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i
CLCULO HIDROMETEOROLGICOLGICO DE APORTACIONES Y CRECIDAS (C.H.A.C.)
Mayo 2004
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N D I C E D E C O N T E N I D O S
1 INTRODUCCIN .................................................................................................... 1 1.1 INSTALACIN Y DEFINICIN DE PROYECTO .......................................................... 1
1.1.1 Configuracin del PC:................................................................................ 1 1.2 EJECUCIN........................................................................................................... 1 1.3 APERTURA DE UN PROYECTO ............................................................................... 3 1.4 CARACTERSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA: ............... 4
2 UTILIDADES............................................................................................................ 8 2.1 GENERACIN DE FICHEROS LEMA ...................................................................... 8 2.2 PREFERENCIAS ................................................................................................... 10
2.2.1 Ao hidrolgico y dimensiones................................................................. 10 2.2.2 Directorio de proyectos ............................................................................ 11
2.3 BORRAR UN PROYECTO ...................................................................................... 11
3 SERIES TEMPORALES ....................................................................................... 12 3.1 FICHEROS DE DATOS: SELECCIN DEL FICHERO DE DATOS................................. 12 3.2 EDITAR: EDICIN Y MODIFICACIN DEL FICHERO DE DATOS.............................. 14 3.3 DIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALES.................................................................. 15 3.4 CRONOGRAMA ................................................................................................... 16 3.5 ESTADSTICO...................................................................................................... 17 3.6 DOBLES ACUMULACIONES ................................................................................. 19 3.7 COMPLETADO DE DATOS.................................................................................... 22 3.8 PONDERACIN DE SERIES LEMA....................................................................... 29 3.9 LEYES DE FRECUENCIA ...................................................................................... 34 3.10 PONDERACIN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA .................................... 40
4 CALCULO DE APORTACIONES....................................................................... 43 4.1 OBTENCIN DE LA ETP...................................................................................... 43
4.1.1 Mtodos de clculo ................................................................................... 43 4.1.2 Descripcin de los ficheros para el clculo de la ETP: ........................... 46
4.2 MODELO DE TMEZ ........................................................................................... 50 4.2.1 Calibracin ............................................................................................... 51 4.2.2 Simulacin ................................................................................................ 56
5 SIMULACIN DE CRECIDAS: .......................................................................... 60 5.1 MTODO RACIONAL ........................................................................................... 60
6 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 64
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N D I C E D E F I G U R A S Figura 1 Icono del ejecutable Chac.................................................................................................................... 2 Figura 2 Ventana principal de la aplicacin....................................................................................................... 2 Figura 3 Ventana de definicin del proyecto ..................................................................................................... 3 Figura 4. Ventana para nombrar el proyecto...................................................................................................... 4 Figura 5. Formato LEMA .................................................................................................................................. 7 Figura 6 Generacin de ficheros LEMA............................................................................................................ 8 Figura 7 Fichero de Excel. Primera columna en blanco .................................................................................... 9 Figura 8 Pegado desde el portapapeles de ficheros Excel o Access .................................................................. 9 Figura 9 Generacin de ficheros LEMA. Primera columna en blanco .............................................................. 9 Figura 10 Fichero .txt resultado de la transformacin a LEMA ...................................................................... 10 Figura 11 Configuracin inicial de Chac ......................................................................................................... 10 Figura 12 Redireccionado del proyecto ........................................................................................................... 11 Figura 13 Eliminacin de un proyecto ............................................................................................................. 11 Figura 14 Botn de carga de ficheros .............................................................................................................. 12 Figura 15 Ventana de abrir fichero de datos .................................................................................................... 13 Figura 16 Ventana de seleccin de los ficheros de datos................................................................................. 13 Figura 17 Ventana del fichero de datos ........................................................................................................... 14 Figura 18 Botones de la aplicacin.................................................................................................................. 14 Figura 19 Ventana de edicin de datos de series temporales ........................................................................... 15 Figura 20 Ventana de dibujo de series temporales........................................................................................... 16 Figura 21 Ventana del cronograma.................................................................................................................. 17 Figura 22 Estadstico de las series temporales................................................................................................. 18 Figura 23 Ventana de creacin de grupos de estaciones homogneas ............................................................. 19 Figura 24 Ventana de formacin de los grupos de estaciones ......................................................................... 20 Figura 25 Constitucin de un grupo de estaciones homogneo ....................................................................... 21 Figura 26 Ventana de dobles acumulaciones ................................................................................................... 22 Figura 27 Serie de precipitaciones estacionarizadas para la estacin 08308 ................................................... 24 Figura 28 Matriz de coeficientes de regresin parcial y matriz de datos comunes .......................................... 24 Figura 29 Matriz de correlacin mltiple y matriz de datos comunes para la estacin 08308......................... 24 Figura 30 Eleccin de pareja de estaciones para la estacin 08308................................................................. 25 Figura 31 Ventana de seleccin de estaciones a completar ............................................................................. 26 Figura 32 Ventana de parmetros del completado........................................................................................... 27 Figura 33 Ventana de aviso de estaciones desechadas para el completado ..................................................... 27 Figura 34 Ventana del fichero de datos completados ...................................................................................... 28 Figura 35 Estadstico de los datos completados............................................................................................... 29 Figura 36 Seleccin de estaciones para el clculo areal................................................................................... 30 Figura 37 Pesos para el clculo areal ............................................................................................................... 31 Figura 38 Periodo de generacin de datos areales ........................................................................................... 31 Figura 39 Fichero de salida de datos ponderados ............................................................................................ 32 Figura 40 Fichero de pesos .............................................................................................................................. 32 Figura 41 Recuperacin del fichero de pesos previamente grabado ................................................................ 33 Figura 42 Recuperacin del fichero de pesos .................................................................................................. 33 Figura 43 Ventana de leyes de frecuencia ....................................................................................................... 35 Figura 44 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel Gumbel ...................... 36 Figura 45 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel normal........................ 36 Figura 46 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin NORMAL.............................................................. 37 Figura 47 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Gumbel .................................................................. 37 Figura 48 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin SQRT et max ......................................................... 38 Figura 49 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Log Pearson III ...................................................... 38 Figura 50 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin GEV....................................................................... 39
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Figura 51 Fichero informe de leyes de frecuencia ........................................................................................... 40 Figura 52. Seleccin de estaciones para ponderacin de cuantiles de leyes de frecuencia .............................. 41 Figura 53. Asignacin de pesos a las estaciones.............................................................................................. 41 Figura 54. Ventanas para guardar fichero de resultados y pesos ..................................................................... 42 Figura 55 Ventana de clculo de la ETP.......................................................................................................... 43 Figura 56 Clculo de la ETP por Thornthwaite ............................................................................................... 45 Figura 57 Clculo de la ETP por Blaney Criddle ............................................................................................ 46 Figura 58 Fichero de parmetros para el clculo de la ETP............................................................................. 46 Figura 59 Fichero de temperaturas para el clculo de la ETP.......................................................................... 47 Figura 60 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Penman Monteith..................................... 48 Figura 61 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Blaney Criddle ......................................... 48 Figura 62 Fichero de horas de sol para el clculo de la ETP ........................................................................... 49 Figura 63 Fichero de velocidad del viento para el clculo de la ETP .............................................................. 49 Figura 64 Esquema del Modelo de Tmez....................................................................................................... 50 Figura 65 Calibracin. Datos iniciales............................................................................................................. 51 Figura 66 Calibracin o validacin de parmetros .......................................................................................... 52 Figura 67 Generacin de grficos tras la calibracin. Hidrograma de ao medio ........................................... 54 Figura 68 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (ao).................. 54 Figura 69 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (mes) ................. 55 Figura 70 Ampliar escala abscisas en Grficos................................................................................................ 55 Figura 71 Datos de entrada para la simulacin ................................................................................................ 56 Figura 72 Simulacin....................................................................................................................................... 57 Figura 73 Generacin de grficos de simulacin. Hidrograma de ao medio ................................................. 58 Figura 74 Men de opciones............................................................................................................................ 61 Figura 75 Ventana para el clculo de caudales mximos................................................................................. 62 Figura 76 Datos de entrada para el clculo de caudales mximos ................................................................... 63 Figura 77 Ventana de resultados del clculo de caudales mximos................................................................. 63
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N D I C E D E T A B L A S: Tabla 1 Formato LEMA de la base de datos HIDRO del CEDEX .................................................................... 5 Tabla 2 Cdigos de tipo de dato en ficheros LEMA.......................................................................................... 7 Tabla 3 Descripcin del formato del fichero de parmetros ............................................................................ 47 Tabla 4 Grficos de calibracin ....................................................................................................................... 53 Tabla 5 Ficheros resultado de la calibracin.................................................................................................... 56 Tabla 6 Ficheros resultado de la simulacin.................................................................................................... 58 Tabla 7 Grficos de simulacin ....................................................................................................................... 59
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1 INTRODUCCIN
La aplicacin Chac ha sido desarrollada por el Centro de Estudios Hidrogrficos del CEDEX con metodologas propias con el fin de proporcionar una herramienta til para el desarrollo de trabajos hidrolgicos dentro del Master de Hidrologa del CEDEX. Se trata de una aplicacin desarrollada en Visual Basic para MS WINDOWS, con subrutinas de clculo en Fortran 77, de fcil manejo a travs de una interfaz grfica.
Esta aplicacin es de libre distribucin, respondiendo a uno de los fines del CEDEX, como es la transferencia tecnolgica a la sociedad. Sin embargo, el CEDEX no se hace responsable del uso que pueda hacerse de esta aplicacin por parte de los usuarios finales.
La presente versin de la aplicacin debe considerarse como una versin previa a la primera versin definitiva, por encontrarse todava en desarrollo. Por ello es posible que se produzcan errores y fallos durante su ejecucin, problemas que se resolvern en la versin definitiva. Si el usuario detecta alguno de estos fallos, ser de utilidad comunicrselo mediante correo electrnico a [email protected] para su depuracin.
1.1 INSTALACIN Y DEFINICIN DE PROYECTO
La aplicacin se entrega en un CDROM o bien puede descargarse desde Internet en la direccin http://hercules.cedex.es/Chac. El archivo zip contiene otros tres (setup.exe, setup.lst y chac.cab) Tras descomprimir, debe ejecutarse setup.exe y seguir las instrucciones de instalacin despus de comprobar si hay suficiente espacio en el disco duro, el programa propone la carga de la aplicacin en la carpeta Archivos de programa\chac (recomendada), pudindose cargar en otro lugar si el usuario lo prefiere. Aceptado el directorio de trabajo de la aplicacin, se procede a su carga pulsando el botn correspondiente.
Bajo Archivos de programa\chac se crea el directorio Proyectos, donde se guardarn los trabajos. Posteriormente a la instalacin este directorio puede cambiarse.
1.1.1 Configuracin del PC:
Chac trabaja en pantalla con la configuracin regional que tenga definida el usuario en el panel de control respecto a puntos o comas como separadores decimales. Sin embargo, en los ficheros de datos y de clculos intermedios, el separador decimal es siempre el punto.
1.2 EJECUCIN
Para ejecutar la aplicacin basta con desplegar el men de Inicio en la barra de herramientas de MSWINDOWS al pie de la pantalla, desplegar Programas y pulsar con el ratn Chac. Como ocurre con los programas de uso frecuente puede ser recomendable
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copiar como acceso directo el chac.exe que se encuentra en la direccin Archivos de programa / Chac
Figura 1 Icono del ejecutable Chac
La primera vez que se ejecuta es necesario definir los parmetros siguientes:
Nmero mximo de estaciones de la mayor serie temporal que se prevea tratar con el programa. Este parmetro, as como los que se indican seguidamente se pueden cambiar en cualquier momento en el men de utilidades. El programa sugiere 300 estaciones
Nmero mximo de aos por serie temporal. El programa sugiere 200 aos. Mes de inicio del ao hidrolgico. El programa sugiere Octubre, que corresponde
al inicio del ao hidrolgico en Espaa. Estos parmetros afectan a todos los proyectos, tanto a los antiguos como a los nuevos.
Una vez puesta en marcha la aplicacin y realizada la configuracin inicial aparece la ventana general de la misma:
Figura 2 Ventana principal de la aplicacin
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En esta ventana aparecen los elementos principales de la aplicacin:
Mens desplegables. Permiten ejecutar las distintas tareas que abarca la aplicacin
Botones: Realizan las mismas tareas que los mens desplegables proporcionando un acceso ms rpido.
Ventana principal: En ella se despliega la informacin durante el uso de la aplicacin.
Mens laterales. En el lateral izquierdo pueden aparecer botones, listas de seleccin y otros elementos, que varan en cada parte del programa.
Al comenzar el trabajo con la aplicacin, la mayora de las opciones de los mens, as como casi todos los botones estn inhabilitados, por no poderse utilizar en tanto en cuanto no se realicen operaciones previas sin las cuales no tienen utilidad. As se ayuda al usuario guindole en el uso de la aplicacin.
1.3 APERTURA DE UN PROYECTO
Para comenzar un trabajo debe crearse un proyecto. Un proyecto es el conjunto de datos, selecciones, resultados, grficos, etc., relacionados con un cierto trabajo. Todas las operaciones realizadas durante el trabajo se almacenan en ficheros internos de manera que el trabajo puede recuperarse en cualquier momento. Todo ello se agrupa bajo un directorio y un nombre con el fin de independizar los distintos trabajos que realice el usuario. Para guiar al usuario dentro de este mtodo de trabajo, cuando se despliega la aplicacin, tal y como aparece en la Figura 2, slo aparecen habilitados los botones y las opciones de men correspondientes a crear un nuevo proyecto y a abrir uno ya existente.
Pulsando el botn de Crear un proyecto nuevo (o desplegando el men correspondiente) aparece la ventana de creacin de proyecto nuevo:
Figura 3 Ventana de definicin del proyecto
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El nombre del proyecto se define mediante el directorio asociado, donde se guardan los ficheros de datos. El nombre del directorio ser el del proyecto. El usuario puede:
1. Seleccionar un directorio existente para crear un proyecto nuevo. La ventana incluye un buscador para elegir directorio de proyecto (pulsar ACEPTAR)
2. Seleccionar un directorio raz del que colgar el nuevo directorio (pulsar CREAR NUEVO)
Figura 4. Ventana para nombrar el proyecto
Una vez tecleado el nombre del proyecto se acepta, quedando creado el proyecto.
Si no se indicase la direccin donde se quiere guardar el proyecto, los directorios de proyectos se crean por defecto en el subdirectorio de proyectos del directorio del programa. No est permitido guardar proyectos en el directorio del programa ni en el directorio proyectos.
1.4 CARACTERSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA:
Los ficheros de datos, tipo LEMA, son ficheros ASCII con extensin .txt en los que se ordenan las series temporales mensuales con las coordenadas del punto de medida (estacin meteorolgica o hidromtrica) con el siguiente formato de datos:
COLUMNAS DATO FORMATO
1-8 Coordenada X-UTM Real o Entero
9 Espacio en blanco
10-17 Coordenada Y-UTM Real o Entero
18 Espacio en blanco
19-25 Cdigo de la Estacin Texto
26 Espacio en blanco
27-29 Tipo de Dato (Ver tabla adjunta) Texto
30 Espacio en blanco
31-34 Ao (4 dgitos) Entero
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COLUMNAS DATO FORMATO
35 Guin (- )
36-37 Ao +1 (2 dgitos) Entero
38-45 Dato del primer mes del ao hidrolgico (octubre en el caso de Espaa) Real
46-53 Dato del segundo mes Real
54-61 Dato del tercer mes Real
62-69 Dato del cuarto mes Real
70-77 Dato del quinto mes Real
78-85 Dato del sexto mes Real
86-93 Dato del sptimo mes Real
94-101 Dato del octavo mes Real
102-109 Dato del noveno mes Real
110-117 Dato del dcimo mes Real
118-125 Dato del undcimo mes Real
126-133 Dato del duodcimo mes Real
134-141 Dato Anual Real
Tabla 1 Formato LEMA de la base de datos HIDRO del CEDEX
La falta de dato se indica con un 100.0.
Estas series temporales se refieren a diferentes tipos de variables como pueden ser humedad, precipitaciones totales mensuales, precipitacin total mxima diaria de cada mes, caudales medios mensuales, mnimos instantneos, etc. El tipo de medida se indica en la cuarta columna mediante un cdigo para el tipo de dato.
El dato de la ltima columna, corresponde al valor anual que ser diferente en funcin del tipo de variable que se est considerando, tal como se resume en la siguiente tabla:
ESTACIONES METEOROLOGICAS CODIGO DATO ANUAL
Horas de sol mensuales (horas) HSM Total
Humedad relativa media diaria mensual (%) HMM Media
Precipitacin mxima diaria mensual (mm/da) PMD Mxima
Precipitacin mensual total (mm) PMT Total
Presin atmosfrica media diaria mensual (mm/da) PRM Media
Radiacin solar media diaria mensual (cal/cm2/da) RSM Media
Temperatura mxima absoluta mensual ( C) TAX Mxima
Temperatura media diaria mensual ( C) TMD Media
Temperatura mxima media diaria mensual (C) TMX Media
Temperatura mnima media diaria mensual (C) TMN Media
Temperatura mnima absoluta mensual (C) TAN Mnima
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Velocidad del viento media diaria mensual (Km/da) VMD Media
ESTACIONES METEOROLOGICAS CODIGO DATO ANUAL
Precipitacin mensual original PMO Suma
Humedad mnima HMN Mnima
Humedad mxima HMX Mxima
Humedad media HMO Media
Humedad media H 07 H07 Media
Humedad media H 13 H13 Media
Humedad media H 18 H18 Media
ESTACIONES EVAPORIMETRICAS
Das de precipitacin mensuales (das) EDP Total
Evaporacin Pich media diaria mensual (mm/da) EVP Media
Evaporacin Tanque media diaria mensual (mm/da) EVT Media
Insolacin Media diaria mensual (horas/da) EIN Media
Velocidad del viento media diaria mensual (km/hora) EVV Media
Precipitacin media diaria mensual (mm/da) EPM Media
Temperatura termmetro hmedo 1 lectura (C) EH1 Media
Temperatura termmetro hmedo 2 lectura (C) EH2 Media
Temperatura termmetro hmedo 3 lectura (C) EH3 Media
Temperatura termmetro seco 1 lectura (C) ES1 Media
Temperatura termmetro seco 2 lectura (C) ES2 Media
Temperatura termmetro seco 3 lectura (C) ES3 Media
Temperatura mxima media diaria mensual (C) ETX Media
Temperatura mnima media diaria mensual (C) ETN Media
Evaporacin total mensual (mm) EVM Total
ESTACIONES DE AFORO
Caudales mximos instantneos mensuales (m3/s) AMI Mximo
Aportaciones mensuales Hm3) AMA Total
Caudales medios mensuales (m3/s) AMQ Media
Caudales medios diarios mximos mensuales (m3/s) AMX Mximo
Caudales medios diarios mnimos mensuales (m3/s) AMN Mnimo
EMBALSES
Reservas mensuales medias 1er o ltimo da (Hm3) BRM Media
Entradas medias mensuales (m3/s) BRE Media
Salidas medias mensuales (m3/s) BSA Media
Caudales naturales simulados BNS Media
CANALES
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Caudales mximos instantneos mensuales (m3/s) CMI Mximo
Aportaciones mensuales (Hm3) CMA Total
CANALES CODIGO DATO ANUAL
Caudales medios mensuales (m3/s) CMQ Media
Caudales medios diarios mximos mensuales (m3/s) CMX Mximo
Caudales medios diarios mnimos mensuales (m3/s) CMN Mnimo
BOMBEOS ESPECFICOS (mm) BME Total
SIMULACIN CHAC
Precipitacin areal PMA Suma
ETP areal ETA Suma
Tabla 2 Cdigos de tipo de dato en ficheros LEMA
A continuacin se muestra un fichero ejemplo con una lnea de cabecera indicativa de las posiciones:
Figura 5. Formato LEMA
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2 UTILIDADES
Dentro de este men podemos encontrar aplicaciones para la importacin de datos desde Excel o Access a formato LEMA, para el cambio de parmetros bsicos, mes de comienzo del ao hidrolgico y dimensiones, as como fijar los directorios de trabajo o el borrado de proyectos.
2.1 GENERACIN DE FICHEROS LEMA
Previa a la carga de los ficheros puede ser necesaria la generacin de stos en el formato adecuado o el establecimiento de las caractersticas del estudio en cuanto a dimensiones y ao hidrolgico. Esto es posible desde la opcin de Utilidades.
Para la Generacin de ficheros LEMA, se siguen los siguientes pasos:
1. Seleccionar la matriz original en Excel o Access con todos los campos necesarios de un fichero LEMA. Deben seleccionarse la matriz de datos y una lnea superior en blanco.
2. Seleccionar copiar.
3. Acceder al men Generacin de ficheros LEMA y pegar.
Figura 6 Generacin de ficheros LEMA
Tras la transformacin de los ficheros en formato LEMA, Chac ofrece la opcin de grabarlos en la direccin deseada pulsando el botn Grabar fichero LEMA
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Figura 7 Fichero de Excel. Primera columna en blanco
Figura 8 Pegado desde el portapapeles de ficheros Excel o Access
Figura 9 Generacin de ficheros LEMA. Primera columna en blanco
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Figura 10 Fichero .txt resultado de la transformacin a LEMA
2.2 PREFERENCIAS
2.2.1 Ao hidrolgico y dimensiones
Puesto que dentro de los objetivos de la difusin de esta aplicacin se encuentra su aplicacin para estudios en cualquier espacio geogrfico, se hace imprescindible ofrecer la posibilidad de escoger para cada proyecto las caractersticas del ao hidrolgico as como las dimensiones del estudio.
Esta opcin se habilita dentro de la seccin de Utilidades, apareciendo el siguiente cuadro tras seleccionar la opcin Preferencias, Ao hidrolgico y Dimensiones Tambin se ejecuta automticamente la primera vez que se abre el programa.
Figura 11 Configuracin inicial de Chac
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2.2.2 Directorio de proyectos
Tambin dentro de Preferencias podemos redireccionar el proyecto escogiendo la opcin de Directorio del proyecto
Figura 12 Redireccionado del proyecto
2.3 BORRAR UN PROYECTO
Por ltimo la opcin Utilidades permite borrar un proyecto completo con todos los ficheros asociados o bien escogiendo solo los de generacin temporal, que son los generales del proyecto o aquellos precedidos por el smbolo $.
Figura 13 Eliminacin de un proyecto
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3 SERIES TEMPORALES
Los botones habilitados con la carga del fichero de datos se corresponden con las opciones del men Series temporales y permiten acceder a los distintos mdulos de clculo de la aplicacin:
Edicin de las series temporales
Dibujo de las series temporales
Cronograma de las series temporales
Estadstico de las series temporales
Dobles acumulaciones entre estaciones
Completado de series temporales
Ponderacin de series LEMA
Leyes de frecuencia
Ponderacin de informes de Leyes de frecuencia
3.1 FICHEROS DE DATOS: SELECCIN DEL FICHERO DE DATOS
Al crearse el nuevo proyecto, se habilita un nuevo botn, el de abrir el fichero de datos:
Figura 14 Botn de carga de ficheros
Tambin se activa la opcin Fichero de datos en el men desplegable de series temporales. Seleccionando esta opcin o pulsando el botn de abrir ficheros, se despliega la ventana de ficheros:
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Figura 15 Ventana de abrir fichero de datos
Pulsando el botn Abrir fichero, se despliega la ventana de seleccin del fichero de datos:
Figura 16 Ventana de seleccin de los ficheros de datos
Seleccionado el fichero, se cargan los datos en memoria, apareciendo en la ventana de datos del fichero:
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Figura 17 Ventana del fichero de datos
Una vez cerrado el fichero con el botn Cerrar, se copian los datos en ficheros de la aplicacin, quedando habilitados los botones y mens de la aplicacin:
Figura 18 Botones de la aplicacin
3.2 EDITAR: EDICIN Y MODIFICACIN DEL FICHERO DE DATOS
Esta opcin permite editar el contenido de la base de datos con el fin de modificar su contenido. Pulsando el botn de Edicin del fichero de datos o seleccionando la opcin Editar del men de Series temporales, se abre la ventana de edicin de los datos:
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Figura 19 Ventana de edicin de datos de series temporales
En esta ventana se dispone de un campo para seleccionar la estacin cuyos datos se quiere editar, directamente por su indicativo. Un cursor permite listar todas las estaciones disponibles en la base de datos. Seleccionada la estacin aparecen sus datos temporales ordenados por aos hidrolgicos. Los valores tanto mensuales como anuales pueden modificarse directamente sobre la tabla. Para anular datos, se les atribuye el valor 100 mediante el botn Poner a 100 seleccionando previamente un rango de casillas con el ratn. Cualquier modificacin solamente se almacena en el fichero de trabajo de la aplicacin, nunca en el fichero original. La aplicacin permite tambin Copiar al portapapeles el fichero de datos.
3.3 DIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALES
Seleccionando esta opcin se despliega la ventana de dibujo de series temporales:
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Figura 20 Ventana de dibujo de series temporales
En esta ventana aparece un campo para la seleccin de la estacin, con un cursor que permite visualizar todas las estaciones disponibles en el fichero LEMA de series temporales cargado. Seleccionada la estacin, se despliega un grfico con aos hidrolgicos en las abscisas y con datos mensuales en las ordenadas, utilizndose como escala de abscisas los aos primero y ltimo de todas las series de estaciones contenidas en el fichero LEMA; como escala de ordenadas se utiliza el mximo valor de los datos mensuales de todas las series. Ambas escalas pueden modificarse en funcin de la serie de datos a representar. As, la escala de ordenadas puede ajustarse automticamente al rango de datos escogiendo la opcin Auto del cuadro Escala Y, mientras en el caso de las abscisas, el usuario puede establecer los aos que desea que se representen mediante la opcin AMPLIAR
Tambin se dispone del botn Imprimir grfico que permite volcar el grfico desplegado en pantalla por impresora.
3.4 CRONOGRAMA
Seleccionando esta opcin se despliega la ventana del cronograma mensual:
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Figura 21 Ventana del cronograma
El cronograma, en el que se representan los periodos cubiertos por las series temporales del conjunto de las estaciones (aos hidrolgicos en abscisas y estaciones en ordenadas) es til para estudiar los periodos comunes de existencia de datos de las estaciones, con el fin de determinar el periodo de estudio comn a todo el conjunto o parte de l. Puede volcarse a impresora mediante el botn Imprimir grfico de la izquierda de la ventana.
3.5 ESTADSTICO
Esta opcin abre la ventana del estadstico:
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Figura 22 Estadstico de las series temporales
El estadstico presenta, para cada estacin de la base de datos, un listado de las siguientes variables estadsticas calculadas para la serie anual:
Nmero total de aos con datos de cada estacin
Nmero de aos completos, es decir, con datos en todos los meses
Valor medio de toda la serie anual
Coeficiente de variacin de la serie anual
Coeficiente de sesgo de la serie anual
Mediante el botn Imprimir puede volcarse el estadstico a impresora.
Tambin aqu es posible copiar los datos del estadstico al portapapeles mediante la opcin Pegar al portapapeles
CLCULO DE ESTADSTICOS
Media =
=
n
i
ix n
xm1
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CLCULO DE ESTADSTICOS
Coeficiente de variacin x
x
mCV =
Coeficiente de Sesgo =
=
n
i
xi mxn
CS1
3
3)(1
3.6 DOBLES ACUMULACIONES
El mtodo de las dobles acumulaciones es una tcnica para valorar la consistencia de una serie temporal en funcin de otra serie de referencia. Para su aplicacin se toman las dos series de datos durante el periodo comn de registro, comparndose en un diagrama x, y sus series acumuladas. Si la relacin entre las dos series se ha mantenido estable, es decir, a los incrementos de una corresponden los proporcionales en la de referencia, la representacin mostrar una tendencia lineal. En caso contrario, la presencia de quiebros y saltos indica cambios en la relacin entre las series de datos y por tanto posibles errores.
Chac permite efectuar el anlisis de dobles acumulaciones entre estaciones para el estudio de la correlacin de sus datos mediante la opcin Dobles acumulaciones dentro del men de Series temporales.
En primer lugar deben agruparse las estaciones en grupos de estaciones homogneas:
Figura 23 Ventana de creacin de grupos de estaciones homogneas
Decidido el nmero de grupos de estaciones homogneas, aparece la ventana de formacin de los grupos de estaciones:
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Figura 24 Ventana de formacin de los grupos de estaciones
Esta ventana presenta campos para formar los grupos seleccionando las estaciones con el ratn, e incluyndolas en cada grupo mediante las flechas. Permite rectificar la decisin de incluir o no una estacin en un grupo, as como modificar el nmero de grupos.
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Figura 25 Constitucin de un grupo de estaciones homogneo
Para facilitar la constitucin de los grupos de estaciones, se cuenta con dos ayudas:
Grfica o plano de la situacin de las estaciones. Permite estudiar la proximidad de las estaciones y la formacin de los grupos.
Estadstico de las estaciones. Permite comparar los estadsticos en la formacin de los grupos.
En cualquier momento puede cambiarse el nmero de grupos. Tambin se dispone de un botn para Imprimir la situacin de las estaciones.
Una vez constituidos los grupos, se aceptan con el botn Aceptar, apareciendo la ventana de dobles acumulaciones en la que se representan los porcentajes de las series acumuladas de las estaciones seleccionadas. Solo se representarn las series acumuladas de datos contemporneos de las estaciones seleccionadas:
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Figura 26 Ventana de dobles acumulaciones
Para obtener la dobles acumulaciones entre las estaciones de un grupo, basta con escoger el grupo en el campo de grupos, y seleccionar las estaciones a relacionar en cada eje con el ratn, obtenindose inmediatamente el grfico de porcentaje de series acumuladas ao a ao en la ventana de la derecha. Puede efectuarse el estudio entre los datos de una estacin y los de la MEDIA del grupo, calculada con el resto de estaciones del mismo grupo. Se dispone de botones para Imprimir los grficos, para Volver a la ventana de constitucin de los grupos en el caso en que a la vista de las dobles acumulaciones fuera necesario, y para pasar al mdulo de Completado de datos.
3.7 COMPLETADO DE DATOS
Para completar las lagunas en las series de datos, se utiliza el men Completado de datos. A partir de un modelo de regresin bivariado con estacionarizacin previa mensual de las series de datos (CORMUL) se completan, bajo determinadas condiciones impuestas por el usuario, las lagunas existentes en las series de datos de un fichero LEMA.
La secuencia de clculos para la realizacin de la correlacin mltiple queda especificada en el fichero de resultados intermedios. En primer lugar aparecen las matrices correspondientes a los datos mensuales de las estaciones seleccionadas para el completado en el periodo de estudio escogido. Son estaciones seleccionadas aquellas que tienen ms de cinco datos en cada uno de los doce meses en ese periodo seleccionado.
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La eleccin de la pareja de estaciones que va a ser utilizada para el completado de cada una de las lagunas de una estacin dada se basa en considerar un umbral mnimo del coeficiente de correlacin mltiple ponderado segn la expresin de la matriz de priorizacion.
FASES OPERATIVAS DEL COMPLETADO DE DATOS
1. Estacionarizacin de las series de datos de precipitacin:
j
jjiji S
xxt
=,
, ti,j es una serie estacionaria en media y varianza sin tendencias estacionales. Siendo:
=
=
N
jjij xN
x1
,1
( )=
=
N
jjjij xxN
S1
2,
1
Donde jix , : Precipitacin para el mes j del ao i
jx : Media del mes j
N: Nmero de aos de la serie
jS : Desviacin tpica del mes j
2. Establecimiento de la ecuacin de regresin: Expresa los valores ti,j3 de una estacin como funcin de los de otra pareja de estaciones (ti,j1 ti,j2):
( ) ( ) jijijijijijiji ttattatt ,2,2,21,1,13,3, +++= Donde: 1, 2, 3 corresponden al nmero de orden de estacin
1a y 2a son los coeficientes de regresin parcial funcin de los coeficientes de correlacin simple r1,3 r2,3 r1,2 ji , es un ruido independiente de distribucin normal con media 0 y desviacin tpica S
1, jit , 2
, jit , 3
, jit valor medio de la serie estacionarizada de cada estacin. Su valor ser 0
3. Proceso de completado segn la matriz de priorizacin que permite la eleccin de la pareja de estaciones (i, j) con que se completa una tercera (k) en funcin de su correlacin y el nmero de datos comunes entre las tres estaciones:
a
ciclo
kkk
NNijRijPij
=
Siendo: Pijk Coeficiente de correlacin mltiple ponderado por el nmero de meses con datos comunes. Coeficiente de priorizacin
Rijk Coeficiente de correlacin mltiple entre la estacin k y las estaciones i y j.
Nijk Nmero de meses con datos comunes entre las series correspondientes a las estaciones i, j y k.
Nciclo Nmero de meses total del ciclo de completado.
a Exponente de priorizacin.
4. Desestacionarizacin de las series de datos
jijjji tSxx ,, +=
El resto de informacin que aparece en el informe de resultados intermedios es la siguiente:
1- Serie de precipitaciones estacionarizadas
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SERIES DE PRECIPITACIONES ESTACIONARIZADAS ******************************************
ESTACION N. 08308 AO OCTU NOVI DICI ENER FEBR MARZ ABRI MAYO JUNI JULI AGOS SEPT 1965 1.485 .154 -.153 .838 .325 -.997 .464 -.368 .232 .606 -1.006 -.633 1966 -.026 -.568 -.847 -.110 .325 -.081 .080 -.886 -.865 -.833 .778 -.932 1967 -.626 2.730 -.847 -.845 .578 -.106 -.339 -.548 .194 -.801 -.129 -.962 1968 -1.154 .216 -.103 999.0 1.613 .024 .736 -.215 .201 -.785 -.886 .702 1969 1.312 .146 -.177 2.490 -1.467 -.567 -1.041 -.632 -.679 .146 -.749 -1.082 1970 -.339 -.652 .041 .199 -.922 -.081 1.739 2.782 -.808 .341 -.359 1.693 1971 1.776 .020 2.566 .361 -.751 .133 -1.593 .675 -.997 -.289 -.036 1.654 1972 -.162 .597 -.574 -.667 -1.539 -.821 -.294 -.528 2.303 .280 -.876 .598 1973 -.459 -.755 -.403 -.811 -.077 2.758 1.337 -.839 -.581 -.548 .793 -1.082 1974 -.579 -.928 -.822 -.869 1.150 .683 -1.254 .276 1.468 -.833 -.075 .092 1975 -1.227 -.959 1.321 -.585 .768 -.946 .167 .283 -.468 2.718 2.547 -.049
Figura 27 Serie de precipitaciones estacionarizadas para la estacin 08308
2- Matriz de coeficientes de regresin parcial y matriz de datos comunes. La primera matriz representa los coeficientes de regresin parcial entre parejas de estaciones. El orden de las filas y columnas corresponde al orden de la estacin en el fichero original LEMA. La matriz de datos comunes indica el nmero de meses con medidas simultneas en las parejas de estaciones.
MATRIZ COEFICIENTES DE REGRESION PARCIAL ****************************************
1.00 .63 .66 .79 .75 .79 .51 .83 .63 1.00 .72 .72 .67 .75 .86 .50 .66 .72 1.00 .76 .76 .83 .68 .63 .79 .72 .76 1.00 .76 .78 .60 .65 .75 .67 .76 .76 1.00 .79 .57 .68 .79 .75 .83 .78 .79 1.00 .66 .75 .51 .86 .68 .60 .57 .66 1.00 .43 .83 .50 .63 .65 .68 .75 .43 1.00 MATRIZ DATOS COMUNES ********************
131 114 93 98 85 91 129 130 114 115 77 91 74 75 113 114 93 77 94 61 62 66 92 93 98 91 61 99 66 59 99 98 85 74 62 66 86 72 84 85 91 75 66 59 72 92 90 91 129 113 92 99 84 90 130 129 130 114 93 98 85 91 129 131
Figura 28 Matriz de coeficientes de regresin parcial y matriz de datos comunes
3- Matriz de correlacin mltiple y matriz de datos comunes para la estacin
MATRIZ CORRELACION MULTIPLE ESTACION N.08308 ******************************************
.00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .70 .80 .77 .79 .64 .87 .00 .00 .00 .80 .76 .79 .67 .85 .00 .00 .00 .00 .82 .84 .79 .89 .00 .00 .00 .00 .00 .81 .75 .87 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .79 .87 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .85 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 MATRIZ NUM. DATOS COMUNES ESTACION N.08308 ******************************************
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 76 90 73 74 112 113 0 0 0 60 61 65 91 92 0 0 0 0 65 58 98 97 0 0 0 0 0 71 83 84 0 0 0 0 0 0 89 90 0 0 0 0 0 0 0 128 0 0 0 0 0 0 0 0
Figura 29 Matriz de correlacin mltiple y matriz de datos comunes para la estacin 08308.
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4- Las matrices con cabecera eleccin pareja de estaciones indican para cada estacin a completar y mes, las estaciones seleccionadas por el indicativo orden. Son dos matrices por tratarse de una regresin bivariada. El valor 0 representa la ausencia de estacin para el completado.
ELECCION PAREJA DE ESTACIONES *****************************
ESTACION N. 08308 AO OCTU NOVI DICI ENER FEBR MARZ ABRI MAYO JUNI JULI AGOS SEPT 1965 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1966 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1967 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1968 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1969 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1970 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1971 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1972 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1973 4 4 6 4 6 6 6 6 6 6 6 6 1974 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 1975 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
AO OCTU NOVI DICI ENER FEBR MARZ ABRI MAYO JUNI JULI AGOS SEPT 1965 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1966 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1967 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1968 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 6 1969 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1970 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1971 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1972 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1973 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1974 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1975 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
Figura 30 Eleccin de pareja de estaciones para la estacin 08308
Se puede acceder a completar los datos bien directamente desde el men Completado de datos o desde el mdulo de Dobles acumulaciones. En el primer caso, el proceso de completado se inicia con todas las estaciones del fichero de datos, mientras que si se accede por el men de dobles acumulaciones, el completado se efectuar a partir de la unin de los grupos de estaciones generados previamente. Si se accede directamente por el mdulo de completado, se despliega inicialmente la ventana de seleccin de estaciones a completar:
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Figura 31 Ventana de seleccin de estaciones a completar
Al igual que la ventana de dobles acumulaciones, esta ventana dispone del plano de situacin de las estaciones y del estadstico para facilitar la seleccin. La seleccin se realiza directamente con el ratn y los botones flecha. Al pulsar Proceder al Completado de Datos, se despliega la ventana de parmetros del completado:
Ao inicial que se completa
Ao final que se completa
Exponente de priorizacin
Umbral de priorizacin
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Figura 32 Ventana de parmetros del completado
Se Acepta y aparece, cuando sea preciso, una ventana de aviso por rechazo de estaciones:
Figura 33 Ventana de aviso de estaciones desechadas para el completado
Al aceptar la eliminacin de estaciones propuesta, se efecta el completado. El nuevo fichero de precipitaciones completadas se almacena en fichero ASCII con nombre genrico Series Completadas.txt y formato LEMA. El cdigo pasa a ser PMC, en lugar de PMT, para distinguir el completado del original. La presentacin de resultados se muestra en la ventana final:
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Figura 34 Ventana del fichero de datos completados
Se dispone de un botn de vuelta atrs por si el resultado no fuera satisfactorio, otro para Copiar el fichero resultado al portapapeles, as como de otro para realizar el Estadstico de los datos completados:
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Figura 35 Estadstico de los datos completados
3.8 PONDERACIN DE SERIES LEMA
Este mdulo permite la ponderacin y clculo de series de variables hidrolgicas, por ejemplo para el clculo de una precipitacin media areal. La asignacin es estacin-peso, wi, ponderando toda la serie de cada estacin ( iP ). La media areal se obtiene segn la formulacin:
ii PyxP = ),( Escogiendo la opcin Ponderacin de series Lema dentro de Series Temporales se accede a Ponderacin directa. Al pulsar esta opcin se despliega la ventana siguiente:
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Figura 36 Seleccin de estaciones para el clculo areal
De nuevo, como para las dobles acumulaciones, podemos escoger las estaciones seleccionadas para el estudio pinchando sobre la flecha. Tras aceptar la seleccin, aparece la ventana en que deben indicarse por teclado los pesos asignados a cada estacin.
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Figura 37 Pesos para el clculo areal
Tras asignar los pesos y pulsando el botn de Generar fichero de datos areales, se pasa a la siguiente ventana en la que debe indicarse el ciclo anual de clculo, las coordenadas y el cdigo del punto al que se asignar el valor areal obtenido. Por ejemplo, el cdigo de una estacin de aforos si lo que se pretende representar las precipitaciones medias areales de esa cuenca vertiente.
Figura 38 Periodo de generacin de datos areales
Al aceptar, Chac genera el fichero con formato .txt de datos ponderados y automticamente presenta en pantalla una ventana para direccionar y guardar tanto ste
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como el fichero de pesos de forma que ms adelante podremos recuperar este ltimo para nuevos clculos sin ms que acceder a Recuperar fichero de datos dentro de Ponderacin de series LEMA
Figura 39 Fichero de salida de datos ponderados
Figura 40 Fichero de pesos
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Figura 41 Recuperacin del fichero de pesos previamente grabado
Figura 42 Recuperacin del fichero de pesos
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3.9 LEYES DE FRECUENCIA
Los estudios de frecuencia de series temporales anuales se realizan desde este men, Leyes de Frecuencia, que se ha estructurado de la siguiente manera:
LEYES DE FRECUENCIA
FRECUENCIA NO PARAMTRICA:
Gringorten 12.044.0
+
=
niP
Siendo: i: orden del dato en la serie ordenada de mayor a menor n, nmero total de datos anuales en la serie
LEYES DE FRECUENCIA DE AJUSTE PARAMTRICO: Chac calcula la siguientes funciones permitiendo el ajuste de
parmetros indicado para cada una:
FUNCIN: TIPOS DE AJUSTE POSIBLES
NORMAL:
2 parmetros : -Media -Escala
( )2x
21
e21xf
= Momentos
GUMBEL 2 Parmetros: -Localizacin, -Escala Coeficiente de sesgo=1,14
=
=
ux
ux
eux
e
exf
exF
1)(
)(
Momentos
Mxima verosimilitud
Momentos ponderados probabilsticamente
SQRT
2 Parmetros: -Forma -Escala
( )[ ]0)(
1
=
+
xexF
xexk Mxima verosimilitud
LogPEARSON III
3 Parmetros: -Localizacin -Escala -Forma
( ) ( )
0
)(
1)( 1
>
=
r
euxr
xfux
rr
Individual con sesgo muestral
GEV
3 Parmetros: -Localizacin -Escala -Forma
kuxk
euxkxf
exFk
k
uxkk
uxk
+>>
=
=
,0,0
11)(
)(1
1
111
1
Momentos
Mxima verosimilitud
Momentos ponderados probabilsticamente
Siendo para todas ellas los parmetros:
: Parmetro de escala
K: Parmetro de forma
u: Factor de localizacin
MOM: por momentos (tipo de ajuste utilizado por defecto) o LMOM por momentos de los logaritmos
ML: por mxima verosimilitud
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LEYES DE FRECUENCIA
PWM: por momentos ponderados probabilsticamente
Mxima verosimilitud fijando sesgo
Ajuste individual con sesgo muestral
Al seleccionar esta opcin mediante el botn correspondiente o el men Leyes de frecuencia se despliega la ventana:
Figura 43 Ventana de leyes de frecuencia
En ella se dispone de un campo con cursor para seleccionar la estacin, as como botoneras para seleccionar el tipo de ley de frecuencia y el mtodo de clculo.
Los mtodos de clculo propuestos para cada ley son los descritos previamente y aparecern activos unos u otros en funcin de la ley escogida. Tambin se generar un grfico con la escala adecuada (normal o Gumbel):
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Figura 44 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel Gumbel
Figura 45 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel normal
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Figura 46 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin NORMAL
Figura 47 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Gumbel
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Figura 48 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin SQRT et max
Figura 49 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Log Pearson III
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Figura 50 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin GEV
Se dispone de botones para Imprimir el grfico y los valores de la distribucin.
Para cada estacin analizada, Chac genera un fichero informe que consta de una cabecera con los datos muestrales, los mismos datos ordenados de menor a mayor, la probabilidad de ocurrencia utilizando la frmula de Gringorten y los parmetros y cuantiles derivados del ajuste paramtrico de la funcin de distribucin seleccionada. Por defecto se asume que el nombre de los ficheros corresponde al cdigo de la estacin seguido de .txt.
40 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Figura 51 Fichero informe de leyes de frecuencia
3.10 PONDERACIN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA
La ponderacin de los cuantiles de las leyes de frecuencia se realiza desde un men distinto al de la ponderacin anterior de ficheros LEMA. En este caso los datos a ponderar son los cuantiles de las leyes de frecuencia que se encuentran en los informes del directorio de trabajo. Chac identifica estos informes y los cdigos de estaciones aparecen en el men para seleccionar las estaciones y asignar los pesos. La seleccin se lleva a cabo utilizando los botones flecha como en mens anteriores.
41 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Figura 52. Seleccin de estaciones para ponderacin de cuantiles de leyes de frecuencia
Figura 53. Asignacin de pesos a las estaciones
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Figura 54. Ventanas para guardar fichero de resultados y pesos
En el fichero de resultados aparecen los cuantiles ponderados en una nica columna. El orden de estos datos corresponde al de las probabilidades asociadas a los periodos de retorno 2, 5, 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000 y 20000 aos.
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4 CALCULO DE APORTACIONES
El apartado de Clculo de aportaciones permite la obtencin de los valores de evapotranspiracin potencial (ETP) as como la transformacin de los datos de precipitacin mensuales en aportaciones mediante la aplicacin del modelo de Tmez.
4.1 OBTENCIN DE LA ETP
4.1.1 Mtodos de clculo
Se considera como evapotranspiracin potencial o del cultivo de referencia a la tasa mxima a la que se podra evapotranspirar agua bajo condiciones ptimas de suministro con el suelo existente. Accediendo al men de ETP dentro de la opcin de Clculo de aportaciones, el programa permite el clculo de la evapotranspiracin potencial por tres mtodos diferentes, dos de ellos experimentales (Thornthwaite y Blaney-Criddle) y un tercero fsicamente basado (Penman Monteith)
Figura 55 Ventana de clculo de la ETP
44 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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CLCULO DE LA ETP
Mtodo de Thornthwaite.
aTCETP = a
ITbETP
=
102,16
Donde: I: ndice de calor anual =
=>
12
1
51,1
5:0
i
ii
TICT
a: exponente de la formulacin 2 00000,0000077,00179,049,0)( IIIfa ++==
b: nmero de horas de sol mensuales ),( declatfb =
Mtodo de Blaney-Criddle.
( )13,846,0 += Tpf
41,10043,0 mn, = Nnha r
2,min,min,
2,min,2,min,
0005967,00059684,0
065649,00705,10040922,081917,0),,(
drr
drdr
uhNnh
uNnhu
Nnhfb
++
++++==
Siendo: f, factor de consumo
T, temperatura media mensual en C
p, porcentaje medio de horas de sol con relacin al ao
hr,min la humedad relativa media de las mnimas diarias
n/N el ratio entre las horas de sol reales y las mximas posibles
ud,2 la velocidad del viento media diurna (7 a 19h) medida a 2 m de altura
Mtodo de Penman Monteith
( ) ( )
++
+=
a
cvw
a
aspan
r
rrl
reecGR
ETP1
rcc ETPKETP =
2
208)(
6924
200)(
uufr
rhLAI
LAILAIfr
a
c
herbceo
c
==
=
=
==
)(07,0)(38,0
1,,
1,,
=
=
nmesnmes
ndanda
TTGTTG
Donde: ra, la resistencia aerodinmica a los flujos de vapor y calor sensible
rc, la resistencia a los flujos de vapor a travs de la planta y superficie evaporante, f(tipo de planta, estado y cobertura)
45 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Puesto que cada metodologa se basa en unos parmetros y datos meteorolgicos, el programa requerir unos ficheros de datos de entrada diferentes. As:
1. Si se selecciona el clculo por Thornthwaite aparecern activos los botones de parmetros y Temperaturas y al pinchar sobre ellos aparecer un cuadro de dialogo donde deberemos indicarle la direccin de dichos ficheros.
Figura 56 Clculo de la ETP por Thornthwaite
2. Si la opcin de calculo de la ETP escogida es alguna de las otras dos posibles, aparecern activos tambin los botones de Humedad, Horas de Sol y Velocidad del Viento. En el caso de Blaney Criddle la humedad es la media de las mnimas diarias, mientras que para Penman Monteith es la media de las medias diarias.
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Figura 57 Clculo de la ETP por Blaney Criddle
4.1.2 Descripcin de los ficheros para el clculo de la ETP:
Los ficheros necesarios para el clculo de la ETP as como sus formatos, son los que se describen a continuacin
1. Fichero de parmetros: Es el mismo para las tres metodologas; su formato es:
Figura 58 Fichero de parmetros para el clculo de la ETP
Es importante que la alineacin de los cdigos de estacin sean idnticas a los empleadas en el campo correspondiente del fichero LEMA de datos originales. El orden y tipo de parmetros incluidos es:
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COLUMNAS DATO FORMATO
1-7 Cdigo de la Estacin Texto
8 Espacio en blanco
9-15 Longitud: signoGGMMSS Entero
16 Espacio en blanco
17-23 Latitud: signoGGMMSS Entero
24 Espacio en blanco
25-32 Altura del anemmetro Real(1 decimal)
33 Espacio en blanco
34-41 Albedo Real(2 decimal)
42 Espacio en blanco
43-50 Cociente entre las velocidades diurna y nocturna
Real(1 decimal)
51 Espacio en blanco
52-59 Altitud de la estacin (msnm) Real(1 decimal)
Tabla 3 Descripcin del formato del fichero de parmetros
2. Temperaturas medias: El cdigo del tipo de datos es TMD, temperatura media diaria mensual:
Figura 59 Fichero de temperaturas para el clculo de la ETP
3. Humedades relativas: Tanto este fichero como los siguientes se emplean solo para el clculo de la ETP por los dos ltimos mtodos.
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En el caso de la metodologa de Penman Monteith el cdigo del tipo de dato es HMM indicativo de humedad relativa media diaria mensual:
Figura 60 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Penman Monteith
Para el clculo de la ETP segn Blaney Criddle el dato ser de humedad relativa media mensual de las mnimas diarias cuyo cdigo es HMN:
Figura 61 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Blaney Criddle
4. Horas de sol: Con indicativo HSM de horas de sol mensuales y formato:
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Figura 62 Fichero de horas de sol para el clculo de la ETP
5. Velocidad del viento: ltimo fichero cuyo cdigo es VMD de velocidad del viento media diaria mensual y su formato es:
Figura 63 Fichero de velocidad del viento para el clculo de la ETP
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4.2 MODELO DE TMEZ
Para llevar a cabo la transformacin de precipitaciones en escorrentas, Chac aplica en el apartado de Clculo de aportaciones el modelo de Tmez (Tmez, 1977; Estrela, 1993). Se trata de un modelo agregado de simulacin continua de pocos parmetros y de paso mensual. Simula los principales procesos de transferencia de agua en el ciclo hidrolgico considerando dos almacenamientos, suelo y acufero.
Precipitacin
Excedente
Escorrentasuperficial
Escorrentasubterrnea
Infiltracin Escorrenta total
ACUIFEROZona saturada
SUELO Zona no saturada VEGETACION
PRINCIPIO DE CONTINUIDAD O CONSERVACION DE MASA
Precipitacin
Excedente
Escorrentasuperficial
Escorrentasubterrnea
Infiltracin Escorrenta total
ACUIFEROZona saturada
SUELO Zona no saturada VEGETACION
PRINCIPIO DE CONTINUIDAD O CONSERVACION DE MASA
Figura 64 Esquema del Modelo de Tmez
PROCESO DE CLCULO MENSUAL DEL MODELO DE TMEZ
Siendo:
P0: Umbral de escorrenta. mm Hmx: Parmetro de humedad mxima. mm/mes C: Parmetro de excedente. Imx: Parmetro de infiltracin mxima. mm/mes : Parmetro coeficiente de descarga del acufero. das-1 K: Parmetro coeficiente de uso de suelo medio sobre ETP Pi: Precipitacin; mes (i). mm Hi-1: Humedad antecedente; mes (i-1). mm EPi: Evapotranspiracin potencial, afectada por el coeficiente de usos de suelo; mes (i). mm ERi: Evapotranspiracin real; mes (i). mm Ti: Excedente; mes (i). mm Vi: Volumen almacenado; mes (i). mm Ii: Infiltracin; mes (i). mm ASUP_i: Escorrenta superficial; mes (i). mm ASUB_i: Escorrenta subterrnea; mes (i). mm Qi: Caudal subterrneo; mes (i). m3/s ATOT_i: Escorrenta total; mes (i). mm
Umbral de escorrenta, Po ( )10 = imx HHCP
Excedente, Ti ( )
oi
oiioi
ioi
PPPPTPP
TPP
2
02
+
=>=
siendo
ii EPHH += 1max Balance de agua en el suelo, Hi ( )iiiii EPTPHMaxH += 1,0 Evapotranspiracin real, ERi ( )iiiii EPTPHminER ,1 +=
51 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Infiltracin, Ii mxi
imxi IT
TII+
=
Aportacin superficial, ASUP_i iiiSUP ITA =_
Caudal drenado por el acufero, Qi ii VQ = 21
t
it
ii eReQQ
+=
Aportacin subterrnea, ASUB_i tRVVA iiiiSUB += 1_
Aportacin total, ATOT_i iSUBiSUPiTOT AAA ___ += VARIANTES DEL MODELO
Siendo
Parmetro nmero de das con precipitacin Dos ramas de descarga del acufero 1: Parmetro coeficiente de descarga del acufero. das-1 2: Parmetro coeficiente de descarga del acufero. das-1 Parmetros reparto de recarga. Tanto por uno
4.2.1 Calibracin
Este apartado facilita el ajuste del modelo mediante la calibracin de los parmetros Hmx, C, Imx, y coeficiente de cultivo, apoyndose en evaluacin de errores y en la comparacin visual de los hidrogramas observados y simulados. Bajo el epgrafe de Calibracin, Chac permite llevar a cabo dos procesos bsicos en la aplicacin de modelos para el clculo de aportaciones. Son:
- Calibracin: Ajuste de los parmetros del modelo durante un periodo por comparacin entre valores simulados y los caudales reales medidos en estaciones de aforo. Comprobacin de la capacidad descriptiva del modelo
- Validacin: Comprobacin de la capacidad predictiva del modelo aplicando los parmetros de la calibracin durante un periodo no empleado para sta
Dentro del mdulo de Clculo de aportaciones se accede al apartado de Calibracin presentndose la siguiente ventana:
Parmetro del modelo
Periodo de calibracin
Fichero de caudales para CALIBRACIN
Figura 65 Calibracin. Datos iniciales
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En este punto debern seleccionarse los ficheros de datos de entrada al modelo de Precipitaciones areales (cdigo PMA) y ETP areal (cdigo ETA) previamente calculados, as como el fichero de Caudales registrados (cdigo AMQ). Adems, debe indicarse el periodo de calibracin (validacin) as como la superficie de cuenca, el nmero de das de lluvia por mes y el nmero de ramas de descarga (mximo: 2).
Tras aceptar, aparece la ventana que permitir tantear el ajuste de parmetros. Se muestra la grfica de evolucin en el ao hidrolgico medio de los caudales simulados y los histricos. Chac permite modificar los parmetros del modelo para ajustar los caudales simulados a los reales. En la parte superior de la ventana de contraste del ao medio se da informacin sobre distintos trminos de error.
Valores Valores observadosobservados
Valores Valores simuladossimulados
Errores entre valores observados y calculadosErrores entre valores observados y calculados(OBJETIVO: minimizar errores)(OBJETIVO: minimizar errores)
Valores Valores observadosobservados
Valores Valores simuladossimulados
Errores entre valores observados y calculadosErrores entre valores observados y calculados(OBJETIVO: minimizar errores)(OBJETIVO: minimizar errores)
Figura 66 Calibracin o validacin de parmetros
Los errores calculados entre caudales simulados y reales Chac corresponden a la siguiente formulacin:
Trminos de error Error medio: Para cuadrar volmenes medios
%
__
=
mesesi sim
iobsisim
QnQQ
e
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Trminos de error Error cuadrtico relativo: ndice del ajuste en caudales bajos
nQ
ecr mesesi isimiobsisim
=
2
_
__
Error cuadrtico estndar: ndice del ajuste en caudales altos ( )
2
2__
sim
mesesiiobsisim
Qn
QQect
=
Desde Grficos se accede a las pantallas bsicas para el ajuste de los parmetros. stos pueden ser:
GRFICOS CALIBRACIN
Hidrograma de ao medio
Caudal registrado menos Caudal simulado (Datos anuales)
Caudal registrado y Caudal simulado (Datos anuales)
Caudal registrado y Caudal simulado (Datos mensuales)
Residuos (Datos mensuales)
Precipitacin (Datos mensuales)
Precipitacin y ETP (Datos mensuales)
ETP y ETR (Datos mensuales)
Precipitacin y ETR (Datos mensuales)
Caudales registrados (Datos mensuales)
Caudales simulados y Caudales subterrneos (Datos mensuales)
Tabla 4 Grficos de calibracin
54 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Figura 67 Generacin de grficos tras la calibracin. Hidrograma de ao medio
Figura 68 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (ao)
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Figura 69 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (mes)
Desde la ventana de Grficos de datos calibrados se puede Volver Atrs, Salir, Imprimir los grficos y en algunos casos modificar la escala horizontal mediante la opcin Ampliar. En esta opcin se pueden indicar los aos inicial y final de la serie a representar.
Figura 70 Ampliar escala abscisas en Grficos
Ficheros de resultados de calibracin ResultadosSimula.txt: Parmetros de simulacin $APORC.tmp: Caudales totales simulados en m3/s $APSUB.tmp: Caudales subterrneos simulados en m3/s $ETP1.tmp: ETP en mm afectada por el coeficiente de cultivo $EREAL.tmp: ET real en mm $HUMEDAD.tmp: Humedad del suelo en mm a final de mes $VOLSUB.tmp: Volumen en acufero en Hm3 a final de mes
56 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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$RESIDUO.tmp: Residuos mes absolutos (simulado-histrico) Incluye el ao medio
Tabla 5 Ficheros resultado de la calibracin
4.2.2 Simulacin
Una vez calibrado y validado el modelo de evaluacin de recursos, se pasa a la simulacin con los parmetros ajustados previamente cuyo fin puede ser:
Completar y ampliar las series de registros histricos de caudales
Simular los recursos hdricos en cuencas no aforadas
Prediccin de caudales considerando series meteorolgicas dadas
Tras acceder al mdulo de Simulacin en Clculo de aportaciones, se despliega la ventana de seleccin de ficheros de clculo para la simulacin
Periodo de SIMULACINPeriodo de SIMULACIN
Fichero de caudales SIMULADOSFichero de caudales SIMULADOS
Periodo de SIMULACINPeriodo de SIMULACIN
Fichero de caudales SIMULADOSFichero de caudales SIMULADOS
Figura 71 Datos de entrada para la simulacin
Al igual que en la calibracin, se cargan los ficheros y datos requeridos y se Acepta. A continuacin se despliega la ventana de Simulacin
57 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Figura 72 Simulacin
En ella deben seleccionarse los valores de los parmetros previamente calculados en la fase de calibracin para Calcular los Caudales simulados.
58 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Figura 73 Generacin de grficos de simulacin. Hidrograma de ao medio
Desde esta ventana se puede Volver atrs, Imprimir, Salir y en algunos casos, igual que suceda en los grficos de calibracin, Ampliar la escala horizontal indicando el periodo a representar. Chac genera una serie de ficheros resultado de la Simulacin que son:
Ficheros de resultados de simulacin ResultadosSimula.txt: Parmetros de simulacin CaudalesSimulados.txt : Caudales totales simulados en m3/s $APORC.tmp: Caudales totales simulados en m3/s $APSUB.tmp: Caudales subterrneos simulados en m3/s $ETP1.tmp: ETP en mm afectada por el coeficiente de cultivo $EREAL.tmp: ET real en mm $HUMEDAD.tmp: Humedad del suelo en mm a final de mes $VOLSUB.tmp: Volumen en acufero en Hm3 a final de mes $RESIDUO.tmp: Residuos mes absolutos (simulado-histrico) incluye el ao medio
Tabla 6 Ficheros resultado de la simulacin
Como en el apartado anterior pueden editarse una serie de grficos con los resultados de este proceso. stos pueden ser:
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GRFICOS SIMULACIN
Hidrograma de ao medio
Precipitacin (Datos mensuales)
Precipitacin y ETP (Datos mensuales
ETP y ETR (Datos mensuales)
Precipitacin y ETR (Datos mensuales)
Caudales simulados y Caudales subterrneos (Datos mensuales)
Tabla 7 Grficos de simulacin
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5 SIMULACIN DE CRECIDAS:
5.1 MTODO RACIONAL
El mtodo racional estima el caudal punta que puede producir una cuenca en funcin del rea de la cuenca, A, la intensidad de lluvia mxima diaria, I, y un coeficiente de escorrenta, C, funcin de las caractersticas geolgicas y de vegetacin. La versin que emplea Chac es una modificacin de la formulacin clsica (Temez, 1991) que permite su aplicacin para pequeas cuencas con tiempos de concentracin menores a 24 horas y de hasta 3000 km2.
SIMULACIN DE CRECIDAS: MTODO RACIONAL MODIFICADO
El mtodo racional modificado est calibrado en Espaa para cuencas de hasta 3000 km2 en rgimen natural y su expresin general responde a la siguiente formulacin:
6,3KAICQ =
Siendo:
Q: Caudal mximo en m3/s
C: Coeficiente de escorrenta
P0:Umbral de escorrenta
2)11()23()(
od
odod
PPPPPP
C+
+=
P0:Precipitacin diaria
I la intensidad de lluvia considerada en mm/h128
28
11,0
1,01,0
=
cT
d
Tc
II
IdI
A el rea de la cuenca drenante a cada punto de control en km2
K el coeficiente de uniformidad
Para el clculo del caudal mximo de un periodo de retorno dado es necesario disponer de:
Datos de precipitaciones mximas diarias
Parmetro regional de torrencialidad: intensidades medias horarias/ intensidades medias diarias
dII1
rea de la cuenca en Km2
Tiempo de concentracin
c
0.76
1/ 4T = 0.3 L
J
Siendo: Tc: tiempo de concentracin (h)
L: longitud del cauce principal (km)
J: pendiente media del cauce principal (m/m)
Umbral de escorrenta: calculado a partir del nmero de curva y el parmetro de humedad
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SIMULACIN DE CRECIDAS: MTODO RACIONAL MODIFICADO
Coeficiente de uniformidad
141 25,1
25,1
++=
c
c
TTK
A < 1 km2 1= AK Coeficiente reductor por rea (ka).
1 A 3000 km2 15
log1 10
AK A =
Para aplicarlo se accede a l mediante el men simul Crecidas o seleccionando con el ratn el icono correspondiente.
Figura 74 Men de opciones
Una vez seleccionada esta opcin, se despliega la ventana de clculo. En ella aparecen los parmetros necesarios para poder aplicar el programa. Se puede asignar un nombre a cada clculo pudiendo ser recuperado para posibles modificaciones.
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Figura 75 Ventana para el clculo de caudales mximos
Slo es necesario introducir los datos que pide el programa:
rea (km2)
Tiempo de concentracin, que puede introducirse directamente como dato permitiendo su clculo por diversas metodologas o puede calcularse segn la frmula de Temez a partir de los datos de Longitud (km), cota mxima Zmax (m) y cota mnima Zmin (m).
Umbral de escorrenta P0 (mm)
I1/ID
Coeficiente de uniformidad K, que puede introducirse como dato o se calcula automticamente.
Coeficiente reductor de rea Ka, que puede introducirse como dato o se calcula automticamente.
Precipitaciones mximas para cada periodo de retorno T. Estos datos se pueden cargar mediante fichero o teclearlos directamente.
63 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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Figura 76 Datos de entrada para el clculo de caudales mximos
Una vez introducidos los datos, se pulsa la opcin calcular y se obtienen los resultados.
Figura 77 Ventana de resultados del clculo de caudales mximos.
64 MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE
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6 BIBLIOGRAFIA
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INTRODUCCININSTALACIN Y DEFINICIN DE PROYECTOConfiguracin del PC:
EJECUCINAPERTURA DE UN PROYECTOCARACTERSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA:
UTILIDADESGENERACIN DE FICHEROS LEMAPREFERENCIASAo hidrolgico y dimensionesDirectorio de proyectos
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SIMULACIN DE CRECIDAS:MTODO RACIONAL
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