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Modelamiento Hidrolgico Semidistribuido en la cuenca
Chancay-Huaral
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Este estudio se desarroll el ao 2014 como parte de los estudios
programados dentro del Plan Operativo Institucional POI-2014 de laDireccin General de Hidrologa. Este trabajo trata sobre la aplicacin
del software Minerva en la cuenca del ro Chancay-Huaral en el cual
se evaluaron cinco modelos hidrolgicos con el fin de determinar si es
posible utilizarlo para fines de pronstico a corto plazo.
ANTECEDENTES
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Determinar cul es el modelo hidrolgico que representa mejor el
caudal del ro Chancay-Huaral. Utilizar el modulo RS Expert que tiene Minerva para realizar la
calibracin automtica de los parmetros hidrolgicos
Evaluar la posibilidad de utilizar el software Minerva para fines de
pronstico hidrolgico a corto plazo
OBJETIVOS
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JUSTIFICACION
Actualmente la Direccin de Hidrologa Operativa realiza pronsticos
a corto plazo utilizando el modelo hidrolgico Sacramento que fueinstalado el ao 2001 en un servidor Alpha, debido a la antigedad de
este servidor es probable que en cualquier momento pueda fallar, por
ese motivo se evala la posibilidad de usar el software Minerva como
modelo hidrolgico de reemplazo
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AREA DE ESTUDIO
La Cuenca Chancay-Huaral geogrficamente se ubica entre las
latitudes 11 00y 11 40' de Latitud Sur, y las longitudes 76 28' y
77 20' de Longitud Oeste. Pertenece a la vertiente del Pacfico.
Polticamente se ubica en la parte norte del departamento de Lima,
en la provincia de Huaral y parte de la provincia de Canta, con una
extensin de 3,046.4 km
2
.
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AREA DE ESTUDIO
Limita por el norte con la cuenca del rio Huaura, por el sur con la
cuenca del Chilln, por el este con la cuenca del Ro Mantaro y por el
oeste con el Ocano Pacifico.
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DATOS
La informacin utilizada en este trabajo consiste en datos diarios de
precipitacin, temperatura y caudal.
Periodo de Calibracin: 01/01/1992 al 31/05/2002.
Periodo de Validacin: 01/06/2002 al 31/07/2014.
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PRECIPITACION
En la cuenca del ro Chancay-Huaral existen 5 estaciones
pluviomtricas de las cuales 3 se ubican en la parte alta, 1 en la parte
media y 1 en la parte baja.
Estaciones pluviomtricas utilizadas
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TEMPERATURA
En la cuenca del ro Chancay-Huaral existe solo una estacin que mide
la temperatura y es la estacin Huayan que se ubica en la parte baja
de la cuenca.
Serie de tiempo diaria de temperatura en la estacin Huayan
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TEMPERATURA
Atmospheric Science Data Center (ASDC)
En base a las coordenadas y la altitud de las estaciones Pallac, Carac y
Pirca se ha obtenido las series de tiempo de temperaturas diarias.
Series de tiempo diarias de temperatura
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CAUDAL
El caudal medio multianual del ro Chancay-Huaral medido en la
estacin hidrolgica Santo Domingo es de 16.1 m3/s, fluctuando sus
promedios mensuales entre 5.2 m3/s en agosto y 44.2 m3/s en marzo.
Estacin hidrolgica utilizada
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CAUDAL
Mapa de la Red Hdrica del ro Chancay-Huaral
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SOFTWARE MINERVA
RS Minerve es un software de modelamiento orientado por objetos.
Los modelos que incluye Minerva son:
1. SWMM
2. SOCONT
3. HBV
4. GR4J
5. SAC-SMA
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INDICADORES DEL MODELO
El software Minerve cuenta con un modulo comparador con 7 indicadores
que permiten mejorar el proceso de calibracin de los parmetros, los 7
indicadores son:1. Coeficiente de Nash
2. Coeficiente de Nash para valores logartmicos
3. Coeficiente de correlacin de Pearson
4. Bias Score5. Relative Root Mean Square Error
6. Sesgo Relativo de Volumen
7. Error de pico normalizado
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RESULTADOS
Agrupacin de 28 subcuencas en la cuenca Chancay-Huaral
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Representacin de las subcuencas en el modelo Minerve
RESULTADOS
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Ubicacin de los centroides en las subcuencas
RESULTADOS
!H
!H
CANTA
HUARAL
9
8
7
6
54
3
2
1
28
27
26
2524
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
1312 11
10
110'0"S 110'0"S
1110'0"S 1110'0"S
1120'0"S 1120'0"S
1130'0"S 1130'0"S
1140'0"S 1140'0"S
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Datos de las subcuencas y ros
RESULTADOS
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Fase de calibracin e indicadores del modelo SWMM
RESULTADOS CALIBRACION
MODELO 1
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Parmetros del modelo SOCONT
RESULTADOS CALIBRACION
Fase de calibracin e indicadores del modelo SOCONT
MODELO 2
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Parmetros del modelo HBV
RESULTADOS CALIBRACION
Fase de calibracin e indicadores del modelo HBV
MODELO 3
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Parmetros del modelo GR4J
RESULTADOS CALIBRACION
Fase de calibracin e indicadores del modelo GR4J
MODELO 4
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Parmetros del modelo Sacramento
RESULTADOS CALIBRACION
Fase de calibracin e indicadores del modelo Sacramento
MODELO 5
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Fase de validacin e indicadores del modelo SWMM
RESULTADOS VALIDACION
Fase de validacin e indicadores del modelo SOCONT
MODELO 1
MODELO 2
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Fase de validacin e indicadores del modelo HBV
RESULTADOS VALIDACION
Fase de validacin e indicadores del modelo GR4J
MODELO 3
MODELO 4
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Fase de validacin e indicadores del modelo SAC-SMA
RESULTADOS VALIDACION
MODELO 5
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Tabla resumen de la calibracin y validacin
RESULTADOS
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CONCLUSIONES
1) En este estudio se han utilizado los cinco modelos hidrolgicos que
forman parte del software Minerva. Los ndices de performance
indican que durante la fase de calibracin los 2 mejores modelos
fueron SWMM y HBV mientras que para la fase de validacin los 3
mejores fueron SOCONT, GR4J y SWMM. Cabe mencionar que a
pesar que el modelo SWMM es uno de los ms simples y que
menos parmetros tiene ha tenido un buen desempeo tanto en el
proceso de calibracin como de validacin.
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CONCLUSIONES
2) Modelo SWMM: El parmetro ms sensible ha sido el rea
Modelo GR4J: El parmetro ms sensible fue el coeficiente de intercambio
de agua (X2)Modelo HBV: Los parmetros ms sensibles fueron la Capacidad mxima
de almacenamiento (FC), el coeficiente de almacenamiento de Interflujo
(Ku) y el coeficiente de almacenamiento de flujo base (Kl).
Modelo Sacramento: Los parmetros ms sensibles fueron la tasa de
agotamiento de interflujo del almacenamiento de agua libre de la zona
superior (UZK), la capacidad del agua en tensin de la zona superior
(UZTWMAX) y la capacidad del agua libre de la zona superior (UZFWMAX)
.
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CONCLUSIONES
3) El desempeo de los cinco modelos durante la etapa de validacin ha sido
muy pobre, ninguno ha obtenido un Nash mayor a 0.5
4) El nico modelo que ha podido representar de manera adecuada los
caudales mnimos durante el periodo de estiaje ha sido el modelo GR4J.
5) En la fase de validacin, hay 4 eventos en los cuales el caudal excede los
100 m3/s (ao 2003 Q=115.7 m3/s, ao 2011 Q=109.9 m3/s, ao 2012
Q=115.4 m3/s, ao 2013 Q=128.4 m3/s). De los 5 modelos evaluados, HBVlogro simular 2 eventos y SWMM 1 evento; los otros tres modelos no
pudieron reproducir ninguno de los 4 caudales mayores a 100 m3/s.
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CONCLUSIONES
6) Se ha tratado en lo posible de utilizar los parmetros dentro de los
rangos que se sugieren en el manual de Minerva, sin embargo en
algunos casos no ha sido posible y se ha utilizado valores fuera del
rango, es el caso del modelo GR4J que se tuvo que utilizar valores
por debajo del rango mnimo.
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