El cálculo de crecientes se refiere básicamente al estimativo de caudales máximos con diferentes probabilidades de ocurrencia, mediante métodos estadísticos o a partir de métodos que relacionan la lluvia con la escorrentía.
Los métodos que relacionan la lluvia con la escorrentía dependen de las características de la cuenca tales como área de la cuenca, tipo de cobertura de suelo, tiempo de concentración, entre otras, de la distribución de la lluvia espacio-temporal y de la información registrada en las estaciones hidrométricas. La aplicación de estos métodos resulta muy compleja en países en los cuales no existe una cobertura suficiente de estaciones de lluvias y de caudales que logren relacionar de manera adecuada los procesos lluvia-escorrentía.
Los métodos basados únicamente en información hidrométrica suelen utilizarse cuando no se dispone de una cobertura suficiente de estaciones de lluvias y de caudales. Dentro de estos métodos se destacan: Mayoración, Estimación Conjunta Bivariada (Rivera & Escalante, 1999) y el método propuesto en el presente documento, estos métodos dependen de un sistema de información bien claro y preciso de las estaciones, además estos métodos son los más utilizados en países como los nuestros que no cuentan con una cobertura suficiente de estaciones e información detallada de las cuencas tales como tipo de cobertura de suelo, tipo de suelo y características de los afluentes entre otros.
Tabla de Contenido
1.0 GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCION
1.2 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
1.3 DESCRIPCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 GENERAL
1.4.2 ESPECÍFICOS
2.0 MARCO TEORICO
2.1 Ajustes estadísticos:
2.1.1 Estimativos de crecientes:
2.1.2 Usos del programa Hyfran:
2.1.3 Distribuciones de probabilidad:
2.1.3.1 Distribución de Gumbel:
2.1.3.2 Distribución Log-Pearson tipo 3:
2.2 MÉTODOS BASADOS EN LA RELACIÓN LLUVIA – ESCORRENTÍA
2.2.1 Método del hidrograma unitario:
2.3 MÉTODO BASADO EN INFORMACION HIDROMETRICA
2.3.1 Método de mayoracion (M):
2.3.2 Estimación conjunta Bivariada (ECB):
2.3.3 Crecientes de probabilidad seleccionada (APS):
2.3.4 Crecientes mediante curvas de reducción (CCR):
2.3.5 método Coronado y Triana - procedimiento para estimar hidrogramas de crecientes utilizando únicamente información hidrométrica:
2.4 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DEL FLUJO BASE
2.4.1 Método de la línea recta:
2.4.2 Método de flujo base fijo:
2.4.3 Método de flujo base para cuencas pequeñas y alta vegetación:
2.4.4 Método de concave baseflow separation:
2.4.5 Método constant-slope baseflow separation:
2.4.6 Metodo master-depletion-curve method:
2.4.7 Nueva técnica de separación de flujo base método isotópico:
2.5 ERROR MEDIO CUADRÁTICO DE UN ESTIMADOR
3.0 IMPLEMENTACIÓN DE NUEVAS ECUACIONES DE FLUJO BASE AL MODELO MATEMATICO DE CORONADO-TRIANA
3.1 DEDUCCIÓN DEL PROCEDIMIENTO
3.2 ECUACIONES DEL PROCEDIMIENTO PARA MODELOS DE FLUJO BASE
4.0 CASO DE ESTUDIO
4.1 ANÁLISIS DE FRECUENCIA DE CAUDALES MÁXIMOS, VOLÚMENES MÁXIMOS Y CAUDALES BASE.
4.1.1 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, empleando la distribución Gumbel:
4.1.2 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, con las distribuciones Gumbel, Weibull y Log-pearson.
4.1.3 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, con (Weibull-Weibull-Normal):
4.1.4 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, con (Log-pearson-Gev-Log-pearson):
4.1.5 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, con (Gumbel-Gev-Log-pearson):
4.1.6 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, con (Log-pearson- Log-pearson-Log-pearson):
4.1.7 Ajuste para Caudal máximo, Caudal base y Volumen máximo, con (Gumbel-Weibull-Normal):
4.2 CARACTERISTICAS DE LAS CRECIENTES UTILIZANDO LOS METODOS DE SEPARACION DE FLUJO BASE.
4.2.1 Características de los parámetros de las crecientes utilizada en cada una de los métodos utilizados:
4.2.2 Aplicación de los métodos de separación de flujo base a la creciente de julio de 1996:
4.2.3 Aplicación de los métodos de separación de flujo base a la creciente de julio de 1997:
4.2.4 Aplicación de los métodos de separación de flujo base a la creciente de mayo de 1998:
5.0 ANALISIS Y RESULTADOS
5.1 APLICACIÓN DE DIFERENTES METODOS DE FLUJO BASE CON DIFERENTES COMBINACIONES DE AJUSTES ESTADISTICOS.
5.1.1 Cálculos método flujo base línea recta:
5.1.1.1 Generación de hidrogramas método línea recta:
5.1.1.2 Validación del método flujo base línea recta
5.1.1.3 Envolventes de las crecientes método flujo base línea recta.
5.1.2 Cálculos método flujo base Constante:
5.1.2.1 Generación de hidrogramas método Constante:
5.1.2.2 Validación del método flujo base Constante.
5.1.2.3 Envolventes de las crecientes método flujo Constante.
5.1.3 Cálculos método flujo base Para cuencas pequeñas.
5.1.3.1 Generación de hidrogramas método Cuencas Pequeñas:
5.1.3.2 Validación del método flujo base Cuencas pequeñas.
5.1.3.3 Envolventes de las crecientes método flujo base Cuencas Pequeñas.
5.1.4 Cálculos método Constant Slope:
5.1.4.1 Generación de hidrogramas método Constant Slope:
5.1.4.2 Validación del método flujo base Constant Slope.
5.1.4.3 Envolventes de las crecientes método flujo base Constant Slope
5.1.5 Cálculos método Concave Base Slope.
5.1.5.1 Generación de hidrogramas método Concave Base Slope:
5.1.5.2 Validación del método flujo base Concave Base Slope:
5.1.5.3 Envolventes de las crecientes método flujo base Concave Base Slope:
5.1.6 Cálculos método Master Depletion:
5.1.6.1 Generación de hidrogramas método Master Depletion:
5.1.6.2 Validación del método flujo base Master Depletion.
5.1.6.3 Envolventes de las crecientes método flujo base Master Depletion:
5.2 ANALISIS DE RESULTADOS
6.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.0 REFERENCIAS
Objetivos y temas de la investigación
El objetivo principal de esta investigación es mejorar la confiabilidad en la estimación de hidrogramas de crecientes asociados a diferentes periodos de retorno, mediante la implementación y evaluación de nuevas ecuaciones de flujo base dentro del modelo desarrollado previamente por Coronado y Triana. La investigación busca optimizar la representación de los parámetros clave como el caudal pico y el volumen total sin necesidad de registros pluviales detallados.
- Modelación matemática de hidrogramas de crecientes mediante información hidrométrica.
- Evaluación de diversas técnicas de separación de flujo base (constante, lineal, cuencas pequeñas, cóncava, pendiente constante y agotamiento maestro).
- Análisis comparativo de bondad de ajuste mediante el Error Medio Cuadrático (EMC).
- Análisis de sensibilidad de los parámetros con mayor influencia en la estimación de crecientes.
- Aplicación de ajustes estadísticos basados en distribuciones de probabilidad (Gumbel, Weibull, Log-Pearson, etc.).
Auszug aus dem Buch
2.3.1 Método de mayoracion (M):
Este método es uno de los más populares y de mayor arraigo, debido a la rapidez y facilidad en su aplicación (Domínguez et al., 1980). A partir del análisis de los gastos medios diarios se determina la máxima crecientes registrada, la cual se puede considerar como la más adversa. El criterio para seleccionar dicha creciente puede tomar en cuenta el valor registrado más grande de Qp, Vt o una combinación de ambos. Una vez seleccionada, se deberá obtener un hidrograma adimensional, donde cada ordenada será Qo/Qp para o = 1 hasta la duración d (horas o días).
Con el objetivo de estimar los eventos de diseño para diferentes periodos de retorno (QT), se deberá realizar un análisis de frecuencias a los gastos máximos anuales y, mediante un criterio de bondad de ajuste, seleccionar aquella distribución de probabilidad que mejor describa el comportamiento de la muestra analizada. Finalmente, para obtener la creciente de diseño solo se requiere multiplicar las ordenadas Qo/Qp del hidrograma adimensional por el valor estimado de QT, obteniendo así una creciente con las mismas características de la más adversa registrada, solo que más grande (mayorada). Una desventaja de este método es que en algunas ocasiones la creciente propuesta como más adversa es superada al año siguiente, por lo que se presentan dudas sobre los pronósticos realizados. (Coronado, 2010)
Resumen de los capítulos
1.0 GENERALIDADES: Describe la importancia de los proyectos de infraestructuras hidráulicas y la necesidad de herramientas precisas para calcular caudales máximos.
2.0 MARCO TEORICO: Explica los fundamentos estadísticos y los métodos hidrológicos existentes para la estimación de crecientes y la separación del flujo base.
3.0 IMPLEMENTACIÓN DE NUEVAS ECUACIONES DE FLUJO BASE AL MODELO MATEMATICO DE CORONADO-TRIANA: Presenta la deducción matemática de los procedimientos mejorados para la estimación de hidrogramas utilizando nuevas ecuaciones de flujo base.
4.0 CASO DE ESTUDIO: Detalla la aplicación práctica del modelo en la estación río Lengupá – Páez, incluyendo el análisis de frecuencia con diversas distribuciones.
5.0 ANALISIS Y RESULTADOS: Evalúa el desempeño de los distintos métodos de separación de flujo base mediante el cálculo del Error Medio Cuadrático (EMC).
6.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Sintetiza los hallazgos sobre qué métodos ofrecen mayor confiabilidad y propone pautas para futuras investigaciones.
7.0 REFERENCIAS: Recopila la bibliografía técnica y las fuentes de datos utilizadas para sustentar el desarrollo metodológico del trabajo.
Palabras clave
Hidrogramas de crecientes, Flujo base, Modelos matemáticos, Información hidrométrica, Períodos de retorno, Error Medio Cuadrático, Análisis estadístico, Distribución de Gumbel, Distribución Weibull, Distribución Log-Pearson, Separación de flujo, Cuencas pequeñas, Optimización, Hidrología, Recursos hídricos.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el propósito principal de esta investigación?
El estudio tiene como fin aumentar la confiabilidad en la estimación de hidrogramas de crecientes para el diseño de estructuras hidráulicas, optimizando el método desarrollado por Coronado y Triana a través de la implementación de diversas ecuaciones de flujo base.
¿Qué campos principales aborda este documento?
La obra se centra en la hidrología técnica, específicamente en la modelación de avenidas, el análisis de frecuencia de caudales y el uso de técnicas de separación de flujo base para mejorar la precisión de los diseños de ingeniería civil.
¿Cuál es la pregunta de investigación central?
La investigación se pregunta cómo es posible aumentar la confiabilidad en la estimación de hidrogramas de crecientes mediante el uso de nuevas ecuaciones de flujo base dentro del método de Coronado & Triana.
¿Qué metodología se utiliza en este trabajo?
Se utiliza una metodología matemática que emplea balances de masa entre el volumen de escorrentía y el flujo base, validada mediante la minimización del Error Medio Cuadrático (EMC) comparando resultados simulados con datos registrados.
¿Qué temas se tratan en el desarrollo del trabajo?
Se tratan temas desde el marco teórico estadístico y las funciones de probabilidad, hasta la aplicación práctica de métodos como el de la línea recta, constante, cuencas pequeñas, cóncava, pendiente constante y agotamiento maestro.
¿Cuáles son las palabras clave que definen el estudio?
Los términos principales incluyen hidrogramas, flujo base, período de retorno, Error Medio Cuadrático, modelación matemática y análisis de crecientes.
¿Cómo influye el método de separación de flujo base en la precisión del modelo?
Dependiendo del método seleccionado (lineal, constante, etc.) y de la combinación de ajustes estadísticos, la capacidad del modelo para representar la realidad física de la cuenca varía, lo que se refleja directamente en el EMC calculado para cada caso.
¿Por qué se eligió el método Master Depletion para el análisis?
Se destaca junto al método lineal como uno de los más confiables, ya que describen adecuadamente el comportamiento matemático del flujo base, proporcionando resultados satisfactorios con menor dispersión.
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- Luis Fernando Zuñiga Paez (Author), 2015, Modelo matemático para calcular hidrogramas de crecientes asociados a diferentes periodos de retornos utilizando información hidrométrica, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/388680
