Estudios básicos para la vigilancia y previsión
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1 Estudios básicos para la vigilancia y la previsión Angel Luis Aldana Valverde Consultor OMM Coordinador de PROHIMET (http://www.prohimet.org) [email protected]
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1
Estudios básicos para la vigilancia y la previsión
Angel Luis Aldana Valverde
Consultor OMM
Coordinador de PROHIMET (http://www.prohimet.org)
2
La necesidad de la modelación (1)
o En actuaciones de reducción de riesgos
de origen hidrometeorológico: n Análisis de riesgos
o Peligrosidad
o Vulnerabilidad
n Evaluación de alternativas de actuación
n Diseño de una red de medidas
3
La necesidad de la modelación (2)
o En un sistema de vigilancia y predicción: n En fases preparatorias (anteriores al uso en tiempo real)
o Análisis de situaciones históricas o Análisis del comportamiento de un sistema ante diversas
situaciones hipotéticas o Estudio de la sensibilidad del sistema a la variabilidad de
sus características n En tiempo real (en operación)
o Evaluación de la calidad o veracidad de unos datos o Reducir el desconocimiento por falta de datos o Obtención de magnitudes no medidas o Previsión
4
Información básica
o Cartografía del terreno o Cartografía temática
n Usos del suelo n Geología n Infraestructura n Vulnerabilidad
o Datos hidrometeorológicos o Estudios hidrometeorológicos
5
Ejemplo de estudio: Máxima precipitación diaria (T=100)
6
Ríos y subcuencas
o Clasificación decimal del CEH-CEDEX o Adaptación a topología de los SAIH
7
Empleo de modelos digitales del terreno
o Delimitación de subcuencas o Caracterización de ríos y subcuencas
8
Número de curva en condiciones normales
9
Estudios hidráulicos fundamentales
o Estaciones de aforos o Órganos de desagües de presas o Ríos o Encauzamientos o Elementos singulares
10
Estudios hidráulicos fundamentales
Análisis con modelos numéricos
Aportación de la Rambla del Derramador (Desagüe de la Pedrera)
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
29/09/970:00
29/09/9712:00
30/09/970:00
30/09/9712:00
1/10/970:00
1/10/9712:00
2/10/970:00
2/10/9712:00
3/10/970:00
3/10/9712:00
4/10/970:00
Instante
m3/
s
P asarela de J ac arilla Roja les P edrera S . Ab.
Estimación de caudal en Merancho con BICQ y datos de confluencia
-15
-5
5
15
25
35
45
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235
Intervalo
m3/
s
Zona de incertidumbre Merancho CQ Merancho ISIS Merancho BICQ
Análisis para un mejor conocimiento del problema y para la búsqueda de la solución más apropiada.
11
Análisis históricos
Análisis de episodios reales
Bases para el conocimiento del problema y los estudios necesarios para encontrar soluciones
12
Variaciones de características del cauce. Alteración de fondo
13
Variaciones de características del cauce. Reducción de sección efectiva
14
Variaciones de características del cauce. Elevación de niveles
15
Resguardos
40005000600070008000
34
36
38
40
42
44
46
48
Distancia (m)
Cot
a (m
)
5225
4.32
5238
8.92
5246
6.12
5263
6.39
5279
6.82
5289
2.79
5297
6.71
5309
2.82
5319
6.71
5343
1.02
5358
6.81
5374
8.67
5385
4.81
5400
0.52
5406
7.31
5421
7.91
5432
6.71
5447
2.46
5454
3.83
54617.35
5470
7.41
5483
3.23
5501
9.22
5516
9.22
5531
9.22
5551
9.22
5561
9.22
5576
9.22
5601
9.22
5636
9.22
5651
9.22
5661
9.22
5671
9.22
5691
9.22
5706
9.22
Azud delmolino de
SanFrancisco
Azud delpuente de la
Fica
Puente de lacarreteraCartagena-Alicante-Albacete
Determinación de zonas y circunstancias
en las que puedan producirse
desbordamientos
16
Parámetros de propagación
o Tiempos de viaje o Celeridades o Atenuaciones / Laminaciones
17
Estudios básicos. Análisis en régimen permanente
o Objetivos n Conocimiento del área de estudio n Análisis de simplificaciones de los modelos de
régimen variable n Estimación de parámetros de propagación n Estimación de relaciones nivel-caudal
o Sencillas o Complejas
18
Análisis en régimen permanente
o Estimación de relaciones sencillas nivel-caudal n Con datos observados n Sin datos observados
o Estimación de relaciones complejas nivel-caudal
19
Algunas limitaciones generales de los modelos numéricos de flujo en lámina libre
o Régimen crítico
o Resaltos hidráulicos
o Problemas numéricos
20
Estimación de relaciones sencillas nivel-caudal sin datos observados
0 10 20 30 40 50 60266
267
268
269
270
271
272
273 Andarax en Terque
Distancia (m)
Cot
a(m
)
Leyenda
Crit 300 m3/s
300 m3/s y n1.2
300 m3/s
Crit 25 m3/s
25 m3/s y n1.2
25 m3/sFondo
• Análisis de sensibilidad: • Modo de cálculo • Rugosidad y
pérdidas de energía localizadas
• Distribución transversal de caudales
• Condiciones de contorno
• Modificación de geometría
21
Estimación de relaciones sencillas nivel-caudal con datos observados
o Ajuste por parámetros
880 900 920 940 960
95
96
97
98
ESTACION AR-17 Jarama en San Fernando
Distancia (m)
Cota(m)
Leyenda
5 m3/s, C=1.3
5 m3/s, C=2.3
Crit 65 m3/s
5 m3/s, C=1.3
65 m3/s, C=2.3
Crit 5 m3/s
Obs 5 m3/s
Obs 65 m3/s
o Ajuste por representación
880 900 920 940 960 980 1000
94
95
96
97
98
ESTACION AR-17 Jarama en San Fernando
Distancia (m)
Cota(m)
Leyenda
5 m3/s
Crit 5 m3/s
65 m3/s
Crit 65 m3/s
Obs 5 m3/s
Obs 65 m3/s
22
Estimación de relaciones complejas nivel-caudal
Merancho
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Nivel SAIH
Niv
el e
n co
nflu
enci
a
1 m3/s 25 m3/s 150 m3/s 100 m3/s50 m3/s Compatibilidad Capacidad Observados
23
Estudios básicos. Análisis en régimen variable
o Objetivos n Análisis y comprobación de
o simplificaciones o parámetros de propagación o relaciones nivel-caudal
n Análisis de fenómenos de histéresis n Análisis de fenómenos de inversiones de flujo n Análisis de efectos paradójicos de la laminación
24
Laminación de crecidas
Q
t
Q
t
V
t
V
t
Aguas arriba/entrada Aguas abajo/salida Almacenado
25
Fenómenos de histéresis
t
y
t1t3
Q
t1 t3
t
y
Q
t2t2
26
Ejemplo: canal
Ancho = 100 metros
P 1
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100 120
Caud
al (m
3/s)
Hora
27
Histéresis y curvas de gasto
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00
Nivel (m
)
Caudal (m3/s)
Histéresis
Variable bajando Variable subiendo Permanente (curva de gasto)
28
Factores en la histéresis
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00
Nivel (m
)
Caudal (m3/s)
Variable n=0.035 p=0.0001 Permanente n=0.035 p=0.0001 Variable n=0.035 p=0.001
Permanente n=0.035 p=0.001 Variable n=0.055 p=0.0001 Permanente n=0.055 p=0.0001
Variable n=0.035 p=0.0001 t/2
29
Desfases entre puntas por la histéresis
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
450.00
500.00
0 10 20 30 40 50 60
Nivel (m
)
Caud
al (m
3/s)
Hora
Caudal (m3/s) Caudal CQ (m3/s) Nivel (m)
30
Histéresis reforzada por condición de contorno
Fenómenos de histéresis
Histéresis en estación de Merancho
25
25.5
26
26.5
27
27.5
0 10 20 30 40 50
Caudal (m3/s)
Niv
el (m
)
Estimación de caudal en Merancho con BICQ y datos de confluencia
-15
-5
5
15
25
35
45
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235
Intervalo
m3/
s
Zona de incertidumbre Merancho CQ Merancho ISIS Merancho BICQ
31
Inversión de flujos
Condiciones de contorno aguas abajo
Histéresis en estación de la Pedrera
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
-20 0 20 40 60
Caudal (m3/s)
Niv
el (m
)
Estimación de caudales en la Rambla del Derramador con BICQ y datos en la confluencia
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106
113
120
127
134
141
148
155
162
169
176
183
190
197
204
211
218
225
232
239
Instante
m3/
s
Zona de incertidumbre Pedrera BICQ Pedrera ISIS
32
Paradojas en la laminación
Aportación de la Rambla del Derramador (Desagüe de la Pedrera)
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
29/09/970:00
29/09/9712:00
30/09/970:00
30/09/9712:00
1/10/970:00
1/10/9712:00
2/10/970:00
2/10/9712:00
3/10/970:00
3/10/9712:00
4/10/970:00
Instante
m3/
s
P asarela de J ac arilla Roja les P edrera S . Ab.
33
Comparación de modelos de simulación
Niveles en la estación de Rojales (episodio 1997)
0
1
2
3
4
5
6
30Se
p199
7 0
300
30Se
p199
7 0
900
30Se
p199
7 1
500
30Se
p199
7 2
100
01O
ct19
97 0
300
01O
ct19
97 0
900
01O
ct19
97 1
500
01O
ct19
97 2
100
02O
ct19
97 0
300
02O
ct19
97 0
900
02O
ct19
97 1
500
02O
ct19
97 2
100
C álculo hidrodinámico Observado Y Min Y P ROC
34
Tiempos de propagación
Tiempos de viaje basados en Ck corregido
0
5
10
15
20
25
0100002000030000400005000060000
Distancia
Hora
s
50 m3/s 100 m3/s 200 m3/s
300 m3/s 400 m3/s Episodio 97 obs
Episodio 97 PROC ant Campaña riego 2000 Episodio 00 PROC ant
Este gráfico es el actualizado con estudios posteriores
35
Comparación de resultados
Relaciones nivel-caudal en Rojales
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Hidrodinámico 1997 Hidrodinámico 2000
Permanente Q1 (Kn1)
Q2 (Kn2) Q min - Y min
Este gráfico es el actualizado con estudios posteriores
36
Uso de modelos reducidos
Estudios de fenómenos difícilmente simulables numéricamente y para los que se requiere un buen conocimiento de su funcionamiento
Representación de una estructura hidráulica con otra equivalente de flujo unidimensional con apoyo en modelación física
Geometría real Representación equivalente
37
Uso de modelos reducidos
Relación de CALADOS entre el inicio y el final del modelo (Orihuela)
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 6 6.25 6.5 6.75 7 7.25 7.5
P-37 (final del modelo)
P-25
(ini
cio
del m
odel
o)
50 100 200 300 400 Nivel en P -‐ 37
AZUD DE LA CALLOSA: Curva de variación del coeficiente de vertido Cv
3 .7 5
4 . 15 4 . 15
3 . 9
3 . 6 5
3 . 2 3
3
2 . 8
2 . 6
2.52.62.72.82.93
3.13.23.33.43.53.63.73.83.94
4.14.24.34.44.5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
Caudal
Coef
icie
nte
de v
ertid
o Cv
Cv
Calados en el río Segura a su paso por Orihuela Q= 400 m3/s
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
220
225
230
235
240
245
250
255
260
265
270
Perfil (RS)
Cala
do (m
)
Azud P uente P 37 C a jero 150 250 300 350 400 450 (150) "(250)""(300)" "(350)" "(400)" (450)
P -‐ 25 P -‐ 26 P -‐ 27 P -‐ 30 P -‐ 31 P -‐ 32 P -‐ 35 P -‐ 37
Azud de la C a llosa P uente de L evante
50
100
150
200
250
300
350400
450
500
600
25
P -‐ 36
