Informe Hec-hms Karla

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TALLER DE OBRAS HIDRÁULICAS

APLICACIÓN DEL PROGRAMA HEC-HMS PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS HIDROGRÁMAS Y CAUDALES MÁXIMOS DE UNA CUENCA PROFESOR: ING. CESAR GONZALES LINARES

PRESENTADO POR:  MORALES ROMERO, KARLA (201210463)

FECHA DE ENTREGA: 29-11-2017

LIMA – PERU 2017-II

INDICE INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 3 1.

2.

OBJETIVOS ___________________________________________________________ 4 1.1.

OBJETIVO PRINCIPAL _____________________________________________________ 4

1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS __________________________________________________ 4

MARCO CONCEPTUAL __________________________________________________ 4 2.1.

Alcance del Programa ____________________________________________________ 4

2.2.

Descripción del Modelo Hidrológico HEC-HMS ________________________________ 4

2.3.

Circulación de los Hidrogramas a lo largo de los cauces _________________________ 6

2.4.

Componentes Principales del HEC-HMS ______________________________________ 7

3.

DATOS PARA MODELAMIENTO __________________________________________ 7

4.

MODELAMIENTO EN HEC-HMS __________________________________________ 8

5.

RESULTADOS ________________________________________________________ 10

CONCLUSIONES _________________________________________________________ 13 Se obtuvo los caudales máximos, hidrogramas al ejecutar el programa de la cuenca, con sus componentes correspondientes ______________________________________ 13 6.

BIBLIOGRAFÍA _______________________________________________________ 13

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APLICACIÓN DEL PROGRAMA HEC-HMS PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS HIDROGRAMAS Y CAUDALES MÁXIMOS DE UNA CUENCA INTRODUCCIÓN

HEC-HMS está diseñado para simular el proceso de precipitación escurrimiento en cuencas. Está diseñado para ser aplicado en un amplio rango de regiones geográficas para solucionar un rango general de problemas. Puede ser utilizado en pequeñas cuencas urbanas, o en grandes cuencas sin intervención, los resultados se pueden aplicar para estudios de disponibilidad de agua, drenaje urbano, observación de flujo, impacto de intervenciones en cuencas, reducción del daño por inundaciones, operación de sistemas, etc. Este documento es una breve introducción al programa, donde se describirán los componentes del programa, la interfaz de usuario, y los pasos requeridos para desarrollar un modelo hidrológico. El HEC-HMS se usa para simular la respuesta hidrológica de una cuenca. Incluye los modelos de cuenca, modelos meteorológicos, especificaciones de control y datos de entrada. El programa crea una corrida de simulación, combinando los modelos y las especificaciones. Puede hacer corridas de precipitación o de la proporción de flujo, tiene la capacidad de salvar toda la información de estado de la cuenca en un punto de tiempo, y la habilidad de comenzar una nueva corrida de simulación, basada en la información de estado previamente guardada. Los resultados de la simulación se pueden ver en el mapa de la cuenca. Se generan tablas sumarias globales y de elemento, que incluyen la información sobre el flujo máximo y el volumen total. También están disponibles, una tabla de serie de tiempo, el gráfico por elementos, los resultados de múltiples elementos y corridas de simulación. Finalmente, el programa HECHMS tiene la capacidad de imprimir todos los gráficos y tablas

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1. OBJETIVOS 1.1. -

OBJETIVO PRINCIPAL

Poder determinar y analizar con ayuda del programa HEC-HMS, los modelos de precipitaciones en las 2 estaciones sobre la cuenca definida, con el fin de calcular el Hidrograma que proporcionara el caudal pico.

1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

-Identificar los estadísticos -

tipos de visualización de resultados y resúmenes

Familiarizarse con el programa y aprender conceptos básicos de la organización y manejo, los componentes de datos que fueron usados y la ejecución de la simulación para que corra el programa.

2. MARCO CONCEPTUAL 2.1.

2.2.

Alcance del Programa 

Diseñado para simular la hidrología de la cuenca. - Modelado de la superficie del agua. - Desde la meteorología a la salida de la cuenca.



Kit de herramientas de opciones - Modelización generalizada. - Opciones matemáticas del modelo. - Las herramientas de análisis.

Descripción del Modelo Hidrológico HEC-HMS El modelo HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) es un modelo lluvia-escorrentía, desarrollado por el Hydrologic Engineering Center HEC del U.S. Army Corps of Engineers USACE, que está diseñado para simular el hidrograma de escorrentía que se produce en un determinado punto de la red fluvial como consecuencia de un episodio de lluvia. El antecedente de este modelo, el HEC-1, nació como un modelo de eventos y ha sido considerado por muchos como el modelo más versátil (Bedient y Huber, 1992) y probablemente el más ampliamente utilizado en este tipo de caracterizaciones hidrológicas de avenidas. 4|Página

La simulación de la red de drenaje de una cuenca constituye la base del modelo. Todas las demás opciones están desarrolladas sobre la capacidad de cálculo de hidrogramas en cualquier punto de la cuenca (Viessman y Lewis, 1996). Los componentes del modelo funcionan basados en relaciones matemáticas simples que tratan de representar los procesos que intervienen en la generación y circulación de los hidrogramas de escorrentía, por ejemplo, pérdidas, transformación del exceso de lluvia en caudal de salida de la cuenca, adición del flujo base y circulación del hidrograma por el cauce. El punto de partida, por lo tanto, es la representación distribuida de la cuenca basada en una red ramificada de sistemas hidrológicos-hidráulicos (subcuencas-embalses) conectados por sistemas hidráulicos (cauces).

Para el cálculo de estas pérdidas, HEC-HMS cuenta con diferentes métodos. En este caso, se ha elegido el método del Servicio de Conservación de Suelos SCS, o también llamado del número de curva CN, por contar con una información del uso y tipo de suelo digitalizada de calidad. Este método fue desarrollado por el SCS del Departamento de Agricultura de los EE.UU., USDA, para estimar las pérdidas (o abstracciones) en un evento de lluvia o aguacero (Mockus, 1969), y hoy en día es uno de los más utilizados en el ámbito profesional. En este método la altura de lluvia efectiva es función del volumen de precipitación total y de un parámetro de pérdidas denominado número de curva CN. El número de curva varía en el rango de 0 a 100 y depende de factores que influyen en la generación de escorrentía en la cuenca: tipo hidrológico del suelo (Grupo hidrológico-Capacidad de drenaje); uso y manejo del terreno; condición superficial del suelo; y condición de humedad antecedente. Esta metodología establece que la escorrentía superficial directa comienza después de que se alcance un cierto valor de lluvia acumulada, Ia, denominada pérdida (o abstracción) inicial. En base a datos de numerosas cuencas pequeñas experimentales instaladas a lo largo de los EE.UU., se llegó a la expresión Ia = 0.2S, donde el coeficiente 0.2 es el valor de un parámetro de ajuste, recomendado por el SCS como estándar del coeficiente de pérdidas iniciales en base a ese gran número de datos experimentales. Los estudios realizados por el SCS permitieron relacionar la retención máxima potencial, S, con un parámetro de referencia empírico y 5|Página

adimensional que se denomina número de curva, CN, cuya expresión en mm es:

2.3.

Circulación de los Hidrogramas a lo largo de los cauces La circulación de avenidas o hidrogramas hace referencia a como se propagan las avenidas a través de la red de cauces. De los diferentes métodos que HEC-HMS tiene implementados para circular los hidrogramas generados en las subcuencas a través de los cauces se ha elegido el método de Muskingum. Ésta es la técnica hidrológica más difundida para manejar relaciones variables de descargas-almacenamientos (Chow et al., 1989). Este método modela el almacenamiento volumétrico de los hidrogramas a lo largo de los cauces de los ríos mediante la combinación de dos almacenamientos conceptuales: uno en forma de cuña y otro en forma de prisma. La ecuación fundamental de este método es:

Donde Ij es caudal entrante en un tramo en el instante j; Qj es caudal saliente del mismo tramo en el instante j; y Cl, C2 y C3 son constantes que dependen de los parámetros k y x, que representan un tiempo de circulación o de tránsito, con dimensiones de tiempo, y un coeficiente de almacenamiento adimensional, respectivamente. El valor de x depende de la forma del almacenamiento en cuña modelado, así el valor de x oscila entre 0, para un almacenamiento sin cuña (embalse), y 0.5 para el caso de que exista una cuña perfectamente definida. El modelo es poco sensible al valor de x y normalmente para corrientes naturales se asume un valor medio próximo a 0.2 (Chow et al., 1989). El tiempo de tránsito o circulación del hidrograma de avenida es k en cada uno de los tramos de cauces de ríos existentes en el modelo.

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2.4.

Componentes Principales del HEC-HMS 



El modelo de cuenca proporciona la descripción física de la cuenca - Subcuenca: captación de cuencas donde la lluvia cae. - Cuenca: ríos y arroyos. - Embalse: presas y lagos. - Unión: confluencia. - Desvío: bifurcaciones y retiros. - Surgencias: manantiales y sumideros de otro modelo. - Sumidero: puntos de salida y lagos terminales. El modelo meteorológico describe las condiciones atmosféricas sobre la superficie de las tierras de la cuenca. - Precipitación. - Evapotranspiración Potencial. - Derretimiento de la nieve.

3. DATOS PARA MODELAMIENTO

AREA A1= 33.15 km2 A2= 13.15 km2 AT= 46.3 km2

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Z1= 3995 msnm Z2= 4010 msnm -

Longitud del cauce: 6.8 km =6804.41m

-

Tiempo de concentración (Tc)= 184.36 min

-

Tiempo (Tr): 110.083 min

TIEMPO 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00

PPmm 0 8 17 30 60 20 5

4. MODELAMIENTO EN HEC-HMS

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Creación de un

-

Abrimos un administrador de datos de las series de tiempo nuevo para definir la lluvia del Proyecto donde iran las precipitaciones para las 2 estaciones

E2

E1

-

C

Creamos un Control Specifications manager A continuación tenemos que definir los intervalos del día de inicio y fin y la hora de inicio y fin. Estos parámetros marcarán los límites del hidrograma de salida, es decir los resultados.

-

Después de crear el “Run1” siguiendo los pasos, podemos ejecutar el programa: Compute > Select Run > Run 1 y ejecutamos el programa. Podemos ver los resultados sobre el diagrama de la cuenca seleccionando un elemento por ejemplo una subcuenca, un reach o una “junction”, más interesante para observar el hidrograma de salida de una subcuenca o la cuenca total.

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5. RESULTADOS

Estación 1 Tabla resumen de datos más importantes

Hidrograma de Salida (E1)

10 | P á g i n a

Estación

Flow(cms)

Depth (mm)

Subbasi n "Subbasi n-1" Resul ts for Run "Run 7" 0 4 8 12 16 600 400 200 0 10: 00 11: 00 12: 00 13: 00 14: 00 15: 00 16: 00 17: 00 2 14May 2011 Run:Run 7 Element:Subbasin-1 Result:Precipitation Run:Run 7 Element:Subbasin-1 Result:Precipitation Loss

Tabla datos importantes

Run:Run 7 Element:Subbasin-1 Result:Outflow Run:Run 7 Element:Subbasin-1 Result:Baseflow

resumen de más

Hidrograma de Salida (E2)

11 | P á g i n a

Flow(cms)

Depth (mm)

Subbasi n "Subbasi n-2" Resul ts for Run "Run 7" 0 10 20 30 40 600 400 200 0 10: 00 11: 00 12: 00 13: 00 14: 00 15: 00 16: 00 17: 00 14May 2011 Run:Run 7 Element:Subbasin-2 Result:Precipitation Run:Run 7 Element:Subbasin-2 Result:Precipitation Loss

Run:Run 7 Element:Subbasin-2 Result:Outflow Run:Run 7 Element:Subbasin-2 Result:Baseflow

GRAFICO DE ESTACION 1 Y 2

12 | P á g i n a

CONCLUSIONES -

Se obtuvo los caudales máximos, hidrogramas al ejecutar el programa de la cuenca, con sus componentes correspondientes

-

Analizamos que las precipitaciones no son las mismas para todos los hidrogramas, debido a que cambia el tiempo de retorno que se tien , esto se lo puede observar en las gráficas y tablas mostradas en los resultados de la cuenca

-

Se tomó la distribución de las precipitaciones durante las ciertas horas, 1hora 2hrs ,3,4 5hrs dependiendo en intervalos

-

El programa HEC-HMS 3.5 es fácil de utilizar y no requiere mayor destreza para su ejecución, de modo que será sencillo la obtención de los caudales picos, hidrógrafas y demás resultados que arroje el programa.

-

Cuando en el hidrograma se sale del gráfico por la derecha, entonces bastará aumentar el tiempo (End Time) en el Control y volver a ejecutar el mismo Run del programa.

6. BIBLIOGRAFÍA

13 | P á g i n a

-

Apuntes de clase del curso Taller de Obras Hidráulicas

-

Manual de Utilización de programa HEC-HMS, flumnen: Dinámica fluvial i enginyeria hidrológica

14 | P á g i n a