modelaciÓn hidrolÓgica de la cuenca del rÍo...

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.

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

•Modelar el ciclo hidrológico

•Permiten conocer la respuesta de la cuenca a las precipitaciones.

MODELOS HIDROLÓGICOS

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.

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.

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.

ZONA DE ESTUDIO

Área (Km2) 8584

Tiempo concentración (Horas)

42

TIPOS DE SUELOS

COBERTURA DE SUELOS

AGUA DISPONIBLE EN EL SUELO

AD = CC - PMP

Cuenca AD (mm)

Queguay 70

Donde:AD Agua DisponibleCC Capacidad de CampoPMP Punto de Marchitez Permanente

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

• 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.

• EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIALMÉTODO DE PENMAN-MONTHEI

Estación INIA-TACUAREMBÓ

QUEGUAY

FORZANTES (inputs) DEL MODELO

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.

Fuente: Sanchez San Ramon, Javier (2015).

MODELO AGREGADO: Soil Moisture Accounting (SMA)

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

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.

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.

• 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

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.

Cuenca Queguay

CalibraciónQueguay

ValidaciónQueguay

FRENTES DE PARETO

Fuente: Molnar, 2011

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.

MODELO SEMI-DISTRIBUIDO: HBV

Celdas regulares: 1 Km x 1 Km

Tipos de Suelo

Cobertura Vegetal

MODELO SEMI-DISTRIBUIDO: DISCRETIZACIÓN

Tránsito de la escorrentía: Método de Onda Cinemática

Ecuación de Saint Venant

• A la CARU por haber financiado este proyecto.

• A DINAGUA e INUMET por la información brindada.

¡Muchas gracias!