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Modelo HEC-HMS de la Cuenca del Punxsutawney en la Cuenca del Río Allegheny, Pennsylvania

SOLUCIÓN: Taller de Cálculo de Hidrogramas Unitarios Sintéticos

Estimación de Coeficientes de Almacenamiento

Los coeficientes de almacenamiento fueron estimados usando la relación R/(R+TC) = 0.65. Resuelta para R, la ecuación da R = TC(13/7).

Ubicación

PARÁMETROS DE CLARK

Tiempo de Concentración

TC (hr)

Coeficiente de Almacenamiento

R (hr)

Stump Creek 3.2 5.9

E. Br. Mahoning Creek 2.2 4.1

Punxsutawney Local 3.3 6.1

Estimación de Parámetros de Clark para la cuenca completa de Punxsutawney

El tiempo de concentración de toda la cuenca se calculó sumando el mayor tiempo de recorrido de las subcuencas superiores al tiempo de recorrido desde la confluencia del Stump Creek y el East Branch Mahoning Creek hasta el punto de salida. El coeficiente de almacenamiento se calculó con la relación R/(I+TC) = 0,65. Despejando R, la ecuación da R = TC (13/7).

El tiempo de concentración para la cuenca completa, TC = 6 horas

El coeficiente de almacenamiento, R = 11.1 horas

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Pregunta 1: El punto desde el cual comienzan sus cálculos de trayectoria de transporte es desde el punto más distante al punto de salida. Sin embargo, la definición estricta es que el punto debe ser el "hidráulicamente" más alejado del punto de salida. ¿Qué otros factores podrían hacer que un punto más cercano, a distancia prudente, sea “hidráulicmente” más alejado del punto de salida?

La trayectoria de recorrido de las gotas de lluvia es tridimensional. El movimiento en sentido vertical puede tener un impacto significativo en el tiempo de concentración. El movimiento vertical depende de la pendiente de la energía y la rugosidad de la superficie. Cuando la pendiente de la energía disminuye, la velocidad disminuye. Cuando disminuye la rugosidad, la velocidad aumenta. Las estimaciones de distancia en una cuenca se hacen a menudo usando un mapa de visualización en planta. Las distancias medidas de esta manera pasan por alto los efectos del movimiento vertical. Por ejemplo, se podría dar una situación en la que las regiones de cabecera de una cuenca son las más lejanas al punto de salida. Sin embargo, si las regiones de cabecera están a una elevación mucho más alta que en el punto de salida, las fuertes pendientes en la región de cabecera puede dar lugar a velocidades muy rápidas, que dan lugar a un menor tiempo de concentración. Por el contrario, si las regiones cerca del punto de salida son casi planas, la pendiente suave puede resultar en tiempos de recorrido muy largos. La geometría del canal es importante para estimar el tiempo de concentración. La geometría del canal por lo general no se puede determinar a partir de mapas topográficos. Las cuencas con humedales o pantanos pueden introducir retrasos adicionales en el tiempo de concentración que no es tenido en cuento directamente en el método TR-55. La relación no lineal entre la pendiente de la energía, la rugosidad de la superficie y la geometría del canal pueden contribuir a tiempos de recorrido más largos para los puntos cercanos al punto de salida. Al estimar los tiempos de concentración, el ingeniero debe revisar cuidadosamente todos los datos disponibles para la cuenca.

Pregunta 2: Recuerde que el método TR-55 especifica que la trayectoria más larga de flujo se utiliza para estimar el TC. En el caso anterior, el flujo más largo es captado de una de las tres subcuencas. Podría parecer, sin embargo, que tal afirmación indicaría que las otras dos subcuencas ni siquiera afectan el escurrimiento simulado, ya que no se incorporan en la estimación del parámetro de TC. ¿Qué otros parámetros en el modelo reflejan el efecto de estas áreas?

El método del hidrograma unitario de Clark utiliza cuatro parámetros para el cálculo de la escorrentía: superficie total, el tiempo de concentración, el almacenamiento y la curva de tiempo-espacio.

Una respuesta de unidad adimensional se calcula utilizando todos los parámetros, excepto el primero. La respuesta final se calcula multiplicando la unidad de respuesta por el volumen de escorrentía, que se calcula utilizando el exceso de lluvia y la superficie total. La superficie utilizada para el cálculo de la escorrentía total incluye las tres subcuencas, por lo tanto todas las subcuencas contribuyen al volumen de las precipitaciones en el

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modelo.

Pregunta 3: Los pasos para realizar la tarea anterior se muestran a continuación. El proceso es iterativo. ¿Cómo HMS automatiza estos pasos para optimizar la bondad de ajuste entre los hidrogramas calculados y observados?

La tecnología informática es excelente para resolver los problemas de repetición. Sin embargo, este problema no implica un enfoque sencillo que pueda ser repetido. Cuando se trabaja a ojo, si se alcanza el pico calculado demasiado pronto, se aumenta el tiempo de concentración. Si se alcanza el pico calculado demasiado tarde, se disminuye el tiempo de concentración. Este método podría ser aplicado con cierto éxito en el computador, pero ¿qué pasaría si el hidrograma calculado tiene dos picos y el hidrograma observado sólo tenía un pico? ¿Cuál de los dos picos calculados debería usar la computadora para ajustar el tiempo de concentración? ¿Qué pasa si el hidrograma observado también tiene dos picos? ¿Debería la computadora utilizar el primer o el segundo pico para ajustar el tiempo de concentración? Se puede ver que ya hemos desarrollado algunos problemas y todavía estamos hablando de un solo parámetro. Cuando varios parámetros deben ser ajustados, se puede ver que este problema podría ser mucho peor. Lo que necesitamos es un método para determinar la bondad de ajuste entre los hidrogramas calculados y observados que no depende de juicios cualitativos. ¿Puede pensar en alguno de estos métodos antes de la conferencia de optimización de mañana?

Pregunta 4: Es natural esperar que los dos resultados sean similares. Que podría causar diferencias en los resultados? La cuenca completa es un modelo globalizado que utiliza los valores promedio para toda la cuenca. Como la cuenca está dividida, cada parámetro puede representar un área más pequeña. Por lo tanto, en lugar de tener un TC para toda el área, el uso de varios valores de TC y R para modelar varias subcuencas puede representar mejor la respuesta real de la escorrentía.

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