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Simulación de cuencas hidráulicas mediante Programación Orientada a Objetos
Jesús María Latorre, Santiago Cerisola, Andrés Ramos (IIT-UPCo)Alejandro Perea, Rafael Bellido (Iberdrola Generación)
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 2
Índice
• Introducción• Representación de los datos• Método de simulación• Resultados• Conclusiones
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 3
Introducción (I)
• La gestión de las cuencas hidráulicas es de gran importancia:– Fuente de energía con coste reducido.– Proporcionan una gran capacidad de
regulación.– Suponen una manera de almacenar energía
eléctrica.• Producción hidráulica en España es un 15% ó
20% de la producción energética total.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 4
Introducción (II)
• Aspectos clave de los modelos de simulación:– Tiempo: Estático vs. dinámico.– Aleatoriedad: Determinista vs. estocástico.– Avance temporal: Continuo vs. discreto.
• Este modelo de simulación de cuencas hidráulicas es un modelo dinámico, estocástico en aportaciones y discreto.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 5
Introducción (III)
• Funciones del modelo:– Planificación económica de la explotación
hidráulica:• Previsión anual de la operación.
– Actualización de la previsión anual:• Planificación de la explotación hidráulica hasta el final
del año.– Operación detallada en el corto plazo:
• Análisis de la explotación detallada antes avenidas, cambios en los riegos, etc.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 6
Índice
• Introducción• Representación de los datos• Método de simulación• Resultados• Conclusiones
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 7
Representación de los datos (I)
• Se representa la cuenca mediante un grafo de nodos. Cada nodo es un elemento:
• Las conexiones entre nodos simbolizan las uniones físicas a través del río.
• Esta organización aconseja el uso de Programación Orientada a Objetos.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 8
Representación de los datos (II)
• Embalse:– Se encarga de la gestión del agua.– Tiene asociado:
• Caudal mínimo de salida.• Curvas de volumen que guían su gestión:
– Curva de garantía.– Curva de resguardo.
• Tabla de gasto.
• Canal:– No hace gestión del agua.– Limita el caudal máximo.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 9
Representación de los datos (III)
• Central:– Genera energía eléctrica a partir del caudal.– Coeficiente energético que depende del salto.– Puede hacer bombeo.
• Punto de aportación:– Introduce agua en el sistema.– Usa series de aportaciones históricas o
sintéticas.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 10
Representación de los datos (IV)
• Unión de ríos:– Agrupa elementos en la confluencia de ríos.– Impone una limitación al caudal conjunto
máximo.– Gestión determinada en dos fases:
1. Decisión inicial independiente.2. Reduce ésta siguiendo el orden de prioridad hasta
alcanzar el caudal máximo.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 11
Representación de los datos (V)
• Tipos de gestión de los embalses:– Decisión óptima tomada de tabla de gasto.
Datos de entrada:• Semana del día simulado.• Índice hidrológico de la cuenca.• Volumen del propio embalse.• Volumen del embalse de referencia.
– Gasto de caudal de entrada.– Ajustarse a la curva de garantía.– Ajustarse a la curva de resguardo.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 12
Índice
• Introducción• Representación de los datos• Método de simulación• Resultados• Conclusiones
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 13
Método de simulación (I)
• Principal objetivo: – Maximizar la producción hidráulica mediante
consignas de gestión de los embalses.• Otros factores:
– Evitar los vertidos.– Garantizar caudales mínimos.
• Método dividido en tres pasadas:1. Decide la gestión inicial.2. Modifica esa gestión para evitar vertidos y dar
caudales mínimos.3. Calcula las producciones.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 14
Método de simulación (II) – Pasada 1
• Desde las cabeceras de la cuenca aguas abajo.
• Decide la gestión de cada elemento individualmente.
• Recoge información adicional:– En los embalses:
• Vertidos y falta de caudal mínimo.• Volumen adicional a gastar y a retener.
– En todos los elementos:• Acumula esos valores para el propio elemento y los
situados aguas arriba.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 15
Método de simulación (III) – Pasada 2
• Desde la desembocadura de la cuenca aguas arriba.
• Modifica la gestión de la primera pasada.• Para evitar vertidos obliga a los embalses a
retener agua.• Para dar los caudales mínimos aumenta el
gasto de los embalses.• Reparte las modificaciones proporcionalmente
a la capacidad de cada elemento respecto al resto de la cuenca situada aguas arriba.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 16
Método de simulación (IV) – Pasada 3
• Calcula las producciones de las centrales:– Necesita conocer el coeficiente energético.– Depende del salto de agua.
• Reparto de la producción entre punta y valle:– Coloca toda la producción posible en horas de
punta.– Coloca el resto en horas de valle.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 17
Índice
• Introducción• Representación de los datos• Método de simulación• Resultados• Conclusiones
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 18
Caso de estudio
• Cuenca real de Iberdrola con:– 9 embalses de tamaño diverso.– 8 centrales hidráulicas.– 6 puntos de aforo.– 27 series históricas de aportaciones anuales.
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 19
Resultados (I)
Embalse 1
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
01-e
ne
21-e
ne
10-f
eb
02-m
ar
22-m
ar
11-a
br
01-m
ay
21-m
ay
10-ju
n
30-ju
n
20-ju
l
09-a
go
29-a
go
18-s
ep
08-o
ct
28-o
ct
17-n
ov
07-d
ic
27-d
ic
Volú
men
es2.5%20.0%MEDIA80.0%97.5%MÁXIMARESGUARDOGARANTÍAREAL
Embalse de gran tamaño[H
m3 ]
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 20
Resultados (II)
Embalse 2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
01-e
ne
21-e
ne
10-f
eb
02-m
ar
22-m
ar
11-a
br
01-m
ay
21-m
ay
10-ju
n
30-ju
n
20-ju
l
09-a
go
29-a
go
18-s
ep
08-o
ct
28-o
ct
17-n
ov
07-d
ic
27-d
ic
Volú
men
es2.5%20.0%MEDIA80.0%97.5%MÁXIMARESGUARDOGARANTÍAREAL
Embalse de pequeño tamaño[H
m3 ]
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 21
Índice
• Introducción• Representación de los datos• Método de simulación• Resultados• Conclusiones
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Simulación de cuencas hidráulicas mediante POO - 22
Conclusiones
• Se ha propuesto un método general de simulación de cuencas hidráulicas.
• Se ha usado el enfoque de Programación Orientada a Objetos.
• Se ha preparado una aplicación informática flexible que implanta ese método.
• Se ha validado con un caso de estudio para una cuenca real.
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Jesús María Latorre, Santiago Cerisola, Andrés Ramos (IIT-UPCo)Alejandro Perea, Rafael Bellido (Iberdrola Generación)