Resumen Ejecutivo - Grupo 3

 

 

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA GALLO HIDROLOGÍA APLICADA

TEMA: MODELO   MODELO

HIDROLÓGICO HIDROLÓGICO  

HMS GRUPO N° 03 

INTEGRANTES:  

ROJAS NUÑEZ DEYSI MARILYN SAAVEDRA SAA VEDRA SANCHEZ CHRISTIAN CHRIST IAN JORDAN

 DOCENTE:

DR. ARBULÚ RAMOS JOSÉ DEL CARMEN 10 DE FEBRERO DEL 2022 ~ 1 ~ 

 

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I. ÍNDICE

 

1 I. ÍNDICE II. INTRODUCCIÓN 2 2 III. OBJETIVOS IV. CONTENIDO 3 1. INTRODUCCION AL MODELO HIDROLOGICO HMS 3 1.1 Introducción 3 1.2 Estructura de Ficheros 3 1.3 Estructura y elemento del proyecto hms   3 1.4 Ejemplo práctico: cálculo de hidrograma de avenida en una pequeña cuenca  4 V. 3 EJEMPLOS APLICATIVOS 11 27 VI. CONCLUSIONES VII. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA 27

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II. INTRODUCCIÓN El presente informe abarcar el tema del Modelo hidrologico HMS, siendo el modelo hidrológico una representación simplificada de un sistema real complejo llamado prototipo, bajo forma física o matemática. De manera matemá mate mátitica ca,, el si sist stem ema a re real al es está tá re repre prese sent ntad ado o po porr un una a expr expresi esión ón anal an alít ític ica. a. En un mode modelo lo hidr hidrol ológ ógic ico, o, el sist sistem ema a físi físico co re real al qu que e generalmente representamos es la ' cuenca hidrográfca' y cada uno de los componentes del ciclo hidrológico. La modelación hidrológica es una herramienta de gran importancia para el estu estudi dio o de aven avenid idas as.. En la ac actu tual alid idad, ad, con el em empl pleo eo de esto estoss modelos, se realiza el análisis y la prevención de las inundaciones; adem ad emás ás,, es posi posibl ble e ma mane neja jarr hipó hipóte tesi siss su sufifici cien ente teme ment nte e rea realilist stas as o previsibles que ofrezcan un cierto grado de confianza para la toma de decisiones, ya sea en la ordenación del territorio en torno a los ríos o para exigir criterios adecuadamente de diseño de obras e infraestructuras capaces de soportar y funcionar en situaciones de emergencia.

III. OBJETIVOS  

OBJETIVO GENERAL: Realizar la simulación del modelo hidrológico HMS, que permite la sele se lecc cció ión n de di dife fere rent ntes es mé méto todo doss pa para ra el cá cálc lcul ulo o de pé pérd rdid idas as,, hidrogramas, flujo base y propagación en cauces.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:  

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 Aprender a crear un modelo hidrológico en HEC-HMS  Aprender a visualizar los diferentes resultados que arroja el modelo. Obtener hidrogramas unitarios por el método SCS de la cuenca en estudio.

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IV. CONTENIDO: 1.

INT NTR ROD ODU UCC CCIÓ IÓN N AL AL MOD MODE ELO HI HIDR DROL OLÓG ÓGIC ICO O HMS HMS..

1.11 1.

Intr In trod oduc ucci ción ón

El programa HMS permite multitud de metodologías de estimación tanto de Lluviaescorrentía (Inicial and constant, SCS curve Number) como de propagación de hidrograma (Muskingum, Pulse Method). Es un modelo hidrológico contrastado, de gr gran an va vallidez pa parra es esttimación de avenidas y ac ace eptado por tod oda as las  Administraciones.

1.2 Estructura de ficheros 

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El proyecto HMS genera un archivo principal, cada uno de los ficheros gene ge nera rado doss está está asoc asocia iado do a un una a de las las pa part rtes es qu que e cons constititu tuye yen n la estructura del proyecto. Todo el proyecto HMS se mueve alrededor de la explotación de los recursos ofrecidos por los ficheros hidrológicos DSS (estándar de intercambio de información temporal) Los archivos DSS contiene series de datos de lluvia (input para el modelo model o HMS), caudales y propiedades propiedades hidrológi hidrológicas cas de las cuencas. Así como, los hidrogramas resultantes (output). El modelo HMS puede importar archivos externos de formato DSS como lllluv uvia iass y ca cauda udale less af afor orado ados, s, estos estos fifich chero eross pu puede eden n ser im impo port rtado adoss directamente por el modelo Hec- Ras de manera que los hidrogramas de avenida aveni da pueden ser incorpo incorporados rados en el cálculo en modo no permanente de Hec-Ras.

1.3 Estructura y elementos del proyecto hms. El proyecto HMS se fundamenta en la interacción de 4 elementos, o partes, que deben deb en ser crea creadas das por sep separad arado, o, pero final finalmen mente te interac interactúa túan n para dar com como o resultado los hidrogramas de avenida. Las 4 partes son:  

BASIN MODEL: se deben introducir y editar el esquema de la red de

 

METEOROLOGIC METEOR OLOGICAL AL MODEL: se deben seleccionar los distintos

drenaje, las conexiones existentes entre las distintas subcuencas, así como las propie propiedades dades de cuenca, deben aparecer tambié también n los métod métodos os de cálculo escogidos y los parámetros hidráulicos asociados a ellos. modelo mode loss me mete teor orol ológ ógic icos os nece necesa sari rios os pa para ra esti estima marr e inte interp rpol olar ar la precipitación que cae sobre cada una de las subcuencas a partir de los datos de las estaciones pluviométricas. ~ 3 ~ 

   

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CONT CO NTRO ROL L ES ESPE PECI CIFI FICA CATI TION ONS: S: De cara al cálculo de los hidrogramas, en este apartado debe ser introducido aspectos temporales como la fecha y hora de inicio y final de la simulaci simulación, ón, así como el paso de tiempo (Time Interval) de cálculo.

TIME SERIES DATA: se crea y se especific especifican an las series temporales de lluvia correspo lluvia correspondient ndientes es a las distintas distintas estac estaciones iones pluvio pluviométric métricas as existentes existentes en la cuenca. Una vez creada una estación pluviométrica (Gage) se pueden introducir los datos de precipitación manualmente, o bien importar los datos externos de la estación en formato HEC-DSS.

 

1.4

SIMULATION RUNS: Para dicha simulación se procede al cálculo de los hidrogramas y a la visualización de resultados. Para cada subcuenca, unión y tramo pueden visuali visualizarse zarse tanto gráficos como tabla tablass de los hidrogra hidrogramas mas en dichos puntos.

Ejemplo práctico: cálculo de hidrograma de avenida en una

pequeña cuenca. PRIMER PASO: es la creación del proyecto a través del menú principal, File-> New-> Create a New project. El nombre del proyecto será “CuencaUPC”. En Unid Un idad ades es de SI SI.. Po Porr de defe fect cto, o, HM HMS S util utiliz iza a las las coma comass como como sepa separa rado dorr de decimales.

SEGUNDO PASO:  debe generar el modelo de Cuenca a través del menú Components -> BASIN MODEL MANAGER->New. El nombre de la cuenca será “CuencaUPC”. Para editar la red de drenaje, se cuenta con una serie de botones de creación y edición de los elementos hidrológicos. Estos elementos se dividen en:

Subbasin (Sucuencas)

Reach (Tramo)

Junction (Unión)

Reservoir  (Embalse)

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Diversión (Separación)

Source (Fuente de caudal)

Sink (Sumidero)

 

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Con todos ellos generamos el esquema de cuenca deseado, con el número de subcuencas, subcuen cas, uniones y tramos tramos en funci función ón de las dimensi dimensiones ones y propie propiedades dades de la cuenca.

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Se generan 3 subcuencas (1 a 3) La subcuenca 2 tiene un tramo (Reach 2) Se une a la subcuenca 3 en la Unión 2-3 (Junction) En el tramo 2-3 (Reach 2-3), y casi al final del mismo, antes del punto de salida (Outlet), se inco incorp rpor ora a la subc subcue uenc nca a 1 la cual cual se cone conect cta a me medi dian ante te la opción del boton de la derecha del ratón Connect Downstream

 A cada una de las subcu subcuencas encas se les les de debe be asig asigna narr el Ár Área ea (Km2)   el método de infiltración será Curva Número del SCS el métod étodo o de ge gene nera raci ción ón y tran anssfor orm maci ción ón de lluv uviiahidrograma será el Hidrograma Unitario del SCS   Fluj Flujo o de Ba Base se (B (Bas asef eflo low, w, infilt infiltrado rado sub subter terráne ráneame amente nte)) para el cálculo.

Para el método de infiltración se utiliza el modelo de la curva número (CN), a partir  de ese valor y de la precipitación Pd’ (mm) se estima el umbral de precipitación neta que genera la escorrentía superficial. El método de transformación temporal de lluvia en hidrograma seleccionado es el Hidrograma Unitario del SCS, con un Tlag (h) requerido, que puede estimarse como:

Tlag = 0.6. Tc --  Tc es el tiempo de concentración de cada subcuenca

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Definir las propiedades de subcuenca, el enrutamiento de los hidrogr hid rograma amass (Propag (Propagaci ación) ón) par para a cada Tramo (Reach). Se utiliza, el método de Muskingum. En él se deben estimar dos parámetros: K (h) = tiempo que necesita la onda de avenida para recorrer el tramo seleccionado.  X= factor adimensional adimensional de ponderación del  volumen de acumulación en el tramo. X se mueve entre 0 y 0.5. X=0.5 no provoca laminación del hidrograma.

TER TERCER CER PAS PASO: O:  Gene Genera rarr el mode modelo lo me mete teor orol ológ ógic ico o a tr trav avés és de dell me menú nú ->Ne New. w. El nomb nombre re del del Comp Co mpon onen ents ts -> METEOROLOG IC MODEL MANAG MANAGER ER-> METEOROLOGIC modelo de lluvia será “Met 1”.

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Se de deb be selec ecccionar el tipo de método (Precipitation) de obtención de da dato toss me mete teor orol ológ ógic icos os,, en est este e caso, utilizar directamente los datos de un una a estación pluv uviiométri ricca concr co ncret eta a (Sp (Spec ecififie ied. d.Hye Hyeto togr grap aph). h). Para cada una de las subcuencas se espe es peci ciffica ica qu qué é es esta taci ción ón (Gag (Gage) e) aportará los datos de lluvia.

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 Debería utilizar una Gage específica de ca cada da subcu subcuen enca, ca, pa para ra nu nuest estro ro caso, todas las subcuencas utilizarán la misma Gage (Hietograma).

 

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Gene nera rarr el Co Cont ntro roll de la Si Simu mula laci ción ón a tr trav avés és de dell me menú nú CUARTO PASO:  Ge Components -> CONTROL SPECIFICATION MANAGER->New.  El nombre del modelo de lluvia será “Control 1”, se deben introducir fecha y horas de Inicio y Final de la simulación. En nuestro caso, una simulación de 3 h de duració dura ción, n, es imp import ortant ante e est establ ablece ecerr el pas paso o de tiempo tiempo (Ti (Time me Int Interva erval) l) para para el cálculo. Dado que el hietograma (lluvia) que se va a aportar tiene un intervalo de tiempo de 6 minutos (0.1 h), es apropiado escoger el mismo tiempo para la simulación.

QUINTO PASO: 

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Se genera el fichero de datos de lluvia (Hietogramas de las estaciones pluviometricas) a través de del l me menú nú Com ompo pone nent ntss -> TimeSeries Data Manager  ->New. ->New. El nomb no mbre re de la se seri rie e temp tempor ora al de datos de lluvia será “Gage 1”.

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Se intr introd oduc ucen en los los da dato toss ma manu nual alme ment nte e (Data Source: Manual Entry). El Histograma que se va a introducir tiene unidades de MM inc ncrremen enttal ales es (no acumulados) cada 6 minutos Se pued puede e loc ocal aliz izar ar ge geog ográ ráfficam icamen entte (Latitud, Longitud) la estación Gage 1. Establ Esta blece ecerr lo loss titiem empos pos de lllluvi uvia a (I (Ini nici cio, o, Final) y fechas en Time Window  

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La creación de Histograma se realizó en HMS a partir de las recomendaciones de la Administración (ACA) y manuales de hidrologia.

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Se realizó las Curva IDF, correspondiente a la región y Periodo de Retorno (T años)

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Se pr proc ocede ede a ca calc lcul ular ar el hiet hietog ogra rama ma cuya cu ya dura duraci ción ón es igu gual al al Tc Tc=0 =0.8 .8 h media ediant nte e el métod étodo o de BL BLOQ OQUE UES S  ALTERNADOS.

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Se ad adop opta ta 6 mi minu nuto toss (0 (0..1 h) com como intervalo de tiempo del hietograma.

La tabla de del Hietograma P(mm) se debe copiar directamente en la Table de la Gage 1. Se puede comprobar que el Gráfico del Hietograma de lluvia está bien leído.

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selecciona na el men menú ú Comput Compute e -> CREATE SIMULATION SEXTO PASO:  Se seleccio

RUN. Un asistente aparece entonces para crear el caso o Run (Run 1 en nuestro casso). ca o). Se de debe be se sellec eccciona ionarr tan anto to el mo mode dello de cu cuen enca ca co com mo el mod ode elo meteorológico y el Control. Una vez realizado esto, se puede proceder al cálculo (Compute Run 1).  

SEPTIMO PASO: RESULTADOS: 

Para visualización de resultados se clica sobre el elemento y con el boton de la derecha del ratón se muestra la opción de View Results Run. Se puede obtener el gráfico del hidrograma o bien la tabla editable.

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Los hidrogramas ruteados (propagados) en el Tramo 2-3 (Reach 2-3)

Se puede visualizar tanto el hidrogr hid rograma ama de sal salida ida (Ou (Outle tlet) t) como las lluvias y los hidrogramas resultantes en cada subcuenca. Para los tramos (Reaches) se comparan los hidrog ogrramas a la entrada del tramo y su la salida. El hietograma de lluvias totales y de pérd pé rdid idas as en la Sub ubcu cue enc nca a 2, as asíí como el hidrograma de salida de la subcuenca.

 

hidrograma final a la salida de la cuenca

Tablas temporales del hidrograma de salida:

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V. EJEMPLO APLICATIVOS: EJEMPLO NUMERO 2: Para este caso tendremos una cuenca, que se dividirá en 2 cuenca con un canal, sus pasos que se ha seguido se describirán abajo.

1. PASO: Primeramente, guardaremos nuestro archivo en nuestra carpeta de modelo dos y dentro de ella en la carpeta Ejemplo 2, como se ve en la imagen:

2. PASO: Crearemos el Basin model, para poder trabajar, agregar la cuenca:

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3. PASO: Luego, en view, hacemos click, y por consiguiente en map layer, y agregamos la cuenca con su tramo de río con la opción de add.

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4. PASO: Con la opción subbasin creation Tool ubicaremos las subcuencas en el mapa

Luego agregamos con la opción reach, que viene a hacer un canal dentro de la cuenca.

Por último, ubicamos nuestro aforo o sumidero en la cuenca con la opción Sink Creation Tool

Quedando nuestra cuenca de la siguiente manera:

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5. PASO:  Agregaremos los datos de la subcuenca 1, así como para la subcuenca 2 y el reach, o en este caso llamamos canal, eso se mostrará en las imágenes:

SUBCUENCA ALTA:

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SUBCUENCA BAJA

CANAL:

6. PASO:  Ahora nuestras precipitaciones, lo cual iremos a componentes, vamosagregaremos a la opción Time-Series Data Manager,por y luego agregamos estaciones quey sean necesarias con la opción “NEW”

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7. PASO: Seleccionamos la “Estación 1” y la “Estación 2”, y el tiempo de intervalo será para este caso 30 minutos.

8. PASO:  Ahora seleccionamos en la parte la parte de debajo de las estaciones, y ingresamos fecha y el intervalo de tiempo de las precipitaciones. ~ 16 ~

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Estación 1

GRÁFICO DE LAS

PRECIPITACIONES

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Estación 2

GRÁFICO DE LAS PRECIPITACIONES

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9. PASO:  Ahora vamos a components, luego haremos click en “Meteorologic Model Manager” y luego agregamos en “NEW” Met 1.

10.PASO:  Ahora seleccionamos “Met 1”, y vamos a Basin y include subbasins colocamos “Yes”

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11. PASO: Luego en la parte de debajo de “Met 1”, Subcuenca Alta y Baja, agregamos sus estaciones respectivas.

12.PASO:  Ahora ya estamos casi por acabar, vamos a la opción components, y seleccionamos “Control”, y agregamos con “NEW” Control 1.  

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13.PASO:  Aquí seleccionamos control 1, y colocamos nuestros datos de d e fecha de entrada y sali salida da de nu nues estr tra a cuen cuenca ca qu que e ha habí bíam amos os colo coloca cado do en las las esta estaci cion ones es la precipitaciones con respecto la fecha y la hora a evaluar.

14.PASO: Ya seleccionamos Run 1 y lo hacemos correr el programa

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15.PASO: Por último en resultados que

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results, vemos los nos arroja el programa

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16.PASO: Veremos los resultados

SUBCUENCA ALTA:

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SUBCUENCA BAJA:

CANAL:

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EJEMPLO NUMERO 3: Para este ejemplo se realizó los mismos procedimientos obteniendo los siguientes resultados:

Se tiene:1 subcuenca y 1 aforo

Resultados: subcuenca

aforo

subcuenca

PRECIPITACIONES – PRECIPITACIONES BLOQUES ALTERNOS

Resultados: aforo

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EJEMPLO NUMERO 1: Para este ejemplo se realizó los mismos procedimientos obteniendo los siguientes resultados:

Se tiene:2 cuenca y 1 tramo

TRAMO

PRECIPITACIONES – PRECIPITACIONES cuenca 1

cuenca

PRECIPITACIONES – PRECIPITACIONES cuenca 2

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Resultados: CUENCA 1

Resultados: CUENCA 2

Resultados: TRAMO 1

Resultados: TRAMO B

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VI. CONCLUSIONES:

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Resulta fundamental guardar nuestro archivo en una carpeta y ahí almacenar todos los pasos que haremos de la modelación, caso contrario provocaría que salga “error” en los procedimientos. Para la realización de la modelación es importante haber calculado bien el área, como también hacer un análisis minucioso de las precipitaciones para poder hacer los hietograma por el método de bloque alternos. Se calculó la infiltración utilizando número de curva SCS, mientras que los hidrogramas unitarios se ingresan directamente métodos sintéticos del SCS, los métodos de seguimiento de cursos de agua incluyen Muskingum. Los cálculos internos se hicieron en el sistema métrico

VII. BIBLIOGRAFIA: 

Hidrol Hidr olog ogía ía Apli Aplica cada da:: Al Alle len n Bate Batema man n -Gru -Grupo po Investigación en Transporte de Sedimentos – GITS (http://www.gits.ws)