hec-hms3

F. Javier Sánchez San Román - Dpto. Geología - Univ. Salamanca (España) http://web.usal.es/javisan/hidro Pág 1

HEC-HMS. Manual elemental (versión 3)

1. Introducción

HEC-HMS es un programa complejo que calcula el hidrograma producido por una cuenca si le facilitamos datos fisicos de la cuenca, datos de precipitaciones, etc.1

Las diversas fases de trabajo del programa pueden esquematizarse así:

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HEC-HMS permite establecer varias subcuencas. El programa realiza los cálculos de las tres

primeras fases (A, B, C) para cada subcuenca, y calcula la última fase (D) para cada tránsito a lo largo de un cauce2 (la evolución del hidrograma que, generado en una subcuenca, circula por otra distinta). Al final suma todos los caudales generados y transitados a lo largo del recorrrido y nos proporciona (en tabla y en gráfico) el hidrograma en la salida de la cuenca.

1 Se puede bajar gratuitamente de http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/ Este manual se refiere a HEC-HMS 3.0.0, no a la versión HEC-GeoHMS 1.1, que se utiliza con ArcView 2 El cuarto hidrograma (fase D) estaría desplazado a la derecha respecto al hidrograma (C) que aparece sobre él.

http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms

http://web.usal.es/javisan/hidro


Este pequeño manual pretende solamente ayudar a dar los primeros pasos. No intentamos describir todas las facetas y posibilidades del programa y tampoco vamos a explicar aquí los diversos métodos hidrológicos que engloba HEC-HMS. Para una utilización avanzada del programa, además de los lógicos conocimientos sobre los fundamentos hidrológicos, son imprescindibles los textos facilitados por los desarrolladores del programa3:

Quick Start Guide: Guía para empezar a utilizarlo. (51 pp) User's Manual: Descripción del programa y manual de utilización (260 pp) Applications Guide: Aplicación del programa a diversos campos de estudio. Technical Reference Manual: (No asustarse por el nombre, éste es el imprescindible para

trabajar con HEC-HMS). Refiere todos los métodos y fórmulas comprendidos dentro de HEC-HMS.

Los dos primeros están actualizados para la versión 3.0.0, a la que se refiere este manual, los dos últimos no han sido modificados con la aparición de esta última versión, pero probablemente no era necesario, ya que tratan de aspectos fundamentales que no han cambiado.

El presente texto es, en realidad, lo que suele denominarse “Tutorial”: tras una breve introducción (el siguiente apartado), está estructurado en un serie de Ejemplos. El primer ejemplo es el caso más sencillo posible, y después cada ejemplo sucesivo va introduciendo alguna complicación. Por tanto, está pensado para seguirlo de forma secuencial. Si empezamos por el Ejemplo 3, porque ya tenemos algunas nociones, puede ser que algunas frases no tengan mucho sentido porque se refieran al ejemplo anterior.

Después de seguir paso a paso cada ejemplo, se debería realizar otro proyecto similar con otros datos diferentes, para familiarizarnos con lo que hemos aprendido, antes de seguir adelante.

2. Componentes de un Proyecto en HEC-HMS

Para comenzar a utilizar HEC-HMS debemos abrir un nuevo Proyecto. Dentro del Proyecto se guardan todo tipo de datos de la cuenca, de las precipitaciones, etc. Los

componentes básicos de un Proyecto son los siguientes:

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Modelo de Cuenca (Basin Model) Aquí informamos al programa de las distintas subcuencas y sus características. Un proyecto muy sencillo puede tener una sola subcuenca. Lo habitual es que tenga varias. En cada subcuenca, HEC-HMS realiza las tres primeras etapas de cálculo (A, B y C) que

resumíamos en el esquema de la primera página; en cada una de ellas debemos elegir el procedimiento a seguir y darle los datos necesarios. (Veremos esto en el Ejemplo 1)

Al circular por otra subcuenca, HEC-HMS calcula la evolución del hidrograma generado en una subcuenca al transitar por la subcuenca siguiente (fase D del esquema inicial).

Los diversos métodos para las cuatro fases indicadas se explican en el Technical Reference Manual, respectivamente en los capítulos siguientes:

3 http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/documentation.html

http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/documentation.html



Chapter 5: Computing Runoff Volume Chapter 6: Modeling Direct Runoff Chapter 7: Modeling Baseflow Chapter 8: Modeling Channel Flow

Modelo meteorológico (Meteorological Model) Dentro del modelo meteorológico introduciremos los datos de uno o más pluviómetros. Podemos

utilizar precipitaciones reales o precipitaciones teóricas, tormentas de diseño. Si utilizamos varios pluviómetros habrá que indicarle sus coordenadas para que HEC-HMS haga

la media para cada subcuenca. Si nosotros ya hemos evaluado la precipitación media de la subcuenca, se la asignamos a un solo pluviómetro: HEC-HMS aplicará esas precipitaciones a toda la superficie de la subcuenca.

Es habitual utilizar varios modelos meteorológicos con el mismo modelo de cuenca, para estudiar los caudales que se producirían generados por diferentes precipitaciones sobre la misma cuenca.

Especificaciones de control (Control Specifications) Se trata simplemente de indicarle cuando debe empezar y terminar de computar y el incremento

de tiempo (Time interval) Por ejemplo: si en el modelo meteorológico hemos indicado que ha llovido desde las 2:00 hasta

las 7:00, lo normal sería que le hiciéramos calcular desde las 2:00 hasta las 9:00, porque si la precipitación cesa a las 7:00 hay que permitir que el caudal generado llegue a la desembocadura de la cuenca (eso dependerá del tiempo de concentración, en este ejemplo le hemos dejado dos horas más, de 7:00 a 9:00)

El incremento de tiempo (Time interval) es para indicar cada cuanto tiempo debe realizar el cálculo: si hacemos Time Interval = 5 minutos, HEC-HMS calculará el hidrograma resultante para puntos separados de 5 en 5 minutos. Este valor no debe ser muy grande (si es mayor del 29% del lag de la subcuenca, HEC-HMS protesta).

3. Ejemplo 1

Primer ejemplo muy simple: una sola subcuenca, no hay flujo base y disponemos de datos de precipitación neta.

3.1. Datos del problema Cuenca de 32 km2 (No distinguimos ninguna subcuenca). Hemos calculado el tiempo de

concentración en 155 minutos. Sobre ella cae la siguiente precipitación neta (ya la hemos separado de la P total):

2:00 - 3:00 = 5.1 mm 3:00 - 4:00 = 2.8 mm 4:00 - 5:00 = 0.0 mm 5:00 - 6:00 = 3.0 mm

Previamente a esta precipitación, el cauce estaba seco (no había caudal base).

3.2. Primeros pasos Abrimos el programa. File > New Project... Creamos un proyecto. En la primera casilla le damos un nombre (por

ejemplo: Ejemplo_1) y en la casilla Location indicamos dónde guardar. El espacio de trabajo de esta versión 3 está dividida en varias partes:



• En el Explorador de Cuenca 4 irán apareciendo los distintos elementos que vayamos creando: subcuencas, datos meteorológicos, etc.

• Editor de Componentes: Cuando picamos en uno de los elementos del Explorador de Cuenca, debajo aparecen los parámetros correspondientes a ese elemento. En la figura puede verse que al picar en Cuenca Ej-1, debajo han aparecido sus características.

• El Escritorio es el panel de trabajo donde situamos las subcuencas, cauces, embalses, etc.

3.3. Modelo de Cuenca Creamos el modelo de cuenca: Components>Basin Model Manager > New... En la primera

casilla le damos un nombre (por ejemplo: Cuenca Ej-1). En el Explorador de cuenca ha aparecido una nueva carpeta:

Abrimos la carpeta Basin Models picando en el signo + y aparece la cuenca que hemos creado:

4 Imagino que ha recibido este nombre por su similitud con el “Explorador de Windows”, en el que las carpetas se

abren y cierran mostrando su contenido en forma de árbol.



Hacemos doble click sobre la cuenca y a la derecha aparece una ventana en blanco cuadriculada. Es el Escritorio, el panel donde vamos a situar todos los elementos del modelo: subcuencas, embalses, cauces, etc...

En este ejemplo hay una sola subcuenca. Para crearla picamos

arriba en el botón: y después picamos en cualquier punto deEscritorio. Aparece un cuadro donde nombramos la subcuenca, por ejemplo: SubcuencaUnica, y el icono de la subcuenca aprece en el panel de trabajo:

Ahora en el Explorador de cuenca abrimos el contenido de la Cuenca (picando en ), luego abrimos la subcuenca, y resulta esto:

Bajo la subcuenca aparecen las opciones predeterminadas por el programa para: 1. Calcular qué parte de la precipitación es precipitación neta 2. Transformar esa precipitación neta en caudal 3. Sumar al hidrograma resultante el caudal base

Vamos a cambiar las dos primeras. Esto se hace abajo, en el Editor de componentes. Usaremos ambos paneles constantemente. Cada vez que arriba picamos en un elemento, abajo aparecen sus características.

Picamos arriba en y abajo aparece lo siguiente:

Lo primero: escribimos la superficie de la cuenca, para este ejemplo es de 32 km2.

1. Picamos en el cuadro de Loss Method (donde ahora aparece Initial and Constant). Como en este ejemplo ya vamos a introducir P neta, elegiremos la opción --None-- para que no realice ningún cálculo y considere toda la precipitación como neta.

2. Picamos en el cuadro de Transform Method (donde ahora aparece Clark Unit Hydrograph). Elegimos la opción SCS Unit Hydrograph.

Sin salir del Editor de componentes, picamos en la pestaña Trasform, y como hemos elegido el método del SCS para transformar la precipitación neta en caudal, nos solicita solamente el lag en minutos. Según este método, el lag (tiempo que transcurre desde el centro de gravedad de la P neta hasta la punta del hidrograma) es aproximadamente igual a 0,6 x tiempo de concentración. Por tanto, 155 x 0,6 = 93 minutos. (t concentración =155 min es un dato del problema).

3. La tercera característica de la subcuenca la dejamos en la opción No baseblow. Aquí HEC-HMS le añade al hidrograma el caudal base que tenía la cuenca antes de la crecida, y que debe continuar por debajo del hidrograma de crecida. Como en este ejemplo no existía escorrentía básica previa (el cauce estaba seco antes de la lluvia), en la casilla Baseflow Method dejamos la opción No baseflow.



3.4. Datos de precipitaciones Antes de crear el Modelo Meteorológico, vamos a introducir los datos pluviométricos, en este

ejemplo en un único pluviómetro. Para ello hacemos: Components > Time Series Data Manager > New... Aparece un cuadro en el que podemos introducir datos diversos (precipitación, evapotranspiración,...), dejamos lo opción ofrecida: Precipitation Gages, y nombramos el nuevo pluviómetro: Pluviometro 1

Picando arriba en , abajo ajustamos los datos correspondientes: • Data Source: Manual Entry (ya que vamos a introducir los datos manualmente • Units: Incremental Millimeters . Dejamos precipitación incremental (lo contrario es

acumulativa, si le fuera a meter datos acumulados: cuánto llovió hasta las 3:00, hasta las 4:00, etc). En este caso no es necesario indicar las coordenadas del pluviómetro: esos datos se considerará que son el promedio de toda la subcuenca.

• Time Interval: cambiamos a 1 hora (1 Hour), los datos del problema indican precipitaciones en intervalos de una hora.

Arriba, en el Explorador de Cuenca, picamos en

(esas son las fechas y horas que ofrece el programa de modo predeterminado). Abajo en el Editor de componentes, en la pestaña Time Window, indicamos la fecha y hora de comienzo y fin de la precipitación (En este ejemplo la fecha es irrelevante, pero el modelo podría desarrollarse a lo largo de varios días). En esta versión ya puede indicarse el mes en español, siempre con el formato de dos dígitos-tres letras-cuatro dígitos (día-mes-año).

Aquí HEC-HMS se hace confuso: Recordemos que los datos del problema indicaban que las precipitaciones se registraron en realidad entre las 2:00 y las 6:00. En cambio para las horas de comienzo y de fin de la preciítación hemos escrito como hora de comienzo las 03:00 y de final las 07:00. Nos hemos desfasado una hora, ya que en este ejemplo los datos pluviométricos figuran en intervalos de 1 hora.

La explicación de esta aparente divergencia es que HEC-HMS las horas que aparecen en la tabla siguiente corresponden al final del intervalo. Picamos en la pestaña Table y la columna izquierda ya aparece completa. En la columna derecha escribimos los datos de precipitaciones; en la primera casilla (hora 03:00) indicamos la precipitción recogida en el intervalo 02:00 a 03:00:

Escribimos los datos de precipitaciones utilizando para los decimales la coma o el punto, según esté ajustado el sistema (Windows) en ese ordenador.

Otro detalle más difícil de explicar es por qué he de indicar como hora final (End Time) las 7:00 en vez de las 6:00. Si introduzco las 06:00 en Table la última línea no aparece (¿?)

3.5. Modelo Meteorológico Creamos el modelo meteorológico: Components > Meteorologic Model Manager> New Le

damos nombre o dejamos el ofrecido: Met 1.

En el Explorador de cuenca ha aparecido esto:



Al picar en Met 1, abajo en el Editor de Componentes podemos especificar el tipo de precipitación, y, si lo deseamos, métodos para la evapotranspiración y para la fusón de la nieve. En este ejemplo dejamos las opciones ofrecidas. Specific Hyetograph significa que el usuario le dará los datos de precipitación.

IMPORTANTE: Sin salir de ese panel, en la pestaña Basins hay que cambiar la opción Include Subbasins y elegir Yes (picando en el No aparecen las dos opciones: No - Yes)

Ahora hay que aplicar el pluviómetro que creamos al modelo meteorológico. Picando en

, abajo aparece lo siguiente:

Picando sobre --None-- aparecen los pluviómetros que hayamos creado (en este caso uno sólo) y elegimos uno de ellos.

Pasamos al tercer y último componente: las especificaciones de control.

3.6. Especificaciones de control Component > Control Specifications Manager> New... . Como en los modelos anteriores, le damos nombre o dejamos el ofrecido (Control 1). Ya hemos

visto que las especificaciones de control sirven para indicar el periodo de tiempo (comienzo y final) en el que HEC-HMS tiene que realizar cálculos y el incremento de tiempo para ello (Time Interval) .

En el Explorador de Cuenca picamos en Control 1, y abajo, en el Editor de Componentes rellenamos los datos que se ven a la derecha:

Le especificamos que calcule el hidrograma de 2:00 a 9:00, pues la lluvia cesó a las 6:00, pero la escorrentía continuará hasta que transcurra el tiempo de concentración, que habíamos calculado en 2,6 horas. La fecha, por supuesto, la misma que indicamos para la precipitaciones:

La hora de inicio para el cálculo indicamos las 2:00, que es cuando comenzó a llover, aunque en las precipitaciones habíamos indicado como comienzo (Start Time) las 3:00. Ver la explicación al final del apartado 3.4. (Allí se indicabe el final de cada intervalo de precipitación).

En Time Interval indicamos el incremento de tiempo para el que el programa tiene que hacer los cálculos. Si el intervalo total es de 7 horas , con incrementos de 10 minutos nos presentará una tabla de 42 datos (7 x 6) y el gráfico lo dibujará basándose en 42 puntos.

Nota: Para cambiar algo en el modelo de cuenca, en el modelo meteorológico o en las especificaciones de control, basta hacer clik en el Explorador de Cuenca sobre el elemento que deseamos cambiar, y abajo, en el Editor de Componentes realizamos los cambios necesarios.

3.7. Ejecución y obtención de resultados Finalmente, vamos a ejecutar5 el modelo: Primero creamos un protocolo de ejecución (un “Run”): Compute > Run Manager En un proyecto complejo podremos definir diversos “Run” combinando diferentes modelos de

cuenca, modelos meteorológicos y especificaciones de control. Por ejemplo: utilizar la misma cuenca con diferentes precipitaciones (del Modelo Meteorológico). O bien, podemos probar diferentes modelos de cuenca con las mismas precipitaciones (recordemos que en el modelo de cuenca incluye, por ejemplo, el procedimiento para separar la P neta).

5 Efectivamente: en español no se dice “correr” (un programa) sino “ejecutar”



En este ejemplo no hay donde elegir, definimos el Run 1 con las tres cosas que acabamos de preparar: en el modelo de cuenca, el modelo meteorológico y el control.

Finalmente, ejecutamos el programa: Primero elegimos el “Run” (aquí sólo hay uno para elegir): Compute > Select Run y finalmente para iniciar el cálculo: Compute> Compute Run [Run 1]

Para obtener los resultados, el modo más cómodo es hacer clik con el botón derecho sobre el elemento elegido (aquí el único existente: la Subcuenca). Elegimos la primera opción (View Results) y en ella podemos elegir ver resultados numéricos, un resumen o el gráfico, que es el que aparece aquí 6:

6 El hietograma que aparece sobre el hidrograma tiene la misma forma que el que nosotros introdujimos (5.1, 2.8,

0.0, 3.0 mm), pero los valores son distintos: el pequeño eje vertical del hietograma va sólo de 0.0 a 1.0. La explicación es que el hietograma de esta figura esta dibujado de acuerdo a los incrementos de tiempo señalados en las especificaciones de control (en este ejemplo, 10 minutos). Si en la primera hora indicamos 5.1 mm en una hora, en cada intervalo de 10 minutos cayeron: 5.1/6 = 0.85 mm



4. Ejemplo 2

4.1. Datos del problema La cuenca tiene un solo cauce (no se distinguen

afluentes), pero separamos la cuenca alta y la cuenca baja. Sus características se indican en el mapa adjunto. No hay flujo base.

Dos pluviómetros, cada uno en una subcuenca: Pluv_1 (representativo Subcuenca alta) y Pluv_2 (representativo Subcuenca baja). Las precipitaciones netas registradas son las siguientes:

En este caso, HEC-HMS hará las siguientes tareas:

1. Cálculo del hidrograma generado en la subcuenca alta 2. Tránsito de ese hidrograma desde A hasta B 3. Cálculo del hidrograma generado en la subcuenca baja 4. Suma los hidrogramas generados en los puntos 2 y 3 anteriores.

4.2. Nuevo Proyecto File > New... Lo llamamos Ejemplo_2

4.3. Modelo de Cuenca Creamos el modelo de cuenca: Components>Basin Model Manager > New... En la primera

casilla le damos un nombre (por ejemplo: Cuenca Ej-2). En el panel derecho, que hemos llamado Escritorio, creamos los siguientes elementos:

• Dos subcuencas, picando primero en y luego en el Escritorio (panel cuadriculado de la derecha). Les daremos los nombres de Subcuenca alta y Subcuenca baja.

• Un sumidero (Sink) picando primero en y luego en el Escritorio. Conservamos el nombre ofrecido: Sink-1. En este sumidero se sumarán el caudal generado por la Subcuenca baja más el generado por la Subcuenca alta (y ya calculado el tránsito por el tramo A-B). Hemos puesto un Sink (=sumidero) porque ahí termina la cuenca, en el punto B. Si tras esta unión, continuara más abajo, en lugar de un Sink habríamos puesto un elemento Junction (=Unión).

• Un tramo de cauce (Reach), al que llamamos Tramo A-B , picando en y luego en el

Escritorio. Aparece una línea azul. Se coloca con la herramienta en el sitio adecuado, su tamaño se regula arrastrando los extremos. Finalmente se arrastran los iconos de Subcuenca alta y Sink-1 sobre los extremos del Tramo A-B y ya quedan pegados.

Ahora debemos conectar unos elementos a otros: el caudal desalida de un elemento entra en otro elemento de la cuenca. En este sencillo ejemplo, es así:

Pluv 1 Pluv 2 8:00 a 8:20 1,2 mm 2,9 mm 8:20 a 8:40 4,9 mm 6,0 mm 8:40 a 9:00 0,0 mm 1,1 mm 9:00 a 9:20 3,5 mm 0,0 mm 9:20 a 9:40 1,8 mm 4,0 mm

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o La Subcuenca alta → en el tramo A-B o El tramo A-B → Sink-1 o La Subcuenca baja → Sink-1

Esta conexión se realiza picando con el botón derecho sobre el elemento de salida (por ejemplo: Subcuenca alta), el cursor se convierte en una gran cruz, y con esa cruz se pica en el elemento que recibe el caudal (por ejemplo: el extremo superior del tramo A-B)

La fina línea negra que aparece uniendo la Subcuenca baja y el sumidero Sink-1 no representa ningún cauce que vaya a ser calculado, es simplemente la indicación de que el caudal generado en esa subcuenca se sumará directamente en el Sink-1

Colocamos todos los elementos con una disposición similar a las subcuencas reales y tenemos un modelo de cuenca similar a la de la figura adjunta. La situación de los iconos o la longitud del tramo A-B en el dibujo son irrelevantes para el cálculo.

Ajustes en las dos subcuencas Area (km2) Loss method: --None-- (Los datos de precipitaciones ya serán de P neta)

Transform Method: SCS Unit Hydrograph Baseflow Method: --None-- (No exiiste flujo base) En la pestaña Transform elegimos introducimos el

Lag (minutos), que es el 60% del tiempo de concentración. Ajustes en el Tramo A-B En este Ejemplo 2 también tenemos que introducir

datos en el Tramo A-B. HEC-HMS tiene que calcular el tránsito del hidrograma generado en la Subcuenca alta a través de los 4,89 km de recorrido atravesando la Subcuenca baja. Para calcular el tránsito del hidrograma, vamos a elegir el método Muskingum. Este método necesita dos parámetros: K y X. En la pestaña Route introducimos los datos necesarios: K=0.6 horas y X=0.2

HEC-HMS no considera de ninguna manera el tránsito de un caudal a lo largo del canal de la propia subcuenca. En este ejemplo, el hidrograma generado en la Subcuenca baja se suma directamente al final, sin ningún tipo de cálculo que podría tener en cuenta el recorrido que ha tenido que hacer a través de la propia subcuenca. La línea fina que une la Subcuenca baja al punto de desembocadura indica simplemente una conexión, no representa el cauce.

4.4. Datos de precipitaciones Recordemos que antes de crear el Modelo Meteorológico, debemos introducir los datos

pluviométricos, en este ejemplo son dos pluviógrafos. Para ello hacemos: Components > Time Series Data Manager > New.... Creamos dos, llamándolos Pluviógrafo 1 (serán las lluvias caídas en la subcuenca alta) y Pluviógrafo 2 (lluvias caídas en la subcuenca baja)

En ambos pluviógrafos establecemos sus ajustes (picando arriba en el Explorador de Cuenca y escribiendo abajo, en el Editor de Componentes) : Units: Incremental milimeters, Time Interval: 20 Minutes

No es necesario indicar coordenadas. Introduzco la precipitaciones, que están en los datos de este Ejemplo 2.



Ya vimos en el Ejemplo 1 el modo de escribir las precipitaciones para un pluviómetro y las peculiaridades al introducir la hora de comienzo y de finalización de los datos de precipitación: Como las precipitaciones van desde las 8:00 hasta las 9:40 en intervalos de 20 minutos (datos del problema), en la pestaña Time Window indicamos como hora de comienzo las 8:20 y hora de terminación las 10:00 (ambas están desfasadas 20 minutos, que es el incremento de tiempo para los datos en este ejemplo).

Después picamos en la pestaña Table, en la que ya aparecen los intervalos de tiempo desde las 08:20 (hora de final del primer intervalo) hasta las 09:40 (hora de final del último intervalo).

En la columna derecha tecleamos los valores de precipitaciones del ejemplo:

(No hemos modificado la fecha, es irrelevante para el cálculo. Si la duración fuera de varios días y el primero lo hemos dejado en 1 Enero, la fecha de terminación habría que introducirla en consecuencia).

4.5. Modelo Meteorológico Creamos el modelo meteorológico:

Components > Meteorologic Model Manager> New Le damos nombre o dejamos el ofrecido: Met 1. Al picar en en el Explorador de cuenca, abajo en el Editor de Componentes podemos

especificar el tipo de precipitación. En este ejemplo dejamos las opciones ofrecidas. Specific Hyetograph significa que el usuario le dará los datos de precipitación.

IMPORTANTE: Sin salir de ese panel, en la pestaña Basins hay que cambiar la opción Include Subbasins y elegir Yes (picando en el No aparecen las dos opciones: No - Yes)

Ahora hay que aplicar el pluviómetro que creamos al modelo meteorológico. Picando en , abajo aparece lo siguiente:

Picando sobre --None-- aparecen los pluviómetros que hayamos creado previamente, y asignamos el Pluviógrafo 1 a la Subcuenca alta y el Pluviógrafo 2 a la Subcuenca baja. (La figura de la derecha muestra el momento en el que estamos eligiendo Pluviógrafo 2 para la Subcuenca baja.)

Pasamos al tercer y último componente: las especificaciones de control.

4.6. Especificaciones de control Component > Control Specifications Manager> New... . Como en los modelos anteriores, le damos

nombre o dejamos el ofrecido (Control 1). Ya hemos visto que las especificaciones de control sirven para indicar el periodo de tiempo (comienzo y final) en el que HEC-HMS tiene que realizar cálculos y el incremento de tiempo para ello (Time Interval) .

En el Explorador de Cuenca picamos en Control 1, y abajo, en el Editor de Componentes le indicamos que calcule el hidrograma de 8:00 a



12:00, ya que la lluvia se había especificado de 8:00 a 9:40. ¡La fecha debe ser la misma que indicamos para la precipitaciones!.

En Time interval indicamos 5 minutos. La tabla de resultados finales y el gráfico los calculará en incrementos de 5 minutos.

4.7. Ejecución y obtención de resultados Ejecutamos el modelo y podemos obtener tres resultados parciales y el resultado final

(Recordamos: botón derecho en el Escritorio (panel cuadriculado) sobre la subcuenca, tramo o “Sink”: View Results [Run1]>> Graph):

1º. Hidrograma generado a la salida de la Subcuenca alta, y sobre él, el hietograma correspondiente. 7

2º. El mismo hidrograma después de transitar por el Tramo A-B. Para obtener esto, picamos con botón derecho sobre Tramo A-B Vemos que el hidrograma transitado (línea continua) aparece desplazado en el tiempo (hacia la derecha) y más aplanado.

3º. Hidrograma generado por la Subcuenca baja, con su hietograma correspondiente:

7 ¿Por qué el hietograma sobre el hidrograma va de 0 a 1,2 mm si hemos introducido lluvias de hasta 4,9 mm? Ya

explicamos en la nota la pié al final de Ejemplo 1: Escribimos lluvias en intervalos de 20 min y el programa ha calculado con intervalos de 5 minuntos, por lo que el valor se divide por 4 .



4º. Y, finalmente, picando sobre Sink-1, podemos obtener el hidrograma total generado en la salida de la cuenca:

1. El hidrograma procedente de la Subcuenca alta, después de transitar por el Tramo A-B (aquí en

puntos) 2. El hidrograma generado en la Subcuenca baja (aquí en trazos) 3. El hidrograma resultante en la desembocadura (Sink-1) (en trazo continuo), que se calcula

simplemente como la suma de los dos anteriores

2

1

3



5. Ejemplo 3

5.1. Datos del problema Utilizaremos el mismo mapa que para el ejemplo

2, pero con una escala mayor. Las superficies y otros datos se indican en la figura adjunta.

Novedades con respecto al Ejemplo 2: • Disponemos de datos de P real, no P neta • El cauce presenta un caudal base antes del

hidrograma de crecida

Dos pluviógrafos, cada uno en una subcuenca. - Pluv 1, representativo de la Subcuenca alta - Pluv 2, representativo de la Subcuenca baja

Para calcular la P neta por el método SCS 8 Cuenca baja: Po = 68 mm, CN = 43 Cuenca alta: Po = 41 mm, CN = 55

El caudal base previo era de 30 m3/seg

5.2. Primeros pasos y Modelo de Cuenca Los primeros pasos y los elementos del Modelo de Cuenca son los mismos del Ejemplo 2

(subcuencas, conexiones,...). Podemos repetir los mismos pasos, pero si tenemos guardado el proyecto “Ejemplo_2” es más cómodo utilizar el

comando File>>Import >>Basin Model... Así disponemos inmediatamente de todos los elementos de la cuenca; sólo será necesario cambiar los datos de cada elemento de la cuenca (superficies, lag, etc).

5.2.1. Introducción de los datos en las subcuencas Entramos en cada una de las dos subcuencas e introducimos la superficie (km2). • En Loss Method (para separar la P neta de la P total) elegimos el método SCS, eligiendo la

opción SCS Curve Number. • En Transform Method (para convertir la P neta en escorrentía) elegimos el método SCS,

eligiendo la opción SCS Unit Hydrograph. • En Baseflow Method (para calcular el caudal base) elegimos la opción Recession.

8 Las tablas originales (americanas) dan valores de CN en función del tipo de suelo, cultivo, etc. Las tablas

españolas dan valores de Po (abstracción inicial o umbral de escorrentía). La relación entre ambos es:

0

254000, 2 254P

CN= −⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

, inversamente: 0

25400

2540, 2

CNP

=+

El 0,2 de ambas fórmulas se basa en la hipótesis del SCS de que la abstracción inicial es el 20% de la abstracción máxima del suelo. Si se desea otro valor, sustituir el 0,2 de ambas fórmulas por el coeficiente deseado.

Si admitimos la hipótesis del 20%, fijado el 0,2, podemos consultar indistintamente tablas de CN o de Po, y calcular el otro valor, ya que HEC-HMS nos pide ambos.

Pluv 1 Pluv 2 0:00 a 1:00 5 mm 5 mm 1:00 a 2:00 23 mm 29 mm 2:00 a 3:00 17 mm 15 mm 3:00 a 4:00 34 mm 31 mm 4:00 a 5:00 21 mm 19 mm 5:00 a 6:00 28 mm 25 mm 6:00 a 7:00 2 mm 3 mm 7:00 a 8:00 6 mm 4 mm

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Con las especificaciones anteriores, abajo, en el Editor de Componentes tendríamos el siguiente aspecto:

Vemos que han aparecido

(respecto al Ejemplo 2) las pestañas Loss y Baseflow, en las que picaremos para introducir los datos correspondientes

Pestaña Loss: Initial Abstraction (mm) escribimos el valor de Po y en Curve Number el valor

CN, ambos indicados en los datos del problema. Pestaña Transform: como en los ejemplos anteriores, se nos solicita información para convertir

lluvia en caudal. Elegimos el método SCS y en la casilla Lag escribimos el 60% de los tiempos de concentración de que disponemos (ver el mapita con los datos)

Pestaña Baseflow Method : Para el procedimiento elegido (Recession) los valores necesarios son los siguientes:

Subcuenca alta Subcuenca baja Initial Discharge (m3/seg) Caudal inicial, caudal base al empezar el periodo de cálculo

30 m3/seg 21 m3/seg

Recession constant Para HEC-HMS, disminución del caudal base cada día, si es 0,9 significa que: Qhoy / Qayer = 0,9

0,90 0,95

Threshold Type (opción Ratio to Peak) Caudal umbral (por ej.: 0.10 =el 10% del caudal punta) a partir del cual el programa comienza a com1140putar una nueva recesión9

0,25 0,3

Introducción de los datos en el canal Tramo A-B HEC-HMS calcula el tránsito del hidrograma generado en la Subcuenca alta a través de los 44

km de recorrido atravesando la Subcuenca baja. Para calcular el tránsito del hidrograma, vamos a elegir el método Muskingum. Este método necesita dos parámetros: K y X. Vamos a introducir K=1,2 horas y X=0,2

Datos de precipitaciones Recordemos que antes de crear el Modelo Meteorológico, debemos introducir los datos

pluviométricos, en este ejemplo son dos pluviógrafos. Igual que en ejemplos anteriores: precipitación incremental y unidades en mm. No es necesario

indicar coordenadas.. Introduzco la precipitaciones (datos del problema): como las precipitaciones registradas van

desde las 0:00 hasta las 8:00 horas, en la pestaña Time Window indicamos desde la 01:00 hasta las

9 Aquí hay algo que no concuerda con la teoría: Se supone que en el momento en que comienza un nuevo periodo de

agotamiento, ya ha pasado toda la escorrentía directa, y todo el caudal es debido al flujo base. Aquí, en cambio, al alcanzar el umbral, comienza un nuevo agotamiento, pero aún parte del caudal es debido a la escorrentía directa. Ver figura 7.2 , pág 84 del Technical Reference Manual



09:00 (le sumamos una hora, ya que en este ejemplo el incremento de tiempo es de 1 hora, y ya hemos visto que en la Tabla se indica la hora final de cada intervalo

Cerramos y ya podemos establecer el modelo meteorológico.

Modelo Meteorológico Creamos un modelo meteorológico, igual que en el ejemplo 2. Recordar que picando arriba en

, abajo, en la pestaña Basins hay que poner Yes en la casilla Include Subbasins Finalmente, picando arriba en , abajo, le asignamos a la Subcuenca alta

el Pluv1 y a la Subcuenca baja el Pluv2. (según se indica en los datos del problema)

Especificaciones de control Creamos unas nuevas Especificaciones de Control, escribimos la misma fecha que inventáramos

para las lluvias, y el periodo hay que extenderlo lo suficiente para que pase todo el hidrograma: si las precipitaciones van de 0:00 a 8:00, podemos pedir que calcule de 0:00 a 20:00 horas. El intervalo de cálculo podemos indicar 30 minutos (no puede ser menor del 29% del tiempo de lag).

Ejecución y obtención de resultados Ejecutamos el modelo,

igual que en el Ejemplo 2, y finalmente observamos los resultados (boton derecho sobre el elemento deseado, View Results...)

Como novedad, en el hietograma que aparece sobre el hidrograma (Resultados de cada Subcuenca) aparece la separación entre P total y P neta.

El caudal base es otra novedad, aparece como una línea roja, por encima de la cual se supone que es escorrentía directa y por debajo escorrentía básica.

Los resultados para la desembocadura de la cuenca (Sink-1) nos muestran el hidrograma aportado por la Subcuenca baja (en trazos), por la Subcuenca alta (en trazos cortos) y la suma de ambos (linea continua), que sería el caudal registrado en ese punto.

P neta


hec-hms3

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