Caudal Ecologido de Diseño con PHABSIM

Diseño de Caudal Ecológico bajo IFIM

PHABSIM Model System y River2D

Yoch Ponte Torres Young Professional IAHR-UNMSM

Lima, setiembre de 2015

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLAREAL

Diseño de Caudal Ecológico 2

TEMARIO

Viernes 18, setiembre: Overview

14:00 – 18:00 h

Instream Flow Incremental Methodology - IFIM.

Introducción a Physical Habitat Simulation System – PHABSIM.

Modelamiento Hidráulico con PHABSIM.

Criterios de Hábitat Sustentable en PHABSIM.

Modelamiento de Hábitat con PHABSIM.

Análisis de PHABSIM dentro de IFIM.

Interfaz de PHABSIM.

Desarrollo de PHABSIM Project.


Sábado 19, setiembre: Workshop

09:00 – 13:00 h

Elevaciones de superficie de agua - Stage-Discharge Approach.

Elevaciones de superficie de agua - MANSQ Model.

Elevaciones de superficie de agua - WSP Model.

Modelado de velocidades – VELSIM Model.

Criterio de Hábitat Sustentable – PHABSIM.

Modelado de Parámetros Hidráulicos - AVDEPTH and AVPERM Models.

Cantidad y Calidad de Hábitat Disponible - HABTAE Model.

Lunes 21, setiembre: Workshop

14:00 – 18:00 h

Simulaciones Condicionales de Velocidad para Hábitat.

Modelado de Migraciones Laterales en Secciones Transversales – HABTAM Model.

Modelado de Hábitat Efectivo – HABEF Model.

River2D - Habitat

River2D - R2D_Ice


Overview


Caudal Ecológico

Se entenderá como caudal ecológico al volumen de agua que se debe mantener en las fuentes naturales de agua para la protección o conservación de los ecosistemas involucrados, la estética del paisaje u otros aspectos de interés científico o cultural.

Reglamento de la Ley de Recursos Hídricos Decreto Supremo N° 001-2010-AG Titulo V – Capitulo VIII Articulo 153 – Inciso 1


Características del caudal ecológico

Los caudales ecológicos pueden presentar variaciones a lo largo del año, en cuanto a

su cantidad, para reproducir las condiciones naturales necesarias para el

mantenimiento de los ecosistemas acuáticos y conservación de los cauces de los ríos.

Artículo 154º

Metodología para determinar el caudal ecológico

Las metodologías para la determinación del caudal ecológico, serán establecidas

por la Autoridad Nacional del Agua, en coordinación con el Ministerio del Ambiente,

con la participación de las autoridades sectoriales competentes, en función a las

particularidades de cada curso o cuerpo de agua y los objetivos específicos a ser

alcanzados.

Artículo 155º


Observaciones Ecológico – Ambientales en el Perú

1. Caudal ecológico = caudal mínimo.

2. Caudales constantes para todo el año.

3. Muchos carecen de sustentos biológicos y de otra naturaleza.

4. No hay un registro nacional.

5. Hay una gran diferencia en las características de los ríos a nivel nacional,

con diferentes tipos de régimen hidrológico.

6. Las metodologías empleadas no sustentan aspectos biológicos.


Revisión Bibliográfica


La expresión caudal ecológico (Qeco), referida a un río o a cualquier otro cauce de agua

corriente, es una expresión que puede definirse como el agua mínima necesaria para

preservar los valores ecológicos del cauce, entendidos estos como:

Los hábitats naturales de la flora y fauna.

Las funciones de dilución de contaminantes.

Los parámetros climatológicos e hidrológicos.

El paisaje.

Su uso antrópico.

I. Introducción


II. Metodologías

Las metodologías existentes para determinar caudales ecológicos son

numerosas a nivel mundial. Sin embargo, las más aceptadas se pueden agrupar

en los siguientes métodos:

1. Hidrológicos

2. Hidráulicos

3. Simulación de hábitat

4. Holísticos


1. Métodos hidrológicos

Esta metodología considera que los organismos de las comunidades ribereñas

están adaptados a las variaciones estacionales propias de un régimen hídrico.

Estas variaciones naturales afectan el comportamiento, los ciclos biológicos y la

producción biológica de las poblaciones.


1.1. Método de Curva de Permanencia ( Q330 − Q347 )

Consiste en la construcción de una curva a partir de datos de caudales diarios,

mensuales o anuales, donde se presenta la relación entre los rangos de caudal con el

porcentaje de tiempo en que cada rango de caudal es igualado o excedido. Este método

permite, por ejemplo, determinar el caudal medio diario que es excedido durante 330 ó

345 días de un año (𝑄330 𝑜 𝑄345), que corresponden respectivamente, al 90% y 95%

del tiempo (respecto a 365 días).


1.2. Método de caudal mínimo de siete días con período de ocurrencia de 10 años (7Q10)

Este método entrega el valor de un caudal mínimo estadístico, que corresponde al valor que en

promedio de cada diez años (10), será igual o menor que el caudal medio (Q) en cualquier

evento de siete días (7), de sequía consecutivas (7𝑄10). También existen otras aproximaciones

similares, utilizando la estadística hidrológica que describe las condiciones de sequía como el

7𝑄2 y 10𝑄5. El método supone que a valores menores, se puede generar un estrés ecológico,

ya que la falta de agua produce una sobrecarga de tensión que se ve reflejada en el ecosistema,

por la aparición de anomalías y anormalidades que impiden el normal desarrollo y

funcionamiento de las comunidades biológicas.


1.3. Método de Aproximación por Rangos de Variabilidad (Range of Variability Approach - RVA)

Este método ha sido ideado para casos en que se tenga como primer objetivo de manejo la

conservación de los ecosistemas. Se basa en datos de largos períodos, donde se describe la

variabilidad hidrológica antes y después de instalada una represa. Consiste en tener una

descripción del flujo natural, a través de 32 parámetros claves en el funcionamiento del

ecosistema, para luego estimar un rango de variación máximo de estos parámetros.


1.4. Método de Tennant

Está basado en un estudio realizado por la US Fish and Wildlife Service, en 11 arroyos

ubicados en Estados Unidos de Norteamérica, en los Estados de Montana, Nebraska y

Wyoming. El objetivo del mismo fue encontrar una relación entre el caudal y la

disponibilidad de hábitat para la biota acuática. Tennant (el investigador líder), dividió el

año en un período seco y otro lluvioso, para los cuales propuso caudales expresados

como porcentajes del caudal medio anual (CAM), relacionándolos con grados de

conservación. A partir del mismo, se determinó que el hábitat comenzaba a degradarse

cuando el flujo era inferior a 10% del flujo medio anual; esto asociado a una velocidad

media de 0,25 m/s, a una profundidad media de 0,3 m (Tennant 1976).


1.5. Método de Diagnóstico y Tratamiento de Ecosistemas (Ecosystem Diagnosis

and Treatment (EDT) Method)

El método EDT fue diseñado para proporcionar datos para el desarrollo y ejecución de

planes de manejo de cuencas hidrográficas con un enfoque integral. Utiliza 43 atributos

diferentes, con los que los usuarios deben calificar la condición de un ecosistema fluvial, y

luego comparar el hábitat ideal para las necesidades de la especie objetivo. El resultado

es una predicción de la abundancia de los peces y la distribución potencial en puntos

determinados en el tiempo, que pueden ayudar a identificar los factores ambientales que

más limitan a una especie determinada (Lestelle et al. 1996).


2. Métodos hidráulicos

Se considera que variables hidráulicas simples como el perímetro mojado o la

profundidad máxima, juegan como factores limitantes en la biota. Estos métodos,

generalmente, se basan en estudios de una sección transversal de un río, para

así relacionar la magnitud de la descarga con la profundidad de los cauces,

velocidad y perímetro mojado.


2.1. Método Toe-Width Washington

Está diseñado para determinar el caudal que proporciona la profundidad y velocidad más

adecuada en una sección transversal del cauce, donde los peces prefieren desovar. Las

mediciones estiman un promedio de los anchos del canal estudiado.

Dichos números se utilizan en ecuaciones que generan un valor único de caudal

preferido por truchas y salmones para el desove. Los valores típicamente generados son

más o menos comparables con los obtenidos, a través del IFIM con PHABSIM. Aunque

este método es simple, económico, rápido y útil para determinar caudales, se considera

que sólo es aplicable a peces que viven en pequeños arroyos de Washington occidental,

y por lo tanto, no se recomienda a nivel científico.


2.2. Método del Perímetro Mojado

Este es uno de los más conocidos y comúnmente utilizados. En él, se asume que la

integridad del hábitat está directamente relacionada con el área húmeda. Consiste,

básicamente, en la construcción de curvas que muestran la relación entre el caudal con

el perímetro mojado. A partir de ellas, puede observarse que hasta un cierto volumen de

agua, el perímetro crece rápidamente a medida que aumenta la descarga, pero

sobrepasado este volumen, el perímetro se mantiene casi constante. Generalmente, el

flujo recomendado es aquel cerca de este punto de inflexión, pues se presume es el nivel

óptimo para el desove de peces o para la producción de invertebrados.


3. Métodos de simulación de hábitat

Las especies de peces están mejor adaptadas a ciertas características hidráulicas,

estructurales y geomorfológicas. Al conocer cómo afecta el caudal a estas

características, se puede predecir el caudal óptimo para mantener las poblaciones

de estos peces.


3.1. Instream Flow Incremental Methodology (IFIM)

La metodología Instream Flow Incremental Methodology (IFIM), fue desarrollada por

el US Fish and Wildlife Service, e integra modelos hidráulicos con parámetros de

calidad del agua, sedimentos, estabilidad de los cauces, temperatura y otras variables

que afectan a los peces.

El IFIM contiene un modelo que relaciona el caudal con los datos de hábitat (Physical

Habitat Simulation System - PHABSIM). El modelo construye índices que exponen el

grado de adaptación de las especies objetivo, a diferentes valores de velocidad,

profundidad y características geomorfológicas específicas del río.


3.2. Método de Simulación Física de Hábitat

El PHABSIM, es el método más utilizado para calcular caudales ecológicos, ya que

produce un modelo que muestra la relación entre los niveles de caudal y corriente con el

hábitat físico de varias especies de peces, en diferentes etapas de su vida.

El modelo utiliza mediciones reales (profundidad, velocidad y material de base) del lecho

a través del río para crear modelos hidráulicos. Estos se combinan con “criterios de

idoneidad de las especies” (curvas de habitabilidad), para producir un índice que da

cuenta de la cantidad de hábitat que es capaz de aprovechar un pez (una o varias

especies) en las diferentes fases de su desarrollo, según diferentes niveles de caudal.

El uso más valioso del PHABSIM es identificar y cuantificar las áreas de un cauce

que no son adecuadas para las etapas específicas de la vida de un pez, pues se

considera mejor determinar el umbral más bajo de caudal que el umbral óptimo. Los

críticos se quejan que este método ha sido muy empleado por consultores, sin que las

necesidades de hábitat de muchas especies de peces sean conocidas.


4. Métodos holísticos

Estos métodos asumen que si son identificadas las características esenciales del

flujo hídrico que pueden generar un impacto ecológico y son incorporadas dentro

de un régimen de flujo modificado, entonces la biota y la integridad funcional del

ecosistema será mantenida. Los métodos holísticos, generalmente, tienen dos

aproximaciones distintas.


4.1. Método de Building Block - Aproximación Bottom-up

Se realiza sobre la base de grupos de trabajos multidisciplinarios, tomando en cuenta

trabajos de investigación ya realizados, modelos para entender la respuesta caudal-

características hidráulicas y juicios de expertos. Uno de los pasos críticos es la

estimación de la importancia económica y social del área de estudio, realizándose una

evaluación de la dependencia social y económica de los ecosistemas ribereños.

Se determinan y describen en términos de duración y magnitud los f lujos que se

recomendarán. La descripción de cada uno de los componentes del flujo son

considerados como los building block, conformando los “Requerimientos de Caudal”

para una cuenca o río (Instream Flow Requirements - IFR). Se denomina de tipo

Bottom- Up, ya que el caudal recomendado es estimado a partir de un flujo mínimo

hacia valores más altos.


4.2. Benchmarking - Aproximación Top-down

Se basa en principios similares al método Building Block. A diferencia del mismo, el caudal

es determinado desde un flujo máximo aceptable, hacia valores menores (aproximación

Top-Down).

Con la información disponible, modelos conceptuales y juicio de experto, se identifican

indicadores hidrológicos que son considerados ecológicamente relevantes. Con estos

indicadores, son caracterizados cauces escogidos dentro de un río como benchmark o de

referencia.

En estos cauces de referencia no existe necesariamente un caudal natural, pero cumplen

con los variados niveles de caudal que se requieren en la cuenca. Posteriormente, en

estos sitios se relacionan determinados impactos ecológicos en función de cambios en el

caudal. De esta manera, se investiga cuánto puede cambiar el caudal antes que el

ecosistema sea degradado


III. Introducción a Physical Habitat Simulation System – PHABSIM.

IFIM se basa en el análisis de hábitat para los organismos que viven en arroyos

menores para tratamientos alternativos de gestión. Uno podría preguntarse por qué

lógicamente hábitat fue elegida como la variable de decisión en IFIM cuando hay tantos

otros factores (como la productividad arroyo o la mortalidad por pesca) que

potencialmente pueden influir en las poblaciones de peces. La razón más simple para

basar el análisis sobre el hábitat es que IFIM fue diseñado para cuantificar los impactos

ambientales y los impactos en el hábitat.


PHABSIM v.1.5.1

USGS – Fort Collins Science Center

El propósito del sistema de simulación del hábitat físico (PHABSIM) es simular una

relación entre el caudal y el hábitat físico para diferentes etapas de la vida de una especie

de pez o una actividad recreativa. El objetivo básico de la simulación del hábitat físico es

obtener una representación del flujo físico de manera que la corriente puede estar

vinculado, a través de consideraciones biológicas, al mundo social, político y económico.

Los dos componentes básicos de PHABSIM son las simulaciones hidráulicas y de hábitat

de un tramo de río que utilizan parámetros hidráulicos definidos y criterios de idoneidad del

hábitat. Simulación hidráulica se utiliza para describir el área de una corriente que tiene

varias combinaciones de profundidad, la velocidad y el índice de canal como una función

del flujo. Esta información se utiliza para calcular una medida hábitat llamado Ponderado

de Superficie Útil para el segmento de vapor a partir de la información idoneidad basada

en el muestreo de campo de las diversas especies de interés.


Aplicación de PHABSIM

Los nueve pasos que participan en la aplicación de PHABSIM dentro del contexto IFIM incluyen:

1. La determinación del alcance: la identificación de las necesidades de información del hábitat y

los objetivos de estudio, selección de métodos.

2. La selección de las especies objetivo, de selección o desarrollo de microempresas apropiada y

criterios de idoneidad o macrohábitat.

3. Segmentación del área de estudio y selección de sitio de estudio.

4. Colocación de la sección de estudio y la recolección de datos de campo.

5. Modelización hidráulica.

6. Modelado de Hábitat.

7. Derivación de la serie hábitat tiempo total, micro y macrohábitat.

8. Determinación de los cuellos de botella de hábitat.

9. Evaluación de alternativas de gestión y resolución de problemas.


Modelación hidráulica

Modelado de elevación de la superficie del agua

El primer paso en el modelado hidráulico dentro PHABSIM es la calibración y

simulación de elevaciones de la superficie del agua. Dependiendo de la

naturaleza de los datos de campo disponible, los siguientes programas y

enfoques pueden ser utilizados:

• STGQ

• MANSQ

• WSP


Modelado de velocidad

El programa VELSIM es la principal herramienta utilizada para simular las distribuciones

de velocidad dentro de una sección transversal en el rango requerido de descargas. La

técnica se basa en un conjunto empírico de observaciones de velocidad que actúan como

una plantilla para distribuir las velocidades a través de un canal en la ecuación de Manning

(en este contexto 'n' actúa como un factor de distribución de la rugosidad a través del

canal).


<proyecto> .phb - proyecto general de información binaria

<proyecto> .pxs - Sección transversal

<proyecto> .ppt – punto de datos

<proyecto> .pxp - punto de sección transversal

<proyecto> .pcl - Calibración de datos

<proyecto> .pcv - idoneidad de datos

<proyecto> .opt - opciones de proyecto

<proyecto> .history - Proyecto archivo

<proyecto> .hyd - hidráulica de salida

<proyecto> .zout # - acumulando archivos

<proyecto> .zvaff - factores de ajuste de velocidad

<proyecto> .zhaqf - hábitat de flujo de salida respecto

<proyecto> .11111e - Salida HABTAE para la curva 11111

<proyecto> .11111m - Salida HABTAM para la curva 11111

<nombre de archivo> - Archivos de comunicación no tienen extensión

<filename> .bin - comunicación interna de archivos binarios

Extensiones de un Proyecto en PHABSIM


IV. Modelamiento Hidráulico con PHABSIM.

Este capítulo presenta los conceptos básicos de simulación hidráulica en PHABSIM

seguido de una explicación detallada de las opciones específicas de calibración y

simulación para cada modelo hidráulico dentro PHABSIM. La calibración y simulación

de elevaciones de la superficie del agua se trata en primer lugar seguido por la

calibración y simulación de velocidades. Se presentan Fases específicas de uso del

software para cada etapa de simulación hidráulica.


Términos y Definiciones

• Cross Section

• Reach Length

• Backwater

• Hydraulic Control

• Water Surface Elevation (WSL)

• Stage

• Depth

• Hydraulic Depth

• Thalweg Depth

• Width


• X-distance (X)

• Bed Elevation (Z)

• X,Y,Z-coordinate

• Cross Section Vertical

• Discharge (q)

• Area (a)

• Cross-sectional Area (A)

• Wetted Perimeter (P)

• Hydraulic Radius (R)

• Mean Channel Velocity (V)


• Hydraulic Slope (Sh)

• Bottom Slope (So)

• Energy Slope (Se)

• Velocity Head


• Longitudinal Profile

• Velocity Adjustment Factor (VAF)

• Conveyance Factor (CFAC)

• Thalweg Slope

• Roughness (n)

• Stage of Zero Flow (SZF)


Ecuaciones utilizadas para la Descripción y Análisis

1. Continuidad y Balance de Masas:

𝑄 = 𝐴. 𝑉

2. Ecuación de Manning:

𝑉 =1.486

𝑛𝑅2/3𝑆1/2

3. Balance de Energía y de la ecuación de Bernoulli:

𝐻 = 𝑧 + 𝑑 +𝑉2

2𝑔


V. Criterios de Hábitat Sustentable en PHABSIM.

La implementación exitosa de PHABSIM requiere la adquisición de criterios de idoneidad

de hábitat precisos y realistas para el organismo de destino que se está evaluando.

Quizás más importante que la precisión y realismo, sin embargo, es comparar a partir de

los grupos de interés. Debido a la salida de PHABSIM es extremadamente sensibles

incluso a sutiles diferencias en los criterios de idoneidad del hábitat, el establecimiento de

la credibilidad de los criterios puede ser de suma importancia.

A veces, el establecimiento de la credibilidad requiere un estudio diseñado científicamente

para definir las características del hábitat de una especie. En otras ocasiones, la

idoneidad del hábitat es el resultado de la opinión de expertos y la negociación.


Categorías de HSC

La categoría término se refiere al tipo de información y tratamiento de datos

utilizada para generar los criterios. Los criterios que se derivan de la experiencia

personal y la opinión profesional.


Categoría I

Estos criterios pueden desarrollarse con relativa rapidez ya un costo mínimo, en comparación con

los enfoques más intensivos debido a que los criterios son negociables.

Categoría II

Se basan en distribuciones de frecuencia de atributos microhábitat medidos en lugares utilizados

por la especie objetivo. Estos criterios se conocen como funciones de utilización o de uso de

hábitat, ya que representan las condiciones que estaban siendo ocupadas por la especie objetivo

cuando se hicieron las observaciones.

Criterios III

Están diseñados para reducir el sesgo asociado a la disponibilidad del medio ambiente. Estos

criterios también se conocen como funciones de selectividad o preferencia.

𝐸 = 𝑈/𝐴


VI. Modelamiento de Hábitat con PHABSIM.

En este punto en un análisis de PHABSIM, el modelo hidráulico necesario han sido

aplicados para determinar las características de la corriente en términos de

profundidad y de la velocidad como una función de descarga para toda la gama de

descargas para ser considerado para el estudio. En el proceso de modelado del

hábitat, esta información se integra con los criterios de idoneidad del hábitat (HSC)

para producir una medida de hábitat físico disponible como una función de descarga.


Integración de las curvas Criterios de Idoneidad de Hábitat y Atributos Computacional

Los modelos de hábitat dependen de HSC relativos a las características hidráulicas del canal y los requerimientos del hábitat de peces, otras especies acuáticas, o incluso las actividades recreativas. Estos HSC se utilizan para describir la adecuación de varias combinaciones de profundidad, la velocidad y las condiciones del canal.

𝑊𝑈𝐴 = 𝐴𝑖𝐶𝑖𝑛𝑖=1

𝑅𝑒𝑎𝑐ℎ 𝐿𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ

𝐶𝑖 = 𝑉𝑖𝐷𝑖𝑆𝑖


Supuestos básicos en Modelado de Hábitat

Los programas de hábitat en general se basan en los siguientes supuestos:

1. Seleccionar las condiciones más deseables para los organismos dentro de una

corriente en estado estacionario.

2. Las condiciones deseables pueden ser adecuadamente representados por curvas

criterios de idoneidad del hábitat.

3. Cada sección transversal se puede evaluar de forma independiente.

4. El área ponderada de hábitat disponible en cada sección es indicativa de las

condiciones totales de hábitat a una descarga específica.

5. El hábitat físico está limitando el tamaño de la población.


VII. Análisis de PHABSIM dentro de IFIM

Durante la fase de análisis de alcance de IFIM, se espera que los actores involucrados en un

problema de flujo dentro de la corriente puedan llegar a un consenso sobre el tipo de análisis

que se utilizarán para el problema, la tecnología que se aplicará, y los enfoques de la

interpretación de los resultados analíticos.


El uso de una especie sensible y su etapa de vida

En muchos estudios de flujo dentro de la corriente, una serie de especies y fases de la vida se

considera que es importante para la evaluación dentro de PHABSIM en una etapa temprana del

proyecto. Después de un esfuerzo considerable en la selección y aplicación de cada una de estas

especies y curvas de índice de la etapa de adecuación vida asociados a etapas de la vida

representativos, el analista puede obtener una familia de WUA frente funciones de.


Post-Análisis

Un enfoque post-análisis puede tomar varias formas dependiendo del contexto de los objetivos

del proyecto y su gestión. Un enfoque que se ha utilizado consiste en la construcción de un

nivel de hábitat frente a la relación de flujo. Una curva de hábitat de la comunidad se puede

construir mediante el hábitat original frente a las relaciones de descarga.


Evaluación de los Criterios de Idoneidad de Hábitat

Los Criterios de Idoneidad del Hábitat (HSC) han sido un tema de gran controversia en

aplicaciones PHABSIM desde su creación. Reconociendo que lugar especifico para HSC

puede reflejar la utilización del hábitat de especies acuáticas.


WORKSHOP


Modelado de Elevaciones de Agua utilizando relaciones Nivel – Descarga:

Solver: STGQ

El objetivo es demostrar modelado elevaciones de la superficie del agua basados

en un enfoque de regresión nivel-caudal.

Relaciones Utilizadas:

𝑊𝑆𝐿 − 𝑆𝑍𝐹 = 𝑎. 𝑄𝑏

𝑙𝑜𝑔10 𝑊𝑆𝐿 − 𝑆𝑍𝐹 = 𝑙𝑜𝑔10 𝑎 + 𝑏. 𝑙𝑜𝑔10(𝑄)

donde:

Q = Descarga

WSL = Elevación de la superficie del agua

SZF = Etapa de flujo cero

a = Constante derivada de los valores medidos de la descarga – nivel.

b = Constante derivada de los valores medidos de la descarga – nivel.


Relación nivel-descarga para

4 secciones transversales a distintos

caudales.

Perfiles de superficie de agua a

diferentes descargas.



Solver: MANSQ

El modelo asume que las variaciones de flujo causadas por cambios en la configuración del

canal son insignificantes. El modelo MANSQ asume que cada sección transversal es

independiente de todas las otras secciones transversales durante la calibración y simulaciones.

El modelo utiliza las ecuaciones de Manning en la siguiente forma:

𝑄 =1.49

𝑛𝑆1/2 𝐴𝑅2/3

Que en su forma simplificada es equivalente a:

𝑄 = 𝐾𝐴𝑅2/3


El valor de K se relaciona en función de las descargas o radios hidráulicos.

𝐾 = 𝐾𝑜𝑄

𝑄𝑜

𝛽

𝐾 = 𝐾𝑜𝑅

𝑅𝑜

𝛽

Donde el subíndice 𝑋𝑜 indica un valor calibrado para X.

𝛽 es un coeficiente para cada sección transversal con un rango de 0.0 - 0.6.


Tabla de calibraciones en MANSQ



Solver: WSP

El modelo WSP se utiliza para predecir cómo el perfil longitudinal de la elevación de la

superficie del agua cambia sobre una gama de descargas simuladas. El objetivo inicial de

la calibración del modelo es el uso de un procedimiento de ensayo y error para seleccionar

n coeficientes de Manning en cada sección transversal, para replicar el perfil longitudinal de

las elevaciones de la superficie del agua en este único flujo de calibración.

Relación de descarga y rugosidad:

𝑙𝑜𝑔10𝑅𝑀𝑂𝐷 = −0.2045𝑙𝑜𝑔10𝑄 + 0.502


Grafica de rugosidades

modificadas luego de ser

simuladas.

Ploteo de la regresión para el

ajuste de RMOD y la

descarga


Modelado de Velocidades:

Solver: VELSIM

VELSIM utiliza conjunto de calibraciones de velocidad específicas para los rangos

específicos de descargas, y una distribución de velocidad en base área de transporte que

puede ser desarrollado cuando no hay velocidades de calibración.

Distribución de velocidad para la sección 0.0.


Factor de ajuste de

velocidad para un flujo

de 75.2 cfs.

Factor de ajuste de

velocidad para un flujo

de 139 cfs.


Factor de ajuste de velocidad

usando MANSQ para el inicio de

un flujo WSL.

Simulación de velocidades en la

sección 0.0. para una descarga de

75.2 cfs.


Criterio de Sustentabilidad de Hábitat:

El principal medio por el cual PHABSIM integra información biológica con fines de

modelación de hábitat es a través del uso de HSC (Criterio de Idoneidad e Hábitat) dentro

de los diversos modelos de hábitat.


Ejemplo de relaciones de velocidad, profundidad y eje

transversal de canal con respecto a criterios de habitad para

especies acuáticas en diferentes estadios.


AVDEPTH and AVPERM Models :

El modelo AVDEPTH/AVPERM caracteriza a un canal de estudio en términos de

sus propiedades hidráulicas en cada sección transversal. El modelo

AVDEPTH/AVPERM puede utilizarse para caracterizar una corriente en términos

de un perímetro mojado registrado en cada descarga simulada.

El modelo AVDEPTH/AVPERM requiere que las propiedades hidráulicas simulados

para el uso dentro del modelo se han generado por uno de los modelos hidráulicos

(STGQ, MANSQ o WSP). Al menos uno de esos modelos deben haber sido

ejecutar antes del uso del AVDEPTH/AVPERM.


Promedios parciales de parámetros hidráulicos y tablas de

profundidad para AVDEPTH / AVPERM.


HABTAE Model:

HABTAE permite la integración de las necesidades biológicas de las especies objetivo y

etapas de la vida, representados en forma de Criterios de Hábitat Sustentable (HSC), con

resultados de simulación hidráulica. Esta integración genera una serie de índices de

cantidad de hábitat disponible y calidad. Estos incluyen zonas ponderadas utilizable, área de

bancos y el volumen disponible.

Las principales características de HABTAE son:

a. Método agregado de Computación Combinada con Idoneidad

b. Simulación de Hábitat para las secciones transversales

c. Cálculo de la Calidad del Hábitat

d. Efectos de la velocidad sobre superficies ponderadas útiles (AUA)


Ponderado de áreas útiles

(WUA) para hábitat de la

Trucha Toro

Geometría media de

WUA en función de

hábitat.


Niveles de idoneidad para la Trucha Toro Joven

en función de la descarga.

Hábitat juvenil de Trucha Toro

producida por cuatro plantillas de

velocidades diferentes.


Velocidades Condicionales para Hábitat:

HABTAE permite al usuario generar hábitat disponible donde las condiciones de

velocidad adyacentes se combinan con los criterios de adecuación del hábitat para

determinar el hábitat disponible.

VELSIM se utilizará para todas las simulaciones de distribución de velocidad utilizando

cuatro simulaciones de velocidad diferentes para explorar el impacto en el cálculo del

hábitat disponible dentro HABTAE.


Tabla de resultados de hábitat


Trucha Toro Joven en su vista en

planta para el calculo estándar de

Hábitat.

Trucha Toro Joven en su vista en

planta para el calculo de velocidad

mínima adyacente.


Modelado de Hábitat - HABTAM:

HABTAM se utiliza para simular las condiciones en una sección transversal donde se

permiten a los peces a migrar lateralmente para encontrar un hábitat adecuado

cuando se comparan dos flujos separados.

El usuario suministra un flujo de partida, un flujo final y una distancia de migración

máxima adecuada. El programa calculará la AUA para cada par de descargas y

calculará la cantidad de AUA que se utiliza en el flujo final.

HABTAM no debe confundirse con la migración analizada dentro de un segmento de

alcance, ya que sólo la migración lateral de una sección transversal dada es

considerada en el programa.


Tabla con ID de HSC para diferentes especies en diferentes estadios de vida


HABTAM pondera resultados superficie útil para Truchas Marrones adultas para el

sitio de estudio con una distancia de 15 pies de distancia.

HABTAM pondera resultados superficie útil para Truchas Marrones adultas para

el sitio de estudio con una distancia de 25 pies de distancia.


Modelado de Hábitat - HABEF :

HABEF se puede utilizar para examinar una serie de relaciones entre las condiciones

del hábitat en dos flujos de corriente y/o de dos etapas de la vida a un caudal

específico.

Los seis pasos se dan a través de estas opciones básicas del programa HABEF:

1. Unión de estadios de Vida 1 con otra de estadio 2.

2. Análisis de la Variación de Flujo de Corriente (WUA mínimo).

3. Análisis de la Competencia de especies.

4. Análisis de la Variación de Flujo de Corriente (WUA máximo).

5. Análisis efectivo de desove.

6. Análisis de bancos.


Análisis unificado de salidas de HABEF

Análisis de Competencia para dos especies en HABEF


Bibliografía Recomendada

1. A. Gurnell, G. Petts; Hydrology and Ecology of River Systems; Reference

Module in Earth Systems and Environmental Sciences, from Treatise on Water

Science, Volume 2, 2011, Pages 237-269, Current as of 9 July 2015.

2. Ans M. Mouton, Matthias Schneider, Jochen Depestele, Peter L.M. Goethals, Niels De

Pauw; Fish habitat modelling as a tool for river management; Ecological

Engineering, Volume 29, Issue 3, 1 March 2007, Pages 305-315.

3. A.M. Mouton, A. Dillen, T. Van den Neucker, D. Buysse, M. Stevens, J. Coeck; Impact

of sampling efficiency on the performance of data-driven fish habitat models;

Ecological Modelling, Volume 245, 24 October 2012, Pages 94-102.

4. Brian F. Bietz, David J. Kiell; The Applicability of Instream Flow Incremental

Methodology for Impact Assessment in Newfoundland; Developments in

Environmental Modelling, Volume 5, 1983, Pages 907-914.


5. Daniel Ayllón, Steven F. Railsback, Simone Vincenzi, Jürgen Groeneveld, Ana

Almodóvar, Volker Grimm; InSTREAM-Gen: Modelling eco-evolutionary dynamics of

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YOCH PONTE TORRES

[email protected]

UNMSM

mailto:[email protected]

Caudal Ecologido de Diseño con PHABSIM

Engineering

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