1

Modelo HEC-HMS de la Cuenca de Punxsutawney en la Cuenca del Río Allegheny, Pennsylvania

Taller de Cálculos de Precipitación y Tasa de Pérdida Objetivos. En este taller, usted se centrará en la construcción del Modelo Meteorológico de HMS. El modelo de la cuenca ha sido creado para usted por la combinación de las tres subcuencas (Stump Creek, East Branch Mahoning Creek y Punxsutawney Local) como una subcuenca etiquetada Punxsutawney. Además, la especificación de control ha sido creada para usted por el uso de un evento de tormenta ocurrido en Mayo de 1996. Para la construcción de los modelos meteorológicos, se le proveerá con las ubicaciones (latitud, longitud) de tres medidores de lluvia con precipitaciones incrementadas y datos observados en el flujo de corriente guardados en un archivo de Sistema de Almacenamiento de Datos HEC (HEC-DSS). Con la ubicación de tres medidores de lluvia, usted realizará cálculos manuales para determinar los factores de ponderación de cada medidor en las subcuencas. A continuación, creará dos modelos meteorológicos utilizando el método de Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario y el método de Distancia Inversa de Ponderación. Además, estimará los parámetros de tasa de pérdida.

Información general. En este taller usted

Determinará los parámetros de la tasa de pérdida Inicial / Constante de los tipos de suelo hidrológico y las clasificaciones de uso del suelo.

Utilizará los polígonos de Thiessen para estimar los porcentajes de ponderación para el modelo meteorológico de Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario.

Creará un modelo de precipitación de Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario con los porcentajes de ponderación de los polígonos de Thiessen.

Creará un modelo meteorológico de Ponderación de Distancia Inversa.

Comparará los resultados entre los modelos meteorológicos de Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario y Ponderación de Distancia Inversa.

2

Tarea 1: Abra un proyecto existente

Configuración del Proyecto HMS

Abra HMS y seleccione el menú Archivo. Elija la opción del menu Abrir… y seleccione el item Taller de Precipitación en la lista de proyectos existentes.

Haga click en el botón Abrir y se cargará el Taller de Precipitación.

Modelo de Cuenca

El modelo de cuencas (Punxsutawney) ya ha sido creado para usted considerando toda la cuenca como una sola subcuenca. Usted puede abrir el modelo de cuencas (Punxsutawney) para verificar que las subcuencas de Stump Creek, East Branch Mahoning Creek y Punxsutawney Local se combinan como una sola subcuenca etiquetada como Punxsutawney.

3

Tarea 2: Determine los parámetros de tasa de pérdida Inicial/Constante

La siguiente tabla muestra la composición de la subcuenca Punxsutawney, en términos de uso de la tierra / cobertura del suelo y los grupos hidrológicos del suelo. Además, el Tabla 1 "Tasas Constantes de Infiltración para Complejos de Cobertura Hidrológica del Suelo" (que se encuentra en la página siguiente) será útil en la estimación de las tasas de infiltración de uso del suelo y las clasificaciones de tipo de suelo. Tenga en cuenta que en la Tabla 1 se presentan las tasas de infiltración en las unidades inglesas (pulgadas / hora). Factor de conversión: 1 pulgada = 25,4 mm.

Uso de la Tierra

Calidad de la Cobertura

% Total de la Cuenca

Grupos de Suelos Hidrológicos como % del Uso de la Tierra

A B C D

Bosque, Hierbas

Buena 45% 0% 0% 100% 0%

Pastura, Tierra firme

Buena 55% 0% 50% 50% 0%

Tasas Constantes para (Bosque, Hierbas) y (Grupo de Suelo C) = _________(mm/hr)

Tasas Constantes para (Pastura, Tierra firme) y (Grupo de Suelo B) = _______(mm/hr)

Tasas Constantes para (Pastura, Tierra firme) y (Grupo de Suelo C) = _______(mm/hr)

Tasas Constantes compuestas para Punxsutawney = __________________(mm/hour)

4

TABLE 1 CONSTANT INFILTRATION RATES1 FOR HYDROLOGIC SOIL-COVER COMPLEXES

Soil Group Cover Type Quality of

Cover A B C D NATURAL COVERS - Grass, Annual or Perennial Poor .16 .09 .06 .04 Fair .31 .16 .09 .07 Good .41 .22 .12 .09 Meadows - Areas with seasonally Poor .20 .11 .06 .05 high water table, principal Fair .30 .15 .09 .07 vegetation is sod-forming grass Good .50 .24 .17 .14 Chaparral, Broadleaf Poor .28 .15 .09 .06 (Manzanita and scrub oak) Fair .40 .20 .12 .08 Good .49 .25 .14 .10 Open Brush - Softwood shrubs, Poor .21 .11 .07 .05 buckwheat, sage, etc. Fair .34 .18 .11 .07 Good .39 .20 .12 .08 Woodland - Coniferous or broadleaf Poor .35 .18 .11 .07 trees predominate. Canopy density Fair .44 .22 .13 .09 is at least 50%) Good .53 .26 .15 .11 Woodland, Grass Poor .25 .13 .08 .06 (Coniferous or broadleaf trees Fair .36 .18 .11 .08 with canopy density from 20 to 50%) Good .47 .24 .14 .09 URBAN COVERS - Residential or Commercial (Lawn, shrubs, etc.) Good .48 .25 .16 .12 Open Space (grass cover < 50%) Poor .26 .09 .06 .04 (grass cover 50-75%) Fair .31 .16 .09 .07 (grass cover > 75%) Good .41 .22 .12 .09 AGRICULTURAL COVERS - Fallow .11 .06 .04 .03 (Land plowed but not tilled or seeded) Pasture, Dryland Poor .16 .09 .06 .04 (Annual grasses) Fair .31 .16 .09 .07 Good .41 .22 .12 .09 Pasture, Irrigated Poor .24 .12 .07 .05 (Legumes and perennial grass) Fair .36 .18 .11 .08 Good .47 .25 .14 .09

1. Loss rates in inches/hour.

5

Abra el modelo de cuencas Punxsutawney e introduzca los parámetros de tasa de pérdida de tasa para el método de Tasa de Pérdida Inicial y Constante.

Asuma que las condiciones antecedentes de humedad del suelo están saturadas; introduzca una Pérdida Inicial de 0 mm.

Introduzca el valor de Tasa Constante calculado anteriormente.

Guarde el modelo de cuencas.

Modelo Meteorológico

El modelo meteorológico define la precipitación histórica o hipotética. Si usted está interesado, el Manual del Usuario y el Manual Técnico de Referencia proporcionan mayores detalles sobre los métodos disponibles que le permiten utilizar precipitaciones espacialmente-promediadas previamente determinadas, la precipitación basada en grillas (radar), la Tormenta hipotética basada en la frecuencia, la Tormenta Estándar del Proyecto, etc. En este taller, usted va a utilizar dos (Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario y Distancia Inversa Ponderada) de los seis métodos disponibles. Usted tendrá acceso a los datos de pluviómetros en un archivo DSS: ...data\observe.dss.

6

Añada datos de medidores almacenados en un archivo HEC-DSS Antes de que el modelo meteorológico pueda hacer referencia a los datos de los medidores, los datos del medidor deben ser añadidos al proyecto.

Utilice el Administrador de Datos de Series de Tiempo para añadir tres medidores de precipitación utilizando la siguiente información (utilice el nombre del medidor correcto al asignar nombres a los medidores de precipitación).

Una vez que los medidores se añadieron, utilice el Editor de Componentes para señalar a los medidores el registro correcto en el archivo "observe.dss" e introduzca la información de longitud y latitud.

Cambie la ventana de tiempo para cada medidor para ver un gráfico de la precipitación medida (use las fechas de inicio y finalización de las especificaciones de control).

Nombre del Medidor

PNXP

Descripción Precipitación Incremental del Medidor

Fuente de Datos Sistema de Almacenamiento de Datos (HEC-DSS)

Nombre del Archivo DSS

observe.dss

Ruta de Acceso DSS

/ALLEGHENY/PNXP/PRECIP-INC/01MAY1996/1HOUR/OBS/

Longitud 79o 00' 31"

Latitud 40o 56' 21"

Nombre del Medidor

DUJP

Descripción Precipitación Incremental del Medidor

Fuente de Datos Sistema de Almacenamiento de Datos (HEC-DSS)

Nombre del Archivo DSS

observe.dss

Ruta de Acceso DSS

/ALLEGHENY/DUJP/PRECIP-INC/01MAY1996/1HOUR/OBS/

Longitud 78o 45' 50"

Latitud 41o 07' 33"

ID del Medidor MFFP

7

Descripción Precipitación Incremental del Medidor

Fuente de Datos Sistema de Almacenamiento de Datos (HEC-DSS)

Nombre del Archivo DSS

observe.dss

Ruta de Acceso DSS

/SUSQUEHANA/MFFP/PRECIP-INC/01MAY1996/1HOUR/OBS/

Longitud 78o 41' 22"

Latitud 40o 58' 48"

Tarea 3: Cree un Modelo de Precipitación por Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario

El método de Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario permite el uso de pluviómetros y su ponderación basados en el método de ponderación de polígonos de Thiessen. Los factores de ponderación se calculan externamente al programa de HMS. Para la cuenca del Punxsutawney, los tres pluviómetros (DUJP, MFFP, PNXP) y sus ubicaciones se muestran a continuación.

8

Primero, necesita determinar los factores de ponderación para cada medidor como se sigue:

Usando la figura de arriba, construya los polígonos de Thiessen para la cuenca.

Estime la ponderación para cada medidor (por ejemplo, cuente el número de cuadrados).

Determine y guarde los factores de ponderación que ha calculado más abajo.

ID del Medidor Número de Cuadrado

Factores de Ponderación

DUJP

MFFP

PNXP

9

A continuación, cree un Nuevo modelo meteorológico con la siguiente información.

Cree un modelo meteorológico nuevo con Nombre Ponderación de Medidor Especificado y con Descripción Ponderación de Medidor Especificado por el Usuario.

Abra el editor de componentes para este modelo meteorológico y seleccione el método de precipitación Ponderación de Medidor. Abra el editor de componentes mediante la selección del nombre del modelo en el explorador de las cuencas hidrográficas.

Incluya subcuencas del modelo de la cuenca de Punxsutawney. Seleccione la etiqueta "Cuencas" y cambie la opción Incluir Subcuencas a Sí para el modelo de la cuenca de "Punxsutawney" (ver más abajo). Haga clic en el botón Guardar Proyecto y observe si el elemento subcuenca del modelo de cuencas Punxsutawney se agrega al explorador de cuencas hidrográficas para este modelo meteorológico. El método de precipitación de ponderación de medidores requiere parámetros para cada elemento de subcuenca en el modelo de cuencas.

Utilice los tres medidores de precipitación para calcular la precipitación promedio de la cuenca para la subcuenca de Punxsutawney. Dentro del modelo meteorológico, expanda el explorador de cuencas hidrográficas, haciendo clic en el signo más junto al nombre de la subcuenca Punxsutawney. El explorador de cuencas hidrográficas se ampliará para mostrar un elemento denominado "Ponderación de Medidor" (ver más abajo).

10

Seleccione este elemento de Ponderación del Medidor para abrir un editor de componentes con dos pestañas, "Selecciones de Medidor" y "Ponderación de Medidor". Cambie la opción Usar Medidor a Sí para los medidores DUJP, MFFP y PNXP.

Seleccione la pestaña "Ponderación de Medidor" e introduzca la Ponderación de Profundidad para cada medidor calculada utilizando polígonos de Thiessen. La ponderación de profundidad se puede introducir, ya sea como porcentaje en formato decimal o como un área.

Introduzca una Ponderación de Tiempo de 1,0 (100%) para el medidor PNXP y 0.0 (0%) para los medidores DUJP y MFFP. En este caso, la distribución temporal del hietograma resultante se regirá únicamente por la distribución temporal de la precipitación del medidor PNXP.

Ya ha completado el modelo meteorológico Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario.

11

Tarea 4: Cree un Modelo de Precipitación de Ponderación de Distancia Inversa A continuación, cree un segundo modelo meteorológico con la siguiente información:

Cree un modelo meteorológico nuevo con Nombre Ponderación de Distancia Inversa y Descripción Ponderación de Distancia Inversa.

Abra el editor de componentes para el modelo meteorológico nuevo y seleccione el método de precipitación Distancia Inversa.

Incluya elementos de subcuenca del modelo de cuencas Punxsutawney. Observe que la subcuenca del Punxsutawney se añada a los modelos meteorológicos (los parámetros son necesarios para esta subcuenca para que el programa pueda calcular la precipitación promedio de la cuenca).

Configure la distancia de búsqueda. La distancia entre el nodo de la subcuenca y un medidor de precipitación debe ser menor que la distancia de la búsqueda para que el HMS utilice el medidor de la precipitación en el cálculo de la precipitación promedio de la subcuenca. Seleccione la pestaña "Opciones" y establezca la distancia de la búsqueda a 100 km (ver más abajo).

Añada medidores de precipitación al modelo meteorológico como sigue:

Seleccione el elemento de Medidores de Precipitación en el explorador de cuencas hidrológicas (ver más abajo). Un editor de componentes con una pestaña, “Medidores de Series de Tiempo” se abrirá. Cambie la opción Usar Medidor a Sí para los

12

pluviómetros DUJP, MFFP y PNXP.

Añada un nodo de subcuenca de distancia inversa mediante la especificación de la localización del nodo (latitud, longitud). En este ejemplo, utilizaremos la ubicación del centroide de la cuenca para la localización del nodo.

Amplíe el explorador de cuencas hidrográficas, haciendo clic en el signo ubicado junto al nombre de la subcuenca Punxsutawney un nivel por debajo del modelo meteorológico de la distancia inversa. El explorador de cuencas hidrográficas se ampliará para mostrar el resultado de un elemento denominado "Distancia inversa" (véase más adelante).

13

Seleccione este elemento Distancia Inversa para abrir el editor de components con tres pestañas, “Ponderación de Nodos”, “Latitudes” y “Longitudes”. Introduzca un Nombre de Nodo de Centroide de la Cuenca y una Ponderación de 1,0 (esto es una ponderación del 100%).

Introduzca la coordenada del nodo usando las coordenadas del centroide de la cuenca (Latitud 40o 58' 34", Longitud 78o 51' 58")

14

Usted ha completado el modelo meteorológico de Ponderación de Distancia Inversa.

Especificaciones de Control

Las especificaciones de control han sido creadas para usted utilizando el evento de tormenta del 28 Abr 1996 al 04 May 1996. El intervalo de tiempo está especificado en 15 minutos.

15

Tarea 5: Comparación de resultados entre los modelos meteorológicos de Ponderación de Medidores Especificado por el Usuario y Ponderación de Distancia Inversa. Configure dos corridas de simulación para comparar los resultados de los dos modelos meteorológicos. Con el mismo modelo de cuenca y las especificaciones de control, la primera corrida contiene el modelo meteorológico de Ponderación del Medidor Especificada, en tanto que la segunda corrida contiene el modelo meteorológico de la Ponderación de Distancia Inversa.

Configure y calcule la primera corrida con la siguiente información

Nombre de ejecución: Ponderación especificada. Modelo de Cuenca: Punxsutawney Modelo Meteorológico: Ponderación Especificada del Medidor Especificaciones de Control: 01 de mayo 1996

16

Configure y calcule la segunda corrida con la información siguiente

Nombre de Ejecución: Dist. Inversa Modelo de Cuenca: Punxsutawney Modelo Meteorológico: Ponderación de Distancia Inversa Especificaciones de Control: 1 de Mayo de 1996

17

18

Pregunta 1. Comparar los hietogramas e hidrogramas de flujo de los dos modelos. ¿Cómo difieren el tiempo y la magnitud de los hietogramas entre el método de Ponderación del Medidor Especificada por el Usuario del método de Distancia Inversa de Ponderación? Cuando dos o más medidores están en un cuadrante, ¿cómo el método de Ponderación de Distancia Inversa decide qué medidor usar?

Pregunta 2. En la simulación para este taller había una pérdida inicial igual a 0 mm. ¿De qué manera el aumento de la pérdida inicial afecta al hidrógrafo de la cuenca? Puede modificar la pérdida inicial y volver a ejecutar el modelo para evaluar los cambios en el hidrógrafo.