lluvia neta correspondiente a ese instante.

Ll. Net. 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

4.12 34.44 73.58 51.54 27.77 8.69 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

3.18 0.00 26.58 56.79 39.78 21.43 6.71 0.00 0.00 0.00 0.00

7.45 0.00 0.00 62.28 133.06

93.20 50.21 15.72 0.00 0.00 0.00

2.05 0.00 0.00 0.00 17.14 36.61 25.65 13.82 4.33 0.00 0.00

3.71 0.00 0.00 0.00 0.00 31.02 66.26 46.41 25.01 7.83 0.00

1.45 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.12 25.90 18.14 9.77 3.06

Total 34.44 100.17

170.62

217.75

190.95

160.95

101.85

47.47 17.60 3.06

El hidrograma unitario se obtiene a partir de una estimación del tiempo de concentración de cadacuenca. Existen numerosas fórmulas para el cálculo del tiempo de concentración y varios métodos deobtención de hidrogramas unitarios sintéticos. Dado que en nuestro caso se trata únicamente de obteneruna estimación razonable de la escorrentía superficial, se pueden adoptar expresiones sencillas paraambos métodos, como las que se describen a continuación:

E.3.1.5.2.- Hidrograma de usuario

El hidrograma unitario puede ser definido por el usuario a partir de las observaciones en las cuencas quehayan registrado tormentas de unas características determinadas. En este caso, está definido en elfichero hiduni.dat. Unicamente habrá que tener en cuenta que el hidrograma de usuario, ui puede estardefinido para un intervalo de tiempo de cálculo DT distinto del utilizado en la simulación Dt. En este caso,

E.22

habrá que transformarlo para adaptarlo al Dt utilizado. Para ello se realizan las siguientes operaciones:

• Se obtiene el hidrograma unitario acumulado Uk, sumando las ordenadas del hidrograma unitariooriginal ui hasta el instante k multiplicadas por el intervalo de cálculo a que corresponden:

• El hidrograma unitario buscado hi se obtiene calculando la diferencia entre este hidrogramaunitario acumulado y él mismo, desplazado en el tiempo una cantidad igual al intervalo de cálculodeseado, Dt y dividido por el nuevo intervalo de cálculo, Dt.

E.3.1.5.3.- Hidrograma triangular del SCS

El hidrograma unitario triangular del SCS resulta muy sencillo de calcular y operar. El hidrograma unitariorepresenta la respuesta de la cuenca a una tormenta de duración D horas y 1 mm de lluvia neta. Tieneforma triangular, con una duración Tb y una punta de valor Qp en el instante Tp.

Los tres parámetros se obtienen mediante las expresiones siguientes:

donde

• D es la duración de la tormenta en h (Dt de cálculo)

• Tb es la duración del hidrograma unitario en h

• Tp es el tiempo de presentación de la punta en h

• Qp es el valor de la punta en m3/s

• Sc es la superficie de la cuenca en km2

Las ordenadas del hidrograma unitario se obtienen a partir de las ecuaciones que describen los doslados del triángulo:

• Para la rama ascendente, , válido para kDt<Tp

• Para la rama descendente, , válido para Tp<kDt<Tb

E.23

Ejemplo: Se obtiene el hidrograma unitario de 30 minutos de duración en una cuenca de 80 km2 y untiempo de concentración de 4 horas.

A partir de los parámetros se obtienen mediante interpolación en las rectas de la rama ascendente ydescendente los valores de las ordenadas del hidrograma unitario, que son los que se reflejan en la tablaadjunta.

Tiempo 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Hidrog. Unit. 2.99 5.98 8.97 8.66 6.93 5.19 3.46 1.73 0.00

Como comprobación, un pulso de lluvia neta de 1 mm en 0.5 horas produciría un volumen de escorrentíaigual a 80 km2*1 mm=80000 m3, que es igual a la suma de las ordenadas del hidrograma unitariomultiplicadas por el intervalo de tiempo en segundos (resulta 79054 m3)

E.3.1.5.4.- Hidrograma de Clark

El hidrograma unitario de Clark consiste en la superposición de un tramo de transporte lineal, querepresenta el retraso, y un embalse lineal, que representa la amortiguación.

El tramo de transporte lineal emplea el método de las isocronas para describir la propagación de laescorrentía en la cuenca. Las isocronas representan la superficie porcentual de la cuenca que seencuentra a un tiempo de viaje determinado del punto de desagüe. Si no existen datos de isocronas, sepuede emplear una curva tipificada adimensional:

si t<0.5 , donde

si t0.5

donde s es el tanto por uno del área de la cuenca a una distancia de viaje igual o inferior al tanto por unot del tiempo de concentración Tc. Definiendo un intervalo de tiempo para el cálculo, Dt, la superficie de laisocrona correspondiente al intervalo k-ésimo, ik (km2), sería:

El embalse lineal utiliza un parámetro R (horas), que relaciona el caudal de salida Q(t) en m3/s con elalmacenamiento V(t) en m3:

Si se trabaja con un intervalo de cálculo constante, Dt, se pueden obtener las ordenadas del hidrogramaunitario instantáneo hi a partir de las de la curva de superficies isocronas ii mediante un métodorecursivo:

E.24

donde . El cálculo se prolongaría hasta que la suma de los valores de las ordenadas delhidrograma unitario multiplicada por el intervalo de cálculo fuera suficientemente parecido al valor teóricode la escorrentía de 1 mm repartida por toda la cuenca.

Ejemplo: Consideramos los mismos datos que en el caso anterior: hidrograma unitario de 30 minutos deduración en una cuenca de 80 km2 y un tiempo de concentración de 4 horas. Suponemos un valor delparámetro de almacenamiento R de 0.3 horas.

Calculamos en primer lugar las superficies isocronas, utilizando los valores por omisión. A partir de las ikaplicamos el procedimiento recursivo con el parámetro c igual a:

El cálculo del hidrograma unitario se presenta en la tabla adjunta:

Tiempo 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

Porc.Acumul.

0.06 0.18 0.32 0.50 0.68 0.82 0.94 1.00 - - -

Porc.Diferenc.

0.06 0.11 0.15 0.18 0.18 0.15 0.11 0.06 - - -

Sup.Isocrona

5.00 9.14 11.84 14.03 14.02 11.84 9.14 5.00 - - -

Hidrog. Unit. 2.52 4.85 6.42 7.67 7.78 6.69 5.22 3.00 0.27 0.02 0.002

La fila Porcentaje Acumulado se obtiene a partir de la expresión de cálculo de la superficie que seencuentra a un tiempo de viaje inferior a un valor dado, tomando como argumento el tiempo dividido porel tiempo de concentración de la cuenca. La fila Porcentaje Diferencial se obtiene a partir de la anteriorpor diferencias. Las superficies isocronas se obtienen multiplicando el valor del porcentaje diferencial encada intervalo de tiempo por la superficie de la cuenca. El resultado está expresado en km2. La filaHidrograma Unitario se obtiene mediante la ecuación recursiva

donde el divisor 3.6 resulta del cambio de unidades para obtener el hidrograma en m3/s cuando la lluviase da en mm cada 0.5 horas. El cálculo debe continuarse hasta que la suma de las ordenadas delhidrograma unitario multiplicadas por el intervalo de cálculo en segundos (1800) sean iguales al volumende lluvia neta que supone 1 mm en la superficie de la cuenca (80 km2). El valor teórico es de 80000 m3.En este caso, la suma de los valores representados en la tabla (hasta 5.5 h) es de 79999.6, por lo que noes necesario continuar. Sin embargo, para valores superiores de R, el hidrograma unitario podría teneruna duración muy superior.

E.3.1.5.5.- Onda Cinemática

Para el problema de la distribución de caudales en una cuenca urbanizada se puede utilizar el método dela onda cinemática, que representa razonablemente bien el transporte de agua en el pavimento,asimilable a una superficie plana indefinida.

E.25

El método de la onda cinemática se basa en la aplicación de la ecuación de continuidad junto con unarelación empírica entre calados y caudales transportados. Haciendo determinadas hipótesissimplificativas adicionales se puede llegar a una formulación muy sencilla para el cálculo de lapropagación de caudales, similar a la del método de Muskingum:

Donde Qi es el caudal de respuesta de la cuenca en el instante i, ei es la lluvia neta de la cuenca y Sc lasuperficie de la cuenca. Los coeficientes C0 y C2 se calculan a partir de la velocidad de la ondacinemática, c, supuesta constante:

Dt es el intervalo de tiempo de cálculo y L es la longitud media de recorrido de la onda. La celeridad de laonda cinemática c se estima a partir de la velocidad del agua (suele ser del orden de la mitad de lavelocidad de las partículas de agua).


• Caudal de salida en el instante anterior Qi-1 (valor puntual)

• Valor inicial:

• Caudal de salida inicial Q0, (por omisión, cero)

• Parámetros:

• Coeficientes de cálculo C0 y C2


• Qi= C0*Qi-1+C2*Sc*ei


• Qi= C0*Qi-1+C2*Sc*ei

Ejemplo: Suponemos la serie de lluvia neta del método anterior, pero actuando en una cuenca máspequeña, donde es más adecuado el método de la onda cinemática: 20 km2.

Tiempo 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

Lluvia Neta 0.02 0.78 1.03 1.33 0.08 0.00 0.00 0.00 0.00

El cálculo de los coeficientes de la onda cinemática se realiza a partir del valor de la celeridad de laonda. Suponemos una celeridad de 10 km/h, que equivale a 2,78 m/s, y un recorrido medio de 1,5 km,con lo que los coeficientes serían:

E.26

Los cálculos se organizan según la tabla siguiente:

Tiempo 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

Lluvia Neta - 0.02 0.78 1.03 1.33 0.08 0.00 0.00 0.00 0.00

Escorrentía - 0.21 8.71 11.48

14.76

0.85 0.00 0.00 0.00 0.00

Caudal salida 0.00 0.16 6.74 10.39

13.75

3.83 0.88 0.20 0.05 0.01

Para obtener el caudal de escorrentía de la cuenca (tercera fila) se debe multiplicar la lluvia neta ei(segunda fila) por la superficie de la cuenca Sc, teniendo en cuenta el cambio de unidades para obtenerm3/s una vez multiplicada la lluvia neta en mm por la superficie de la cuenca en km2. El caudal de salidaresulta de aplicar la fórmula de ponderación con coeficientes C0 y C2.

E.3.1.6.- Caudal de Recesión

El método de recesión de caudal de base describe el caudal generado en una cuenca comoconsecuencia del drenaje subterráneo diferido. Se superpone a los caudales de escorrentía directacalculados en los métodos anteriores y representa el caudal que lleva el río cuando no se produceprecipitación. Puede aplicarse, por ejemplo, para eliminar del ámbito de estudio zonas de la cuenca enlas que no está lloviendo, o para reproducir la base de los hidrogramas de tormenta.

El caudal drenado Qr(t) se calcula mediante un modelo de recesión a partir del caudal inicial.

donde:

• Qr(t) es el caudal de recesión en el instante t (horas)

• Q0res el caudal de recesión en el instante inicial to (horas)

• C es una constante de tiempo (horas)

La discretización en el tiempo de esta ecuación permite obtener de forma recursiva el caudal en cadainstante a partir del instante anterior:

donde K es un coeficiente adimensional, igual al cociente entre dos caudales consecutivos separadospor el intervalo de tiempo de cálculo. El valor de K se fija de acuerdo con las características de lacuenca, o en función de la constante de recesión C, mediante la expresión:


E.27

• Caudal de salida en el instante anterior Qri-1 (valor puntual)

• Valor inicial:

• Caudal de salida inicial Qr0, (por omisión, cero)

• Parámetros:

• Constante de tiempos K (adimensional)


• Qri= K*Qr

i-1


• Qri= K*Qr

i-1

Ejemplo: Suponemos una cuenca con un caudal de recesión inicial Q0 de 1.5 m3/s, y una constante de0.995. Los valores del cálculo se presentan en la tabla siguiente.

Tiempo 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

Caudal rec. 1.50 1.49 1.49 1.48 1.47 1.46 1.46 1.45 1.44 1.43

E.3.1.7.- Cabecera

En las cuencas reguladas por embalses, el caudal de entrada en cabecera es función de las sueltas quese hagan desde el embalse, que a su vez dependen de la estrategia de explotación. Para estos casos, elusuario debe poder introducir directamente el hidrograma de entrada en cabecera.

Con objeto de flexibilizar la utilización, el usuario puede describir la forma de la curva de distribucióndurante un cierto periodo. El modelo puede repetir esta curva (curva diaria, por ejemplo) durante todo eltiempo de simulación, multiplicada por un factor de escala, que puede utilizarse para tantear valoresdiferentes.

E.3.2.- Elementos de transporte

Los elementos de transporte se dividen en dos grandes grupos: tramos de tipo hidrológico y tramos detipo hidráulico. Las conducciones en lámina libre presentan dos fenómenos que afectan al transporte decaudales: la laminación y el retraso. La laminación hace referencia a la suavización de las puntas de loshidrogramas como consecuencia del agua que es necesario almacenar en el cauce para incrementar elcaudal transportado. El retraso es consecuencia de la velocidad de propagación de las ondas de crecidaen los cauces en lámina libre.

Dependiendo de la importancia del elemento de transporte y la variabilidad de los caudales a transportarse optará por modelizar únicamente el retraso (para caudales pequeños y uniformes en tramos cortos) oambos fenómenos simultáneamente (para caudales grandes, variables o tramos largos). En este últimocaso, se pueden aplicar métodos hidrológicos (que utilizan la ecuación de continuidad y una versiónsimplificada de la ecuación de la dinámica), o métodos hidráulicos (en los que se intergrannuméricamente las ecuaciones completas del movimiento.

A continuación se describen los modelos de cálculo propuestos para estos tipos.

E.28

E.3.2.1.- Tramo con Retraso

Para elementos en los que únicamente se modeliza el retraso, éste será conocido, por lo que la relaciónentre caudales de entrada y salida será:

donde Rtes el retraso

El retraso Rt se calcula a partir de la velocidad de circulación del agua vmedia, que puede obtenerseaplicando una ecuación de régimen permanente (como, por ejemplo, la de Manning) o una aproximacióncinemática del tipo vmedia = K (Qmedio)

a . Una vez adoptado un valor para vmedia, el retraso viene dado por:

donde Lt es la longitud del tramo.

Numéricamente, la aplicación de este método exige la interpolación en el hidrograma de entrada paracada instante. Si se admite que el retraso es fijo durante toda la simulación, los coeficientes deinterpolación son conocidos. Por ejemplo, si el retraso es inferior al incremento de tiempo de lasimulación (Dt), el caudal de salida en un instante i, Qi

s puede obtenerse como media ponderada de loscaudales de entrada en los instantes i, Qi

e, e i-1, Qi-1e:

donde y

Si el retraso es superior al incremento de tiempo de cálculo, se puede aplicar el mismo procesoconsecutivamente el número de pasos que sea necesario, o definir de antemano los instantes k y k-1

entre los que se deben interpolar los caudales de entrada. k es igual a i menos la parte entera de . Laecuación de interpolación sería:

Si se define el retraso residual Rs como el resto de dividir Rt por Dt, los coeficientes se obtienen

mediante: y


• Caudal de entrada en los instantes anteriores Qei-k-1... Q

ei-1 (serie de valores)

• Valor inicial:

• Caudal de entrada en los instantes anteriores al inicial Qe-k-1... Q

e-1 (serie de valores)

• Parámetros:

• Número de intervalos de cálculo de retraso, k

• Coeficientes de cálculo C0 y C2


E.29

• Almacenar valores de la serie de entrada


• Qi= C1*Qei-k-1+C2*Q

ei-k

Ejemplo: Suponemos un tramo de 20 km de longitud con una velocidad de onda de 15 km/h. En el tramose produce un retraso de 1.33 h. El intervalo de tiempo de cálculo es de 0.5 horas. El número deintervalos de cálculo de retraso es, por tanto, de 2. El retraso residual es de 0.33 horas, con lo que loscoeficientes son:

y


Tiempo -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Caudal entr. 0.00 0.00 0.00 1.03 2.50 3.60 2.10 0.75 0.30 0.00

Caudal salida 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.34 1.52 2.87 3.10 1.65

Para obtener el caudal de salida se aplica la fórmula de ponderación con coeficientes C1 y C2 al intervalode tiempo situado entre 1.5 y 1 horas más atrás.

E.3.2.2.- Tramo con Laminación y Retraso

Cuando se hace necesario incorporar simultáneamente laminación y retraso se debe utilizar un modelode régimen variable. Dado el tipo de aplicación de que se trata, se propone la utilización de modeloshidrológicos, en los que la ecuación de la dinámica se sustituye por una aproximación razonable, conobjeto de simplificar los cálculos. En tramos de cauce natural se aplica el modelo Muskingum, en el quese trabaja con incrementos de tiempo fijos.

El modelo Muskingum se basa en definir el caudal que sale del tramo en el instante t+Dt a partir de unamedia ponderada de los caudales que entran en t+Dt y del caudal que sale en t:

donde C0, C1 y C2 son constantes cuya suma ha de ser igual a la unidad. Nótese que el significado de loscoeficientes es el mismo que en modelos análogos presentados con anterioridad (onda cinemática,tramo con retraso)

El método de Muskingum permite tener en cuenta los efectos de laminación y retraso con un mínimocosto computacional. Para su calibración ajustada se necesitan valores de hidrogramas de entrada ysalida, pero puede conseguirse una primera estimación de los coeficientes a partir de otros dosparámetros con significado físico: el coeficiente x de almacenamiento y el tiempo de recorrido de la ondaK:

E.30

El coeficiente de almacenamiento x oscila entre 0 y 0,5 y representa la importancia relativa delalmacenamiento en cuña en el tramo (x=0 representa el máximo almacenamiento).

El tiempo de recorrido es un valor similar al retraso, que puede obtenerse a partir de la longitud del tramoLt y de la celeridad de la onda c mediante la expresión:

La celeridad de la onda se relaciona empíricamente con la velocidad real de circulación del agua vmedia

mediante una expresión del tipo , en la que la constante de proporcionalidad varía según lageometría del cauce:

• k=1,67 para cauce rectangular

• k=1,44 para cauce parabólico

• k=1,33 para cauce triangular

La estabilidad del método exige que el valor del tiempo de recorrido sea similar al incremento de tiempode cálculo, debiendo cumplirse la relación:

Si el tiempo de recorrido es superior al incremento de tiempo de cálculo, se divide la longitud total deltramo en un número adecuado de subtramos para que los parámetros cumplan la condición anterior. Siel tiempo de recorrido es inferior a la tercera parte del incremento de tiempo de cálculo, se considera queno existe retraso en el tramo.


• Caudal de entrada en el instante anterior Qei-1 (valor numérico)

• Caudal de salida en el instante anterior Qsi-1 (valor numérico)

• Valor inicial:

• Caudal de entrada en el instante anterior al inicial Qe0 (valor numérico)

• Caudal de salida en el instante anterior al inicial Qs0 (valor numérico)

• Parámetros:

• Número de subtramos de cálculo, n

• Coeficientes de cálculo C0 ,C1 y C2



• Qsi= C0*Q

si-1+C1*Q

ei-1+C2*Q

ei-1

E.31


• Qsi= C0*Q

si-1+C1*Q

ei-1+C2*Q

ei-1

Ejemplo: Suponemos un tramo de 40 km de longitud con una velocidad de onda de 15 km/h. El tiempode recorrido en el tramo es de KT=2.66 h. El intervalo de tiempo de cálculo es de 0.5 horas. El número desubtramos de cálculo debe ser tal que el tiempo de viaje en cada uno esté comprendido entre 0.5 y 1.5horas. Si tomamos 3 subtramos, el tiempo de viaje en cada uno será K=0.889 horas. Suponemos elcoeficiente x igual a 0.25. Los coeficientes de cálculo en cada tramo son:


Tiempo 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

Caudal entr. 0.00 0.25 0.72 1.03 2.50 3.60 2.10 0.75 0.30 0.00

Caudal Tr1. 0.00 0.13 0.44 0.75 1.66 2.69 2.41 1.55 0.88 0.41

Caudal Tr2. 0.00 0.07 0.26 0.52 1.11 1.94 2.21 1.87 1.35 0.85

Caudal salida 0.00 0.03 0.15 0.34 0.75 1.37 1.82 1.86 1.60 1.21

Para obtener el caudal de salida se aplica la fórmula de ponderación con coeficientes C0, C1 y C2sucesivamente a los tres subtramos.

E.3.3.- Elementos de conexión

Los elementos de conexión se utilizan para representar bifurcaciones en la red. Se dividen en dosgrupos: confluencias y derivaciones.

E.3.3.1.- Confluencias

Los elementos del primer grupo corresponden a puntos en los que se produce confluencia de caudales.El cálculo realizado en las confluencias se limita a sumar los caudales de entrada en cada instante detiempo:

donde Qises el caudal de salida en el instante i y Qe,n

i es el caudal de entrada del elemento n en elinstante i.

E.3.3.2.- Derivaciones

Los elementos del segundo grupo corresponden a derivaciones o a puntos en los que se desvíancaudales.

E.32

Las bifurcaciones de la red hidrográfica están siempre sometidas a control, de forma que existe una leyespecífica que gobierna el reparto de caudales entre el cauce natural y las conducciones de derivación.Los caudales captados son, por tanto, dato, en función del caudal circulante por el río.

El caudal de salida viene dado por:

donde Qdi es el caudal derivado en en instante i y Qs

i y Qei tienen el mismo significado que en los casos

anteriores.

Un ejemplo sencillo pueden ser los desbordamientos laterales en zonas inundables. De manerasimplificada, puede considerarse que se vierten los excesos sobre un determinado caudal límite Ql. Elcaudal de salida es, por tanto:

si

si

el caudal derivado a la llanura de inundación viene dado por:

si

si

Dentro de la llanura puede definirse un componente físico que gestione su evolución en el tiempo yrestituya los caudales derivados en otro punto de la red con un cierto retraso en el tiempo. Para este tipode componentes no existe modelo previo en la literatura clásica.

E.3.4.- Elementos de control

Los elementos de control suponen una alteración del flujo natural de caudales como consecuencia deuna acción de control ejercida sobre el sistema. Los ejemplos más relevantes son los embalses.También pueden incluirse en este grupo los modelos sencillos de toma de decisiones puestos a puntopor el CEDEX (modelos CRAF y CREM), aunque no servirían estrictamente para crear realidad artificial,sino para facilitar la simulación del proceso de toma de decisiones en fase de entrenamiento.

E.3.4.1.- Embalse Lineal

El modelo más sencillo de embalse que se puede aplicar es el de embalse lineal, en el que el caudal quesale de la instalación es proporcional al volumen almacenado en ella.

donde Qs(t) es el caudal de salida, V(t) el volumen acumulado y k la constante de funcionamiento delsistema, que tiene unidades de tiempo. En un incremento de tiempo Dt, el incremento de volumenacumulado DV es:

donde Qe(t) es el caudal que entra y DV es el incremento de volumen V(t+Dt) - V(t)

El nuevo caudal de salida Qs(t+Dt) viene dado por:

E.33

El incremento del caudal de salida Qs(t+Dt) - Qs(t) es, por tanto, proporcional a la diferencia entre el

caudal que entra y el que sale Qe(t) - Qs(t), con una constante de proporcionalidad igual a . Si laconstante k es pequeña, la diferencia tiende a corregirse rápidamente. A medida que k va siendo mayorexiste una mayor efecto de laminación, por lo que variando el valor de k se puede conseguir aproximar elfuncionamiento de los embalses de escasa importancia.

El valor del caudal de salida en el instante i se puede despejar en la expresión anterior, resultando:

es decir,

Tenemos de nuevo la expresión del modelo de Muskingum, pero con coeficientes correspondientes almáximo de almacenamiento (x=0):

;


• Caudal de entrada en el instante anterior Qei-1 (valor numérico)

• Caudal de salida en el instante anterior Qsi-1 (valor numérico)

• Valor inicial:

• Caudal de entrada en el instante anterior al inicial Qe0 (valor numérico)


• Parámetros:

• Coeficientes de cálculo C0 ,C1 y C2



• Qsi= C0*Q

si-1+C1*Q

ei-1+C2*Q

ei-1


• Qsi= C0*Q

si-1+C1*Q

ei-1+C2*Q

ei-1

Ejemplo: Suponemos un embalse con una constante de tiempo de k=5 h. El caudal de salida en elinstante anterior al inicial es de 1.05 m3/s. El intervalo de tiempo de cálculo es de 0.5 horas. Los

E.34

coeficientes de cálculo son:

;

El cálculo es similar al modelo de Muskingum:

Tiempo 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

Caudal entr. 0.00 0.25 0.72 1.03 2.50 3.60 2.10 0.75 0.30 0.00

Caudal salida 1.05 0.96 0.92 0.91 0.99 1.19 1.35 1.36 1.28 1.17

E.3.4.2.- Embalse con estrategia de laminación

Para embalses de más entidad se puede plantear un cálculo sencillo basado en una estrategia deexplotación. La estrategia de explotación se materializa en una ley de caudal desaguado en función delvolumen embalsado. Esta ley se selecciona entre los límites máximo y mínimo de caudal desaguadoimpuestos por los órganos de desagüe.

El método de cálculo se conoce con el nombre de método de Puls (un antiguo ingeniero del Bureau ofReclamation). Consiste en organizar las variables del problema de manera que en cada etapa del cálculose separen los valores conocidos de los desconocidos. Se parte de la ecuación básica del balance demasas formulada para un intervalo de cálculo:

En un instante cualquiera del cálculo, conocemos los valores de los caudales de entrada en los instantesinicial (Qe

i-1) y final (Qei), el volumen almacenado en el instante inicial (V i-1) y el caudal que sale en el

instante inicial (Qsi-1). Son incógnitas el volumen final (V i) y el caudal que sale en el instante final (Qs

i). Elmétodo consiste en agrupar en la parte izquierda del signo igual los valores conocidos y en la partederecha los desconocidos:

es decir:

Si construimos una tabla o un gráfico de los valores de la expresión en función del valor de Qs,como se indica más adelante, podemos operar de la siguiente manera:

1. Con la ecuación anterior evaluamos en el instante i:

E.35

2. Entrando en la tabla o el gráfico de Qs en función de obtenemos el valor de Qsi

3. A partir de y Qsi obtenemos el valor de en el instante i.

De esta manera podemos pasar al instante i+1, ya que conocemos Qei, Q

ei+1,si y .

El problema se reduce, por tanto, a evaluar la tabla de Qs en función de , lo cual se hacedando valores a la cota de agua en el embalse. Para cada valor de dicha cota obtenemos el volumenembalsado en la curva característica del embalse y el caudal vertido a partir del estudio hidráulico de losdesagües.


• Valor de la expresión en el instante anterior (valor numérico)

• Valor de la expresión en el instante anterior (valor numérico)

• Valor inicial:

• Volumen en el instante anterior al inicial V0 (valor numérico)


• Parámetros:

• Tabla de la estrategia de explotación: Valores de Qs en función de


• (Qs+2V/Dt)i= Qei-1 + Qe

i - Qsi-1 + (2V/Dt)i-1

• Qsi=f((Qs+2V/Dt)i) (Estrategia de explotación)

• (2V/Dt)i=(Qs+2V/Dt)i- Qsi


• Qsi=f((Qs+2V/Dt)i) (Estrategia de explotación)

Ejemplo: Suponemos un embalse cuya curva de volumen embalsado en función de la cota es lasiguiente

E.36

Cota(m) Volumen (hm3)

337.50 12.93

337.75 13.31

338.00 13.70

338.25 14.09

338.50 14.48

338.75 14.86

339.00 15.25

339.25 15.64

339.50 16.03

339.75 16.41

340.00 16.80

Las curvas de estrategias de explotación pueden almacenarse como un catálogo de curvas predefinidas,o calcularlas en función del estado de los órganos de desagüe. En nuestro ejemplo, suponemos que elembalse dispone de un aliviadero de labio fijo de 30 m de ancho útil situado a cota 337,5, y de undesagüe de fondo con una capacidad de 25 m3/s a NMN. Con estos datos podemos definir la estrategiade explotación, que sería una curva de caudal desaguado total Qs en función de la cota Z

Cota Calado Ver Caudal Ali Caudal DP Caudal total

Z(m) h(m) Qali(m3/s) Qdp(m3/s) s(m3/s)

337.50 0.00 0.00 25.00 25.00

337.75 0.25 7.88 25.00 32.88

338.00 0.50 22.27 25.00 47.27

338.25 0.75 40.92 25.00 65.92

338.50 1.00 63.00 25.00 88.00

338.75 1.25 88.05 25.00 113.05

339.00 1.50 115.74 25.00 140.74

339.25 1.75 145.85 25.00 170.85

339.50 2.00 178.19 25.00 203.19

339.75 2.25 212.63 25.00 237.63

340.00 2.50 249.03 25.00 274.03

E.37

El caudal desaguado por el aliviadero se calcula por la fórmula , donde cd es el coeficientede vertido (2,1), L el ancho útil y h el calado vertiente (diferencia entre la cota de agua en el embalse y lacota del labio del aliviadero). El caudal desaguado por los desagües profundos se supone constante, eigual a 25 m3/s.

A partir las dos tablas anteriores se puede calcular la curva del caudal de salida Qs en función

de , que es la que utiliza el método de cálculo. Esta curva puede calcularse al principio de lasimulación, puesto que depende únicamente del intervalo de cálculo Dt. En este ejemplo, suponemosque el intervalo de tiempo de cálculo es de 1 hora.

Cota Volumen Caudal sal. Qs+2V/Dt

Z(m) V(hm3) Qs(m3/s) (m3/s)

337.50 12.93 25.00 7205.56

337.75 13.31 32.88 7428.71

338.00 13.70 47.27 7658.38

338.25 14.09 65.92 7892.31

338.50 14.48 88.00 8129.67

338.75 14.86 113.05 8369.99

339.00 15.25 140.74 8612.96

339.25 15.64 170.85 8858.35

339.50 16.03 203.19 9105.97

339.75 16.41 237.63 9355.68

340.00 16.80 274.03 9607.36

La cuarta columna se obtiene a partir de la segunda y la tercera, teniendo en cuenta que el intervalo decálculo son 3600 segundos y que 1 hm3 son 106 m3. Con esta tabla de estrategia de explotación sepuede calcular la evolución del embalse a partir de los datos iniciales. Suponemos un volumen inicial de12.93 hm3, con lo que el caudal desaguado será de 25 m3/s, y 2V/Dt valdrá 7181 m3/s.

E.38

Tiempo Qe Qs+2V/Dt Qs 2V/Dt

(h) (m3/s) (m3/s) s(m3/s) (m3/s)

0 35 7206 25 7181

1 52 7243 26 7216

2 115 7357 30 7327

3 195 7606 44 7562

4 270 7983 73 7910

5 295 8402 117 8285

6 305 8769 160 8609

7 300 9054 196 8857

8 285 9246 223 9024

9 260 9346 236 9110

10 240 9373 240 9133

11 215 9348 237 9112

12 200 9290 229 9062

13 184 9217 218 8998

14 160 9124 206 8918

15 143 9016 191 8824

16 110 8886 174 8711

17 95 8742 157 8585

18 80 8604 140 8464

19 70 8474 125 8349

20 61 8356 112 8244

En cada intervalo de tiempo de cálculo se comienza con los valores del caudal de entrada en eseinstante y el resto de los valores correspondientes al instante anterior. A partir de estos datos se calcula

el valor de en este instante mediante la expresión:

E.39

Interpolando en la tabla anterior, se obtiene el valor de Qs y, en consecuencia, el de . Con estosdatos se puede ya pasar a la línea siguiente.

Si se quisiera cambiar de estrategia durante una simulación, únicamente habría que aplicar una nueva

curva de Qs en función de a partir de ese instante.

Índice 1.- INTRODUCCIÓN 1.1 2.- CARACTERÍSTICAS GENERALES 2.1 2.1.- Descripción general de la...

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