modelaciÓn hidrolÓgica de la cuenca del rÍo...
TRANSCRIPT
![Page 1: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/1.jpg)
Vanessa Erasun, Gonzalo Sapriza, Rafael Banega, Pablo Gamazo
MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO QUEGUAY:AGREGADA VS. SEMI-DISTRIBUIDA
10 de Agosto de 2018
Rivera, Uruguay.
![Page 2: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/2.jpg)
Planificación y gestión de los recursos hídricos. Diseño de obras hidráulicas Pronóstico de aportes a represas hidroeléctricas y en los Sistemas de Alerta Temprana de Inundaciones (SATI) . Estudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio climático, cambios en los usos del suelo).
UTILIDAD DE LOS MODELOS HIDROLÓGICOS
![Page 3: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/3.jpg)
•Modelar el ciclo hidrológico
•Permiten conocer la respuesta de la cuenca a las precipitaciones.
MODELOS HIDROLÓGICOS
![Page 4: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/4.jpg)
CARACTERÍSTICAS DE LOS MODELOS HIDROLÓGICOS
Agregados
No se considera la
variabilidad espacial.
La cuenca se considera
como un “TODO”.
Las variaciones espaciales están integradas en un único valor promediado.
Semi-distribuidos
Se discretiza la cuenca en unidades menores (Ej. Celdas regulares).
Considera distribución espacial de los
procesos hidrológicos que ocurren en la cuenca.
Distribución espacial de las
precipitaciones, de los tipos de suelo, de la geología, de la
vegetación.
![Page 5: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/5.jpg)
MODELOS AGREGADOS
Ventajas
Largamente testeados.
Producen buenos resultados en la simulación de caudales.
Muy aplicados para la predicción de caudales.
En general pocos parámetros tienen que ser calibrados.
Desventajas
El promedio de las variables suaviza intensidades y cantidades. Afectará los procesos hidrológicos que se activan en la cuenca.
No se pueden obtener los hidrogramas en puntos internos de la cuenca.
![Page 6: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/6.jpg)
MODELOS SEMI-DISTRIBUIDOS
Ventajas
Se puede determinar el caudal y otras variables de estado en puntos interiores de la cuenca.
Puedo evaluar escenarios que involucren variabilidad espacial.
Mejor representación de los procesos físicos que ocurren en la cuenca.
Desventajas
Mayor número de parámetros a calibrar = mayor costo computacional
Se dificulta el proceso de calibración.
Necesito mayor información de entrada.
Se dificulta la validez del modelo.
![Page 7: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/7.jpg)
ZONA DE ESTUDIO
Área (Km2) 8584
Tiempo concentración (Horas)
42
![Page 8: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/8.jpg)
TIPOS DE SUELOS
![Page 9: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/9.jpg)
COBERTURA DE SUELOS
![Page 10: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/10.jpg)
AGUA DISPONIBLE EN EL SUELO
AD = CC - PMP
Cuenca AD (mm)
Queguay 70
Donde:AD Agua DisponibleCC Capacidad de CampoPMP Punto de Marchitez Permanente
![Page 11: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/11.jpg)
ESTACIONES HIDROMETEOROLÓGICAS
País Fuente DescripciónUruguay DINAGUA Dirección Nacional de Aguas
Argentina BDHI Base de datos hidrológica integradaArgentina BCER Bolsa de Cereales Entre RíosArgentina DHER Dirección Hidráulica Entre RíosUruguay INIA Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria
Argentina INTA Instituto Nacional de Tecnología AgropecuariaUruguay INUMET Instituto Uruguayo de MeteorologíaUruguay UTE Administración Nacional de Usinas y Transmisiones Eléctricas Uruguay Policía Jefatura de Policía
Período de datos: Desde Año 2000Hasta Año 2016
![Page 12: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/12.jpg)
• PRECIPITACIÓNMETODO DE POLIGONOS DE THIESSEN.
FORZANTES (inputs) DEL MODELO
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Pre
cip
itac
ión
[m
m]
Años
DAYMAN-01DAYMAN-02QUEGUAY-01QUEGUAY-02YUQUERI-01YUQUERI-02GUALEGUAYCHU-01GUALEGUAYCHU-02GUALEGUAYCHU-03
Series de precipitaciones anuales de las subcuencas.
![Page 13: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/13.jpg)
• EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIALMÉTODO DE PENMAN-MONTHEI
Estación INIA-TACUAREMBÓ
QUEGUAY
FORZANTES (inputs) DEL MODELO
![Page 14: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/14.jpg)
MODELOS HIDROLÓGICOS
•1) Transformación precipitación-escorrentía.Mecanismos de generación de escorrentíaExceso de infiltración
Exceso de saturación
Sub-superficial
Flujo base
•2) Transitar los escurrimientos generados al sistema de drenaje.
![Page 15: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/15.jpg)
Fuente: Sanchez San Ramon, Javier (2015).
MODELO AGREGADO: Soil Moisture Accounting (SMA)
![Page 16: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/16.jpg)
Precipitación-Escorrentía: Hidrograma Unitario de Clark
𝐴𝑡𝐴=
1.414𝑡
𝑡𝑐
1.5
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 ≤𝑡𝑐2
1 − 1.414 1 −𝑡
𝑡𝑐
1.5
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑡 ≥𝑡𝑐2
𝑑𝑆
𝑑𝑡= 𝐼𝑡 − 𝑄𝑡
𝑆𝑡 = 𝑅𝑄𝑡
𝑄𝑡 = 𝐶𝐴𝐼𝑡 + 𝐶𝐵𝑄𝑡−1 𝑄𝑡 =𝑄𝑡−1 + 𝑄𝑡
2
ATENUACIÓN
TRASLACIÓN
![Page 17: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/17.jpg)
CALIBRACIÓN DEL MODELO
• OBJETIVO: ESTIMAR LOS PARÁMETROS EFECTIVOS DEL MODELO.
• SE REALIZÓ COMPARANDO EL HIDROGRAMA DE CAUDALES DIARIOS SIMULADO CON EL OBSERVADO EN LA CUENCA.
• CAUDALES OBSERVADOS UTILIZADOS, PERTENECEN A LA ESTACIÓN DE AFORO DE LA DINAGUA.
• UTILIZANDO FUNCIONES OBJETIVOS PARA EVALUAR LA BONDAD DEL AJUSTE.
![Page 18: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/18.jpg)
CALIBRACIÓN DE LOS MODELOS
• CALIBRACIÓN EN DOS ETAPAS: • MANUAL
• AUTOMÁTICA
CALIBRACIÓN AUTOMÁTICA
• PERÍODO DE DATOS UTILIZADOS DESDE 2000-2010.
• CALIBRACIÓN MULTI-OBJETIVO.
• CÓDIGO DE BORG: IMPLEMENTA UNA SERIE DE ALGORITMOS GENÉTICOS.
• SE REALIZARON 30.000 EVALUACIONES POR CADA SUBCUENCA.
![Page 19: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/19.jpg)
• Eficiencia de Nash-Sutcliffe (NS)
• Logaritmo de Nash-Sutcliffe (LogNS)
• Porcentaje error absoluto en el volumen (PEAV)
FUNCIONES OBJETIVOS
Fuente: Finger, 2011
EFECTO DE LAS FUNCIONES OBJETIVOS
![Page 20: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/20.jpg)
EVALUACIÓN DEL MODELO
• EVALUAR SI LOS PARÁMETROS OBTENIDOS DURANTE LA CALIBRACIÓN SON VÁLIDOS EN OTRAS SERIES DE TIEMPO.
• SE UTILIZÓ UN PERÍODO DE DATOS INDEPENDIENTES, NO UTILIZADO EN LA CALIBRACIÓN.
• PERIODO DE DATOS UTILIZADOS: AÑO 2010 - 2015.
![Page 21: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/21.jpg)
Cuenca Queguay
![Page 22: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/22.jpg)
CalibraciónQueguay
![Page 23: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/23.jpg)
ValidaciónQueguay
![Page 24: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/24.jpg)
FRENTES DE PARETO
Fuente: Molnar, 2011
![Page 25: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/25.jpg)
MODELO AGREGADO: CONCLUSIONES
• El proceso de calibración manual permitió conseguir una primera aproximación.
• Importancia de la calibración automática y multi-objetiva.
• El modelo desarrollado permitió simular apropiadamente las diferentes componentes del flujo para un paso de tiempo diario.
• FUE POSIBLE SIMULAR HIDROLÓGICAMENTE LA CUENCA CON UN PASO DE TIEMPO DIARIO.
![Page 26: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/26.jpg)
MODELO SEMI-DISTRIBUIDO: HBV
Celdas regulares: 1 Km x 1 Km
![Page 27: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/27.jpg)
Tipos de Suelo
Cobertura Vegetal
MODELO SEMI-DISTRIBUIDO: DISCRETIZACIÓN
![Page 28: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/28.jpg)
Tránsito de la escorrentía: Método de Onda Cinemática
Ecuación de Saint Venant
![Page 29: MODELACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO …agua.unorte.edu.uy/wp-content/uploads/2018/08/EIRNE_2018_Vanessa_Erasun.pdfEstudio del ciclo hidrológico Evaluar escenarios (cambio](https://reader034.vdocuments.co/reader034/viewer/2022051914/60062406e290204934572280/html5/thumbnails/29.jpg)
• A la CARU por haber financiado este proyecto.
• A DINAGUA e INUMET por la información brindada.
¡Muchas gracias!