manual chac 1

MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE

CENTRO DE ESTUDIOS

Y EXPERIMENTACIÓN DE OBRAS PÚBLICAS

i

CÁLCULO HIDROMETEOROLÓGICOLÓGICO DE APORTACIONES Y CRECIDAS (C.H.A.C.)

Mayo 2004

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iii MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE

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Í N D I C E D E C O N T E N I D O S

1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 1.1 INSTALACIÓN Y DEFINICIÓN DE PROYECTO .......................................................... 1

1.1.1 Configuración del PC:................................................................................ 1 1.2 EJECUCIÓN........................................................................................................... 1 1.3 APERTURA DE UN PROYECTO ............................................................................... 3 1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA: ............... 4

2 UTILIDADES............................................................................................................ 8 2.1 GENERACIÓN DE FICHEROS LEMA ...................................................................... 8 2.2 PREFERENCIAS ................................................................................................... 10

2.2.1 Año hidrológico 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: SELECCIÓN DEL FICHERO DE DATOS................................. 12 3.2 EDITAR: EDICIÓN Y MODIFICACIÓN DEL FICHERO DE DATOS.............................. 14 3.3 DIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALES.................................................................. 15 3.4 CRONOGRAMA ................................................................................................... 16 3.5 ESTADÍSTICO...................................................................................................... 17 3.6 DOBLES ACUMULACIONES ................................................................................. 19 3.7 COMPLETADO DE DATOS.................................................................................... 22 3.8 PONDERACIÓN DE SERIES LEMA....................................................................... 29 3.9 LEYES DE FRECUENCIA ...................................................................................... 34 3.10 PONDERACIÓN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA .................................... 40

4 CALCULO DE APORTACIONES....................................................................... 43 4.1 OBTENCIÓN DE LA ETP...................................................................................... 43

4.1.1 Métodos de cálculo ................................................................................... 43 4.1.2 Descripción de los ficheros para el cálculo de la ETP: ........................... 46

4.2 MODELO DE TÉMEZ ........................................................................................... 50 4.2.1 Calibración ............................................................................................... 51 4.2.2 Simulación ................................................................................................ 56

5 SIMULACIÓN DE CRECIDAS: .......................................................................... 60 5.1 MÉTODO RACIONAL ........................................................................................... 60

6 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 64

iv MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE

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Í 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 aplicación....................................................................................................... 2 Figura 3 Ventana de definición del proyecto ..................................................................................................... 3 Figura 4. Ventana para nombrar el proyecto...................................................................................................... 4 Figura 5. Formato LEMA .................................................................................................................................. 7 Figura 6 Generación 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 Generación de ficheros LEMA. Primera columna en blanco .............................................................. 9 Figura 10 Fichero .txt resultado de la transformación a LEMA ...................................................................... 10 Figura 11 Configuración inicial de Chac ......................................................................................................... 10 Figura 12 Redireccionado del proyecto ........................................................................................................... 11 Figura 13 Eliminación de un proyecto ............................................................................................................. 11 Figura 14 Botón de carga de ficheros .............................................................................................................. 12 Figura 15 Ventana de abrir fichero de datos .................................................................................................... 13 Figura 16 Ventana de selección de los ficheros de datos................................................................................. 13 Figura 17 Ventana del fichero de datos ........................................................................................................... 14 Figura 18 Botones de la aplicación.................................................................................................................. 14 Figura 19 Ventana de edición de datos de series temporales ........................................................................... 15 Figura 20 Ventana de dibujo de series temporales........................................................................................... 16 Figura 21 Ventana del cronograma.................................................................................................................. 17 Figura 22 Estadístico de las series temporales................................................................................................. 18 Figura 23 Ventana de creación de grupos de estaciones homogéneas ............................................................. 19 Figura 24 Ventana de formación de los grupos de estaciones ......................................................................... 20 Figura 25 Constitución de un grupo de estaciones homogéneo ....................................................................... 21 Figura 26 Ventana de dobles acumulaciones ................................................................................................... 22 Figura 27 Serie de precipitaciones estacionarizadas para la estación 08308 ................................................... 24 Figura 28 Matriz de coeficientes de regresión parcial y matriz de datos comunes .......................................... 24 Figura 29 Matriz de correlación múltiple y matriz de datos comunes para la estación 08308......................... 24 Figura 30 Elección de pareja de estaciones para la estación 08308................................................................. 25 Figura 31 Ventana de selección de estaciones a completar ............................................................................. 26 Figura 32 Ventana de parámetros 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 Estadístico de los datos completados............................................................................................... 29 Figura 36 Selección de estaciones para el cálculo areal................................................................................... 30 Figura 37 Pesos para el cálculo areal ............................................................................................................... 31 Figura 38 Periodo de generación de datos areales ........................................................................................... 31 Figura 39 Fichero de salida de datos ponderados ............................................................................................ 32 Figura 40 Fichero de pesos .............................................................................................................................. 32 Figura 41 Recuperación del fichero de pesos previamente grabado ................................................................ 33 Figura 42 Recuperación del fichero de pesos .................................................................................................. 33 Figura 43 Ventana de leyes de frecuencia ....................................................................................................... 35 Figura 44 Representación de función de distribución sin ajuste paramétrico en papel Gumbel ...................... 36 Figura 45 Representación de función de distribución sin ajuste paramétrico en papel normal........................ 36 Figura 46 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función NORMAL.............................................................. 37 Figura 47 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función Gumbel .................................................................. 37 Figura 48 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función SQRT et max ......................................................... 38 Figura 49 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función Log Pearson III ...................................................... 38 Figura 50 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función GEV....................................................................... 39

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Figura 51 Fichero informe de leyes de frecuencia ........................................................................................... 40 Figura 52. Selección de estaciones para ponderación de cuantiles de leyes de frecuencia .............................. 41 Figura 53. Asignación de pesos a las estaciones.............................................................................................. 41 Figura 54. Ventanas para guardar fichero de resultados y pesos ..................................................................... 42 Figura 55 Ventana de cálculo de la ETP.......................................................................................................... 43 Figura 56 Cálculo de la ETP por Thornthwaite ............................................................................................... 45 Figura 57 Cálculo de la ETP por Blaney Criddle ............................................................................................ 46 Figura 58 Fichero de parámetros para el cálculo de la ETP............................................................................. 46 Figura 59 Fichero de temperaturas para el cálculo de la ETP.......................................................................... 47 Figura 60 Fichero de humedades para el cálculo de la ETP según Penman Monteith..................................... 48 Figura 61 Fichero de humedades para el cálculo de la ETP según Blaney Criddle ......................................... 48 Figura 62 Fichero de horas de sol para el cálculo de la ETP ........................................................................... 49 Figura 63 Fichero de velocidad del viento para el cálculo de la ETP .............................................................. 49 Figura 64 Esquema del Modelo de Témez....................................................................................................... 50 Figura 65 Calibración. Datos iniciales............................................................................................................. 51 Figura 66 Calibración o validación de parámetros .......................................................................................... 52 Figura 67 Generación de gráficos tras la calibración. Hidrograma de año medio ........................................... 54 Figura 68 Generación de gráficos tras la calibración. Caudal registrado y caudal simulado (año).................. 54 Figura 69 Generación de gráficos tras la calibración. Caudal registrado y caudal simulado (mes) ................. 55 Figura 70 Ampliar escala abscisas en Gráficos................................................................................................ 55 Figura 71 Datos de entrada para la simulación ................................................................................................ 56 Figura 72 Simulación....................................................................................................................................... 57 Figura 73 Generación de gráficos de simulación. Hidrograma de año medio ................................................. 58 Figura 74 Menú de opciones............................................................................................................................ 61 Figura 75 Ventana para el cálculo de caudales máximos................................................................................. 62 Figura 76 Datos de entrada para el cálculo de caudales máximos ................................................................... 63 Figura 77 Ventana de resultados del cálculo de caudales máximos................................................................. 63

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Í 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 Códigos de tipo de dato en ficheros LEMA.......................................................................................... 7 Tabla 3 Descripción del formato del fichero de parámetros ............................................................................ 47 Tabla 4 Gráficos de calibración ....................................................................................................................... 53 Tabla 5 Ficheros resultado de la calibración.................................................................................................... 56 Tabla 6 Ficheros resultado de la simulación.................................................................................................... 58 Tabla 7 Gráficos de simulación ....................................................................................................................... 59

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1 INTRODUCCIÓN

La aplicación Chac ha sido desarrollada por el Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX con metodologías propias con el fin de proporcionar una herramienta útil para el desarrollo de trabajos hidrológicos dentro del Master de Hidrología del CEDEX. Se trata de una aplicación desarrollada en Visual Basic para MS WINDOWS, con subrutinas de cálculo en Fortran 77, de fácil manejo a través de una interfaz gráfica.

Esta aplicación es de libre distribución, respondiendo a uno de los fines del CEDEX, como es la transferencia tecnológica a la sociedad. Sin embargo, el CEDEX no se hace responsable del uso que pueda hacerse de esta aplicación por parte de los usuarios finales.

La presente versión de la aplicación debe considerarse como una versión previa a la primera versión definitiva, por encontrarse todavía en desarrollo. Por ello es posible que se produzcan errores y fallos durante su ejecución, problemas que se resolverán en la versión definitiva. Si el usuario detecta alguno de estos fallos, será de utilidad comunicárselo mediante correo electrónico a [email protected] para su depuración.

1.1 INSTALACIÓN Y DEFINICIÓN DE PROYECTO

La aplicación se entrega en un CDROM o bien puede descargarse desde Internet en la dirección 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 instalación después de comprobar si hay suficiente espacio en el disco duro, el programa propone la carga de la aplicación en la carpeta “Archivos de programa\chac” (recomendada), pudiéndose cargar en otro lugar si el usuario lo prefiere. Aceptado el directorio de trabajo de la aplicación, se procede a su carga pulsando el botón correspondiente.

Bajo “Archivos de programa\chac” se crea el directorio Proyectos, donde se guardarán los trabajos. Posteriormente a la instalación este directorio puede cambiarse.

1.1.1 Configuración del PC:

Chac trabaja en pantalla con la configuración 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 cálculos intermedios, el separador decimal es siempre el punto.

1.2 EJECUCIÓN

Para ejecutar la aplicación basta con desplegar el menú de Inicio en la barra de herramientas de MSWINDOWS al pie de la pantalla, desplegar Programas y pulsar con el ratón Chac. Como ocurre con los programas de uso frecuente puede ser recomendable

mailto:[email protected]

http://hercules.cedex.es/Chac

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copiar como acceso directo el chac.exe que se encuentra en la dirección Archivos de programa / Chac

Figura 1 Icono del ejecutable Chac

La primera vez que se ejecuta es necesario definir los parámetros siguientes:

• Número máximo de estaciones de la mayor serie temporal que se prevea tratar con el programa. Este parámetro, así como los que se indican seguidamente se pueden cambiar en cualquier momento en el menú de utilidades. El programa sugiere 300 estaciones

• Número máximo de años por serie temporal. El programa sugiere 200 años. • Mes de inicio del año hidrológico. El programa sugiere Octubre, que corresponde

al inicio del año hidrológico en España. Estos parámetros afectan a todos los proyectos, tanto a los antiguos como a los nuevos.

Una vez puesta en marcha la aplicación y realizada la configuración inicial aparece la ventana general de la misma:

Figura 2 Ventana principal de la aplicación


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En esta ventana aparecen los elementos principales de la aplicación:

• Menús desplegables. Permiten ejecutar las distintas tareas que abarca la aplicación

• Botones: Realizan las mismas tareas que los menús desplegables proporcionando un acceso más rápido.

• Ventana principal: En ella se despliega la información durante el uso de la aplicación.

• Menús laterales. En el lateral izquierdo pueden aparecer botones, listas de selección y otros elementos, que varían en cada parte del programa.

Al comenzar el trabajo con la aplicación, la mayoría de las opciones de los menús, así como casi todos los botones están inhabilitados, por no poderse utilizar en tanto en cuanto no se realicen operaciones previas sin las cuales no tienen utilidad. Así se ayuda al usuario guiándole en el uso de la aplicación.

1.3 APERTURA DE UN PROYECTO

Para comenzar un trabajo debe crearse un proyecto. Un proyecto es el conjunto de datos, selecciones, resultados, gráficos, 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 método de trabajo, cuando se despliega la aplicación, tal y como aparece en la Figura 2, sólo aparecen habilitados los botones y las opciones de menú correspondientes a crear un nuevo proyecto y a abrir uno ya existente.

Pulsando el botón de Crear un proyecto nuevo (o desplegando el menú correspondiente) aparece la ventana de creación de proyecto nuevo:

Figura 3 Ventana de definición 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 será 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 raíz del que colgará 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 dirección donde se quiere guardar el proyecto, los directorios de proyectos se crean por defecto en el subdirectorio de proyectos del directorio del programa. No está permitido guardar proyectos en el directorio del programa ni en el directorio proyectos.

1.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA:

Los ficheros de datos, tipo LEMA, son ficheros ASCII con extensión .txt en los que se ordenan las series temporales mensuales con las coordenadas del punto de medida (estación meteorológica o hidrométrica) 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 Código de la Estación Texto


27-29 Tipo de Dato (Ver tabla adjunta) Texto


31-34 Año (4 dígitos) Entero


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35 Guión (- )

36-37 Año +1 (2 dígitos) Entero

38-45 Dato del primer mes del año hidrológico (octubre en el caso de España) 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 séptimo mes Real

94-101 Dato del octavo mes Real

102-109 Dato del noveno mes Real

110-117 Dato del décimo mes Real

118-125 Dato del undécimo mes Real

126-133 Dato del duodécimo 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, precipitación total máxima diaria de cada mes, caudales medios mensuales, mínimos instantáneos, etc. El tipo de medida se indica en la cuarta columna mediante un código para el tipo de dato.

El dato de la última columna, corresponde al valor anual que será diferente en función del tipo de variable que se esté 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

Precipitación máxima diaria mensual (mm/día) PMD Máxima

Precipitación mensual total (mm) PMT Total

Presión atmosférica media diaria mensual (mm/día) PRM Media

Radiación solar media diaria mensual (cal/cm2/día) RSM Media

Temperatura máxima absoluta mensual (º C) TAX Máxima

Temperatura media diaria mensual (º C) TMD Media

Temperatura máxima media diaria mensual (ºC) TMX Media

Temperatura mínima media diaria mensual (ºC) TMN Media

Temperatura mínima absoluta mensual (ºC) TAN Mínima


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Velocidad del viento media diaria mensual (Km/día) VMD Media

ESTACIONES METEOROLOGICAS CODIGO DATO ANUAL

Precipitación mensual original PMO Suma

Humedad mínima HMN Mínima

Humedad máxima HMX Máxima

Humedad media HMO Media

Humedad media H 07 H07 Media



ESTACIONES EVAPORIMETRICAS

Días de precipitación mensuales (días) EDP Total

Evaporación Piché media diaria mensual (mm/día) EVP Media

Evaporación Tanque media diaria mensual (mm/día) EVT Media

Insolación Media diaria mensual (horas/día) EIN Media

Velocidad del viento media diaria mensual (km/hora) EVV Media

Precipitación media diaria mensual (mm/día) EPM Media

Temperatura termómetro húmedo 1ª lectura (ºC) EH1 Media



Temperatura termómetro seco 1ª lectura (ºC) ES1 Media



Temperatura máxima media diaria mensual (ºC) ETX Media

Temperatura mínima media diaria mensual (ºC) ETN Media

Evaporación total mensual (mm) EVM Total

ESTACIONES DE AFORO

Caudales máximos instantáneos mensuales (m3/s) AMI Máximo

Aportaciones mensuales Hm3) AMA Total

Caudales medios mensuales (m3/s) AMQ Media

Caudales medios diarios máximos mensuales (m3/s) AMX Máximo

Caudales medios diarios mínimos mensuales (m3/s) AMN Mínimo

EMBALSES

Reservas mensuales medias 1er o último día (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 máximos instantáneos mensuales (m3/s) CMI Máximo

Aportaciones mensuales (Hm3) CMA Total

CANALES CODIGO DATO ANUAL

Caudales medios mensuales (m3/s) CMQ Media

Caudales medios diarios máximos mensuales (m3/s) CMX Máximo

Caudales medios diarios mínimos mensuales (m3/s) CMN Mínimo

BOMBEOS ESPECÍFICOS (mm) BME Total

SIMULACIÓN CHAC

Precipitación areal PMA Suma

ETP areal ETA Suma

Tabla 2 Códigos de tipo de dato en ficheros LEMA

A continuación se muestra un fichero ejemplo con una línea de cabecera indicativa de las posiciones:

Figura 5. Formato LEMA


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2 UTILIDADES

Dentro de este menú podemos encontrar aplicaciones para la importación de datos desde Excel o Access a formato LEMA, para el cambio de parámetros básicos, mes de comienzo del año hidrológico y dimensiones, así como fijar los directorios de trabajo o el borrado de proyectos.

2.1 GENERACIÓN DE FICHEROS LEMA

Previa a la carga de los ficheros puede ser necesaria la generación de éstos en el formato adecuado o el establecimiento de las características del estudio en cuanto a dimensiones y año hidrológico. Esto es posible desde la opción de Utilidades.

Para la Generación 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 línea superior en blanco.

2. Seleccionar copiar.

3. Acceder al menú Generación de ficheros LEMA y pegar.

Figura 6 Generación de ficheros LEMA

Tras la transformación de los ficheros en formato LEMA, Chac ofrece la opción de grabarlos en la dirección deseada pulsando el botón 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 Generación de ficheros LEMA. Primera columna en blanco


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Figura 10 Fichero .txt resultado de la transformación a LEMA

2.2 PREFERENCIAS

2.2.1 Año hidrológico y dimensiones

Puesto que dentro de los objetivos de la difusión de esta aplicación se encuentra su aplicación para estudios en cualquier espacio geográfico, se hace imprescindible ofrecer la posibilidad de escoger para cada proyecto las características del año hidrológico así como las dimensiones del estudio.

Esta opción se habilita dentro de la sección de Utilidades, apareciendo el siguiente cuadro tras seleccionar la opción Preferencias, Año hidrológico y Dimensiones También se ejecuta automáticamente la primera vez que se abre el programa.

Figura 11 Configuración inicial de Chac


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2.2.2 Directorio de proyectos

También dentro de Preferencias podemos redireccionar el proyecto escogiendo la opción de Directorio del proyecto

Figura 12 Redireccionado del proyecto

2.3 BORRAR UN PROYECTO

Por último la opción Utilidades permite borrar un proyecto completo con todos los ficheros asociados o bien escogiendo solo los de generación temporal, que son los generales del proyecto o aquellos precedidos por el símbolo $.

Figura 13 Eliminación 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 menú Series temporales y permiten acceder a los distintos módulos de cálculo de la aplicación:

• Edición de las series temporales

• Dibujo de las series temporales

• Cronograma de las series temporales

• Estadístico de las series temporales

• Dobles acumulaciones entre estaciones

• Completado de series temporales

• Ponderación de series LEMA

• Leyes de frecuencia

• Ponderación de informes de Leyes de frecuencia

3.1 FICHEROS DE DATOS: SELECCIÓN DEL FICHERO DE DATOS

Al crearse el nuevo proyecto, se habilita un nuevo botón, el de abrir el fichero de datos:

Figura 14 Botón de carga de ficheros

También se activa la opción Fichero de datos en el menú desplegable de series temporales. Seleccionando esta opción o pulsando el botón de abrir ficheros, se despliega la ventana de ficheros:


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Figura 15 Ventana de abrir fichero de datos

Pulsando el botón Abrir fichero, se despliega la ventana de selección del fichero de datos:

Figura 16 Ventana de selección 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 botón Cerrar, se copian los datos en ficheros de la aplicación, quedando habilitados los botones y menús de la aplicación:

Figura 18 Botones de la aplicación

3.2 EDITAR: EDICIÓN Y MODIFICACIÓN DEL FICHERO DE DATOS

Esta opción permite editar el contenido de la base de datos con el fin de modificar su contenido. Pulsando el botón de Edición del fichero de datos o seleccionando la opción Editar del menú de Series temporales, se abre la ventana de edición de los datos:


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Figura 19 Ventana de edición de datos de series temporales

En esta ventana se dispone de un campo para seleccionar la estación cuyos datos se quiere editar, directamente por su indicativo. Un cursor permite listar todas las estaciones disponibles en la base de datos. Seleccionada la estación aparecen sus datos temporales ordenados por años hidrológicos. Los valores tanto mensuales como anuales pueden modificarse directamente sobre la tabla. Para anular datos, se les atribuye el valor –100 mediante el botón Poner a –100 seleccionando previamente un rango de casillas con el ratón. Cualquier modificación solamente se almacena en el fichero de trabajo de la aplicación, nunca en el fichero original. La aplicación permite también Copiar al portapapeles el fichero de datos.

3.3 DIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALES

Seleccionando esta opción 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 selección de la estación, con un cursor que permite visualizar todas las estaciones disponibles en el fichero LEMA de series temporales cargado. Seleccionada la estación, se despliega un gráfico con años hidrológicos en las abscisas y con datos mensuales en las ordenadas, utilizándose como escala de abscisas los años primero y último de todas las series de estaciones contenidas en el fichero LEMA; como escala de ordenadas se utiliza el máximo valor de los datos mensuales de todas las series. Ambas escalas pueden modificarse en función de la serie de datos a representar. Así, la escala de ordenadas puede ajustarse automáticamente al rango de datos escogiendo la opción Auto del cuadro Escala Y, mientras en el caso de las abscisas, el usuario puede establecer los años que desea que se representen mediante la opción AMPLIAR

También se dispone del botón Imprimir gráfico que permite volcar el gráfico desplegado en pantalla por impresora.

3.4 CRONOGRAMA

Seleccionando esta opción 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 (años hidrológicos en abscisas y estaciones en ordenadas) es útil para estudiar los periodos comunes de existencia de datos de las estaciones, con el fin de determinar el periodo de estudio común a todo el conjunto o parte de él. Puede volcarse a impresora mediante el botón Imprimir gráfico de la izquierda de la ventana.

3.5 ESTADÍSTICO

Esta opción abre la ventana del estadístico:


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Figura 22 Estadístico de las series temporales

El estadístico presenta, para cada estación de la base de datos, un listado de las siguientes variables estadísticas calculadas para la serie anual:

• Número total de años con datos de cada estación

• Número de años completos, es decir, con datos en todos los meses

• Valor medio de toda la serie anual

• Coeficiente de variación de la serie anual

• Coeficiente de sesgo de la serie anual

Mediante el botón Imprimir puede volcarse el estadístico a impresora.

También aquí es posible copiar los datos del estadístico al portapapeles mediante la opción Pegar al portapapeles

CÁLCULO DE ESTADÍSTICOS

Media ∑=

=n

i

ix n

xm1


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CÁLCULO DE ESTADÍSTICOS

Coeficiente de variación x

x

mCV σ=

Coeficiente de Sesgo ∑=

−⋅=n

i

xi mxn

CS1

3

3)(1σ

3.6 DOBLES ACUMULACIONES

El método de las dobles acumulaciones es una técnica para valorar la consistencia de una serie temporal en función de otra serie de referencia. Para su aplicación se toman las dos series de datos durante el periodo común de registro, comparándose en un diagrama x, y sus series acumuladas. Si la relación entre las dos series se ha mantenido estable, es decir, a los incrementos de una corresponden los proporcionales en la de referencia, la representación mostrará una tendencia lineal. En caso contrario, la presencia de quiebros y saltos indica cambios en la relación entre las series de datos y por tanto posibles errores.

Chac permite efectuar el análisis de dobles acumulaciones entre estaciones para el estudio de la correlación de sus datos mediante la opción Dobles acumulaciones dentro del menú de Series temporales.

En primer lugar deben agruparse las estaciones en grupos de estaciones homogéneas:

Figura 23 Ventana de creación de grupos de estaciones homogéneas

Decidido el número de grupos de estaciones homogéneas, aparece la ventana de formación de los grupos de estaciones:


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Figura 24 Ventana de formación de los grupos de estaciones

Esta ventana presenta campos para formar los grupos seleccionando las estaciones con el ratón, e incluyéndolas en cada grupo mediante las flechas. Permite rectificar la decisión de incluir o no una estación en un grupo, así como modificar el número de grupos.


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Figura 25 Constitución de un grupo de estaciones homogéneo

Para facilitar la constitución de los grupos de estaciones, se cuenta con dos ayudas:

• Gráfica o plano de la situación de las estaciones. Permite estudiar la proximidad de las estaciones y la formación de los grupos.

• Estadístico de las estaciones. Permite comparar los estadísticos en la formación de los grupos.

En cualquier momento puede cambiarse el número de grupos. También se dispone de un botón para Imprimir la situación de las estaciones.

Una vez constituidos los grupos, se aceptan con el botón Aceptar, apareciendo la ventana de dobles acumulaciones en la que se representan los porcentajes de las series acumuladas de las estaciones seleccionadas. Solo se representarán las series acumuladas de datos contemporáneos 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 ratón, obteniéndose inmediatamente el gráfico de porcentaje de series acumuladas año a año en la ventana de la derecha. Puede efectuarse el estudio entre los datos de una estación y los de la MEDIA del grupo, calculada con el resto de estaciones del mismo grupo. Se dispone de botones para Imprimir los gráficos, para Volver a la ventana de constitución de los grupos en el caso en que a la vista de las dobles acumulaciones fuera necesario, y para pasar al módulo de Completado de datos.

3.7 COMPLETADO DE DATOS

Para completar las lagunas en las series de datos, se utiliza el menú Completado de datos. A partir de un modelo de regresión bivariado con estacionarización 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 cálculos para la realización de la correlación múltiple 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 más de cinco datos en cada uno de los doce meses en ese periodo seleccionado.


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La elección de la pareja de estaciones que va a ser utilizada para el completado de cada una de las lagunas de una estación dada se basa en considerar un umbral mínimo del coeficiente de correlación múltiple ponderado según la expresión de la matriz de priorizacion.

FASES OPERATIVAS DEL COMPLETADO DE DATOS

1. Estacionarización de las series de datos de precipitación:

j

jjiji S

xxt

−= ,

, ti,j es una serie estacionaria en media y varianza sin tendencias estacionales. Siendo:

∑=

=N

jjij x

Nx

1,

1 ( )∑

=−=

N

jjjij xx

NS

1

2,

1

Donde jix , : Precipitación para el mes j del año i

jx : Media del mes j

N: Número de años de la serie

jS : Desviación típica del mes j

2. Establecimiento de la ecuación de regresión: Expresa los valores ti,j3 de una estación como función de los de otra pareja

de estaciones (ti,j1 ti,j

2):

( ) ( ) jijijijijijiji ttattatt ,2

,2

,21

,1

,13

,3

, ε+−+−+= Donde:

1, 2, 3 corresponden al número de orden de estación

1a y 2a son los coeficientes de regresión parcial función de los coeficientes de correlación simple r1,3 r2,3 r1,2

ji ,ε es un ruido independiente de distribución normal con media 0 y desviación típica Sε

1, jit , 2

, jit , 3, jit valor medio de la serie estacionarizada de cada estación. Su valor será 0

3. Proceso de completado según la matriz de priorización que permite la elección de la pareja de estaciones (i, j) con que se completa una tercera (k) en función de su correlación y el número de datos comunes entre las tres estaciones:

a

ciclo

kkk

NNijRijPij

=

Siendo: Pijk Coeficiente de correlación múltiple ponderado por el número de meses con datos comunes. Coeficiente de priorización

Rijk Coeficiente de correlación múltiple entre la estación k y las estaciones i y j.

Nijk Número de meses con datos comunes entre las series correspondientes a las estaciones i, j y k.

Nciclo Número de meses total del ciclo de completado.

a Exponente de priorización.

4. Desestacionarización de las series de datos

jijjji tSxx ,, ⋅+=

El resto de información 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 AÑO 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 estación 08308

2- Matriz de coeficientes de regresión parcial y matriz de datos comunes. La primera matriz representa los coeficientes de regresión parcial entre parejas de estaciones. El orden de las filas y columnas corresponde al orden de la estación en el fichero original LEMA. La matriz de datos comunes indica el número de meses con medidas simultáneas 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 regresión parcial y matriz de datos comunes

3- Matriz de correlación múltiple y matriz de datos comunes para la estación

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 correlación múltiple y matriz de datos comunes para la estación 08308.


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4- Las matrices con cabecera elección pareja de estaciones indican para cada estación a completar y mes, las estaciones seleccionadas por el indicativo orden. Son dos matrices por tratarse de una regresión bivariada. El valor 0 representa la ausencia de estación para el completado.

ELECCION PAREJA DE ESTACIONES ***************************** ESTACION N. 08308 AÑO 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 AÑO 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 Elección de pareja de estaciones para la estación 08308

Se puede acceder a completar los datos bien directamente desde el menú Completado de datos o desde el módulo 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 menú de dobles acumulaciones, el completado se efectuará a partir de la unión de los grupos de estaciones generados previamente. Si se accede directamente por el módulo de completado, se despliega inicialmente la ventana de selección de estaciones a completar:


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Figura 31 Ventana de selección de estaciones a completar

Al igual que la ventana de dobles acumulaciones, esta ventana dispone del plano de situación de las estaciones y del estadístico para facilitar la selección. La selección se realiza directamente con el ratón y los botones flecha. Al pulsar Proceder al Completado de Datos, se despliega la ventana de parámetros del completado:

• Año inicial que se completa

• Año final que se completa

• Exponente de priorización

• Umbral de priorización


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Figura 32 Ventana de parámetros 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 eliminación de estaciones propuesta, se efectúa el completado. El nuevo fichero de precipitaciones completadas se almacena en fichero ASCII con nombre genérico Series Completadas.txt y formato LEMA. El código pasa a ser PMC, en lugar de PMT, para distinguir el completado del original. La presentación de resultados se muestra en la ventana final:


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Figura 34 Ventana del fichero de datos completados

Se dispone de un botón de vuelta atrás por si el resultado no fuera satisfactorio, otro para Copiar el fichero resultado al portapapeles, así como de otro para realizar el Estadístico de los datos completados:


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Figura 35 Estadístico de los datos completados

3.8 PONDERACIÓN DE SERIES LEMA

Este módulo permite la ponderación y cálculo de series de variables hidrológicas, por ejemplo para el cálculo de una precipitación media areal. La asignación es estación-peso, wi, ponderando toda la serie de cada estación ( iP ). La media areal se obtiene según la formulación:

ii PyxP ⋅=∑ ),(ω

Escogiendo la opción Ponderación de series Lema dentro de Series Temporales se accede a Ponderación directa. Al pulsar esta opción se despliega la ventana siguiente:


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Figura 36 Selección de estaciones para el cálculo areal

De nuevo, como para las dobles acumulaciones, podemos escoger las estaciones seleccionadas para el estudio pinchando sobre la flecha. Tras aceptar la selección, aparece la ventana en que deben indicarse por teclado los pesos asignados a cada estación.


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Figura 37 Pesos para el cálculo areal

Tras asignar los pesos y pulsando el botón de Generar fichero de datos areales, se pasa a la siguiente ventana en la que debe indicarse el ciclo anual de cálculo, las coordenadas y el código del punto al que se asignará el valor areal obtenido. Por ejemplo, el código de una estación de aforos si lo que se pretende representar las precipitaciones medias areales de esa cuenca vertiente.

Figura 38 Periodo de generación de datos areales

Al aceptar, Chac genera el fichero con formato .txt de datos ponderados y automáticamente presenta en pantalla una ventana para direccionar y guardar tanto éste


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como el fichero de pesos de forma que más adelante podremos recuperar este último para nuevos cálculos sin más que acceder a Recuperar fichero de datos dentro de Ponderación de series LEMA

Figura 39 Fichero de salida de datos ponderados

Figura 40 Fichero de pesos


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Figura 41 Recuperación del fichero de pesos previamente grabado

Figura 42 Recuperación 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 menú, Leyes de Frecuencia, que se ha estructurado de la siguiente manera:

LEYES DE FRECUENCIA

FRECUENCIA NO PARAMÉTRICA:

Gringorten 12.044.0

+−=

niP

Siendo: –i: orden del dato en la serie ordenada de mayor a menor –n, número total de datos anuales en la serie

LEYES DE FRECUENCIA DE AJUSTE PARAMÉTRICO: Chac calcula la siguientes funciones permitiendo el ajuste de

parámetros indicado para cada una:

FUNCIÓN: TIPOS DE AJUSTE POSIBLES

NORMAL:

2 parámetros : -Media -Escala

( )2x

21

e21xf

σµ−−

⋅π

= Momentos

GUMBEL • 2 Parámetros: -Localización, -Escala Coeficiente de sesgo=1,14

−−−

−

−−

−−

=

=

α

α

α

α

ux

ux

eux

e

exf

exF

·1)(

)(

Momentos

Máxima verosimilitud

Momentos ponderados probabilísticamente

SQRT

2 Parámetros: -Forma -Escala

( )[ ]0)(

···1·

≥=

−+−

xexF

xexk αα Máxima verosimilitud

LogPEARSON III

3 Parámetros: -Localización -Escala -Forma

( )( )

0

··)(·

1)( 1

>

−Γ

=−−−

r

euxr

xfux

rr

α

α Individual con sesgo muestral

GEV

3 Parámetros: -Localización -Escala -Forma

kuxk

euxkxf

exFk

k

uxkk

uxk

αα

ααα

α

+≤≤−∞>>

−−=

=

−−−−

−−−

,0,0

··1·1)(

)(1

1

·111

·1

Momentos

Máxima verosimilitud

Momentos ponderados probabilísticamente

Siendo para todas ellas los parámetros:

α: Parámetro de escala

K: Parámetro de forma

u: Factor de localización

MOM: por momentos (tipo de ajuste utilizado por defecto) o LMOM por momentos de los logaritmos

ML: por máxima verosimilitud


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LEYES DE FRECUENCIA

PWM: por momentos ponderados probabilísticamente

Máxima verosimilitud fijando sesgo

Ajuste individual con sesgo muestral

Al seleccionar esta opción mediante el botón correspondiente o el menú 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 estación, así como botoneras para seleccionar el tipo de ley de frecuencia y el método de cálculo.

Los métodos de cálculo propuestos para cada ley son los descritos previamente y aparecerán activos unos u otros en función de la ley escogida. También se generará un gráfico con la escala adecuada (normal o Gumbel):


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Figura 44 Representación de función de distribución sin ajuste paramétrico en papel Gumbel

Figura 45 Representación de función de distribución sin ajuste paramétrico en papel normal


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Figura 46 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función NORMAL

Figura 47 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función Gumbel


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Figura 48 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función SQRT et max

Figura 49 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función Log Pearson III


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Figura 50 Ejemplo de ajuste paramétrico de una función GEV

Se dispone de botones para Imprimir el gráfico y los valores de la distribución.

Para cada estación 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 fórmula de Gringorten y los parámetros y cuantiles derivados del ajuste paramétrico de la función de distribución seleccionada. Por defecto se asume que el nombre de los ficheros corresponde al código de la estación seguido de .txt.


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Figura 51 Fichero informe de leyes de frecuencia

3.10 PONDERACIÓN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA

La ponderación de los cuantiles de las leyes de frecuencia se realiza desde un menú distinto al de la ponderación 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 códigos de estaciones aparecen en el menú para seleccionar las estaciones y asignar los pesos. La selección se lleva a cabo utilizando los botones flecha como en menús anteriores.


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Figura 52. Selección de estaciones para ponderación de cuantiles de leyes de frecuencia

Figura 53. Asignación 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 única 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 años.


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4 CALCULO DE APORTACIONES

El apartado de Cálculo de aportaciones permite la obtención de los valores de evapotranspiración potencial (ETP) así como la transformación de los datos de precipitación mensuales en aportaciones mediante la aplicación del modelo de Témez.

4.1 OBTENCIÓN DE LA ETP

4.1.1 Métodos de cálculo

Se considera como evapotranspiración potencial o del cultivo de referencia a la tasa máxima a la que se podría evapotranspirar agua bajo condiciones óptimas de suministro con el suelo existente. Accediendo al menú de ETP dentro de la opción de Cálculo de aportaciones, el programa permite el cálculo de la evapotranspiración potencial por tres métodos diferentes, dos de ellos experimentales (Thornthwaite y Blaney-Criddle) y un tercero físicamente basado (Penman Monteith)

Figura 55 Ventana de cálculo de la ETP


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CÁLCULO DE LA ETP

Método de Thornthwaite.

aTCETP ⋅= a

ITbETP

⋅⋅⋅= 102,16

Donde: I: índice de calor anual

∑=

=>

12

1

51,1

5:º0

i

ii

TICT

a: exponente de la formulación 2 00000,0000077,00179,049,0)( IIIfa +⋅−⋅+==

b: número de horas de sol mensuales ),( declatfb =

Método de Blaney-Criddle.

( )13,846,0 +⋅⋅= Tpf

41,10043,0 mín, −−⋅=

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 ºC

p, porcentaje medio de horas de sol con relación al año

hr,min la humedad relativa media de las mínimas diarias

n/N el ratio entre las horas de sol reales y las máximas posibles

ud,2 la velocidad del viento media diurna (7 a 19h) medida a 2 m de altura

Método de Penman Monteith

( ) ( )

+⋅+∆⋅⋅

−⋅⋅+−⋅∆=

a

cvw

a

aspan

r

rrl

reecGR

ETP1γρ

ρ

rcc ETPKETP ⋅=

2

208)(

6924

200)(

uufr

rhLAI

LAILAIfr

a

c

herbáceo

c

==

=⇒

⋅=

==

)(07,0)(38,0

1,,

1,,

−

−

−⋅=−⋅=

nmesnmes

ndíandía

TTGTTG

Donde: •ra, la resistencia aerodinámica a los flujos de vapor y calor sensible

•rc, la resistencia a los flujos de vapor a través de la planta y superficie evaporante, f(tipo de planta, estado y cobertura)


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Puesto que cada metodología se basa en unos parámetros y datos meteorológicos, el programa requerirá unos ficheros de datos de entrada diferentes. Así:

1. Si se selecciona el cálculo por Thornthwaite aparecerán activos los botones de “parámetros” y “Temperaturas” y al pinchar sobre ellos aparecerá un cuadro de dialogo donde deberemos indicarle la dirección de dichos ficheros.

Figura 56 Cálculo de la ETP por Thornthwaite

2. Si la opción de calculo de la ETP escogida es alguna de las otras dos posibles, aparecerán activos también los botones de “Humedad”, “Horas de Sol” y “Velocidad del Viento”. En el caso de Blaney – Criddle la humedad es la media de las mínimas diarias, mientras que para Penman Monteith es la media de las medias diarias.


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Figura 57 Cálculo de la ETP por Blaney Criddle

4.1.2 Descripción de los ficheros para el cálculo de la ETP:

Los ficheros necesarios para el cálculo de la ETP así como sus formatos, son los que se describen a continuación

1. Fichero de parámetros: Es el mismo para las tres metodologías; su formato es:

Figura 58 Fichero de parámetros para el cálculo de la ETP

Es importante que la alineación de los códigos de estación sean idénticas a los empleadas en el campo correspondiente del fichero LEMA de datos originales. El orden y tipo de parámetros incluidos es:


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1-7 Código de la Estación Texto

8 Espacio en blanco

9-15 Longitud: signoGGMMSS Entero


17-23 Latitud: signoGGMMSS Entero


25-32 Altura del anemómetro Real(1 decimal)


34-41 Albedo Real(2 decimal)


43-50 Cociente entre las velocidades diurna y nocturna

Real(1 decimal)


52-59 Altitud de la estación (msnm) Real(1 decimal)

Tabla 3 Descripción del formato del fichero de parámetros

2. Temperaturas medias: El código del tipo de datos es TMD, temperatura media diaria mensual:

Figura 59 Fichero de temperaturas para el cálculo de la ETP

3. Humedades relativas: Tanto este fichero como los siguientes se emplean solo para el cálculo de la ETP por los dos últimos métodos.


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En el caso de la metodología de Penman Monteith el código del tipo de dato es HMM indicativo de humedad relativa media diaria mensual:

Figura 60 Fichero de humedades para el cálculo de la ETP según Penman Monteith

Para el cálculo de la ETP según Blaney Criddle el dato será de humedad relativa media mensual de las mínimas diarias cuyo código es HMN:

Figura 61 Fichero de humedades para el cálculo de la ETP según 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 cálculo de la ETP

5. Velocidad del viento: Último fichero cuyo código es VMD de velocidad del viento media diaria mensual y su formato es:

Figura 63 Fichero de velocidad del viento para el cálculo de la ETP


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4.2 MODELO DE TÉMEZ

Para llevar a cabo la transformación de precipitaciones en escorrentías, Chac aplica en el apartado de Cálculo de aportaciones el modelo de Témez (Témez, 1977; Estrela, 1993). Se trata de un modelo agregado de simulación continua de pocos parámetros y de paso mensual. Simula los principales procesos de transferencia de agua en el ciclo hidrológico considerando dos almacenamientos, suelo y acuífero.

Precipitación

Excedente

Escorrentíasuperficial

Escorrentíasubterránea

Infiltración Escorrentía total

ACUIFEROZona saturada

SUELO Zona no saturada VEGETACION

PRINCIPIO DE CONTINUIDAD O CONSERVACION DE MASA

Precipitación

Excedente

Escorrentíasuperficial

Escorrentíasubterránea

Infiltración Escorrentía total

ACUIFEROZona saturada

SUELO Zona no saturada VEGETACION

PRINCIPIO DE CONTINUIDAD O CONSERVACION DE MASA

Figura 64 Esquema del Modelo de Témez

PROCESO DE CÁLCULO MENSUAL DEL MODELO DE TÉMEZ

Siendo:

P0: Umbral de escorrentía. mm Hmáx: Parámetro de humedad máxima. mm/mes C: Parámetro de excedente. Imáx: Parámetro de infiltración máxima. mm/mes α: Parámetro coeficiente de descarga del acuífero. días-1 K: Parámetro coeficiente de uso de suelo medio sobre ETP Pi: Precipitación; mes (i). mm Hi-1: Humedad antecedente; mes (i-1). mm EPi: Evapotranspiración potencial, afectada por el coeficiente de usos de suelo; mes (i). mm ERi: Evapotranspiración real; mes (i). mm Ti: Excedente; mes (i). mm Vi: Volumen almacenado; mes (i). mm Ii: Infiltración; mes (i). mm ASUP_i: Escorrentía superficial; mes (i). mm ASUB_i: Escorrentía subterránea; mes (i). mm Qi: Caudal subterráneo; mes (i). m3/s ATOT_i: Escorrentía total; mes (i). mm

Umbral de escorrentía, Po ( )10 −−⋅= imáx HHCP

Excedente, Ti ( )

oi

oiioi

ioi

PPPPTPP

TPP

2

02

−+−=⇒>

=⇒≤

δ siendo

ii EPHH +−= −1maxδ

Balance de agua en el suelo, Hi ( )iiiii EPTPHMaxH −−+= −1,0

Evapotranspiración real, ERi ( )iiiii EPTPHminER ,1 −+= −


CENTRO DE ESTUDIOS


Infiltración, Ii máxi

imáxi IT

TII+

⋅=

Aportación superficial, ASUP_i iiiSUP ITA −=_

Caudal drenado por el acuífero, Qi ii VQ ⋅= α 21

t

it

ii eReQQ⋅−⋅−

− ⋅⋅+⋅=αα α

Aportación subterránea, ASUB_i tRVVA iiiiSUB ⋅+−= −1_

Aportación total, ATOT_i iSUBiSUPiTOT AAA ___ +=

VARIANTES DEL MODELO

Siendo

Parámetro número de días con precipitación Dos ramas de descarga del acuífero α1: Parámetro coeficiente de descarga del acuífero. días-1 α2: Parámetro coeficiente de descarga del acuífero. días-1

Parámetros reparto de recarga. Tanto por uno

4.2.1 Calibración

Este apartado facilita el ajuste del modelo mediante la calibración de los parámetros Hmáx, C, Imáx, α y coeficiente de cultivo, apoyándose en evaluación de errores y en la comparación visual de los hidrogramas observados y simulados. Bajo el epígrafe de Calibración, Chac permite llevar a cabo dos procesos básicos en la aplicación de modelos para el cálculo de aportaciones. Son:

- Calibración: Ajuste de los parámetros del modelo durante un periodo por comparación entre valores simulados y los caudales reales medidos en estaciones de aforo. Comprobación de la capacidad descriptiva del modelo

- Validación: Comprobación de la capacidad predictiva del modelo aplicando los parámetros de la calibración durante un periodo no empleado para ésta

Dentro del módulo de Cálculo de aportaciones se accede al apartado de Calibración presentándose la siguiente ventana:

Parámetro del modelo

Periodo de calibración

Fichero de caudales para CALIBRACIÓN

Figura 65 Calibración. Datos iniciales


CENTRO DE ESTUDIOS


En este punto deberán seleccionarse los ficheros de datos de entrada al modelo de Precipitaciones areales (código PMA) y ETP areal (código ETA) previamente calculados, así como el fichero de Caudales registrados (código AMQ). Además, debe indicarse el periodo de calibración (validación) así como la superficie de cuenca, el número de días de lluvia por mes y el número de ramas de descarga (máximo: 2).

Tras aceptar, aparece la ventana que permitirá tantear el ajuste de parámetros. Se muestra la gráfica de evolución en el año hidrológico medio de los caudales simulados y los históricos. Chac permite modificar los parámetros del modelo para ajustar los caudales simulados a los reales. En la parte superior de la ventana de contraste del año medio se da información sobre distintos términos 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 Calibración o validación de parámetros

Los errores calculados entre caudales simulados y reales Chac corresponden a la siguiente formulación:

Términos de error •Error medio: Para cuadrar volúmenes medios

%·

__∑∈

−=

mesesi sim

iobsisim

QnQQ

e


CENTRO DE ESTUDIOS


Términos de error Error cuadrático relativo: Índice del ajuste en caudales bajos

nQ

QQ

ecr mesesi isim

iobsisim∑∈

−

=

2

_

__

•Error cuadrático estándar: Índice del ajuste en caudales altos ( )

2

2__

sim

mesesiiobsisim

Qn

QQect

⋅

−=

∑∈

Desde Gráficos se accede a las pantallas básicas para el ajuste de los parámetros. Éstos pueden ser:

GRÁFICOS CALIBRACIÓN

• Hidrograma de año 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)

• Precipitación (Datos mensuales)

• Precipitación y ETP (Datos mensuales)

• ETP y ETR (Datos mensuales)

• Precipitación y ETR (Datos mensuales)

• Caudales registrados (Datos mensuales)

• Caudales simulados y Caudales subterráneos (Datos mensuales)

Tabla 4 Gráficos de calibración


CENTRO DE ESTUDIOS


Figura 67 Generación de gráficos tras la calibración. Hidrograma de año medio

Figura 68 Generación de gráficos tras la calibración. Caudal registrado y caudal simulado (año)


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Figura 69 Generación de gráficos tras la calibración. Caudal registrado y caudal simulado (mes)

Desde la ventana de Gráficos de datos calibrados se puede Volver Atrás, Salir, Imprimir los gráficos y en algunos casos modificar la escala horizontal mediante la opción Ampliar. En esta opción se pueden indicar los años inicial y final de la serie a representar.

Figura 70 Ampliar escala abscisas en Gráficos

Ficheros de resultados de calibración •ResultadosSimula.txt: Parámetros de simulación •$APORC.tmp: Caudales totales simulados en m3/s •$APSUB.tmp: Caudales subterráneos 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 acuífero en Hm3 a final de mes


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•$RESIDUO.tmp: Residuos mes absolutos (simulado-histórico) •<$> Incluye el año medio

Tabla 5 Ficheros resultado de la calibración

4.2.2 Simulación

Una vez calibrado y validado el modelo de evaluación de recursos, se pasa a la simulación con los parámetros ajustados previamente cuyo fin puede ser:

–Completar y ampliar las series de registros históricos de caudales

–Simular los recursos hídricos en cuencas no aforadas

–Predicción de caudales considerando series meteorológicas dadas

Tras acceder al módulo de Simulación en Cálculo de aportaciones, se despliega la ventana de selección de ficheros de cálculo para la simulación

Periodo de SIMULACIÓNPeriodo de SIMULACIÓN

Fichero de caudales SIMULADOSFichero de caudales SIMULADOS

Periodo de SIMULACIÓNPeriodo de SIMULACIÓN

Fichero de caudales SIMULADOSFichero de caudales SIMULADOS

Figura 71 Datos de entrada para la simulación

Al igual que en la calibración, se cargan los ficheros y datos requeridos y se Acepta. A continuación se despliega la ventana de Simulación


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Figura 72 Simulación

En ella deben seleccionarse los valores de los parámetros previamente calculados en la fase de calibración para Calcular los Caudales simulados.


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Figura 73 Generación de gráficos de simulación. Hidrograma de año medio

Desde esta ventana se puede Volver atrás, Imprimir, Salir y en algunos casos, igual que sucedía en los gráficos de calibración, Ampliar la escala horizontal indicando el periodo a representar. Chac genera una serie de ficheros resultado de la Simulación que son:

Ficheros de resultados de simulación •ResultadosSimula.txt: Parámetros de simulación •CaudalesSimulados.txt : Caudales totales simulados en m3/s •$APORC.tmp: Caudales totales simulados en m3/s •$APSUB.tmp: Caudales subterráneos 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 acuífero en Hm3 a final de mes •$RESIDUO.tmp: Residuos mes absolutos (simulado-histórico) •<$> incluye el año medio

Tabla 6 Ficheros resultado de la simulación

Como en el apartado anterior pueden editarse una serie de gráficos con los resultados de este proceso. Éstos pueden ser:


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GRÁFICOS SIMULACIÓN

• Hidrograma de año medio

• Precipitación (Datos mensuales)

• Precipitación y ETP (Datos mensuales

• ETP y ETR (Datos mensuales)

• Precipitación y ETR (Datos mensuales)

• Caudales simulados y Caudales subterráneos (Datos mensuales)

Tabla 7 Gráficos de simulación


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5 SIMULACIÓN DE CRECIDAS:

5.1 MÉTODO RACIONAL

El método racional estima el caudal punta que puede producir una cuenca en función del área de la cuenca, A, la intensidad de lluvia máxima diaria, I, y un coeficiente de escorrentía, C, función de las características geológicas y de vegetación. La versión que emplea Chac es una modificación de la formulación clásica (Temez, 1991) que permite su aplicación para pequeñas cuencas con tiempos de concentración menores a 24 horas y de hasta 3000 km2.

SIMULACIÓN DE CRECIDAS: MÉTODO RACIONAL MODIFICADO

El método racional modificado está calibrado en España para cuencas de hasta 3000 km2 en régimen natural y su expresión general responde a la siguiente formulación:

6,3KAICQ ⋅⋅⋅=

Siendo:

Q: Caudal máximo en m3/s

C: Coeficiente de escorrentía

P0:Umbral de escorrentía

2)11()23()(

od

odod

PPPPPP

C⋅+

⋅+⋅−=

P0:Precipitación diaria

I la intensidad de lluvia considerada en mm/h128

28

11,0

1,01,0

−

−

=

cT

d

Tc

II

IdI

A el área de la cuenca drenante a cada punto de control en km2

K el coeficiente de uniformidad

Para el cálculo del caudal máximo de un periodo de retorno dado es necesario disponer de:

• Datos de precipitaciones máximas diarias

• Parámetro regional de torrencialidad: intensidades medias horarias/ intensidades medias diarias

dII1

• Área de la cuenca en Km2

• Tiempo de concentración

c

0.76

1/ 4T = 0.3 L

J

Siendo: Tc: tiempo de concentración (h)

L: longitud del cauce principal (km)

J: pendiente media del cauce principal (m/m)

• Umbral de escorrentía: calculado a partir del número de curva y el parámetro de humedad


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SIMULACIÓN DE CRECIDAS: MÉTODO RACIONAL MODIFICADO

• Coeficiente de uniformidad

141 25,1

25,1

++=

c

c

TTK

A < 1 km2 1=⇒ AK • Coeficiente reductor por área (ka).

1 ≤ A ≤ 3000 km2 15

log1 10 A

K A −=⇒

Para aplicarlo se accede a él mediante el menú simul Crecidas o seleccionando con el ratón el icono correspondiente.

Figura 74 Menú de opciones

Una vez seleccionada esta opción, se despliega la ventana de cálculo. En ella aparecen los parámetros necesarios para poder aplicar el programa. Se puede asignar un nombre a cada cálculo pudiendo ser recuperado para posibles modificaciones.


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Figura 75 Ventana para el cálculo de caudales máximos

Sólo es necesario introducir los datos que pide el programa:

• Área (km2)

• Tiempo de concentración, que puede introducirse directamente como dato permitiendo su cálculo por diversas metodologías o puede calcularse según la fórmula de Temez a partir de los datos de Longitud (km), cota máxima Zmax (m) y cota mínima Zmin (m).

• Umbral de escorrentía P0 (mm)

• I1/ID

• Coeficiente de uniformidad K, que puede introducirse como dato o se calcula automáticamente.

• Coeficiente reductor de área Ka, que puede introducirse como dato o se calcula automáticamente.

• Precipitaciones máximas para cada periodo de retorno T. Estos datos se pueden cargar mediante fichero o teclearlos directamente.


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Figura 76 Datos de entrada para el cálculo de caudales máximos

Una vez introducidos los datos, se pulsa la opción calcular y se obtienen los resultados.

Figura 77 Ventana de resultados del cálculo de caudales máximos.


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6 BIBLIOGRAFIA

ALLEN, R.G; PEREIRA, L.S; RAES, D.; SMITH, M. (1998). “Crop evapotranspiration – Guidelines for computing crop water requirements” M56 FAO. Roma.

ESTRELA MONREAL, T. (1990): Los Modelos de Simulación Integral de Cuenca y su utilización en Estudios de Recursos Hídricos. Ingeniería Civil 72, pág. 83-95. CEDEX. Madrid

ESTRELA MONREAL, T. (1993). “Modelos matemáticos para la evaluación de recursos hídricos” Monografías CEDEX, M-25. Ministerio de Fomento. Madrid

FERRER POLO, F.J. (1992). “Análisis Estadístico de Caudales”. Monografías, CEDEX, M-26. Ministerio de Fomento. Madrid

FERRER POLO, F.J. (1993). “Recomendaciones para el Cálculo Hidrometeorológico de Avenidas”, Monografías CEDEX M-37. Ministerio de Fomento. Madrid.

KITE, G.W (1977): “Frequency and Risk Analyses in Hydrology”. Water Resources Publications, Colorado.

LLAMAS, J (1993). “Hidrología general: Principios y métodos”. Servicio editorial de la Universidad del País Vasco. Bilbao

MOPU (1990) “Instrucción de carreteras. Drenaje. Norma 5.2-I.C.”. Dirección General de Carreteras. Ministerio de Fomento. Madrid.

OMM (1994). “Guía de prácticas hidrológicas”. Organización Meteorológica Mundial OMM-Nº 168, Ginebra

SINGH, V. P,. (1988). “Hydrologic Systems”, Vol. I: Rainfall-Runoff Modeling, Vol. II: Watershed Modeling, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 07632.

QUINTAS RIPOLL, L. (1996). La base de datos hidrológicos HIDRO del CEDEX. Ingeniería Civil, nº 104, págs. 117-126. Madrid.

TEMEZ PELÁEZ, J.R (1977). “Modelo Matemático de Transformación Precipitación-Aportación”.Asociación de Investigación Industrial Eléctrica. Madrid

TEMEZ PELÁEZ, J.R (1991). “Generalización y mejora del método racional. Versión de la Dirección General de Carreteras de España” Ingeniería Civil nº 82, págs. 51-55. CEDEX. Madrid

TÉMEZ PELÁEZ, J.R. (1991). “Cálculo hidrometeorológico de caudales máximos en pequeñas cuencas naturales. Dirección General de Carreteras. MOPU. Madrid.

VEN, TE. CHOW; MAIDMENT, D.R; MAYS, L.W (1994). “Hidrología aplicada”.


CENTRO DE ESTUDIOS


McGraw-Hill. Nueva York.

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manual chac 1

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