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Tiempo res pe cto de l pico (h)
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Media
Desv. típica
Autocorrel. al pico
Análisis de la estructura estocástica fina de los eventos de precipitación en el entorno del pico.
Tema B (primera opción), tema C (segunda opción) Eduardo Albentosa Hernández, Juan B. Marco Segura
Universitat Politècnica de València. Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente
El análisis de frecuencia de las crecidas es un desafío que el hidrólogo debe afrontar con asiduidad dadas las múltiples aplicaciones derivadas del mismo. Dicho análisis puede abordarse mediante diversos planteamientos, condicionados por las características de la información hidrológica disponible, y que, de forma sintética, pueden agruparse en dos: análisis estadístico directo de caudales, cuando se dispone de un registro histórico de aforos de suficiente longitud y fiabilidad; en cuencas no aforadas, por contra, el análisis pasa necesariamente por una aproximación al comportamiento hidrológico del sistema. En este contexto surge este trabajo, en el que se aborda un análisis exhaustivo de las características estocásticas de los eventos de precipitación que proporcione un pluviograma que permita fundamentar un estudio más realista del análisis de frecuencia de las crecidas en cuencas no aforadas. El estudio realizado se centra en la fase de pico del evento, analizando dicha fase álgida y su entorno más inmediato a la escala de medida más fina disponible con el objetivo de disponer de un modelo que recoja la estructura de dependencia interna y permita construir un pluviograma de dicho período con una probabilidad de ocurrencia prefijada.
El análisis se ha realizado con el registro cincominutal de la estación de Alicante (código 8P05) perteneciente a la red pluviométrica del Sistema Automático de Información Hidrológica de la Confederación Hidrográfica del Júcar, en el período comprendido entre julio de 1996 y octubre de 2009.
El registro continuo de precipitación se ha fraccionado en una sucesión de eventos independientes entre sí, separados por una serie de tiempos en seco distribuidos exponencialmente, todo ello siguiendo la metodología propuesta por Restrepo-Posada and Eagleson (1982) con los criterios adicionales de Andrés-Doménech et al. (2010), resultando un total de 275 eventos con pico para el período analizado.
Una vez identificados los eventos, como el objetivo fundamental es el estudio en el entorno del pico, se ha situado el origen de tiempos en el pico de intensidad de cada evento. Los eventos así identificados se pueden considerar como un conjunto de realizaciones de un proceso estocástico en la dimensión tiempo, claramente no estacionario, cuya caracterización se ha realizado empleando un análisis de 2º orden, que se ha mostrado suficiente para extraer la práctica totalidad de la información.
El comportamiento observado en los momentos de las marginales y en la autocorrelación con el pico indica claramente la división del pluviograma en tres fases, etapa de preaviso, fase de pico y réplicas posteriores al agotamiento, superpuestas a una precipitación de fondo de baja intensidad aproximadamente estacionaria.
La serie primera derivada de la media de las marginales confirma esta estructura pues fuera del intervalo de 1 hora alrededor del pico se comporta como una serie estacionaria en media nula, esto es,
puro caos.
La fase de pico (definida como el intervalo en el cual la intensidad es superior, comparable dentro de un orden de magnitud con la del pico), tiene una forma bien definida y característica, con una duración del orden de 1 hora (en la que el ascenso es consistentemente más brusco que el agotamiento), cuya precipitación es asimilable al volumen de una celda conectiva, de duración característica entre 30 y 60 minutos.
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Tiempo respecto del pico (min)
Coefs. del Segundo Autovector (análisis ± 30 min)
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Tiempo respecto del pico (min)
Coefs. del Tercer Autovector (análisis ± 30 min)
La autocorrelación de orden 1 es muy alta y pseudoestacionaria en el rango temporal analizado, lo que indica la existencia de una estructura determinística muy importante con esta resolución fina, de modo que los valores de la intensidad en el entorno del pico oscilan todos juntos fuertemente correlacionados con una variable a escala superior. Esto da soporte a una modelación en proporción a una variable representativa global, como la intensidad pico o el volumen global del período de pico.
Centrado el análisis en la fase de pico del evento, se ha realizado un análisis de componentes principales considerando diferentes rangos temporales entorno al pico (desde ±20 minutos hasta ±45 minutos).
Los resultados permiten concluir que puede reducirse la dimensión de los datos originales a tres componentes, con un porcentaje de varianza explicada superior al 75%, hasta el rango ±30 minutos entorno a la marginal pico del evento.
Los tres primeros componentes principales presentan una estructura claramente interpretable: el primero resulta un factor de escala de la fase de pico del evento (próximo a la intensidad media); los dos siguientes se pueden interpretar como factores de forma: asimetría entorno al pico y grado de concentración alrededor de la fase central de pico, respectivamente.
Esta estructura informativa se conserva hasta un rango temporal entorno al pico de aproximadamente ±30 minutos, lo cual confirma los resultados anteriores, y acota en cualquier caso la amplitud del modelo de pico a plantear en aproximadamente 1 hora de duración entorno al pico.
Finalmente, a la luz de los resultados obtenidos del análisis de la estructura interna de la precipitación en la fase álgida del evento, se han planteado dos metodologías para abordar la construcción de un modelo de la fase de pico: un modelo clásico de dependencia temporal fundamentado en las estructuras de dependencia recogidas en las funciones de autocorrelación, y un modelo probabilístico basado en el análisis multivariante de los tres primeros componentes principales, con resultados dispares.
El modelo postulado bajo el dominio de las series temporales ha resultado satisfactorio para describir la fase de agotamiento posterior al pico, con una estructura ARMA(1,1), en la que, además, un modelo de dependencia temporal tiene plena justificación física. Sin embargo, los resultados para la fase de ascenso son manifiestamente mejorables, y deben ser objeto de un análisis más intenso que, además, acote su validez desde el punto de vista metodológico pues, pese a tratarse de un modelo descriptivo, puede resultar discutible el empleo de un modelo clásico de dependencia temporal hacia atrás en el tiempo para describir un proceso no estacionario.
En cuanto al modelo probabilístico multivariante, se ha caracterizado en una primera fase la función de probabilidad marginal de cada componente principal, con resultados satisfactorios. Concretamente, las distribuciones marginales finalmente adoptadas han sido: para el primer componente principal la distribución EV2 sobre la variable original, para el segundo la distribución Normal sobre la variable transformada con la función arco seno hiperbólico, y para el tercero también la distribución EV2 sobre la variable transformada con una función polinómica.
La ortogonalidad entre los componentes principales garantiza la independencia entre los mismos, por lo que la función de probabilidad conjunta, que define la probabilidad de ocurrencia del evento, se evalúa, sencillamente, como el producto de las probabilidades marginales de cada componente principal. Así, el modelo permite obtener múltiples eventos de precipitación equiprobables, caracterizados por la intensidad media, la asimetría y la curtosis respecto de la marginal pico.
Efecto de la cobertura vegetal sobre las relaciones precipitación/escorrentía: estudio de caso en la Cuenca
Experimental Río Tinoco (Costa Rica)
Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica (primera opción)
Nur Algeet Abarquero a b, Miguel Marchamalo Sacristán a y Javier Bonatti b a Universidad Politécnica de Madrid, Departamento de Ingeniería y Morfología del
Terreno, España b Universidad de Costa Rica, Centro de Investigaciones en Ciencias Atómicas,
Nucleares y Moleculares (CICANUM, Costa Rica
[email protected], [email protected], [email protected]
Introducción
El cambio climático es considerado uno de los principales retos a los que se enfrenta actualmente la gestión de recursos naturales. Los cambios en el tamaño y periodicidad de los eventos de precipitación inciden de manera fundamental en la disponibilidad hídrica y la probabilidad de ocurrencia de desastres naturales (inundaciones, deslizamientos, ...).
Para poder predecir los efectos del cambio climático y los efectos de grandes cambios en los usos de la tierra es necesario conocer el comportamiento de las cubiertas actuales y las interacciones existentes entre los procesos de escorrentía e infiltración.
Actualmente muchas cuencas en las zonas tropicales están formadas por un mosaico de usos del suelo entre los que destacan zonas boscosas, agrícolas y otras abandonadas en distintos estados de recuperación. Conocer el comportamiento de estos bosques secundarios, establecidos sobre áreas muchas veces degradadas y consideradas prioritarias de conservación, es esencial para poder predecir la respuesta de las cuencas ante eventos extremos tanto de sequía como de inundación.
Objetivos
El trabajo estudia la relación entre la generación de escorrentía y la cobertura vegetal presente teniendo en cuenta las propiedades físicas de los suelos. Se analiza la importancia del manejo de los complejos suelos-cobertura, para controlar la generación de escorrentía superficial en las cuencas.
Este estudio busca dotar de parámetros empíricos a un modelo hidrológico calibrado para la cuenca del río Tinoco, extrapolable a la fila Costeña (Costa Rica) y a otras zonas del trópico húmedo centroamericano.
Materiales y Métodos
La Cuenca Experimental Río Tinoco se encuentra situada en la formación montañosa denominada Fila Costeña, que alberga la mayor parte de las zonas de captación de agua potable en el cantón de Osa (Costa Rica). La región recibe una precipitación media anual de 3000 mm y se puede clasificar como bosque tropical muy húmedo y bosque premontano muy húmedo. La cuenca se encuentra dentro de una formación sedimentaria con origen en aguas profundas. Los suelos en la cuenca se clasifican como Inceptisoles y Entisoles con eventualmente, Ultisoles en la parte baja.
La cuenca de estudio tiene una representación de las coberturas más importantes de la zona en la actualidad, entre los que cabe destacar cultivos arbóreos permanentes (palma africana o aceitera), pastos en distintos estados de degradación por sobrepastoreo y manchas de bosque en áreas remotas en las partes altas.
Se han replanteado parcelas experimentales de 100 m2 para medición de la escorrentía superficial
generada por los usos del suelo más importantes: bosque secundario, pastizal en estado avanzado de degradación y plantación de palma de aceite. Adicionalmente, en estas mismas parcelas se mide contenido volumétrico de agua en el suelo a dos profundidades (15 y 45 cm), Para la caracterización edáfica de las parcelas se están llevando a cabo muestreos en distintas épocas del año de las propiedades físicas de los suelos (retención de humedad, conductividad hidráulica, infiltración y porosidad).
La escorrentía superficial se monitorea en campo a través de un medidor de fabricación propia inspirado en el mecanismo de medición del pluviómetro de cazoletas basculantes convencional (con volumen de cazoleta de un litro) que ha sido calibrado en laboratorio para distintas intensidades de precipitación. Los sensores de contenido volumétrico son los CS616 de Campbell Scientific Inc. Las parcelas se seleccionaron de acuerdo con su representatividad en las zonas de estudio, el tipo de suelo y un rango de pendientes de 25 - 35 %, de modo tal que los impactos de los sistemas sobre las variables hidrológicas se debieran al efecto de la vegetación y no a efectos del suelo y/o pendiente.
Además de estas parcelas experimentales, la cuenca está monitoreada a través de un sensor de presión (para la medición de caudal en el cauce principal del río, a la salida de la cuenca), una torre meteorológica (para estimación de un balance energético y tasas de evapotranspiración en el bosque) y medidores de precipitación en tres puntos de la cuenca.
Las tormentas seleccionadas para este estudio han sido aisladas de los datos de precipitación recogidos en la parte alta de la cuenca. Se han examinado eventos aislados de distintas intensidades y duraciones, todos ellos bien definidos temporalmente para facilitar la correlación de éstas con los procesos de escorrentía rápida que se generan seguidamente.
Evaluación de Resultados
La respuesta de las distintas tormentas seleccionadas muestra una relación clara con las cubiertas vegetales existentes. La parcela situada bajo bosque secundario presenta en todos los casos una escorrentía menor, independientemente de la intensidad de la tormenta. Esta cobertura además presenta en general una laminación más eficaz de la escorrentía, alcanzando periodos de respuesta notablemente más extendidos que el potrero o la plantación de palma de aceite. El suelo bajo esta cobertura boscosa presenta una conductividad hidráulica muy alta en el horizonte superficial y una alta pedregosidad en los subsuperficiales (Fernández-Moya y Algeet-Abarquero, 2010), explicando así los fenómenos anteriormente descritos.
La parcela situada bajo cubierta de palma ofrece respuestas más rápidas y más intensas que el potrero en bajo todo tipo de tormentas (Figura 3). El coeficiente de escorrentía medio de las tormentas estudiadas es para el caso de la parcela de palma de 033. En el potrero, el coeficiente de escorrentía medio tiene un valor de 0,15 mientras que en la parcela bajo bosque secundario, el valor encontrado es de 0,01.
Las diferencias en las respuestas hidrológicas de estas coberturas coinciden con las encontradas por otros autores y se relacionan con las diferencias en propiedades hidráulicas de los suelos que se ven influenciadas por el uso de los mismos (por ejemplo Bruijnzeel, 2004; Zimmerman et al, 2006).
Conclusiones
El estudio de las relaciones precipitación/escorrentía es clave para la caracterización de las parámetros hidrológicos de las cubiertas vegetales. La correcta modelización de las coberturas juega un papel fundamental para la predicción de desastres, como deslizamientos, inundaciones o sequías pronunciadas. Estos estudios evidencian los servicios hídricos que proveen los bosques y que en Costa Rica se compensan a través del Programa de Pagos por Servicios Ambientales.
Referencias Bibliográficas
Fernández-Moya ,J. y Algeet-Abarquero,N. (2010) Caracterización de los suelos de la cuenca del río Tinoco (Costa Rica). Programa Comunidad Agua y Bosques. UPM, Madrid, España.
Bruijnzeeel, L.A. (2004) Hydrological functions of tropical forests: not seeing the soil for the trees? Agric. Ecos. Env.104:185–228
Zimmermann B, Elsenbeer H, De Moraes JM (2006) The influence of land-use changes on soil hydraulic properties: Implications for runoff generation. For. Ecol. Mgmt. 222: 29-38
Estimación de la función de distribución bivariada de
avenidas históricas máximas anuales
Tema B
Arganis J. M.L.1, Domínguez M. R.
1, Rodríguez V. Katya
2, Preciado J. M.
3, Ocón, A.
3
Instituto de Ingeniería1 Universidad Nacional Autónoma de México,Instituto de
Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas2 Universidad Nacional Autónoma de
México, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua3, Jiutepec, Mor.
[email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Introducción
El análisis de eventos de diseño de presas de gran capacidad de regulación, para las cuales se debe considerar
tanto el gasto de pico como el volumen y la forma de la avenida, requiere el uso de metodologías que logren
reproducir la función de distribución empírica del conjunto gasto de pico y volumen de las máximas avenidas
históricas anuales. En este trabajo se aplicó un método bivariado, apoyado en algoritmos genéticos para la
determinación de los parámetros de la función de distribución doble Gumbel bivariada y también se utilizó un
algoritmo de cómputo evolutivo, en este caso de programación genética, que permitió estimar la forma de la
función de distribución bivariada, a partir del comportamiento de la función de distribución empírica como una
función del gasto de pico y del volumen de las avenidas de ingreso a la presa Luis Donaldo Colosio (Huites),
Sin., México registradas históricamente. Con ambos procedimientos se logró representar adecuadamente la
forma de la distibución bivariada. Adicionalmente obtuvieron parejas gasto de pico y volumen para un periodo
de retorno de 10000 años, construyendo avenidas de diseño usando un método de envolventes para dar forma a
las avenidas, basado en el comportamiento histórico y que preserva el gasto de pico y el volumen de la avenida
de diseño. Dichas avenidas se transitaron y se compararon con hidrogramas previamente obtenidos con el
método del instituto de Ingeniería que es un método que se ha validado en algunas otras cuencas de México
(Domínguez y Arganis,2012).
Metodología
Programación genética
La programación genética (pg) forma parte de los algoritmos de cómputo evolutivo (Cramer,1985, Koza,1989).
Permiten entre otros usos obtener modelos matemáticos a partir de información de datos medidos, una propuesta
de operadores y de variables independientes que se van relacionando a través de la aplicación de un
procedimiento similar a los algoritmos genéticos. En este problema se seleccionó el conjunto de operadores
algebraicos y trascendentes:T= { +, -,*,/,exp, sen, cos}. Se consideró como variable independiente a la función
de distribución F y como variables dependientes a las parejas gasto de pico Qp en m3/s y volumen V en
millones de m3, es decir F(Qp,V). La función objetivo que se utilizó consistió en minimizar el error medio
cuadrático entre la función de distribución empírica y la calculada. Se obtuvo una función de la forma:
[1]
Método bivariado
Se utilizó el modelo logístico bivariado (Ramírez y Aldama, 2000) para dar la forma a la función de distribución
F(Qp,V):
mmm VFQpFVQpF/1
))(ln())(ln(exp),( [2]
Se consideraron que las funciones marginales F(Qp) y F(V) correspondían a funciones de tipo Doble Gumbel. El
parámetro de determinación m se aproximó , donde rqpv es el coeficiente de correlación entre
el gasto de pico y el volumen de la avenida .
Método de envolventes
Se determinó la envolvente de los máximos de las avenidas históricas máximas anuales; dicha envolvente se
normalizó respecto al gasto de pico, el hidrograma normalizado se multiplicó por el gasto de pico de diseño en la
ordenada correspondiente a su pico (al estar normalizado este valor era de uno) y a las ordenadas restantes se les
multiplicó por un factor de manera que el volumen de la avenida construida fuera igual al volumen de diseño
obtenido con la función bivariada.
Aplicación y Resultados
Con 70 años de avenidas máximas de ingreso a la presa Huites, Sin., México se determinó la función bivariada
histórica con los métodos bivariado y con el algoritmo de programación genética (ecuaciones 1 y 2); en ambos
casos se logró reproducir adecuadamente a la función de distribución empírica previamente estimada. En la
Figura 1a Aparece la avenida obtenida con el método de envolventes proponiendo un gasto de pico de 11900
m3/s y un volumen de 6250 millones de m
3 estimados con la función obtenida con el método bivariado
(ecuación 1). En la Figura 1b aparece el tránsito de la avenida de diseño para un periodo de retorno de 10,000
años con el método del Instituto de Ingeniería (Qp=18881 m3/s, V=4009.79 millones de m
3), que se usó para
comparar los resultados de los dos métodos utilizados. En la Figura 1c están los resultados del tránsito con la
avenida de diseño obtenida a partir de un gasto de pico Qp=15000 m3/s y un V=6000 millones de m
3 calculada a
partir de programación genética con la ecuación 2 , para una F(Qp,V)=0.9999.
a) b)
1
c)
Figura 1. Tránsito de avenidas Tr=10000 años. a) método bivariado b) método del Instituto de Ingeniería c) con
F(Qp,v) obenida con PG.
Conclusiones
Los métodos utilizados para determinar la función de distribución bivariada de una serie anual de gastos de pico
y de volúmenes de avenidas históricas permitieron obtener hidrogramas de diseño que al transitarse reportaron
un comportamiento hidrológico adecuado de la presa Huites, Sin. México, al no observarse rebase del NAME
ante escenarios de avenidas con periodo de retorno de 10000 años; pero se encontraron diferencias importantes
en los gasto de pico y los volúmenes de las avenidas de diseño obtenidas.
Agradecimiento
A la Comisión Federal de electricidad por los datos de la presa Huites, Sin. utilizados en este trabajo.
Referencias
Domínguez, M. R., Arganis, J. M. L. Validation of methods to estimate design discharge flow rates for
dam spillways with large regulating capacity. Hydrological Sciences Journal 57 (3), 1–19, 2012 Cramer, N.L. (1985) A Representation for the Adaptive Generation of Simple Sequential Programs. In Proc. of
Int. Conf. on Genetic Algorithms and the Applications (Grefenstette, J.J., editor), pp. 183-187
Koza, J. R. (1989) Hierarchical Genetic Algorithms Operating on Populations of Computer Programs. In Proc. of
the 11th Int. Joint Conf. on Artificial Intelligence, Vol. 1. Morgan Kaufmann, pp. 768-774.
Ramírez, A.I. and A. Aldama (2000) “Análisis de frecuencias conjunto para la estimación de avenidas de
diseño”. Avances en Hidráulica. México. 7, pp. 169.
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m3/s
)
t (horas)
QEntrada
Qsalida
Elev NAME= 290 msnmEle v Corona=290.75 msnmElevación inicial=270 msnmElevación máxima=279.7976 m
Comparación de estrategias de laminación en embalses
hidroeléctricos
Tema B (primera opción), tema M (segunda opción)
Paola Bianucci1, David García
2, Rubén Millán
2, Javier Moralo
3, Juan Ignacio Pérez
1, Álvaro
Sordo4, Luis Garrote
1
Depto. de Ingeniería Civil: Hidráulica y Energética – ETSICCP – UPM
SEGh - Servicios de Explotación y Gestión Hidroeléctrica S.L.
Gas Natural Fenosa Engineering S.L.
Dpto. de Ingeniería Civil - UPCT
[email protected], [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
En el contexto de la operación de embalses en avenidas muchos gestores de presas suelen aplicar reglas
heurísticas de operación para determinar las maniobras de los órganos de desagüe. Este hecho pone de
manifiesto la brecha que persiste entre el desarrollo teórico y la aplicación práctica de los modelos de
optimización. Por otro lado, en el caso de embalses multipropósito, la laminación de avenidas entra en conflicto,
en general, con otros usos como la generación hidroeléctrica. Por su parte, los hidrogramas que pueden alcanzar
el embalse son entidades de carácter estocástico. En la comparación de dos modelos o estrategias puede resultar
que uno de ellos brinde un comportamiento “mejor” para una avenida dada, pero “peor” para otro evento.
Consecuentemente, es necesario establecer un entorno sistemático que facilite la comparación de las estrategias
de laminación, evaluando su comportamiento general para un conjunto amplio de solicitaciones hidrológicas.
Con el objetivo de comparar el comportamiento de diferentes modelos de operación de embalses hidroeléctricos,
se utilizó una metodología probabilística y multiobjetivo basada en la determinación de las soluciones de
compromiso más adecuadas (criterio de dominancia).
Para ello se establecieron funciones objetivo (FO) vinculadas con la seguridad de la gestión (riesgo de
inundación aguas abajo y riesgo de sobrevertido) y la producción de energía (valor esperado energía producida y
perdida). Estas FO, formuladas en términos de riesgo y valor esperado, permiten sintetizar el comportamiento
del modelo en un indicador por cada aspecto a analizar. Esta herramienta permite la evaluación y comparación
de estrategias, facilitando la toma de decisiones por parte de los operadores de las presas.
En este trabajo, se aplicó la metodología para comparar el comportamiento de cinco estrategias, dos reglas de
operación (simulación) y tres modelos de optimización (programación lineal entera mixta y no lineal), frente a
un conjunto de avenidas máximas anuales compuesto por 1000 hidrogramas. Como caso de estudio se consideró
la presa de Belesar, situada en la cabecera del río Miño (Galicia, España).
¿Cuánta agua tenemos? Tema B (Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica), tema
D (Estructuras hidráulicas)
Federico Bonet Zapater
Universidad Politécnica de Valencia
El objetivo de esta comunicación es reflexionar sobre la medida utilizada comúnmente para evaluar la disponibilidad de los recursos hídricos.
En una sociedad democrática las decisiones en materia de infraestructuras basculan hacia agentes generalmente ajenos al mundo tecnológico, la sociedad en general y sus representantes. Los técnicos, además de realizar correctamente su labor, han de realizar un esfuerzo didáctico para dar a conocer y justificar las opciones propuestas.
El mundo del agua quizá sea un paradigma de lo comentado anteriormente. Todo el mundo es consciente de que sin agua no hay vida, aunque a pocos les afecte directamente la escasez. Es fácil excitar sentimientos en este asunto, a menudo interesados en una u otra dirección.
Los conceptos que se manejan a veces no lo son con la rigurosidad que merecen. Es fácil encontrar en los medios de comunicación que se confunda el volumen con el caudal, no digamos ya las unidades de medida.
Una de las magnitudes más empleadas y conocidas por el gran público para medir “el agua que tenemos”, es el porcentaje de volumen embalsado. Esta cifra, adimensional, da a cualquiera una imagen muy gráfica de la cantidad de agua. Y la cantidad de agua se asocia a la reserva que tenemos, y por tanto al tiempo que podemos mantenernos sin nuevas aportaciones; en definitiva, sin llover. También se asocia a la capacidad de nuestros embalses para regular avenidas, o sea para evitar riadas, aunque este concepto en general es menos asociado por el gran público a la magnitud que cuestionamos.
Desde mi punto de vista el empleo de esta magnitud (porcentaje de agua embalsada) tiene grandes inconvenientes porque da una sensación falsa sobre las reservas. Para su obtención, el denominador no guarda ninguna relación con las necesidades de una cuenca o con las aportaciones de sus ríos, sino simplemente con los embalses que hayamos podido construir. Y esta decisión, la de construir embalses, en una sociedad democrática sí que depende de la opinión mayoritaria, por lo que esta opinión hay que ayudar a formarla aportando datos comprensibles.
A favor del empleo de esta medida, el porcentaje de agua embalsada, únicamente podemos citar, aparte de su sencillez, la posibilidad de comparar reservas entre dos períodos diferentes para un mismo sistema. Ni siquiera para comparar dos sistemas diferentes.
En la comunicación se hará un repaso de los inconvenientes apuntados y que afectan al porcentaje, como las reservas estacionales por laminación de avenidas, los límites por motivos de explotación u obras en los embalses, y sobre todo la nula dependencia de las aportaciones medias anuales, de su variabilidad o de las necesidades hídricas a satisfacer.
Se estudiarán otras posibles medidas que no tengan estos inconvenientes y que mantengan sus ventajas: sencillez y comprensión por el gran público. Entre estas posibles medidas, el porcentaje respecto al volumen máximo de explotación a la fecha, respecto a las aportaciones o consumos medios anuales, o respecto a la varianza de estas aportaciones.
Por último, se incluirán datos referidos a cuencas de la España peninsular para comparar el empleo de los diversos índices propuestos.
Análisis del impacto del cambio climático en el ciclo de sedimentos de la cuenca del río Ésera (Pirineo Aragonés).
Tema: Hidrología, usos y gestión del agua Gianbattista Bussi y Félix Francés
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente, Universitat Politècnica de València
[email protected] / [email protected]
En las últimas décadas, el impacto del cambio climático sobre la precipitación, la escorrentía y el transporte de sedimentos ha sido objeto de numerosos estudios. Una de las conclusiones más relevantes del estado del arte en este campo es el aumento de la erosividad de la precipitación, y, en consecuencia, el incremento de la producción de sedimentos. Se espera que el cambio climático contribuya al crecimiento de la extensión, frecuencia y magnitud de la erosión de suelo y del transporte de sedimentos. Sin embargo, en la práctica aún es difícil estimar de forma cuantitativa el impacto del cambio climático. Por ello es necesario desarrollar estudios a escala de cuenca que ayuden a analizar todos los cambios en la dinámica de la erosión y del transporte de sedimentos causados por el cambio climático.
Dada la gran complejidad de los fenómenos que dan origen al transporte de sedimentos y la dificultad de obtener datos medidos directamente para analizar el efecto del cambio climático, es indispensable utilizar la modelación como herramienta para afrontar este tipo de análisis. Los modelos del ciclo de sedimentos han adquirido en las últimas décadas una importancia muy elevada en la gestión de las cuencas, y son herramientas ampliamente utilizadas en el mundo científico y técnico. En particular, en este estudio se utilizará el modelo TETIS, desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia. El modelo TETIS es un modelo matemático conceptual y distribuido que simula los procesos más importantes del ciclo hidrológico y del ciclo de sedimentos, con ecuaciones sencillas y explotando toda la información espacial disponible. Este modelo está compuesto por un submodelo hidrológico, en el que se describen los procesos de transformación de la lluvia en escorrentía y de propagación en cauce, y un submodelo de sedimentos, en el que se determina la cantidad de material erosionado, transportado y depositado en la cuenca.
En este trabajo, el modelo TETIS ha sido aplicado a la cuenca del río Ésera con el objetivo de analizar el efecto del cambio climático sobre la dinámica de los sedimentos en la cuenca. La cuenca del río Ésera (Fig. 1) se encuentra en el Pirineo Aragonés, en la provincia de Huesca y drena hacía el embalse de Barasona. Esta cuenca está caracterizada por relieves elevados en cabecera, hasta 3,300 m s.n.m. El clima es de tipo Mediterráneo, con ligeras influencias atlánticas, y dos estaciones húmedas, otoño y primavera, en las que tienen lugar los eventos hidrológicos más importantes. La cuenca del río Ésera es una cuenca con una elevada predisposición a la erosión del suelo, sobre todo por la presencia de áreas degradadas con carcavamiento relevante (badlands), ubicadas en la zona central de la cuenca y debidas principalmente a la litología de tipo margoso. Las elevadas tasas de erosión y transporte de sedimentos se reflejan en las elevadas tasas de sedimentación del embalse de Barasona.
Fig. 1 – Ubicación de la cuenca del Ésera al interior de la cuenca del Ebro.
El submodelo hidrológico has sido calibrado y validado a través de los caudales observados en cuatro estaciones de aforo. La calibración y validación del submodelo de sedimentos ha sido realizada utilizando como referencia los volúmenes de sedimentos depositados en el embalse y medidos a través de batimetrías (Fig. 2). Por último, el funcionamiento del modelo ha sido comprobado comparando los resultados del mismo con una serie de sedimentos en suspensión medida en el río Isábena, el principal afluente del río Ésera.
Fig. 2 – Calibración del submodelo de sedimento a través de la simulación de la evolución de la capacidad del embalse.
Para analizar los efectos del cambio climático, varias simulaciones del modelo previamente implementado han sido ejecutadas. Como input de estas simulaciones se han utilizado escenarios regionalizados de cambio climático, es decir series de precipitación generadas por la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) tras acoplar distintos escenarios de emisión de CO2 con un modelo de circulación global (GCM) y técnicas de regionalización. Como resultado, se han generado series de caudal líquido y caudal sólido en el desagüe de la cuenca (embalse de Barasona) y se ha realizado una comparación con las series actuales. Los resultados muestran el efecto del cambio climático sobre la dinámica de transporte de sedimentos en la cuenca del río Ésera.
Preferencia: presentación oral.
Tratamiento De La Rugosidad Dentro De Un Modelo
Hidrológico Basado En Esquema De Volúmenes Finitos.
(Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica), (Dinámica fluvial y de estuarios y Deltas)
Carlos Andrés Caro Camargo1
Ingeniero Civil, Estudiante de Doctorado.
Universidad Politécnica de Catalunya
Ernest Bladé Castellet1
Doctor Ingeniero de Caminos
Universidad Politécnica de Catalunya
1Grupo de Investigación FLUMEN. Departamento de Ingeniería Hidráulica, Marítima y
Ambiental. Universitat Politècnica de Catalunya, Jordi Girona 1-3 D-1, 08034, Barcelona
Resumen
Las condiciones de flujo en un estudio hidrológico varían considerablemente respecto a un estudio de carácter
hidráulico, básicamente por las distintas condiciones de altura de lámina de agua o calado. Muchos autores
tratan la afectación de la rugosidad en el flujo desde la hidráulica pero las conclusiones son inversas cuándo se
trata desde la hidrología (Wu, Fu-Chun, et al, 1999). Es importante aclarar, que en la presente investigación se
trabajó desde lo hidrológico hacia lo hidráulico, esto es, asumiendo que en las zonas de aportación los calados
son muy bajos, mientras que en las zonas de drenaje principal los calados aumentan considerablemente. En otras
palabras, el flujo se verá más afectado por la rugosidad ante calados muy bajos, propios de zonas de aportación
en Hidrología de cuencas, lo que conlleva a q el valor inicial del coeficiente de rugosidad de Manning, se vea
alterado y aumente considerablemente.
Lo anterior puede verse en forma resumida en la tabla siguiente, donde se ve la naturaleza del modelo de
rugosidad de acuerdo a las ecuaciones planteadas por distintos autores
CASO Fuente journal/autor Variables Fórmula Fórmula corregida Observación
Analysis of Manning coefficient for
small-depth flows on vegetated bedsHidrological Processes, García Díaz, R.
v(velocidad)(m/s), d
(profundidad de flujo)(m),
j(pendiente)
2
Cálculo del coeficiente de rugosidad
n de Manning en los grandes ríos de
Venezuela
Ingeniería UC, Ventura, Federico
et al.
v(velocidad)(m/s), d
(profundidad de flujo)(m)
Vegetación no
sumergida
Vegetación sumergida
4
Guide for Selecting Manning ' s
Roughness Coefficients for Natural
Channels and Flood Plains United
States Geological Survey Water
Web reference
R (Radio hidráulico)(m),
d84(diámetro de partícula
que iguala o excede el
diámetro del 84 porciento de
las partículas) (m),
D(Profundidad de flujo)(m)
Métodos de cálculo Rugosidad de Manning
3
1
Variation of roughness coefficients
for unsubmerged and submerged
vegetation
Journal Of Hydraulic engineering, Wu,
Fu-Chun, et al
V(velocidad)(m/s),
j(pendiente), T(altura de
vegetacion)(m), D (altura de
flujo)(m),v(Viscosidad
Cinemática) (m2/s)
Tabla 1. Casos de Modelación de rugosidad.
El efecto de la rugosidad por presencia de la vegetación, influye en la resistencia hidráulica de flujo en
escenarios hidrológicos de manera importante. Sin embargo se diferencia ese efecto por condiciones de
sumergencia o no sumergencia de la altura de rugosidad (Fun Chu,et al, 1999). Inicialmente, para muchos
autores, es evidente que el incremento de la altura de rugosidad implica un aumento en la profundidad de flujo,
esto, cuando la altura de rugosidad de fondo es muy significativa respecto al calado.
Para diferentes escenarios dados con aumentos graduales de calado, se pueden determinar varias regiones de
comportamiento de la rugosidad, en estudios realizados por Fu Chun en 1999. Para calados bajos, donde la
altura de vegetación permanece no sumergida, la rugosidad disminuye con el aumento de la altura de flujo.
Cuando la sumergencia empieza, esto entiéndase como igualación de la altura de vegetación con la altura de
flujo o calado, hay un incremento de la rugosidad respecto al aumento de calado, sin embargo inmediatamente
después, cuando el calado sigue aumentando, la rugosidad experimenta una disminución gradual importante.
En esta investigación se realiza un análisis comparativo en escenarios hidrológicos, para cada uno de los casos
de rugosidad. Como consecuencia de lo simulado en este estudio, algunos casos mostraron una relación inversa
entre calado y rugosidad de manning, de esta manera, para calados muy bajos, la rugosidad adquiría un mayor
peso, y es el escenario representativo ideal de hidrología de cuencas específicamente para zonas de aportación.
Una altura de lámina de agua muy baja tendrá dificultad en llegar a las zonas de drenaje principales ante por
ejemplo una rugosidad promedio de prados. En otros casos se observó una proporcionalidad entre altura de
lámina de agua o calado, y la rugosidad, propio de escenarios de inundabilidad o escenarios hidráulicos con
calados mayores. La situación en estos casos cambió, las velocidades altas en alturas de flujo importantes
implicaron una disminución en el propio calado (ver respuestas a los casos de la tabla 1 en los gráficos A a E.
Gráfico A Caso 1 Gráfico B. Caso 2
Gráfico C. Caso 3: Condición no sumergida gráfico D: Caso 3. Condición sumergida Gráfico E: Caso 4
También se evidenció una particularidad en el caso de vegetación sumergida o no sumergida. La condición
sumergida de la vegetación implicó una consideración mucho menos seria de la rugosidad que en el caso no
sumergido, esto quiere decir que si la vegetación no está sumergida la rugosidad incluso puede verse disminuida
severamente.
REFERENCIAS
Arcement and Schneider, 1989. ‘Guide for selecting Manning’s roughness coefficients for natural channels and
floodplains.’ US Geological survey, Water supply paper; 2339.
Chow, V.T. (1959). “Open channel Hydraulics”. McGraw-Hill. New York.
García Díaz, R, 2005, “Analysis of Manning coefficient for small-depth flows on vegetated beds” Hidrological
Processes, 19, 3221–3233.
Fu Chun, Wu, Hsieh Wen Shen, Yi Hu Chou, 1999, “Variation of roughness coefficients for unsubmerged and
submerged vegetation”, Journal Of Hydraulic engineering.
Ventura F, Guevara E, Cartava H, 2011 “Cálculo del coeficiente de rugosidad n de Manning en los grandes ríos
de Venezuela”, Revista INGENIERÍA UC, Num.002 Vol.7, Venezuela
Aplicación del Método de Svanidze para la generación de
tormentas en la Ciudad de México
Tema B, Tema C
Domínguez, M. R.1,2
, Arganis, J. M.L.1,2
, Carrizosa, E.E.1, Mendoza, R.A.
1, Echavarría, B.
2,
Baños, M.J.J.3, Guzmán, G.H.
1
Instituto de ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería,
Facultad de Contaduría y Administración Universidad Nacional Autónoma de México
[email protected];[email protected];[email protected];
[email protected];[email protected]
[email protected], [email protected]
Introducción
En el análisis de eventos extremos en hidrología la generación de series de tiempo más largas que las registradas
históricamente y que reproduzcan sus características estadísticas, sus autocorrelaciones y posibles correlaciones
cruzadas es muy importante porque dichos registros sintéticos pueden posteriormente usarse para simular el
comportamiento del sistema hidrológico analizado; ejemplo de ello es la determinación de los volúmenes de
escurrimiento sintético por cuenca propia que podrían ingresar a un sistema de hidroeléctricas, porque al efectuar
la simulación del funcionamiento de vasos para distintas políticas de operación, se puede estimar con mayor
precisión la probabilidad de que se presenten condiciones extremas poco frecuentes de derrames o de déficit en
el sistema, en comparación con la información que puede dar el registro histórico de pocos años (Arganis et al,
2008, Domínguez et al., 2011).
Metodología
Para aplicar el procedimiento de fragmentos, las tormentas históricas se caracterizan por una parte, por el pico de
la tormenta, es decir, el valor máximo registrado en el centro de la tormenta, y por otro, por la forma (extensión
espacial) de la tormenta, expresada en términos de la relación (o fragmentos) entre lo que llovió en cada estación
y lo que llovió en el centro de la tormenta.
Primer procedimiento de generación
1) Para cada tormenta histórica seleccionada se determina la precipitación registrada en cada una de las estaciones,
el valor máximo correspondiente y la precipitación media de las estaciones; es decir.
PHi,j precipitación registrada para la tormenta i en la estación j
PHMAXi, máximo sobre j de PHi,j
PHMEDi promedio para cada tormenta i de los valores Pi,j
2) Se determina la función de distribución F(pm) de los valores máximos puntuales PHMAXi correspondientes a
cada tormenta histórica seleccionada.
3) Se generan un número aleatorio Uk con distribución uniforme [0,1], y se obtiene la inversa de la función de
distribución F(pm) para estimar el valor sintético correspondiente, PSMAXk.
4) Por otra parte, se genera aleatoriamente un número entero comprendido entre 1 y el número de tormentas del
estudio, para lograr una selección aleatoria de una tormenta histórica, i.
5) La precipitación generada para cada una de las 49 estaciones j se obtiene al multiplicar los valores registrados en
las 49 estaciones de medición PHi,j para la tormenta i seleccionada en el paso 4, por la relación entre el valor
sintético de la precipitación máxima obtenido en el paso 3 y la precipitación máxima correspondiente a la
tormenta histórica seleccionada en el paso 4, esto es:
(1)
Donde PSk,,j es la precipitación correspondiente a la tormenta sintética k, en la estación j, escalada de acuerdo
con la relación entre la precipitación máxima sintética PSMAXk y la precipitación máxima, PHMAXi,
correspondiente a la tormenta seleccionada aleatoriamente en el paso 4.
Los pasos 5, 6 y 7 se repiten para k = 1, 2, …., ns (número de tormentas sintéticas que se quieran generar).
De esta forma se busca reproducir la distribución espacial de las tormentas históricas, seleccionadas
aleatoriamente, pero escaladas de acuerdo con los valores máximos PSMAXk, cuya función de distribución
corresponde a la de los máximos puntales históricos.
Utilizando el procedimiento descrito se generaron 1000 tormentas en el valle de México; los resultados
condensados en la Figura 1 muestran que se reproduce muy bien la función de distribución de las precipitaciones
máximas pero no sucede así con la de las precipitaciones medias
Figura 1. Distribuciones de probabilidad empíricas de las precipitaciones máximas y medias de cada
tormenta. Primer procedimiento de generación
Segundo procedimiento de generación
Las tormentas históricas ordenadas de mayor a menor de acuerdo con su precipitación máxima, y se dividieron
en dos grupos, las primeros 71 formaron el grupo de tormentas grandes y las 72 restantes formaron el grupo de
tormentas pequeñas
Se generaron 1000 números aleatorios con distribución uniforme [0,1] y con ella se generaron 1000 datos de la
precipitación máxima sintética PSMAXk; k = 1,2,….,1000
Para la selección de las tormentas que deberían escalarse, se consideró que si la precipitación máxima sintética
PSMAXk era mayor o igual que la mediana, se seleccionaba aleatoriamente una tormenta del grupo de las
tormentas grandes y en caso contrario, del grupo de las tormentas chicas. Los resultados obtenidos (Figura 2)
muestran que se con este nuevo procedimiento reproduce adecuadamente la función de distribución de las
medias.
Figura 2.Distribuciones de probabilidad empíricas de las precipitaciones máximas y medias de cada
tormenta. Segundo procedimiento de generación
Conclusiones
Con los resultados encontrados se corroboró la aplicabilidad del método de fragmentos para generar tormentas.
Como un resultado no esperado se encontró que cuando se dividió la serie histórica de tormentas máximas en
dos grupos se logró reproducir adecuadamente las características estadísticas de las tormentas históricas
asociadas a su forma.
Referencias
Arganis–Juárez M. L., R Domínguez- Mora, H. L. Cisneros-Iturbe and G. E. Fuentes-Mariles, 2008.
Génération d'échantillons synthétiques des volumes mensuels écoulés de deux barrages utilisant la Méthode de
Svanidze Modifiée. J. Hydrological Sciences. 53, 130-141.
Domínguez-Mora, R., M. L. Arganis Juárez, A. Mendoza R., E. Carrizosa Elizondo, B. Echavarría S. 2011.
Storm generator method applied to Mexico’s Valley data.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-4 -2 0 2 4 6 8
hp
mà
x (
mm
)
-Ln(Ln(1/F(x)))
Históricos
Generados
0
10
20
30
40
50
60
-4 -2 0 2 4 6 8
hp
me
dia
(m
m)
-LN(LN(tr/tr-1))
Históricos
Generados
0
20
40
60
80
100
120
140
-4 -2 0 2 4 6 8
hp
mà
x (
mm
)
-Ln(Ln(1/F(x)))
Históricos
Sintèticos
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-4 -2 0 2 4 6 8
hp
me
dia
(m
m)
-Ln(Ln( 1(F(x)))
Históricos
Sintèticos
Caracterización de los efectos de escala en la modelización
de la producción de escorrentía sobre laderas.
Tema B (primera opción), tema M (segunda opción)
Durán-Barroso, Pablo; Chacón, María; González, Javier
ESTI Caminos, Canales y Puertos (UCLM). Departamento de Ingeniería Civil y de la
Edificación
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Dentro del campo de la modelización hidrológica, los modelos distribuidos son los que presentan la
mayor capacidad de representar la distribución espacio-espacial de las características que definen los
procesos hidrológicos, y con ello, una mayor aproximación a la realidad. Esto conlleva a que uno de
los inconvenientes sea el número de parámetros que intervienen y que deben ser calibrados para zonas
amplias tomando como referencia valores puntuales. Por dicho motivo, la utilización de valores con
base física suele diferir de los valores medidos debido al conflicto entre las escalas de medida y de
caracterización de proceso hidrológico. Es por ello, que la necesidad de agregación de la información
espacial que surge en la modelización hidrológica conduce a una “pérdida” de importancia de los
valores estimados a escala local, siendo indispensable establecer algoritmos de transformación de la
información para que los parámetros puedan considerarse como efectivos a escala de celda (Mermoud
and Xu, 2006; Schaap et al., 2001). En el caso de la generación de escorrentía, se reconoce de forma
cualitativa que a medida que se incrementa la escala de una cuenca, se va atenuando dicho proceso
(Wood et al., 1988), por lo que mantener los parámetros relacionados con la capacidad de infiltración
como invariantes respecto de la escala puede conducir a diferencias notables en volumen de
escorrentía.
Para minorar los efectos de escala en la producción-propagación de escorrentía, se debe llevar a cabo
la mejor caracterización posible de la infiltración. La implementación de la ecuación de Richards’
proporciona para dicho fin la descripción más adecuada de tal proceso, puesto que tiene en cuenta
tanto la infiltración como la redistribución de la humedad en el suelo, pero en muchas aplicaciones el
uso de la misma puede conllevar un coste computacional elevado y problemas de estabilidad numérica
y de convergencia del método de cálculo. Como alternativa, existen otros modelos físicamente
basados de base conceptual más sencillos de aplicar como son los casos de Horton, Philip and Green–
Ampt, siendo este último el más implantado en la modelización de la producción-propagación de
escorrentía en modelos distribuidos (Risse et al., 1994). Dicho método se basa en una
conceptualización próxima a la física del proceso. La evaluación de los efectos de escala en el modelo
de infiltración de Green-Ampt, se lleva a cabo al considerar a la conductividad hidráulica saturada
como parámetro de calibración del proceso de infiltración del agua en el suelo. La relevancia de su
determinación se fundamenta en que constituye, quizás, el parámetro físico del suelo más
determinante a la hora de cuantificar los diferentes componentes del balance global de agua en la
superficie del mismo (Polo et al., 2003)
El objetivo principal de la presente ponencia es el estudio de la incertidumbre asociada a la estimación
del parámetro de conductividad hidráulica y la influencia de la misma tanto en el volumen total de
escorrentía como en el valor del caudal punta generado en el método de Green-Ampt. Para ello, se
implementa un modelo de flujo acoplado superficial-subsuperficial basado en volúmenes finitos que
evalúa la infiltración mediante la resolución de la ecuación de Richards y el método de Green-Ampt,
y se comparan los resultados obtenidos en base a los criterios anteriores. El contraste se lleva a cabo
en marco multiescenario para el caso de una ladera, en el que intervienen las variables de la longitud y
pendiente de la misma, el coeficiente de rozamiento superficial y la textura del suelo. El resultado
obtenido es el análisis de sensibilidad del valor de la conductividad hidráulica a utilizar en el método
de Green-Ampt en función de las variables anteriores teniendo en cuenta la longitud de la ladera de
análisis (figura 1).
Figura 1. Análisis de sensibilidad del coeficiente reductor de la conductividad hidráulica para los 4 grupos
hidrológicos existentes según la textura.
Referencias
Mermoud, A., Xu, D., 2006. Comparative analysis of three methods to generate soil hydraulic
functions. Soil and Tillage Research, 87(1): 89-100.
Polo, M.J., Lafuente, P., Giráldez, J.V., 2003. Variabilidad espacial de la conductividad hidráulica
saturada en suelos de olivar y su influencia en el balance hidrológico global. In: Marinero,
J.Á.-B.y.P. (Ed.), VI Jornadas de investigación en la zona no saturada del suelo ZNS’03,
Valladolid, España, pp. 209-214.
Risse, L.M., Nearing, M.A., Savabi, M.R., 1994. Determining the Green-Ampt effect hydraulic
conductivity from rainfall-runoff data for the WEPP model. Transactions - American Society
of Agricultural Engineers, 37(2): 411-418.
Schaap, M.G., Leij, F.J., Van Genuchten, M.T., 2001. Rosetta: A computer program for estimating
soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal of Hydrology,
251(3-4): 163-176.
Wood, E.F., Sivapalan, M., Beven, K., Band, L., 1988. Effects of spatial variability and scale with
implications to hydrologic modelling. Journal of Hydrology, 102(1-4 , Sep.30, 1988, p.29-
47.).
EDAMCAT. Herramienta de gestión de Datos de Auscultación y Monitorización de las infraestructuras de
Control del Agua en el Territorio.
(Hidrología y gestión del agua), (Estructuras hidráulicas) Xavier Fernàndez Caballé1, Carlos Barbero Lartigau2, Agustí Pere Figueras Romero3
Agència Catalana de l’Aigua 1 y 2, ABMJG3
[email protected], [email protected], afigueras@abmjg2,
La Agència Catalana de l’Aigua es el organismo responsable de la gestión y explotación de las presas de La Baells, Boadella, Foix, La Llosa del Cavall, Sant Ponç, Sau y Siurana con una capacidad de almacenamiento total de 440,54 hm³. Como tal, tiene la responsabilidad de inspeccionar, vigilar, conservar y responder por la seguridad de la presa así como de mantener en condiciones de servicio los dispositivos de control, los órganos de desagüe, accesos y comunicaciones y completar o modificar el sistema de auscultación de conformidad con las experiencia que se ha ido recogiendo durante la fase de explotación de cada una de las presas (Instrucción para el proyecto, construcción y explotación de grandes presas, Art. 98.1 i art. 99.2).
Los sistemas de auscultación y las Normas de Explotación de cada una de las presas han ido evolucionando y adaptándose a las necesidades propias y a las normativas vigentes en cada momento. Asimismo, en los ´últimos años la Agència Catalana de l’Aigua ha implementado el Sistema de Información de Redes (SIX, en sus siglas en catalán), como repositorio corporativo con el objetivo de recoger de forma estandarizada los datos relacionados con la gestión de los recursos hídricos y de explotación de las infraestructuras hidráulicas gestionadas como organismo de cuenca.
En este contexto, surgió la necesidad de disponer de una herramienta y unos procedimientos estandarizados para el tratamiento, recopilación y gestión de los datos de auscultación permitiendo de esta manera llevar el control y seguimientos del comportamiento deformacional del binomio presa-cimentación mediante la recopilación y análisis de los datos de los aparatos de auscultación .
Esta necesidad se ha cubierto con el desarrollo de la Herramienta de gestión de Datos de Auscultación y Monitorización de las infraestructuras de Control del Agua en el Territorio (eDAMCAT en sus siglas en catalán) con el objetivo de asegurar la máxima calidad y disponibilidad de los datos procedentes de los elementos de
auscultación para poder llevar a cabo un monitorizado eficiente y centralizado del comportamiento estructural de las presas. Este objetivo ha sido alcanzado a partir de:
La estandarización de los procesos de codificación, toma y almacenamiento de los datos de auscultación.
Facilitando el análisis de los datos de auscultación a partir de la relación de variables de diferente naturaleza y origen.
La automatización de los procesos de generación de los Informes Requeridos por las Normas de Explotación de cada una de las presas.
La integración automática de los datos de auscultación a la base de datos corporativa (SIX) de la Agència Catalana de l’Aigua.
Disponer de una herramienta escalable y modificable de forma sencilla por parte del usuario.
Ilustración 1. Concentración media de nitratos en los periodos 1996-2002 (C) y 2007-2011 (D), en mg.L-1.
Ilustración 2. Ampliación de las redes de medida (red antigua (A) y red actualizada (B)).
Nitratos en la CHJ: Evaluación y calibración de modelo (PATRICAL)
Tema B. Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica
David Ferreira, Miguel A. Pérez-Martín, Teodoro Estrela, Arancha Fidalgo
Confederación Hidrográfica del Júcar, Universidade Nova de Lisboa, Universitat Politécnica de Valencia
[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
Introducción
La Directiva Marco del Agua (DMA) tiene por objetivo conseguir el buen estado de las masas de agua en Europa. Esta Directiva establece como instrumento de gestión, la elaboración de unos Planes de Demarcación donde se incluyan y justifiquen las medidas a realizar para alcanzar estos objetivos. La complejidad de los análisis necesarios ha requerido el desarrollo de herramientas integradas como soporte en la selección de las medidas necesarias para cumplir los objetivos. El desarrollo los diferentes reportes durante el proceso de Planificación y comunicación a la Comisión Europea requiere sistematizar el método de evaluación del estado químico de las masas de agua. La metodología seleccionada para la evaluación del contenido de nitratos en las aguas subterráneas de la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ) ha sido la combinación entre: el análisis de los datos procedentes de las redes de medida y la aplicación de un modelo de simulación del ciclo hidrológico y del transporte de nitrato a toda la Demarcación, el modelo PATRICAL (Pérez-Martín, M.A., 2005). Con este modelo, ha sido posible evaluar la piezometria y el flujo de agua en los acuíferos, además de la modelación de los parámetros de calidad, nitratos y conductividad eléctrica del agua, que ha permitido mejorar el conocimiento del funcionamiento de las aguas subterráneas. El objetivo de este trabajo ha sido analizar la contaminación por nitratos en las masas de agua subterráneas. En primer lugar, se ha analizado todos los datos disponibles de concentración de nitrato en las masas de agua subterráneas, ampliando la cantidad de información utilizada hasta ahora. En segundo lugar, se ha realizado la simulación del transporte de nitrato y el ajuste del modelo incorporando los nuevos datos disponibles. Las discrepancias entre los datos observados y los resultados del modelo han sido analizados, mejorando en algunos casos la calibración del modelo y en otros casos determinando los problemas de representatividad del estado de la masa de agua subterránea a partir de los datos muestreados.
Incorporación de nuevos datos en el análisis
En primer lugar, en este trabajo se realizado una ampliación de los datos disponibles de mediciones de nitrato en aguas subterráneas en el ámbito de la CHJ. Se ha ampliado significativamente la información disponible de 503 puntos de control con medidas observadas entre 1985 y 2004 a 4024 puntos de control con medidas desde 1972 hasta 2012 (Ilustración 1). A partir de toda la información disponible, se han elaborado estadísticas de los datos observados para tres periodos temporales: 1975-1985, 1996-2002 y 2007-2011, con el objeto de
analizar la evolución en el tiempo. Las diferencias solamente observables son las que tengan, en dos periodos temporales, datos en los mismos puntos de medida. Como los puntos de medida hasta 1985 han sido descontinuados, solamente ha sido posible la comparación entre los periodos 1996-2002 y 2007-2011(Ilustración 2).
B A
D C
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
140.0
150.0
160.0
170.0
180.0
190.0
200.0
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.0 120.0 130.0 140.0 150.0 160.0 170.0 180.0 190.0 200Simulado
Obs
erva
do
promedio_2007_2011_DatosCompletos inf sup
Ilustración 3 – Definición del nivel de discrepancia entre el modelo y los datos observados. Flechas verdes, sin discrepancia; flechas amarillas, discrepancia leve y flechas rojas, discrepancia grave.
Para una mejor comprensión de los problemas observados, ha sido concluido que los puntos donde se localizan las más altas concentraciones de nitratos son los que tienen más nitrógeno aplicado al suelo para la agricultura.
Ajuste del modelo PATRICAL
Para la evaluación de la precisión del modelo, ha sido hecha una comparación entre las medidas de nitratos de los puntos de medida y los resultados del modelo en cada masa de agua subterránea. Así, han sido hechos tres clases de concentración donde se agrupaban las medidas y los cálculos del modelo. Las tres clases son: Concentración >50 mg.L-1; 50-37,5 mg.L-1 y 37,5-0 mg.L-1. El objetivo es de, haciendo la calibración del modelo sector a sector, eliminar las discrepancias que han sido encontradas. En la simulación base, hay 13 sectores con discrepancias leves y 19 con discrepancias graves. Para ser hecha una calibración, ha sido hecho un cambio en la cantidad de flujo de agua subterránea a entrar y salir de cada sector de cálculo. Como es el único parámetro que es más difícil de evaluar, es posible hacer algunos ajustes para poner PATRICAL calculando más cercano de la realidad. Para estos ajustes han sido usados otros estudios y trabajos como Mejías M. et. al., (2012). Los cambios hechos han considerado siempre la piezometria y la dirección de flujo. Las discrepancias evaluadas han sido siempre del último periodo (2007-2011). Con las correcciones hechas, ha sido posible reducir para 16 discrepancias graves pero se han aumentado para 15, los sectores con discrepancias leves.
Conclusión
Con este trabajo ha sido posible la unión y tratamiento de una gran cantidad de datos que ha permitido una evaluación integrada de la contaminación por nitratos en aguas subterráneas de todo el ámbito de CHJ. La actualización de las bases de datos ha permitido ampliar lo conocimiento de todas las masas de agua, incrementando la cantidad y cualidad de los datos anteriormente disponibles. Como se observa en los datos de la concentración de los nitratos en el periodo 2007-2011(Ilustración 2 – D), el estudio de los nitratos es de la extrema importancia para lo conocimiento y aplicación de medidas futuras pues aún hay masas de agua fuertemente contaminadas con nitratos. La tendencia general de la contaminación está orientada para una disminución en toda la cuenca. Sin embargo, en zonas donde continúa existiendo una fuerte componente agrícola, esto podrá tardar más que en otras áreas. El análisis realizado no ha significado grandes cambios en la calibración del modelo, debido que calibraciones previas del modelo ya se ajustaban adecuadamente en muchos puntos de la cuenca. Sin embargo, durante la calibración ha sido posible mejorar algunos flujos subterráneos, basado en estudios relacionados con las salidas de agua para el mar (Mejías et al., 2012) así como otras calibraciones más pequeñas que mejoran los resultados obtenidos. En los puntos donde todavía existen discrepancias importantes entre los datos observados y los resultados del modelo sería conveniente analizar otros elementos como las presiones existentes o la localización de los puntos de muestreo, que pueden estar ubicados en puntos concretos que detectan una contaminación puntual y, por eso, tal vez no representen adecuadamente el estado de toda la masa de agua. La utilización de un modelo torna más sencilla la evaluación cuantitativa y cualitativa de las masas de agua y, en este caso, el conocimiento de los flujos subterráneos y el estado de la contaminación de nitratos en toda la cuenca. La ampliación de las bases de datos con las medidas de nitratos, ha permitido una mejor calibración del modelo y, por supuesto, una importante contribución para todos los demás estudios futuros de toda la cuenca.
Referencias
Ferrer, J., Pérez-Martín, Miguel A., Jiménez, S., Estrela, T., Andreu ,J., 2012. GIS-based models for water quantity and quality assessment in the Júcar River Basin, Spain, including climate changes effects. Science of the Total Environment, 440 (2012) 42 – 59;
Mejías, M., Ballesteros, B. J., Antón-Pacheco, C., Domínguéz, J. A., Garcia-Orellana, J., Garcia-Solsona, E., Masqué, P., 2012. Methodological study of submarine groundwater discharge from a karstic aquifer in the Western Mediterranean Sea. Journal of Hydrology, 464 – 465 (2012) 27 – 40;
Pérez-Martín, Miguel A, 2005. Modelo Distribuido de Simulación del Ciclo Hidrológico y Calidad del Agua, Integrado en Sistemas de Información Geográfica, para Grandes Cuencas. Aportación al Análisis de Presiones e Impactos de la Directiva Marco del Agua. Universidas Politécnica de Valência, (2005).
Ilustración 4 – Valor medio de concentración observado y calculado.
EL CENTENARIO DEL ANUARIO DE AFOROS. 1912 – 2011/12
(Tema B, Tema A)
César Ferrer Castillo (1) Mª Luisa Moreno Santaengracia (2) Ramón Sánchez Puertas (3)
(1) Jefe del área de Hidrología y Cauces (2) Jefe del Servicio de Aforos y Estadística (3) Técnico en Hidrología
Confederación Hidrográfica del Ebro. Zaragoza.
Resumen: Ya en la más remota antigüedad, en el momento en que las primeras civilizaciones comenzaron a practicar las técnicas de la agricultura, nació la necesidad de medir el agua y con ella la HIDROMETRÍA.
La HIDROMETRÍA es la disciplina que aplicando ciencia y técnica permite medir el agua que circula por ríos y canales y la que se almacena en embalses. Es esencial para cuantificar los recursos hídricos disponibles y así poder realizar una planificación racional y una adecuada ordenación del territorio.
En España, los datos estadísticos de caudales y aportaciones, que han sido la base de numerosos estudios, proyectos y planes, entre ellos los Planes Hidrológicos, se publican en el ANUARIO DE AFOROS, actualmente ANUARIO DE AFOROS DIGITAL de la Dirección General del Agua del Ministerio Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente y sus antecesoras en el tiempo.
En el presente artículo se pretende mostrar la evolución de la HIDROMETRÍA y de los ANUARIOS DE AFOROS en España, desde sus albores a principios del siglo XX hasta la actualidad.
Fig. 2. Antigua escala de la estación de aforos sobre el río Ara en Boltaña.
Fig. 1. Aforo directo con cables en la estación de aforos sobre el río Ebro en Arroyo. Año 1915. Fotografía de Manuel Lorenzo Pardo.
Fig. 13. Estación de aforos sobre el río Rudrón en Valdelateja. Sistema de transmisión telefónica de datos vía GSM.
Fig. 15. Sistema Automático de Información Hidrológica del Ebro. Centro de Control.
Los usos del agua en la Demarcación Hidrográfica del Júcar.
Tema B. Hidrología y gestión del agua. Riesgos. Energía hidroeléctrica
Aránzazu Fidalgo1, Teodoro Estrela1,2, Miguel A. Pérez-Martín2
1 Confederación Hidrográfica del Júcar. 2 Universitat Politécnica de Valencia
[email protected]; [email protected]; [email protected]
Introducción
En los últimos años se han venido desarrollando metodologías de estimación de los recursos disponibles en las cuencas españolas a partir de los datos de caudales registrados en las estaciones de aforo y de modelos de simulación del ciclo hidrológico, con lo que se puede afirmar que se dispone de estimaciones de los recursos hídricos suficientemente aproximadas. Por otra parte y aunque dentro del marco de la planificación se han venido realizando en el pasado estimaciones de demandas de agua, éstas responden a fotos fijas sobre las necesidades de agua, por lo que es necesario avanzar en los próximos años en el conocimiento de la evolución temporal de los usos de agua reales que se producen en las cuencas españolas, especialmente en las cuencas hidrográficas con un alto estrés hídrico, donde los usos de agua se aproximan a los recursos disponibles y una buena contabilidad de los recursos y usos del agua es imprescindible.
En el marco de los trabajos de redacción del plan hidrológico de cuenca de la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ) se han evaluado los usos del agua para el abastecimiento de poblaciones, regadío e industria, en la forma indicada por el Reglamento de Planificación Hidrológica y la Instrucción que lo desarrolla. Se han empleado diferentes métodos de medida directa como son las estaciones de aforos en los puntos de toma en los ríos y embalses o los contadores de agua bombeada en los pozos. Un porcentaje elevado de los usos que se producen en la demarcación disponen de medidas reales, disponiéndose de mayor cobertura de datos medidos en los usos del agua con origen superficial que en los usos abastecidos con aguas subterráneas. En el resto de usos de agua en los que no se dispone de medidas directas, fundamentalmente los diseminados por todo el territorio y que son atendidos con aguas subterráneas, se realiza una estimación por métodos indirectos a partir de datos de población, superficie de riego, dotaciones y eficiencias.
Análisis y metodología
La demanda consuntiva total en la Demarcación Hidrográfica del Júcar es de 3.157 hm³/año, siendo la principal la demanda agraria, con 2.473 hm³/año, lo que representa un 78% de la demanda total. Dentro de la demanda agraria, la ganadera, estimada en 16 hm³/año, representa únicamente el 0,6%. La demanda para el abastecimiento urbano supone 549 hm³/año que representa un 17% del total. La demanda industrial no dependiente de las redes de abastecimiento urbano (incluyendo la industria manufacturera y la demanda consuntiva energética), supone 124 hm³/año (4%). Por último se encuentra la demanda recreativa con 11 hm³/año (<1%).
En relación con el uso agrícola, en la demarcación existen 95 unidades de demanda agrícola, de ellas 31 son de origen superficial, 23 subterráneas, 2 se suministran mayoritariamente de agua regenerada y 39 presentan diferentes fuentes de suministro, por lo que se denominan de origen mixto.
Para la obtención de los usos agrícolas con origen superficial, se emplean estaciones de aforos que permiten disponer de datos tanto a escala mensual como anual y que miden prácticamente todas las unidades principales de demanda. En la figura adjunta se muestra el suministro superficial a los Riegos de la Acequia Real del Júcar. Los usos agrícolas atendidos con aguas subterráneas se miden o estiman mediante teledetección en dos zonas de las zonas de la demarcación con mayores problemas de explotación de aguas subterránea, el Vinalopó y la Mancha Oriental. Desde diciembre de 2003 se han instalado progresivamente contadores en la zona del Vinalopó-Alacantí llegando actualmente a disponer de aproximadamente 200 contadores, que miden un del orden del 80% de las extracciones de agua subterránea. Mediante medidas mensuales de dichos contadores se dispone de la evolución de los bombeos existentes. Por otro lado, en la zona de la Mancha Oriental, abastecida principalmente de aguas subterráneas, se realiza un seguimiento anual de la superficie de regadío por teledetección desde hace unos 15 años, que aplicando una dotación representativa, permite disponer de información sobre la evolución de las extracciones. En la figura siguiente, se muestra la evolución historia de las extracciones en el Vinalopó y en la Mancha Oriental.
0
100
200
300
400
500
1990/91
1991/92
1992/93
1993/94
1994/95
1995/96
1996/97
1997/98
1998/99
1999/00
2000/01
2001/02
2002/03
2003/04
2004/05
2005/06
2006/07
2007/08
2008/09
2009/10
2010/11
hm
3
082054B- Riegos tradicionales del Júcar - Acequia Real del Júcar
Figura 1 Suministro superficial a los Riegos Tradicionales del Júcar- Acequia Real del Júcar y evolución de las extracciones en el
Vinalopó (contadores) y Mancha Oriental (teledetección).
En cuanto al uso urbano, en la DHJ se han definido 93 unidades de demanda urbana, cuya fuente de recurso es mayoritariamente subterránea, seguida de la superficial. Actualmente se dispone de medidas directas de las grandes poblaciones, ya se abastezcan de agua superficial como subterránea. Al igual que en el uso agrícola, el uso superficial se obtiene de datos de aforos y el subterráneos de contadores en pozos.
A partir de los datos disponibles, se puede afirmar que se dispone de una buena estimación del uso agrícola a partir de datos reales de suministro, al realizarse un seguimiento con mediciones reales (aforos, contadores y teledetección) del orden del 56%. Si este análisis se realiza en función del recurso, se observa que casi un 80% del uso agrícola superficial y un 38% del uso agrícola subterráneo (contadores y teledetección) se miden de forma directa. En cuanto al uso urbano, las mediciones directas (aforos y contadores) suponen un 43% del total del agua utilizada para uso urbano. Si se considera el origen del recurso, el 89% del uso urbano superficial se mide frente al subterráneo que es del orden del 27%.
En las restantes unidades de demandas en las que no se miden directamente los usos del agua, tanto las agrícolas como las urbanas o industriales, se realizan estimaciones de los usos de agua a partir de los datos de poblaciones, superficies de riego, dotaciones, eficiencias, etc.
Conclusiones
Cerca de un 60% de los usos totales del agua en la Demarcación Hidrográfica del Júcar dispone de medidas directas. Si se analiza el uso en función del origen del recurso, los usos con fuente de agua superficial disponen de mediciones directas entre un 80% y 89% y los usos con origen subterráneo tienen mediciones directas entre el 27% y 38%. Estos resultados se explican si se analizan las características del uso del agua en la Demarcación Hidrográfica del Júcar, donde el principal origen del recurso es el subterráneo y existen un gran número de pozos que abastecen pequeñas poblaciones y regadíos donde la medición de cada uno de los pozos es compleja. En los próximos años deberá avanzarse, por tanto, en el conocimiento de los usos del agua reales en abastecimientos urbanos y regadíos, de origen subterráneo, distribuidos por toda la demarcación.
Referencias
CHJ (2009). Metodología y resultados de la estimación de demandas. Documento Técnico de Referencia. Confederación Hidrográfica del Júcar. http://www.chj.es/es-es/ciudadano/participacion_publica/Documents/Plan%20Hidrológico%20de%20cuenca/DTR_Estimacion_Demandas.pdf
CHJ (2010a). Informe de evaluación de la demanda urbana de agua en el ámbito territorial de la CHJ. Confederación Hidrográfica del Júcar.
CHJ (2010b). Informe de evaluación de la demanda agrícola de agua en el ámbito territorial de la CHJ. Confederación Hidrográfica del Júcar
Rivera Urban, A. (2011). Evaluación de la demanda agraria de agua en el ámbito territorial de la Confederación Hidrográfica del Júcar. Incertidumbres y consecuencias en la planificación hidrológica.
Metodología para la ordenación de cuencas hidrográficas
con criterios de sostenibilidad en un ámbito árido. Caso
particular Cuenca de La Paz, en Baja California Sur,
México.
Tema B. Hidrología y gestión del agua (primera opción).
Tema C. Agua y ciudad (segunda opción).
M. en I. María Z. Flores López
Universidad Politécnica de Valencia
Los recursos naturales, agua, suelo y vegetación integran sistémicamente el componente
fundamental de un sistema medioambiental, el cual debe estar sujeto a una planificación basada en el
desarrollo sostenible de un entorno natural que sea conveniente tanto para la población actual como
para las generaciones futuras. Todo ello obliga a considerar el desarrollo de técnicas, procesos, y
metodologías encaminadas a evaluar la conveniencia de diferentes actividades, que en un principio la
sociedad reclama como necesarias, pero que deberán realizarse en un contexto de coherencia con la
conservación del medio ambiente.
La ordenación de las cuencas hidrográficas para el contexto actual, debe dar respuesta a los
diferentes escenarios de actuación desarrollados por la población, de una forma sistémica, global y
sostenible. En ciertas ocasiones, estos escenarios serán derivados del uso inadecuado de los recursos
naturales y de actividades no planificadas, que provocan la desestabilización del sistema, precisamente
por no considerar previamente la conexión existente entre los distintos elementos que interaccionan en
una cuenca hidrográfica.
Como base del presente estudio se ha seleccionado la cuenca de La Paz en el estado de Baja
California Sur, ubicada en la Península de Baja California, en la zona noroeste de México. Esta cuenca
es un reflejo típico del entorno árido de la Península de Baja California, contando con la presencia
única de cursos de agua efímeros (arroyos), en un territorio que es proclive a la afección por huracanes
en la temporada de lluvias, presentando una cubierta vegetal expuesta a un excesivo pastoreo de
ganado caprino y bovino que produce una escorrentía con elevado arrastre de sedimentos, ocasionando
la degradación del suelo en la parte alta de la cuenca y un consecuente cambio de curso de los arroyos
aguas abajo debido a la sedimentación de las partículas que han sido arrastradas.
En consecuencia a las necesidades anteriormente enunciadas es que se establece, una nueva
metodología de ordenación de cuencas hidrográficas, en el entorno árido de Baja California Sur. Ésta
metodología se basa en un modelo de planificación física, a través del cual se introducen diversos
criterios evaluados en una serie de matrices; entre ellos el estudio y uso de las aguas subterráneas, un
enfoque de sostenibilidad propio para la zona, enumeración de los costes (coste/beneficio), conteo de
riesgos, etc. Todo esto conforme a la capacidad que presenta el medio para acoger diversas
actuaciones en la cuenca. En este estudio se obtendrá una distribución de actividades en la cuenca
según los objetivos establecidos en la ordenación. Los resultados que se produzcan, estarán
determinados por un tratamiento previo analítico-estadístico de la información que aportarán un mayor
grado de detalle en relación con los modelos tradicionales empleados en la ordenación de cuencas.
2
La cuenca de La Paz en Baja California Sur, México, es árida con un patrón de lluvias muy
azaroso, principalmente de tipo convectivo y ciclónico. Los valores promedio anuales de precipitación
van desde los 150 a 200 mm en el Valle de La Paz y hasta los 400 mm en la parte sur, sierra Las
Trincheras. Sin embargo, las altas pendientes, la escasa vegetación y el tipo de rocas contribuyen a un
alto grado de erosión. La sierra La Trinchera, parteaguas oriental es la más poblada, con más de 30
rancherías dispersas a todo su largo, y sus habitantes dependen fundamentalmente de una ganadería de
tipo extensivo, que a su vez se condiciona principalmente de las precipitaciones y flora local. Son
precisamente vacas y chivos los que en gran parte contribuyen a la deforestación de la porción sur, la
cual es la fuente principal de la recarga del acuífero que suministra agua a la Ciudad capital del estado,
La Paz.
Lo anterior plantea un panorama urgente de atender: una gran erosión en el área de estudio, la
vegetación es escasa y difícil de conservar, los frecuentes periodos de sequía no han sido estudiados
como para prever contingencias, por esto las condiciones culturales y el nivel de vida de sus
pobladores es precario, además los requerimientos de agua de la Ciudad de La Paz, son cada vez
mayores y demandan un real interés en el estudio de la zona.
Con la creación de esta nueva metodología de ordenación de cuencas hidrográficas se tendrá en
cuenta la elaboración de matrices flexibles en donde podrán ser añadidos nuevos criterios que
engloben tanto la hidrología superficial como la subterránea y que responden a las necesidades
previamente enunciadas que presenta la zona de estudio, tales como:
-La influencia directa de la recarga de acuíferos y gestión de aguas subterráneas. Adicionalmente
se añade el criterio de contaminación de acuíferos, la intrusión salina de los mismos y los riesgos
subsecuentes que suponen para la ordenación de un territorio.
-Riesgo de deslizamientos, inundaciones y aterramiento en embalses.
-Establecer de antemano la injerencia e impacto del sector político-económico-social-
administrativo en la ordenación del territorio, enfocándose en elementos primordiales como la
tenencia de la tierra, servicios municipales y el crecimiento poblacional regulado.
-Criterios energéticos y de contaminación ante el escenario de una posible desalinizadora en la
Ciudad de La Paz.
-Análisis económico (coste/ beneficio) de las actuaciones planteadas.
-Índices fitoclimáticos, que permitan establecer la capacidad de la cuenca para mantener una
determinada vegetación climácica. Este índice representaría la potencialidad de la cuenca para
recuperar su vegetación y por tanto sus posibilidades de rehabilitación a través de actuaciones
hidrológico forestales y obras de conservación de suelo y agua.
En conclusión, se espera que esta nueva metodología sea útil para establecer las pautas a otros
modelos de manejo y gestión del recurso hídrico y recursos naturales para condiciones áridas similares
a las presentadas en la Península de Baja California, en la zona Noroeste de México.
Potencial de captación de agua de lluvia como fuente de abastecimiento en la Universidad de Guanajuato, México
Tema B (Hidrología y gestión del agua), tema C (Agua y ciudad)
Fuentes-Galván, M.L.1, Delgado-Galván, X.V. 2, Mora-Rodríguez, J. 2, Ortiz Medel, J. 2
y Gutiérrez Pérez, J.3 1Universidad Autónoma de San Luis Potosí, 2Universidad de Guanajuato, 3Universidad
Politécnica de Valencia
En este trabajo se calcula el potencial de captación del agua de lluvia en dos edificios de la Universidad de Guanajuato: el edificio de Ingenierías (EI) y el laboratorio de Hidráulica (LH). Se presenta una estimación de la cantidad del agua de lluvia aprovechable de acuerdo a tres parámetros: las precipitaciones locales, el área y el material de los techos, con el propósito de establecer al agua de lluvia como una fuente de abastecimiento en una zona con graves problemas de escasez y suministro del recurso, y en lo particular para los puntos de interés, con una fuerte demanda. El EI y el LH se localizan en el municipio de Guanajuato en el centro de México, región que ha sido históricamente azotada por eventos extremos de sequías e inundaciones. Además a ésta variabilidad, se le suma la sobreexplotación del agua subterránea, la contaminación y el manejo del agua en la zona, que dan como resultado la reducción de la disponibilidad del agua y conflictos por el mismo. El objetivo de este trabajo es aprovechar el agua de lluvia dentro de los edificios de la Universidad de Guanajuato como alternativa de abastecimiento, con la finalidad de generar estrategias ambientales y económicas de manejo y aprovechamiento del agua, para difundirlas dentro de la comunidad universitaria y la sociedad.
Considerando entonces las precipitaciones locales, el área de captación y el coeficiente de escurrimiento de los techos, con lo cual según Farreny (2011) es posible obtener el potencial de captación del agua de lluvia en un punto dado, se realizó la estimación de la precipitación del EI y LH empleando los datos de lluvia de las estaciones climatológicas más influyentes a cada uno de los puntos. Para el EI se utilizó la estación Guanajuato con información correspondiente a un periodo de 37 años (1969-2005), la información del LH se obtuvo de la estación Valenciana con un rango de datos de 31 años (1973-2003). El material de las superficies de captación es un factor que juega un papel importante dentro de la cantidad de escurrimiento que se puede producir y en la calidad del agua aprovechable, en el EI la superficie del techo está conformada por concreto impermeabilizado con un coeficiente de escurrimiento (Ce) de 0,8, en el LH el material de la techumbre es lámina metálica acanalada con un Ce=0,9. Con la información de la precipitación media mensual (P) en mm se obtiene la precipitación neta (PN) en mm, la cual es la cantidad del agua de lluvia que queda a disposición del sistema de captación, una vez que se han considerado las pérdidas por factores como salpicamiento, velocidad del viento, evaporación, fricción y tamaño de la gota (Indhri 2010). Estas pérdidas son representadas por el Ce y la probabilidad de precipitación en la zona, que se ha considerado de un 85% según la experiencia de diversos autores (CIDECALLI, 2007; Martínez, 2011). Considerando lo anterior el agua de lluvia susceptible de ser aprovechada se obtiene del producto de la eficiencia de la captación (ηcaptación, dada por el Ce y la probabilidad de precipitación), por la P en el sitio de interés, ηcaptación y Ce son factores adimensionales. De la siguiente expresión se obtiene ηcaptación:
ηcaptación= Ce* 0,85 (1) Una vez conocida la ηcaptación es posible estimar la PN de cada punto, utilizando la ecuación (2):
PN=P* ηcaptación (2)
El valor de PN a considerar para que el agua obtenida tenga las cualidades para ser usada se determina mediante la suma de los meses cuya precipitación es mayor o igual a 40 mm (CIDECALLI, 2007; Indhri, 2010; Martínez, 2011). Una vez conocidos los valores de PN se estima la cantidad de agua que puede ser obtenida con las áreas de techo con las que se dispone. Para ello, de la expresión (3) utilizada para conocer el área de captación Aec
(m2) necesaria para conseguir el abasto de una demanda anual Danual (m3) de agua con la PN del lugar, es posible
conocer volumen V (m3) que puede obtenerse con una superficie establecida y la PN (m) en un año, como es el caso de los puntos de interés.
Aec= Danual / PN (3)
Resultados Considerando las superficies de captación de los edificios y la PN, se obtiene el V por año que puede ser aprovechado (Tabla 1). Se aprecia que la PN es similar y el claro efecto del material del techo en la cantidad de agua disponible por sistema. La superficie de captación en el EI es más del doble que la del LH, sin embargo, debido al Ce y a la PN el V obtenido, en relación con la superficie utilizable por sistema, es mayor en el LH.
Tabla 1. Volumen aprovechable por sistema de captación. SCAALL Ce PN
(mm)
Ac
(m2)
V
(m3)
EI 0,8 402,56 1108,25 446,14
LH 0,9 432,99 543,72 235,43
La población estudiantil en el EI es de aproximadamente 640 estudiantes que pasan alrededor de 4,4 hr/día en el edificio, sin embargo, en el LH transcurren 0,6 hr/día alrededor de 200 estudiantes. Así, la demanda del recurso es mayor en el EI tanto por el número de alumnos, como por el tiempo de su estadía. Se realizó una encuesta a los alumnos a cerca de los usos que dan al agua dentro de los edificios, de esta información se obtuvo la Danual presentada en la Tabla 2.
Tabla 2. Demanda de agua de los alumnos en el EI y LH. SCAALL Alumnos Estadía
(hr/día)
Beber
(l)
Sanitario
(l)
Total
(l)
Danual
(m3/año)
EI 640 4,4 0,37 21,8 22,17 5107,97
LH 200 0,6 0,05 2,97 3,02 217,44
La Tabla 2 nos muestra la demanda total de agua en el EI y el LH, considerando el tiempo que los alumnos se encuentran en estos lugares. Con el agua que puede obtenerse de la lluvia se cubre el total de la Danual del LH, y 17,99 m3/año pueden ser destinados a otros usos, como riego de áreas verdes o limpieza del edificio. En el EI, debido a la alta demanda del recurso, sólo es posible cubrir el 8,73% de la Danual, la superficie de captación requerida para satisfacer las necesidades hídricas del alumnado es once veces más que el área disponible (Tabla 3). Sin embargo, con el Ac del EI es posible dar abasto a las necesidades de agua para beber, si esta es tratada previamente y aceptada por los alumnos, pues se requieren 85,25 m3/año para este fin, o cubrir la demanda de un mes de los usos sanitarios. Así, el agua de lluvia puede ser considerada como una fuente de abastecimiento total o complementaria según sea el caso, pero indudablemente en zonas con problemáticas de abastecimiento es una alternativa importante, pues los sistemas de captación del agua de lluvia brindan seguridad e independencia, además pueden ser vistos como estrategia de ahorro y promover el uso eficiente y sostenible del agua sin importar el uso a la que se destine.
Tabla 3. Porcentaje de la demanda posible de cubrir con agua de lluvia. SCAALL Ac
(m2)
V
(m3)
Danual
(m3/año)
Demanda cubierta
%
Aec
(m2)
EI 1108,25 446,14 5107,97 8,73 12688,71
LH 543,72 235,43 217,44 108,27 502,18
Bibliografía
1. Farreny R., Morales-Pinzón T., Guisasola A., Tayà C., Rieradevall J., Gabarrell X., 2011 Roof selection for rainwater harvesting: Quantity and quality assessments in Spain. Water Research 45, p.p. 3245-3254, 2011.
2. Indhri 2010 Aumento de la oferta hídrica. Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (Indhri), Primera Edición, República Dominicana, Agosto.
3. Martínez J.J. 2011 Estrategias para el abastecimiento de agua a comunidades marginadas y urbanas. Tesis Doctoral, Colegio de Postgraduados, Montecillo, Texcoco, Estado de México.
4. CIDECALLI 2007 Manual sobre Sistemas de Captación y Aprovechamiento del Agua de Lluvia para Uso Doméstico y Consumo Humano. Centro Internacional de Demostración y Capacitación en Aprovechamiento de Agua de Lluvia, México.
SDI-net: Programa para simular redes malladas de riego
subsuperficial
Tema B
María Gil Rodríguez, Raúl Sánchez Calvo, Luis Juana Sirgado, Guillermo Castañón Lión,
Francisco Laguna Peñuelas, Javier Benítez Buelga y Leonor Rodríguez Sinobas.
Grupo de Investigación Hidráulica del Riego HIDER, Universidad Politécnica de Madrid
[email protected]; [email protected]
El riego por goteo subsuperficial es cada vez más utilizado por las múltiples ventajas que presenta. Una de las
desventajas de este método es que el comportamiento de los emisores puede verse afectado por las
características del suelo ya que se genera una presión positiva a la salida del emisor. En condiciones de régimen
permanente, la sobrepresión producida en el suelo se relaciona con las propiedades hidrofísicas del suelo y el
caudal del emisor. Como consecuencia, el caudal del emisor disminuye, ya que se reduce la diferencia entre la
presión en el punto de inserción en el ramal y en la salida del emisor. La disminución de caudal es más
importante y necesita ser considerada en suelos con poros finos, con baja conductividad hidráulica.
La unidad de riego subsuperficial típica es una red mallada compuesta por una tubería porta-ramales y por una
tubería de limpia cuya misión es eliminar posibles sedimentos u otros elementos en suspensión y el aire antes de
comenzar el riego. Considerando este esquema, se ha desarrollado un programa de simulación con MATLAB
para predecir la distribución de presiones y de caudales en una unidad mallada rectangular.
Al igual que en las redes ramificadas, considerando la presión en cabeza, la presión en cada punto, que
determinará el desagüe en el mismo, se va calculando restando las pérdidas de carga producidas hasta ese punto
y considerando los desniveles si los hubiera. Con los caudales ocurre lo mismo, el caudal de cada tramo se va
restando del caudal total. En este tipo de redes, no se conoce, a priori, la dirección hacia la que circula el agua en
determinados puntos. Habrá una línea divisoria, donde la energía es mínima, a la que el agua llegará de ambos
lados. En este trabajo este problema se aborda como si se tratara de dos redes sin mallar: una con una longitud
de ramales desde cabeza a la línea divisoria y otra desde cola hasta dicha línea. El programa calcula caudales y
energías por ambos lados y va iterando hasta igualar las energías mínimas calculadas. Cuando la energía en la
línea divisoria es mayor por un lado que por otro, se desplaza la línea una distancia determinada hacia el lado
donde menor es la energía y vuelve a realizar todos los cálculos. Este proceso se repite hasta encontrar la
solución buscada.
Los datos de entrada en el programa son: la presión en cabeza de la unidad, las longitudes y diámetros de la
tubería porta-ramales y de los ramales, la pendiente geométrica de los ramales y de las tuberías, las longitudes
equivalentes para considerar las pérdidas de carga singulares, la separación entre ramales y entre goteros, la
constante y exponente del gotero, así como su coeficiente de variación de manufactura y uso. Además, se debe
especificar la clase textural del suelo o, si se dispone de los datos necesarios, incluir los parámetros del mismo.
El programa, tras finalizar el proceso iterativo, estima los caudales en cabeza y en cola de cada uno de los
ramales, la línea divisoria de aguas, las distribuciones de caudales y presiones en cada emisor de la red y las
presiones en las tuberías porta-ramales y de limpia. Simultáneamente, calcula los valores de la presión generada
en el suelo en los puntos de desagüe, ya que, como se ha explicado anteriormente, los caudales calculados
dependen de dichos valores.
Las estimaciones del programa se contrastaron con las medidas de presión y caudal obtenidas en las
evaluaciones de campo realizadas en unidades experimentales de riego subsuperficial. Se pudo determinar que
ambas tenían una buena concordancia.
Con el objetivo de utilizar el programa para fines didácticos, se ha implementado un entorno gráfico en el que el
usuario introduce los datos y obtiene los resultados gráficamente, aunque también puede obtener los resultados
numéricos. En la figura 1 se presentan la ventana de introducción de datos y, a modo de ejemplo, algunos de los
resultados gráficos.
(a)
(b)
Figura 1. Entrono gráfico SDI-net. Ventana de introducción de datos y resultados
(a) Distribución de presiones en la red (b) Distribución de caudales en la red
Modelo de optimización para la selección de programas de medidas de oferta y demanda de menor coste a escala de cuenca
D. Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía
hidroeléctrica (primera opción)
E. Estructuras hidráulicas (segunda opción)
Girard, C.1, Pulido-Velazquez, M.
1, Caballero,Y.
2 y Rinaudo, J.D.
2,
1. Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA), Universitat Politècnica de València, Valencia,
Spain. 2. BRGM, Montpellier, France.
Contacto: [email protected]
Desde el año 2000, el proceso de implementación de la Directiva Marco del Agua (DMA) (EC, 2000) en la
Unión Europea suscita numerosos retos de cara a lograr el objetivo general de alcanzar, de forma sostenible, el
buen estado de las masas de agua. Uno de estos retos es la elaboración de un programa de medidas que sea
“coste-eficaz” a escala de cuenca. Aunque los objetivos de la DMA sean definidos en termino de buen estado
químico y ecológico de las masas de agua, el logro de estos objetivos requiere una gestión más eficaz de los
recursos hídricos a escala de cuenca (EC, 2012). Para este fin, los modelos hidroeconómicos a escala de cuenca
resultan una alternativa prometedora, con la integración de aspectos hidrológicos, medioambientales y
económicos (Heinz, et al, 2007). No obstante, pocos de estos modelos se han aplicado a seleccionar el programa
de medidas de menor coste (más coste-eficiente) en el contexto de la DMA (JRC, 2012; Pulido-Velazquez, et al.
2009; Lopez-Nicolas, 2010), y aún menos en la gestión cuantitativa de recursos hídricos. Este artículo intenta
aproximarse a la resolución de este problema centrándose en el valor adicional de los modelos a escala de cuenca
para la optimización de programas de medidas de menor coste para la gestión cuantitativa de recursos hídricos
frente al método clásico de ranking de medidas basado en indicadores coste-eficacia.
El modelo desarrollado en la cuenca del rio Orb (Francia) selecciona el programa de medidas (PdM) de menor
coste que permita satisfacer la demanda urbana y agrícola para 2030 aunque cumpliendo con las restricciones
que exige el respeto de los caudales ecológicos. El PdM incluye medidas de ahorro y conservación del agua, es
decir, medidas de gestión de la demanda. Por otro lado, también están incluidas medidas de aumento de la oferta,
como por ejemplo el posible aumento del uso de aguas subterráneas, la creación de una planta desaladora o la
mejora de la reglas de operación de los embalses. Este modelo está programado en GAMS, (General Algebraic
Modeling System, Rosenthal, 2012), utilizando programación lineal entera mixta. La cuenca esta representada
como una red de flujo de 11 nudos, 63 Unidades de Demanda Urbana y 19 Unidades de Demanda Agraria
incluyendo en cada nudo ecuaciones de balance, retornos, y restricciones tanto para garantizar los caudales
ecológicos como un cierto nivel de garantía mensual de las demandas. La función objetivo consiste en minimizar
el coste total anualizado del PdM aplicado.
El caso de estudio seleccionado es la cuenca costera del rio Orb, situada en el sur de Francia. Esta zona se
enfrenta al mayor crecimiento poblacional de toda Francia y al rápido incremento del riego de viñedos. Además,
sus recursos hídricos se ven amenazados por un posible cambio climático. Varias masas de agua están
clasificadas como en riesgo de no alcanzar el buen estado para 2015, debido al desequilibrio existente en las
abstracciones de agua. La gestión futura de los recursos hídricos se ha convertido en un tema estratégico en el
marco regional, y se está estudiando la posibilidad de un trasvase de agua desde la cuenca del rio Rhône.
Además, se ha establecido un plan local de gestión para la cuenca, que ha sido validado por los actores
implicados, con el fin de fijar objetivos de caudales ecológicos y abstracciones de agua. En este contexto, varias
medidas de ahorro del agua y de movilización de nuevos recursos han sido propuestas y evaluadas en términos
de coste y eficacia.
De los resultados se desprende que la optimización de programas de medidas es una herramienta prometedora
para alcanzar el mejor resultado con el menor coste posible, pues incluye el impacto de las medidas sobre las
distintas masas de agua, considerando el sistema como un conjunto de masas interconectadas. Las medidas
recomendadas por el modelo son: campaña de reducción de fugas en las redes de distribución, mejora de la
eficiencia del riego y distribución de paquetes de ahorro de agua a los hogares. El modelo de optimización del
programa de medidas de menor coste amplía las posibilidades de mejora que permite un análisis coste-eficacia
tradicional, ya que incluye el efecto que tiene el intercambio de recursos entre objetivos como la garantía de la
demanda agrícola y las necesidades medioambientales. En el caso del rio Orb, la situación actual no acusa
problemas importantes aunque, en los escenarios futuros un programa de medida resulta necesario para alcanzar
los objetivos de la Directiva Marco del Agua. Según el escenario de cambio climático, esto puede representar
una carga presupuestaria importante para los diferentes actores de la cuenca. Los resultados sugieren que una
disminución en la garantía de la demanda agrícola permitiría reducir estos costes de forma significativa, con la
subsiguiente mejora para las necesidades ambientales. Sin embargo, las consecuencias de esta disminución en
términos de coste o aceptabilidad no han sido evaluadas en esta primera fase de estudio.
Referencias:
European Commision (2012) “A Blueprint to Safeguard Europe's Water Resources” COM (2012) 673 final
Brussels.
European Commission.(2000) Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council establishing
a framework for the Community action in the field of water policy (October, 2000).
JRC, 2012, A multi-criteria optimization of scenarios for the protection of water resources in Europe. Support to
the EU Blueprint to Safeguard Europe’s Waters. European Comission Joint Research Center, Institute for
Environment and Sustainability
PULIDO-VELAZQUEZ, M., HERNADEZ-SANCHO, F., FERRER-POLO, J., LATORRE, J.I., (2009),
Economic tools for selecting a programme of measures to meet the WFD standards. Application to the Serpis
River Basin. 2nd International Conference on Water Economics, Statistics, and Finance, International Water
Association, Alexandroupolis, Thrace - Greece, 3-5 July 2009.
Lopez-Nicolas, A., 2010. Comparativa de análisis coste-eficacia y optimización para la determinación de un
programa de medidas para el cumplimiento de los objetivos de la Directiva Marco del Agua. Aplicación al
sistema de explotación del rio Jucar. Trabajo Final de carrera Ing. Técnico de Obras Públicas, especialidad
Hidrología dirigido por Pulido-Velazquez, M. Universidad politécnica de Valencia.
HEINZ, I., PULIDO-VELAZQUEZ, M., LUND, J.R. and ANDREU, J., 2007. Hydro-economic modeling in
river basin management: Implications and applications for the European water framework directive. Water
Resources Management, 21(7), pp. 1103-1125.
ROSENTHAL, E., 2012. GAMS, A User's Guide Tutorial by Richard E. Rosenthal , GAMS Development
Corporation, Washington, DC, USA
Generación y transporte de fósforo en aguas superficiales en las cuencas de la Demarcación Hidrográfica del Júcar.
B. (Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica)
Gabriel Gómez Martínez - Miguel Ángel Pérez Martín
Universidad Politécnica de Valencia – Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente
1. Introducción
La contaminación de las aguas superficiales por fósforo, constituye, en la actualidad, una problemática en la Demarcación Hidrográfica del Júcar (DHJ) que incrementa el riesgo de eutrofización de las masas de agua superficiales. Por ello, se pretende identificar, las principales fuentes de contaminación y las zonas más afectadas, mediante el estudio del transporte del fósforo y sus concentraciones para proponer así medidas para mitigar los problemas de eutrofización existentes o que puedan producirse en el futuro. Así pues, los objetivos de este trabajo son principalmente: conocer el estado de la problemática en las cuencas de la DHJ de contaminación por altas concentraciones de P (mg/l) en las aguas superficiales de la cuenca, identificando el origen de las fuentes de contaminación y las zonas con mayor problemática; profundizar en las causas y las zonas a actuar. Otro objetivo a desarrollar aún en este trabajo será el analizar los posibles efectos negativos potenciadores sobre la problemática por el Cambio Climático.
Las principales fuentes de contaminación por fósforo son: La contaminación puntual procedente de los vertidos urbanos y la contaminación difusa procedente de las prácticas agrícolas y ganaderas.
o Fuentes de contaminación puntual: vertidos urbanos no depurados o vertidos depurados procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) con concentraciones altas de fósforo procedentes de detergentes y urea, o retornos a la red fluvial de aguas procedentes de riego que puedan contener altas concentraciones de fosfatos procedentes de fertilizantes y plaguicidas.
o Fuentes de contaminación difusa: retornos indirectos e infiltraciones de aguas procedentes de regadíos en flujos subterráneos surgentes en otros puntos y arrastres procedentes de suelo agrícola, forestal, etc.
La contaminación de las aguas superficiales por altas concentraciones de fósforo está íntimamente relacionada con los fenómenos erosivos y de transporte de sedimentos por arrastre debido a fenómenos de escorrentía superficial tras y durante episodios de tormentas, debido a que el fósforo se encuentra adherido a las partículas arcillosas del suelo y es transportado adherido a los sólidos suspendidos, o disuelto, en los flujos superficiales y no pasa a las corrientes subterráneas por fenómenos de infiltración y percolación como ocurre con los nitratos. Por ese motivo se analiza también el contenido de sólidos suspendidos debido que en estos sólidos se transporta parte del fósforo en una cuenca hidrográfica.
2. Metodología
En cuanto a la metodología utilizada en este trabajo, ésta se basa en el análisis de las concentraciones de los parámetros de fósforo (P total y PO4) y sólidos suspendidos SS en (mg/l), obtenidos de la red de calidad red ICA de la DHJ, en el ámbito de la DHJ para ver la evolución de las mismas a lo largo de la red hidrográfica y analizar otros aspectos importantes, como el efecto laminador de las concentraciones en los embalses.
A continuación, se han calibrado y aplicado el modelo PATRICAL, modelo de simulación del transporte de nutrientes (nitratos y fósforo), con estos datos, para mejorar el conocimiento del ciclo en la cuenca y posibilitar el análisis de escenarios para evaluar medidas.
Por otro lado, la aplicación de SIG ha permitido conocer cuál es la importancia relativa de las fuentes de contaminación de fósforo, y señalar el causante o causantes de la situación, en los distintos puntos de los cauces (diagnóstico de la problemática).
3. Resultados y conclusiones
Los resultados y conclusiones que se tienen hasta el momento tras el análisis de los datos disponibles de la red ICA de la DHJ son:
o Las series de datos disponibles en la red ICA en cuanto a SS, P total y PO4 presentan algunos datos anómalos, y una gran dispersión, hechos que perturban el análisis estadístico de los datos y la identificación de tendencias, y grandes desviaciones. Por lo que se ha realizado una selección y validación de los datos a utilizar en los análisis, por ejemplo en la siguiente figura se muestran los datos de concentraciones de P total en la
estación de medida de la red ICA en el embalse de Alarcón, una vez extraídos los datos anómalos detectados durante los primeros 4 ó 5 años de la serie de datos de concentraciones:
Figura 1. Serie temporal de concentraciones de P total (mg/l) en una estación de la red ICA después de extraer los valores anómalos.
o Se ha verificado a través de la comparación de mapas de concentraciones en la DHJ la relación directa que existe entre las mayores concentraciones de fósforo en el agua con aquellos puntos donde también son mayores las concentraciones de SS.
o Se han representado con herramientas SIG las concentraciones de los parámetros estudiados de la red ICA (SS, P total y PO4), en el ámbito territorial de la DHJ donde se presentan los mayores problemas de contaminación de las aguas superficiales por altas concentraciones de fósforo, son aquellas próximas a las principales aglomeraciones de población como la ciudad de Valencia, la zona de Alicante-Elche, la ciudad de Castellón; y las zonas agrícolas como las cuencas bajas del Júcar y del Túria (zonas de riegos tradicionales, la zona de La Albufera), las cuencas del Vinalopó y Alacantí, y la Mancha Oriental. En la siguiente imagen se muestran mapas de concentraciones de los 3 parámetros:
Figura 2. Mapas de concentraciones medias (mg/l) de los tres parámetros analizados: SS, P total y PO4
o Se ha observado que los embalses tienen un efecto laminador de las concentraciones de fósforo ya que se producen fenómenos de sedimentación y deposición en el lecho de los mismos, observándose que las concentraciones de fósforo disminuyen notablemente aguas debajo de los mismos.
4. Referencias
- Directiva 91/271/CEE del consejo de 21 de mayo de 1991, sobre el tratamiento de aguas residuales urbanas.
- EEA Report 2005: EEA Report No 7/2005 “Source apportionment of nitrogen and phosphorus inputs into the aquatic environment” – ISSN 1725 – 9177.
- FWR 2013: Website “Foundation for Water Research”:http://www.euwfd.com/html/sources_of_pollution_-_diffuse_pollution.html
- Pérez-Martín, M. A. 2005 Modelo distribuido de simulación del ciclo hidrológico y calidad del agua, integrado en sistemas de información geográfica, para grandes cuencas. Aportación al análisis de presiones e impactos de la Directiva Marco del Agua.
- Water, UK DEFRA 2013: Diffuse Pollution in Water – Department for Environment, Food and Rural Affairs.http://www.defra.gov.uk/environment/quality/water/water-quality/diffuse-pollution/
Criterios de diseño para aumentar la fortaleza de las redes de riego frente a incrementos de consumo
Tema B, tema D Granados García A., Martín Carrasco F.J. & Laguna Peñuelas F.V.
ETSI Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid (UPM) [email protected] [email protected] [email protected]
Las grandes redes colectivas de riego presurizado comenzaron a construirse hace algo más de 50 años. Este sistema de riego se expandió rápidamente por todo el territorio nacional sustituyendo al regadío tradicional. Desde entonces ha tenido una evolución permanente, en la que se ha mejorado el equipamiento y las técnicas de aplicación del agua, siempre con una clara orientación hacia el incremento de la productividad. Esto ha propiciado que las alternativas de cultivos previstas en el inicio hayan sufrido cambios, sujetas a los vaivenes de los mercados, la globalización y las subvenciones agrícolas. Al mismo tiempo, en todo el mundo, se están analizando escenarios de cambio climático; en algunos de los cuales se reducen las precipitaciones y elevan las temperaturas, lo cual puede afectar a las explotaciones agrarias al incrementarse las necesidades de riego de los cultivos.
Todas estas circunstancias, que pueden dar lugar a incrementos de consumo, deben ser contempladas en la redacción de los proyectos de transformación de nuevas zonas regables y en los de modernización de las existentes. Las redes de riego deben estar dimensionadas para poder atender los citados incrementos de consumo. La fortaleza de la red para atender la demanda de agua de los agricultores se convierte por tanto en una premisa del proyecto. Dicha fortaleza se puede conseguir de formas diferentes y a costos distintos, puesto que en el proceso de dimensionamiento estadístico de los caudales circulantes en punta de campaña intervienen muchas variables y parámetros de riego, cada uno con su propia función específica.
En el artículo propuesto se detallarán las investigaciones llevadas a cabo para determinar un procedimiento de actuación que optimice el dimensionamiento de la red colectiva para que disponga de la robustez necesaria para hacer frente al potencial incremento de consumo de agua de los agricultores sobre la previsión de los estudios del proyecto; y se presentarán los criterios, rangos y combinación de parámetros y variables que permiten dotar a la red de la fortaleza necesaria de la manera más eficiente.
Acoplamiento de modelos de acuífero a la gestión conjunta de recursos hídricos en cuencas con uso intensivo de agua
subterránea. El caso de la Marina Baja.
Tema B (primera opción), tema M (segunda opción) Mario Alberto Hernández, Abel Solera, Andrea Momblanch, Joaquín Andreu
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente
En las cuencas con una marcada relación entre los recursos hídricos superficiales y subterráneos, la utilización de modelos integrados de gestión es fundamental para representar y estudiar el esquema de gestión y las reglas de operación asociadas. Según el grado de complejidad de las masas de agua subterránea, su interacción con la cuenca y la explotación de las mismas, es conveniente seleccionar los modelos de acuífero adecuados para interpretar su comportamiento.
El Sistema Soporte a la Decisión Aquatool, permite escoger entre diversos tipos de acuíferos para su integración en un esquema de gestión de recursos hídricos: depósito, unicelular, manantial, tres niveles, autovalores, etc. Esto facilita la modelación conjunta, permitiendo seleccionar el tipo de modelo matemático más adecuado a los datos disponibles y los problemas analizados, minimizando el coste computacional.
La gestión del Sistema de Recursos hídricos de la Marina Baja, tiene una gran importancia debido a que la mayor parte de sus demandas son urbanas en zonas de alto interés turístico. Además, el sistema de recursos presenta una complejidad elevada, debido a que más del 50% de los recursos de la cuenca son de origen subterráneo, que se obtienen mediante bombeos en zonas de interés medioambiental. Esto conlleva un elevado grado de interacción entre los recursos hídricos superficiales y subterráneos que requiere una anticipación en la activación de los bombeos para generar reservas extraordinarias para el verano en años de sequía.
Además, la geología de la zona conduce a una estructura muy fragmentada de masas subterráneas que se debe interpretar adecuadamente para que los modelos proporcionen las respuestas requeridas. La interpretación de las propiedades hidrodinámicas de las distintas masas subterráneas juega un papel importante a la hora de representar el complejo comportamiento del sistema superficial y su interacción con el agua subterránea en la zona.
En este artículo, se van a presentar los trabajos de modelación del acuífero de Beniardá-Polop con el modelo de autovalores; el acuífero de Serrella-Aixorta, conectado con el anterior, y representado mediante un modelo de 3 niveles; el acuífero de Algar modelado como unicelular y otros acuíferos de menor entidad. Todos estos modelos de acuífero se integran conjuntamente con el modelo de gestión superficial y las complejas reglas de operación del conjunto del sistema.
Análisis de sensibilidad global multivariado de los parámetros del modelo hidrológico distribuido TETIS, mediante un método
bayesiano formal, con muestreo Monte Carlo guiado por una cadena de Markov.
(Tema: Hidrología y gestión del agua)
Mario R. Hernández (1) y Félix Francés (1) (1) Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA), Universitat Politècnica de València
Correo electrónico: ffrancé[email protected], [email protected]
En Hidrología como en tantas otras disciplinas de las ciencias naturales, es prácticamente imposible medir todo lo que nos gustaría saber sobre el sistema analizado, bien por la heterogeneidad del medio, bien por las limitaciones técnicas de las mediciones. Como consecuencia, los modelos hidrológicos proporcionan extrapolaciones o predicciones, que no están carentes de incertidumbre, lo cual reduce la aplicabilidad y la confianza en sus resultados. Así, la evaluación de la incertidumbre en modelación hidrológica es importante, más aún cuando sus resultados se utilizan para apoyar las decisiones sobre la gestión del agua.
En el presente trabajo se realiza la estimación de los parámetros del modelo hidrológico conceptual distribuido TETIS (Francés et al. 2007) mediante un método de optimización global de búsqueda aleatoria, que pertenece al grupo de los llamados algoritmos bayesianos computacionales. El algoritmo cuantifica la incertidumbre de los parámetros, mediante la obtención de su distribución de probabilidad posterior, condicionada a los datos (caudal) observados. Adicionalmente a la calibración automática con su correspondiente estimación de incertidumbre, los resultados de esos cálculos permiten la realización de un análisis de sensibilidad global (GSA), en el cual se tiene en cuenta el efecto global que cada parámetro ejerce sobre la respuesta del modelo, tanto de forma individual, como mediante su interacción (de cualquier orden) con todos los restantes parámetros (análisis multivariado). El resultado de este análisis permite obtener cuál es la importancia relativa de cada parámetro sobre la respuesta del modelo.
El primer paso para la consecución de los objetivos es la implementación en TETIS de la información de la cuenca que se quiere analizar. La cuenca objeto de estudio desagua en el embalse de La Baells (Figura 1), y es una subcuenca situada en la cabecera del Llobregat (Barcelona). Con una extensión de 504 km2 es una cuenca con clima de alta montaña – Mediterráneo cuya vegetación predominante es de Bosques de Pino. Al ser un modelo distribuido, se le debe suministrar la información relativa a la topografía, tipos de suelo, tipos de vegetación y usos del suelo en forma de mapas de celdas, que en este caso son de un tamaño de 200x200 m. Así mismo se debe proporcionar al modelo la distribución espacial de las series temporales de lluvia y temperatura. La modelación se ha realizado a escala diaria, para un periodo de 2 años, con un periodo de calentamiento previo de 1 año, suficiente en esta cuenca, para que los resultados no se vean afectados por las
condiciones iniciales. La serie de caudales observados que permite la calibración de los parámetros del modelo, es la serie de caudales de entrada al citado embalse.
Inicialmente, tras la implementación del modelo hidrológico, se realiza un análisis de sensibilidad global univariado (no se consideran interacciones entre los parámetros) mediante un muestreo Monte Carlo directo sobre el espacio de parámetros, dentro del rango razonable en el que a priori se supone que se van a mover sus valores. De esta manera el conjunto de parámetros potencialmente identificable se reduce de 13 a 10.
El siguiente paso, es el acoplamiento del modelo hidrológico (determinista) con una herramienta que permite la simulación estocástica. La herramienta escogida es el paquete de R denominado FME (Soetaert 2012). Mediante dicho software se emplea una herramienta bayesiana basada en los métodos llamados Markov Chain Monte Carlo o MCMC (Haario et al. 2006), mediante los cuales se realiza un muestreo aleatorio de los parámetros del modelo, guiado por una cadena de Markov Ergódica, que ha alcanzado su régimen estacionario.
Figura 1. Cuenca del Embalse de la La Baells.
Este tipo de muestreo mejora notablemente la eficiencia respecto al muestreo Monte Carlo directo, consiguiendo explorar en mucho menor tiempo todo el espacio de parámetros. De esta manera, la muestra obtenida se puede considerar que pertenece a la distribución Posterior conjunta n-dimensional (con “n” el número de parámetros) de los parámetros. Así mismo, el estimador bayesiano puntual que resume la distribución Posterior, vendrá generalmente dado por la Media de dicha distribución.
Se debe tener en consideración que la Posterior de los parámetros obtenida, y por tanto su estimación puntual “óptima”, dependerá del modelo de error asumido a priori, así como de la información a priori que se tenga sobre los parámetros. El modelo de error, el cual debe explicar las características estadísticas de los residuos del modelo, interviene en el muestreo de los parámetros mediante la función de Verosimilitud de dichos parámetros, condicionada a las observaciones y a los híper-parámetros del modelo de error (parámetros Nuisance). Por su parte, el conocimiento previo sobre los parámetros interviene en el muestreo mediante la distribución Prior de los mismos.
En este trabajo se ha asumido no tener más conocimiento previo sobre los parámetros, que su rango de valores (Prior no informativa). Respecto al modelo de error, se ha asumido a priori que los residuos son independientes, homocedásticos y distribuidos Normalmente. Bajo esas hipótesis la estimación del conjunto “óptimo” de parámetros coincidirá con aquella que minimiza la suma cuadrática de los residuos. En modelación hidrológica es poco habitual que se cumplan las mencionadas hipótesis, y las comprobaciones realizadas en este trabajo así lo confirman. La consecuencia de elegir un modelo de error no adecuado al modelo hidrológico, es la obtención de distribuciones Posterior cuya dispersión resulta infra-estimada y sus estimadores de tendencia central sesgados. Como apunte, cabe poner un punto de atención en que muchos de los procesos de calibración empleados habitualmente, persiguen minimizar una función objetivo derivada de la teoría de mínimos cuadrados, función bajo la que también subyace la hipótesis de residuos independientes, homocedásticos y Normales.
Seguidamente se evalúa la incertidumbre de la predicción del modelo que es debida exclusivamente a la incertidumbre de los parámetros, mediante el muestreo de la Posterior de los mismos a través del modelo hidrológico. Con ello se obtienen las bandas de incertidumbre (90%) sobre la respuesta del modelo. Dichas bandas resultan ser muy estrechas. Esta circunstancia es consecuencia directa de la mencionada infra-valoración de la incertidumbre de los parámetros. Finalmente se acomete la tarea de averiguar en qué medida es responsable cada parámetro, de la incertidumbre de la predicción. Dicho de otra forma, se analiza la sensibilidad del modelo a los parámetros, cuando estos varían dentro de sus rangos probables. Se realiza un análisis de sensibilidad global (GSA) multivariado, mediante la comparación de las bandas de incertidumbre ya generadas en el anterior paso, con las que se generan de forma secuencial, dejando fijos cada uno de los parámetros y muestreando el resto. De dicha comparación se obtienen los efectos relativos totales que ejercen los parámetros sobre el modelo. En la Figura 2 se comparan las sensibilidades y las incertidumbres relativas de los parámetros.
Las principales conclusiones del trabajo son: (1) La aproximación bayesiana formal y los algoritmos MCMC se muestran como una potente herramienta para la estimación de los parámetros y su distribución Posterior, es decir su incertidumbre. (2) El mayor potencial de estas metodologías se muestra especialmente cuando se trabaja con espacios de parámetros de alta dimensión. (3) Los algoritmos MCMC pueden manejar parámetros con alta correlación, e incluso parámetros poco identificables. (4) La metodología empleada es una buena herramienta para la realización de análisis de sensibilidad global Multivariada sobre los parámetros, cuando estos solamente toman sus valores probables. (5) Todos los cálculos realizados están condicionados a la apropiada identificación y adopción de la función de Verosimilitud que mejor se adapte a cada modelo hidrológico analizado.
REFERENCIAS:
Francés, F., Vélez, I., and Vélez, J. (2007). “Split-parameter structure for the automatic calibration of distributed hydrological models.” Journal of Hydrology, 332(1-2), 226–240.
Haario, H., Laine, M., Mira, A., and Saksman, E. (2006). “DRAM: Efficient adaptive MCMC.” Statistics and Computing, 16(4), 339–354.
Soetaert, K., and Petzoldt, T. (2012). Package “FME” Manual.
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
F2
FP1
FD2
F6
FN2
F1
F9
FN4
FN3
F4
F3
EFECTO SOBRE MODELO INCERT.PARAMETROS
Figura 2. Comparación relativa de la incertidumbre delos parámetros y su efecto sobre el modelo.
Análisis y mejora de la gestión de un sistema de recurso mediterráneo insular. El caso de Tirso-Flumendosa-
Campidano
Tema B, tema D Néstor Lerma, Abel Solera, Joaquín Andreu, Javier Paredes-Arquiola
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente, Universitat Politècnica de València
El agua es un bien preciado e imprescindible a toda actividad humana, por lo que es necesario trabajar en la mejora de su aprovechamiento. Los sistemas mediterráneos, debido a la irregularidad de la aparición del recurso hídrico y de la demanda son uno de los sistemas de recursos más complejos de gestionar. Dentro de esta categoría de sistemas, los insulares presentan mayores problemas debido a una mayor escasez de recursos.
En este artículo se presenta el análisis y la mejora de la gestión del sistema de explotación Tirso-Flumendosa-Campidano ubicado en la isla de Cerdeña (Italia). El sistema se identifica con un clima Mediterráneo y está compuesto por un sistema de embalses y bombeos que posibilitan diferentes alternativas en su gestión. Según ésta se pueden obtener distintas garantías en las demandas con mayores o menores costes económicos de los bombeos.
Para analizar la gestión del sistema de recursos hídricos se plantea el desarrollo de un modelo de simulación empleando el Sistema Soporte de ayuda a la Decisión (SSD) AQUATOOL, así como la definición de su gestión y simulación de ésta a través del módulo SIMGES, basado en redes de flujo, que se incluye en el mencionado SSD.
El modelo analizado describe la situación actual del sistema en términos de infraestructuras y dotación de las demandas. Para mejorar su gestión se ha definido un conjunto de reglas de operación de tipo “curvas de embalse” que permiten regular con más detalle el recurso del sistema. Además del modelo que describe la situación actual, se han desarrollado un conjunto de escenarios que contemplan distintas circunstancias. Concretamente se definen dos para incluir caudales ecológicos en algunos tramos de río, otros tres escenarios que analizan el posible fallo de infraestructuras (bombeos, central hidroeléctrica, etc.) durante un periodo determinado de tiempo, otro escenario que describe la situación futura (en términos de demandas e infraestructuras) y, nueve más, para ver hasta dónde puede llegar el sistema a suministrar el recurso a las demandas, mediante un aumento progresivo de la dotación de éstas.
Los resultados obtenidos con la propuesta de gestión muestran como el uso de reglas de gestión reduce considerablemente los costes de bombeo y aumenta las garantías de las demandas del sistema.
La variabilidad climática de baja frecuencia y los cambios inducidos por embalses en la modelación no estacionaria de la frecuencia de
crecidas en la España peninsular
Tema B (Hidrología, usos y gestión del agua) J. López y F. Francés
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA), Universitat Politènica de Valencia
[email protected], [email protected]
RESUMEN
En la última década, uno de los temas de investigación que se ha colocado a la vanguardia de las ciencias hidrológicas ha sido la necesidad de no asumir la hipótesis de estacionaridad en el estudio de las componentes del ciclo hidrológico (Milly et al., 2008). Así, en la literatura podemos encontrar diversos estudios estadísticos que aluden desviaciones del supuesto de un mundo estacionario. Estos estudios han demostrado la presencia de cambios bruscos y tendencias temporales en las series de tiempo. En la planificación y gestión de recursos hídricos la estacionaridad ha sido una hipótesis común y practica. Bajo ella, métodos estadísticos han sido utilizados para extraer de los datos todos los indicadores hidrológicos útiles para proporcionar estimaciones, donde estas estimaciones pueden ser refinadas año a año como los registros se hacen más largos. Por ejemplo, el nivel de inundación de un río para un periodo de retorno de 100 años, es una variable que puede ser calculada de un registro de crecidas máximas anuales, usando métodos que se pueden encontrar en cualquier libro de texto de hidrología clásica, como Chow et al.,(1988). Este conocimiento acerca de los niveles de inundación de 100 años se utiliza para construir posteriormente las instalaciones de manejo de aguas pluviales, tales como alcantarillas y desagües pluviales. En años recientes, como los forzamientos de la actividad humana en el ciclo hidrológico se han vuelto más y más evidentes en un amplio rango de escalas espaciales y temporales, aunado a los forzamientos de la variabilidad climática natural, los expertos concluyen que la hipótesis de estacionaridad a nivel de cuenca se encuentra comprometida. Ante esto, diversos investigadores se han pronunciado en el sentido de la apremiante necesidad de proponer ideas y métodos alternativos que nos proporcionen estimaciones de indicadores hidrológicos que sean más fiables y útiles para la gestión del agua (Khaliq et al., 2006; Villarini et al., 2010).
El objetivo del presente estudio persigue tres objetivos: i) evaluar la importancia de los eventos de crecidas durante los meses del semestre frío en el conjunto de los eventos a lo largo del año, ii) examinar la teleconectividad entre el régimen de crecidas en ríos de España y patrones de variabilidad climática de baja frecuencia y en ultima instancia ii) incorporar los índices climáticos y un índice de embalse propuesto como covariables en la modelación de las crecidas bajo condiciones de no estacionaridad. En los primeros 2 objetivos se emplean los registros de caudales máximos en 85 cuencas distribuidas a lo largo de la España Peninsular, mientras que en la modelación de la frecuencia de crecidas solo se implementan los modelos propuestos en 20 sitios de estudios. La implementación de modelos no estacionarios se lleva a cabo en los Modelos Aditivos Generalizados para Localización, Escala y Forma (GAMLSS por sus siglas en ingles) (Rigby and Stasinopoulos, 2005), donde el periodo de modelación va de 1950-2007.
Las conclusiones extraídas del presente trabajo se pueden resumir de la siguiente manera: Respondiendo al primer objetivo planteado, el análisis de los regímenes estacionales de crecidas así como la distribución mensual de las crecidas máximas anuales, los resultados observados ponen de manifiesto el importante peso que ejercen precipitaciones de origen advectivo en las crecidas en la zona de estudio. Estas precipitaciones advectivas están vinculadas a la entrada de flujos de humedad tanto de la región Atlántica como de la región Mediterránea, las cuales se han asociado con los índices de la AO y NAO en el Atlántico y la WeMO en el Mediterráneo.
El análisis de teleconexión entre el régimen de crecidas y las variables macroclimáticas por medio de diversos test estadístico de correlación, mostró la existencia de una fuerte teleconectividad. En particular, es de destacar la alta correlación que se presenta con los índices de la AO, la MO y la NAO, estas correlaciones se presentan particularmente altas durante los meses de octubre a febrero; la distribución espacial del coeficiente de correlación de Kendall tau (τ) muestra que en la región Central y Norte, así como en cuencas de montaña en las confederaciones Ebro y Júcar se observan las máximas correlaciones. Una menor intensidad en las correlaciones es la observada con la WeMO, no obstante, con la WeMO se identifican correlaciones positivas significativas en la región Norte, mientras que en la región Mediterránea estas resultan negativas poco significativas. Otro
resultados a destacar es la variación espacio-temporal en la respuesta de las cuencas a los patrones de variabilidad climática, así como la no linealidad en la relación.
Los modelos implementados en GAMLSS consisten básicamente en tres tipos de modelos: i) modelo estacionario (modelo 0), ii) modelo de tendencias temporales (modelo 1) y iii) modelo con incorporación de covariables (modelo 2 y modelo 3). Los modelos de tendencias temporales ponen en evidencia la dependencia que presentan respecto del tiempo los parámetros de las distribuciones. Estos resultados muestran las desviaciones de la hipótesis de estacionaridad en el comportamiento de los eventos de crecidas máximas anuales. Las aproximaciones de modelación no estacionaria implementadas en GAMLSS incorporando los forzamientos externos como covariables explicativas, revelan la factibilidad de los índices de los patrones de variabilidad climática de baja frecuencia el índice de embalse propuesto en la adecuada caracterización de las no estacionaridades en la modelación de la frecuencia de las crecidas. Es patente de los resultados observados, que la incorporación de los efectos de los embalses en la modelación de las crecidas en cuencas de las regiones Central y Mediterránea se tiene una mejor descripción de la variabilidad interanual de los regímenes de crecidas. Se observa además que los modelos en los cuales se involucran las formulaciones no paramétricas splines cúbicas tienden a reproducir mejor la dispersión de las crecidas, al presentar una mayor flexibilidad. Sin embargo, estos tipos de modelos que proporcionan un buen ajuste y flexibilidad, son altamente sensibles a los cambios en la evolución de las variables explicativas, por lo que deben ser empleados con precaución, ya que al realizar la optimización de los grado de libertad el modelo se tiende a sobreparametrizar.
Los resultados del análisis de frecuencias con los modelos bajo condiciones no estacionarias, muestran que las crecidas máximas anuales para una probabilidad de excedencia de 0.01 (correspondiente al cuantil para el periodo de retorno de 100 años bajo condiciones estacionarias), las variaciones que se obtienen son dramáticas, presentándose amplios periodos en que los valores del cuantil de crecida son superiores a los estimados bajo condiciones estacionarias (Fig.1). Estos resultados en la práctica hidrológica tienen efectos de gran calado, ya que ponen en evidencia que las simplificaciones que hemos estado asumiendo en el estudio de la frecuencia de crecidas nos pueden llevar a asumir un riesgo mayor del establecido en el diseño de obras hidráulicas. Lo cual sin duda nos lleva a plantear la necesidad de emplear más arduamente modelos alternativos al análisis de frecuencias clásico, que nos permitan asumir la dinámica de los fenómenos en la naturaleza.
Figura 1 Estimación del cuantil para una probabilidad anual de excedencia de 0.01 para el periodo 1950-2007
REFERENCIAS
Chow, V.T., Maidment, D.R., Mays, L.W., 1988. Applied Hydrology. New York. Khaliq, M.N., Ouarda, T.B.M.J., Ondo, J.C., Gachon, P., Bobée, B., 2006. Frequency analysis of a sequence of
dependent and/or non-stationary hydro-meteorological observations: A review. Journal of Hydrology 329, 534-552. Milly, P.C.D., Betancourt, J., Falkenmark, M., Hirsch, R.M., Kundzewicz, Z.W., Lettenmaier, D.P., Stouffer, R.J., 2008.
Stationarity is dead: Whiter water management? Science 319, 573-574. Rigby, R.A., Stasinopoulos, D.M., 2005. Generalized additive models for location, scale and shape. Journal of the Royal
Statistical Society: Series C (Applied Statistics) 54, 507-554. Villarini, G., Smith, J.A., Napolitano, F., 2010. Nonstationary modeling of a long record of rainfall and temperature over
Rome. Advances in Water Resources 33, 1256-1267.
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Análisis de estrategias frente a sequías mediante modelos hidro-económicos a escala de cuenca. Aplicación a la cuenca del río Júcar.
Tema B (primera opción), tema M (segunda opción) Antonio López Nicolás, Manuel Pulido Velázquez
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente, Universitat Politècnica de València, Valencia, España
([email protected], [email protected])
La Directiva Marco del Agua (DMA) recoge la importancia de tener en cuenta los efectos que las sequías generan en un sistema, promoviendo un uso sostenible del agua. Es imprescindible tener en cuenta las sequías a la hora de gestionar un sistema de explotación. Durante éstas los embalses pueden alcanzar volúmenes mínimos, los niveles piezométricos de los acuíferos pueden descender bruscamente por el aumento de los bombeos, y los valores de las garantías de las demandas disminuyen. Como consecuencia de estos efectos las pérdidas económicas que se producen durante estos períodos de fenómenos extremos pueden ser muy elevadas; por ejemplo, grandes pérdidas económicas asociadas a la destrucción de cosechas por falta de agua.
Por todo esto se hace necesario disponer de una serie de herramientas que permitan calcular el coste, o las pérdidas económicas, de no suministrar el 100% de la demanda a los distintos usuarios, o coste de escasez. También hay que definir una serie de indicadores que muestren cuando la cuenca se encuentra en situación de sequía y con qué severidad. Es interesante no sólo conocer los efectos económicos de las sequías históricas que una cuenca haya podido sufrir, sino también analizar probabilísticamente los posibles efectos de sequías venideras, con el fin de estimar costes y beneficios de posibles actuaciones.
En esta línea se presentan dos nuevas herramientas: SIMGAMS y OPTIGAMS que se encuadran dentro de los denominados modelos Hidro-Económicos. Éstos realizan un análisis integrado a escala de cuenca de masas de agua, demandas e infraestructura disponible, estudiando simultáneamente la ingeniería, la hidrología y la economía (Pulido-Velazquez et al., 2008; Harou et al., 2009).
SIMGAMS es una herramienta que permite desarrollar modelos de simulación a escala de cuenca. Esta herramienta permite realizar la gestión de los recursos hídricos disponibles, en función de prioridades y/o reglas de operación, entre todos los usuarios: demanda urbana, demanda agrícola, centrales hidroeléctricas, etc.
Tiene implementada una función objetivo análoga a la de SIMGES (Andreu et al., 1996) basada en la penalización de los déficits de suministro a las demandas y de caudales ecológicos, beneficios de volumen almacenado en los embalses y coste de los bombeos adicionales. Una vez se hayan distribuido los recursos del sistema a los diferentes usuarios se pueden calcular los costes de escasez que estos suministros producen. Para calcular estos costes se emplean las denominadas curvas de demanda, o funciones económicas que
representan la relación entre el suministro del agua (hm3) y su valor marginal (€/m3). Éstas presentan expresiones diferentes en función del tipo de demanda. De esta manera se puede conocer el efecto económico tanto en los períodos de sequías como en períodos no tan extremos, de no suministrar el 100% de las demandas de todos los usuarios del sistema analizado por escasez del recurso hídrico.
OPTIGAMS es una herramienta que permite desarrollar modelos de optimización para gestionar el recurso con criterios económicos en un período determinado. Esta herramienta tiene implementada una función objetivo que minimiza los costes de escasez, calculados mediante las curvas de demanda, de todas las demandas del sistema. De esta manera se obtienen unos resultados que son los más eficientes desde un punto de vista económico. Ésta herramienta tiene en cuenta el efecto económico de las sequías en la gestión del recurso, ya que evalúa todo el período de estudio simultáneamente. Este efecto es no lineal con el déficit, lo cual obliga al diseño de estrategias de gestión que se anticipen a las sequías, estableciendo restricciones anticipadas al suministro en función del riesgo de sequía. La no linealidad de las pérdidas con el déficit es incorporado de forma explícita en el modelo mediante las curvas de demanda.
Ambas herramientas, SIMGAMS y OPTIGAMS, han sido aplicadas a la cuenca del río Júcar. El uso combinado de la simulación y la optimización nos permite, en primer lugar, analizar el impacto económico de las sequías en términos de escasez, y en segundo lugar, diseñar estrategias óptimas de gestión (optimización) que serán comprobadas y refinadas mediante la simulación (evitando además la distorsión ocasionada por la predicción perfecta). Además, los modelos hidroeconómicos nos van a permitir diseñar y simular los beneficios de la aplicación de diversos instrumentos económicos, como por ejemplo, precios del agua que incorporen el coste marginal de oportunidad del recurso a escala de cuenca (ej. Pulido-Velazquez et al., 2013).
Referencias:
Andreu, J., J. Capilla y E. Sanchís, 1996. AQUATOOL, a generalized decision support system for water-resources planning and management, Journal of Hydrology, 177, 269-291. Pulido-Velázquez, M., Andreu, J., Sahuquillo, A., and Pulido-Velázquez,D. (2008). “Hydro-economic river basin modelling: The application of aholistic surface-groundwater model to assess opportunity costs of wateruse in Spain”. Ecological Economics, 66(1), 51-65. Harou, J.J., Pulido-Velazquez, M., Rosenberg, D.E., Medellin-Azuara, J.,Lund, J.R., Howitt, R.E. (2009). Hydro-economic Models: Concepts,Design, Applications, and Future Prospects. J. of Hydrology, 375 (3-4),627–643, doi:10.1016/j.jhydrol.2009.06.037
Pulido-Velazquez, M., Alvarez-Mendiola, E., and Andreu, J. Design of Efficient Water Pricing Policies Integrating Basinwide Resource Opportunity Costs. J. Water Resour. Plann. Manage. (ISSN: 0733-9496). doi: 10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000262
Efecto del Acetaminofén en los tratamientos biológicos (SBR) de una EDAR
Tema B (primera opción), tema C (segunda opción) M.F. López Pérez1, A.M. Amat2, A. Arques2, S. Palacios2, J. Lora García1
1Instituto de Seguridad Industrial Radiofísica y Medioambiental.
2Departamento de Ingeniería Textil y Papelera.
Universitat Politècnica de València
Como ya es bien sabido, uno de los problemas medioambientales más estudiados por la comunidad científica es la contaminación del agua y la gestión que se realiza de la misma. Actualmente, existen numerosas líneas de investigación centradas en el agua residual, de las cuales el estudio del impacto que los medicamentos y productos de higiene personal (comúnmente llamados Contaminantes Emergentes [CE]) que se vierten sobre las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDARs) está teniendo gran profusión, debido en parte, a la incapacidad de las mismas de eliminar estos productos y por tanto, de la presencia de los mismos en los medios naturales [1, 2, 3].
Uno de los sistemas más importantes de depuración que se encuentra en las EDARs son los reactores biológicos ya que son los principales encargados de eliminar del afluente la materia orgánica biodegradable procedente de las ciudades. Uno de los reactores biológicos que además permite la nitrificación y desnitrificación de los efluentes líquidos son los SBR (Sequencing Batch Reactor). Este tipo de reactores tienen ventajas como la comentada anteriormente (eliminación de nitrógeno) además de la versatilidad en los tiempos de reacción y el ahorro de espacio, debido a que no necesitan decantadores secundarios [4].
Estos sistemas biológicos reciben diariamente de los vertidos de los hogares gran cantidad de contaminantes, incluidos entre ellos los CE. Uno de los medicamentos que más se consumen y que además se puede adquirir sin receta médica es el analgésico Acetaminofen (Paracetamol). Este producto es vertido diariamente por la población de las ciudades ya que aproximadamente el 85% de una dosis de 1 g se recupera en la orina en 24 horas. Alrededor del 3% se excreta sin modificación, siendo conjugado principalmente a glucurónido o sulfato. Por ello, el objetivo del presente trabajo es el estudio del efecto del Acetaminofén sobre los fangos activados del SBR y su efecto sobre los parámetros de funcionamiento del reactor.
Los experimentos fueron llevados a cabo en un reactor SBR de 7 Litros. La duración de cada ciclo fue de 12 horas operando con las siguientes fases: 7 horas de fase de reacción aerobia-nitrificación, incluyendo 8 minutos de la fase de llenado. Fase de reacción anóxica-desnitrificación con una duración de 2 horas y 30 minutos, en la que también se producía la extracción del fango (2 minutos), la decantación, cuya duración era de 1 hora y 30 minutos y finalmente, la fase de descarga del efluente o agua clarificada de 9 minutos. Entre fases se mantenía el reactor inactivo durante 51 minutos. El experimento constó de dos partes bien diferenciadas. La primera parte fue la aclimatación a un sustrato completamente biodegradable (con una DQO total de entrada de 300 mg/L), mientras que en la segunda, el reactor se alimentó con el CE elegido en concentración de 5 mg/L.
Se tomaron muestras periódicamente para determinar la concentración de acetaminofén, TOC, además de realizar medidas de sólidos totales en suspensión, concentración de amonio y nitratos. También se realizaron estudios bioindicativos mediante el recuento de protozoos a lo largo del experimental.
La aclimatación del fango activo procedente de la EDAR de Alcoy al sustrato completamente biodegradable se realizó durante 44 ciclos, manteniendo la concentración de solidos totales en el licor mezcla alrededor de 2.500 mg/L, con rendimientos de eliminación de TOC cercanos al 98% y con buena nitrificación. La nitrificación fue completa, con oxidación total de amonio a nitrato.
Como se ha comentado en el apartado de Experimental, la segunda fase del experimento fue incorporar el Acetaminofén al afluente que alimentaba al reactor biológico. En esta etapa, se mantuvieron durante los 44 ciclos que se prolongó el experimento, unos niveles de eliminación de materia orgánica elevada, TOC, mayores
al 95%, siendo la eliminación del acetaminofén en su forma original completa a las 3 horas del comienzo del experimento.
Sin embargo, los procesos de nitrificación se vieron afectados a lo largo del estudio, observándose cambios en la oxidación del amonio (Figura 1a).
Figura 1. (a) Proceso de nitrificación en la fase aerobica del SBR sometido a Acetaminofén. Eliminación de amonio alcanzada en los diferentes ciclos después de 22 días de contacto. (b) % de nitrificación completa teniendo en cuenta la
concentración teórica de nitrato que debería estar presente en el reactor relacionada con el amonio oxidado.
Como puede verse en la figura, la eliminación del amonio experimentó una reducción hasta el ciclo 18, a partir del cual el fango se aclimató al nuevo reactivo. Esto indica que la introducción en las aguas de alimentación al reactor con Acetaminofén afecta principalmente a las bacterias autótrofas que son más sensibles a los contaminantes hasta que, se habitúan a la nueva composición del afluente y retoman de nuevo su actividad. Sin embargo, si se observa la evolución del amonio en cada ciclo (Figura 1b), se observa que no se produce nitrificación completa desde el ciclo 14 y que aunque existe una eliminación completa del amonio, no se oxida totalmente a nitrato. Esto último nos indica, que las bacterias que se ven afectadas en un principio son las bacterias BOA (ammonium oxidizing bacteria) aunque se recuperan, pero que las NOB (nitrite oxidizing bacteria) no son capaces de aclimatarse al contaminante emergente. Por tanto, hay que tener en cuenta que los procesos biológicos de nitrificación son afectados por el Acetaminofén.
Todo ello es corroborado por la presencia de Aspidiscas sp. y Entosiphon sp. cuyo parámetro bioindicativo es asociado a buenas calidades del efluente tratado. Sin embargo hay una ausencia total de Arcella sp. que se asocian a una buena nitrificación.
[1] A.C. Avella, T. Görner, J. Yvon, P. Chappe, P. Guinot-Thomas, Ph. de Donato, A combined approach for a better understanding of wastewater treatment plants operation: Statistical analysis of monitoring database and sludge and sludge physico-chemical characterization, Water Res. 45 (2011) 981-992.
[2] K. Jahan, S. Hoque, T. Ahmed, Activated Sludge and other suspended culture processe, Water Environ. Res. 84 (2012) 1029-1080.
[3] S.D. Richardson, Environmental mass spectrometry: emerging contaminants and current issues, Anal. Chem. 80 (2008) 4373-4402.
[4] Hu, Jun; Zhang, Li L.; Chen, Jian M., Degradation of paracetamol by Pseudomonas aeruginosa strain HJ1012, Journal of environmental science and health. Part A, Toxic/hazardous substances & environmental engineering. 48 (2013), 791-799.
Los autores desean agradecer al Ministerio de Economía y Competitividad el apoyo financiera en la realización del presente trabajo (CTQ2012-38754-C03-02)
Mejoras en la calidad del agua reutilizada a partir de las
aguas residuales de la industria textil.
Tema B (primera opción), tema C (segunda opción)
J.Lora Garcia, J.M. Arnal Arnal, M.F. López Pérez, M.C. Vincent Vela
Instituto de Seguridad Industrial Radiofísica y Medioambiental.
Universitat Politècnica de València (UPV)
La industrias textil, en general, representa un importante problema ambiental debido a su alto consumo de agua.
En la producción de una tonelada de un producto textil se consumen 200-350 m3 de agua. El agua se utiliza tanto
en operaciones específicas como teñido, blanqueado, acabado, y en las operaciones de limpieza. En todas ellas se
requiere una buena calidad del agua, siendo los parámetros de mayor importancia en las aguas residuales textiles
la demanda química de oxígeno (DQO), la conductividad y el color. Los tratamientos más comunes que se
aplican para el tratamiento de dichas aguas incluyen entre sus etapas: tratamiento biológico, precipitación,
coagulación / floculación, flotación, oxidación y adsorción con carbón activo. Sin embargo, la eficacia de estos
tratamientos no es lo suficientemente alta dado que una gran parte de los compuestos orgánicos presentes en las
aguas no pueden ser degradados fácilmente [1]. Como consecuencia, se origina un color residual y valores
elevados de DQO. Además, ninguna de estas técnicas es adecuada para disminuir la salinidad. Por lo tanto, la
tecnología de membranas con sus diferentes procesos de filtración, ha emergido en los últimos años como una
solución alternativa para resolver los problemas planteados por la falta de calidad del agua a la hora de su
reutilización en un contexto de escasez de recursos hídricos y normativa exigente en cuanto a la calidad del agua
reutilizada. En trabajos anteriores, se estudió la ultrafiltración (UF) como un pre-tratamiento de la nanofiltración
(NF) en la reutilización del efluente secundario de aguas residuales textiles con resultados más eficaces que los
obtenidos en el proceso basado exclusivamente en NF [2].. Sin embargo, el principal problema era la
disminución progresiva de la permeabilidad de la membrana de NF como consecuencia del ensuciamiento
irreversible causado por la adsorción de la materia orgánica coloidal. Dicho mecanismo justificaba la muy baja
densidad de flujo o flux de permeado (10 L/m2h) en relación con los datos técnicos de la membrana.
Con el fin de resolver este problema, se planteó un proceso combinado de UF con osmosis inversa (OI) mediante
el uso de membranas de bajo ensuciamiento [3]. Con ello fue posible disminuir el potencial de ensuciamiento de
la membrana de OI al rebajar el SDI (silt index density) del permeado de UF por debajo de 3, y aumentar el flux
hasta un valor estable de 20 L/m2·h. La desventaja de esta nueva propuesta radicaba en el elevado número de
ciclos de limpieza que son necesarios para mantener estable dicho flux. Con el fin de mejorar las prestaciones del
sistema combinado, en este trabajo se plantea el uso de membranas de polifluoruro de vinilideno (PVDF) que
permitan reducir las operaciones de limpieza manteniendo un flux estable dentro de los parámetros
característicos de procesos de osmosis inversa de baja presión (20-30 L/m2·h).
Los experimentos se llevaron a cabo en una planta piloto industrial (Fig. 1) situada a la salida de los efluentes de
una empresa textil ubicada en Valencia (España). Las características más importantes de la corriente de
alimentación en este caso de estudio fueron las siguientes. El pH del efluente siempre se mantuvo entre 7 y 8 en
más del 95% de las medidas. La conductividad osciló entre 6000 y 7500 mS /cm en función de los procesos de
manufactura. Los valores de DQO estuvieron dentro del intervalo de 40 a 90 mg O2 /L. El análisis detallado de
los iones principales en las aguas residuales se corresponde con sodio (1700 mg /L), cloruro (1200 mg /L),
sulfato (1780 mg /L) y bicarbonato (560 mg /L). Se diseñó un trabajo experimental basado en modo de
recirculación por cargas; de esta forma el permeado y concentrado se recirculan al tanque de alimentación. En
cada carga, el depósito de alimentación se llenó con efluente secundario y se ultrafiltró usando un elemento
HFM-180 PVDF 100K Dalton de 4in suministrado por Koch como alternativa a la polietersulfona (PES)
empleada en experimentos anteriores. Los experimentos de OI se realizaron mediante un elemento arrollado en
espiral FILMTEC LP 2540 suministrado por DOW CHEMICAL. La planta piloto se hizo funcionar a una
presión transmembranal (TMP) de 10 bar y un flujo transversal de 0.35m3/ h a 25 º C. Los valores de respuesta
analizados fueron los siguientes: temperatura, flujo de permeado corregida a 20º C, DQO, y el rechazo de la
conductividad. La Figura 2 muestra la evolución del flujo de las membranas de OI para los dos tipos de agua
ultrafiltrada. Los resultados muestran la diferencia en la eficacia del proceso de UF en el comportamiento de las
membranas de ósmosis inversa de acuerdo con su naturaleza química, observándose un incremento del flux
estable para el caso de las membranas de PVDF. El tamaño de poro de esta membrana (0,5 nm) es capaz de
retener el material coloidal que pueden ser adsorbido por la superficie de la poliamida de OI. Las mediciones del
SDI confirmaron una reducción significativa del potencial de contaminación. Las membranas de OI mostraron
un mayor flux estable, lo que representa una mejora sustancial sobre los estudios anteriores, reduciéndose
además el número de ciclos de limpieza necesarios para recuperar el flux. Desde el punto de vista de la
selectividad de la membrana, en ambos casos se obtuvo una reducción de la DQO superior a 99%. Además, el
agua producida por el proceso de OI (<150 S/cm) tiene una mejor calidad que la producida por NF (<200 S/cm).
Figura 1. Esquema de la planta piloto de membranas UF/OI.
Figure 2. Evolución del flux en los experimentos de OI.
Finalmente, se puede señalar que el uso de membranas de PVDF UF como pre-tratamiento de una etapa de OI
contribuye a disminuir en gran medida el ensuciamiento de las membranas. Con ello, es posible reducir las
consecuencias de los mecanismos de ensuciamiento originados en este tipo de agua, y por tanto, mejorar el
rendimiento del proceso propuesto no sólo en la reducción de costes, sino también en la obtención de agua de
mejor calidad para su reutilización en el proceso productivo.
[1] B. Van der Bruggen, G. Cornelis, et al., “Fouling of nanofiltration and ultrafiltration membranes applied for
wastewater regeneration in the textile industry, Desalination, 175 (2005) 111
[2] J.M. Gozálvez-Zafrilla, D. Sanz-Escribano, J. Lora-García, M.C. León Hidalgo. “Nanofiltration of secondary
effluent for wastewater reuse in the textile industry”. Desalination 222 (2008) 272–279
[3] J.Lora Garcia, J.M. Arnal Arnal, F. López Pérez, M.C. Vincent Vela,” Enhancing the effectiveness of textile
effluents treatment for water reclamation”. ANQUE INT. CONG.OF CHEMICAL ENGINEERING T7-76.
ISBN: 978-84-695-3536-3 Sevilla (2012).
Los autores desean agradecer al Vicerrectorado de Investigación de la UPV el apoyo financiero en la realización
del presente trabajo.
1
2
3 4
5
66
7
8
1 Tanque de alimento 5 Módulo de membrana
2 Intercambiador calor 6 Manómetro
3 Filtro cartucho 5 µm 7 Válvula de control4 Bomba presión 8 Rotámetro
Sistemas de Ayuda a la Decisión para la optimización de la
gestión de Sistemas de Recursos Hídricos con incertidumbre
en las aportaciones
Tema B (primera opción), tema D (segunda opción)
Héctor Macián-Sorribes1, Manuel Pulido-Velázquez
2
1,2 Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA). Universitat Politècnica de
València (UPV)
Durante décadas la optimización de sistemas de recursos hídricos ha focalizado el interés
de los investigadores debido a la necesidad, cada vez mayor, de un uso del recurso hídrico
más eficaz y eficiente. Sin embargo, no existe un procedimiento directo para la definición de
reglas de operación a partir de la aplicación de algoritmos de optimización. Esto, junto con
otras razones como las limitaciones de la predicción perfecta por el conocimiento a priori de
la serie hidrológica que asume la optimización determinista, ha creado una brecha entre teoría
y práctica en la gestión de sistemas de recursos hídricos. La predicción perfecta conlleva una
sobrevaloración de los resultados obtenidos, lo que provoca que los algoritmos de
optimización determinista sean vistos como un “techo ideal” sin posibilidades de ser
alcanzado en la práctica, lo que resta valor a sus resultados. Por ello en no pocas aplicaciones
los algoritmos de optimización determinista son incluidos simplemente con fines
comparativos o como método para obtener información sobre un sistema. Son vistos, en
definitiva, como una herramienta más cercana a la teoría que a la práctica, cuyos resultados no
pueden tomarse como realistas.
Frente a la optimización determinista se halla la optimización estocástica, en la cual la
predicción perfecta es sustituida por un esquema de predicción basado en modelos
autorregresivos o relaciones estadístico-temporales, lo que supone unos resultados con un
mayor grado de realismo. La optimización estocástica, sobretodo su variante dinámica (SDP),
ha venido siendo utilizada durante las últimas décadas en estudios de gestión de recursos
hídricos. Sin embargo, su uso práctico sigue siendo relativamente restringido, frenado sin
duda por el grave inconveniente que supone la práctica inexistencia de herramientas
informáticas de carácter general. Esta inexistencia se justifica, en parte, por la denominada
como “maldición de la dimensionalidad” asociada a la optimización dinámica, y por el hecho
de introducir una componente difícilmente generalizable. Por ello estos algoritmos se han
desarrollado habitualmente ad hoc, lo que ha alejado a los gestores y a parte de la comunidad
científica de esta rama de la optimización.
El propósito de esta contribución es presentar una herramienta informática de carácter
general para la ejecución de algoritmos de optimización estocástica dinámica, denominada
SDP_GAMS. Esta herramienta, programada en el entorno de GAMS (General Algebraic
Modeling System) y con interfaz gráfica de usuario en Microsoft Excel, permite obtener
decisiones óptimas de gestión teniendo en cuenta el estado inicial de un sistema de recursos
hídricos (volúmenes y aportaciones) y la posible hidrología futura, mediante la aplicación de
un algoritmo de optimización estocástica dinámica. El programa resuelve la ecuación
recursiva de Bellman en su forma discreta, mediante una estructura de módulos, facilitando el
estado final óptimo para cualquier estado inicial posible, así como los beneficios asociados a
dicho estado óptimo; organizando los resultados en forma de tablas que pueden ser
posteriormente transformadas en reglas de operación de forma más sencilla que los
correspondientes a un algoritmo determinista. El usuario debe introducir en el programa los
datos físicos del sistema (embalses, canales, capacidades de tramos, etc.), la malla discreta en
la cual se calculará la ecuación recursiva tanto en volúmenes como aportaciones, los datos
económicos mediante curvas de beneficio o coste, la función objetivo a optimizar (hídrica o
hidroeconómica), y las relaciones estadístico-temporales mediante una cadena de Markov de
orden 1. Su principal ventaja es su capacidad para introducir y resolver sistemas
multiembalse, así como el hecho de no hallarse ligado a ninguna asunción simplificadora
adicional respecto a la optimización determinista, salvo la introducción del esquema de
predicción en la forma de una cadena de Markov.
El programa se compone de cinco módulos interconectados entre sí pero con
funcionamiento autónomo. Los dos primeros módulos son utilizados en la introducción de
datos, reorganizando los mismos y definiendo las variables internas necesarias para el cálculo
de la ecuación recursiva. El tercer módulo, el módulo de optimización, contiene la definición
de las variables y ecuaciones del problema, y realiza el cálculo de los beneficios o costes
asociados a cualquier transición entre estados dentro de la malla discreta, organizando los
resultados para su introducción en el cuarto módulo. Este cuarto módulo, módulo de
recursión, resuelve la ecuación recursiva de Bellman, obteniendo las decisiones óptimas para
cualquier posible estado inicial que, en los nodos de la malla, pueda producirse. El último
modo, el de obtención de resultados, genera las tablas de políticas y beneficios óptimos, con
el fin de facilitar su conversión en reglas de operación de embalses.
Se ha comprobado el funcionamiento del algoritmo mediante un ejemplo correspondiente
al sistema de explotación del río Mijares (España). Las aportaciones históricas al mismo han
sido discretizadas en una malla de dieciséis puntos, relacionadas estadísticamente mediante
una cadena de Markov de orden 1. Los volúmenes han sido discretizados a su vez en una
malla de noventa y un puntos. Dicho sistema ha sido simulado utilizando las reglas de
operación actuales (predominio de los riegos tradicionales y existencia de una curva de
reserva aplicada al suministro de los mixtos), mediante un algoritmo de optimización
determinista cuya función objetivo consiste en la maximización de beneficios económicos; y
mediante SDP_GAMS utilizando los datos anteriores. Tras la obtención de las políticas
óptimas mediante el algoritmo SDP, se ha utilizado un sistema lógico difuso para interpolar
las mismas en todo el dominio de las variables volumen y aportación.
La comparación de resultados obtenidos, tanto para la serie completa (periodo 1940-2008)
como para la peor sequía registrada (periodo 1977-1986), mediante las tres metodologías
arroja una mejora en los beneficios alcanzados mediante la adopción de las reglas de gestión
obtenidas a partir de SDP_GAMS, cuyo rendimiento se halla más cercano al obtenido
mediante la optimización determinista (que sí implementa la predicción perfecta). Este hecho
valida la herramienta informática, así como el proceso de obtención de reglas de gestión a
partir de algoritmos SDP, para definir gestiones del recurso más eficientes, eficaces y
sostenibles. Los resultados obtenidos con SDP_GAMS resultan adecuados y pueden ser
convertidos fácilmente en reglas de gestión con un rendimiento económico superior al
alcanzado empleando reglas de operación basadas en prioridades y curvas de reserva, siendo
el software una herramienta especialmente útil para establecer nexos entre simulación y
optimización, mejorando las reglas de gestión bajo principios económicos y ofreciendo
resultados más cercanos a la realidad que un algoritmo determinista.
La optimización de las estructuras hidráulicas de la C. H. Reversible de Belesar III mediante el uso de la Dinámica de
Fluidos Computacional
Tema B, tema D Ana Martín, Javier Baztán
Gas Natural Fenosa Engineering
[email protected], [email protected]
Luis Cea, Jerónimo Puertas, María Bermúdez, André Conde
Grupo de Ingeniería del Agua y del Medio Ambiente, Universidad de A Coruña
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
En los últimos años, se han producido considerables avances en la dinámica de fluidos computacional (CFD), que permiten su aplicación a nuevos problemas que anteriormente sólo podían ser abordados desde el punto de vista experimental. Un ejemplo de estos problemas es la modelización del flujo en estructuras hidráulicas complejas, como las que se diseñan para las centrales hidroeléctricas reversibles. En esta comunicación se describen las posibilidades que ofrecen las herramientas de modelización numérica actuales en el proyecto de este tipo de centrales, utilizando como ejemplo la central hidroeléctrica reversible de Belesar III.
El aprovechamiento hidroeléctrico de Belesar III se concibió a la vista de la favorable ubicación del embalse de Belesar y del embalse de Os Peares, ambos en el río Miño. La planta tiene una potencia de 215 MW, un caudal de equipamiento de turbinación de 180 m3/s y un caudal de equipamiento de bombeo de 170 m3/s. Para la definición de sus características técnicas se han elaborado modelos numéricos hidrodinámicos de los siguientes elementos: la toma superior en el embalse de Belesar, la toma inferior en el embalse de Os Peares, la chimenea de equilibrio y los bifurcadores (Figura 1). El software empleado ha sido el ANSYS-CFX, un programa comercial de Dinámica de Fluidos Computacional de tipo Euleriano, basado en la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes con el promediado de Reynolds.
Figura 1. Esquema del proyecto de Belesar III.
Con ayuda de los modelos numéricos se han estudiado diferentes geometrías de las estructuras y se han contemplado distintos escenarios de funcionamiento de la central. En el caso de las tomas de los embalses, se han analizado los patrones de flujo tridimensionales y las distribuciones de velocidad tanto en la estructura como en sus proximidades, identificando fenómenos hidráulicos adversos. Esto ha contribuido a definir su ubicación, los niveles de excavación necesarios y su geometría. Además, la construcción de un modelo físico complementario ha permitido validar los resultados del modelo numérico. En el caso de los bifurcadores, se han elaborado modelos numéricos para optimizar la geometría de la unión entre los ramales, de forma que presenten
un comportamiento adecuado en los dos modos de funcionamiento de la central (turbinación y bombeo). Para ello, se han analizado las pérdidas hidráulicas proporcionadas por el modelo en los distintos escenarios. Por último, se ha modelizado el flujo no estacionario en la chimenea de equilibrio, considerando diferentes escenarios de arranque de bombas y paro de turbinas. De esta forma se han definido los niveles máximos y mínimos que alcanza la lámina libre, así como el campo de velocidades y presiones del agua, en cada caso.
Los resultados muestran el potencial de los modelos CFD como herramienta complementaria de diseño para los proyectos de centrales hidroeléctricas reversibles. Se comprueba cómo es factible en la actualidad emplear este tipo de modelos para optimizar el diseño de las diferentes estructuras hidráulicas e identificar posibles problemas de funcionamiento en una etapa muy temprana del proyecto, con un coste además muy reducido.
Gestión y ahorro mediante decisión en tiempo real para
redes de Abastecimiento: IWLive
Tema B (Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía
hidroeléctrica),
Tema C (Agua y ciudad)
Eduardo Martínez1 Paloma Batanero Akerman
1
1E.T.S.I. Caminos, C Y P (UPM)
[email protected] [email protected]
Hoy en día no se puede concebir la gestión de una red de abastecimiento sin un modelo matemático que
represente los activos de los que se dispone y su funcionamiento.
Desde hace ya varias décadas, las empresas suministradoras de agua potable o las gestoras municipales y de
regadío han comprendido la importancia que tienen estos modelos, por lo que han invertido tiempo y dinero en
completarlos para que representen fielmente la realidad de sus infraestructuras, sirviéndose de ellos para conocer
el comportamiento de su red ante posibles cortes, reparaciones o cambios en la demanda de los abonados.
Sin embargo, la situación actual, en la que resulta cada vez más crítico el aprovechamiento de los recursos
disponibles, tanto medioambientalmente (ahorro de agua y de energía), como económicamente, obliga a los
gestores a analizar muchos datos simultáneamente.
Estos datos llegan desde muy diversas fuentes, esperándose que el operador los interprete rápidamente, sean
incorporados al modelo matemático para obtener un resultado e inmediatamente se obtenga una respuesta para la
administración de la red.
De la correcta interpretación de estos datos depende que la gestión sea adecuada. Pero en la coyuntura actual no
se admiten resultados aceptables, sino que se ha de tender a un óptimo de ahorro de costes. Para conseguirlo
habrá que apoyarse en modelos que puedan recibir todos estos datos e incorporarlos en tiempo real al modelo,
ordenando las sucesivas versiones y cambios para que no se abandonen.
Además, los modelos tienen que ser capaces de interpretar resultados, comparándolos con umbrales de
funcionamiento definidos por el operador, avisando sólo en el caso en que no se cumplan, ordenando estas
alarmas con diversos niveles de prioridad para que la gestión sea más eficiente.
Con este propósito se ha desarrollado un nuevo programa de soporte a la decisión en tiempo real para redes de
abastecimiento, InfoWorks Live, que parte de modelos hidráulicos creados en InfoWorks WS, generando una
base de datos propia en la que se consigue la gestión integral del sistema de abastecimiento, incluyendo todos los
datos de telemetría, calendarios, datos de previsión meteorológica y gestor de simulaciones de previsión,
pudiéndose controlar desde un interfaz sencillo para el operador.
Además, tiene un módulo de optimización de costes permitiendo de forma automática encontrar la mejor
programación de las estaciones de bombeo para minimizar los costes eléctricos, teniendo en cuenta los
condicionantes hidráulicos, los niveles iniciales en depósitos, las tarifas eléctricas y la previsión de la demanda.
También tiene un módulo que permite ayudar a la localización de las fugas y las roturas, basándose en análisis
estadísticos de las series temporales.
En esta comunicación se expondrá la gran cantidad de datos (consumos, resultados, presiones, reparaciones,
estado de los bombeos, etc.) que reciben los operadores de una red de abastecimiento y la importancia que tiene
el poderlos interpretar rápida y eficientemente para optimizar la gestión de las infraestructuras. Se hará hincapié
en la importancia de contar con herramientas ágiles para la toma de decisiones en tiempo real.
Se explicará cómo la gestión ideal de una red de abastecimiento debería incluir tanto la respuesta ante las
emergencias, como la optimización de la red, incorporando criterios de ahorro de energía o económicos, la
planificación de campañas de reparación y mantenimiento, etc.
Para demostrar el potencial de este programa de gestión en tiempo real y los beneficios asociados a su inclusión
en la operación de una red de abastecimiento, se presentará un ejemplo.
Evaluación hídrica y energética en jardinería. Aplicación a los jardines de la UPV.
Tema B (primera opción), tema C (segunda opción) Martínez Gimeno, M.A., Manzano, J., Balbastre Peralta, I., Garcia-Serra, J.
Universitat Politecnica de Valencia.
Según datos del INE para el año 2010 sobre volúmenes de agua suministrados a redes públicas, descontando los usos agrícolas, el consumo municipal de agua en España ronda el 9% del total del consumo total de agua; buena parte de este volumen se destina a jardinería urbana. Por otro lado, la Asociación Española de Parques y Jardines, cuantificando el uso de agua en jardinería constató consumos muy dispares, desde 2 hasta 17 l/m2/día en la época de máximas necesidades. Estos datos de partida asociados a la gestión de jardines sirven para señalar la importancia de ajustar al máximo la cantidad de agua y la energía asociada requeridas.
Para conseguir un riego eficiente debe definirse correctamente la dosis de agua a aplicar pero también es preciso aportar agua con una alta uniformidad de aplicación, evitar pérdidas por percolación o escorrentía y que la programación (intervalo y duración) sea correcta. La experiencia demuestra que, muy habitualmente, existen deficiencias en diseño (tanto agronómico como hidráulico), selección y ajuste de emisores y boquillas o mantenimiento de la instalación hidráulica (o de automatización en su caso). Por otro lado y puesto que los emisores de riego son dispositivos que proporcionan un caudal y alcance variables según la presión que estén recibiendo, estando agrupados en subunidades homogéneas, queda claro que la respuesta agronómica está directamente condicionada por el manejo hidráulico de la instalación.
En cualquier caso, para tomar las decisiones adecuadas sobre la instalación del sistema de riego y su manejo, resulta altamente recomendable la evaluación o auditoría periódica de las zonas verdes. Esta evaluación agronómico-hidráulica del sistema requiere la toma de datos de campo, incluyendo inventario y descripción de elementos, caracterización de la pluviometría y desarrollo de un modelo matemático de la red de distribución de agua hasta las parcelas. Este último aspecto debe cuidarse bien, puesto que la determinación correcta de la relación entre el caudal suministrado a la subunidad de riego y la presión recibida en las mismas resulta clave en la cuantificación real del agua aplicada y de la energía necesaria para ello.
Existen numerosos indicadores que permiten determinar la bondad de un sistema de riego considerando la aplicación del agua. Así, se puede emplear la Uniformidad de Distribución, el Coeficiente de Uniformidad de Cristiansen o el Coeficiente de Programación; también pueden ser aplicados otros índices más asociados al manejo, como el Índice de Riego o la Eficiencia de Operación.
Del mismo modo, también existen diferentes opciones para analizar la gestión energética de una red de distribución de agua de riego. Pueden utilizarse indicadores generales, como los propuestos por el IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía), para establecer la Eficiencia Energética Global. Otras metodologías permiten discriminar entre la energía disipada en transporte, válvulas, hidrantes, etc., por medio de sus correspondientes índices clasificados.
Como resultado de estas evaluaciones, surgen las propuestas de mejoras en la gestión del riego de las zonas verdes. Por ejemplo, pueden definirse diferentes agrupaciones de los sectores de riego, variación en los tiempos de aplicación, ajuste de presiones, incorporación de bombas de velocidad variable, etc. En el presente trabajo se revisa la metodología de evaluación hidráulico-agronómica para zonas verdes y se presentan resultados de distintos factores analizados en las zonas verdes de la Universidad Politécnica de Valencia. El área ajardinada se extiende sobre una superficie próxima a las diez hectáreas de pradera combinada con árboles y arbustos. La instalación se abastece desde dos pozos existentes en el mismo Campus, alimentando más de 22 km de tuberías ejecutadas en acero galvanizado, PVC y PE. Para el riego en parcela se emplean principalmente aspersores y difusores emergentes.
Contraste de métodos de estimación de evapotranspiración real desde teledetección en una zona semiárida.
Tema: Hidrología, usos y gestión del agua.
José Ángel Martínez Pérez1, Sandra G. García Galiano1, Bernardo Martín Gorriz2 y Alain
Baille2
Universidad Politécnica de Cartagena, 1Grupo de I+D Gestión de Recursos Hídricos 2Grupo Diseño y Gestión en Agricultura de Regadío, Paseo Alfonso XIII, 52. 30203 Cartagena,
La evapotranspiración es una componente relevante en los balances de energía y de
agua. Por ello, determinar su distribución espacial es importante, no solo para evaluar necesidades de agua de los cultivos, analizar procesos climáticos y salinización de suelos, sino también para estudios sobre el ciclo hidrológico a escala de cuenca. Esta información espacial resulta de gran interés particularmente en zonas semiáridas, donde el déficit hídrico constituye una seria restricción en el desarrollo sostenible. La Cuenca del Río Segura, localizada en el Sureste de España, se caracteriza por un clima semiárido. Esta cuenca ha experimentado profundos cambios en el uso del suelo debidos en gran parte a un incremento de la superficie regada en zonas donde no existen cauces de régimen permanente. Los agricultores han tenido que recurrir a la extracción de aguas subterráneas para cubrir la demanda, lo que ha generado la sobreexplotación de acuíferos en zonas de regadío intensivo. En este contexto, el seguimiento y la cartografía de la evapotranspiración real (ETreal) a partir de información satelital representan una fuente de información de sumo interés para identificar zonas regadas con problemas de estrés hídrico, realizar recomendaciones de riego o para derivar componentes del balance hídrico.
En este trabajo, se presentan y validan dos métodos operacionales para la estimación
de ETreal a partir de imágenes satelitales (Landsat 5 TM). Estos métodos y algoritmos derivados necesitan poca información complementaria en el terreno, de ahí su interés y su funcionalidad para aplicación a varias escalas (parcela, distrito de riego, cuenca). Las imágenes proporcionadas por el satélite Landsat 5 TM ofrecen una resolución espacial adecuada para estudios a escala de parcelas cultivadas. Necesitan la aplicación de correcciones radiométricas a las imágenes: atmosféricas, emisividades, máscaras de nubes, y corrección topográfica en base a un Modelo Digital de Elevaciones (MDE) y sus atributos topográficos derivados. Mediante estas correcciones se obtienen la temperatura de brillo de la superficie, LST, el índice de vegetación NDVI (Normalised Difference Vegetation Index) y demás variables requeridas para la aplicación de los algoritmos (albedo, fracción de cobertura vegetal y emisividad, entre otras).
El primer algoritmo considerado se basa en un método gráfico de interpretación del espacio LST vs NDVI. El análisis de este espacio, generalmente de forma triangular, permite identificar dos rectas delimitando (i) condiciones de suelo seco (LSTmax), y (ii) condiciones no limitantes de agua (LSTmin). La posición relativa de los pixels o celdas dentro del espacio refleja la magnitud del proceso de evapotranspiración. Este algoritmo considera una fuente única de agua (vegetación más suelo), por lo que no puede distinguir entre evaporación del
suelo y la de la vegetación. El segundo algoritmo es un modelo a dos fuentes, basado en los balances de energía de la vegetación y del suelo, considerados separadamente. Este tipo de modelo presenta la ventaja de poder discriminar entre evaporación del suelo y transpiración del cultivo. Necesita más datos de entrada que los métodos gráficos, en particular, se requiere la velocidad del viento para el cálculo de las resistencias aerodinámicas de superficie. El algoritmo elegido (Modelo 3T) se basa en el cálculo de dos temperaturas de referencia (temperatura de suelo seco sin evaporación, y temperatura de vegetación seca sin transpiración), lo que permite evitar el cálculo de las resistencias aerodinámicas.
En una primera etapa, se ha validado los dos algoritmos con medidas de ETreal llevadas
a cabo con la técnica de covarianza de remolinos en dos parcelas de naranjos del Campo de Cartagena (ubicada en la Cuenca del Río Segura). En una segunda etapa, las estimaciones de ETreal se han incorporado en un Sistema de Información Geográfica, que permite obtener su distribución espacio-temporal, así como la de otros parámetros de superficie (índices de vegetación). Se han contrastado la calidad y representatividad de la información espacial proporcionada por los dos algoritmos, y sus respectivas ventajas e inconvenientes para el desarrollo de aplicaciones operacionales.
Metodología de definición de reglas de operación de sistemas de embalses durante sequías
Tema B (Hidrología, usos y gestión del agua), Tema M (La protección contra los riesgos hídricos)
Luis Mediero1, Luis Garrote1, Martín Rodriguez2, Elena Martínez2, Antonio Moya2
Depto. de Ingeniería Civil: Hidráulica y Energética – ETSICCP – UPM
INCLAM S.A.
[email protected], [email protected] , [email protected], [email protected], [email protected],
En este trabajo se realiza una propuesta metodológica para la determinación de las reglas de operación de sistemas de embalses en situaciones de sequía que cumplen una determinada condición de optimalidad.
Se parte de la aplicación de la técnica de análisis de riesgo para identificar un conjunto de volúmenes acumulados en los embalses del sistema asociados a un determinado nivel de riesgo de no poder atender la demanda.
La metodología propuesta consiste en un procedimiento de búsqueda entre el universo de niveles que permite identificar los umbrales más apropiados para la implantación de medidas de gestión y cuantificar el ahorro de agua necesario en cada tipo de demanda para conseguir maximizar una función objetivo asociada a la explotación del sistema. La función objetivo discrimina entre los distintos tipos de demanda y penaliza en mayor medida los déficits mayores, para intentar evitar el agotamiento completo de las reservas.
El procedimiento aplicado se basa en la programación dinámica, estableciendo inicialmente una regla de operación con un único umbral, a la que se van añadiendo sucesivamente reglas adicionales hasta que se alcanza un valor límite o hasta que no se logra mejorar el valor de la función objetivo.
La metodología se ha aplicado a diez sistemas de explotación españoles, definiendo en todos ellos las reglas óptimas de operación en sequías a partir de un conjunto de 100 posibles niveles de activación identificados definiendo niveles de déficit y garantía en el sistema para un horizonte temporal de un año.
En todos los sistemas se han obtenido resultados satisfactorios, mejorando la función objetivo entre un 30% y un 80% por término medio. La mayor parte de la mejora se obtiene mediante la aplicación de la primera regla de operación. En algunos casos podría ser necesario contemplar horizontes de actuación mayores que un año para mejorar la operación del sistema.
El principal resultado de la investigación es el desarrollo de una metodología general de de análisis que permite obtener una solución satisfactoria en un tiempo de computación aceptable. Con la metodología propuesta se pueden obtener las reglas óptimas de operación en sequía para cualquier sistema del que se conozca los datos necesarios para realizar su modelación.
Políticas de operación en un sistema de presas en cascada
con coeficientes de penalización diferenciados en las etapas
del año
(B),(D)
Rosalva Mendoza Ramírez, Ramón Domínguez Mora y Maritza Liliana Arganis Juárez
Instituto de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México
[email protected]; [email protected]; [email protected]
1. INTRODUCCIÓN
El Sistema Hidroeléctrico del río Grijalva (SHRG) forma parte del Sistema Nacional de Energía de México, es
uno de los más importantes contribuyendo con casi el 42% de la energía generada a nivel nacional. El complejo
de presas comienza en la parte alta del estado de Chiapas y termina en la planicie del estado de Tabasco. Las
cuatro presas que conforman el sistema (Figura 1) La Angostura, Chicoasén, Malpaso y Peñitas fueron
construidas entre los años sesenta y setenta del siglo pasado.
Figura 1.- Perfil de las presas del SHRG (CONAGUA, 2012)
En el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México desde la década de los noventa del
siglo pasado se han estudiado distintas políticas de operación (PO) que optimicen el manejo del sistema: por un
lado se busca generar la mayor cantidad de energía eléctrica y por el otro disminuir la presencia de eventos no
deseados, a saber: derrames, déficits y exceder límites, tanto superiores como inferiores, de niveles de
almacenamiento que las dos dependencias federales, Comisión Federal de Electricidad (CFE) y la Comisión
Nacional del Agua (CONAGUA), encargadas del manejo del sistema establecen. Estos niveles de
almacenamiento están definidos por dos curvas guía (CG): una llamada alta (CGA) y la otra baja (CGB). Tras
varios ensayos (Mendoza et al, 2012) se encontró la combinación de valores que redundó en la mejor política de
operación. Se decidió ahora, variar para cada etapa, los valores de los coeficientes de penalización para eventos
no deseados y probar 2 ensayos para definir las PO y simular el funcionamiento del sistema. La metodología que
se empleará para obtenerlas es la de la programación dinámica en su versión estocástica (PDE) y los resultados
se compararán con los de la mejor PO reportada en un estudio del 2012 en el que todos los valores de
penalización se mantenían constantes en las etapas (Mendoza et al, 2012).
2. METODOLOGÍA
La Angostura y Malpaso (Figura 1) son las presas con mayor capacidad en el sistema y las diferencias que
resultan al compararlas con las de Chicoasén y Peñitas son grandes, esto permite trabajar con un sistema
equivalente formado por las dos presas de mayor capacidad, pero considerando la carga disponible en las dos
restantes. La metodología que se ha usado en el II para determinar políticas de operación es la PDE, la cual toma
K I L O M E T E R S
U.C.=13169 hm3
500
U.C.=251 hm3
400
300
200 U.C.=9600 hm3
100 U.C.=130 hm3
M
E
T
E
R
S
A.
S.
L.
108.00 104.00 81.00 72.00
ANGOSTURA
CHICOASEN
MALPASO
PEÑITAS
en cuenta el carácter aleatorio de los volúmenes de ingreso al embalse y es de las técnicas más empleadas en el
manejo de presas. El objetivo es maximizar el beneficio esperado (Merwade et al, 2001) y para lograrlo requiere
definir una función objetivo (FO) que considere por una parte los máximos beneficios por generación y por otra
la disminución de los eventos no deseados. Además de la FO se definen las restricciones del problema y la meta
final es obtener las extracciones óptimas, k*, correspondientes al beneficio óptimo para cada presa; dichas
extracciones se expresan como volúmenes de agua a extraer de cada embalse, dependiendo del nivel en que se
encuentren y de la época del año. Inicialmente se propuso como FO la maximización del valor esperado del
beneficio total por generación, imponiendo penalizaciones por déficit o derrames en el sistema formado por las
presas de La Angostura y Malpaso, esto es:
[1]
Donde E () es el operador del valor esperado, i el subíndice que identifica a la presa (i=1 es La Angostura, i = 2
es Malpaso), n es la etapa, NP es el número de presas (2 en este caso), GE es la energía generada, Der es la
magnitud del derrame y Def la del déficit, Cder y Cdef son los valores de los coeficientes para penalizar derrames
y déficits en cada etapa, respectivamente. Para tomar en cuenta las CG (cada presa tiene una CGA y una CGB),
se propuso variar para cada etapa y para cada embalse el valor de los coeficientes de penalización en el caso de
que se rebase (CGA) o se esté por abajo (CGB) de ellas. La FO se calcula ahora como: a) Para el caso de rebase
(curva alta): Si > entonces ; b) Si se queda por abajo de la curva guía baja: Si
< entonces , siendo j el almacenamiento al final del intervalo de tiempo, i la presa, n la
etapa CA y CB los coeficientes de penalización por rebasar la CGA y por quedar abajo de la CGB,
respectivamente. La POO se obtiene usando las ecuaciones recursivas del método de la PDE.
3. APLICACIÓN Y RESULTADOS
Se definieron 2 ensayos, con cada uno de ellos se obtuvieron las PO y se simuló el funcionamiento del sistema,
usando los registros históricos de los volúmenes de ingreso, poniendo especial cuidado en los resultados
arrojados por las variables: energía generada promedio, déficit, derrame y almacenamiento mínimo registrado.
Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Resumen de resultados
4. CONCLUSIONES
Los primeros ensayos han mostrado que al variar el valor de los coeficientes para penalizar eventos no deseados
en lugar de mantenerlos constantes durante el proceso de optimización, se obtiene una mejor regla de operación
para el SHRG. De las variables en las que se quiere tener más control, la que tiene una respuesta de mejoría muy
favorable es la del derrame, que se reduce sensiblemente respecto al obtenido con el mejor ensayo del estudio del
2012.
5. REFERENCIAS
Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). (2012). Boletín Hidroclimatológico y de Presas. Disponible en:
www.conagua.gob.mx/dltab/
Mendoza, R., Arganis, M. y Domínguez, R., (2012). Influencia de curvas guía en las políticas de operación
para el manejo de un sistema hidroeléctrico. XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica. 9-12 septiembre,
2012, San José, Costa Rica. Ed. Rafael E. Murillo M. Ph. D. ISBN: 978-9968-933-06-3
Merwade, V. y McKinney, D. (2001). Stochastic Optimization in Reservoir Planning and Design-A literature
Review. Course Notes, CE 385D, Spring.
Déficit Alm mínimo
La Angostura 0 4610.47 279.71
Malpaso 0 2311.02 193.5
Déficit Alm mínimo
Ensayo 1
La Angostura 0 3721.85 279.56
Malpaso 0 2124.04 192.99
Déficit Alm mínimo
Ensayo 2
La Angostura 0 3882.19 279.52
Malpaso 0 2233.23 192.96
Ensayo g (2012)Derrame
Derrame
*EP (GWh/quincena) (millones de metros cúbicos)
576.32
1574.42
variando las penalizaciones por etapa para los coficientes de eventos no deseados
129.94
968.25
* EP = Energía generada promedio
*EP (GWh/quincena) (millones de metros cúbicos)
132.47
924.43
Derrame*EP (GWh/quincena)
(millones de metros cúbicos)
NUEVOS METODOS PARA MODELACION EN CALIDAD DEL AGUA Y
SU APLICACIÓN PRÁCTICA CON TRAZADORES
Tema B. Hidrología, usos y gestión del agua, Tema C. Agua y ciudad
Duvan Javier Mesa Fernández, Universidad Manuela Beltrán, Bogotá, Colombia
Alfredo José Constain Aragón, Hydrocloro Technologies, Bogotá, Colombia
Resumen:
Cada vez es más crítica la relación entre la gestión del agua y su impacto sobre las ciudades, especialmente en lo
concerniente a la CALIDAD DEL AGUA. Dada la complejidad de los factores actuantes en estos procesos de
deterioro del recurso el uso de modelos de alto nivel para conceptualizar, analizar, predecir y simular diversos
escenarios es imprescindible. Aunque se han logrado avances muy significativos en el uso de paquetes de
software y en la disponibilidad del arsenal matemático para refinarlo, persisten aun ciertos problemas
conceptuales que impiden una aplicación universal y precisa, en todos los casos. Uno de estos problemas es la
desconexión entre dos campos muy importantes de la interpretación del movimiento integrado del agua los
cuales son la hidráulica y el transporte de masa, lo que obliga al especialista a realizar mediciones
independientes para uno y otro campo y a tratar de enlazarlas mediante ecuaciones semi-empiricas, con las
dificultades que esto implica.
En este artículo los autores presentan una ecuación racional que enlaza la velocidad media del flujo (parámetro
hidráulico) con el coeficiente longitudinal de dispersión (parámetro de transporte de masa) permitiendo un
desarrollo mucho más amplio de las ecuaciones de balance de masa que guían los diferentes modelos de calidad
de aguas. Dentro de estas nuevas interpretaciones es posible- entre otras cosas- describir matemáticamente el
desarrollo de las plumas de contaminación desde sus primeros instantes, así como la definición de criterios
numéricos para determinar cuándo dicha pluma logra su completa dilución en la sección transversal del flujo
(condición de “Mezcla completa”), aspectos de vital importancia en el análisis de las contaminaciones hídricas
citadinas.
Se incluye además una experimentación detallada de estos nuevos métodos usando trazadores mediante un
equipo especializado que permite hacer monitoreos en tiempo real.
1.- La ecuación de balance de masa como medio universal de plantear el estudio de la calidad del agua
Desde que V. Streeter y E. Phelps realizaron las primeras modelaciones del movimiento y destino de algunos de
los constituyentes primarios del Rio Ohio en 1925 (Martin J. & McCutcheon S., 1998) se ha hecho cada vez más
necesario la utilización de modelos conceptuales (sean basados en software o no) de los mecanismos de
evolución del flujo y las sustancias que evolucionan en el mismo. Herramienta fundamental de estas
herramientas conceptuales son las ecuaciones diferenciales de balance de masa, una de cuyas versiones más
simples se muestran en la siguiente ecuación (1):
0/Re2
2
sumiderosFuentesacciones
x
CE
x
CU
t
C (1)
Esta relación diferencial establece como el cambio con el tiempo de la concentración de una sustancia en el flujo
cambia es concordante con el movimiento advectivo (hidráulico) del flujo, con el movimiento dispersivo
(transporte de masa), con las reacciones químicas y con los aportes o disminuciones de masa en los volúmenes
de control. Es importante resaltar que la exactitud con la cual se interprete esta ecuación es determinante en la
exactitud de la comprensión de los mecanismos reales mediante los cuales ocurre la evolución de la parcela de
fluido considerada. Corrientemente la correlación entre hidráulica y transporte de masa se considera de manera
general atraves del modelo de Taylor (Fischer H.B, 1966), que liga el flujo de masa con el gradiente de
concentración para una coordenada, con E como coeficiente longitudinal de dispersión, a partir del efecto de la
distribución de velocidades como motor de la separación aleatoria de las partículas de soluto:
x
CEjm
(2)
No obstante lo anterior, el estado del arte solo cuenta con correlaciones semi-empiricas para unir estos campos
en la práctica, como por ejemplo la definición de Elder propuesta en 1958 (Fischer, 1966) con h como la
profundidad media de un flujo ancho, g la aceleración de la gravedad y S la pendiente de fricción para flujo
uniforme:
hgShE 93.5 (3)
La dificultad de aplicación de esta ecuación a diversos casos específicos ha llevado a interminables discusiones
sobre la aplicabilidad práctica de la ecuación (1).
2.- Propuesta de una ecuación racional para unir la hidráulica y el transporte de masa.
A partir de diversas consideraciones sobre la transformación de la energía en el mecanismo de creación de las
plumas de solutos en flujos turbulentos, es factible proponer una relación racional para unir los dos campos de
Adveccion y dispersión en la ecuación (1) con φ como una función de estado de la evolución de la pluma y τ el
tiempo característico de la dispersión considerada como un evento Gaussiano (Constain A y Lemos R, 2011).
EU
21 (4)
Esta ecuación permite una descripción completa y coherente de la relación entre la dinámica y la termodinámica
de la evolución de la mancha de trazador. En el fondo lo que se propone es que dicha evolución no está sujeta
únicamente a las condiciones locales del flujo sino también a las leyes generales de la física como es la
definición de observadores inerciales diferentes que miran dicha evolución atraves de la transformación de
Galileo. Un aspecto relevante de este desarrollo es que el coeficiente de transporte E es una función del tiempo
para resolver el conflicto de estas descripciones aparentemente contradictorias (ya que un observador Euleriano
fijo en la orilla vera la pluma con la típica asimetría No Fickiana mientras que un observador La Grangiano
moviéndose estacionario sobre el pico de la pluma la vera completamente simétrica)
3.- Aplicación práctica del método mediante trazadores
Se incluye un estudio detallado de las características advectivas y dispersivas de un tramo de un pequeño rio de
montaña en Colombia.
4.- Bibliografía
Fischer H.B. (1966). Report PhD thesis, KHR-12, Caltech, Pasadena, USA.
Constain A. y Lemos R., (2011). Revista Ingeniería Civil No. 164, CEDEX, España
Martin J. & McCutcheon, S.(1998). Hydrodynamics and transport for water quality modeling, Lewis Publishers,
Boca Raton.
ESTUDIO DE DEMANDAS HÍDRICAS DE ABASTECIMIENTO EN ALTA EN CANTABRIA
Tema B. Hidrología y gestión del agua (primera opción), Tema C. Agua y ciudad (segunda opción)
Roberto Mínguez, Eduardo García, César Álvarez, Jorge Rojo. Instituto de Hidráulica Ambiental “IH Cantabria”. Universidad de Cantabria.
La red primaria de abastecimiento en alta en Cantabria constituye el eje vertebrador del sistema de abastecimiento de agua de la Comunidad Autónoma. Esta red, cuyas dos infraestructuras principales son la denominada “Autovía del Agua” y el bitrasvase Ebro-Besaya, es la encargada de la distribución del recurso desde las fuentes de captación hasta las redes secundarias (Planes Hidráulicos) que, a su vez, lo reparten a los distintos municipios y núcleos de población. Uno de los aspectos básicos para obtener un diseño, una gestión y una actualización del sistema adecuada, se centra en cuantificar la distribución espacial y la evolución en el tiempo del consumo de agua para abastecimiento en Cantabria. Esta tarea representa uno de los pilares básicos de un Plan de Abastecimiento puesto que permite, junto con el estudio de aportaciones, diagnosticar los problemas actuales y previsibles en el futuro, y motivar la propuesta de un plan de medidas.
El cálculo de las demandas no es una tarea de ingeniería en el sentido tradicional, puesto que implica evaluar la tendencia de un sistema muy complejo, como es todo el entramado socioeconómico de una región. Debido a ello, las herramientas matemáticas que se emplean, conllevan, por un lado, un mayor grado de incertidumbre y, por otro, son de naturaleza principalmente empírica, no pretendiendo captar la mecánica interna, entendida como modelo conceptual con cadenas causa-efecto de procesos concretos, sino determinar de manera razonada escenarios de consumo futuros a partir de los datos disponibles de los últimos años y de una serie de hipótesis prácticas. Por ese motivo, y dado los avances significativos que se han producido en el análisis no estacionario de variables aleatorias ambientales, se pretende utilizar modelos que permitan reproducir el comportamiento estadístico de las demandas, tanto en términos de su función de densidad marginal, como su evolución en el tiempo. La ventaja de estos modelos, además se su utilización para hacer prognosis de evolución futura, es que pueden utilizarse para generar escenarios de demandas basados en el comportamiento histórico de largo plazo, su evolución reciente, y predicciones sobre precipitaciones, temperaturas, etc. a partir de modelos atmosféricos. Estos escenarios pueden utilizarse posteriormente para diseño de estrategias de gestión estocástica de corto plazo.
Este estudio analiza las series temporales históricas disponibles de consumos de agua en la Región:
Series trimestrales de consumos por zonas o comarcas. La gran mayoría de los datos abarcan del 1988 al 2011, es decir, 24 años de datos trimestrales.
Series diarias de consumos por zonas, disponibles únicamente durante periodos más cortos (en general de 2007 a 2012, ambos inclusive).
También se disponen de los siguientes datos de evolución de la población obtenidos del Instituto Cántabro de Estadística (ICANE):
Censos de población en los municipios de Cantabria desde 1842, en la que se dispone de la población residente, equivalente a la de derecho, distribuída por municipios.
Censos de población por sexo y municipio obtenidos del padrón municipal de habitantes desde el 2001 hasta el 2011.
Con esta información, el presente trabajo propone una metodología novedosa para la prognosis de las demandas de agua a través del tratamiento estadístico de las series temporales mencionadas, de forma que se tengan en cuenta los siguientes aspectos para las series temporales trimestrales:
1. Tendencias de crecimiento de población por zonas para los distintos años horizonte acorde a un modelo logístico.
2. Variabilidad estacional para ser capaces de describir la evolución de la demanda a lo largo del año y tener así en consideración los incrementos de población en épocas estivales.
3. La variabilidad estadística de estos fenómenos.
Respecto a las demandas diarias, mucho más difíciles de tratar debido a: i) la longitud de los registros, mucho más cortos, ii) la autocorrelación propia del proceso, y iii) las variaciones estacionales, semanales, e incluso asociadas a la Semana Santa. Se propone un modelo estadístico no estacionario que utiliza como covariable o variable predictora los consumos o demandas trimestrales. De forma que nos aseguremos de que las series diarias cumplen las prognosis de evolución futura de las series trimestrales y muestran coherencia.
La metodología se fundamenta en dos pilares fundamentales, por un lado un modelo basado en el suavizado exponencial [3] para las prognosis de demandas trimestrales, y por otro un modelo no estacionario [1, 2] que permite cuantificar la función de distribución de las demandas diarias a lo largo del año, incorporando efectos tales como el fin de semana, o la semana Santa, y que es coherente con las demandas trimestrales pronosticadas. Adicionalmente se hace un análisis específico de los máximos para determinar demandas diarias máximas con fines de diseño, y se incorpora un modelo autoregresivo de media móvil (ARMA) para tener en cuenta la autocorrelación temporal de las demandas diarias. El modelo propuesto permite generar series sintéticas de demandas a futuro a partir de prognosis de población de derecho y dotación equivalente, incorporando la estacionalidad a nivel trimestral, a nivel diario, los efectos en los fines de semana, Semana Santa y la autocorrelación diaria.
[1] Méndez, F.J., Menéndez, M., Luceño A., Losada, I. J. (2006) Estimation of the long-term variability of extreme significant wave heigth using a time-dependent POT model.
[2] Mínguez, R., Méndez, F., Izaguirre, C., Menéndez, M., Losada, I.J. (2010) Pseudo-optimal parameter selection of non-stationary generalized extreme value models for environmental variables. Environmental Modelling & Software 25, 1592-1607.
[3]Winters, P. R. (April 1960). "Forecasting Sales by Exponentially Weighted Moving Averages". Management Science 6 (3): 324–342. doi:10.1287/mnsc.6.3.324.
Establecimiento de caudales ecológicos en cuencas complejas, considerando criterios de hábitat, gestión y
calidad del agua.
Tema B (primera opción), tema A (segunda opción) Andrea Momblanch, Javier Paredes-Arquiola, Abel Solera, Francisco Martinez-Capel y
Joaquín Andreu
Universitat Politècnica de València
El diseño e implementación de los caudales ecológicos tiene un efecto directo sobre el funcionamiento de los sistemas de recursos hídricos, en cuanto a la capacidad de suministro a las demandas y la calidad del agua. Por ello, en una cuenca real en la que existen derechos previos de uso del agua y requisitos sobre la calidad del agua, es importante estudiar el efecto de distintos escenarios de caudales ecológicos sobre el resto de variables relevantes del sistema. La integración de criterios ecológicos y de gestión en una misma plataforma informática permite la optimización e implementación de los caudales ecológicos, considerando las limitaciones en el marco legal y económico que se da en cuencas reales. Los modelos multidisciplinares son útiles para integrar distintas disciplinas cuando se abordan problemas de planificación y gestión de recursos hídricos. Al enlazar herramientas para la gestión del agua, de calidad de aguas y de análisis de hábitat con estos modelos, se puede analizar el comportamiento global del sistema y generar información útil para la toma de decisiones.
El Sistema Soporte a la Decisión AQUATOOL permite la construcción de los tres tipos de modelos: SIMGES resuelve el problema de la asignación a través de la optimización de redes de flujo y considera los caudales ecológicos en tramos seleccionados; GESCAL modela la calidad del agua en tramos de río y embalses; y CAUDECO evalúa la idoneidad del hábitat proporcionando Series Temporales de Hábitat para cada una de las curvas HPU-Caudal disponibles en los tramos de estudio.
Esta metodología se ha aplicado en el sistema de recursos hídricos del río Tormes, donde las demandas agrarias ponen en peligro el cumplimiento de los requerimientos ambientales. Además, los vertidos de aguas residuales y la contaminación agrícola resultan en problemas de calidad de agua en algunos tramos del río. En este artículo se va a describir cómo el marco metodológico propuesto se puede utilizar para definir reglas de gestión que mantengan simultáneamente los estándares legales sobre garantías de suministro a las demandas, ecosistemas acuáticos y calidad de agua.
Comparación de dos métodos para actualizar avenidas de
diseño de la presa Huites, Sin.
Tema B, Tema D
Monroy, C. V., Arganis, J. M.L., Carrizosa E. E., Domínguez, M. R.
Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México
[email protected]; [email protected]; [email protected];
Introducción
Al igual que en muchos países, en México se han venido realizando una serie de estudios en distintas zonas que
han permitido observar el comportamiento de las obras hidráulicas con las que se cuentan hasta el momento,
estos estudios contemplan nuevos datos que ahora tenemos de años posteriores a la realización de la obras,
considerando eventos extraordinarios que se han presentado en los últimos tiempos.
Este trabajo da a conocer los resultados del estudio realizado de la actualización de avenidas para la presa Luis
Donaldo Colosio, “Huites”, la cual forma parte del sistema de presas del río Fuerte. Las avenidas de diseño se
obtuvieron por dos métodos, el primero es el método del “Instituto de Ingeniería” de la Universidad Nacional
Autónoma de México, y el segundo el método de “Envolventes”, ambos aplicables para las cuencas del país.
Posteriormente se realizo el tránsito de las avenidas para distintos periodos de retorno y así observar el
comportamiento de la obra hidráulica bajo las nuevas condiciones existentes. Finalmente con los resultados
poder hacer las observaciones pertinentes y de ser necesario hacer una propuesta de operación.
Metodología
Método del Instituto de Ingeniería
El procedimiento estima la forma de la avenida de diseño a partir del análisis de los gastos medios diarios
históricamente registrados. Para ello se determinan los gastos medios máximos anuales para distintas
duraciones. El gasto medio máximo para una duración de 1 día corresponde al gasto medio diario máximo anual.
Para obtener los gastos medios máximos para las otras duraciones se procede a encontrar para cada año de
registro el promedio máximo para n días consecutivos según la duración que se analice:
n
Q
maxQ
ni
ik
inM
1
[1]
Donde: nMQ es el gasto medio máximo para n días de duración, Qk gasto medio diario el día k, n duración en
días, i contador del día en que inicia el lapso de duración n. Para cada duración se obtiene la función de
distribución de probabilidades de mejor ajuste y con ella se determinan los gastos medios máximos para distintos
periodos de retorno. Para la forma de la avenida se usa el método de alternar bloques (Domínguez et al., 1981).
Método de envolventes.
Para crear la avenida de diseño, lo primero que se hizo fue localizar la avenida de cada uno de los años de
registro que contuviera el máximo gasto registrado del año en análisis, el tiempo base fue estimado por
apreciación subjetiva del inicio de la rama de ascenso y final del descenso de cada hidrograma seleccionado.
Posteriormente todas estas avenidas fueron dibujadas en un mismo plano para de aquí obtener una avenida
envolvente.
Esta avenida envolvente se normalizó, y finalmente para obtener las avenidas de diseño, la avenida normalizada
se multiplicó por cada uno de los gastos medios máximos anuales para la duración de un día y distintos periodos
de retorno.
Aplicación y Resultados
Se determinaron avenidas de diseño para distintos periodos de retorno, a partir de los registros de los
escurrimientos medios diarios de ingreso por cuenca propia a la presa Huites. En la Figura 1 se presentan las
avenidas formadas por ambos métodos para un Tr=10000 años.
Figura 1. Avenidas de diseño para Tr= 1000 años usando 2 métodos distintos.
Se realizaron el tránsito de las avenidas de diseño con distintos periodos de retorno. Las Figuras 2 y 3 muestran
el resultado del tránsito de ambas avenidas para Tr=10000 años.
Figura 2. Transito de la avenidas de diseño,
Método Instituto de Ingeniería, para Tr= 10,000
años.
Figura 3. Transito de la avenidas de diseño,
Método de Envolventes, para Tr= 10,000 años.
Conclusiones
Se actualizaron las avenidas de diseño de la presa Huites, inaugurada en 1995. Los resultados obtenidos del
tránsito de las avenida por ambos métodos para un periodo de retorno de 10,000 años indican que no habría
riesgo de rebase del NAME (NAME=290 m). En el método del Instituto de ingeniería obtenemos que el gasto
máximo probable sería de 16129.39 m3/s con un máximo incremento de volumen almacenado1084.06 millones
de m3 alcanzando una máxima elevación en la presa de 283.68 m, mientras que por el método de envolventes se
obtiene un gasto máximo de 15776.775 m3/s, un máximo incremento de volumen almacenado de 1057.81
millones de m3 con una máxima elevación de 283.376 m, por lo anterior no es pertinente crear como tal una
política de operación y solo emitir sugerencias. Algo fundamental del trabajo es que nos permite comparar a los
métodos de estudio entre sí y emitir un juicio sobre la efectividad de ambos.
Referencias
Domínguez M., R., Fuentes M., O. & Franco,V. (1981) Avenida de diseño, Capítulo A.1.10 del Manual de
Diseño de Obras Civiles. CFE. México.CONAGUA-OMMS. Vázquez Conde Ma. Teresa. “Procedimiento
sistemático para el cálculo de la avenida de diseño en presas de gran capacidad de regulación, desarrollo y
validación. Tesis para obtener el grado de maestría, UNAM. 1995.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Q (
m3/s
)
Duración (dias)
Avenidas de diseño. Tr=1000 Años
Instituto de Ingeniería Envolventes
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
0 200 400 600 800 1000
Q (
m3/s
)
t (horas)
Tránsito de la avenida de diseño Tr=10 000 años
Qentrada Qsalida
Elev NAME=290 msnm
Elev Corona=290.75 msnm
Elev inicial=270 msnm
Qmaxsalida=16 129.39 m3/s
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Q (
m3/s
)
t (horas)
Tránsito de la avenida de diseño Tr=10 000 años.
Qentrada Qsalida
Elev NAME=290 msnm
Elev Corona=290.75 msnm
Elev inicial=270 msnm
Qmax salida=15 776.775 m3/s
Sistemas de modelado matemático de la calidad del agua en sistemas de gestión hídricos.
tema B (Hidrología y gestión del agua) Francisco J. Almagro Costa (1), Jesús Mora Colmenar (2)
(1) Confederación Hidrográfica del Segura
(2) TÉCNICAS REUNIDAS, S.A.
La distinta legislación referente a la gestión del recurso hídrico aplicable en la actualidad hace especial incidencia en la calidad de las aguas.
Así, la Directiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de octubre de 2000 por el que se establece un marco comunitario de actuación en el ámbito de la política de aguas (denominada Directiva Marco del Agua, DMA) traspuesta a la legislación española mediante la Ley 62/2003, de 30 de diciembre, de medidas fiscales, administrativas y del orden social, establece entre sus objetivos los siguientes: prevenir el deterioro y mejorar el estado de los ecosistemas acuáticos y promover el uso sostenible del agua.
Igualmente, el Plan Nacional de la Calidad de las Aguas forma parte de un conjunto de medidas que persiguen el definitivo cumplimiento de la Directiva 91/271/CEE (sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas) y que pretenden contribuir a alcanzar el objetivo del buen estado ecológico que la Directiva Marco del Agua propugna para el año 2015.
De los objetivos comentados anteriormente se deduce la necesidad de modelizar la calidad del agua: es preciso evaluar el estado fisicoquímico de las masas de agua y analizar la eficiencia de las medidas propuestas para alcanzar el buen estado fisicoquímico en aquellas masas de agua que no lo alcancen.
El procedimiento que se plantea para la modelización de calidad del agua de un sistema hídrico se divide en dos partes: por un lado la creación del modelo de partida (modelo calibrado) y, por otro, la modificación del modelo de partida para analizar el grado de afección de las distintas medidas planteadas (modelos simulados).
El modelo de calibración pretende reproducir el comportamiento actual de la cuenca, tanto en valores de caudales circulantes por los distintos tramos como los valores de los distintos indicadores fisicoquímicos. El procedimiento de calibración consistirá en la modificación del sistema hídrico y de las constantes que influyen en el comportamiento de cada indicador fisicoquímico para que los resultados de la simulación coincidan con los valores observados en las estaciones de aforo y estaciones de medición de calidad de aguas. Con este modelo se puede obtener el valor de los indicadores fisicoquímicos en cualquier punto del sistema modelado y, con ello, establecer el estado fisicoquímico de las masas de agua.
Una vez obtenido el modelo de calibración se puede modificar según las medidas que se pretendan realizar para mejorar el estado de las masas de agua. Con ello se evalúa la eficiencia de las medidas propuestas sobre el estado fisicoquímico de las masas de agua.
Para realizar todo este procedimiento se hace uso del sistema GESCAL, integrado dentro del paquete de herramientas de Soporte a la Decisión AQUATOOL, desarrollado por el Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia. Este software informático incluye todos los elementos necesarios para esquematizar un sistema hídrico mediante embalses, conducciones o tramos de río, acuíferos, demandas, etc.
además de poder caracterizar el comportamiento fisicoquímico de distintos indicadores y para cada uno de los elementos considerados.
Efecto del índice NAO sobre el comportamiento de un modelo estocástico de precipitación diaria en el Valle del
Guadalquivir.
Tema B. Hidrología y gestión del agua María Fátima Moreno-Pérez
Dra. Ingeniera Agrónoma. Profesora Contratada Doctora de la Universidad de Córdoba
José Roldán Cañas
Catedrático de la Universidad de Córdoba
David A. Woolhiser
Fort Collins, Colorado, USA
La precipitación es muy variable, tanto espacial como estacionalmente, en los climas semiáridos del sur de España. En estas condiciones, la dependencia de la vida y del resto de actividades humanas de la lluvia aconseja su modelación de la forma más precia posible. Con el fin de mejorar el ajuste de un modelo estocástico de precipitación diaria Cadena de Markov de segundo orden-Mixta Exponencial (MC2ME), se ha usado el índice de Oscilación del Atlántico Norte (North Atlantic Oscillation index, NAO) para perturbar los parámetros de dicho modelo. Aunque ha sido suficientemente probada la influencia del índice NAO en el régimen pluviométrico de la Península Ibérica (Altava-Ortíz et al., 2011), queda aún incluir de manera cuantitativa sus efectos en los modelos que describen la precipitación. Woolhiser (1992) identificó los efectos del ENSO sobre la precipitación usando el Índice de Oscilación del Sur (South Oscilation Index, SOI) como una función para perturbar los parámetros de un modelo estocástico de precipitación diaria. El objetivo de este trabajo es adaptar dicho procedimiento para analizar los impactos del índice NAO sobre la precipitación en el sur de España, pero teniendo en cuenta las especiales características de su régimen pluviométrico.
En el modelo estocástico de precipitación diaria, la ocurrencia de días lluviosos viene descrita por una cadena de Markov de segundo orden (Katz and Parlange, 1998) en tanto que para la distribución de la cantidad de precipitación se usa una distribución mixta exponencial (Woolhiser and Roldán, 1982). La variación estacional de los parámetros que determinan el modelo Markov de segundo orden-Mixta exponencial (CM2ME) se explica ajustando series finitas de Fourier a estos, siendo la media y la amplitud y el ángulo de fase de cada armónico significativo, los coeficientes que finalmente definen cada uno de los parámetros el modelo.
El efecto del índice NAO se consigue perturbando la media de los coeficientes del modelo MC2ME, utilizando una ecuación que expresa la dependencia linear de esos coeficientes con dicho índice. Esta ecuación puede incluir un posible retardo entre ambas variables, de modo que el valor de un coeficiente del modelo en el día actual se relaciona con el valor del índice NAO ocurrido varios días, semanas o meses antes.
Mediante la incorporación de las perturbaciones, la función del logaritmo de la máxima verosimilitud (log-L) puede ser escrita tanto como una función simétrica del índice NAO como asimétrica, es decir, tratando los valores positivos y negativos del índice de forma independiente. A continuación, con una técnica SIMPLEX (Nelder y Mead, 1.965) se estiman los coeficientes de perturbación que maximicen las correspondientes funciones log-L para los diferentes valores del índice NAO, eligiéndose como mejor modelo el que minimiza el valor del criterio de información de Akaike, AIC, (Akaike, 1974).
Para ello, se ha dispuesto de 54 años de datos de precipitación diaria (1953-2006) en 23 estaciones meteorológicas ubicadas en el valle del Guadalquivir y del mismo periodo de registro del índice NAO obtenido por Jones et al. (1997), calculado como la diferencia de la presión normalizada en Gibraltar y la presión normalizada en Reykjavik (Islandia) (http://www.cgd.ucar.edu/cas/).
Los resultados obtenidos muestran que el índice NAO mejora significativamente la logL de los parámetros más estables del modelo MC2ME, obteniéndose además valores de cero días para el retardo, y siendo claramente menor el valor de AIC para las perturbaciones simétricas, ya que se introduce en el modelo un parámetro menos.
Estudiando el efecto estacional de la perturbación, se ha visto que existe una gran correlación entre el régimen pluviométrico y NAO, correspondiendo una fuerte correlación negativa a los meses lluviosos. Así, los meses en los que más influye el índice NAO en la mejora del modelo de precipitación diaria perturbando los coeficientes del modelo CM2 son claramente de noviembre a marzo, es decir, los meses eminentemente lluviosos, siendo los meses de diciembre a marzo en los que más influye la mejora de los coeficientes del modelo ME.
Referencias bibliográficas
Akaike, H. 1974. A new look at the statistical model identification. IEEE Trans. Autom. Control, 19, 716-723.
Altava-Ortiz, V., M.C. Llasat, E. Ferrari, , A. Atencia, and B. Sirangelo. 2011. Monthly rainfall changes in Central and Western Mediterranean basins, at the end of the 20th and beginning of the 21st centuries. Int. J. Climatol 31, 943-1958.
Jones, P.G. and P.K. Thornton.1997. Spatial and temporal variability of rainfall related to a third-order Markov model. Agricultural and Forest Meteorology 86, 127-138
Katz, R.W. and M.B. Parlange. 1998. Overdispersion phenomenon in stochastic modeling of precipitation. J. Climate 11, 591-601
Nelder, J.A. and R. Mead. 1965. A simplex method for function minimization. Compu. J. 7(4), 308-313.
Woolhiser, D. A. and J. Roldán. 1982. Stochastic daily precipitation models. 2. A comparison of distribution of amounts. Water Resour. Res. 18(5), 1461-1468.
1
Evaluación del uso y productividad del agua en la
Comunidad de Regantes “Río Adaja”
Tema Hidrología, usos y gestión del agua (primera opción),
I. Naroua1,L. Rodríguez Sinobas
1, R. Sánchez Calvo
1
1. HIDER Grupo de investigación Hidráulica del Riego, Universidad Politécnica de Madrid
[email protected], [email protected]
Resumen
En el contexto actual de recursos hídricos limitados, de limitada calidad, y con una gran competencia entre sus
diversos usuarios, los riegos sostenibles se fomentan, cada vez más, con el objetivo de maximizar el beneficio
económico de los regantes y, preservar el medio natural. La práctica del riego deficitario es una de sus
estrategias más utilizadas aunque dependiendo de la función de producción de cada cultivo, el rendimiento del
cultivo puede verse sensiblemente afectado, por la cantidad de agua aplicada y el momento de su aportación.
Atendiendo a estas restricciones, son de interés los estudios que relacionen las necesidades hídricas de los
cultivos, su rendimiento y el volumen de agua aplicada.
Los modelos basados en el balance de agua en el suelo se utilizan para cuantificar las láminas de riego de los
cultivos y así, determinar y analizar índices de productividad de agua y para evaluar el manejo de riego y su
eficiencia a la vez, que sirvan para apoyar la toma de decisiones de los gestores de las zonas regadas. En este
sentido, este trabajo presenta un el estudio del uso y productividad del agua en la Comunidad de Regantes ”Río
Adaja” sita en Nava de Arévalo (Ávila) desde que los sistemas de riego entraron en funcionamiento en 2010. Los
cultivos considerados son los que ocupan la mayor superficie: trigo, cebada, remolacha azucarera, maíz, cebolla,
patatas, girasol, alfalfa y zanahorias.
En el cálculo del balance de agua en el suelo se ha tenido en cuenta la información climática registrada en la
estación meteorológica de la comunidad de regantes. La precipitación efectiva se ha calculado mediante el
número de curva del SCS y las necesidades hídricas de los cultivos con la ecuación FAO- Penman-Monteith en
la que se ha considerado un coeficiente de cultivo dual. El suelo típico característico de la zona es el de textura
franco-arenosa. Asimismo, se han tenido en cuenta los siguientes indicadores para analizar el manejo del riego y
la productividad del agua: suministro de agua por precipitación ( RRS), suministro relativo anual de agua de
riego (ARIS), suministro relativo de agua (ARWS), productividad de agua (WP), productividad de agua de riego
(IWP) y productividad de agua de la evapotranspiración ( ETWP).
Los resultados obtenidos en los dos años estudiados (2010-2011 y 2011-2012) muestran que en esta Comunidad
de Regantes los riegos aplicados han sido deficitarios (ARIS <1), no obstante, el aporte de la precipitación
cubrió casi la totalidad de la ETc estimada sin déficit en la mayoría de los cultivos, obteniéndose un valor medio
ARWS= 0,90, indicativo de un manejo de riego adecuado.
Los indicadores de productividad WP, ETWP e IWP (expresados en kg/m3) han sido diferentes entre los cultivos
estudiado siendo los más productivos los de: cebolla, patata, remolacha azucarera y zanahoria sobre todo, debido
a las características del producto cosechado. Los resultados de productividad expresada como €/m3, muestra
como más rentables a los cultivos de cebolla y la patata, con 3,56 y 2,55 €/m3, respectivamente, debido tanto a
su precio en el mercado como al riego deficitario aplicado. La aplicación de riegos deficitarios en la Comunidad
de Regantes incrementó entre 21 y 270% el WP respecto al ETWP observándose diferencias entre cultivos lo
que apunta a que se debe fomentar el estudio de diferentes estrategias de riego en las que se estime las láminas
de riego deficitario para optimar la productividad de agua de los principales cultivos.
2
El trabajo muestra que el modelo de balance de agua de suelo utilizado es una herramienta útil para cuantificar
las necesidades de agua de riego y, a partir de ellas, determinar y analizar los indicadores de riego y de
productividad de agua de los cultivos y finalmente, evaluar el manejo de riego y su eficiencia. Estos resultados
pueden ser utilizados para apoyar la toma de decisiones de los encargados de la gestión del agua y cultivos en la
Comunidad de Regantes.
Obtención de caudales extremos mediante simulación hidrológica continua y generación estocástica de tormentas
en la Comunidad Autónoma del País Vasco
Tema B (1ª opción) – Tema M (2º opción) David Ocio Moreno1, Christian Stocker2, Ángel Eraso Alberdi2, José María Sanz de
Galdeano2, Guillermo Collazos1, Óscar de Cos Mier1
1SENER INGENIERÍA Y SISTEMAS S.A. Avda. Zugazarte, 56. 48930 – Las Arenas (Vizcaya) 2AGENCIA VASCA DEL AGUA. C/Orio, 1-3. 01010 – Vitoria-Gasteiz (Álava)
Correo electrónico: [email protected]
Las inundaciones son el riesgo natural con mayor incidencia en las poblaciones europeas, provocando año tras año cuantiosas pérdidas materiales y un número significativo de víctimas. Conscientes de esta problemática, el Consejo y el Parlamento Europeo aprobaron en octubre de 2007 la Directiva 2007/60/CE relativa a la evaluación y gestión de los riesgos de inundación, que exige a los estados miembros elaborar mapas de peligrosidad y riesgo antes de finales de 2013. El País Vasco, dada su orografía, favorable a la ocurrencia de crecidas torrenciales, y la idiosincrasia de su modelo territorial, muy centrado en las escasas llanuras aluviales disponibles, no es ajeno a este tipo de fenómenos. De hecho su incidencia es recurrente y ocasionalmente catastrófica (por ejemplo, en agosto de 1983, febrero de 2003 o noviembre de 2011)
La adecuada gestión de las inundaciones requiere, por un lado, la adopción de políticas urbanísticas compatibles que eviten incurrir en nuevos riesgos a futuro, y por otro lado, la implantación de medidas de protección, tanto estructurales como no estructurales, que mitiguen los riesgos actuales más significativos. En ambos casos resulta imprescindible disponer de un conocimiento adecuado del problema, lo implica poseer una cartografía de inundabilidad lo más ajustada posible a la realidad. Gracias a los avances en modelación hidráulica, los dos factores que más influyen en la actualidad en la calidad de las zonas inundables generadas son la geometría y la hidrología. Si bien las técnicas LIDAR han supuesto recientemente un salto cualitativo en la caracterización geométrica del territorio, la hidrología extrema no ha recibido una atención similar, manteniéndose metodologías de cálculo de mediados del siglo pasado, principalmente basadas en el número de curva del SCS para la estimación de la infiltración y en el hidrograma unitario para la transformación lluvia-escorrentía.
La metodología clásica permite la rápida obtención de caudales extremos, sobre todo gracias a los avances en materia de SIG. Sin embargo posee un importante grado de arbitrariedad que usualmente se resuelve adoptando hipótesis conservadoras. Así, este tipo de simulación de evento necesita partir de una determinada condición de humedad del suelo que posee una gran influencia en los resultados obtenidos. Una aproximación a su valor típico puede obtenerse de un análisis de las precipitaciones en los 5 días anteriores a los mayores episodios, si bien las relaciones teóricas indicadas por el SCS a este respecto deben considerarse únicamente como una orientación. Otra alternativa consiste en la comparación de los resultados de la simulación con ajustes de extremos en estaciones de aforo, no siempre disponibles con la cobertura espacial, calidad y extensión de registro adecuados. Este método necesita además definir tormentas de diseño cuya duración, distribución espacial y evolución temporal pueden variar, sin que esto suponga una modificación en su probabilidad de ocurrencia.
La inundabilidad vigente en el País Vasco emplea en el mejor de los casos caudales procedentes de estudios hidrológicos de este tipo, si bien en gran parte del territorio se utilizan estimaciones simplificadas como el método racional o el ábaco de envolventes de eventos históricos incluido en el Plan Hidrológico Norte III. Consciente de esta situación y con el objetivo de elaborar unos mapas de peligrosidad y riesgo que no solo dieran cumplimiento estricto a los requerimientos de la Directiva Europea de Inundaciones sino que también supusieran una herramienta valiosa y actualizada para el trabajo diario de gestión de las zonas inundables, la Agencia Vasca del Agua decidió acometer una revisión de la hidrología extrema de toda la Comunidad Autónoma del País Vasco. Ante la falta de series de aforos largas y fiables, se tuvo que acudir a modelos de transformación lluvia-escorrentía que permitieran extrapolar la mayor abundancia de datos meteorológicos.
La nueva aproximación ha abordado los dos problemas más importantes de las técnicas clásicas. Por un lado, para evitar tener que establecer unas condiciones de humedad inicial con la incertidumbre que esto lleva asociado, se decidió adoptar una simulación hidrológica continua a partir del modelo distribuido TETIS. Este
modelo ya fue aplicado con éxito a la estimación de recursos hídricos superficiales en la Comunidad. Para este nuevo uso se efectuó un ejercicio de recalibración por comparación con un número importante de eventos históricos (11 de media por cuenca aforada). Finalmente se obtuvo un único conjunto de factores correctores por cuenca que consiguió un ajuste global de gran calidad (la media del R2 para los eventos de mayor magnitud fue de 0,76) Con su concurso, partiendo de series de precipitación y evapotranspiración similares a las reales y que incluyan periodos de lluvia extremos, la elección de la condición de humedad previa al evento resulta implícita. La bondad de los modelos confeccionados aconsejó su empleo en el Sistema Automático de Previsiones Hidrológicas actualmente en operación en el País Vasco. Adicionalmente, se verificó que, en el caso del Ibaizabal, el modelo era capaz de reproducir satisfactoriamente los caudales de la avenida de agosto de 1983.
Por otro lado y para permitir el empleo de diferentes tipologías de tormenta, se optó por la generación estocástica de series horarias precipitación. Este tipo de técnicas, basadas en el modelo de Neyman-Scott, son conocidas desde hace ya tres décadas y permiten ajustar un modelo matemático al registro histórico de precipitaciones disponible, de manera que se reproduzcan adecuadamente los estadísticos principales y se consigan extrapolar fenómenos extremos no conocidos. La novedad en el caso del País Vasco reside en el hecho de que las series generadas mantienen una adecuada coherencia espacial mediante la definición de variables estocásticas relacionadas con la ubicación y el tamaño de las celdas de precipitación De esta manera ha sido posible generar tormentas en vez de series puntuales. El modelo así desarrollado presentó un ajuste mensual excelente a las siguientes variables estadísticas: media, coeficiente de variación, asimetría y autocorrelación para 1, 6 y 24 horas, correlaciones espaciales cruzadas para 1, 6 y 24 horas y porcentaje de días sin lluvia. Además se comprobó que permitía obtener valores extremos puntuales similares a los que resultarían de ajustes de máximos clásicos.
El empleo conjunto de los modelos estocásticos e hidrológicos anteriores permitió obtener series horarias del caudal circulante a lo largo de toda la red fluvial del País Vasco durante un periodo de 500 años. Estas series se trataron como aforos teóricos a los que ajustar funciones de extremos para finalmente definir caudales para distintos periodos de recurrencia. Además, se introdujeron en modelos de regulación de los principales embalses existentes en el territorio: Ullibarri y Urrunaga en la cuenca del Zadorra y Añarbe en la del Urumea, de manera que, establecidas las demandas asociadas y las reglas de operación vigentes en situación normal y en avenida, pudo estimarse el régimen regulado aguas abajo por combinación de la ocurrencia de crecidas y la existencia de un determinado resguardo.
La validez final de la metodología adoptada descansó en su comparación con los registros de aforo disponibles. A estos efectos, se emplearon los datos obtenidos en las redes de control hidrometeorológico implantadas por el Gobierno Vasco y las Diputaciones Forales de Gipuzkoa y Bizkaia, mayoritariamente en la vertiente cantábrica, y por la Confederación Hidrográfica del Ebro en la vertiente mediterránea. Considerando la extensión de las series (15 estaciones representativas con una extensión media del orden de 20 años) la obtención estadística de caudales se limitó a los correspondientes a 10 años de período de retorno. No obstante, la excelente calidad de los ajustes del método a la realidad para esta probabilidad de ocurrencia en todo el territorio de la CAPV habilitó el empleo de los caudales extremos asociados para la elaboración de los mapas de peligrosidad y riesgo solicitados por la Directiva.
Mejora en la simulación distribuida de procesos hidrológicos mediante la incorporación de ETreal basada en teledetección
Tema B (Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica)
Patricia Olmos Giménez, Sandra García Galiano y José Ángel Martínez Pérez.
Universidad Politécnica de Cartagena, Grupo de I+D+i Gestión de Recursos Hídricos, Unidad Predepart. de Ingeniería Civil, Paseo Alfonso XIII, 52. 30203. Cartagena.
[email protected], [email protected]
La situación geográfica y características socioeconómicas de la España Peninsular, la hace vulnerable al cambio y variabilidad climática. Tal es el caso de la Cuenca del Río Segura, donde se prevé un escenario futuro de escasez hídrica, en el que la generación de recursos desde fuentes no tradicionales (como la desalación), y la optimización en su uso en los sectores más demandantes (como la agricultura de regadío), serán opciones vitales para el sostenimiento de la economía regional y el bienestar de la comunidad.
El objetivo principal del trabajo es mejorar la simulación de los procesos hidrológicos en el marco de un modelo distribuido espacialmente a escala de cuenca, mediante la incorporación de mallas de evapotranspiración real (ETreal) estimadas desde teledetección. Los modelos hidrológicos suelen calibrarse en puntos seleccionados donde exista estación de aforo. El enfoque que se presenta permitirá mejorar la habilidad del modelo en la representación de los procesos, mediante una calibración espacial.
El estudio se ha centrado en la cuenca de aporte al Embalse de Fuensanta, localizada en la cabecera del Río Segura (Sureste Español). Su superficie corresponde a 1.220,6 km², con una altitud media de 1.263 m, y se extiende por las provincias de Albacete, Jaén y Granada. El clima en la zona es Mediterráneo, suave y templado lo que conlleva a un régimen moderado de las temperaturas y una alternancia climática estacional muy contrastada. La presa y el embalse de la Fuensanta están incluidos en el Lugar de Importancia Comunitaria (LIC) de “Sierra de Alcaraz y Segura y cañones del Segura y del Mundo”.
Se ha trabajado en base al modelo distribuido de simulación continua a escala mensual Témez, incorporado en el Sistema de Información Geográfica (SIG) GRASS, que ha sido modificado sustancialmente. Los mapas de entrada al modelo y la derivación de sus parámetros, se han procesado bajo el SIG.
Se ha observado que al trabajar con el modelo hidrológico distribuido en su versión original, la ETreal simulada por el mismo no guarda relación (ni en el patrón espacial ni en la evolución temporal) con los valores correspondientes de ETreal estimados desde teledetección. Ello, lleva a la conclusión de que el modelo hidrológico estima la ETreal como la serie temporal que cierra el balance hídrico, perdiendo su verdadero significado. Debido a ello, se ha hecho un esfuerzo en la modificación del modelo, y derivación a priori de parámetros espaciales en base a cartografía temática digital y productos derivados desde teledetección (como el LAI o índice de área foliar).
Con el objetivo de mejorar la parametrización del modelo hidrológico empleado, así como la simulación de los procesos hidrológicos, se obtuvieron series temporales mensuales de ETreal a partir de imágenes satelitales diarias para el período 2000-2005. Se utilizaron productos provistos por el sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), a bordo
del satélite TERRA de la NASA. Para la estimación de las distribuciones espaciales de ETreal, se aplicó un método gráfico basado en el balance de energía integrado en el SIG, que presenta el interés de necesitar muy poca información complementaria en el terreno. El modelo se basa en la interpretación de la relación entre la temperatura superficial y el índice de vegetación de diferencia normalizada, ambas variables derivadas mediante teledetección. El modelo hidrológico ha sido modificado con el objetivo de integrar los resultados obtenidos desde teledetección.
La calibración tradicional de un modelo distribuido espacialmente, basada en el contraste del hidrograma simulado con el correspondiente a la estación de aforos (un sitio), se considera muy limitada. Los resultados obtenidos de la aplicación desarrollada en la cuenca alta del Río Segura, tanto a nivel puntual (en estación de aforos) como espaciales, son prometedores. Si bien debe destacarse que el uso de este tipo de modelización requiere un importante esfuerzo en el procesamiento de voluminosas bases de datos espaciales desde distintas fuentes.
Variabilidad espacial y temporal de los factores grado-día de fusión de nieve en una cuenca mediterránea
Tema X (Hidrología y gestión del agua. Riego. Energía hidroeléctrica), tema Y (Dinámica fluvial y de estuarios y deltas)
Ismael Orozco1, Luis Camarero2, Félix Francés3 y Andrea Butturini4 1,3 Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente, Universitat Politècnica de València
2 Grupo de Biogeodinámica y Biodiversidad, Centro de Estudios Avanzados de Blanes 4 Departament d’Ecologia, Universitat de Barcelona
1 [email protected], 2 [email protected], 3 [email protected] y 4 [email protected]
El éxito en la modelación hidrológica de cuencas de alta montaña depende en gran medida de la cuantificación que se haga de los procesos de acumulación y fusión de nieve. Modelar correctamente estos procesos tiene implicaciones en los temas de recursos hídricos, electricidad, erosión, inundaciones e impactos en el cambio climático. Sin embargo, la modelación matemática de estos procesos es compleja por el almacenamiento temporal y la liberación del agua en varias escalas de tiempo. Además de tener una alta variabilidad espacial debida al patrón de distribución de las precipitaciones y los efectos topográficos (Kling et al., 2006). Agregado a la complejidad anterior está, el hecho de que la mayoría de las veces no se cuenta con la suficiente información a la escala espacial y temporal que requieren algunos modelos matemáticos de fusión de nieve, recurriendo a la cuantificación de esta información por medio de métodos indirectos y ecuaciones empíricas que incrementan la incertidumbre en los resultados de los modelos conceptualmente más completos, como por ejemplo los modelos de balance de energía. Con base en lo anterior, en este trabajo se propone modelar desde un punto de vista parsimonioso la cuenca mediterránea de Contraix, con un área de 4.7 km2 y ubicada en el interior del Parque Nacional de Aigüestortes en Catalunya, España (Figura 1. 1). Es una cuenca piloto de alta montaña, recientemente instrumentada y usada como caso de estudio desde el 2009 en el proyecto ACOPLA (Camarero et al., 2012). Al ser una cuenca instrumentada recientemente se dispone de escasa información como en la gran mayoría de los sistemas montañosos, de ahí el gran interés de proponer una metodología parsimoniosa aplicada a cualquier cuenca.
La metodología que se plantea en el siguiente trabajo, incluye el uso del modelo hidrológico distribuido TETIS y su módulo de fusión de nieve que utiliza el método grado-día (MGD). El modelo TETIS se ha aplicado a otras cuencas de alta montana en Sierra Nevada, EE. UU. (Orozco, 2010), proporcionando buenos resultados. En el caso del método grado-día (Ec. 1.1), es un enfoque empírico usado más de 60 años que asume una relación lineal entre la temperatura del aire y la fusión de la nieve.
( ), Si
0, Si a b a b
a b
DDF T T T TM
T T
(1.1)
Según Singh et al. (2000) y Hock (2005), la temperatura representa razonablemente los flujos de energía y es un input fácil de medir, extrapolar y predecir. Sin embargo, la principal limitación de este método es el uso de los factores de fusión grado-día (DDFs), constantes espacial y temporalmente. Con
base en lo anterior y como principal aportación de este trabajo se propone una variabilidad espacial y temporal de los DDFs, tomando como referencia los trabajos desarrollados por Cazorzi y Dalla Fontana (1996), Hock (1999) y Kling et al. (2006). A diferencia de los trabajos anteriores, se propone realizar la variabilidad a través de seis mapas de coeficientes de radiación (MRI), que toman en cuenta la radiación global de onda corta mensual a nivel de celda a cielo despejado y un mapa de aportes de energía de onda larga de la vegetación (MVDDF). El cálculo de la radiación global se realiza usando la herramienta de análisis de radiación de la plataforma ArcGIS desarrollado por Rich et al. (1994). En el caso del mapa MVDDF, es determinado asignando un valor de DDF en función del tipo de cubierta vegetal.
Figura 1. 1. Ubicación de la cuencamediterránea de Contraix
La modelación es realizada usando una escala espacial de 30 metros y una escala temporal de media hora. Se realizó calibración automática usando el algoritmo Shuffled Complex Evolution desarrollado por la universidad de Arizona (SCE-UA), en el período comprendido entre 01/09/2010 y 19/08/2011. Los resultados que se presentan en este trabajo, muestran tres experimentos que involucran el MGD tradicional, el uso de los seis mapas MRI y el mapa MVDDF. En los tres experimentos realizados se obtuvieron eficiencias en la simulación de los caudales observados alrededor de 0.6 de índice de Nash-Sutcliffe (NSE) y errores medios cuadráticos (RMSE), entre 0.07 para el período de calibración (Figura 1. 2a). Y alrededor de 0.5 de NSE en el período de validación. En la evaluación puntual de la acumulación de SWE, se utilizaron 10 pértigas observación para el período de validación y sólo una pértiga (PN03DEF) en el período de calibración. Como se puede observar en la Figura 1. 2b, los resultados en la reproducción puntual de las SWE muestran un comportamiento muy parecido entre los experimentos 1 y 3. Observándose mayores diferencias entre el experimento 2 y los anteriores (1 y 3). Los resultados anteriores, demuestran que para la cuenca mediterránea de Contraix y las simulaciones realizadas, la variabilidad espacial y temporal de los DDFs propuesta en este trabajo tiene poca influencia en la simulación de los caudales. A diferencia de la acumulación de nieve, donde la variabilidad de los DDFs afecta de una manera importante la distribución y acumulación de la nieve. Lo anterior tiene fuertes implicaciones en estudios a escala de celda, donde es fundamental cuantificar adecuadamente los flujos del sistema. Es decir, el hecho de que se logre modelar adecuadamente los caudales en la desembocadura de una cuenca, no implica necesariamente una correcta simulación de los procesos de acumulación y fusión de nieve de un sistema.
Figura 1. 2. A) muestra los resultados obtenidos en el período de calibración (01/09/2010-19/08/2011), en la simulación de los caudales observados para los tres experimentos realizados. B) resultados en la reproducción puntual de las SWE en las pérticas de observación para el período de calibración
Referencias: Camarero, L., Butturini, A., Catalan, J., Francés, F., Boix, M., Orozco, I., Sala, M., 2012. Biogeoquímica de las
aguas de montaña: Control hidrológico y efectos potenciales del cambio climático. Proy. Investig. En Parques Nac. 2008-2011.
Cazorzi, F., Dalla Fontana, G., 1996. Snowmelt modelling by combining air temperature and a distributed radiation index. J. Hydrol. 181, 169–187.
Hock, R., 1999. A distributed temperature-index ice- and snowmelt model including potential direct solar radiation. J. Glaciol. 45, 101–111.
Hock, R., 2005. Glacier melt: a review of processes and their modelling. Prog. Phys. Geogr. 29, 362–391. Kling, H., Fürst, J., Nachtnebel, H.P., 2006. Seasonal, spatially distributed modelling of accumulation and
melting of snow for computing runoff in a long-term, large-basin water balance model. Hydrol. Process. 20, 2141–2156.
Orozco, I., 2010. Evaluación del submodelo de fusión de nieve del Modelo TETIS en las cuencas de alta montaña del río American y Carson dentro del proyecto DMIP2 (Tesis de maestría). Universidad Politécnica de Valencia, España.
Rich, P.M., Dubayah, R., Hetrick, W.A., Saving, S.C., 1994. Using Viewshed models to calculate intercepted solar radiation: applications in ecology.
Singh, P., Kumar, N., Arora, M., 2000. Degree-day factors for snow and ice for Dokriani Glacier, Garhwal Himalayas. J. Hydrol. 235, 1–11.
A)
B)
EXPERIMENTO (1) MGD (tradicional)
EXPERIMENTO (2) MGD con 6 mapas MRI
EXPERIMENTO (3) MGD con 6 mapas MRI y 1 mapa MVDDF
Pértiga PN03DEF
Pértiga PN03DEF
Pértiga PN03DEF
Estimación del efecto de la modelación hidrológica en el análisis de sistemas de recursos hídricos. Caso de
aplicación: Cuenca del río Tormes (España).
Tema B María Pedro-Monzonís, Javier Paredes-Arquiola, Joaquín Andreu, Abel Solera
Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente. Universitat Politècnica de València
Dada la situación actual en todas las cuencas españolas, el aumento de las actividades sociales, industriales y agrícolas, así como la mejora de la calidad de vida exigen una mayor demanda de agua, convirtiéndola en un bien valioso y escaso. Además, la multifuncionalidad del agua provoca intereses confrontados, al ser con frecuencia contradictorios y competitivos los objetivos que se persiguen. A todo esto, debe sumarse condicionantes políticos, socioeconómicos, legales e incluso institucionales.
Por ello, es imprescindible la mejora del conocimiento de los recursos hídricos y la eficacia en la gestión de los mismos, lo cual podemos conseguir mediante el análisis de los sistemas hídricos. Dentro de las posibles herramientas los modelos de gestión de cuencas se han revelado como una de las mejores técnicas para el análisis de sistemas. Sin embargo las series de caudales de entrada suponen un dato fundamental en este tipo de modelos.
La evaluación del recurso hídrico es un aspecto fundamental de la planificación y gestión de recursos hídricos. Con este propósito existen básicamente dos metodologías para su evaluación: la restitución a régimen natural y la modelación.
En este artículo se considera la influencia que tiene el dato de series de aportaciones sobre estudios de análisis de sistemas hídricos. Para ello se obtiene unas nuevas series de aportaciones mediante un modelo Precipitación-Escorrentía basado en la formulación HBV. Las series obtenidas se comparan con las que actualmente se están utilizando obtenidas de una forma más generalista. Además, y como objetivo principal, se analiza la diferencia de resultados de ambas series analizando los resultados con un modelo de simulación de cuenca. Tanto el modelo Precipitación-Escorrentía como el modelo de simulación se han desarrollado con las herramientas EvalHid y Simges del Sistema Soporte de ayuda a la Decisión AQUATOOL.
Esta metodología se ha aplicado a la cuenca del río Tormes (España). El río Tormes es un afluente de la margen izquierda del río Duero y su análisis es interesante por los múltiples usos de la cuenca incluyendo el medio ambiental. Los resultados del estudio han podido determinar la importancia de las series de entrada sobre los resultados de garantías de demandas, caudales ecológicos y futura disponibilidad de recurso.
Estudio de la transferibilidad de parámetros de un modelo hidrológico de balance agregado en cuencas de la cabecera del Segura.
Tema B
Autores: Francisco Pellicer Martínez y José Miguel Martínez Paz
Afiliación: Instituto del Agua y del Medio Ambiente. Universidad de Murcia
Correo electrónico: [email protected], [email protected]
La evaluación de los recursos hídricos es una etapa imprescindible en el proceso de la
planificación hidrológica con el fin de estimar la cantidad de agua disponible dentro de una
cuenca hidrológica. Dicha estimación se realiza a partir de la medición directa de caudales en
los cauces con su posterior restitución al régimen natural, la cual puede ser mejorada mediante
modelos hidrológicos para el relleno y aumento de las series de caudales restituidos.
Además, la aplicabilidad de los modelos hidrológicos ha fomentado su uso con otros fines,
como por ejemplo estudiar la influencia sobre los recursos hídricos debidos a cambios en los
usos del suelo o del cambio climático. La ventaja principal de estos modelos hidrológicos es
su capacidad de transferir los parámetros calibrados en una cuenca a otra cuenca cercana, con
el consiguiente aumento de información y ahorro de mediciones de campo.
El objetivo de este trabajo es analizar la transferibilidad de los parámetros de un modelo
hidrológico de balance a escala mensual entre cinco cuencas de la cabecera del rio Segura
(SE-España. Así, en primer lugar se han aplicado cuatro conocidos modelos de balance de
forma agregada: T-α, abcd model, GR2, WASMOD con el fin de identificar el modelo que
mejor predice los caudales en la zona de estudio. El proceso de calibración-validación de
dichos modelos se ha realizado con el criterio Split-Sample Test (Klemes, 1986) y se ha
utilizado como indicador de la bondad de ajuste el coeficiente de determinación NS. El
modelo abcd (Thomas, 1981) es el modelo hidrológico que presenta mejor bondad de ajuste,
siendo sus valores de coeficiente de determinación (NS) los más elevados tanto en el periodo
de calibración como en el de validación.
Pese a que en estas cuencas son las más altas de la cuenca del Segura y se producen nevadas,
no existe ningún análisis previo del efecto de la nieve en esta zona. Con el fin de estudiar este
hecho se ha acoplado un módulo de nieve-fusión mensual al modelo abcd con objeto de
mejorar la bondad de ajuste. Los resultados ahora obtenidos son los mismos que sin el
módulo de nieve-fusión, lo que permite despreciar el efecto de la precipitación sólida en dicha
zona a escala mensual.
Como síntesis en el análisis de la transferibilidad de parámetros se utiliza el modelo abcd. La
transferibilidad se ha realizado con el criterio de Proxy-basin Test (Klemes, 1986) y se ha
utilizado el modelo autorregresivo de Hildreth-Lu (Hildreth and Lu, 1960) como criterio en la
comparación cruzada de series. En este proceso se han incluido los caudales obtenidos con el
modelo SIMPA (Estrela, 1996) modelo distribuido utilizado en España para evaluar los
recursos hídricos por parte del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente,
para así contrastar también los resultados obtenidos con dicho modelo agregado.
Los resultados muestran la posibilidad de transferir los parámetros sólo entre algunas de las
cuencas analizadas, lo que indica un comportamiento hidrológico heterogéneo en la zona de
estudio. Asimismo, el modelo SIMPA no proporciona mejores resultados que el modelo abcd,
demostrando que la mayor complejidad del modelo distribuido no proporciona una mejor
estimación de caudales en dichas cuencas.
Referencias
Estrela, T., Quintas, L., 1996. A distributed hydrological model for water resources assessment in large basins. Rivertech '96 - 1st International Conference on New/Emerging Concepts for Rivers, Proceedings, Vols 1 and 2: Celebrating the Twenty-Fifth Anniversary of Iwra: 861-868.
Hildreth, C., Lu, J.Y., 1960. Demand Relations with Autocorrelated Disturbances, Michigan State University Agricultural Experiment Station Technical Bulletin 276, East Lansing, MI.
Klemes, V., 1986. Operational testing of hydrological simulation-models. Hydrological Sciences Journal-Journal Des Sciences Hydrologiques, 31(1): 13-24.
Thomas, H.A., 1981. Improved Methods for National Water Assessment. Report, Contract WR15249270, US Water Resources Council, Washington, DC, USA, 1981.
Influencia de las características de la precipitación sobre la
interceptación de la vegetación en una cuenca mediterránea
(B. Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica)
Rafael Pérez Arellano
Ingeniero Agrónomo. Doctorando de la Universidad de Córdoba
María Fátima Moreno Pérez
Dra. Ingeniera Agrónoma. Profesora Contratada Doctora de la Universidad de Córdoba
José Roldán Cañas
Dr. Ingeniero Agrónomo. Catedrático de la Universidad de Córdoba
Ignacio Cienfuegos Hevia
Geólogo. Departamento Ingeniería de suelos de ENRESA
Resumen
La interceptación es la fracción de la precipitación incidente retenida por la vegetación que se evapora
posteriormente, sin alcanzar el terreno. Generalmente, representa una proporción significativa de la precipitación
bruta en los ecosistemas terrestres, y es, sobre todo en los ecosistemas forestales, un componente importante de
la evapotranspiración. Los procesos de interceptación juegan un papel importante en el balance de agua de las
cuencas hidrográficas, y su conocimiento en las zonas mediterráneas, amenazadas por los cambios ambientales y
con amplios rangos de condiciones meteorológicas, es de gran interés tanto científico como aplicado (Ahmadi et
al., 2013).
En los ecosistemas forestales la lluvia bruta se divide en trascolación, escurrimiento cortical y pérdida
por interceptación, y esta separación es una parte muy importante de la hidrología forestal (Iida et al., 2005). La
partición de precipitación en las masas forestales es función de las características de las precipitaciones, de la
estructura de la vegetación, de las condiciones meteorológicas y de las interacciones entre estos factores
(Crockford and Richardson, 2000). La cantidad, intensidad y duración de las precipitaciones así como su
distribución temporal caracterizan el régimen pluviométrico de una zona. Las precipitaciones de alta intensidad y
corta duración pueden dar lugar a una mayor precipitación neta que eventos de baja intensidad y larga duración.
La distribución temporal de la precipitación afecta al número de ciclos de humectación y secado del dosel. Por lo
tanto, dado un evento de precipitación, la interceptación será mayor si la lluvia es intermitente (Link et al, 2004).
Los objetivos de este trabajo han consistido en determinar la influencia de las características de la lluvia
(cantidad, intensidad, duración) y de su distribución temporal sobre la trascolación, el escurrimiento fustal y la
intercepción bajo dos especies vegetales PinusPinea y CistusLadanifer predominantes en la cuenca hidrológica
de “El Cabril” (Córdoba).
El estudio se realizó en los años agrícolas 2010/11 y 2011/12. Para registrar la precipitación incidente
se han instalado dos pluviómetros de cazoleta basculante marca Eijkelkamp de 0,2 mm de precisión situados en
dos claros, uno junto a los pinos y otro junto a las jaras, con la distancia necesaria a la vegetación para que no
interfieran en las medidas. La interceptación se ha medido indirectamente como la diferencia entre la
precipitación bruta, y la suma de trascolación y escorrentía cortical (Staelens et al., 2008).
De los 1134.4 mm de lluvia distribuidos en los 102 eventos que se registraron durante los años de
estudio, un 57% fue interceptado y evaporado a la atmósfera en los pinos, por un 38,2% en la jara. En cuanto a la
escorrentía cortical representó el 0,1% en pinos y 14,9% en jara, siendo la trascolación del 42,9% en pinos y del
50,7% en jara. Estas diferencias se deben a que las características de las plantas influyen en el porcentaje de
precipitación interceptada, siendo este hecho más significativo cuando los eventos lluviosos son pequeños. Así,
los porcentajes de interceptación son muy elevados en P. pinea, ya que el agua se ocupa en la saturación de la
copa antes de iniciarse la trascolación, en tanto que en C. ladanifer son relativamente pequeños debido a que la
resina que secreta los tallos y las hojas de esta especie actúa de repelente frente a las primeras gotas de lluvia.
También se aprecia una gran diferencia en cuanto a la escorrentía cortical, siendo insignificante en P. pinea,
mientras que en C. ladanifer tiene un valor considerable, lo que en gran parte se debe a las diferentes estructuras
del dosel de las plantas. Pese a estas diferencias numéricas, existen correlaciones significativas entre
trascolación, escorrentía cortical e interceptación con la precipitación tanto en pino como en jara.
Una característica relevante de la vegetación es la cantidad de agua que almacena durante una lluvia
antes de exceder la capacidad de la vegetación de retener agua en su superficie. Esta característica es conocida
como la capacidad de almacenamiento o valor de saturación del dosel (Leyton et al., 1967). La capacidad de
almacenamiento de dosel se determina representando la precipitación bruta frente a la precipitación neta para los
distintos eventos y extrapolando la relación entre ambas variables para encontrar la cantidad de lluvia que cae
antes de que comience el escurrimiento, es decir, la lluvia bruta cuando la precipitación neta es cero (Cantú y
Okumura, 1996). La cantidad de agua necesaria para saturar las copas de los pinos presentó variaciones entre 1,6
y 9,5 mm, mientras en jara el intervalo fue de 1,8 a 3,9 mm, dependiendo estos valores de la intensidad de las
precipitaciones. Con lluvias de menor intensidad, la intercepción alcanza sus valores más altos, disminuyendo
considerablemente con el aumento de la duración e intensidad de las precipitaciones.
Referencias bibliográficas
Ahmadi, M.T., Attarod, P., Bayramzadeh V. (2013). The Role of Rainfall Size in Canopy Interception Loss:An
Observational Study in a Typical Beech Forest. Middle-East Journal of Scientific Research 13 (7): 876-882.
Cantú Silva, I, Okumura, T. (1996). Throughfall, Stemflow and Interception in a Mixed White Oak Forest
(QuercusserrataThunb.)Journal of Forest Research,1:123-129.
Crockford, R. y Richardson, D. (2000). Partitioning of rainfall into throughfall, stemflow and interception: effect
of forest type, ground cover and climate. Hydrological Processes, Vol. 14, pp. 2903-2920.
Iida S., Tanaka T., Sugita M. (2005). Change of interception process due to the succession from Japanese red
pine to evergreen oak. Journal ofHydrology 315: 154–166.
Leyton, L., Reynolds, E.R.C., Thompson, F.B. (1967). Rainfall interception in forest and moorland.International
Symposium onForest Hydrology.Sopper, W.E. and Lull, H.W.(eds.), 813 pp, PergamonPress, Oxford, 163 - 178.
Link T.E., Unsworth M, Marks D. (2004). The dynamics of rainfall interception by a seasonal temperate
rainforest. Agricultural and Forest Meteorology, 124: 171–191.
Staelens, J., Schrijver, A. D., Verheyen, K. Verhoest, N. (2008). Rainfall Partitioning into Throughfall,
Stemflow, and Interception within a Single Beech (FagusSylvaticaL.) Canopy: Influence of Foliation, Rain Event
Characteristics, and Meteorology. Hydrological Processes, Vol. 22, pp. 33 – 45.
Cambios en las series hidrológicas de los últimos 30 años y sus causas. El Efecto 80.
Tema B. Hidrología y gestión del agua. Riesgos. Energía hidroeléctrica
Miguel A. Pérez-Martín1, William Thurston1, Teodoro Estrela2, Patrícia del Amo1 1 Universitat Politécnica de Valencia, 2 Confederación Hidrográfica del Júcar.
Introducción
El las últimas décadas se ha observado una importante reducción en las aportaciones hidrológicas a los principales embalses de gestión de muchas cuencas hidrográficas en España (Lorenzo-Lacruz et al., 2012). En el ámbito de la Confederación Hidrográfica del Júcar, las aportaciones naturales a los dos principales embalses de gestión, Alarcón y Contreras, se han reducido en aproximadamente un 40% en los últimos años. Por otra parte, la hidrología presenta una variabilidad natural con la aparición de ciclos húmedos y ciclos secos que puede que no explique las reducciones producidas. En este artículo se analiza si se ha producido un cambio significativo en las series hidrológicas y cuáles son sus principales causas.
Contreras
Alarcón0
200400600800
1,0001,2001,4001,6001,8002,000
1940
/41
1945
/46
1950
/51
1955
/56
1960
/61
1965
/66
1970
/71
1975
/76
1980
/81
1985
/86
1990
/91
1995
/96
2000
/01
2005
/06
2010
/11
año
hm3
Serie Alarcón y Contreras Promedio hasta 1979/80Promedio desde 1980/81
Figura 1. Serie de aportaciones naturales a los dos principales embalses de la cuenca del Júcar: el embalse
de Alarcón (cabecera del río Júcar) y el embalse de Contreras (cabecera del río Cabriel).
Metodología
La detección de la existencia de un punto de cambio significativo se ha realizado mediante la aplicación de diversos test estadísticos, el standard normal homogeneity (SNH) y su variante, que considera varianzas diferentes, y el Wilcoxon’s nonparametric test. Estos test muestran en que año se ha producido el punto de ruptura en las series hidrológicas y si es significativo para un determinado nivel de confianza. Además, una vez establecido el punto de ruptura se analiza si se ha producido un cambio en las características medias de dichas series mediante el Welch's t-test (no igualdad de varianzas) y el Student's t-test (varianzas iguales).
El análisis para determinar las causas del cambio detectado se ha realizado mediante la aplicación del modelo, distribuido lluvia-escorrentía, Patrical (Pérez-Martín, 2005) al conjunto del ámbito de la Confederación Hidrográfica del Júcar. Este modelo es utilizado en esta cuenca para la evaluación de los recursos hídricos y otros análisis (Ferrer et al., 2012), así como para la evaluación del impacto del cambio climático en los recursos hídricos (Estrela et al., 2012).
Resultados
Los tres test indican, claramente, que hay un punto de cambio significativo (significancia superior al 95%) en las series hidrológicas, el cual se produce en el año hidrológico 1979/80. Los resultados de los estimadores de los test y los valores de detección de cambio significativo para diferentes umbrales de significia, son: SNH test Tc=16.1 (p95% = 8.81; p99% = 11.74; Khaliqa and Ouardab, 2007), variante SNH test Tc2=20.5 (p95% = 9.94) y Wilcoxon’s nonparametric test Wc= 17.9 (p95% = 8.38) (Reeves et al., 2007).
Tc
0
5
10
15
20
1940
/41
1950
/51
1960
/61
1970
/71
1980
/81
1990
/91
2000
/01
2010
/11
Tc 2
05
10152025
1940
/41
1950
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1970
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1980
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1990
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2000
/01
2010
/11
Wc
0
5
10
15
20
1940
/41
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1960
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1970
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1980
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1990
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2000
/01
2010
/11
Figura 2. Estimadores para la detección de punto de cambio significativo: Tc, Tc2 y Wc.
Si se comparan las dos series de aportaciones definidas por el punto de cambio, el año 1979/80, la serie 1940/71-1979/80 y la serie 1980/81-2011/12, los dos test aplicados dan resultados muy similares e indican la existencia de cambio en la media: t-Student = 4.7 y t-Welch = 4.5 (p99% = 2.9).
La evaluación de las principales causas se ha realizado mediante el análisis de los resultados del modelo Patrical. Los resultados del modelo de simulación incluyendo únicamente la variabilidad climática y sin modificar las características de la cuenca a lo largo del tiempo, también reflejan una importante reducción en las aportaciones, de aproximadamente el 33%, con un punto de cambio situado en el entorno de 1979/80. Estos resultados indican que el 85% de la reducción en las aportaciones observadas puede explicarse a partir de cambios en los patrones climáticos también descritos por otros autores (Martín de Luis et al., 2010).
Referencias
Estrela, T., Pérez-Martín, M.A., Vargas, E., 2012. Impacts of Climate Change on Water Resources in Spain. Hydrological Sciences Journal. Volume 57, Issue 6, 2012, pages 1154-1167. http://dx.doi.org/10.1080/02626667.2012.702213.
Ferrer, J., Pérez-Martín, Miguel A., Jiménez, S., Estrela, T., Andreu ,J., 2012. GIS-based models for water quantity and quality assessment in the Júcar River Basin, Spain, including climate changes effects. Science of the Total Environment, 440 (2012) 42 – 59. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.08.032.
Khaliqa M. N. and Ouardab T. B. M. J., 2007. On the critical values of the standard normal homogeneity test (SNHT). International Journal of Climatology. Int. J. Climatol. 27: 681–687 (2007).
Lorenzo-Lacruz J., S.M. Vicente-Serrano, J.I. López-Moreno, E. Morán-Tejeda, J. Zabalza, 2012. Recent trends in Iberian streamflows (1945–2005). Journal of Hydrology Volumes 414–415, 11 January 2012, Pages 463–475.
de Luis M., Brunetti M., Gonzalez-Hidalgo J.C., Longares L.A., Martin-Vide J., 2010. Changes in seasonal precipitation in the Iberian Peninsula during 1946–2005. Global and Planetary Change 74 (2010) 27–33.
Pérez-Martín, Miguel A, 2005. Modelo Distribuido de Simulación del Ciclo Hidrológico y Calidad del Agua, Integrado en Sistemas de Información Geográfica, para Grandes Cuencas. Aportación al Análisis de Presiones e Impactos de la Directiva Marco del Agua. Universitat Politécnica de Valéncia, (2005).
Reeves J., Chen J., Wang X.L., Lund R., Lu Q., 2007. A Review and Comparison of Changepoint Detection Techniques for Climate Data. Journal of Applied Meteorology And Climatology Volume 46.
PROPUESTA DE UN MODELO HIDROLÓGICO AGREGADO BASADO EN ECUACIONES GENERALES DE CRECIMIENTO.
APLICACIÓN A LA CUENCA DEL RÍO TEIFI (UK).
Tema .B (primera opción), Tema M (segunda opción). Cristina Prieto, Eduardo García, Roberto Mínguez, César Álvarez, Raúl Medina
Instituto de Hidráulica Ambiental “IH Cantabria”. Universidad de Cantabria.
Los modelos hidrológicos son hoy en día herramientas muy usadas con diversos fines, como extender las
series de caudales en cuencas sin aforos, diseñar frente a avenidas, evaluar estrategias de gestión, predecir la respuesta de las cuencas ante distintos tipos de clima, la calidad del agua, o los parámetros ecológicos, analizar el impacto del cambio climático, caracterizar hábitats, etc. La mayoría de modelos usados con fines prácticos para estimar caudales en cuencas donde se dispone de datos históricos de aforos, son de tipo agregado conceptual, recurriéndose a técnicas de regionalización en aquellos lugares donde no hay medidas [1]. No obstante, la predicción fiable de caudales en cuencas sin instrumentar, sigue siendo una cuestión aún no resuelta de forma satisfactoria [2]. Un problema para desarrollar este tipo de modelos es la dificultad de determinar su estructura y parámetros. En este artículo se resume parte de un trabajo en el que se ha explorado el potencial de las ecuaciones generales de crecimiento [3], como base para construir un modelo hidrológico agregado, conceptual, parsimonioso [4].
Aplicando homologías entre el crecimiento de un sistema genérico y la evolución del caudal en una cuenca, y adoptando otras hipótesis complementarias, se llega a una estructura compacta de 4 parámetros, de los que 1 puede fijarse, sin apenas pérdida de capacidad predictiva. El modelo asume que las cuencas, en condiciones de precipitación, temperatura y usos del suelo constantes, tienden a un caudal de equilibrio (Qeq) que depende de un coeficiente de escorrentía de equilibrio (ceq). Este coeficiente se calcula mediante una extensión de las expresiones del índice de aridez [5], dada por un índice de aridez dinámico, obtenido introduciendo un factor de memoria (λ), que permite tener en cuenta tanto la historia de evapotranspiración potencial y precipitación previas, como los rasgos específicos de la cuenca, por medio de un parámetro P1.
En una cuenca que drena a una sección de cauce, la variable cuya evolución se desea predecir es el caudal instantáneo (Q) en dicha sección, expresado como caudal específico, con unidades de velocidad (mm/día en este trabajo). Los procesos de transformación hidrológica estarán gobernados por unos parámetros fijos y, al menos, dos variables independientes: la precipitación y la evapotranspiración potencial (o, en su defecto, la temperatura máxima diaria). La variable de estado es Q, y el crecimiento del sistema equivale a su variación en el tiempo, dado por el producto de una función no acotada y otra que incluya un factor limitante; estas funciones pueden adoptar formas muy diversas, aunque aquí emplearemos la más básica, la de Verhulst [6]. Partiendo de la analogía entre la capacidad de carga de una cuenca y su Qeq, se propone la siguiente ecuación para formular el nuevo modelo hidrológico conceptual:
Q(t)-)-(tQA·Q(t)·=dt
dQeq
El parámetro A simboliza la tasa de respuesta de la cuenca frente al desequilibrio instantáneo impuesto por las variaciones del Qeq, tiene dimensiones del inverso de la longitud (mm-1 en este artículo) y representa un volumen de almacenamiento equivalente. La solución analítica de la ec.1 es la base del esquema numérico empleado y sus parámetros son λ, P1, A y τ. De estos 4 parámetros, λ puede quedar fijo a efectos prácticos, con lo que la estructura básica tiene 3 parámetros libres. Una variante de este modelo, que también se ha analizado, consistía en suponer que A es diferente cuando el caudal aumenta o disminuye, lo que añadía un parámetro más.
Para probar la aptitud de la estructura se analizó una cuenca húmeda de UK, la del río Teifi (Gales), previamente estudiada ([1], [7], [8]); y sus resultados se contrastaron con los del modelo IHACRES [9], que es un modelo hidrológico agregado, conceptual, parsimonioso, muy usado para simular caudales en continuo. Usando como función objetivo la media entre la unidad menos el coeficiente de eficiencia de Nash-Sutcliffe (NS) y la desviación en volumen (Bias), se comprobó que la estructura fundamental de 3 parámetros reproducía adecuadamente el comportamiento de dicha cuenca, mejorando el obtenido con el IHACRES. Además, los estimadores resultaron estables frente a diferentes periodos de calibración y evaluación. En un análisis de sensibilidad se demostró que ya liberar λ; ya introducir un parámetro adicional, diferenciando una A de ascenso de una de descenso, apenas mejoraba los resultados.
En la cuenca del río Teifi se dispone de un total de 11 años, por consistencia con [1], [7] y [8], y se calibró con sub-periodos de 3 (8 casos, #1 al #8), 10 (#1-8), 1 (#X) y 8 (#1-6) años; todos dieron buenos ajustes de NS, entre 0.905 (#2) y 0.954 (#8). Para evaluar el modelo, cada conjunto de parámetros obtenido en la calibración de los 8 intervalos de 3 años se empleó en los 7 restantes, el menor NS fue 0.886 (min Ev_TEIFI) y el mayor 0.95 (Max Ev_TEIFI). En la imagen de la izquierda se muestran estos resultados y la comparación con el IHACRES. El Bias fue nulo siempre, al aplicar la función objetivo señalada. En la figura de la derecha se ven los caudales estimados con el #8 en un fragmento de su calibración. De la inspección visual de todos los ajustes, se concluyó que el modelo reproducía bien las pautas de la señal medida, en magnitud y tiempo, pero sobreestima las curvas de recesión asociadas a caudales menores de 2 mm/día. La mayor divergencia entre las distribuciones acumuladas de caudales observados y estimados, se dio en la parte baja y fue de un 6% respecto al medio.
El nuevo modelo tiene como propiedades más relevantes el ser compacto, parsimonioso y bien
condicionado para la optimización. La estructura se presenta bajo una única ecuación diferencial no lineal y, aunque se aplicó a datos diarios, se puede aplicar con otros incrementos de tiempo. A diferencia de en los modelos tipo al IHACRES, la ecuación de Verhulst genera una rama ascendente en la respuesta de la cuenca, y además el retardo aparece explícitamente (τ), pudiendo adoptar un valor no entero. El análisis visual de los resultados indujo a pensar que el modelo de 3 parámetros refleja una respuesta hidrológica basada en un mecanismo de exceso de saturación; asimismo, hay que señalar que no permite alcanzar un caudal nulo, lo que, en su versión actual, lo hace inadecuado para ríos efímeros de zonas áridas o semiáridas. Por último, si aceptamos la hipótesis de que un sistema hidrológico se rige por una determinada ecuación diferencial a escala infinitesimal, es más fácil una caracterización de los sistemas hidrológicos independiente de la escala de tiempo de análisis, con relaciones conocidas entre los parámetros óptimos y la base de referencia para la que se han obtenido, abriendo las posibilidades de regionalizar modelos y clasificar cuencas de forma más robusta que las propuestas hasta la fecha. En definitiva, se ha comprobado el potencial de la aplicación, en el ámbito hidrológico, de las ecuaciones generales de crecimiento y, en particular, la ecuación logística o de Verhulst [6]. En este marco de trabajo, es clave el concepto de caudal de equilibrio, definido como aquél que la cuenca persigue continuamente sin llegar a alcanzar, y cuyo valor depende de la propia cuenca, de la lluvia instantánea y de la historia meteorológica reciente, expresada mediante un índice de aridez dinámico.
BIBLIOGRAFÍA:[1] Littlewood, I.G., 2003. Improved UI identification for 7 Welsh rivers: implications
for estimating continuous streamflow at ungauged sites. Hydrol. Sci. J.48 (5): 743-762.[2] Wagener,T.,& A.Montanari (2011). Convergence of approaches toward reducing uncertainty in PUB. Water Resour. Res., 47[3]Tsoularis, A.&Wallace, J., 2002. Analysis of logistic growth models. Math. Biosci.179(1):21-55.[4]Wagener, T., Wheater, H.S.&Gupta, H.V.2004. RRM in gauged and ungauged catchments. Imperial College Press, London, UK, 332pp. . [5] Arora, V. K., 2002. The use of the aridity index to assess climate change effect on annual runoff. J.Hydrol.265:164-177 [6]Verhulst,P.F.,1838.Notice sur la loi que la population suit dans son accroissement. Correspondance Mathematique et Physique Publiee par A. Quetelet 10:113-12. [7] Littlewood,I.G. 2001. Practical aspects of calibrating and selecting UH-based models for continuous river flow simulation. Hydrol. Sci. J. 46(5): 795-811.[8]Littlewood,I.G.,2002b.Improved UH characterisation of the daily flow regime (including low flows) of the River Teifi, Wales: towards better rainfall–streamflow models for regionalisation. Hydrol. Earth Systems Sci. 6(5), 899–911. [9]Jakeman,A.J.,Littlewood,I.G.&Whitehead,P. G.,1990.Computation of the IUH and identifiable component flows with application to two small upland catchments.J.Hydrol.117:275-300.
10/87 11/87 12/87 01/88 02/88 03/88 04/88 05/88 06/88 07/88 08/88 09/88 10/88−3
−2
−1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Dates
mm
/da
y
TEIFI #8
−0.1*Pd Qobs Qsim
0.76 0.78 0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96
#1−6_TEIFI
Max Ev_TEIFI
min Ev_TEIFI
#X_TEIFI
#1−8_TEIFI
#8_TEIFI
#7_TEIFI
#6_TEIFI
#5_TEIFI
#4_TEIFI
#3_TEIFI
#2_TEIFI
#1_TEIFI
Coefficient NSd
VERHULST 3param
IHACRES
¿Heterogeneidad espacial o no-linealidad en los procesos? Análisis en una pequeña cuenca Mediterránea.
(B. Hidrología y gestión del agua) G. Ruiz Pérez1 ([email protected]), C. Medici1, J. Latron2, P. Llorens 2, F. Gallart2 and F. Francés1
(1) Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA), Universitat Politècnica de València.
(2) Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA-CSIC), Barcelona.
El clima mediterráneo está caracterizado por una dinámica estacional muy marcada del régimen de precipitaciones y de la evapotranspiración, que favorece la alternancia durante el año de periodos secos y húmedos. Esto modifica fuertemente el estado hidrológico de la cuenca, que deriva en un comportamiento hidrológico complejo y no-lineal (Piñol et al., 1999). Es precisamente esta alternancia entre períodos secos y húmedos lo que hace diferente el estudio de una cuenca mediterránea al de una cuenca de clima húmedo. Este hecho hace plantearse si los modelos empleados para modelar el comportamiento hidrológico de cuencas de regiones húmedas con bastante fiabilidad son tan fiables en cuencas situadas en la región mediterránea. De hecho, según Pilgrim et al. (1988) es necesario hacer aproximaciones diferentes especialmente en el ámbito de la modelación. El problema fundamental es el de diseñar un modelo capaz de dar respuesta a dos comportamientos diferentes en una misma cuenca y a la transición de uno a otro. Un comportamiento muy similar al de una cuenca de región húmeda cuando todo el suelo está húmedo. Un comportamiento típicamente semiárido cuando el suelo está seco y se está empezando a humedecer, proceso que se conoce en el ámbito hidrológico como wetting-up. De hecho, en relación a la modelación hidrológica, los estudios disponibles muestran serias dificultades para reproducir las primeras crecidas de otoño, después del periodo estival seco. En este tipo de cuencas parece difícil modelizar correctamente uno o más años hidrológicos completos con un solo juego de parámetros debido al ya mencionado comportamiento no-lineal de estas cuencas. Por todo ello, la modelación hidrológica de una pequeña cuenca Mediterránea representa todavía un gran reto. El objetivo principal de este estudio era responder a la siguiente cuestión: ¿para modelar el comportamiento hidrológico no-lineal observado se tiene que introducir la heterogeneidad espacial de la cuenca o se tienen que introducir mecanismos no-lineales en el esquema conceptual de los modelos a emplear? Para responderla, se llevó a cabo la modelación hidrológica de la cuenca de Can Vila. Can Vila pertenece a un conjunto de cuencas experimentales situadas en Vallcebre (pre-Pirineo catalán) cuya descripción más detallada se puede encontrar en Latron, (2003). Se emplearon tres modelos hidrológicos diferentes: dos modelos agregados denominados LU3 y LU4 (Medici et al., 2008), y un modelo distribuido denominado TETIS (Francés et al., 2012). El modelo distribuido TETIS tiene el mismo esquema conceptual que el modelo agregado LU3 pero a escala de celda. Mientras que el esquema conceptual del modelo LU4 está basado en el modelo LU3 pero divide el acuífero en dos tanques: un acuífero superficial y un acuífero profundo. La percolación al acuífero profundo sólo ocurrirá cuando el contenido de humedad del suelo supere un determinado umbral. Por lo que la diferencia entre el modelo LU3 y el modelo TETIS es la incorporación de la heterogeneidad espacial mientras que la diferencia entre el modelo LU3 y el modelo LU4 es la incorporación de una no-linealidad adicional al esquema conceptual a través del umbral que activa la percolación profunda. La comparación gráfica entre resultados simulados frente a observados y el valor de los índices de bondad empleados mostraron que: (1) el modelo LU3 no podía reproducir razonablemente bien el período seco y el período húmedo con el mismo juego de parámetros y (2) el modelo LU4 y TETIS obtienen resultados muy similares y mucho mejores que los obtenidos por el modelo LU3. Frente a
estos resultados tan similares, fue necesario llevar a cabo un análisis muli-objectivo basado en el concepto de frontera de Pareto (Bastidas et al., 1999) para determinar cuál de los dos modelos (TETIS o LU4) obtiene buenos resultados por la razón correcta puesto que cada uno representa conceptualizaciones diferentes. Este análisis tenía un objetivo doble: (1) verificar que el conjunto de parámetros obtenidos tras el proceso de calibración estaba incluido en la frontera de Pareto y (2) analizar el comportamiento de los modelos para períodos secos y húmedos. Los resultados de este análisis (fig. 1a, 1b, 2a y 2b) mostraron que en ambos modelos el juego de parámetros obtenido en el proceso de calibración estaba incluido en la frontera de Pareto y que era el modelo TETIS el que presentaba una mayor capacidad para reproducir igualmente bien el período húmedo y el período seco empleando el mismo set de parámetros.
Fig. 1. Resultados del análisis multi-objetivo para: (a) modelo TETIS y (b) modelo LU4. Se emplearon el índice de Nash-Sutcliffe (1970) y el error en volumen de todo el período de calibración.
Fig. 2. Resultados del análisis multi-objetivo para: (a) modelo TETIS y (b) modelo LU4. Se empleó el índice de
Nash-Sutcliffe (1970) pero computado en el período seco y en el período húmedo.
Referencias:
Francés F., Vélez J. J., Vélez J. I., Puricelli M., Montoya J. J., Múnera J. C., Medici C., Bussi G., 2012: Descripción del modelo conceptual distribuido de simulación hidrológica TETIS v8. Universtitat Politècnica de València.
Latron J., 2003: Estudio del funcionamiento hidrológico de una cuenca mediterránea de montaña. (Vallcebre, Pirineos Catalanes).Tesis doctoral, Facultad de Geología, Universidad de Barcelona.
Medici C., Butturini A., Bernal S., Vázquez E., Sabater F., Vélez J. I., Francés F., 2008. Modelling the non-linear hydrological behavior of a small Mediterranean forested catchment. Hydrological Processes 22: 3814-3828
Nash, J. E., Sutcliffe, J.V., 1970: River flow forecasting through conceptual models part I. A discussion of principles, Journal of Hydrology, 10 (3), 282-290.
Pilgrim D. H., Chapman T. G., Doran D. G., 1988: Problem of rainfall-runoff modelling in arid and semiarid regions, Hydrolog. Sci. J., 33 (4), 379-400.
Piñol J., Àvila A., Escarré A., 1999. Water balance in catchments. En: F. Rodà et al (Eds), "Ecology of Mediterranean Evergreen Oak Forests", Ecological Studies, Vol. 137, Springer-Verlag, 273-282.
-10
10
30
50
70
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
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Funcionamiento de reguladores de presión en paralelo y en serie
Raúl Sánchez, David J. Vicente, Francisco V. Laguna, Luis Juana, Leonor Rodríguez-Sinobas, Luis Garrote
Universidad Politécnica de Madrid [email protected]
(B. Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica, C. Agua y ciudad)
La regulación de presión está ampliamente extendida en las redes de distribución, tanto en las de abastecimiento urbano como en las de riego a presión. Aunque dicha regulación puede llevarse a cabo con diversos dispositivos de control automático, los que se conforman a partir de llaves1 hidráulicas son los más empleados, dado que no requieren disponer de una fuente de alimentación ajena a la propia red de distribución, ya que se accionan mediante la presión del agua de la propia red. Las características de la demanda dan lugar a que, en ocasiones, el caudal quede definido por un intervalo muy amplio, caso en el que se disponen varios reguladores en paralelo. Asimismo, en determinadas redes, la pérdida de carga necesaria en la regulación podría ser demasiada elevada como para evitar los problemas asociados a la cavitación en el regulador. En este caso, se disponen dos reguladores en serie, e incluso se disponen en serie y en paralelo, lo que suele recibir el nombre de disposición mixta. La agrupación de varios reguladores de presión y los conductos oportunos suele denominarse estación reguladora de presión. En esta última, cuando hay varios reguladores de presión en paralelo, estos suelen tener tamaños distintos, de manera que los de menor tamaño han de trabajar cuando la demanda es pequeña y los de mayor tamaño cuando es grande. La presión consignada a cada uno de ellos, también es distinta. En el presente trabajo se estudia el funcionamiento de dispositivos reguladores de presión en serie y en paralelo según las características de la red y su demanda. El análisis se ha llevado a cabo mediante la modelación de los fenómenos de pérdidas de carga y empuje que tienen lugar en los componentes de los reguladores de presión y los elementos de interconexión. El modelo en cuestión, para un único dispositivo, está contrastado experimentalmente. Se ha analizado el funcionamiento de reguladores de presión en serie y en paralelo según la relación de tamaño entre ellos y la diferencia en las presiones de consigna.
1Frecuentemente denominadas válvulas.
Algoritmo “CSI: Canal Survey Information” para el seguimiento de los caudales extraídos en canales de regadío.
Hidrología y gestión del agua. Riegos. Energía hidroeléctrica (primera opción),
Estructuras hidráulicas (segunda opción) Joan Soler
Departamento de matemática aplicada III-UPC-BarcelonaTech
Enrique Bonet
Departamenteo de ingeniería hidráulica-UPC-BarcelonaTech
Manuel Gómez
Departamenteo de ingeniería hidráulica-UPC-BarcelonaTech
José Rodellar
Departamento de matemática aplicada III-UPC-BarcelonaTech
Resumen: uno de los problemas principales en la gestión del agua de los canales de regadío es el control de la distribución equitativa de agua entre las diferentes salidas laterales. Ello es debido a la dificultad de aforar correctamente los caudales extraídos. En esta comunicación se presenta un algoritmo matemático que permite determinar la historia de extracciones laterales llevadas a cabo a lo largo de un horizonte pasado. El algoritmo presentado utiliza las trayectorias de niveles medidos en determinados puntos del canal y las trayectorias de compuerta implementadas a lo largo de un horizonte de tiempo pasado para obtener las trayectorias de caudal de extracción habidas en dicho horizonte hasta el presente. Se trata de un problema inverso clásico en que las trayectorias de extracción laterales se definen mediante funciones temporales a tramos y cada uno de los valores de caudal extraído en el tramo es considerado como una incógnita a identificar. El algoritmo se basa en el método de programación no lineal sin restricciones de Levenberg-Marquardt y utiliza las ecuaciones de Saint-Venant completas para el cálculo de la función objetivo. Se presentan dos casos de estudio: uno teórico para la verificación numérica y otro basado en medidas hechas en un canal de laboratorio en un ensayo para su verificación experimental.
EVADCAT. Herramienta para la Validación Automatizada de los Datos de Puntos de Control del Agua en el Territorio.
(Hidrología y gestión del agua), (La protección contra los riesgos hídricos)
Juan José Villegas Ruiz1, Agustí Pere Figueras Romero2, Jordi Rosich Sánchez3, Olga Castillo Trilla4
Agència Catalana de l’Aigua1, ABMJG2, BomaInpasa3, AudingIntraesa4
[email protected], afigueras@abmjg2, [email protected], [email protected]
La Agència Catalana de l’Aigua dispone de un Sistema de Control del Agua en el Territorio (SICAT) integrado por un conjunto de Puntos de Control del Territorio (PCT) que proporcionan información hidráulica, hidrológica, meteorológica y ambiental, utilizada para gestionar los Recursos Hídricos, prevenir y gestionar fenómenos extremos (avenidas y sequías) y controlar la calidad de las aguas.
Los PCT registran automáticamente un gran volumen de datos que son almacenados en la base de datos corporativa del Sistema de Información de Redes (SIX, en sus siglas en catalán).
Los datos registrados se visualizan, con un pre tratamiento previo en la unidad remota, en tiempo real en el Scada de visualización y control y, posteriormente, off line se realiza su necesaria validación, ya que durante los procesos de medida, registro y comunicación , la calidad de los datos pueden haber sufrido alteraciones debido a una serie de posibles fenómenos, entre los que se puede citar:
Alteraciones del funcionamiento del Punto de Control del Territorio.
Cambios de las curvas/funciones de transformación de las variables.
Alteraciones antropogénicas del Punto de Control del Territorio.
Perdida de registros durante los procesos de medida, registro y comunicación.
La racionalización y la optimización, en número de PCT y variables medidas en el SICAT requieren de una mayor calidad de los datos validados ya que la eficacia de estos procesos facilita la reducción y eliminación de puntos redundantes o complementarios.
El requerimiento sobre el nivel de calidad del dato justifica la consolidación de un proceso de validación sobre los datos registrados para asegurar que cumplen con los criterios de calidad y criticidad requeridos para su uso en los procesos de gestión y de toma de decisiones.
En este contexto, el principal objetivo del desarrollo de la herramienta EVADCAT (Herramienta para la Validación Automatizada de los Datos de Puntos de Control del Agua en el Territorio, en sus siglas en catalán)
es asegurar la máxima calidad de los datos para una correcta gestión del recursos hídricos y optimizar y aumentar la eficiencia del proceso de validación, reduciendo los costes personales y materiales asignados y el tiempo para su ejecución.
Este objetivo ha sido alcanzado a partir de:
La estandarización de los procesos de validación de datos.
La parametrización de los procesos de estandarización.
La automatización de los procesos de validación de datos.
