UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION

E.F.P INGENIERIA CIVIL

HIDROLOGIA GENERAL

ARTICULO CIENTIFICO 

“Modelamiento Hidrológico con HEC – HMS y Sistemas de Información Geográfica (SIG)”

DOCENTE: ING. MUÑIZ PAUCARMAYTA,

Abel.

ALUMNOS:

TUMIALAN POMA, Christian.

 

 

RESUMEN El  presente  trabajo,  desarrolla  una  metodología  y  procedimientos,  para  la  elaboración  de  un  modelo Precipitación – Escorrentía, utilizando HEC – HMS y Sistemas de Información Geográfica (SIG), en la cuenca de influencia del embalse Poechos. Se contó con datos de precipitación de 29 estaciones y 4 estaciones de aforo. Para la calibración se eligió un evento (precipitación - escorrentía) y se validó con datos continuos. Se desarrolla procedimientos en Sistemas de Información Geográfica (SIG), determinando la topología del modelo de cuenca y características físicas, de las  sub  cuencas  y  corrientes,  concibiendo  una metodología,  para  los  valores  iniciales  de  los  parámetros.  Se configuro  para  el  HEC-HMS,  tres  modelos  de  cuenca,  diferenciándose  entre  ellas,  por  el  método  de  la escorrentía  directa,  siendo  el  Modelo  I,  el  método  de  Clark,  el  Modelo  II  Snyder,  y  el  Modelo  III  de  onda cinemática.

Se obtuvo, un error máximo de 4 Km2, de áreas de influencia de las estaciones de aforo, en los tres modelos, se delimitaron 14 sub cuencas y 8 corrientes, para el Modelo I y el Modelo II y 4 sub cuencas para el Modelo III. La  mayoría  de  los  valores  iniciales  de  los  parámetros,  discreparon  de  los  valores  óptimos,  tanto  en  la infiltración,  escorrentía, flujo base  y  transito en  canales  abiertos.  Las  variables  comparativas entre  los datos simulados  y  observados  (porcentaje  de  diferencia  de  volumen  y  flujo  pico  y  tiempo  flujo),  tanto  para  la calibración y validación no mostraron diferencias resultantes para el Modelo I y II, en las cuatro estaciones de aforo,  pero  el  Modelo  III,  se  diferencia  significativamente  a  las  demás  en  la  estación  Ardilla,  en  cuanto  al porcentaje de volumen y porcentaje de flujo pico.

OBJETIVOS

El objetivo general es la realización de un modelo Precipitación – Escorrentía para toda el área de influencia del embalse Poechos.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

• Datos de Elevación Digital• Cobertura Vegetal y Clasificación de Suelos• Datos hidrometeorologicas

MÉTODO DE ESCORRENTÍA DIRECTA CLARKPara  aplicar  este método  de  hidrograma  en  el  HEC-  HMS  es  necesario hallar  básicamente  dos  parámetros  el  tiempo  de  concentración  y  el coeficiente  de  almacenamiento,  existen  varias  formulas  para  tal propósito pero se escogió dos dieron similares resultados, una el método de  Kirpich.  Para  el  coeficiente  de  almacenamiento  se  tomo  la recomendación  de  Seth  R.  Ahrens, M.S.E.  1999  en  su  trabajo  de  tesis, consideraba, en un  rango mayor o menor de 2 a 3  veces el tiempo de concentración.

La formula de Kirpich es la siguienteTc = 0.0078L0.77S-0.385• Donde:  Tc es el tiempo de concentración en minutos, L es la 

longitud de la ruta del flujo en pie, y S es la pendiente en Pie/Pie.

 

RESULTADOSEstación deAforo

Sub Cuencas Areas(Km2)

Sub Total(Km2)

Area de datos(Km2)

Error(Km2)

Paraje Grande R160W160R140W140 R150W150

9291008354

  

2291

  

2289

2

PuenteInternacional

R170W170R80W80 R120W120

1411804340

  

2555

  

2555

0

Ciruelo Puente Internacional 2555  

    

7029

 

    

7025

- 4

R10W10 2894

R20W20 455

R30W30 803

R90W90 322

Ardilla Paraje GrandeCiruelo R40W40 R70W70 R100W100 R110W110

22917029

696359712766

11853

11852

- 1

Sub cuencas

Clark Snayder Tiempo de Concentración 

(horas)

Coeficente de almacenamiento 

(horas)

  Tiempo Pico (horas)

  

Cp

Coefiente de Cuenca Ct

Inicial Calibrado Inicial Calibrado Inicial Calibrado Inicial Calibrado Inicial Final

R20W20R40W40 R30W30 R70W70 R10W10 R80W80 R100W100 R90W90 R120W120 R110W110 R150W150 R140W140 R160W160 R170W170

3.975.615.785.27

12.544.537.593.432.517.472.775.015.288.49

39.8156.2557.9252.7862.5645.3956.0364.3325.1074.8620.7350.1772.8765.08

11.9216.8417.3515.8137.6213.5922.7610.28

7.5222.42

8.3115.0215.8325.48

3.005.005.005.002.004.003.003.002.007.002.002.003.003.00

9.6714.3614.83

9.8120.7111.7310.4810.44

9.9414.83

9.6512.4313.5915.82

29.6614.3634.83

9.8140.7111.7210.4730.43

9.9314.8319.6422.6443.5939.82

0.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.600.60

0.850.600.910.600.850.900.600.880.900.600.900.680.620.72

2.002.002.002.002.002.002.002.002.002.002.002.002.002.00

6.132.004.702.003.932.002.005.832.002.004.073.646.425.03

Cuenca

R10W10 R230W60 R170W160 R220W220Iniciales Finales Iniciales Finales Iniciales Finales Iniciales Finales

Onda Cinemática Plano 1Longitud (m) 10000 10000 86900 86900 85900 85900 13900 13900Pendiente (m/m) 0.0074 0.0074 0.066 0.066 0.00697 0.00697 0.064 0.064Mannings N 0.08 0.02 0.08 0.04 0.08 0.02 0.08 0.085% de área 14.31 14.31 10.9 10.9 17.62 17.62 26.93 26.93N° de incrementos 5 5 5 5 5 5 5 5

Onda Cinemática Plano 2Longitud (m) 68000 68000 41140 41140 37700 37700 24000 24000Pendiente (m/m) 0.0068 0.0068 0.073 0.073 0.0249 0.0249 0.075 0.075Mannings N 0.08 0.02 0.08 0.04 0.08 0.01 0.08 0.085% de área 85.69 85.69 89.1 89.1 82.38 82.38 73.07 73.07N° de incrementos 5 5 5 5 5 5 5 5

Parametros de Hidrograma Unitario

 Parámetros de Escorrentía Directa Onda Cinématica (Modelo III)

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES. Los procedimientos, en Sistemas de Información Geográfica (SIG), resultaron ser eficientes, constituyendo como herramientas básicas y de futuro, para el modelamiento de procesos precipitación – escorrentía. La metodología, para hallar valores iniciales de los parámetros de cuenca, para el HEC – HMS, muestran ser correctas y coherentes, muchos de ellos se acercan a los valores óptimos. En la calibración y validación, los Modelos I (Clark) y II (Snayder), no mostraron entre ellos diferencias significativas, pero el Modelo III (Onda Cinemática), en la estación Ardilla, se mostró superior a los dos modelos anteriores.

RECOMENDACIONES

La presente tesis tubo limitaciones, que pueden ser superados por futuros trabajos; uno de ellos es los datos meteorológicos e hidrológicos utilizados son de un rango de 24 horas es decir medias diarias, por lo es de gran importancia la utilización, de datos de intervalos menores de un día, otra limitación, son los datos históricos de precipitación,  por su costo y difícil accesibilidad, solo se contó con datos del Año 1980 y 1982. A demás no se contó con datos del lado ecuatoriano, tanto para la precipitación y clasificación de suelos.

BIBLIOGRAFIA

 Ahrens S. R., 1998; Flood Forescasting the Bufalo Bayoo Using CRWR – PrePro and HEC-HMS. Tesis de Maestría, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Texas en Austin. Andysiak P. B., 2000; Visual Floodplain Modelling with Georaphic Information System (GIS). Tesis de Maestría, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Texas en Austin. Azagra  E.,  1999;  Flooplain  Visualización  Using  TINs.  Tesis  de  Maestría,  Departamento  de Ingeniería Civil, Universidad de Texas en Austin. Chow V. T., Maidment D. R., Mays L. R., 1994; Hidrología Aplicada. Editorial Mc GRAW HILL ; Bogota Colombia Primera Edición. Chow V. T., Maidment D. R., Mays L. R., 1994; Hidráulica en Canales Abiertos. Editorial DIANA; Bogotá Colombia Primera Edición Ferdinand L. H., 1997; HEC – PrePro a GIS Preprocessor for Lumped Parameter Hydrologic Modeling Programs. Tesis de Maestría, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Texas en Austin. Guerrero S. P., 2000 Métodos de Análisis de Recursos Hídricos. Apuntes de clase. Hydrologic  Engeneering  Center,  HEC  2000  Geospatial  Hydrologic  Modeling  Extension  HEC- GeoHMS User´s Manual Editor Janes H. Doan. Hydrologic Engeneering Center, HEC 2000 Hidrologic Modeling System HEC-HMS; Technical Reference Manual; Editor Arlen D. Feldman. Hydrologic Engeneering Center, HEC 2001 Hidrologic Modeling System HEC-HMS; User’s Manual.Editor Willian A. Scharffenberg.

Hydrologic  Engeneering  Center,  HEC  2001  River Analysis  SystemHEC  –  RAS;  Hydraulic Reference Manual. Editor Gary W. Brunner