hec-hms3.5

F. Javier Snchez San Romn - Dpto. Geologa - Univ. Salamanca (Espaa) http://web.usal.es/javisan/hidro Pg 1

Dic 11

HEC-HMS. Manual elemental

1. Introduccin

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

Las diversas fases de trabajo del programa pueden esquematizarse as (aparece en ingls el nombre asignado por el programa a cada fase):

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#

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HMS permite establecer varias subcuencas. El programa realiza los clculos de las tres primeras fases (A, B, C) para cada subcuenca, y calcula la ltima fase (D) para cada trnsito a lo largo de un cauce (la evolucin del hidrograma que, generado en una subcuenca, circula por otra distinta). Al final suma todos los caudales generados y transitados a lo largo del recorrido y nos proporciona (en tabla y en grfico) 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 3.3, no a la versin HEC-GeoHMS, que se utiliza con ArcView


La fase A se desglosa en tres aspectos distintos2 que dan lugar a prdidas (precipitaciones que no llegan a generar escorrenta directa):

- A1. Canopy : Si existe vegetacin, parte de la precipitacin ser retenida en las hojas para evaporarse despus.

- A2. Surface Storage: Precipitacin que puede quedar retenida en pequeas retenciones superficiales, para inflitrarse o evaporarse despus. Suele utilizarse solamente en modelos de simulacin continua (apartado 7)

- A3. Loss: Precipitacin que se infiltra. Si los dos aspectos anteriores no son tenidos en cuenta (por defecto, HMS los muestra desactivados), se calcula este proceso: qu parte de las precipitaciones se infiltran en el suelo. El resto se considerar lluvia neta y se utilizar para calcular la escorrenta generada.

Este pequeo manual pretende solamente ayudar a dar los primeros pasos. No intentamos

describir todas las facetas y posibilidades del programa y tampoco vamos a explicar aqu los diversos mtodos hidrolgicos que incluye HMS. Para una utilizacin avanzada del programa, adems de los conocimientos sobre los fundamentos hidrolgicos, son imprescindibles los textos facilitados por los desarrolladores del programa3:

Quick Start Guide: Gua para empezar a utilizarlo. User's Manual: Descripcin del programa y manual de utilizacin Applications Guide: Aplicacin del programa a diversos campos de estudio. Technical Reference Manual:. Refiere todos los mtodos y frmulas comprendidos dentro

de HMS.

2. Componentes de un Proyecto en HMS

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

componentes bsicos de un Proyecto son los siguientes:

&'&%()

(

*

&''

)(

&'&%)

&'&%*

')

'(

'(+,,-+*,.),

Vamos a hacer una breve descripcin de cada componente, y en los ejemplos siguientes veremos su manejo:

Modelo de Cuenca (Basin Model) Aqu informamos al programa de las distintas subcuencas y sus caractersticas. Un proyecto muy sencillo puede tener una sola subcuenca. Lo habitual es que tenga varias.

2 Desde la versin 3.5 3 http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/documentation.html


En cada subcuenca, HMS realiza las tres primeras etapas de clculo (A, B y C) que resumamos en el esquema de la primera pgina; 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, HMS calcula la evolucin del hidrograma generado en una subcuenca al transitar por la subcuenca siguiente (fase D del esquema inicial).

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

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

Modelo meteorolgico (Meteorological Model) A cada modelo meteorolgico le asignaremos uno o ms pluvimetros. Podemos utilizar

precipitaciones reales o precipitaciones tericas, tormentas de diseo. (Los pluvimetros se crean previamente y se introducen sus datos en el Time-Series Data Manager)

Si utilizamos varios pluvimetros habr que indicarle sus coordenadas para que HMS haga la media para cada subcuenca. Si nosotros ya hemos evaluado la precipitacin media de la subcuenca, se la asignamos a un solo pluvimetro: HMS aplicar esas precipitaciones a toda la superficie de la subcuenca.

Es habitual utilizar varios modelos meteorolgicos con el mismo modelo de cuenca, para estudiar los caudales que se produciran 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 meteorolgico hemos indicado que ha llovido desde las 2:00 hasta

las 7:00, lo normal sera que le hiciramos calcular desde las 2:00 hasta las 9:00, porque si la precipitacin cesa a las 7:00 hay que permitir que el caudal generado llegue a la desembocadura de la cuenca (eso depender del tiempo de concentracin, en este ejemplo le hemos dejado dos horas ms, de 7:00 a 9:00)

El incremento de tiempo (Time interval) es para indicar cada cuanto tiempo debe realizar el clculo: si hacemos Time Interval = 5 minutos, HMS calcular 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, HMS protesta).

3. Ejemplo 1

Primer ejemplo muy simple: una sola subcuenca, no hay flujo base y disponemos de datos de precipitacin neta. De las cuatro fases indicadas en la primera pgina solamente es preciso abordar la fase B (convertir P neta en escorrenta directa).

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

concentracin en 155 minutos. Sobre ella cae la siguiente precipitacin 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 precipitacin, el cauce estaba seco (no haba 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 dnde guardar. El espacio de trabajo est dividido en varias partes:

En el Explorador de Cuenca 4 irn apareciendo los distintos elementos que vayamos creando: subcuencas, datos meteorolgicos, etc.

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

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

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 rbol.


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

Hacemos doble clic sobre la cuenca y a la derecha aparece una ventana en blanco. 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 botn: y despus picamos en cualquier punto de Escritorio. Aparece un cuadro donde nombramos la subcuenca, por ejemplo: SubcuencaUnica, y el icono de la subcuenca aparece en el panel de trabajo: (En la barra superior, retomar la herramienta )

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

Bajo la subcuenca aparecen las opciones predeterminadas por el programa:

1. Para calcular qu parte de la precipitacin es precipitacin neta ( y las dos siguientes) 2. Para transformar esa precipitacin neta en caudal ( ) 3. Para sumar el caudal base al hidrograma resultante ( )

Vamos a cambiar las opciones que nos ofrece el programa para cada fase. Esto se hace abajo, en el Editor de componentes. Usaremos ambos paneles constantemente. Cada vez que arriba picamos en un elemento, abajo aparecen sus caractersticas.

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 opcin --None-- para que no realice ningn clculo y considere toda la precipitacin como neta.

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


la opcin SCS Unit Hydrograph. Sin salir del Editor de componentes, picamos en la

pestaa Trasform, y como hemos elegido el mtodo del SCS para transformar la precipitacin neta en caudal, nos solicita solamente el lag en minutos. Segn este mtodo, 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 concentracin. Por tanto, 155 x 0,6 = 93 minutos. (t concentracin =155 min. es un dato del problema).

3. Finalmente, en el cuadro Baseflow Method (que aparece como Recession) se refiere al modo de aadirle al hidrograma resultante de la precipitacin el caudal base que tena la cuenca antes de la crecida, y que debe continuar por debajo del hidrograma de crecida. Como en este ejemplo no exista escorrenta bsica previa (el cauce estaba seco antes de la lluvia), en la casilla Baseflow Method elegimos la opcin --None--, indicando que no existe flujo base.

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

ejemplo en un nico pluvimetro. Para ello hacemos: Components > Time Series Data Manager > New... Aparece un cuadro en el que podemos crear registradores de datos diversos (precipitacin, caudal,...); dejamos lo opcin ofrecida: Precipitation Gages, y nombramos el nuevo pluvimetro: Pluviometro 1

Picando arriba en el que precede a , debajo de l aparece (esas son las fechas y horas que ofrece el programa de modo

predeterminado); picando sobre esas fechas, abajo aparecen cuatro pestaas. En la primera pestaa, , realizamos o comprobamos los siguientes ajustes:

Data Source: Manual Entry (ya que vamos a introducir los datos manualmente) Units: Incremental Millimeters . Dejamos precipitacin incremental (lo contrario es

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

Time Interval: cambiamos a 1 hora (1 Hour), ya que vamos a introducir datos de precipitaciones en intervalos de una hora.

En la segunda pestaa, , indicamos la fecha y hora de comienzo y fin de la precipitacin (En este ejemplo la fecha es irrelevante, pero el modelo puede trabajar a lo largo de das o meses). La fecha se indica en espaol, como se indica en el figura adjunta, siempre con el formato de dos dgitos-tres letras-cuatro dgitos (da-mes-ao).

Finalmente picamos en la pestaa para introducir los datos pluviomtricos. Observamos que para los cuatro intervalos de una hora (le hemos indicado desde las 02:00 hasta las 06:00) nos muestra las horas del final de cada intervalo (la precipitacin recogida de 2:00 a 3:00 debe escribirse en la celda que se encuentra frente a 03:00)


Escribimos los datos de precipitaciones utilizando para los decimales la coma si el sistema es espaol5.

3.5. Modelo Meteorolgico Creamos el modelo meteorolgico: 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

precipitacin, y, si lo deseamos, mtodos para la evapotranspiracin y para la fusin de la nieve. En este ejemplo dejamos las opciones ofrecidas. Specific Hyetograph significa que el usuario le dar los datos de precipitacin. IMPORTANTE: Sin salir de ese panel, en la pestaa Basins hay que cambiar la opcin Include Subbasins y elegir Yes :

Ahora hay que aplicar el pluvimetro que creamos

al modelo meteorolgico. Picando en , abajo aparece lo siguiente:

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

Pasamos al tercer y ltimo 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 HMS tiene que realizar clculos 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 ces a las 6:00, pero la escorrenta continuar hasta que transcurra el tiempo de concentracin, que habamos calculado en 2,6 horas. La fecha, aunque es irrelevante para el clculo, debe ser la misma que indicamos para la precipitaciones:

En Time Interval indicamos el incremento de tiempo para el que el programa tiene que hacer los clculos. Si el intervalo total es de 7 horas , con incrementos de 10 minutos nos presentar una tabla de 42 datos (7 x 6) y el grfico lo dibujar basndose en esos 42 puntos.

5 Aunque el sistema est ajustado para el punto decimal (en tal caso, Excel requiere punto), HMS necesita la coma.


3.7. Ejecucin y obtencin de resultados Finalmente, vamos a ejecutar el modelo: Primero creamos un protocolo de ejecucin (un Run): Compute > Run Manager En un proyecto complejo podremos definir diversos Run combinando diferentes modelos de

cuenca, modelos meteorolgicos y especificaciones de control. Por ejemplo: utilizar la misma cuenca con diferentes precipitaciones (del Modelo Meteorolgico). 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).

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

Finalmente, ejecutamos el programa: Primero elegimos el Run (aqu slo hay uno para elegir): Compute > Select Run y finalmente para iniciar el clculo: Compute> Compute Run [Run 1]

Para obtener los resultados, el modo ms cmodo es hacer clic con el botn derecho sobre el elemento elegido (aqu el nico existente: la Subcuenca). Elegimos la primera opcin (View Results) y en ella podemos elegir ver resultados numricos, un resumen o el grfico, que es el que aparece aqu 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 pequeo eje vertical del hietograma va slo de 0,0 a 0,8. La explicacin es que el hietograma de esta figura esta dibujado de acuerdo a los incrementos de tiempo sealados 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

Nuevos conceptos en este ejemplo: Consideramos dos subcuencas separadamente y la suma de ambas Calcularemos el trnsito de un hidrograma a medida que circula por un cauce

En este ejemplo consideramos un solo cauce (no se distinguen afluentes), pero separamos la parte alta de la cuenca (Subcuenca alta) y la parte baja (Subcuenca baja).

Igual que en el Ejemplo 1, aqu tampoco hay que trabajar con la fase A (de las fases explicadas en la primera pgina), puesto que los datos de precipitaciones son de P neta, ni con la fase C, ya que no hay caudal base. La novedad respecto al Ejemplo 1 consiste en que deberemos incluir la fase D para calcular cmo evoluciona el hidrograma generado en la Subcuenca alta a medida que circula a travs de la Subcuenca baja.

Por tanto, HMS realizar las siguientes tareas: 1. Clculo del hidrograma generado en A por la

Subcuenca alta 2. Trnsito de ese hidrograma desde A hasta B 3. Clculo del hidrograma generado en B por la

Subcuenca baja 4. Suma en el punto B los hidrogramas generados

en los apartados 2 y 3 anteriores.

4.1. Datos del problema Las caractersticas de las subcuencas se indican

en el mapa adjunto. No hay flujo base. Dos pluvimetros, cada uno en una subcuenca:

Pluv_1 (representativo Subcuenca alta) y Pluv_2 (representativo Subcuenca baja). Las precipitaciones netas registradas son las siguientes:

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 de la derecha). Les daremos los nombres de Subcuenca alta y Subcuenca baja.

Un sumidero (Sink) picando primero en y luego en el Escritorio. De acuerdo con el mapa anterior lo llamaremos B. En este sumidero se sumarn el caudal generado por la Subcuenca

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

.),/0( .12

.)1)0( .23

%

#4

!.

12- 0


baja ms el generado por la Subcuenca alta (y ya calculado el trnsito por el tramo A-B). Hemos puesto un Sink (=sumidero) porque ah termina la cuenca, en el punto B. Si tras esta unin, continuara ms abajo, en lugar de un Sink habramos puesto un elemento Junction (=Unin).

Un tramo de cauce (Reach), al que llamamos Tramo A-B , picando en y luego en el Escritorio. El tramo de cauce aparece como una lnea azul. Con la herramienta se puede mover, y su tamao se regula arrastrando los extremos.

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

La Subcuenca alta tramo A-B El tramo A-B Sumidero B La Subcuenca baja Sumidero B

Estas conexiones se realizan picando con el botn 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: un extremo del tramo A-B)7

La fina lnea negra que aparece uniendo la Subcuenca baja y el sumidero Sink-1 no representa ningn cauce que vaya a ser calculado, es simplemente la indicacin grfica de que el caudal generado en esa subcuenca se sumar directamente en el Sink-1

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

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

de P neta) Transform Method: SCS Unit Hydrograph Baseflow Method: --None-- (No existe flujo base) En la pestaa Transform elegimos introducimos el Lag

(minutos), que lo evaluamos por el 60% del tiempo de concentracin.

Ajustes en el Tramo A-B En este Ejemplo 2 tambin tenemos que introducir datos en

el Tramo A-B. HMS tiene que calcular el trnsito del hidrograma generado en la Subcuenca alta a travs de los 4,89 km. de recorrido atravesando la Subcuenca baja. Para calcular el trnsito del hidrograma, vamos a elegir el mtodo Muskingum. Este mtodo necesita dos parmetros: K y X. En la pestaa Routing introducimos los datos necesarios: K=0.6 horas y X=0.2

HMS no considera de ninguna manera el trnsito 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 ningn tipo de clculo que podra tener en

7 Si la conexin se realiza con el extremo opuesto del tramo A-B en lugar de conectar con el extremo ms prximo,

basta con arrastrar los extremos del tramo e invertir su posicin


cuenta el recorrido que ha tenido que hacer a travs de la propia subcuenca. La lnea fina que une la Subcuenca baja al punto de desembocadura indica simplemente una conexin, no representa el cauce.

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

pluviomtricos, en este ejemplo son dos pluvigrafos. Para ello hacemos: Components > Time Series Data Manager > New.... Creamos dos, llamndolos Pluvigrafo 1 (sern las lluvias cadas en la subcuenca alta) y Pluvigrafo 2 (lluvias cadas en la subcuenca baja)

En ambos pluvigrafos 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 estn en los datos de este Ejemplo 2.

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

Despus picamos en la pestaa 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 ltimo intervalo).

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

(No hemos modificado la fecha, es irrelevante para el clculo. Si la duracin fuera de varios das y el primero lo hemos dejado en 1 Enero, la fecha de terminacin habra que introducirla en consecuencia).

4.5. Modelo Meteorolgico Creamos el modelo meteorolgico: 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 precipitacin. En este ejemplo dejamos las opciones ofrecidas. Specific Hyetograph significa que el usuario le dar los datos de precipitacin.

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

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

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

Pasamos al tercer y ltimo 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 HMS tiene que realizar clculos 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 haba 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 grfico los calcular en incrementos de 5 minutos.

4.7. Ejecucin y obtencin de resultados Ejecutamos el modelo y podemos obtener tres resultados parciales y el resultado final

(Recordamos: botn derecho en el Escritorio, sobre la subcuenca, tramo o Sink: View Results [Run1]>> Graph):

1. Hidrograma generado a la salida de la Subcuenca alta, y sobre l, el hietograma correspondiente. 8

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

8 Por qu 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 a pie de pgina al final de Ejemplo 1: Escribimos lluvias en intervalos de 20 min. y el programa ha calculado con intervalos de 5 minutos, por lo que el valor se divide por 4 .


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

4. 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, despus de transitar por el Tramo A-B (aqu en

puntos) 2. El hidrograma generado en la Subcuenca baja (aqu 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.

Nuevos conceptos en este ejemplo: Disponemos de datos de P real, no P neta El cauce presenta un caudal base antes del

hidrograma de crecida Disponemos de datos de aforos medidos y

los compararemos con los caudales calculados por el modelo

Dos pluvigrafos, 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 mtodo SCS Cuenca baja: Po = 68 mm, CN = 43 Cuenca alta: Po = 41 mm, CN = 55 donde: Po = Initial Abstraction (abstraccin inicial o umbral

de escorrenta) CN = Curve Number (Nmero de Curva) 9

El caudal base previo era de 30 m3/seg en la subcuenca alta, 21 m3/seg en la subcuenca baja (otros datos necesarios ms adelante).

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 ms cmodo utilizar el

comando File>>Open... As disponemos inmediatamente de todos los elementos de la cuenca; slo ser necesario cambiar los datos de cada elemento de la cuenca (superficies, lag, etc).

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

espaolas dan valores de Po (abstraccin inicial o umbral de escorrenta). La relacin entre ambos es:

0

254000, 2 254P

CN= ; inversamente: 0

25400

2540, 2

CNP

=+

El 0,2 de ambas frmulas se basa en la hiptesis del SCS de que la abstraccin inicial es el 20% de la abstraccin mxima del suelo. Pero HMS acepta cualquier pareja de valores de Po y CN y recalcula el valor necesario del coeficiente 0,2 para que tal pareja de valores cumplan las ecuaciones anteriores; lo denomina Initial abstraction ratio.

Pero si admitimos la hiptesis del 20%, fijado el coeficiente 0,2, podemos consultar indistintamente tablas de CN o de Po, y calcular el otro valor, ya que 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

.2/,0( .*3,

.))1,0( .5/,

%

#4

!.

110


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

opcin SCS Curve Number. En Transform Method (para convertir la P neta en escorrenta) elegimos el mtodo SCS,

eligiendo la opcin SCS Unit Hydrograph. En Baseflow Method (para calcular el caudal base) elegimos la opcin Recession. Con las especificaciones

anteriores, abajo, en el Editor de Componentes tendramos el siguiente aspecto:

Vemos que han aparecido

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

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

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

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

Pestaa 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 clculo

30 m3/seg 21 m3/seg

Recession constant Para HMS esta constante es la disminucin del caudal base cada da, si es 0,9 significa que: Qhoy / Qayer = 0,9

0,90 0,95

Threshold Type (opcin Ratio to Peak) Caudal umbral (por ej.: 0.10 =el 10% del caudal punta) a partir del cual el programa comienza a computar una nueva recesin10

0,25 0,3

5.2.2 Introduccin de los datos en el canal Tramo A-B HMS calcula el trnsito del hidrograma generado en la Subcuenca alta a travs de los 44 km de

recorrido atravesando la Subcuenca baja. Para calcular el trnsito del hidrograma, vamos a elegir el mtodo Muskingum. Este mtodo necesita dos parmetros: K y X. Vamos a introducir K=1,2 horas y X=0,2

10 Aqu hay algo que no concuerda con la teora: Se supone que en el momento en que comienza un nuevo periodo

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


5.3. Datos de precipitaciones Recordemos que antes de crear el Modelo Meteorolgico, debemos introducir los datos

pluviomtricos, en este ejemplo son dos pluvigrafos. Igual que en ejemplos anteriores: precipitacin 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 pestaa Time Window indicamos desde la 01:00 hasta las 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 meteorolgico.

5.4. Modelo Meteorolgico Creamos un modelo meteorolgico, igual que en el ejemplo 2. Recordar que picando arriba en

, abajo, en la pestaa 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. (segn se indica en los datos del problema)

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

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 clculo podemos indicar 30 minutos (no puede ser menor del 29% del tiempo de lag).

5.6. Ejecucin y obtencin de resultados

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

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

El caudal base es otra novedad, aparece como una lnea roja, por encima de la cual se supone que es escorrenta directa y por debajo escorrenta bsica.

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 (lnea continua), que sera el caudal registrado en ese punto.

P neta


5.7. Calibracin del modelo Al confeccionar el modelo, todos los datos introducidos (excepto, probablemente, la superficie

de la cuenca) estn afectados de grandes errores o son meras suposiciones. El modo de intentar que nuestro modelo simule la realidad es el siguiente:

1. Ejecutamos el modelo para un periodo histrico del que conozcamos los caudales que se produjeron en esa cuenca.

2. Comparamos los resultados obtenidos por el modelo con los que realmente se produjeron. 3. Si la comparacin del punto 2 no es satisfactoria, cambiamos los parmetros necesarios y

volvemos al punto 1. Aqu vamos a indicar solamente cmo introducir datos de caudales medidos y cmo hacer para

que aparezcan superpuestos al hidrograma generado por el modelo. (Veremos en el apartado siguiente que HMS tambin puede realizar una calibracin automtica de los parmetros para que los resultados que genera se parezcan a los histricos).

Introduccin de los datos de caudales reales conocidos Es similar a la introduccin de datos de

precipitaciones: Men Components > Time-Series Data Manager , En la ventana Data Type (tipo de datos) elegimos Discharge Gages (medidores de caudal) y picamos en New. Le damos un nombre, en la figura adjunta se ha bautizado como Limngrafo_1.

Arriba, en el Explorador de cuenca aparece el limngrafo que acabamos de crear:

Picando sobre l (ver figura), en el Editor de Componentes, podemos introducir datos de caudal, igual que se indicaba en la pgina 6 la introduccin de datos pluviomtricos.

Adjudicacin de estos datos de caudales a un elemento de la cuenca En este ejemplo, suponemos que los caudales introducidos

corresponden a la salida de la cuenca (punto B). Picamos sobre ese elemento, y abajo en el Editor de Componentes, picamos la pestaa Options. En la casilla Observed Flow elegimos los datos Limnigrafo_1. (Anlogamente se adjudicaran a una de las subcuencas).

Ahora si ejecutamos el modelo de nuevo, el hidrograma obtenido en el punto B ofrecer este aspecto:

El hidrograma real (lnea con bolitas negras) se muestra como una lnea quebrada porque se han introducido caudales cada 3 horas, mientras que el hidrograma calculado se ha computado cada 10 minutos (especificado en en Control 1).


6. Estimacin de parmetros: Optimizacin

Al fnal del ejemplo anterior hemos visto cmo introducir datos reales de aforos para compararlos con los caudales generados por HMS. A la vista de esa comparacin podemos cambiar algunos de los parmetros introducidos para conseguir un resultado lo ms parecido posible a los datos histricos de caudales.

Este proceso puede ser realizado automticamente por HMS, se denomina optimizacin. Es necesario haber ejecutado previamente una simulacin (Simulation Run) en la que se hayan

incluido valores de caudales reales correspondientes al mismo intervalo temporal en el que ha funcionado el modelo (como se indicaba en 5.7. Calibracin del modelo).

Creacin de un ensayo de optimizacin (Optimization Trial) Men Compute > Create Optimization Trial. Aparecen tres cuadros sencillos: 1. Se le adjudica un nombre al ensayo (ofrece el nombre Trial 1) 2. En el segundo cuadro se elige sobre cual de las simulaciones deseamos hacer la optimizacin

(apareceran como Run 1, Run 2,... si hubiramos aceptado los nombres ofrecidos al crearlos) 3. Se elige el elemento de cuenca sobre el que queremos hacer la optimizacin (una de las

subcuencas, una confluencia joint o una salida de cuenca sink). Debe tratarse de un elemento de la cuenca en el que hayamos incluido caudales histricos.

Indicacin de los parmetros a optimizar Arriba a la izquierda, en el Explorador de cuenca, elegimos la

pestaa Compute y vemos que ha aparecido la carpeta Optimization Trials con el ensayo de optimizacin que acabamos de crear (Trial 1).

Hacemos clic con el botn derecho (figura adjunta) y elegimos Add parameter. Bajo aparece .

Picando sobre , abajo podemos especificar el parmetro que deseamos optimizar, por ejemplo, el Lag de la Subcuenca alta. Lo indicaramos as:

Deberemos aadir tantos parmetros como creamos necesarios.

Ejecucin del ensayo de optimizacin Es similar a la ejecucin de una simulacin: Men Compute

> Compute Trial Si hubiramos creado varios Optimization Trial, previamente elegimos uno de ellos en men

Compute > Select Trial

Observacin de los resultados Men Results > Optimiced Parameters. Aparece un cuadro indicando el valor inicial y el valor

optimizado de cada parmetro soliciado. Tambin en aparece un grfico comparando el hidrograma real (datos istricos) y el hidrograma

que generar HMS si se ejecuta con los parmetros que est proponiendo.

Ejemplo Consideramos una nica subcuenca con los siguientes datos: Superficie= 128 km2; tiempo de concentracin= 200 minutos (Lag =120); CN= 58; Po= 37 mm No existe caudal base.


Las precipitaciones y los caudales conocidos se expresan en la tabla siguiente: Al ejecutar el modelo con los datos indicados en

el ejemplo, obtenemos el siguiente grfico:

En el hietograma superior vemos marcada en azul la precipitacin neta que ha generado la escorrenta que conforma el hidrograma. En puntos negros gruesos aparecen los caudales histricos y observamos dos errores:

1) El caudal punta obtenido por HMS aparece superior al que realmente se

produjo y anticipado en el tiempo. Para que el caudal no sea tan elevado habra que actuar sobre los parmetros que influyen en la fase Loss. Como hemos usado el mtodo SCS, podemos cambiar el valor CN (Curve Number) y la abstraccin inicial (58 y 37 respectivamente, en los datos del problema)

2) El hidrograma est desplazado lateralmente, seguramente hemos evaluado mal el Lag (tiempo de respuesta, aproximadamente 60% del tiempo de concetracin).

Siguiendo las indicaciones de la pgina anterior, creamos un Optimization Trial (ensayo de optimizacin), y le colocamos dos parmetros: uno para que optimice el valor CN, otro para que optimice el Lag. Arriba, en el Explorador de Cuenca el aspecto es el siguiente:

A cada unos de los parmetros le asignamos el valor que tiene que optimizar como hemos indicado.

Ejecutamos la optimizacin: Men Compute > Compute Trial Men Results > Optimiced Parameters. Y obtenemos: CN = 54,63 y Lag = 144,06 Volvemos a la cuenca, introduciendo

estos valores donde habamos escrito inicialmente CN = 58 y Lag =120, y ejecutamos de nuevo el modelo.

El hidrograma obtenido se ajusta satisfactoriamente a los caudales histricos : (observar que la lnea de puntos negros no ha variado, son los datos histricos)

Tiempo (horas)

Precipitacin (mm)

Tiempo (horas)

Caudal (m3/s)

00:00 a 00:01 28 00:00 0 00:01 a 00:02 41 01:00 0 00:02 a 00:03 17 02:00 0

03:00 37 04:00 93 05:00 79 06:00 52 07:00 28 08:00 16 09:00 12


7. HMS como modelo continuo

Los modelos de simulacin hidrolgica pueden ser de dos tipos: Un modelo de eventos simula un evento hidrolgico concreto: Este aguacero producira este

hidrograma.. Calcula qu parte de la precipitacin ser precipitacin neta, y con ella calcula la escorrenta directa que se genera; el resto de la precipitacin (abstracciones o prdidas) lo olvida.

Un modelo continuo intenta simular la evolucin de todo el proceso hidrolgico. Calcula qu parte de las precipitaciones quedan retenidas superficialmente (interceptacin en la vegetacin y charcos), qu parte se infiltra en el suelo y qu parte genera escorrenta superficial. Pasada la precipitacin debe considerar si la que se almacen en el suelo se evapotranspira o si se infiltra hacia los acuferos. Finalmente, desde stos puede perderse hacia una circulacin profunda (fuera del alcance del modelo) o alimentar los cauces.

Un modelo de eventos suele trabajar desde unos minutos a varios das, mientras que en los modelos continuos son habituales periodos desde meses hasta varios aos.

HMS inicialmente fue un modelo para simular eventos concretos, aunque ahora dispone de mtodos que permiten utilizarlo como continuo. Para ello, al caracterizar la subcuenca, y como mtodo de clculo de prdidas (Loss), debemos utilizar unos de los dos mtodos siguientes:

Deficit and Constant . Es un mtodo para una simulacin cuasi-continua que considera solamente el almacenamiento en el suelo como un depsito nico en el que se infiltra el agua que no produce escorrenta directa. En periodos de no precipitacin se producir evapotranspiracin utilizando ese agua.

Soil-moisture Accounting (SMA) (= Consideracin continua de la humedad del suelo). Este es el mtodo ms adecuado para utilizar HMS como modelo continuo. Tiene en cuenta cinco niveles distintos en los que la precipitacin puede ser retenida o almacenada: vegetacin, retenciones superficiales, suelo, acufero 1 (superficial) y acufero 2 (ms profundo).

7.1. Evapotranspiracin Si utilizamos HMS como modelo continuo con cualquiera de los dos mtodos indicados, es

necesario introducir previamente datos de Evapotranspiracin Potencial (ETP). Esto puede hacerse de dos maneras:

Escribimos directamente los datos de ETP Hacemos que HMS calcule la ETP

Picando arriba en el nombre del modelo meteorolgico que hayamos creado, abajo aparece este cuadro:

En la casilla Evapotranspiration inicialmente se muestra: ---None---, pero al picar sobre ella, aparece la opcin de calcular la ETP por el mtodo de Priestley-Taylor o Monthly Average (Medias mensuales) que nos va a permitir escribir la ETP media de cada mes. Vamos a elegir ste ltimo, como ms sencillo.

Al elegir esta opcin, en el Explorador de Cuenca (arriba) aparece el elemento marcado en rojo en la figura de la pgina siguiente. Picando sobre aparece en el Editor de Componentes (abajo) una tabla para que introduzcamos los valores de ETP de cada mes ( ver de nuevo la figura de la pgina siguiente).


La 2 columna (Pan coefficient) se utiliza cuando los datos de ETP proceden de un tanque de evaporacin lo que nos hace suponer que tienen un error por exceso respecto a la ETP real de un suelo con vegetacin; en tal caso, habr que multiplicar por un coeficiente reductor (tpicamente 0,7 0,8). Si los datos de ETP que hemos escrito no provienen de un tanque, sino que son medidas o clculos de la ETP que consideramos correctos, ese coeficiente ser 1.

Observando el Explorador de Cuenca (parte superior de la figura adjunta) podemos observar que los datos de P y de ET adjudicados a cada subcuenca estn organizados de modos distintos:

Los datos de ET para cada subcuenca se encuentran dentro del modelo meteorolgico (valo rojo), mientras que los datos de precipitaciones aparecen en Time-Series Data. Como ya hemos visto, desde el modelo meteorolgico le adjudicamos a cada subcuenca el pluvimetro correspondiente (picando sobre Specified Hyetograph). Por tanto, podremos adjudicar el mismo pluvimetro a dos subcuencas distintas, mientras que los

datos de ETP aunque fueran comunes, habra que escribirlos para cada subcuenca.

7.2. Clculo de las abstracciones (Loss) por el mtodo de Soil Moisture Accounting

Como hemos indicado, este mtodo es la principal herramienta de que dispone HMS para realizar el modelo de un modo continuo. Este procedimiento considera cinco niveles de retencin y

almacenamiento de agua11: a) Interception Canopy (Interceptacin en la

cubierta vegetal). Representa la parte de la precipitacin que no alcanza el suelo porque es retenida en las plantas. La nica entrada son las precipitaciones y la nica salida la evapotranspiracin. HMS coloca aqu las primeras precipitaciones hasta que se alcance la capacidad mxima.

Este dato y el siguiente (Surface...) hasta la versin 3.4 de HMS aparecan dentro de la pestaa Loss. En la versin 3.5 el agua interceptada por la cobertera vegetal (Canopy) y la retenida en superficie (Surface...) ya aparecen en pestaas independientes para cada subcuenca .

b) Surface depression storage (Almacenamiento en depresiones superficiales). Es el volumen de agua retenido en las irregularidades de la superficie del terreno. La entrada son las precipitaciones que no han sido interceptadas por la vegetacin. Las salidas son inicialmente la infiltracin y la ET. Posteriormente, si el volumen almacenado supera el mximo establecido, este agua pasar a la escorrenta superficial.

c) Soil profile storage (almacenamiento en el suelo). La entrada es la infiltracin desde la

11 Lo siguiente es poco ms que una traduccin libre (bastante libre) de las pginas 138-139 del Users Manual y

52 y siguientes del Technical Reference Manual. La figura est en la pg. 52 del Tech. Ref. Manual. [En todos los casos me refiero a nmeros de pgina del documento pdf, no a los que aparecen escritos al pi de cada pgina]


superficie. Las salidas son la ET y la percolacin hacia el acufero subyacente. HMS distingue dos zonas dentro del suelo:

c1) Upper zone: Parte del suelo que puede perder agua por ET o por percolacin. Corresponde al agua gravfica, que ocupa los poros del suelo y es susceptible de ser atrapada por las races de las plantas o de ser arrastrada hacia abajo por la gravedad. c2) Tension zone: Parte del agua contenida en el suelo que se pierde solamente por ET. Corresponde al agua adherida a las partculas del suelo; las races pueden utilizarla, pero no puede moverla. La ET primero toma agua de la Upper zone, y posteriormente de la Tension zone.

d) Groundwater storage. (Almacenamiento en los acuferos). El modelo HMS distingue dos niveles: un acufero ms superficial, Layer 1, que recibe directamente la percolacin del agua gravfica que no ha sido atrapada por la ET y que ha excedido la capacidad de almacenamiento del suelo. Desde este acufero ms superficial, el agua puede incorporarse a la escorrenta subterrnea (que puede alimentar el caudal base de los ros) o bien percolar hacia un acufero ms profundo, Layer 2. Anlogamente, desde este acufero el agua puede incorporarse a la escorrenta subterrnea o percolar an ms profundamente; en este caso el modelo considera este agua perdida, sale del sistema y no ser considerada.

Las especificaciones necesarias para todas estas fases aparecen en la pestaa Loss, despus de picar arriba en la subcuenca correspondiente. Son 18 parmetros (18!), que, excepto uno, aparecen representados en la figura siguiente (todos los rtulos que aparecen en ingls):

6 datos (los que estn en la figura en mm.) se refieren a la capacidad mxima de

almacenamiento de cada nivel expresada como el espesor en mm de una lmina de agua equivalente. Son 5 niveles, pero ya hemos comentado que en el suelo se diferencia entre el agua susceptible de se drenada por gravedad (Upper zone) y el agua solamente extrable por la ET (Tension zone). La suma de ambas el total del agua almacenada en el suelo se introduce en

y la parte no drenable por gravedad se resea en la casilla . 5 datos (los que estn en %) sirven para indicar el porcentaje de llenado de cada uno de los

niveles (No indica la parte libre, indica la parte ocupada) .


4 parmetros (indicados en mm/hora, y asociados en la figura a una flecha vertical) se refieren al flujo mximo de agua que puede pasar de un nivel al siguiente: de las retenciones superficiales al suelo (infiltracin), del suelo al primer acufero, de este al segundo, y desde ste hacia abajo.

Los 3 restantes se comentan ms adelante: dos coeficientes de ambos acuferos (en horas) y el % de cuenca impermeable (que es el nico de los 18 que no aparece en la figura).

El proceso se desarrolla as: Cuando comienza la precipitacin, primero se completa la capacidad de retencin de la vegetacin (Canopy Storage). La ET toma agua de este nivel antes que de los otros.

El agua no retenida por la vegetacin pasa a la superficie del terreno. Desde esta retencin superficial comienza la infiltracin sin que se pueda superar la capacidad de infiltracin (expresada en la casilla ). La ET tomar agua de aqu si no la encuentra en el nivel anterior (Canopy). Si a pesar de la infiltracin y de la ET, se excede el mximo almacenamiento que hayamos indicado en , el agua sobrante pasa a la escorrenta superficial.

El agua infiltrada llega al suelo; cuando el agua almacenada en el suelo supere el mximo que hayamos especificado en comenzar la percolacin hacia el acufero superficial; es decir, no es necesario que se exceda el valor mximo asignado al suelo en , sino que en cuanto exista agua gravfica, puede comenzar a percolar, sin superar el valor mximo posible indicado en .

El agua percolada desde el suelo, alimenta el acufero superficial (Groundwater 1) hasta su capacidad mxima establecida en , y desde ese acufero el agua pasa al acufero inferior (Groundwater 2) sin que el flujo pueda sobrepasar el mximo indicado en , y anlogamente, desde el acufero profundo se pierde agua por percolacin sin superar el lmite indicado en . Desde ambos niveles acuferos puede salir un flujo lateral que alimentar el caudal base del hidrograma final resultante.

Los coeficientes y son el tiempo de retardo (time lag) que debe transcurrir para que el agua almacenada en cada uno de los niveles acuferos salga lateralmente y alimente al cauce como caudal base o flujo bsico.12

Si no queremos incluir en el modelo alguna de las fases, basta con escribir cero en la casilla correspondiente al almacenamiento (storage) de ese nivel en mm.

El dato de indica que en esa parte de la subcuenca, toda el agua cada se considerar precipitacin neta y pasar a la escorrenta superficial.

7.3 Clculo del caudal base (Baseflow) por el mtodo de Linear Reservoir Al explicar el clculo de la fase anterior

(Loss) para simular un proceso continuo, hemos indicado que desde los acuferos puede llegar a salir un cierto flujo que llegar a alimentar el caudal base (baseflow) del ro. Para que esos aportes se incorporen efectivamente al caudal, es necesario utilizar el mtodo Linear Reservoir al computar el caudal base.

Picando ahora en la pestaa Baseflow aparecen los parmetros que debemos indicar para este mtodo:

12 No se indica cmo se distribuyen las salidas de agua de los niveles acuferos entre la percolacin hacia abajo y el

flujo lateral que acabar alimentando el caudal base del ro. Este flujo lateral se produce solamente cuando el almacenamiento del acufero est completo y la salida por percolacin (mm/hora) no puede evacuar la entrada de agua?


En la primera casilla podemos elegir entre especificar caudales (discharge) o caudales por km2 (discharge per area). Si disponemos de aforos en periodos de estiaje, ser ms lgica la primera opcin, si vamos a hacer estimaciones, puede ser ms cmodo hacerlo en caudal por km2 (13)

En las siguientes casillas indicaremos tres parmetros relativos al caudal proveniente de cada uno de los dos acuferos considerados (GW1 el ms superficial, GW2 el inferior):

GW Initial (M3/S): Debemos introducir el caudal inicial (en el momento que el modelo comienza a trabajar)

GW Coefficient: Es el Groundwater Storage Coefficient (medido en horas). El acufero acta como un lago o embalse, que recibe y suelta agua, y como ellos, tambin el acufero atena el caudal y lo retrasa, como en cualquier procedimiento de trnsito de caudales. Este parmetro en horas informa al modelo del tiempo de respuesta de este depsito intermedio que es el acufero 14

GW Reservoirs. Simula cada acufero como un nmero de depsitos en cadena que provocan la atenuacin del caudal que comentbamos arriba. Por omisin aparece 1, que corresponde a la mnima atenuacin.

La estimacin de los parmetros en modelos

continuos es mucho ms compleja que en los modelos que simulan eventos aislados.

La calibracin con caudales reales y una optimizacin de parmetros (que explicbamos en los apartados 5.7 y 6) aqu se hacen necesarios.

En la figura vemos un ejemplo ofrecido por los

autores del HMS: en puntos negros caudales reales, la lnea azul el hidrograma generado por el modelo) -------------->

13 Recomendaciones del Users Manual, pg. 149. Atencin: Si elegimos caudal por rea, en unidades mtricas

nos ofrece m3/seg/km2. Se trata de unidades muy grandes: el caudal medio anual (no el caudal base, sino el caudal total) oscila en la mayora de los casos entre 5 y 30 litros/seg/km2, lo que seran 0,005 a 0,03 m3/seg/km2

14 En la fase Loss, tambin habamos introducido estos mismos coeficientes (GW1 Coefficient y GW2 Coefficient ) con el mismo nombre y aparentemente con el mismo significado. Son exactamente los mismos coeficientes, hay que adjudicarles los mismos valores?

hec-hms3.5

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