modelo wms

7/14/2019 Modelo WMS

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Sistema de Modelamientode Cuencas


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Filosofa del Modelo

El Modelo W.M.S. Integra varios esquemas de generacin de hidrogramasmediante el HEC-1 el cual esta diseado para simular la escorrenta de una

cuenca mediana. Esta cuenca responde a la precipitacin , que responde a la

precipitacin como un sistema de interconeccin de componentes hidrolgicas e

hidrulicas.

Cada componente del modelo cumple un rol en el proceso de precipitacin-

escorrenta dentro de una porcin la cuenca, comunmente referenciada comoSub-cuenca. Cada componente representa una unidad de superficie de

escorrenta con un cauce un punto de control. La representacin de una

componente requiere, un conjunto de parmetros los cuales dan particulares

caractersticas a los componentes y relaciones matemticas, que describen el

proceso fsico.

El resultado del proceso de modelamiento es el hidrogramas de escorrenta deflujo ubicado en un punto especifico del cauce principal de la cuenca.


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Introduccin:Una vez que la cuenca ha sido apropiadamente sudividida en sub cuencas

componentes se utilizar el W.M.S para definir e identificarlos parmetros que

permitan un completo archivo de entrada para la simulacn mediante el HEC-1.Los parametros geomtricos de cada componente como son reas, longitudes y

gradientes son obtenidos automaticamente mediante la sub rutina TIN Geometry.

Mientras que los parmetros tales como: Tasa de perdidas, Caudal base, Nmero

curva,, y tambin es posible la evaluacin del IU y el Ruteo, introducidos atravez deCaja de dilogo interactivo.

Objetivo:Generar Hidrogramas Sintticos, de precipitacin y caudales obtenidos en campo en

este caso en a la cuenca del ro Torata.

Estos resultados sinteticos se analizan y calibran con la informacin de caudales

registrados en el punto control establecido dentro del cauce principal de la cuenca

denominado Arondaya.

Meta:Generar Hidrogramas de escorrenta directa en tiempo real, con el objeto de

determinar el Caudal pico y el Volumen asociado a este en el punto de control para

obtener el incremento de nivel volumen en el embalse y desarrollar la operacin de

descarga..


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Pasos Bsicos para Construir el Modelo

Definir Objetivos

Recopilar Datos

Identificar Bordes del Modelo

Construir un Modelo Conceptual

SuficientesDatos?

NO SI

Disear la Malla del Modelo

Calibrar y Validar el Modelo por

componente

Anlisis de sensibilidad

Resultados Pronosticados

Asignar/Modificar Parmetro, Variables y

condiciones de Borde, a cada componente

SI

NO Es correcta la

integracin

Fase I Fase II


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Menus

Modules

Tools

Macros

PRESENTACION DEL SOFTWARE: W.M.S

Comandos Usados para delimitacin y edicin de la cuenca.


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Tin Module.

Dem Module

Tree Module.

Map Module.

2D Grid Module.

3D Scatter Module.

HERRAMIENTAS

MODULOS


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Parmetros: Area de la cuenca (A). Pendiente del cauce principal (S). Longitud del cauce principal (L). Longitud del centroide a la salida de la cuenca (Lca).

Deficin de escala real en base a tres puntos de coordenadas para definir loslmites de la cuenca imagen TIF.

Coeficientes de rugosidad de Manning en tramos a lo largo del cauce de lacomponente (n).

Nmero de Curva, asignado en cada componente (CN). Tiempo de Retardo (Tlag) y tiempo de Concentracin a cada componente.

(Tc).

Coeficiente de almacenamiento del cauce: k, x.

Variables: Ancho del cauce principal en cada Sub-cuenca (B). Precipitacin (P), Evaporacin (ETP), Aporte de nieve (N).

Descarga (Q)

Definicin de Parmetros y variables usados en el ModeloLos parmetros y variables utilizados en el modelamiento de la cuenca son los

siguientes:


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Area de la cuenca.

El rea de la cuenca puede ser generada en forma automtica por el W.M.S.

mediante el uso AutoCad.

Se han establecido 5 Sub-cuencas componentes cuyos puntos de control los

definen secciones de registro ya establecidos.

EST. EL CAON

S1

S2

S3S4

S5

S1 9.0

S2 16.9

S3 22.1

S4 107.2

S5 125.8

TOTAL 281.0

Area

(Km

2

)

Cuenca

EST. ICHUPAMPA

RESERVORIO

TORATA

EST. ARONDAYA

EST. TITIJONES

TUNEL DE DERIVACION


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Pendientes del cauce principal.

Las pendientes han sido calculadas con los datos de coordenadas a partir de unplano de AutoCad:

S1 0.036

S2 0.039

S3 0.053

S4 0.057

S5 0.026

Pendiente

(m/m)

Sub-Cuenca

Arondaya

Titijones

R. Torata

IchupampaEl Can


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Longitud del cauce principal.

La longitud del cauce principal es obtenida mediante el uso del Autocad.

L1

S1

S2

S3

L2

L3

S4

S5

L4

L5

S5 10.82 10.82

S4 12.07 22.89

S3 5.20 28.09

S2 7.72 35.81

S1 4.45 40.26

Sub-cuencaLongitud

(Km)

Longitud

Acumulada

(Km)


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Longitud del centroide a la salida de la cuenca.

Los Lca son obtenidos, definiendo primero los centros de gravedad de cadacuenca.

S1 4.45 2.660

S2 7.72 4.210S3 5.20 3.160

S4 12.07 6.940

S5 10.82 7.360

TOTAL 40.260 24.330

Sub-Cuenca

Longitud

del cauce

(Km)

Longitud

(Lca)

(Km)

Lca1

Lca2

S1

S2

S3

Lca3

S4

S5

Lca4

Lca5

C.G

C.G

C.G

C.G

C.G


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Coeficiente de rugosidad de Manning.

Los coeficientes de rugosidad de manning son definidos segn lascaractersticas del cauce del ro, como son: material de fondo en relacin al

tirante, la cobertura vegetal, sinuosidad, etc. todos estas caractersticas fueron

observadas durante el trabajo monitoreo de flujo en campo. El coeficiente

puede modificarse en funcin al tirante.

S1 0.050

S2 0.055

S3 0.070

S4 0.075

S5 0.045

TramoCoeficiente

de

Manning

Nota:Los coeficientes medidos son valores promedios puesto que varian a partir del

tirante.

Seccin Transversal del cauce

y


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Nmero de Curva.

Al representar en grficas la informacin de Pe (Escorrenta efectiva) y P

(precipitacin total) para muchas cuencas, el SCS encontr curvas tipos como losque se muestran en la figura. Para estandarizar estas curvas, se define un nmero

adimensional de curva CN tal que 0 CN 100. Para superficies impermeables y

superficies de agua CN=100, para superficies naturales CN 100.

S1 65

S2 70

S3 85

S4 85

S5 85

Sub-CuencaCurva

Numero

(CN)

La sub-cuenca S5 tiene una variacin

de CN entre 65 y 85, observado en

base a registros y simulacin.


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Tiempo de Retardo (Tlag) y Tiempo de Concentracin (Tc).

Con los parmetros de longitud del cauce principal y longitud del centroide a lasalida de cada Sud-cuenca se obtiene:

S1 2.8 1.4 5.0 0.8

S2 3.8 2.0 6.5 1.1

S3 3.1 1.1 4.5 0.8

S4 5.1 2.1 7.1 1.5S5 5.0 2.9 10.4 1.7

MtodosRiverside

CountySub-Area

Tlag (Hora)

Snyder SCS Taylor

0.3Lca)(L1.35Tlag

Tlag*0.6Tc

S1900

0.79)CN

1000(

LTlag0.8

Mtodo Snyder:

Mtodo de SCS:

L: Km

CN: Adimencional

S: Km/Km

T: Horas


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Precipitacin:

Los datos de precipitacin son obtenidos de todas las estaciones pluviomtricas y

pluviogrficas instaladas en la cuenca, con estos datos se determinar laescorrenta superficial, en cada Sub-cuenca componente.

(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

1 2.3 6.3 6.8 4.1 7.4 3.0

2 8.0 1.2 1.8 0.2 0.4 0.8

3 6.9 10.6 15.8 22.1 15.4 14.7

4 3.5 5.8 6.3 3.8 4.4 1.45 3.0 3.7 8.5 3.4 1.6 1.6

6 1.2 22.8 4.6 0.4 0.5 0.1

7 0.7 1.9 2.9 2.3 5.0 2.3

8 0.7 2.3 4.4 3.9 1.6 0.0

9 1.8 6.0 6.3 18.9 10.6 13.0

10 0.0 3.9 6.9 4.3 3.8 2.0

11 0.0 2.0 2.2 5.3 9.8 4.5

12 0.0 1.6 9.7 7.4 5.1 5.6

13 0.4 4.7 20.0 2.2 3.8 3.7

14 0.0 8.5 6.3 2.3 6.8 9.6

15 2.0 14.7 14.0 1 9.1 22.4 24.3

16 11.0 12.3 17.5 2.6 12.0 10.4

17 0.7 1.8 3.1 3.5 0.1 0.4

18 0.6 6.3 1.9 2.0 7.2 2.319 0.0 1.4 2.3 5.7 9.3 5.4

20 2.8 2.3 3.3 6.5 2.0 0.6

21 2.3 7.8 9.8 0.6 0.7 0.7

22 10.4 4.0 5.8 0.2 13.2 4.9

23 4.9 2.8 3.2 1.0 2.2 4.8

24 8.4 6.0 21.8 17.2 27.7 18.2

25 7.8 6.1 7.4 4.6 11.5 10.5

26 0.0 3.6 3.4 1.6 0.2 0.5

27 32.0 22.7 19.2 20.0 16.1 11.8

28 6.7 5.6 8.5 6.9 11.0 5.4

TOTAL 11 8. 10 17 8. 70 22 3. 70 17 2. 10 21 1. 80 1 62. 50

Suches

lado

cuajone

Estaciones Me teorologicas

FECHA

FEBRERO: 2001

TW4Titijones

Apacheta

Via

Blanca

Mina

Cuajone

Villa

CuajonePRECIP.

No. ESTACION ALTITUD MENSUAL

msnm mm

1 Villa Cuajone 2,795 118

2 Mina Cuajone 3,580 179

3 Via Blanca 3,945 224

4 Titijones TW-4 4,553 1725 Ti tijones Apacheta 4,652 212

6 Suches - Cuajone 4,452 163

PRECIPITACION - ALTITUD

RELACION PRECIPITACION - ALTITUDESTACIONES METEOROLOGICAS

4

3

12

6

5

y = 5E-08x3 - 0.0006x2 + 2.5628x - 3203.5

R = 0.81

10

100

1,000

2 ,500 2,700 2,900 3,100 3,300 3,500 3,700 3,900 4,100 4,300 4,500 4,70 0 4,900

ALTITUD (msnm )

PRECIPITACIO

N(mm)


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Aplicacin del Modelo

FASE I:

1.- Recopilacin de informacin: Estacin de control, Precipitacin, Caudales,Cartografa de la cuenca.

2.- Identificacin de la cuenca y sub-cuencas.

3.- Definir el modelo conceptual: Modelo serie.


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Aplicacin del Modelo

FASE II:

1.- Preparar TIN, MAP para delimitar las componentes de la cuenca y la basede datos para el desarrollo de los hidrogramas.

2.- Calcular los atributos geomtricos de cada Sub-Cuenca.

3.- Definir las caracteristicas de la variable de precipitacin . a lasestaciones y registros para la calibracin.

4.- Calcular la precipitacin efectiva en cada sub cuenca utilizando elprocedimiento del SCS en base al Nmero de Curva (CN) otroalternativo: .

5.- Definir el mtodo del clculo del Hidrograma Unitario ms adecuado a cadaSub-cuencas.

7.- Segun el archivo de entrada para la integracin de los flujos de cada Sub-cuenca mediante el HEC-1.

8.- Generar el hidrograma resultante y mostrarlo grficamente.

10.- Anlizar en forma comparativa el hidrograma simulado y el observado:Proceso calibracin. Hacer la modificacin necesaria por Sub-cuenca.


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Registro de Imagen:

Seleccionando el icono Map Module y

luego selecccionando el Import delcomando del menu Image, se registra laimagen a escala real que podra ser usadaen la definicin de los lmites de la cuencay puntos de control.

Escalamiento de la Cuenca


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Creando objetos mediante el TIFF Images:

Registrado la imagen en el Terrain Model, seleccionamos el Map Module, usando la herramientas en este modulo, limitamos la cuenca, definimos

nuestros puntos de control y el curso principal de la cuenca, mediante Streamsy Generic, que vienen hacer los tipos de curvas que generan el lmite y el cursodel flujo de la cuenca.

Basin Boundary

Stream

Oulet Point

Basin Polygons


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Job Control.

El dilogo Job Control se usa paradefinir informacin general acercadel HEC-1. Se ingresa a este cuadrode dilogo seleccionando el comandoJob control del menu del HEC-1, seusa para definir en el box de dialogoel hidrograma, utiliza los factores de

tormenta/Area y cambiar loshidrogramas de ingreso

Identificacin del Job de Control:


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Seleccin de Unidades:

este cuadro permite seleccionar lasunidades con las que se desea

trabajar, area, distancias, y si sedesea clcular otros parmetros dela cuenca, solo se selecciona laopcin Display Opts y seleccioneel parmetro deseado.


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Introduccin de los datos:

Los atributos o parmetros paralas Sub-cuencas son definidosy/o editados en este cuadro de

dilogo, luego de haberdefinidos los lmites y puntos decontrol de la cuenca.

Para ingresar a este cuadro dedilogo, seleccionamos en elmenu principal el Tree y luegoel comando HEC-1.

Otra forma, es ejerciendo dobleclick sobre la figura de la Sub-cuenca definida en arbol logicodel Hydrologic Modeling enpantalla.

Los parmetros de ruteoapareceran al hacer click sobreel punto de control.

Tipos

de

datos


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Datos de la Sub-cuenca: (Basin Data)

la informacin para cada Sub-cuenca esintroducida por cada una en base aldialogo de datos de lectura. Los datos derea, caudal base etc. pueden seringresados o generados automticamenteal tener un Triangulated Irregular Network( TIN).

INGRESO DE DATOS:

1.-

STRTQ


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Edicin del Hidrograma registrado:

El editor X-Y se usa para introducir la curva definida Q-T. La curva dehidrograma puede ser importada o exportada de xy hacia un archivo detexto (txt).


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Dilogo de Salida:(Ouput Control)

Este control permite mostrar la informacin sobre las estacioneshidrogrficas, y esta escrita en archivo ASCII procedente del

HEC-1. Por defecto la informacin es registrada en el IO record.

Por defecto la opcin para mostrar el hidrograma de salida usa elcampo TAPE22, del dialogo mostrado.

2.-


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S 3

MINA

CUAJONE

VC

ICHU

S 1

S 2

C M V B

P. TW 4

S 4

S 5

CHUNT

HIDRO 1

P. TA

Ubicacin de estaciones:

El Gage dialog permite definir de una listade estaciones segn la necesidades deltrabajo.

Las estaciones pluviomtricas con o sinregistrador son definidas en este dilogo:ubicacin, precipitacin total y ladistribucin de la precipitacin.

LCUAJ


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Poligonos de thiessen:

Los poligonos de thiessen se generan automaticamente alingresar todas las estaciones con sus respectivos coordenadas.

No existe opcin de correccin.

Distribucin de la precipitacin:


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Precipitacin: (Precipitation)

El patrn de precipitacion es asignado a cada estacin seleccionando elcomando Precipitation del Edit HEC-1 parameter.

las estaciones Pluviogrficas y no Pluviometricas que intervienen encada Sub-cuenca provenientes del dialogo HEC-1, las estacionesaparecen y se identifican con sus pesos ponderados.

3.-

Nombre de c/u de las esatciones y el tipo.

La identificacin de las estaciones aparesen en el dialogo del HEC-1, Gage.


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Seleccin del mtodo para elclculo de prdidas:(Loos Method)

Se selecciona el mtodos ms

adecuado de prdidas paragenerar los Hidrogramasinttico.

Un mtodo de prdida esasignado de acuerdo a cadaSub-cuenca y por seleccin delbotn de Loss Method.

En este caso se opt por elmtodo del Soil ConservationService (SCS), el cual utilizael numero de curva (CN).

4.-


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Hidrograma Unitario:(UH Method)

Seleccin del mtodo de clculo

Se puede definir el mtodo declculo del (HU) a partir de estebox de dilogo. El mtodo puede serasignado a una Sub-cuencaescogiendo el Unit HydrographMethods.

T

5.-

Si se dispone de archivos Gis y segun el archivo TIN, es posible el clculo

directo con el boton Calculate Unit Hydrograph Hydrograph Parameters


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Generacin de parmetros:Tlag y Tc:

Si contamos con los datos

TIN, este dilogo calcularlos parmetros directamenteal utilizar el box anterior enlos mtodos indicados.


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Aporte de Nieve: (Snow Melt Data)

Cuando en el anlisis de escorrentaes necesario considerar, los datos dederretimiento de nieve para una Sub-cuenca se utiliza el este dilogo. ElHEC-1 tiene dos diferentes mtodospara calcular snowfall/melt:

Degree-Day

Energy-Budget.Se puede alegir cualquiera de losmtodos e introducirse losparmetros para el clculo.

6.-


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Datos para el routing:(Routing Data)

Routeo de hidrogramaintegrado.

Este cuadro permite definirlos puntos donde loshidrgramas van a sercombinados, adems de lascaractersticas geomtricasdel cauce y de prdida a lolargo del trayecto del flujo,entre puntos de control definir las caractersticas dealgunas estructuras deregulacin y derivacin quese encuentran en el trayectodel flujo.

Los datos de ruteo sonintroducidos a travez de laseleccin de un punto decontrol y luego con elRouting Data.

7.-


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Incorporacin de las derivaciones:

Las derivaciones son creadas usando unacombinacin del comando Add y Retrieve

Diversion definidas en el Tree menu.Una vez creada la seccin de derivacin, losdatos del detalle pueden ser definidos y/oeditados por seleccin del botn DiversionData.


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Chequeo control de datos para procesar el Modelo:

El comando Model Check puede ser accionado una vez que setengan todos los datos necesarios para el hidrgrama y el HEC-1.Este comando puede reportar cualquier posible error/inconsistencia

en el modelo, la correccin de cualquier error/inconsistencia serealiza haciendo un click donde aparezca un error en la ventana quese muestra:


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Corrida del Modelo:

Esta versin puede correrse directamentedel W.M.S. usando el comando Run HEC-1

en el HEC-1 menu.


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Exportar a

Txt o Dat

SALIDA GRAFICA DE ARCHIVOS


38/44


39/44


40/44


41/44

Tlag = 1.5 horas

N=94

f = 0

Tlag = 2.8 horas

N=85

f = 2.57

Hidrograma Observado

Hidrograma Simulados


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Tlag = 4.9 horas

N=85

f = 1.32

Tlag = 4.8 horas

N=89

f = 0

Hidrograma Observado

Hidrograma Simulados

Tlag = 4.9 horas

N=83

f = 1.49


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Concluciones:

La distribucin de la precipitacin al paracer no es suficiente para generar elhidrograma que se aproxime al hidrograma registrado en las estaciones

hidrometricas.

Los Numero de Curva, resultado del modelamiento son muy altos, lo cual

indica una superficie impermeable, lo cual no es real.

Las estaciones pluviometricas, no estan ubicadas en forma homogenea en la

cuenca, lo cual provoca que la distribucin sea ineficiente.


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Bibliografa

Tutorial del W.M.S.; Engineering Computer Graphics Laboratory; Brighamyoung University, 1997.

Manual del W.M.S.; Engineering Computer Graphics Laboratory; Brigham

young University, 1997.

Hidrologa Aplicada; Vente chow, Daniel R. Maindmont, Larry W. Mays,

2000. Manual Silvo Agropecuario; Servicio silvo agropecuario (SESA);

Universidad Nacional Cajamarca (UNC) .

Manual de HEC-1; U.S-Army Corp of Engineering; Hidrologic Engineering

Center, 1998.

Informe de afluentes y afloramientos del ro Torata; Recursos Hdricos-Cuajone; SPCC, 2001

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