manual

Convenio Fundación Polar – Fundacite Aragua – UCLA / dic

Curso de Introducción a la Simulación Hidrológica Para la Gestión de Cuencas

PRESENTACIÓN

El proyecto de “Gestión Ambiental Integral de la Cuenca del Río Guárico” es un proyecto que auspician Fundación Polar, FUNDACITE – Aragua e HIDROCAPITAL. Es una actividad interinstitucional y multidisciplinaria cuyo objetivo principal es el desarrollo y aplicación de metodologías para la gestión ambiental integral de cuencas. Una componente del proyecto es el desarrollo de sistemas informáticos como herramientas básicas para la gestión. En este aspecto, se trata de integrar los gestores de bases de datos, los sistemas de información geográfica y los modelos de simulación para la evaluación de los escenarios alternativos. El Decanato de Ingeniería Civil de la Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado participa en dos de los estudios del proyecto, uno de los cuáles esta referido a la evaluación, desarrollo y aplicación de modelos de simulación hidrológica. El presente documento ha sido elaborado como material de apoyo para el curso de “Introducción a la Simulación Hidrológica Para la Gestión de Cuencas” y a solicitud de la Facultad de Ingeniería Agrícola de la Universidad Nacional Agraria – La Molina y con la autorización de las entidades patrocinantes del proyecto. El programa de simulación se presenta en su versión de evaluación y para fines exclusivamente docentes.



2.0 LA INFORMÁTICA Y LA GESTIÓN INTEGRAL DEL RECURSO

AGUA EN LAS CUENCAS. BASES CONCEPTUALES. Desde el punto de vista informático, una cuenca puede ser conceptualizada

como un sistema físico que interrelacionado con una serie de factores, denominados entradas, lo cual genera una determinada función de respuesta, o salida. Dicha función de respuesta define un estado particular del sistema. En la figura 1 se muestra un esquema que ilustra este concepto. Como puede apreciarse, las variables de entrada corresponden a los ámbitos socio - económicos, físicos, ambientales y políticos; la proporción en que cada uno de ellos contribuye a la función de respuesta del sistema no es constante para una cuenca dada ni de un sistema a otro. Tampoco los elementos de entrada son independientes entre sí; por el contrario, ellos se relacionan estrechamente y de manera dinámica. Esta forma de formalizar el problema es muy importante durante el proceso de planificación ya que asegura una visión interdisciplinaria e integral del mismo. Para una determinada estructura de las entradas, y un estado del sistema, se genera una respuesta específica, la cual también se denomina usualmente como escenario. Si dicho escenario se establece para un período de datos medidos, el mismo corresponderá al escenario histórico. En este contexto, la fase de diagnóstico del sistema es de suma importancia y su objetivo básico debe ser establecer claramente las interrelaciones entre los factores presentados en la figura 1. De ser posible, y si la información básica lo permite, dichas interrelaciones deben ser expresadas en términos cualitativos y cuantitativos; de lo contrario debe establecerse cuál es la información adicional que debe generarse para lograr un adecuado diagnóstico. Planteado en estos términos, y empleando una analogía geométrica, el análisis conceptual es bidimensional y no incluye la variable tiempo; por tanto, es válido para un instante dado. El tiempo constituye el tercer eje referencial y su inclusión debe hacerse para una longitud dada, la cuál corresponderá al horizonte de planificación seleccionado. La inclusión de la variable tiempo en el proceso introduce un nuevo elemento que amplía los requerimientos del análisis. En efecto, ahora también deberán establecerse las relaciones temporales de las variables de entrada: así mismo, los estados iniciales del sistema en cada intervalo de estudio quedarán definidos por los estados finales del sistema para el intervalo anterior. El proceso resulta relativamente sencillo cuando se aplica a un período histórico en el cuál las estructuras correlativas ente las variables de entrada y el sistema pueden ser verificadas o ajustadas.



Sociales

Económicos

Físicos

Ambientales

Políticos

Cuenca ( Sistema )

Estado del Sistema

Entradas Salidas

Figura 1. LA CUENCA COMO SISTEMA



Sin embargo, el mayor interés del proceso de planificación está en la estimación de los escenarios alternativos futuros. En estos términos, una predicción futura no es posible; el proceso sólo puede incluir estimaciones de escenarios alternativos futuros y una apreciación del nivel de confiabilidad que tienen dichas estimaciones. Ello introduce ahora los conceptos de confiabilidad y riesgo como elementos básicos a incorporar en el proceso.

En este punto, los procedimientos de simulación de los sistemas físicos constituyen una poderosa herramienta de evaluación de escenarios alternativos futuros y permiten resolver interrogantes relacionadas a la estructura espacial y temporal de las variables, a los estados del sistema y a los niveles de incertidumbre y riesgo que puedan evidenciar.

En algunos procesos, tales como en la polución y contaminación, la simulación de los sistemas es un paso ineludible si se desea prevenir efectos que luego pudieran ser irreversibles o de muy lenta recuperación. En la figura 2 se ilustran estos conceptos. En dicha figura el primer nivel, resaltado en negrita, corresponde al período para el cuál es posible determinar las correlaciones entre las variables y las características físicas o estados del sistema; ello es posible debido a la existencia de los registros históricos. En el proceso de modelación esta fase se denomina de calibración y tiene como finalidad determinar los parámetros del sistema. Realizado el proceso de calibración se formulan las diversas estructuras de asociación, o hipótesis, para las variables de entrada así como para los diferentes estados del sistema. Dichas hipótesis, también denominadas trazas, constituyen alternativas de acción que el planificador desea evaluar a fin de establecer su viabilidad. Cada una de las trazas es introducida al sistema obteniéndose las respuestas del mismo o los escenarios alternativos factibles. El problema será ahora determinar cual es el escenario, o combinación de los mismos, que optimiza el logro de los objetivos fijados para el proyecto. Cuando los sistemas son complejos, y / o las alternativas numerosas, la tarea no es sencilla y debe recurrirse a los modelos de optimización de decisiones. El esquema que se muestra en la figura 3 permite explicar, de manera simplificada, en qué consiste el proceso de optimización. Para ello se debe partir de establecer los objetivos que se aspiran lograr para el proyecto.

Usualmente, dichos objetivos están expresados en términos financieros: maximización de la relación beneficio / costo, maximización de la relación beneficio - costo o minimización de costos. También pueden establecerse objetivos de índole social, como la generación del máximo número de empleos, de carácter ambiental e inclusive político.



Figura 2 EL ANÁLISIS DE ESCENARIOS ALTERNATIVOS.

Registro Histórico

Traza 1

Traza 2

Traza 3

Traza 4

SISTEMA( Cuenca )

Escenario Actual

Escenario Alternativo1



Escenario alternativo4

SISTEMA( Cuenca )



Desde el punto de vista operacional, la condición básica es que todos estos

objetivos puedan expresarse en términos cuantitativos a través de una expresión matemática que se denomina la función objetivo. Si, a manera de ilustración, se asume un proyecto de carácter agrícola de dos insumos básicos x e y, tierra y agua por ejemplo, sin restricciones de disponibilidad para cada uno de ellos, se tendría una región de soluciones factibles infinita y definida en el cuadrante positivo del eje de coordenadas cartesianas, ya que los valores de ambos insumos son siempre iguales o mayores que cero. Sin embargo, esta región factible teóricamente infinita se reduce cuando se introducen las diferentes restricciones que rigen para el sistema; éstas también deben expresarse como funciones matemáticas y se muestran en el gráfico como las rectas Rn. Las diferentes restricciones van acotando una nueva región de soluciones factibles, la cual aparece en la figura como un polígono.

Del infinito número de soluciones físicamente factibles sólo una de ellas

optimizará el objetivo establecido; su ubicación en el gráfico dependerá de la naturaleza de dicho objetivo, situándose normalmente en uno de los vértices del polígono, tal como se ilustra en la figura. La estructuración de un modelo de optimización de decisiones no es una tarea sencilla, pudiendo usualmente conducir a sistemas de ecuaciones difícilmente solubles de forma manual. A manera de ejemplo puede citarse el modelo de optimización elaborado para el proyecto Yacambú – Quíbor, en el Estado Lara, Venezuela, el cuál consta de 500 ecuaciones con 450 incógnitas que deben resolverse aproximadamente unas 1500 veces.

Una vez desarrollados, los modelos de optimización constituyen una poderosa herramienta de la planificación hidráulica ya que permite rápidamente establecer la secuencia óptima de obras, o de cursos de acción, para los objetivos establecidos. Así mismo, posibilitan definir cual es la prioridad que tienen las acciones a realizar en el horizonte de planificación establecido en función de sus aportes en el logro de los objetivos fijados. Las variaciones en los costos, la evaluación de nuevas alternativas que se propongan, e inclusive cambios en los objetivos, también puede ser rápidamente estudiados con el modelo de optimización. Obviamente, esto requiere una permanente actualización de la información básica del modelo.



y

x

Región de Factibilidad

R1

R2

R3 R3

Figura 3. MODELO DE OPTIMIZACIÓN

Posible punto óptimo.

A manera de resumen, en la figura 4 se presenta un esquema simplificado de la forma en que se interrelacionan las diferentes herramientas informáticas en el proceso de planificación ambiental e hidráulica. Como puede observarse, el objetivo final del proceso es la formulación y evaluación de políticas alternativas de gestión; dichas políticas incluyen aspectos estructurales y no estructurales, así como aspectos operacionales y de manejo del sistema. Con esta finalidad, deben cumplirse dos fases previas, la primera de las cuáles está referida a la caracterización del sistema y a la identificación y evaluación de las alternativas viables de gestión que hagan posible la consecución de los objetivos establecido. Para ello se cuenta con tres tipos de herramientas informáticas: las bases de datos, los modelos de simulación y los sistemas de información geográfica, SIG. Estos tres niveles están estrechamente interrelacionados entre sí.



Las bases de datos tienen como finalidad almacenar y procesar la cuantiosa información básica existente, o generada en el campo, debiendo ser sistemas de fácil acceso y amigables para el usuario. En este sentido dos de las herramientas más difundidas son el FoxPro y el Acces. De manera general, los modelos de simulación están referidas a la cantidad y calidad del agua; a su vez, los de cantidad de agua pueden estar referidos a disponibilidades superficiales o subterráneas. A su vez, los diferentes algoritmos pueden diferenciarse por los intervalos de tiempo empleados en los cálculos. En términos generales y a nivel de cuenca, los modelos de calidad se originan en modelos hidrológicos de cantidad a los cuales se les agregan subrutinas que describen los diferentes procesos físicos, químicos y biológicos que se derivan del proceso polutivo. Los SIG son software asociados a las bases de datos que permiten desplegar espacialmente la información derivada de la información básica o de procesos de simulación.

Debe señalarse que actualmente ya existen algunos sistemas que integran los tres aspectos en un sólo sistema como el MMS, desarrollado para el Banco Interamericano de Desarrollo, BID. Los resultados de la primera fase, de identificación y evaluación de la factibilidad de las alternativas, se introducen en el modelo de optimización de decisiones, el cuál permitirá establecer las secuencias óptimas de obra o de gestión.

También, la figura 4 permite visualizar un elemento básico en la fase de conceptualización del desarrollo de aplicaciones de los SIG: los mismos se inscriben en un contexto general de herramientas informáticas de apoyo a la planificación y la gestión ambiental de las cuencas.

En otras palabras, la instrumentalización de los SIG no constituye

un fin por si mismo y su desarrollo no puede darse de manera aislada del contexto de planificación.



B a s e s d e d a t o s .

M o d e lo s d e S im u la c ió n .

S is t e m a s d e In f o r m a c ió n

G e o g r á f i c a , S I G .

M o d e lo d e O p t im iz a c ió n .

F o r m u la c ió n y E v a lu a c ió n d e P o l í t i ca s

A l te r n a t i v a s d e G e s t ió n .

F ig u r a 4 . H E R R A M IE N T A S IN F O R M Á T IC A S E N L A P L A N IF IC A C IÓ N H ID R Á U L IC A .



3.0 MODELOS MENSUALES DE SIMULACIÓN LLUVIA –

ESCORRENTÍA

3.1 Antecedentes En Venezuela, uno de lo antecedentes principales en el uso de modelos de simulación paramétrica se remonta a la década de los setenta, con el empleo del STANFORD IV, del profesor Ray K. Linsley. Sin embargo, los requerimientos de información tan detallados limitaban grandemente en la práctica la aplicación extensiva de este modelo. Posteriormente, en 1976, se elabora el modelo SIMULACI, a escala mensual, el cuál constituye una referencia metodológica importante en el área del desarrollo de la simulación hidrológica en el país. Sin embargo, corresponde al Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, dar el mayor impulso a través de su extensa aplicación en diversos proyectos a nivel nacional, destacando el de evaluación del potencial energético hidráulico nacional. Ello se hace a través de una versión modificada del SIMULACI, denominada SIHIDME. Desde entonces, y a la par del creciente desarrollo de la informática, se han desarrollado e instrumentalizado una serie de algoritmos de simulación que cubren todas las áreas del desarrollo de los recursos hídricos. Sin embargo, en muchos casos, la documentación técnica de dichos algoritmos, así como de las experiencias obtenidas en el país en su utilización, no ha sido suficientemente documentada y difundida, lo cuál restringe su conocimiento y aplicación, aún cuando algunas universidades ya han incorporado este tópico en sus programas regulares de enseñanza de la hidrología básica. Un esfuerzo resaltante en este aspecto, lo constituye el realizado por el hoy Centro Interamericano de Desarrollo e Investigación Ambiental y Territorial, CIDIAT que a lo largo de estos años, y a nivel de postgrado, ha realizado una intensa labor en este sentido. 3.2 El modelo SIMULACI 3.2.1 Formulación matemática Conceptualmente, el modelo SIMULACI es una representación de la ocurrencia del ciclo hidrológico en la cuenca, a escala de tiempo mensual. Cada uno de los procesos físicos que componen dicho ciclo hidrológico es representado a través de un conjunto de ecuaciones y relaciones matemáticas, todas de carácter lineal.



Los resultados del proceso de simulación se expresan en términos de los volúmenes de agua mensuales de agua generados en la cuenca, expresados en millones de metros cúbicos por mes. A continuación se describen brevemente los procesos considerados en el modelo. 3.2.1.1 Precipitación. La información de precipitación mensual para cada una de las estaciones existentes en la cuenca, y para el período de trabajo seleccionado, constituye una información básica de entrada para el modelo. A partir de la misma, y teniendo en cuenta la distribución espacial de la lluvia, el programa calcula una precipitación media mensual para cada una de las subcuencas en las que se divide la cuenca. Ello se hace empleando la expresión:

PREM I L PRE I IE PORCP IE Li

i NEPRE

( , ) ( , ) * ( , )==

=

∑1

( 3.1 )

en la cuál:

PREM (I,L): precipitación promedio del mes I en la subcuenca L

PRE (I,IE): precipitación del mes I en la estación IE

PORCE (IE, L): fracción del área de la subcuenca L influida por la estación IE

NEPRE: número de estaciones de precipitación

Como se ha mencionado anteriormente, la aplicación de la ecuación (3.1) supone un previo proceso de segmentación de acuerdo a criterios de homogeneidad espacial de topografía, suelos, vegetación y otros. Luego, se requiere también la elaboración de un mapa representativo de la distribución espacial de la precipitación empleando, por ejemplo, el método de los polígonos de Thiessen. La superposición de ambos mapas genera la matriz PORCP (IE, L), que es la que expresa cuál es el porcentaje de influencia que tiene cada estación de precipitación en cada una de las subcuencas. Con esta información, y la correspondiente a los registros de precipitación en cada estación, el modelo calcula la precipitación media mensual para cada una de las subcuencas.



3.2.1.2 Evapotranspiración. Para el cálculo de la evapotranspiración mensual en cada una de las subcuencas, el algoritmo parte de la determinación de la evaporación media mensual, para lo cual emplea una relación similar a la (3.1):

EVMC I L EVAP I IE PORCE IE Li

i NEVAP

( , ) ( , ) * ( , )==

=

∑1

(3.2 )

en la cuál: EVMC (I, L): evaporación media durante el mes I en la subcuenca L

EVAP (I, L): evaporación media de tina en la estación IE durante el mes I

PORCE ( IE, L): fracción del área de la subcuenca L influida por la estación IE

NEVAP: número de estaciones de evaporación

La tasa de evapotranspiración real en cada subcuenca es considerada como una función lineal del contenido de humedad en el suelo, definiéndose un rango de humedad comprendido entre la capacidad de campo y un valor inferior a él denominado HES, para el cuál la evapotranspiración real es igual a la potencial. Por debajo de dicho contenido límite, la evapotranspiración real disminuye; estas relaciones se expresan en las ecuaciones alternativas siguientes:

E V E V M C I L C KH S IH E S= ( , ) * *3 (3.3)

E V E V M C I L C K= ( , ) * 3 (3.4)

donde:

EV: evapotranspiración real en la subcuenca L, mes I

HSI: humedad inicial del suelo para la subcuenca L

HES: contenido límite de humedad del suelo

CK3: factor para convertir la evaporación de tina a evapotranspiración potencial



La ecuación (3.3) se aplica si el contenido de humedad en el suelo, HSI, para un mes cualquiera, es menor que el contenido límite de humedad; en caso contrario, la evapotranspiración real se calcula por la relación ( 3.4 ). 3. 2.1.3 Infiltración Físicamente, la infiltración está dada por la fracción de agua de lluvia que ingresa al suelo; obviamente, dicha fracción es función de sus características de infiltración; en el modelo, esta propiedad se denomina como su capacidad de infiltración. Las ecuaciones establecidas son:

AINFRE PREM I L= ( , ) (3.5)

AINFRE CINF= (3.6)

en las cuáles:

AINFRE: infiltración ocurrida durante el mes I

PREM (I, L): precipitación media sobre la subcuenca L, mes I

CINF: capacidad de infiltración de la subcuenca

La ecuación (3.5) se aplica cuando el valor de la precipitación media mensual en la subcuenca es menor que la capacidad de infiltración; en caso contrario, la ecuación (3.6) es la vigente. 3.2.1.4 Percolación y Humedad del Suelo El almacenamiento de humedad en el suelo puede considerarse a dos niveles. El primero es el denominado almacenamiento superior de humedad y está dado por el contenido de humedad hasta la zona de profundidad radicular, pudiendo estar este nivel a saturación o por debajo de él. El almacenamiento inferior de humedad está constituido por la zona de flujo subsuperficial y de recarga hacia los acuíferos. La retención de humedad en el almacenamiento superior tiene como límite la capacidad de campo, la cuál se define como el contenido de humedad en el suelo después de que ha sido sometido a una succión de 1/3 de atmósfera.



El agua retenida entre 0 y 1/3 de atmósfera está contenida en los macroporos del suelo. Este contenido de humedad es eliminado debido a que su peso es mayor que la fuerza de retención y es lo que se denomina agua de percolación; las ecuaciones de este proceso son:

GR HS CC= − (3.7)

GR = 0 (3.8)

donde:

GR: percolación de la subcuenca considerada, durante el mes.

CC: capacidad de campo.

La ecuación ( 2.7 ) se aplica cuando la humedad resultante en el suelo es mayor que la capacidad de campo; en caso contrario, no existe percolación. Para el mes inicial, la humedad del suelo, HS, es dato de entrada; para los meses siguientes se calcula a través de la relación:

HS AINFRE HSI EV= + −( ) (3.9)

3.2.1.5 Almacenamiento Base El almacenamiento base, o agua del almacenamiento inferior del suelo, está dada por la relación:

VOI VOII VGR FSU FSUBE QB= + + − − (3.10)

con: VOI: volumen de agua almacenada durante el mes

VOII: volumen de agua almacenada al inicio de mes

VGR: volumen de agua percolada durante el mes

FSU: flujo subterráneo afluente

FSUBE: flujo base en la cuenca durante el mes.



QB: flujo que sale de la cuenca en forma subterránea.

A su vez, los términos FSUBE y QB se calculan por:

FSUBE C VOII C VGR C FSU= + +3 4 5* * * (3.11)

QB C6 * VOII C7 * VGR C8 * FSU= + + (3.12)

Expresiones en las cuáles C3, C4 y C5 representan las fracciones de VOII, VGR y FSU de la cuenca como flujo subsuperficial y llegan al cauce principal; C5, C7 y C8 también son fracciones de los mismo términos pero salen de la cuenca en forma de flujo subterráneo, sin llegar al cauce principal. 3.2.1.6 Escorrentía Superficial Hasta este punto las ecuaciones han representado los procesos de tránsito de la fracción de agua de lluvia que llega al suelo y circula a través de él, calculando inclusive el aporte por flujo subsuperficial. El otro componente mayor está dado por la escorrentía superficial directa que se define por:

SRO SROI FSA PREM I L AINFRE1 = + + −( , ) (3.13)

donde:

SRO1: agua disponible para escurrir, en forma superficial, durante el mes

SROI: agua disponible para escurrir superficialmente en la subcuenca al

Inicio del mes

FSA: flujo superficial afluente a la subcuenca durante el mes

El término SROI es dato para el primer mes de la simulación, calculándose luego para los meses sucesivos de acuerdo a la relación:

SROI = C10 * SRO1 (3.14)

expresión en la cuál C10 representa la fracción de agua disponible para escurrir que queda retenida para el siguiente mes; físicamente es un concepto similar al de flujo de recesión.



3.2.1.7 Escorrentía Total.

La escorrentía total a la salida de la cuenca está dada por: ESC I L FSUBE SRO( , ) = + 2 (3.15)

expresión en la cuál SRO2 es igual a SRO1*C9, siendo la fracción de agua disponible para escurrir superficialmente y que efectivamente sale de la cuenca durante el mismo mes. Obviamente, C9 y C10 son complementarios y su adición es igual a la unidad. En la figura 5 se presenta un esquema conceptual general del modelo, habiéndose mantenido en él mismo la misma denominación que tienen las diferentes variables en la formulación matemática.

3.2.2 Creación de archivos de datos en el modelo SIMULACI

Iniciado el programa, y luego de hacer click en continuar de la pantalla de presentación, se mostrará el menú principal del programa:

En este menú se pulsa ahora el primer botón de la derecha (“Mensuales”) y el programa presentará el menú correspondiente a los modelos mensuales, el cuál debe lucir de la forma siguiente:



VGR

ESC

FSUBE

QB

EV

SRO2

PREM

FSU

HES CC

Cauce Natural ALMACENAMIENTO BASE

AINFRE

Fig. 5.- CONCEPTUALIZACIÓN DEL MODELO SIMULACI



En este menú aparecen 4 opciones. La primera, “Archivos” es la que permite crear y editar los archivos de datos para la ejecución de los modelos mensuales. Los dos modelos mensuales, SIMULACI y SIHIDME, utilizan el mismo archivo de datos. En lo que sigue, se asume que se va a crear un archivo de datos, ejecutarlo y luego editarlo para realizar cambios para una nueva corrida. Si se pulsa la opción archivos aparecerá el siguiente menú:

Ahora, para crear un archivo de datos debe hacerse clic en la imagen de “Crear Archivo” y se visualizará lo siguiente:

Como puede observarse, el programa solicita el nombre del archivo de datos a crear el cuál debe colocarse sin extensión alguna; de manera automática, el algoritmo agregará la extensión “.dat”, tal como se apreciará en la fase de edición de dichos archivos.



Proporcionado el nombre el nombre del archivo de datos a crear y pulsando “Aceptar” o la tecla Enter, aparecerá la pantalla relativa a la información básica requerida para la creación del archivo de datos, que se muestra a continuación. La información solicitada es bastante explícita, señalándose en cada caso el rango de valores aceptado por esta versión del programa. Debe señalarse que esta versión del programa contiene instrucciones de validación de datos de forma tal que si el usuario no se circunscribe a los rangos establecidos, el programa emitirá un mensaje de error y no permite continuar con el siguiente dato a introducir hasta que el valor sea correctamente definido.

En este formulario, el último dato que debe introducirse es el de número de estaciones de evaporación, del cuál el usuario debe salir con la tecla “Tab”. Cuando ello suceda, aparecerá el comando “continuar” que permite proseguir con la introducción de datos. Hecho ello, el programa creará un archivo de acceso secuencial con el nombre asignado y con la extensión “.dat” y conducirá al usuario nuevamente a la pantalla “Modelos Mensuales” en la que podrá observarse que la opción “Editar Archivo” ha sido activada nuevamente. Si se pulsa en esta última opción, aparecerán las opciones que permiten seleccionar el archivo de datos en los cuáles se introducirá la información.



Esta es la que se muestra en la figura adjunta y en la que se puede observar que, a excepción de la opción “Seleccionar archivo”, las demás no están disponibles. Las mismas se activarán cuando se pulse con el ratón el archivo de datos seleccionado.

Cada una de las opciones de introducción de datos conducirá a diferentes formularios de introducción de datos, en cada uno de ellos existen comandos de actualización que deben ser pulsados para guardar la información. La primera vez que se muestra un formulario de datos las celdas aparecerán vacías. Si por alguna razón la introducción de datos no se concluye en una sola sesión, la siguiente vez el formulario mostrará valores cero que deberán ser reemplazados por el dato que se desea introducir. Cada uno de los formularios es bastante explícito de manera que no se estima necesario un mayor detalle con relación a su empleo. El apartado siguiente se refiere a los criterios básicos para la elaboración de los datos de entrada al modelo.



3.2.3 Criterios básicos para la preparación de los datos de entrada al modelo SIMULACI

De acuerdo a su autor, los datos de entrada al modelo pueden clasificarse en cinco grupos, (García, 1976 ):

• Datos hidrometereológicos. • Constantes físicas de la cuenca. • Parámetros de los procesos hidrológicos. • Valores iniciales de las variables. • Datos de entrada generales.

La preparación de los datos de entrada se inicia con la delimitación de la cuenca en las hojas cartográficas respectivas, estimándose conveniente elaborar un mapa base general, en la cuál debe señalarse la red hidrográfica, la vialidad y los principales centros urbanos. El siguientes paso es la división de la cuenca en subcuencas, si ello se estima conveniente debido al tamaño y a las condiciones de heterogeneidad espacial que puedan evidenciar sus características físicas. Los factores de topografía, hidrografía, suelos y vegetación, son los principales elementos a considerar en esta división de subcuencas. Sin embargo, existe otro elemento básico para la segmentación y es el referido a los puntos específicos del área para los cuales se desea obtener una estimación de las escorrentías mensuales. La evaluación de los posibles sitios de aprovechamiento superficial constituye un ejemplo típico de ello; en estos casos, dichos sitios constituirán puntos terminales de algunas de las subcuencas consideradas en la división. La división en subcuencas debe ser expresada en un mapa, a la misma escala que el mapa base, y en la cuál puede procederse al cálculo del área de cada una de dichas subcuencas. Luego, debe definirse el período de trabajo para el modelo. En la fase de calibración, dicho período corresponderá al lapso común para el cuál existen datos de precipitación, evaporación y escorrentía en todas las estaciones consideradas. Usualmente, es el período del registro de escorrentía el que determina el período de trabajo. En fase de calibración, no se requieren datos de escorrentía por lo que el período de trabajo a seleccionar dependerá de la longitud de los registros de las estaciones de precipitación y evaporación.



3.2.3.1 Datos hidrometereológicos La información hidrometereológica requerida por el modelo está constituida por los datos mensuales de precipitación y evaporación, expresados en milímetros, y de volúmenes escurridos mensuales, en millones de metros cúbicos, si se utiliza el programa en fase de calibración. A fin de disponer de la mayor longitud de registros de precipitación y evaporación es usual estimar los datos faltantes que pudieran existir en los registros históricos. Para ello, es recomendable utilizar procedimientos de correlación estadística, preferiblemente del tipo lineal múltiple, entre las estaciones existentes en la cuenca. La utilización de hojas de cálculo, o de algunos de los programas estadísticos disponibles en el mercado, resulta de gran utilidad en esta fase. La utilización del método de la razón normal sin estaciones adyacentes sólo se recomienda como último recurso; ello debido a que en dicho método no hay forma de estimar el nivel de confiabilidad del cálculo. 3.2.3.2 Constantes físicas de la cuenca Estos datos de entrada definen las características generales de la cuenca y están dados por:

– Número de subcuencas. – Área de cada una de las subcuencas, en km2. – Número de estaciones de precipitación. – Número de estaciones de evaporación. – Porcentaje de área de influencia de cada estación de precipitación sobre

cada subcuenca. – Porcentaje de área de influencia de cada estación de evaporación sobre

cada subcuenca. Para la determinación del área de influencia de cada estación de precipitación sobre cada subcuenca se requiere elaborar un mapa de distribución espacial de la precipitación en la cuenca, empleando para ello el método de los polígonos de Thiessen. Dicho mapa deberá estar a la misma escala que el mapa base. Luego, se superponen el mapa de división en subcuencas y el de polígonos de Thiessen, pudiendo calcularse las áreas de influencia que tiene cada estación sobre cada una de las subcuenca. Dichas áreas se expresan en fracción de unidad y constituyen los valores de la matriz de áreas de influencia de las estaciones de precipitación sobre cada subcuenca. En el programa, dicha matriz se denomina PORCP.



En algunos casos, y sobre todo cuando existen dudas con relación a la aplicabilidad del método de los polígonos a la cuenca, suele calcularse un factor de corrección para los datos de precipitación el cual estará dado por el cociente entre la precipitación media de la cuenca calculada por polígonos de Thiessen y el valor similar calculado por Isoyetas. También debe definirse una matriz de áreas de influencia de las estaciones de evaporación sobre cada una de las subcuencas, denominada PORCE en el programa, la cual se calcula de manera análoga a la descrita para la precipitación. 3.2.3.3 Parámetros de los procesos hidrológicos Estos parámetros proporcionan información sobre el orden de magnitud de los procesos hidrológicos o de los coeficientes que los afectan. Un primer grupo de ellos está referido a las características hidrodinámicas del suelo; así, uno de los principales parámetros del modelo lo constituye la capacidad de infiltración de la cuenca, CINF, el cuál determina qué fracción del agua precipitada ingresa al suelo y qué parte queda en la superficie del terreno como escorrentía superficial. Físicamente, el parámetro CINF constituiría una aproximación conceptual a la infiltración acumulada durante el mes, por lo cuál no debe confundirse con la velocidad de infiltración. De acuerdo a lo presentado por García (1976), el valor de este parámetro puede estimarse a partir de las características de textura del suelo, tal como se aprecia en el cuadro 3.1. La capacidad de campo, CC, puede definirse como el contenido de humedad en el suelo a 15 atmósferas de tensión; su valor inicial también puede estimarse a partir de la textura del suelo, tal como se aprecia en el cuadro 3.1. El modelo considera que el proceso evapotranspirativo puede efectuarse sin restricciones en el rango de humedad entre capacidad de campo y un contenido definido como el contenido límite de humedad del suelo, HES. En dicho rango, la evapotranspiración real es igual a la potencial; por debajo de él, la evapotranspiración real se reduce linealmente. Igualmente, los valores iniciales del HES pueden estimarse a partir de la textura del suelo y la tabla 3.1. Otro parámetro de proceso es el coeficiente de tina, CK3, el cuál representa la relación entre la evaporación de tina y la evapotranspiración potencial. Un valor inicial para este parámetro puede tomarse en 0,8. Dos grupos de parámetros de procesos están asociados a las entradas y salidas de agua hacia y desde el almacenamiento inferior de humedad del suelo.

Como ha sido expuesto en la formulación matemática, las entradas de agua hacia dicho almacenamiento tienen tres componentes: el flujo subsuperficial proveniente de las subcuencas ubicadas aguas arriba, la percolación proveniente



del almacenamiento superior de humedad del suelo y el volumen inicial de agua contenida en el propio almacenamiento. Desde este almacenamiento inferior del suelo existen dos salidas de agua: una que se dirige hacia los cauces, FSUBE, y otra que pasa hacia la subcuenca contigua aguas abajo, QB. En ambos casos se asume que la salida total está compuesta por fracciones de cada una de las entradas de agua. Así, los parámetros C3, C4 y C5 están asociados al almacenamiento inicial de humedad, la percolación proveniente del almacenamiento superior y al flujo lateral que llega de la subcuenca aguas arriba, respectivamente. La sumatoria de todas las fracciones constituye FSUBE. De manera análoga, los parámetros C6, C7 y C8 están asociados a las mismas entradas anteriormente referidas y su sumatoria constituye la salida QB.

Cuadro 3.1 Valores de algunos parámetros de los procesos.

Textura CC mm/50 cm

PMP mm/50 cm

CINF mm/50 cm

HES mm/50 cm

Arenosa 78 ( 47 - 108 )

33 ( 11 - 54 )

78 ( 47 - 108 )

62 ( 38 - 86 )

Franco

Arenoso 107

( 70 - 144 ) 46

( 28 - 64 ) 107

( 70 - 144 ) 86

( 56 – 115 )

Franco 159 ( 122 - 195 )

62 ( 54 - 70 )

159 ( 122 – 195 )

92 ( 98 – 86 )

Franco

Arcilloso 184

( 150 - 217 ) 89

( 72 - 105 ) 184

( 150 – 217 ) 147

( 120 – 174 )

Arcillo Arenoso

203 ( 169 - 236 )

98 ( 81 - 115 )

203 ( 169 – 236 )

162 ( 135 – 189 )

Arcilloso

220

( 186 - 254 ) 101

( 90 - 111 ) 220

( 186 – 254 ) 176

( 149 – 203 )

Fuente: García, 1976.

Los pares de parámetros que afectan los mismo procesos de entrada son complementarios y deben cumplir con la condición de que su sumatoria sea inferior, o en caso extremo igual, a la unidad. No existe un criterio teórico que permita definir un valor inicial de estos parámetros, siendo una práctica común iniciarlos con valores entre 0,20 y 0,3 para C3, C4 y C5, y entre 0,02 y 0,05 para C6, C7 y C8.



3.2.3.4 Valores iniciales de las variables Para los almacenamientos considerados en la formulación del modelo debe proveerse el valor de su condición inicial para el primer intervalo de simulación; para los siguientes, el programa calculará dicho valor. Estos almacenamientos están referidos al agua disponible para escurrir superficialmente, PSROI, el contenido de humedad en el suelo, PHSI, y el agua inicial contenida en el almacenamiento inferior de humedad en el suelo, PVOII. En este caso, y por las propias características físicas de los procesos, no existen relaciones que permitan su determinación a escala de tiempo mensual. Por ello, es recomendable fijar su valor inicial en función del período con el cual se inicia la calibración. Así, si el mes inicial corresponde a un período de comienzo de estiaje puede asumirse que los almacenamientos deben tener una significativa cantidad de agua debido al reciente período húmedo. Lo contrario sucederá si la calibración se inicia en un mes húmedo.

Una forma de verificar la validez de los valores adoptados para los almacenamientos iniciales es comparar los volúmenes observados y simulados para el primer mes de cálculo, en el cuál el efecto de estos valores iniciales es determinante. 3.2.3.5 Datos de entrada generales Este conjunto de datos proporciona información general de la cuenca para la corrida. Está referida al nombre la cuenca, año inicial de la corrida, número de años. Adicionalmente a las variables descritas, existen dos matrices de datos que revisten particular importancia para el modelo: LTRIB y IALIM. Las mismas proporcionan información sobre los sentidos de flujo entre las subcuencas. A manera de ejemplo, en la figura adjunta se muestran dos configuraciones de direcciones de flujo a fin de facilitar su explicación. En el caso (a) se presenta un modelo sencillo en el cual se han establecido tres subcuencas secuenciales y en las cuales los vectores son indicativos de las direcciones de flujo definidas. La matriz LTRIB es unidimensional y tiene NC elementos; su objetivo es informar si la subcuenca tiene o no tributarios y cuántos. Así, la configuración 0 1 1 que aparece en el gráfico indica que la subcuenca 1 no tiene tributarios, la segunda tiene un tributario y la tercera también uno. La matriz IALIM es de dimensiones NC x NC y tiene como finalidad establecer cuáles son las subcuencas tributarias, en concordancia con los valores definidos por LTRIB.



La primera línea de LTRIB corresponderá a la primera subcuenca y sus valores serán 0 0 0 debido a que dicha subcuenca no tiene tributarios; en la segunda subcuenca aparece un tributario el cuál es identificado en la línea correspondiente a esta subcuenca con la configuración 1 0 0.

Finalmente, para la tercera subcuenca, y en la tercera línea, se identifica a la subcuenca aportante a ella al establecerse la configuración 2 0 0. Un razonamiento similar permite interpretar la configuración de direcciones de flujo que se presenta en el caso ( b ) de la figura. Aún cuando las direcciones de flujo son definidas por el usuario, es claro que la hidrografía y la división en subcuencas serán los criterios básicos a considerar al definir los valores de LTRIB y IALIM.

El modelo puede trabajar en dos modalidades. La primera de ellas es la denominada fase de calibración en la cual los valores de la escorrentía total calculada por el modelo a la salida de la cuenca son comparados con los valores de escorrentía observada en dicho punto. Si las diferencias resultan significativas en relación a los criterios de aceptación del ajuste, los cuales se discutirán más adelantes, se modifican los parámetros de procesos y se realiza una nueva corrida.



El proceso es iterativo, hasta lograr el mejor ajuste posible; cuando ello sucede puede considerarse que la cuenca está calibrada y que los valores asignados a los diferentes procesos y subcuencas son representativos de la ocurrencia del ciclo hidrológico a escala mensual.

La segunda modalidad es la denominada fase de simulación en la cuál los parámetros físicos de ajuste logrados en la calibración se mantienen, cambiándose ahora los registros de precipitación y evaporación mensual que ingresan al modelo como datos de entrada. Los nuevos registros de las variables hidroclimáticas a emplear en la fase de simulación pueden corresponder a otros períodos de registro de dichas variables o a trazas generadas por métodos estocásticos.

3.2.4 Ejemplo de corrida

Si en el menú principal de la pantalla “Modelos Mensuales”, ya presentado anteriormente, se pulsa la opción “Simulaci” aparecerá el menú siguiente:

El paso inicial es seleccionar el archivo con el cuál se realizará la corrida del programa, ello se hace pulsando la opción “Archivo” que es la primera de la izquierda. Aparecerá un menú de selección de archivo similar al mostrado para la edición del archivo de datos; para el ejemplo se empleará el archivo “Yacambú.dat” que se incluye con los archivos de distribución del programa. Luego, debe hacerse clic en la opción “Ejecutar” y aparecerá el cuadro que solicita el nombre del archivo de salida, el mismo que deberá escribirse con el formato *.sal, pulsando luego “Aceptar”. Hecho esto, el programa iniciará automáticamente su ejecución. A diferencia de versiones anteriores, los resultados no se muestran por pantalla durante la ejecución del mismo. En este caso, al iniciarse la corrida se activa una barra de progreso que indica al usuario el porcentaje de avance en los cálculos. Paralelamente, los resultados obtenidos se van escribiendo en el archivo de salida.



Realizada la ejecución del programa puede pulsarse ahora la opción “Resultados” y aparecerá el siguiente menú de opciones que permiten visualizar los resultados. Los botones de comando están claramente identificados y cada uno de ellos conduce a un formulario específico que presentará un tipo de salida.

Por ejemplo, si se hace clic en la opción “Resumen” aparecerá el formulario que muestra el resumen de la corrida realizada y que es el que se muestra a continuación. En él mismo puede apreciarse, en el cuadro pequeño ubicado en la parte superior y a la derecha, los valores de volúmenes totales observados y escurridos para todo el período de calibración. Los mismos valores también se presentan en términos de caudal continuo observado y simulado. El gráfico central corresponde a los valores promedios de escorrentía mensual observada y simulada. El detalle numérico de los mismos se presenta en el cuadro inferior del formulario. El valor del coeficiente de correlación entre valores observados y simulados también se incluye en el resumen de la corrida. Sin embargo, éste último valor debe tomarse como referencial, sobre todo si la calibración se está realizando en una zona de alta variabilidad estacional de las escorrentías.



La opción “Gráfico” conduce a la pantalla de graficación de resultados, la cual se presenta en la figura adjunta. Como puede observarse, el formulario presenta un gráfico principal de volúmenes observados y simulados, hacia la derecha, y una tabla detallada con los valores mensuales, hacia la izquierda. Por defecto, los valores que se presentan corresponden a todo el período de calibración; sin embargo, el usuario puede solicitar la graficación y presentación de resultados para cualquier otro lapso dentro del período de calibración. Las dos líneas discontinuas que aparecen en el gráfico corresponden a los valores promedio de las series observadas y simuladas. Obviamente, en el proceso de calibración estas dos líneas deberán acercarse lo más posible. Sin embargo, debe recordarse que debido a la escala de tiempo del modelo y a su carácter enteramente lineal, no será posible obtener una calibración exacta para el período húmedo y de estiaje. Lo usual es que el modelo ajuste bien o en los picos o en los meses de sequía. Dependerá del objetivo que el usuario persigue con la aplicación del modelo si se decide ajustar con mayor nivel de precisión en uno u otro sector estacional.



3.3 El modelo SIHIDME Este algoritmo parte de la concepción del SIMULACI, al cual se le introduce una serie de modificaciones, tales como la reducción del intervalo de trabajo a quince días y el tratamiento de los procesos de humedad en el suelo. El sisteme hidrológico se describe en términos de almacenamientos y procesos de transferencia, los cuales se describen brevemente a continuación y se representan en la figura 6. 3.3.1 Almacenamientos El modelo considera cuatro niveles de almacenamiento: Almacenamiento Superficial Está formado por el almacenamiento de detención y el de retención superficial; es un almacenamiento de carácter temporal y se produce cuando la tasa de precipitación excede a las de infiltración y de evaporación. De él se origina el escurrimiento superficial.



Almacenamiento Superior del Suelo El almacenamiento superior del suelo puede asociarse con la radicular del suelo o de flujo subsuperficial, y en ella la humedad puede encontrarse a tensión o como agua gravitacional.

Debido a ello, este almacenamiento se ha divido en dos compartimentos: el primero se refiere al agua en tensión y está definido por el contenido de humedad del suelo a capacidad de campo (CC), y el segundo corresponde al almacenamiento de agua libre o gravitacional y está definido por el contenido de humedad existente entre la capacidad máxima de almacenamiento del suelo (CINF) y la capacidad de campo.

En el almacenamiento a tensión la remoción del agua es a través del proceso evapotranspirativo, mientras que el agua libre es removida por procesos de flujo subsuperficial y percolación. Almacenamiento Subterráneo El almacenamiento subterráneo se ubica por debajo de la zona radicular y es eminentemente gravitacional; el modelo sólo considera la fracción que es aportada a los cauces. De este almacenamiento se originan los procesos hidrológicos de flujo base, flujo subterráneo afluente y percolación profunda. El mismo es alimentado por la percolación profunda desde el almacenamiento libre y por el flujo subterráneo afluente proveniente de los segmentos superiores de la cuenca. Almacenamientos en los Cauces De este almacenamiento se genera la escorrentía a partir de la suma de todos los tipos de flujo que llegan a él: escurrimiento superficial, flujo base, interflujo y la escorrentía afluente de los segmentos ubicados aguas arriba.

3.3.2 Procesos hidrológicos de transferencia

El modelo considera los siguientes procesos hidrológicos de transferencia: Precipitación. Flujo base Infiltración. Recarga del acuífero Evapotranspiración. Flujo por el cauce Percolación. Interflujo. Escurrimiento superficial.



ESCORRENTÍA DESDE OTRAS CUENCAS FSA2

PRECIPITACIÓN

ALMACENAMIENTO SUPERFICIAL RO2

ALMACENAMIENTO EN CAUCES I-C3

INFILTRACIÓN- AINFRE CINF

ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL RO2-E1

ALMACENAMIENTO LIBRE SUP.CINF-CC

ALMACENAMIENTO TENSIÓN SUP.CC

PERCOLACIÓN PERC2

ALMACENAMIENTO SUBT. VOI

FLUJO SUBT. AFLUENTE FSU2

PERCOLACIÓN PROF. PERC2 – C7

FLUJO SUBT. EFLUENTE QB2 – C6

TOTAL SRO2 – C8

EVAPOTRANSPIRACIÓN EVR2

INTERFLUJO INTF2 – C4

Fig. 6 CONCEPTUALIZACIÓN DEL MODELO SIHIDME



El interflujo y la percolación tienen su origen en el agua gravitacional y se

producen simultáneamente; el flujo base es definido como el aporte desde el almacenamiento subterráneo hacia los cauces. En el modelo, el acuífero se define como aquella parte del almacenamiento subterráneo que no aporta el cauce; su recarga se expresa como una fracción del almacenamiento subterráneo superior.

3.3.3 Formulación matemática

La formulación matemática del modelo SIHIDME es muy similar al del

modelo anterior, estando su mayor diferencia en el tratamiento de la humedad en el suelo 3.3.3.1 Precipitación Se representa a través de la siguiente ecuación:

PREM I L PRE I IE PORCP IE Li

i NEPRE

( , ) ( , ) * ( , )==

=

∑1

( 3.16 )

en la cuál: PREM (I,L): precipitación promedio del mes I en la subcuenca L. PRE (I, IE): precipitación del mes I en la estación IE. PORCE (IE, L): fracción del área de la subcuenca L influida por la estación IE. NEPRE: número de estaciones de precipitación. La sumatoria de la ecuación (3.16) se extiende desde 1 hasta NEPRE, siendo éste último término el número de estaciones de precipitación consideradas. PORCP (IE,L) tiene la misma conceptualización que en el modelo SIMULACI. 3.3.3.2 Evapotranspiración Potencial Para la determinación de la evaporación potencial se emplea la siguiente ecuación:

EVMC I L EVAP I IE PORCE IE Li

i NEVAP

( , ) ( , ) * ( , )==

=

∑1

*CK3 (3.17)



donde: EVMC (I, L): evaporación media durante el mes I en la subcuenca L EVAP (I, L): evaporación media de tina en la estación IE durante el mes I PORCE( IE, L): fracción del área de la subcuenca L influida por la estación IE

NEVAP: número de estaciones de evaporación. CK3: coeficiente de tina. 3.3.3.3 Evapotranspiración Real La tasa de evapotranspiración real está constituida por la sumatoria de la evaporación superficial (E1) y la evapotranspiración desde el almacenamiento superior del suelo (E2), las cuales se calculan de acuerdo a las siguientes expresiones.

E V E V M C I L C KH S IH E S= ( , ) * *3 (3.18)

dónde: VEMC (I,L): evaporación potencial del mes I en el segmento L RO2: excedente de la lluvia por encima de la infiltración PREM (I,L): precipitación del mes I en el segmento L C9: coeficiente de evaporación superficial

E V E V M C I L C K= ( , ) * 3 (3.19)

donde:

RED: remanente de evapotranspiración potencial una vez restado E1. HST: estado de humedad del almacenamiento de agua en tensión. HES: contenido límite de humedad del suelo. 3.3.3.4 Infiltración La infiltración durante el período viene dada por la capacidad de infiltración del suelo y se evalúa de acuerdo a las siguientes ecuaciones:



AINFRE = PR2 si: PR2 < ACINF (3.20)

AINFRE = ACINF si: PR2 >= ACINF (3.21)

en las cuáles: AINFRE: infiltración ocurrida durante la quincena PR2: precipitación quincenal ACINF: capacidad de infiltración de la subcuenca La capacidad infiltrada (ACINF), es distribuida entre los almacenamientos de agua libre y agua en tensión, como se aprecia en la figura 7. Para este último se tienen las ecuaciones siguientes: HST = HSTI + HT (3.22)

HT = 0.15 * CC + 0.7 * AINFRE (3.23)

dónde: HST: humedad del almacenamiento a tensión HSTI: humedad inicial en el almacenamiento a tensión

HT: parte de la infiltración que pasa al almacenamiento a tensión AINFRE: infiltración durante la quincena CC: capacidad de campo Cuando HST > CC el exceso de agua del almacenamiento a tensión, por encima de la capacidad de campo, pasa al almacenamiento libre del suelo, en el cual se emplea la ecuación:

HSL = HSLI + HL (3.24)

donde: HL: parte del agua infiltrada que pasa al almacenamiento libre HSLI: estado inicial del almacenamiento libre



HSTI + HSLI = 0

HSL = AGUA LIBRE

RO2 = AGUA SUP. ( PR2 – AINFRE )

CAPACIDAD MÁX. DE ALMACENAMIENTO

CAPACIDAD DE CAMPO CC

CINF

CC/2

0.15 * CC + 0.7 * AINFRE

Fig. 7 DISTRIBUCIÓN DEL AGUA PRECIPITADA

HT = 0.15 * CC+ 0.7 * AINFRE Si HT > CC ⇒ HT = CC HL = AINFRE – HT HST = HSTI + HT HSL = HSLI + HL

CURVA MÁX. INFILTRACIÓN AINFRE

Humedad Total (mm)

HST = AGUA EN TENSIÓN

Precipitación (mm)



3.3.3.5 Interflujo y percolación

Ambos procesos se originan del almacenamiento libre del suelo; para el interflujo se tiene:

INFL2 = HSL * C4 (3.25)

en las cuáles:

HSL: estado de almacenamiento libre después de sumada parte de la infiltración C4: parámetro de interflujo y para la percolación, PERC2, se tiene:

PERC2 = HSL – INFL2 (3.26)

3.3.3.6 Escurrimiento Superficial El escurrimiento se produce sólo cuando la precipitación quincenal es mayor que la capacidad de infiltración del suelo:

RO2 = PR2 – AINFRE – E1 (3.27)

donde: PR2: precipitación quincenal. AINFRE: infiltración quincenal. E1: evaporación desde la superficie. 3.3.3.7 Almacenamiento Subterráneo El almacenamiento subterráneo, VOI, está dada por la siguiente ecuación:

VOI = VOII + RES20 + 0.8 * ( FSU + PERC2 ) (3.28)

RES20 = 0.2 * ( PERC2 + FSU ) (3.29) para la cual: VOII: estado incial del almacenamiento subterráneo RES20: fracción de la percolación y flujo subterráneo de segmentos superiores de la quincena anterior.



FSU2: flujo subterráneo proveniente de segmentos superiores PERC2: percolación durante la quincena 3.3.3.8 Flujo Base, Flujo Subterráneo y Recarga del Acuífero Las ecuaciones de estos procesos son:

FSUBE2 = VOI * C5 (3.30)

QB2 = VOI * C6 (3.31)

RECAR2 = VOI * C7 (3.31) Expresiones para las cuales se tiene: VOI: estado de almacenamiento subterráneo después de sumadas las fracciones de percolación y de flujo subterráneo afluente. C5: parámetro de flujo base. C6: parámetro de flujo subterráneo. C7: parámetro de recarga. 3.3.3.9 Escorrentía Producida por el Segmento. Escorrentía Total Para cada segmento, o subcuenca, la escorrentía producida será:

SRO2 = SROI + ( RO2 + INFL2 + FSUBE2 ) * C8 (3.32) donde: SROI: almacenamiento inicial en los cauces RO2: escurrimiento superficial INFL2: interflujo quincenal FSUBE2: flujo base quincenal C8: parámetro; fracción porcentual del almacenamiento superficial que sale de la cuenca. La escorrentía a la salida de la cuenca está constituida por la suma de la escorrentía producida por el segmento más la escorrentía proveniente de los segmentos superiores, de forma que:



VESC = ESC ( I , L ) + FSA (3.33)

para: VESC: volumen total de escorrentía mensual a la salida de la cuenca ESC (I,L): escorrentía producida por el segmento durante el mes FSA: escorrentía proveniente de los segmentos aguas arriba del segmento L 3.3.3.4 Ejemplo de corrida del modelo Como ya ha sido mencionado, los dos modelos mensuales se ejecutam con el mismo archivo de datos y su ejecución y visualización de resultados es exactamente la misma descrita anteriormente. Si en el menú de creación o edición de los datos mensuales se hace clic en la opción “Parámetros Sihidme” aparecerá el formulario que se muestra. En él deben escribirse los valores de los parámetros del modelo que, en su mayoría, son similares a los del simulaci. Dichos parámetros pueden resumirse de la siguiente forma, (González, s/f): PARÁMETRO DESCRIPCIÓN CINF Capacidad total de almacenamiento del suelo, (mm) Incluye los almacenamientos libre y a tensión HES Contenido límite de humedad en el suelo, (mm) Debe cumplirse que CINF <= HES <= CC CC Capacidad de campo, (mm) PHSI Estado inicial de humedad en el suelo, (mm) Si es mayor que CC el exceso es l estado inicial del almacenamiento libre VOII Estado inicial de humedad del almacenamiento subterráneo, (mm) SROI Estado inicial del almacenamiento en los cauces con respecto al área total del segmento, (mm) CK3 Coeficiente de evapotranspiración



C4 Fracción porcentual del almacenamiento libre del suelo que sale como interflujo C5 Fracción porcentual del almacenamiento subterráneo que sale como flujo base hacia los cauces C6 Fracción porcentual del almacenamiento subterráneo que sale en forma subterránea C7 Fracción porcentual del almacenamiento que recarga el acuífero y que no fluye hacia los cauces C8 Fracción porcentual de los flujos generados en la subcuenca y que sale como escorrentía C9 Coeficiente de evaporación superficial En el gráfico adjunto se presenta la salida resumen generada por el modelo SIHIDME para los datos del archivo Yacambú.dat.



4.0 CONCEPTOS BÁSICOS DE LOS MODELOS DIARIO Y

DE EVENTOS

4.1 Tiempo de concentración

El tiempo de concentración, Tc, se define como el tiempo que demora el agua en su viaje desde el punto hidráulico más distante de una cuenca hasta un punto cualquiera en consideración, (Rojas, 1983).

Este parámetro depende de una serie de factores tales como pendiente, vegetación, condiciones del cauce y otros. Para la estimación del tiempo de concentración existen varias fórmulas, siendo una de las más difundidas la de Kirpich:

Tc = 0.01195 * K 0.77 (4.1) era la cual:

con: Tc : tiempo de concentración, en minutos L : máxima longitud del recorrido, en metros

R : diferencia en elevación entre el punto más remoto y la salida, en metros

Reemplazando las expresiones de (4.2) en (4.1) se obtiene:

Tc = 0.0195 * L1.155 * H - 0,385 (4.3) Otras expresiones para calcular este valor son:

Fórmula del Guaire:

S

LK =

L

HS =

)2.4(

595.0)(*355.0S

ATc =



Fórmula del Bureau of Reclamation:

en las cuales: A : área de la cuenca, en km2 L : longitud del cauce principal, en km

H : diferencia de cota entre los puntos extremos del cauce principal, en m S : pendiente, en m/km Tc : tiempo de concentración, en hr

Todos estos procedimientos son relaciones empíricas que producen resultados de diferentes entre sí. Una evaluación de métodos, reportada por Rojas, señala al método de Kirpich como el que presentó las mejores estimaciones aunque a veces produjo errores, de más del 50%.

Un cálculo más correcto de Tc se puede obtener de medicines del nivel de

Tc se puede obtener del nivel de agua en el cauce, para el punto de interés.

4.2 Método de la curva número, CN La relación entre la escorrentía, y la lluvia que la genera, ha sido objeto de

múltiples análisis e interpretaciones hidrológicas. Si bien es cierto que existe una estrecha interrelación entre ambos factores, ésta no es una asociación fija e invariable en el tiempo y en el espacio.

Básicamente, la relación lluvia-escorrentía está determinada por las

características específicas de la cuenca tales como la pendiente, la vegetación, el tipo de suelos y otras. El conjunto de ellas determina la respuesta del sistema, o cuenca, ante la ocurrencia de la lluvia.

Los diversos métodos desarrollados para el análisis del proceso tratan de

cuantificar esta capacidad de respuesta de la cuenca. La forma más simple está dada por la adopción de un coeficiente global que expresa, en forma de porcentaje, la relación entre lo precipitado y lo escurrido. Esto es lo que se denomina el coeficiente de escorrentía.

385.03

*886.0

=

H

LTc



Aún cuando este método ha sido bastante difundido, sus limitaciones son

obvias si se tiene en cuenta la excesiva simplificación del ciclo hidrológico que él hace.

El servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos, luego del

análisis de gran número de datos de cuencas experimentales, ha desarrollado un método de estimación de la escorrentía. Dicho método se basa en el análisis del complejo suelo-cobertura y las condiciones de humedad del suelo antes de la ocurrencia de la precipitación. La relación básica del procedimiento es:

Sí se adopta la designación de variables siguientes: S : retención potencial. Q : escorrentía real.

Ia : pérdidas por intercepción, almacenamiento en depresiones e infiltración. P : precipitación.

La relación anterior puede ahora expresarse como:

efectuando operaciones, se tiene:

[ ( P - I a ) – Q ] * ( P – la ) = QS ( P – la ) - ( P – la ) * Q = QS ( P – la )2 = QS + Q * ( P – la ) ( P – la )2 = Q * [ S + ( P – la ) ]

(4.5)

potencial aEscorrentí

real aEscorrentí

potencial Retención

real Retención =

IaP

Q

S

QIaP

−=

−− )( )4.4(

)((

)( 2

IaPS

IaPQ

−+−

=



Trabajos realizados en diversas cuencas experimentales han permitido

establecer que el valor de Ia es, aproximadamente el 20% del valor de S, es decir: la = 0.2 * S

Reemplazando en (4.5) se obtiene finalmente:

La retención potencial del suelo se relaciona con una característica de la cuenca denominada curva número, CN, a través de la expresión:

para valores de S en centímetros. Para la determinación del número de curva de la cuenca deben evaluarse 3 factores básicos, siendo el primero de ellos el de humedad antecedente. Éste se refiere a la cantidad de lluvia caída en los 5 días previos al evento analizado; de acuerdo a ello se establecen 3 condiciones:

Condición de Humedad Antecedente Lluvia total de los 5 días previa (cm)

I 0 - 3.5

II 3.5 - 5.25

III Más de 5.25

Otro factor a considerar es el grado de cobertura vegetal que presenta el área en consideración; él mismo se incluye en el término condición hidrológica y refleja el grado en que la cuenca está cubierta por vegetación. Se han definido tres niveles de condición hidrológica, tal como se muestra en el cuadro adjunto.

Finalmente, el método también considera las características de infiltración

que presentan los suelos del área en estudio a través del parámetro de infiltración. Se han establecido cuatro grupos de infiltración los que pueden definirse a partir de las características texturales.

)8.00(

)2.0( 2

SP

SPQ

−+−

=)6.4(

4.252540

−=CN

S )7.4(



Condición Hidrológica Porcentaje de cobertura vegetal (%)

Buena Más de 75

Regular 50 – 75

Mala Menos de 50

Grupo Infiltración

A Alta

B Moderada

C Lenta

D Muy lenta

Con la información descrita puede determinarse el número de curva, CN, empleando cualesquiera de las numerosas tablas de curva numero existente en la bibliografía del tema.

4.3 Curvas adimensionales de distribución de tormentas

La distribución de una tormenta en el tiempo está dada por el hietograma

de lluvia; sin embargo, en la generalidad de los casos, esta información no se encuentra disponible.

Por otro lado, el cálculo de la escorrentía directa por el método de la curva

número no considera la variable tiempo, requiriéndose de algún procedimiento que permita distribuir la lluvia caída a lo largo del período de duración de la misma.

Una forma de estimar esta distribución de lluvia es a través de las curvas de

distribución adimensional de tormentas. Para construir estas curvas se expresa cada intervalo de tiempo, t, como una fracción del tiempo total de duración del evento, T. Igualmente, la precipitación acumulada hasta cada intervalo, p, se expresa como una fracción de la lámina total precipitada, P.

La curva adimensional tiene en el eje X a la relación adimensional t/T y en

el eje Y a la también adimensional relación p/P. De esta forma, ambos ejes empiezan en 0 y concluyen en 1.



4.4 Hidrograma adimensional de escorrentía

El hidrograma dimensional de escorrentía se construye, con datos medidos,

de manera similar a la curva adimensional de lluvia. En este caso, en el eje X se colocan los valores de la relación t/Tp, en la cual t es el tiempo acumulado hasta cualquier intervalo y Tp es el tiempo al pico del hidrograma.

En el eje Y se colocará la relación q/qp, en la cual q es el caudal en el

instante t y qp es el caudal pico del hidrograma medido. Usualmente, los intervalos de tiempo en este hidrograma se expresan en unidades de 0.25 de Tp.

Tp = 0.7 * Tc (4.8) De igual forma, el tiempo de recesión del hidrograma se puede estimar de

la relación:

Tr = 1.67 * Tp (4.9) donde: Tp : tiempo al pico Tr : tiempo de recesión

4.5 La ecuación universal de pérdida de suelo, USLE La USLE es una ecuación empírica empleada para estimar la pérdida de

suelo producida por erosión superficial. Su expresión general es:

A = R * K * LS * C * P (4.10) en la cual:

A : pérdida de suelo R : erosividad del suelo K : erodabilidad del suelo LS : factor topográfico C : factor de cultivo P : factor de prácticas

El resultado de la ecuací6n (4.10) es la pérdida de suelo producida a lo largo del relieve, λ, por unidad de superficie, expresada en las unidades seleccionadas para K y en el período seleccionado para E. En el sistema métrico A se expresa en ton/ha/año.



El término R es el índice de erosión, EI30, de Wischmeir. Se define como

la energía cinética de un aguacero por su máxima intensidad en 30 minutos, dividida por 100. Para el cálculo de la energía cinética total, se divide la precipitación en períodos de aproximadamente la misma intensidad. Para cada uno de ellos la energía cinética será:

E = 210.2 + 89 * Log I (4.11)

En la cual E es la energía cinética, en Joules/m2 por cm de lluvia, e I es la intensidad de la lluvia en el período considerado, en cm/hr. Para obtener la energía cinética total de una tormenta se suman los productos de energía por lámina caída de cada período. Luego, para obtener el valor de R, se multiplica la energía cinética total por el doble de la máxima intensidad en 30 minutos, I30, y se divide entre 100.

El factor de erodabilidad del suelo, K, se define como la tasa de pérdida de

suelo por unidad de área y por unidad índice de erosión, para un suelo determinando evaluado en parcelas standard. La parcela standard, o unitaria, es aquella que tiene 22.1 m de longitud, 9% de pendiente uniforme y es mantenida en barbecho, continuo y libre de cobertura vegetal. Las labores de labranza se realizan en el sentido de la pendiente.

Este factor se determina en función de los siguientes factores:

a. % limo + arena fina (0.002 mm 0.10 mm) b. % arena (0.10 mm - 2.0 mm) c. % materia orgánica d. estructura del suelo

e. permeabilidad

Para calcular el valor de K se emplea el nomograma clásico desarrollado por el SCS. La estructura del suelo se codifica de la manera siguiente:

a. gránulo muy fino y grumo muy fino ( < 1 mm) b. gránulo fino y grumo fino (1 - 2 mm) c. gránulo medio, grumo medio (2 - 5 mm) y gránulo grueso (5 -10 mm) d. gránulo liso, prismático, columnar y muy grueso.

La unidad inglesa para K es ton / acre * EI. Multiplicando este valor por

0.1317 se obtiene la expresión de K en unidades métricas: Kg * hora / Newtonm * m2. Para obtenerlo en Ton*hora / Newton * Ha el factor de conversión es de 1.317.



El factor de longitud de pendiente se define, en el sistema métrico, por:

L = ( λ / 22.1 )m (4.12)

en donde λ es la longitud de la pendiente, en metros, y m es un exponente influenciado por la interacción entre la longitud del declive y la pendiente. Varía entre 0.3, para longitudes de pendiente muy grandes y valores de pendiente menores del 0.5%, y 0.6 para pendientes mayores del 10%. El factor de pendiente, S, está definido por;

S = [ ( 0.43 + 0.30 * S + 0.043 * S2 ) / 6.613 ] (4.13)

donde S es el valor de la pendiente expresada en %. El efecto combinado de la longitud de la pendiente y de la inclinación de la misma puede calcularse por:

LS = λ1/2 * ( 0.0138 + 0.00965 * S + 0.00138 * S 2) (4.14 ) para el sistema métrico y para pendientes hasta el 20% y valores de X de hasta 350m. El factor C indica el efecto de la vegetación, suelo y cultivo en la pérdida de suelos. El valor no es constante a lo largo del año. El factor P es el que refleja las prácticas de conservación empleadas. Es conveniente señalar las tres grandes limitaciones de la USLE: 1. No puede emplearse para estimar las perdidas de suelo por eventos

individuales o tormentas. 2. Es una ecuación de erosión, por lo tanto no estima deposición. 3. No calcula erosión en cárcavas ni cauces.

4.6 La ecuación modificada de pérdida de suelo, MUSLE

En 1977, William y Bernat presentan la ecuación modificada de pérdida de

suelo que tiene la forma:

Y = 11.8 * ( Q * qp )0.56 * KCPLS (4.15) en donde: Y : producción de sedimentos para un evento individual, en ton Q : volumen de escorrentía del evento, m3

Qp : caudal pico en m3/seg.



Los demás términos tienen la misma definición anteriormente expuesta. Con esta fórmula la producción de sedimentos viene dada para el total del área de la cuenca, debiendo estar el factor K expresado en ton*hora/Newton*ha.Como puede apreciarse, el factor R de la lluvia es cambiado en la ecuación por el factor de volumen total y caudal pico del evento.

Al aplicar la MUSLE también existe una variación en el cálculo de los

factores L y S, así como en el factor resultante, LS. Como es evidente, estos valores corresponderán ahora a toda la cuenca. Existen varios procedimientos para el cálculo de dichos elementos, describiéndose aquí los presentados por Williams.

Para la longitud medía de pendiente, λ, se empleó el método de los puntos

extremos de contorno en el cual se emplea la ecuación básica siguiente:

donde: LC : longitud del contorno o curva de nivel. LB : longitud de la línea de contorno base.

EP : número de puntos extremos en el contorno. El punto extremo en el contorno se define como aquel en donde un canal

atraviesa al contorno. Para la determinación de la pendiente media de la cuenca pueden emplearse solamente las curvas de nivel correspondientes al 25, 50 y 75% del desnivel total de la cuenca, obteniéndose una buena aproximación. En este caso la ecuación básica es:

en la cual: Z: desnivel total en la cuenca.

LC25, LC50, LC75 : longitudes de los contornos a 25%, 50% y 75% de Z respectivamente. DA: área de la cuenca.

Los demás factores se calculan de manera similar, a la anteriormente

descrita, pudiéndose calcular valores ponderados por las áreas respectivas.

)**2(

)*(22 LBLCEP

LBLC

−=λ )16.4(

DA

LCLCLCZP

)(**25.0 755025 ++= )17.4(



5.0 EL MODELO DE SIMULACIÓN LLUVIA – ESCORRENTÍA DEL SOIL CONSERVATION SERVICE 5.1 Formulación matemática

Este modelo de simulación es de escala diaria de tiempo y se basa en el

método de la curva número para calcular la lámina de escorrentía producida por la precipitación. En su versión original sólo se considera la humedad del suelo antecedente al evento.

En realidad, la humedad del suelo varia continuamente durante el evento;

por lo que es introducido al modelo un índice de humedad ( SM ) que se relaciona con el parámetro de retención ( S ), a través de la siguiente ecuación:

SM = V – S (4.18) dónde V es el máximo valor de almacenamiento de humedad en el suelo. La capacidad efectiva del almacenamiento de humedad en el perfil del suelo no será estimada por muestreo de dicho perfil, sino por inferencia a partir de los registros de precipitación y descarga. La humedad del suelo se agota continuamente entre tormentas, evapotranspiración e infiltración profunda. El agotamiento es considerablemente grande cuando la humedad del suelo y la evapotranspiración son altas, y sumamente rápida inmediatamente después de una tormenta (SM alto). Estas suposiciones se pueden expresar a través de:

dónde Ea es la tasa de evapotranspiración actual, la cual depende del valor de SM, de la evaporación al sol y del tipo de suelo. Williams y La Seur (1976), sugieren la siguiente expresión para estimar Ea:

Ea = B * SM2 * EV (4.20)

por lo tanto:

Eadt

SMd−=

)()19.4(



donde: t: tiempo

B: coeficiente de agotamiento de la humedad en el suelo. EV: evaporación. Según Williams y La Seur, la evaporación en tina es usada como un índice climatológico y produce la más exacta predicción de escurrimiento cuando es expresada en valores promedios mensuales. La temperatura mensual fue usada por ellos también como índice climatológico, pero la predicción del escurrimiento no les dió tan exacta como la obtenida con el promedio mensual de la evaporación en tina solamente. Integrando la ecuación (4.21) y resolviendo para SM, resulta:

donde: SM: índice de humedad del suelo al comienzo del primer evento. SMt: índice de humedad del suelo al tiempo t.

Evt: promedios mensuales de la evaporación para un tiempo t. T: número de días transcurridos entre comienzos de eventos. Considerando que para el cálculo del escurrimiento dado en la ecuación (4.22) se requiere de información diaria, será necesario obtener un SMt a nivel diario y por lo tanto, el término Σ t=1 Evt será sustituido por EV; donde EV es el promedio mensual de evaporación entre el número de días correspondientes a cada mes. 5.2 Optimización del modelo

Por considerar el modelo continuo, la predicción exacta de la escorrentía

puede ser mejorada considerablemente tomando en cuenta la percolación que se produce en un período de larga duración.

EVSMBdt

SMd**

)( 2−= )21.4(

∑=

+=

T

tt

t

EVSMB

SMSM

1

**1)22.4(



De esta forma la humedad del suelo ya no está sujeta solamente a la

evapotranspiración e infiltración, sino también a la percolación ocurrida ( Pa ) que permite estimar el flujo base, el cual formará parte de la escorrentía total.

Incluyendo la percolación, la variación de la humedad del suelo mostrada

anteriormente en la ecuación (4.19 ), resultará ser de la siguiente forma:

Según Eagleson (1977), una ecuación que permite estimar la tasa de percolación es la siguiente:

donde: B2: coeficiente de permeabilidad.

C: índice de conectividad del espacio poroso.

Eagleson considera que el valor de C varía entre 1 y 6 para la mayoría de los suelos. Debido a que la ecuación de la tasa de evapotranspiración es una función cuadrática, es conveniente tomar un valor C = 2 con la finalidad de facilitar los cálculos de integración.

integrando:

Incluyendo la estimación del flujo base, la escorrentía total queda determinada según la siguiente ecuación:

PaEadt

SMd−−=

)( )23.4(

C

V

SMBPa )(*2=

)24.4(

2222 ***

)(SM

V

BEVSMB

dt

SMd−−= )25.4(

SMV

BEVSMB

SMSM t

***122++

= )26.4(



Tomando en consideración la cantidad total que infiltra, P – Q, durante una

precipitación, la humedad del suelo resulta ser:

SM + ( P – Q ) Sustituyendo en la ecuación (4.26), se obtiene:

donde: P: precipitación diaria.

Q: escurrimiento superficial dado por la ecuación (4.6 ) El proceso de calibración de una cuenca mediante el modelo, se logra ajustando los parámetros B y B2. El promedio anual de escurrimiento observado, si la diferencia entre ambos es muy pequeña, la calibración se considera completa; de no ser así, los parámetros B y B2 son ajustados usando el método clásico de Newton - Raphson para resolver ecuaciones no lineales, y el escurrimiento es predicho nuevamente.

Si es optimizado solamente un parámetro, el método de Newton es aplicable en forma univariada, donde la derivada numérica de la función objeto puede ser estimada mediante el cambio en la función con respecto al parámetro entre iteraciones.

La ecuación es:

donde: i: número de iteraciones.

f(B)i = PQi – MQ

2

2

2

*)*8.0(

)*2.0(

+

+−

=V

SMB

SP

SPQt

)27.4(

[ ] [ ])(**)(*1

)(

22 QPSM

V

BEVQPSMB

QPSMSM t

−++−++

−+= )28.4(

1

1

1 )(*)(

BfdB

BdfBB

i

iii

−

+

−= )29.4(



PQi: promedio simulado anual del escurrimiento MQ: promedio observado anual del escurrimiento

df(B)i = f(B)i - f(B)i-1 (4.30)

dBi = Bi – Bi-1 (4.31) La función objeto fue seleccionada según la diferencia entre el promedio anual de escurrimiento observado y simulado.

5.3 Ejemplo de corrida del modelo

Si en el menú principal del programa se hace clic en la opción “Diario” aparecerá la barra de herramientas correspondiente al menú principal del modelo diario del SCS:

Si se pulsa la opción “Archivo” aparecerá el menú correspondiente a la gestión de archivos, el cuál permite crearlos o editarlos:

Si se desea crear un archivo de datos debe hacerse clic en la opción “Crear archivo general” para acceder al menú que solicita la información necesaria para crear dicho archivo:



Una vez introducida toda esta información general debe pulsarse el icono inferior izquierdo del formulario lo que hará que el programa creé el archivo de datos correspondiente. Debe señalarse que los de precipitación diaria no forman parte del archivo creado; aquí sólo se consignan los nombre de las estaciones en el orden que el usuario designe. Ello se debe a que usualmente esta información es ya entregada en formato ASCII por el Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, MARNR. Se asume que el procesamiento y la evaluación de dicha información ha sido efectuada por el usuario antes de incluirla en la corrida. Por ejemplo, el programa asume que todos los datos faltantes o englobados que puedan existir en los registros han sido calculados previamente. Creado el archivo, el programa presentará ahora el formulario para la introducción de la información adicional, que es la que se presenta en el gráfico adjunto:



Introducida la información sólo se requerirá pulsar el icono correspondiente y el archivo de datos de datos será completado.

Para editar un archivo debe hacerse click en la opción “Editar archivo” y aparecerá un visor de directorios para seleccionar el archivo de datos que se desea editar. El contenido del mismo aparecerá en un formato similar al que se muestra en el gráfico adjunto. El usuario puede efectuar los cambios que desee y luego pulsar el comando respectivo para que el programa guarde los cambios hechos. Hecho esto el programa volverá al menú principal del modelo diario en el cuál se puede pulsar “Ejecutar” para iniciar la corrida del programa. Al iniciarse la corrida se solicitará el nombre del archivo de salida en el cuál se desean grabar los resultados; este nombre debe incluir la extensión *.sal ya que el visor de archivos de salida usa esta extensión para identificar los archivos de salida en los diferentes directorios. Luego, aparecerá una pantalla en la que una barra de progreso indica el porcentaje de ejecución de la corrida para cada una de las iteraciones. Cuándo éstas hayan concluido, se mostrará también el número de ellas requerido para encontrar la solución.



Además del archivo de salida, el programa muestra unas salida resumen que es similar a la siguiente:



6.0 MODELO DE SIMULACIÓN DE EVENTOS

El modelo TRANSHOG genera el hidrograma de escorrentía directa correspondiente a una precipitación dada; igualmente, si se proporcionan los valores correspondientes a los factores de la MUSLE, calculará el valor sedimento producido. Si se hace click en la opción “Diario” del menú principal del programa, aparecerá el siguiente menú de opciones:

Para crear el archivo de datos la opción “Crear archivo” presenta la

siguiente pantalla:

El nombre del archivo a crear debe ser incluido con la extensión “.sal” ya

que el visor de archivos de datos sólo presentará los correspondientes a dicha extensión. Luego de introducir el nombre del archivo se hace clic en la opción “Aceptar” y aparecerá la plantilla de ingreso de datos que se muestra a continuación:



A excepción del nombre de la cuenca, las otras cuatro opciones del cuadro “Información general” tienen propiedades de validación para asegurarse que el usuario introduzca los datos en el rango establecido. Inicialmente, sólo se visualizará este cuadro. Luego, conforme se vayan introduciendo los datos irán apareciendo los restantes cuadros de datos. Para cada subcuenca, hasta un máximo de 10, deberá introducirse la información de área y curva número correspondiente. También, se requiere la información de la fracción de influencia que tiene cada estación de precipitación en cada una de las subcuencas consideradas. Este es un concepto similar al de PORCP del modelo SIMULACI. Adicionalmente, deben incluirse lo valores de p/P para la curva adimensional de lluvia y q/Qp para el hidrograma adimensional de escorrentías. Si pulsa la opción “Cálculo de la producción de sedimentos”, también deberá incluirse la información relativa a los factores de la MUSLE. Concluida la introducción de datos debe pulsarse la opción de verificación de los datos para que el programa escriba la información en el archivo. En este momento, se activará la opción “Salir” que permite regresar al menú principal del TRANSHOG.



La edición de archivos de datos se realiza de manera similar a los programas anteriores, pulsando la opción “Editar archivos”, seleccionando el archivo a editar, para luego de realizados los cambios, actualizar el archivo. Para ejecutar el programa debe pulsarse la opción “Ejecución” la cuál conducirá a la opción de selección del archivo y luego mostrará el formulario de resultados. Un ejemplo del mismo se presenta para el archivo “trans.dat” que se incluye con los instaladores del programa. En este caso el programa no genera un archivo de salida.



REFERENCIAS

Baldoni, M., Fuentes V. 1985. “Modelo Hidrológico de escurrimiento mensual

usando el método del S.C.S.“ Trabajo Especial de Grado presentado como requisito para optar al título de Ing. Civil de la U.C.A.B.

Garcia, M. 1976. Estimación de Escorrentía en Cuencas Pequeñas Mediante un Modelo de Simulación Hidrológica. Ministerio de Obras Públicas. MOP. Unidad Hidrográfica III.

Gonzáles Cilino S/f. Modelo Conceptual de Simulación Hidrológica Mensual. Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables. Dirección General Sectorial de Planificación y Ordenación del Ambiente.

Oré, H., Oberto R. 1997. Curso de Simulación Paramétrica con Fines de Evaluación y Manejo de Recursos Hídricos en la Cuenca del Lago de Valencia. Convenio MARNR – Fundación Polar. Proyecto de Desarrollo del Sistema Informático de la ACLV.

Oré, H. 1987. Implementación de un Algoritmo Para la Estimación de la Producción de Sedimentos. Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables.

Rojas, R. 1976. Drenaje Superficial de Tierras Agrícolas. Centro Interamericano de Desarrollo Integral de Aguas y Tierras.

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