Integracin del modelo TETIS en el sistema de alarma temprana DELFT FEWS para prediccin de avenidas en

tiempo real en algunas cuencas de la C.H. del Jcar

Autores:Autores:Juan Camilo Mnera, Flix Francs

Universidad Politcnica de Valencia - EspaaInstituto de Ingeniera del Agua y Medio AmbienteGrupo de Investigacin de Hidrulica e HidrologaGrupo de Investigacin de Hidrulica e Hidrologa

http://lluvia.dihma.upv.es

IntroduccinIntroduccin

Qu es DELFT FEWS? Se puede considerar un sistema de apoyo a la decisin (SAD) para prediccin de avenidas

en tiempo real y emisin de alarmas tempranas por peligrosidad de inundacin.

Fil f b d l DELFT FEWS (R i i l 2003) Filosofa subyacente del entorno DELFT FEWS (Reggiani et al, 2003): Suministrar un conjunto de herramientas para la integracin de modelos hidrolgicos o

hidrulicos de propagacin de avenidas. Aplicacin potencial en cuencas con disponibilidad de informacin hidrolgica y previsiones Aplicacin potencial en cuencas con disponibilidad de informacin hidrolgica y previsiones

meteorolgicas (QPF) en tiempo real. Redes SAIHs de las Confederaciones.

Conceptos importantes:p p Workflow: nombre genrico dado a un modelo externo integrado en el entorno de trabajo

DELFT FEWS con una configuracin especfica (Inputs, condiciones de contorno, etc.) Instancias: Cada uno de los pasos de procesamiento computacional ejecutados

i l t i l t i l i l kflsecuencialmente que se requieren para completar una simulacin con algn workflow. Adaptadores: Instancias de mdulo que permiten la transferencia de informacin entre el

entorno DELFT FEWS y el modelo externo.

2

Introduccin

Objetivos:

Introduccin

j Integracin del modelo hidrolgico TETIS (UPV, 1994-2009) en el SAD DELFT

FEWS de la CHJ, para su utilizacin en la prediccin de avenidas en tiempo real.

I l t i l d l R bl d l P l R Alb id Implementacin en las cuencas de la Rambla del Poyo y el Ro Albaida. Configuracin de diferentes workflows del modelo (versin TETIS-FEWS). Anlisis de variabilidad temporal de variables hidrolgicas (I, Q), y definicin dep g ( , Q), y

un t apropiado para las predicciones en tiempo real con TETIS teniendo encuenta posibles efectos de escala y tiempos de clculo.

Actualizacin de calibraciones y validaciones del modelo en ambas cuencas

DELFTFEWS Adaptador General

Actualizacin de calibraciones y validaciones del modelo en ambas cuencas. Evaluacin del desempeo del modelo en tiempo real (Evento 29/09/2009)

Adaptador de Mdulos

XML

Mdulos

Formato nativo Modelo

Formato nativo

3

Interfaz de usuario DELFT FEWS CHJInterfaz de usuario DELFT FEWS CHJ

Versin stand alone Versin stand alone

Filtros

Sitios de inters

Variables

Ejecucin activa

4

Workflows TETIS-FEWSWorkflows TETIS-FEWS

Caractersticas workflows TETIS-FEWS: Caractersticas workflows TETIS-FEWS:

Input de precipitacinP [t0-2, t0] P [t0 t0+1]

Workflow Tamao celdaP [t0 2, t0] P [t0, t0+1]

Histrico_Jcar Estaciones SAIH - -

Prediccin_Jcar Estaciones SAIH HIRLAM Original HIRLAM

Prediccin_JcarR RADAR HIRLAM 1 km

Prediccin_JcarRM RAINMUSIC HIRLAM 1 km

Instancias que componen cada uno de estos workflows: Importacin de series histricas y QPF (modelo HIRLAM). Aplicacin de funciones de preprocesado a toda la informacin de entrada. Exportacin de datos en formato propio del entorno DELFT FEWS.

5

Configuracin Workflows en DELFT FEWSConfiguracin Workflows en DELFT FEWS

Ejecucin de mdulos adaptadores externos:jecuc de du os adaptado es e te os1. Mdulo Pre-adaptador: Lee y traduce datos exportados y genera

episodio en formato nativo de TETIS.2 Mdulo ejecutable del modelo TETIS FEWS2. Mdulo ejecutable del modelo TETIS-FEWS3. Mdulo Post-adaptador: Convierte las variables de salida de TETIS al

formato binario entendible por FEWS y estado de la cuenca en la fechafinal de simulacinfinal de simulacin.

Importacin de resultados del modelo TETIS al entorno FEWS.p

Visualizacin y anlisis de resultados en tiempo real

Generacin de informes

6

El Modelo hidrolgico TETISEl Modelo hidrolgico TETIS

Desarrollado en la UPV desde 1994 Modelo conceptual con base fsica y distribuido en el espacio:

Simula los procesos hidrolgicos ms relevantes y reproduce la variabilidadespacial de las componentes del balanceespacial de las componentes del balance.

Incluye el balance en cada elemento del modelo y en todo momento. Utilizable a cualquier escala temporal. Reduccin de efectos de escala espacial Explotacin de toda la informacin espacio-temporal existente

Modelacin de la propagacin separada en laderas y cauces

7

El Modelo hidrolgico TETISEl Modelo hidrolgico TETIS

Simulacin adecuada de estados iniciales Ecuaciones dinmicas:

6 variables de estado H(t) 4 flujos de salida Y(t) 4 flujos de salida Y(t)

Problema potencial con los parmetros en la mayora de los modelos distribuidos: Calibracin de n ele ado nmero de Calibracin de un elevado nmero de

parmetros en cada celda a partir del hidrograma en la salida de la cuenca.

Solucin adoptada: Novedosa estructura Solucin adoptada: Novedosa estructura separada del parmetro efectivo:

Primera fase: estimacin a priori a partir de )i(H

1u FC)i(H

p pla informacin fsica y ambiental disponible

Segunda fase: Factor corrector global

u )i(H Calibracin

8

Estimacin de parmetrosEstimacin de parmetros Calibracin automtica de Factores Correctores (FC) a posteriori:

Tiene en cuenta: efectos de escala espacial y temporal, errores en losinputs, parmetros a priori, y asociados a la estructura del modelo.

Almacenamiento esttico mximo: FC1 Hu Factor de vegetacin para la ET: FC2 v Infiltracin (tasa cte.): FC3 Ks Escorrenta directa (embalse lineal): FC4 vladera Percolacin (tasa cte.): FC5 Kp( ) 5 p Flujo subsuperficial (embalse lineal): FC6 Ks Prdidas subterrneas (tasa cte.): FC7 0,1 Kp

Flujo base o interior (embalse lineal): FC Kp Flujo base o interior (embalse lineal): FC8 Kp Velocidad en cauces: FC9 vcauces

9

Variabilidad y escala temporalVariabilidad y escala temporal

Efecto del t adoptado sobre la respuesta hidrolgica: Carcter no lineal de la respuesta hidrolgica en los procesos simulados. Influencia del cambio de resolucin temporal por agregacin de la informacin

original sobre la variabilidad temporal en la tormenta y el hidrograma.original sobre la variabilidad temporal en la tormenta y el hidrograma.

Anlisis de eventos en la Rambla del Poyo:

Influencia t en la Intensidad mxima de las tormentas Influencia t, caudal pico de las avenidas asociadas

100.0

120.0

140.0

160.0

n

t

o

(

m

m

/

h

)

Influencia t en la Intensidad mxima de las tormentas Influencia t, caudal pico de las avenidas asociadas

400.0

500.0

600.0

o

(

m

3

/

s

)

40.0

60.0

80.0

100.0

I

n

t

e

n

s

i

d

a

d

m

x

.

e

v

e

n

100.0

200.0

300.0

C

a

u

d

a

l

p

i

c

o

e

v

e

n

t

o

0.0

20.0

0 10 20 30 40 50 60

t (min)

I

Evento 2000 Evento 1988 Evento 1989 Evento 1998 Evento 2002

0.00 10 20 30 40 50 60

t (min)Evento 2000 Evento 1988 Evento 1989 Evento 1998 Evento 2002

10

Calibracin del modeloCalibracin del modelo Calibracin automtica de FC: algoritmo de optimizacin SCEUA (Duan,

1992). Mtodo muy robusto para modelos lluvia-escorrenta.Rambla del Poyo, evento octubre de 2000 Ro Albaida en Montaverner, octubre de 2008

Factor corrector Parmetro del modelo R. del Poyo Ro Albaida FC1 Almacenamiento esttico 2.1474 4.6648 FC2 Evapotranspiracin 2.1916 1.3971 FC3 Infiltracin 4.7646 1.2316

Criterios de evaluacin R. del Poyo Ro Albaida

ndice de eficiencia Nash - Sutcliffe (NSE) 0.85 0.89 FC3 Infiltracin 4.7646 1.2316

FC4 Velocidad escorrenta directa 0.0267 0.4667 FC5 Percolacin 1.7977 1.8847 FC6 Velocidad interflujo 0.1721 13.4937 FC7 Prdidas subterrneas 100.0 0.2957 FC8 Flujo base 0.0 8.1102 FC9 Velocidad en cauce 1 1000 1 2958

Nash Sutcliffe (NSE)Error raz cuadrtico medio

(RMSE) 36.84 10.35

Error en balance (%) -2 -0.6

Error en Qpico (%) -21 -22.5

11

FC9 Velocidad en cauce 1.1000 1.2958 ( )

Validacin del modelo Ro Albaida, validacin espacio temporal:

Validacin del modelo

Est. Montaverner, evento octubre de 2007 Estacin Moixent, el mismo evento

ndices estadsticos en validacin:Criterios de Evaluacin Oct-2007 (t) Oct-2007 (e-t)

0 92 0 89ndice de eficiencia NSE 0.92 0.89RMSE 6.88 10.35 Error en balance (%) -1.2% -0.6% Error en Qpico (%) 19.8% -22.5%

12

Evaluacin del modeloEvaluacin del modelo Avenida 29 de septiembre de 2009

29/09/2009 11:00

Pluvimetros Radar RainMusic

I t d Hid G i S L

13

Imgenes cortesa de HidroGaia S.L.

Evaluacin del modeloEvaluacin del modelo Avenida 29 de septiembre de 2009

Q.Tetis SAIH Q tetis RaimnusicQ.tetis Raimnusic

Q.obsQ Tetis SAIH

Q.tetis Rainmusic

Q.obs Q.tetis RadarQ.Tetis SAIH

Q.tetis Radar

I t d Hid G i S L

14

Imgenes cortesa de HidroGaia S.L.

ConclusionesConclusiones

El modelo TETIS se ha implementado con xito en el SAD DELFT El modelo TETIS se ha implementado con xito en el SAD DELFTFEWS de la CHJ para prediccin de avenidas en tiempo real en lascuencas del ro Albaida y la Rambla del Poyo.

Se ha estudiado la influencia de la discretizacin temporal de lasvariables hidrolgica I y Q sobre la representacin de su variabilidadg y ptemporal y se ha definido un t de 10 min para hacer predicciones.

S h i d t li d l lib i t Se ha revisado y actualizado las calibraciones para estas cuencasincorporando algunos eventos registrados los ltimos aos. Losresultados de las calibraciones y validaciones son muy satisfactorios.

El modelo ha presentado una respuesta adecuada al evento ocurridoa finales de septiembre del ao en curso

15

a finales de septiembre del ao en curso.

AgradecimientosAgradecimientos

El presente trabajo hace parte de:p j p

El proyecto IT-SAIH para el Ministerio de Medio Ambiente

Los proyectos del Plan Nacional de I+D, referencias:

CGL2005 06219/HIDCGL2005-06219/HIDCGL2006-27077-E/HIDCGL2008-06474-C02-02/BTE

Contacto:Juan Camilo MneraE-mail: juamues1@doctor.upv.esTel: 96 387 76152

Flix FrancsE-mail: ffrances@hma.upv.esTel: 96 387 77612

Instituto de Ingeniera del Agua y del Medio AmbienteUniversidad Politcnica de Valencia

www.iiama.upv.es/

16

Tel: 96 387 77612 www.iiama.upv.es/