manual chac 1

MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE

CENTRO DE ESTUDIOS

Y EXPERIMENTACIN DE OBRAS PBLICAS

i

CLCULO HIDROMETEOROLGICOLGICO DE APORTACIONES Y CRECIDAS (C.H.A.C.)

Mayo 2004

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iii MINISTERIO DE FOMENTO MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE

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N D I C E D E C O N T E N I D O S

1 INTRODUCCIN .................................................................................................... 1 1.1 INSTALACIN Y DEFINICIN DE PROYECTO .......................................................... 1

1.1.1 Configuracin del PC:................................................................................ 1 1.2 EJECUCIN........................................................................................................... 1 1.3 APERTURA DE UN PROYECTO ............................................................................... 3 1.4 CARACTERSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA: ............... 4

2 UTILIDADES............................................................................................................ 8 2.1 GENERACIN DE FICHEROS LEMA ...................................................................... 8 2.2 PREFERENCIAS ................................................................................................... 10

2.2.1 Ao hidrolgico y dimensiones................................................................. 10 2.2.2 Directorio de proyectos ............................................................................ 11

2.3 BORRAR UN PROYECTO ...................................................................................... 11

3 SERIES TEMPORALES ....................................................................................... 12 3.1 FICHEROS DE DATOS: SELECCIN DEL FICHERO DE DATOS................................. 12 3.2 EDITAR: EDICIN Y MODIFICACIN DEL FICHERO DE DATOS.............................. 14 3.3 DIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALES.................................................................. 15 3.4 CRONOGRAMA ................................................................................................... 16 3.5 ESTADSTICO...................................................................................................... 17 3.6 DOBLES ACUMULACIONES ................................................................................. 19 3.7 COMPLETADO DE DATOS.................................................................................... 22 3.8 PONDERACIN DE SERIES LEMA....................................................................... 29 3.9 LEYES DE FRECUENCIA ...................................................................................... 34 3.10 PONDERACIN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA .................................... 40

4 CALCULO DE APORTACIONES....................................................................... 43 4.1 OBTENCIN DE LA ETP...................................................................................... 43

4.1.1 Mtodos de clculo ................................................................................... 43 4.1.2 Descripcin de los ficheros para el clculo de la ETP: ........................... 46

4.2 MODELO DE TMEZ ........................................................................................... 50 4.2.1 Calibracin ............................................................................................... 51 4.2.2 Simulacin ................................................................................................ 56

5 SIMULACIN DE CRECIDAS: .......................................................................... 60 5.1 MTODO RACIONAL ........................................................................................... 60

6 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 64

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N D I C E D E F I G U R A S Figura 1 Icono del ejecutable Chac.................................................................................................................... 2 Figura 2 Ventana principal de la aplicacin....................................................................................................... 2 Figura 3 Ventana de definicin del proyecto ..................................................................................................... 3 Figura 4. Ventana para nombrar el proyecto...................................................................................................... 4 Figura 5. Formato LEMA .................................................................................................................................. 7 Figura 6 Generacin de ficheros LEMA............................................................................................................ 8 Figura 7 Fichero de Excel. Primera columna en blanco .................................................................................... 9 Figura 8 Pegado desde el portapapeles de ficheros Excel o Access .................................................................. 9 Figura 9 Generacin de ficheros LEMA. Primera columna en blanco .............................................................. 9 Figura 10 Fichero .txt resultado de la transformacin a LEMA ...................................................................... 10 Figura 11 Configuracin inicial de Chac ......................................................................................................... 10 Figura 12 Redireccionado del proyecto ........................................................................................................... 11 Figura 13 Eliminacin de un proyecto ............................................................................................................. 11 Figura 14 Botn de carga de ficheros .............................................................................................................. 12 Figura 15 Ventana de abrir fichero de datos .................................................................................................... 13 Figura 16 Ventana de seleccin de los ficheros de datos................................................................................. 13 Figura 17 Ventana del fichero de datos ........................................................................................................... 14 Figura 18 Botones de la aplicacin.................................................................................................................. 14 Figura 19 Ventana de edicin de datos de series temporales ........................................................................... 15 Figura 20 Ventana de dibujo de series temporales........................................................................................... 16 Figura 21 Ventana del cronograma.................................................................................................................. 17 Figura 22 Estadstico de las series temporales................................................................................................. 18 Figura 23 Ventana de creacin de grupos de estaciones homogneas ............................................................. 19 Figura 24 Ventana de formacin de los grupos de estaciones ......................................................................... 20 Figura 25 Constitucin de un grupo de estaciones homogneo ....................................................................... 21 Figura 26 Ventana de dobles acumulaciones ................................................................................................... 22 Figura 27 Serie de precipitaciones estacionarizadas para la estacin 08308 ................................................... 24 Figura 28 Matriz de coeficientes de regresin parcial y matriz de datos comunes .......................................... 24 Figura 29 Matriz de correlacin mltiple y matriz de datos comunes para la estacin 08308......................... 24 Figura 30 Eleccin de pareja de estaciones para la estacin 08308................................................................. 25 Figura 31 Ventana de seleccin de estaciones a completar ............................................................................. 26 Figura 32 Ventana de parmetros del completado........................................................................................... 27 Figura 33 Ventana de aviso de estaciones desechadas para el completado ..................................................... 27 Figura 34 Ventana del fichero de datos completados ...................................................................................... 28 Figura 35 Estadstico de los datos completados............................................................................................... 29 Figura 36 Seleccin de estaciones para el clculo areal................................................................................... 30 Figura 37 Pesos para el clculo areal ............................................................................................................... 31 Figura 38 Periodo de generacin de datos areales ........................................................................................... 31 Figura 39 Fichero de salida de datos ponderados ............................................................................................ 32 Figura 40 Fichero de pesos .............................................................................................................................. 32 Figura 41 Recuperacin del fichero de pesos previamente grabado ................................................................ 33 Figura 42 Recuperacin del fichero de pesos .................................................................................................. 33 Figura 43 Ventana de leyes de frecuencia ....................................................................................................... 35 Figura 44 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel Gumbel ...................... 36 Figura 45 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel normal........................ 36 Figura 46 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin NORMAL.............................................................. 37 Figura 47 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Gumbel .................................................................. 37 Figura 48 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin SQRT et max ......................................................... 38 Figura 49 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Log Pearson III ...................................................... 38 Figura 50 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin GEV....................................................................... 39

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Figura 51 Fichero informe de leyes de frecuencia ........................................................................................... 40 Figura 52. Seleccin de estaciones para ponderacin de cuantiles de leyes de frecuencia .............................. 41 Figura 53. Asignacin de pesos a las estaciones.............................................................................................. 41 Figura 54. Ventanas para guardar fichero de resultados y pesos ..................................................................... 42 Figura 55 Ventana de clculo de la ETP.......................................................................................................... 43 Figura 56 Clculo de la ETP por Thornthwaite ............................................................................................... 45 Figura 57 Clculo de la ETP por Blaney Criddle ............................................................................................ 46 Figura 58 Fichero de parmetros para el clculo de la ETP............................................................................. 46 Figura 59 Fichero de temperaturas para el clculo de la ETP.......................................................................... 47 Figura 60 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Penman Monteith..................................... 48 Figura 61 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Blaney Criddle ......................................... 48 Figura 62 Fichero de horas de sol para el clculo de la ETP ........................................................................... 49 Figura 63 Fichero de velocidad del viento para el clculo de la ETP .............................................................. 49 Figura 64 Esquema del Modelo de Tmez....................................................................................................... 50 Figura 65 Calibracin. Datos iniciales............................................................................................................. 51 Figura 66 Calibracin o validacin de parmetros .......................................................................................... 52 Figura 67 Generacin de grficos tras la calibracin. Hidrograma de ao medio ........................................... 54 Figura 68 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (ao).................. 54 Figura 69 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (mes) ................. 55 Figura 70 Ampliar escala abscisas en Grficos................................................................................................ 55 Figura 71 Datos de entrada para la simulacin ................................................................................................ 56 Figura 72 Simulacin....................................................................................................................................... 57 Figura 73 Generacin de grficos de simulacin. Hidrograma de ao medio ................................................. 58 Figura 74 Men de opciones............................................................................................................................ 61 Figura 75 Ventana para el clculo de caudales mximos................................................................................. 62 Figura 76 Datos de entrada para el clculo de caudales mximos ................................................................... 63 Figura 77 Ventana de resultados del clculo de caudales mximos................................................................. 63

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N D I C E D E T A B L A S: Tabla 1 Formato LEMA de la base de datos HIDRO del CEDEX .................................................................... 5 Tabla 2 Cdigos de tipo de dato en ficheros LEMA.......................................................................................... 7 Tabla 3 Descripcin del formato del fichero de parmetros ............................................................................ 47 Tabla 4 Grficos de calibracin ....................................................................................................................... 53 Tabla 5 Ficheros resultado de la calibracin.................................................................................................... 56 Tabla 6 Ficheros resultado de la simulacin.................................................................................................... 58 Tabla 7 Grficos de simulacin ....................................................................................................................... 59

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1 INTRODUCCIN

La aplicacin Chac ha sido desarrollada por el Centro de Estudios Hidrogrficos del CEDEX con metodologas propias con el fin de proporcionar una herramienta til para el desarrollo de trabajos hidrolgicos dentro del Master de Hidrologa del CEDEX. Se trata de una aplicacin desarrollada en Visual Basic para MS WINDOWS, con subrutinas de clculo en Fortran 77, de fcil manejo a travs de una interfaz grfica.

Esta aplicacin es de libre distribucin, respondiendo a uno de los fines del CEDEX, como es la transferencia tecnolgica a la sociedad. Sin embargo, el CEDEX no se hace responsable del uso que pueda hacerse de esta aplicacin por parte de los usuarios finales.

La presente versin de la aplicacin debe considerarse como una versin previa a la primera versin definitiva, por encontrarse todava en desarrollo. Por ello es posible que se produzcan errores y fallos durante su ejecucin, problemas que se resolvern en la versin definitiva. Si el usuario detecta alguno de estos fallos, ser de utilidad comunicrselo mediante correo electrnico a [email protected] para su depuracin.

1.1 INSTALACIN Y DEFINICIN DE PROYECTO

La aplicacin se entrega en un CDROM o bien puede descargarse desde Internet en la direccin http://hercules.cedex.es/Chac. El archivo zip contiene otros tres (setup.exe, setup.lst y chac.cab) Tras descomprimir, debe ejecutarse setup.exe y seguir las instrucciones de instalacin despus de comprobar si hay suficiente espacio en el disco duro, el programa propone la carga de la aplicacin en la carpeta Archivos de programa\chac (recomendada), pudindose cargar en otro lugar si el usuario lo prefiere. Aceptado el directorio de trabajo de la aplicacin, se procede a su carga pulsando el botn correspondiente.

Bajo Archivos de programa\chac se crea el directorio Proyectos, donde se guardarn los trabajos. Posteriormente a la instalacin este directorio puede cambiarse.

1.1.1 Configuracin del PC:

Chac trabaja en pantalla con la configuracin regional que tenga definida el usuario en el panel de control respecto a puntos o comas como separadores decimales. Sin embargo, en los ficheros de datos y de clculos intermedios, el separador decimal es siempre el punto.

1.2 EJECUCIN

Para ejecutar la aplicacin basta con desplegar el men de Inicio en la barra de herramientas de MSWINDOWS al pie de la pantalla, desplegar Programas y pulsar con el ratn Chac. Como ocurre con los programas de uso frecuente puede ser recomendable

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copiar como acceso directo el chac.exe que se encuentra en la direccin Archivos de programa / Chac

Figura 1 Icono del ejecutable Chac

La primera vez que se ejecuta es necesario definir los parmetros siguientes:

Nmero mximo de estaciones de la mayor serie temporal que se prevea tratar con el programa. Este parmetro, as como los que se indican seguidamente se pueden cambiar en cualquier momento en el men de utilidades. El programa sugiere 300 estaciones

Nmero mximo de aos por serie temporal. El programa sugiere 200 aos. Mes de inicio del ao hidrolgico. El programa sugiere Octubre, que corresponde

al inicio del ao hidrolgico en Espaa. Estos parmetros afectan a todos los proyectos, tanto a los antiguos como a los nuevos.

Una vez puesta en marcha la aplicacin y realizada la configuracin inicial aparece la ventana general de la misma:

Figura 2 Ventana principal de la aplicacin


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En esta ventana aparecen los elementos principales de la aplicacin:

Mens desplegables. Permiten ejecutar las distintas tareas que abarca la aplicacin

Botones: Realizan las mismas tareas que los mens desplegables proporcionando un acceso ms rpido.

Ventana principal: En ella se despliega la informacin durante el uso de la aplicacin.

Mens laterales. En el lateral izquierdo pueden aparecer botones, listas de seleccin y otros elementos, que varan en cada parte del programa.

Al comenzar el trabajo con la aplicacin, la mayora de las opciones de los mens, as como casi todos los botones estn inhabilitados, por no poderse utilizar en tanto en cuanto no se realicen operaciones previas sin las cuales no tienen utilidad. As se ayuda al usuario guindole en el uso de la aplicacin.

1.3 APERTURA DE UN PROYECTO

Para comenzar un trabajo debe crearse un proyecto. Un proyecto es el conjunto de datos, selecciones, resultados, grficos, etc., relacionados con un cierto trabajo. Todas las operaciones realizadas durante el trabajo se almacenan en ficheros internos de manera que el trabajo puede recuperarse en cualquier momento. Todo ello se agrupa bajo un directorio y un nombre con el fin de independizar los distintos trabajos que realice el usuario. Para guiar al usuario dentro de este mtodo de trabajo, cuando se despliega la aplicacin, tal y como aparece en la Figura 2, slo aparecen habilitados los botones y las opciones de men correspondientes a crear un nuevo proyecto y a abrir uno ya existente.

Pulsando el botn de Crear un proyecto nuevo (o desplegando el men correspondiente) aparece la ventana de creacin de proyecto nuevo:

Figura 3 Ventana de definicin del proyecto


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El nombre del proyecto se define mediante el directorio asociado, donde se guardan los ficheros de datos. El nombre del directorio ser el del proyecto. El usuario puede:

1. Seleccionar un directorio existente para crear un proyecto nuevo. La ventana incluye un buscador para elegir directorio de proyecto (pulsar ACEPTAR)

2. Seleccionar un directorio raz del que colgar el nuevo directorio (pulsar CREAR NUEVO)

Figura 4. Ventana para nombrar el proyecto

Una vez tecleado el nombre del proyecto se acepta, quedando creado el proyecto.

Si no se indicase la direccin donde se quiere guardar el proyecto, los directorios de proyectos se crean por defecto en el subdirectorio de proyectos del directorio del programa. No est permitido guardar proyectos en el directorio del programa ni en el directorio proyectos.

1.4 CARACTERSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA:

Los ficheros de datos, tipo LEMA, son ficheros ASCII con extensin .txt en los que se ordenan las series temporales mensuales con las coordenadas del punto de medida (estacin meteorolgica o hidromtrica) con el siguiente formato de datos:

COLUMNAS DATO FORMATO

1-8 Coordenada X-UTM Real o Entero

9 Espacio en blanco

10-17 Coordenada Y-UTM Real o Entero

18 Espacio en blanco

19-25 Cdigo de la Estacin Texto


27-29 Tipo de Dato (Ver tabla adjunta) Texto


31-34 Ao (4 dgitos) Entero


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35 Guin (- )

36-37 Ao +1 (2 dgitos) Entero

38-45 Dato del primer mes del ao hidrolgico (octubre en el caso de Espaa) Real

46-53 Dato del segundo mes Real

54-61 Dato del tercer mes Real

62-69 Dato del cuarto mes Real

70-77 Dato del quinto mes Real

78-85 Dato del sexto mes Real

86-93 Dato del sptimo mes Real

94-101 Dato del octavo mes Real

102-109 Dato del noveno mes Real

110-117 Dato del dcimo mes Real

118-125 Dato del undcimo mes Real

126-133 Dato del duodcimo mes Real

134-141 Dato Anual Real

Tabla 1 Formato LEMA de la base de datos HIDRO del CEDEX

La falta de dato se indica con un 100.0.

Estas series temporales se refieren a diferentes tipos de variables como pueden ser humedad, precipitaciones totales mensuales, precipitacin total mxima diaria de cada mes, caudales medios mensuales, mnimos instantneos, etc. El tipo de medida se indica en la cuarta columna mediante un cdigo para el tipo de dato.

El dato de la ltima columna, corresponde al valor anual que ser diferente en funcin del tipo de variable que se est considerando, tal como se resume en la siguiente tabla:

ESTACIONES METEOROLOGICAS CODIGO DATO ANUAL

Horas de sol mensuales (horas) HSM Total

Humedad relativa media diaria mensual (%) HMM Media

Precipitacin mxima diaria mensual (mm/da) PMD Mxima

Precipitacin mensual total (mm) PMT Total

Presin atmosfrica media diaria mensual (mm/da) PRM Media

Radiacin solar media diaria mensual (cal/cm2/da) RSM Media

Temperatura mxima absoluta mensual ( C) TAX Mxima

Temperatura media diaria mensual ( C) TMD Media

Temperatura mxima media diaria mensual (C) TMX Media

Temperatura mnima media diaria mensual (C) TMN Media

Temperatura mnima absoluta mensual (C) TAN Mnima


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Velocidad del viento media diaria mensual (Km/da) VMD Media

ESTACIONES METEOROLOGICAS CODIGO DATO ANUAL

Precipitacin mensual original PMO Suma

Humedad mnima HMN Mnima

Humedad mxima HMX Mxima

Humedad media HMO Media

Humedad media H 07 H07 Media



ESTACIONES EVAPORIMETRICAS

Das de precipitacin mensuales (das) EDP Total

Evaporacin Pich media diaria mensual (mm/da) EVP Media

Evaporacin Tanque media diaria mensual (mm/da) EVT Media

Insolacin Media diaria mensual (horas/da) EIN Media

Velocidad del viento media diaria mensual (km/hora) EVV Media

Precipitacin media diaria mensual (mm/da) EPM Media

Temperatura termmetro hmedo 1 lectura (C) EH1 Media



Temperatura termmetro seco 1 lectura (C) ES1 Media



Temperatura mxima media diaria mensual (C) ETX Media

Temperatura mnima media diaria mensual (C) ETN Media

Evaporacin total mensual (mm) EVM Total

ESTACIONES DE AFORO

Caudales mximos instantneos mensuales (m3/s) AMI Mximo

Aportaciones mensuales Hm3) AMA Total

Caudales medios mensuales (m3/s) AMQ Media

Caudales medios diarios mximos mensuales (m3/s) AMX Mximo

Caudales medios diarios mnimos mensuales (m3/s) AMN Mnimo

EMBALSES

Reservas mensuales medias 1er o ltimo da (Hm3) BRM Media

Entradas medias mensuales (m3/s) BRE Media

Salidas medias mensuales (m3/s) BSA Media

Caudales naturales simulados BNS Media

CANALES


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Caudales mximos instantneos mensuales (m3/s) CMI Mximo

Aportaciones mensuales (Hm3) CMA Total

CANALES CODIGO DATO ANUAL

Caudales medios mensuales (m3/s) CMQ Media

Caudales medios diarios mximos mensuales (m3/s) CMX Mximo

Caudales medios diarios mnimos mensuales (m3/s) CMN Mnimo

BOMBEOS ESPECFICOS (mm) BME Total

SIMULACIN CHAC

Precipitacin areal PMA Suma

ETP areal ETA Suma

Tabla 2 Cdigos de tipo de dato en ficheros LEMA

A continuacin se muestra un fichero ejemplo con una lnea de cabecera indicativa de las posiciones:

Figura 5. Formato LEMA


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2 UTILIDADES

Dentro de este men podemos encontrar aplicaciones para la importacin de datos desde Excel o Access a formato LEMA, para el cambio de parmetros bsicos, mes de comienzo del ao hidrolgico y dimensiones, as como fijar los directorios de trabajo o el borrado de proyectos.

2.1 GENERACIN DE FICHEROS LEMA

Previa a la carga de los ficheros puede ser necesaria la generacin de stos en el formato adecuado o el establecimiento de las caractersticas del estudio en cuanto a dimensiones y ao hidrolgico. Esto es posible desde la opcin de Utilidades.

Para la Generacin de ficheros LEMA, se siguen los siguientes pasos:

1. Seleccionar la matriz original en Excel o Access con todos los campos necesarios de un fichero LEMA. Deben seleccionarse la matriz de datos y una lnea superior en blanco.

2. Seleccionar copiar.

3. Acceder al men Generacin de ficheros LEMA y pegar.

Figura 6 Generacin de ficheros LEMA

Tras la transformacin de los ficheros en formato LEMA, Chac ofrece la opcin de grabarlos en la direccin deseada pulsando el botn Grabar fichero LEMA


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Figura 7 Fichero de Excel. Primera columna en blanco

Figura 8 Pegado desde el portapapeles de ficheros Excel o Access

Figura 9 Generacin de ficheros LEMA. Primera columna en blanco


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Figura 10 Fichero .txt resultado de la transformacin a LEMA

2.2 PREFERENCIAS

2.2.1 Ao hidrolgico y dimensiones

Puesto que dentro de los objetivos de la difusin de esta aplicacin se encuentra su aplicacin para estudios en cualquier espacio geogrfico, se hace imprescindible ofrecer la posibilidad de escoger para cada proyecto las caractersticas del ao hidrolgico as como las dimensiones del estudio.

Esta opcin se habilita dentro de la seccin de Utilidades, apareciendo el siguiente cuadro tras seleccionar la opcin Preferencias, Ao hidrolgico y Dimensiones Tambin se ejecuta automticamente la primera vez que se abre el programa.

Figura 11 Configuracin inicial de Chac


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2.2.2 Directorio de proyectos

Tambin dentro de Preferencias podemos redireccionar el proyecto escogiendo la opcin de Directorio del proyecto

Figura 12 Redireccionado del proyecto

2.3 BORRAR UN PROYECTO

Por ltimo la opcin Utilidades permite borrar un proyecto completo con todos los ficheros asociados o bien escogiendo solo los de generacin temporal, que son los generales del proyecto o aquellos precedidos por el smbolo $.

Figura 13 Eliminacin de un proyecto


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3 SERIES TEMPORALES

Los botones habilitados con la carga del fichero de datos se corresponden con las opciones del men Series temporales y permiten acceder a los distintos mdulos de clculo de la aplicacin:

Edicin de las series temporales

Dibujo de las series temporales

Cronograma de las series temporales

Estadstico de las series temporales

Dobles acumulaciones entre estaciones

Completado de series temporales

Ponderacin de series LEMA

Leyes de frecuencia

Ponderacin de informes de Leyes de frecuencia

3.1 FICHEROS DE DATOS: SELECCIN DEL FICHERO DE DATOS

Al crearse el nuevo proyecto, se habilita un nuevo botn, el de abrir el fichero de datos:

Figura 14 Botn de carga de ficheros

Tambin se activa la opcin Fichero de datos en el men desplegable de series temporales. Seleccionando esta opcin o pulsando el botn de abrir ficheros, se despliega la ventana de ficheros:


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Figura 15 Ventana de abrir fichero de datos

Pulsando el botn Abrir fichero, se despliega la ventana de seleccin del fichero de datos:

Figura 16 Ventana de seleccin de los ficheros de datos

Seleccionado el fichero, se cargan los datos en memoria, apareciendo en la ventana de datos del fichero:


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Figura 17 Ventana del fichero de datos

Una vez cerrado el fichero con el botn Cerrar, se copian los datos en ficheros de la aplicacin, quedando habilitados los botones y mens de la aplicacin:

Figura 18 Botones de la aplicacin

3.2 EDITAR: EDICIN Y MODIFICACIN DEL FICHERO DE DATOS

Esta opcin permite editar el contenido de la base de datos con el fin de modificar su contenido. Pulsando el botn de Edicin del fichero de datos o seleccionando la opcin Editar del men de Series temporales, se abre la ventana de edicin de los datos:


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Figura 19 Ventana de edicin de datos de series temporales

En esta ventana se dispone de un campo para seleccionar la estacin cuyos datos se quiere editar, directamente por su indicativo. Un cursor permite listar todas las estaciones disponibles en la base de datos. Seleccionada la estacin aparecen sus datos temporales ordenados por aos hidrolgicos. Los valores tanto mensuales como anuales pueden modificarse directamente sobre la tabla. Para anular datos, se les atribuye el valor 100 mediante el botn Poner a 100 seleccionando previamente un rango de casillas con el ratn. Cualquier modificacin solamente se almacena en el fichero de trabajo de la aplicacin, nunca en el fichero original. La aplicacin permite tambin Copiar al portapapeles el fichero de datos.

3.3 DIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALES

Seleccionando esta opcin se despliega la ventana de dibujo de series temporales:


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Figura 20 Ventana de dibujo de series temporales

En esta ventana aparece un campo para la seleccin de la estacin, con un cursor que permite visualizar todas las estaciones disponibles en el fichero LEMA de series temporales cargado. Seleccionada la estacin, se despliega un grfico con aos hidrolgicos en las abscisas y con datos mensuales en las ordenadas, utilizndose como escala de abscisas los aos primero y ltimo de todas las series de estaciones contenidas en el fichero LEMA; como escala de ordenadas se utiliza el mximo valor de los datos mensuales de todas las series. Ambas escalas pueden modificarse en funcin de la serie de datos a representar. As, la escala de ordenadas puede ajustarse automticamente al rango de datos escogiendo la opcin Auto del cuadro Escala Y, mientras en el caso de las abscisas, el usuario puede establecer los aos que desea que se representen mediante la opcin AMPLIAR

Tambin se dispone del botn Imprimir grfico que permite volcar el grfico desplegado en pantalla por impresora.

3.4 CRONOGRAMA

Seleccionando esta opcin se despliega la ventana del cronograma mensual:


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Figura 21 Ventana del cronograma

El cronograma, en el que se representan los periodos cubiertos por las series temporales del conjunto de las estaciones (aos hidrolgicos en abscisas y estaciones en ordenadas) es til para estudiar los periodos comunes de existencia de datos de las estaciones, con el fin de determinar el periodo de estudio comn a todo el conjunto o parte de l. Puede volcarse a impresora mediante el botn Imprimir grfico de la izquierda de la ventana.

3.5 ESTADSTICO

Esta opcin abre la ventana del estadstico:


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Figura 22 Estadstico de las series temporales

El estadstico presenta, para cada estacin de la base de datos, un listado de las siguientes variables estadsticas calculadas para la serie anual:

Nmero total de aos con datos de cada estacin

Nmero de aos completos, es decir, con datos en todos los meses

Valor medio de toda la serie anual

Coeficiente de variacin de la serie anual

Coeficiente de sesgo de la serie anual

Mediante el botn Imprimir puede volcarse el estadstico a impresora.

Tambin aqu es posible copiar los datos del estadstico al portapapeles mediante la opcin Pegar al portapapeles

CLCULO DE ESTADSTICOS

Media =

=

n

i

ix n

xm1


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CLCULO DE ESTADSTICOS

Coeficiente de variacin x

x

mCV =

Coeficiente de Sesgo =

=

n

i

xi mxn

CS1

3

3)(1

3.6 DOBLES ACUMULACIONES

El mtodo de las dobles acumulaciones es una tcnica para valorar la consistencia de una serie temporal en funcin de otra serie de referencia. Para su aplicacin se toman las dos series de datos durante el periodo comn de registro, comparndose en un diagrama x, y sus series acumuladas. Si la relacin entre las dos series se ha mantenido estable, es decir, a los incrementos de una corresponden los proporcionales en la de referencia, la representacin mostrar una tendencia lineal. En caso contrario, la presencia de quiebros y saltos indica cambios en la relacin entre las series de datos y por tanto posibles errores.

Chac permite efectuar el anlisis de dobles acumulaciones entre estaciones para el estudio de la correlacin de sus datos mediante la opcin Dobles acumulaciones dentro del men de Series temporales.

En primer lugar deben agruparse las estaciones en grupos de estaciones homogneas:

Figura 23 Ventana de creacin de grupos de estaciones homogneas

Decidido el nmero de grupos de estaciones homogneas, aparece la ventana de formacin de los grupos de estaciones:


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Figura 24 Ventana de formacin de los grupos de estaciones

Esta ventana presenta campos para formar los grupos seleccionando las estaciones con el ratn, e incluyndolas en cada grupo mediante las flechas. Permite rectificar la decisin de incluir o no una estacin en un grupo, as como modificar el nmero de grupos.


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Figura 25 Constitucin de un grupo de estaciones homogneo

Para facilitar la constitucin de los grupos de estaciones, se cuenta con dos ayudas:

Grfica o plano de la situacin de las estaciones. Permite estudiar la proximidad de las estaciones y la formacin de los grupos.

Estadstico de las estaciones. Permite comparar los estadsticos en la formacin de los grupos.

En cualquier momento puede cambiarse el nmero de grupos. Tambin se dispone de un botn para Imprimir la situacin de las estaciones.

Una vez constituidos los grupos, se aceptan con el botn Aceptar, apareciendo la ventana de dobles acumulaciones en la que se representan los porcentajes de las series acumuladas de las estaciones seleccionadas. Solo se representarn las series acumuladas de datos contemporneos de las estaciones seleccionadas:


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Figura 26 Ventana de dobles acumulaciones

Para obtener la dobles acumulaciones entre las estaciones de un grupo, basta con escoger el grupo en el campo de grupos, y seleccionar las estaciones a relacionar en cada eje con el ratn, obtenindose inmediatamente el grfico de porcentaje de series acumuladas ao a ao en la ventana de la derecha. Puede efectuarse el estudio entre los datos de una estacin y los de la MEDIA del grupo, calculada con el resto de estaciones del mismo grupo. Se dispone de botones para Imprimir los grficos, para Volver a la ventana de constitucin de los grupos en el caso en que a la vista de las dobles acumulaciones fuera necesario, y para pasar al mdulo de Completado de datos.

3.7 COMPLETADO DE DATOS

Para completar las lagunas en las series de datos, se utiliza el men Completado de datos. A partir de un modelo de regresin bivariado con estacionarizacin previa mensual de las series de datos (CORMUL) se completan, bajo determinadas condiciones impuestas por el usuario, las lagunas existentes en las series de datos de un fichero LEMA.

La secuencia de clculos para la realizacin de la correlacin mltiple queda especificada en el fichero de resultados intermedios. En primer lugar aparecen las matrices correspondientes a los datos mensuales de las estaciones seleccionadas para el completado en el periodo de estudio escogido. Son estaciones seleccionadas aquellas que tienen ms de cinco datos en cada uno de los doce meses en ese periodo seleccionado.


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La eleccin de la pareja de estaciones que va a ser utilizada para el completado de cada una de las lagunas de una estacin dada se basa en considerar un umbral mnimo del coeficiente de correlacin mltiple ponderado segn la expresin de la matriz de priorizacion.

FASES OPERATIVAS DEL COMPLETADO DE DATOS

1. Estacionarizacin de las series de datos de precipitacin:

j

jjiji S

xxt

=,

, ti,j es una serie estacionaria en media y varianza sin tendencias estacionales. Siendo:

=

=

N

jjij xN

x1

,1

( )=

=

N

jjjij xxN

S1

2,

1

Donde jix , : Precipitacin para el mes j del ao i

jx : Media del mes j

N: Nmero de aos de la serie

jS : Desviacin tpica del mes j

2. Establecimiento de la ecuacin de regresin: Expresa los valores ti,j3 de una estacin como funcin de los de otra pareja de estaciones (ti,j1 ti,j2):

( ) ( ) jijijijijijiji ttattatt ,2,2,21,1,13,3, +++= Donde: 1, 2, 3 corresponden al nmero de orden de estacin

1a y 2a son los coeficientes de regresin parcial funcin de los coeficientes de correlacin simple r1,3 r2,3 r1,2 ji , es un ruido independiente de distribucin normal con media 0 y desviacin tpica S

1, jit , 2

, jit , 3

, jit valor medio de la serie estacionarizada de cada estacin. Su valor ser 0

3. Proceso de completado segn la matriz de priorizacin que permite la eleccin de la pareja de estaciones (i, j) con que se completa una tercera (k) en funcin de su correlacin y el nmero de datos comunes entre las tres estaciones:

a

ciclo

kkk

NNijRijPij

=

Siendo: Pijk Coeficiente de correlacin mltiple ponderado por el nmero de meses con datos comunes. Coeficiente de priorizacin

Rijk Coeficiente de correlacin mltiple entre la estacin k y las estaciones i y j.

Nijk Nmero de meses con datos comunes entre las series correspondientes a las estaciones i, j y k.

Nciclo Nmero de meses total del ciclo de completado.

a Exponente de priorizacin.

4. Desestacionarizacin de las series de datos

jijjji tSxx ,, +=

El resto de informacin que aparece en el informe de resultados intermedios es la siguiente:

1- Serie de precipitaciones estacionarizadas


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SERIES DE PRECIPITACIONES ESTACIONARIZADAS ******************************************

ESTACION N. 08308 AO OCTU NOVI DICI ENER FEBR MARZ ABRI MAYO JUNI JULI AGOS SEPT 1965 1.485 .154 -.153 .838 .325 -.997 .464 -.368 .232 .606 -1.006 -.633 1966 -.026 -.568 -.847 -.110 .325 -.081 .080 -.886 -.865 -.833 .778 -.932 1967 -.626 2.730 -.847 -.845 .578 -.106 -.339 -.548 .194 -.801 -.129 -.962 1968 -1.154 .216 -.103 999.0 1.613 .024 .736 -.215 .201 -.785 -.886 .702 1969 1.312 .146 -.177 2.490 -1.467 -.567 -1.041 -.632 -.679 .146 -.749 -1.082 1970 -.339 -.652 .041 .199 -.922 -.081 1.739 2.782 -.808 .341 -.359 1.693 1971 1.776 .020 2.566 .361 -.751 .133 -1.593 .675 -.997 -.289 -.036 1.654 1972 -.162 .597 -.574 -.667 -1.539 -.821 -.294 -.528 2.303 .280 -.876 .598 1973 -.459 -.755 -.403 -.811 -.077 2.758 1.337 -.839 -.581 -.548 .793 -1.082 1974 -.579 -.928 -.822 -.869 1.150 .683 -1.254 .276 1.468 -.833 -.075 .092 1975 -1.227 -.959 1.321 -.585 .768 -.946 .167 .283 -.468 2.718 2.547 -.049

Figura 27 Serie de precipitaciones estacionarizadas para la estacin 08308

2- Matriz de coeficientes de regresin parcial y matriz de datos comunes. La primera matriz representa los coeficientes de regresin parcial entre parejas de estaciones. El orden de las filas y columnas corresponde al orden de la estacin en el fichero original LEMA. La matriz de datos comunes indica el nmero de meses con medidas simultneas en las parejas de estaciones.

MATRIZ COEFICIENTES DE REGRESION PARCIAL ****************************************

1.00 .63 .66 .79 .75 .79 .51 .83 .63 1.00 .72 .72 .67 .75 .86 .50 .66 .72 1.00 .76 .76 .83 .68 .63 .79 .72 .76 1.00 .76 .78 .60 .65 .75 .67 .76 .76 1.00 .79 .57 .68 .79 .75 .83 .78 .79 1.00 .66 .75 .51 .86 .68 .60 .57 .66 1.00 .43 .83 .50 .63 .65 .68 .75 .43 1.00 MATRIZ DATOS COMUNES ********************

131 114 93 98 85 91 129 130 114 115 77 91 74 75 113 114 93 77 94 61 62 66 92 93 98 91 61 99 66 59 99 98 85 74 62 66 86 72 84 85 91 75 66 59 72 92 90 91 129 113 92 99 84 90 130 129 130 114 93 98 85 91 129 131

Figura 28 Matriz de coeficientes de regresin parcial y matriz de datos comunes

3- Matriz de correlacin mltiple y matriz de datos comunes para la estacin

MATRIZ CORRELACION MULTIPLE ESTACION N.08308 ******************************************

.00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .70 .80 .77 .79 .64 .87 .00 .00 .00 .80 .76 .79 .67 .85 .00 .00 .00 .00 .82 .84 .79 .89 .00 .00 .00 .00 .00 .81 .75 .87 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .79 .87 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .85 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00 MATRIZ NUM. DATOS COMUNES ESTACION N.08308 ******************************************

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 76 90 73 74 112 113 0 0 0 60 61 65 91 92 0 0 0 0 65 58 98 97 0 0 0 0 0 71 83 84 0 0 0 0 0 0 89 90 0 0 0 0 0 0 0 128 0 0 0 0 0 0 0 0

Figura 29 Matriz de correlacin mltiple y matriz de datos comunes para la estacin 08308.


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4- Las matrices con cabecera eleccin pareja de estaciones indican para cada estacin a completar y mes, las estaciones seleccionadas por el indicativo orden. Son dos matrices por tratarse de una regresin bivariada. El valor 0 representa la ausencia de estacin para el completado.

ELECCION PAREJA DE ESTACIONES *****************************

ESTACION N. 08308 AO OCTU NOVI DICI ENER FEBR MARZ ABRI MAYO JUNI JULI AGOS SEPT 1965 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1966 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1967 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1968 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1969 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1970 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1971 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1972 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1973 4 4 6 4 6 6 6 6 6 6 6 6 1974 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 1975 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

AO OCTU NOVI DICI ENER FEBR MARZ ABRI MAYO JUNI JULI AGOS SEPT 1965 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1966 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1967 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1968 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 6 1969 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1970 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1971 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1972 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1973 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1974 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 1975 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

Figura 30 Eleccin de pareja de estaciones para la estacin 08308

Se puede acceder a completar los datos bien directamente desde el men Completado de datos o desde el mdulo de Dobles acumulaciones. En el primer caso, el proceso de completado se inicia con todas las estaciones del fichero de datos, mientras que si se accede por el men de dobles acumulaciones, el completado se efectuar a partir de la unin de los grupos de estaciones generados previamente. Si se accede directamente por el mdulo de completado, se despliega inicialmente la ventana de seleccin de estaciones a completar:


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Figura 31 Ventana de seleccin de estaciones a completar

Al igual que la ventana de dobles acumulaciones, esta ventana dispone del plano de situacin de las estaciones y del estadstico para facilitar la seleccin. La seleccin se realiza directamente con el ratn y los botones flecha. Al pulsar Proceder al Completado de Datos, se despliega la ventana de parmetros del completado:

Ao inicial que se completa

Ao final que se completa

Exponente de priorizacin

Umbral de priorizacin


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Figura 32 Ventana de parmetros del completado

Se Acepta y aparece, cuando sea preciso, una ventana de aviso por rechazo de estaciones:

Figura 33 Ventana de aviso de estaciones desechadas para el completado

Al aceptar la eliminacin de estaciones propuesta, se efecta el completado. El nuevo fichero de precipitaciones completadas se almacena en fichero ASCII con nombre genrico Series Completadas.txt y formato LEMA. El cdigo pasa a ser PMC, en lugar de PMT, para distinguir el completado del original. La presentacin de resultados se muestra en la ventana final:


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Figura 34 Ventana del fichero de datos completados

Se dispone de un botn de vuelta atrs por si el resultado no fuera satisfactorio, otro para Copiar el fichero resultado al portapapeles, as como de otro para realizar el Estadstico de los datos completados:


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Figura 35 Estadstico de los datos completados

3.8 PONDERACIN DE SERIES LEMA

Este mdulo permite la ponderacin y clculo de series de variables hidrolgicas, por ejemplo para el clculo de una precipitacin media areal. La asignacin es estacin-peso, wi, ponderando toda la serie de cada estacin ( iP ). La media areal se obtiene segn la formulacin:

ii PyxP = ),( Escogiendo la opcin Ponderacin de series Lema dentro de Series Temporales se accede a Ponderacin directa. Al pulsar esta opcin se despliega la ventana siguiente:


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Figura 36 Seleccin de estaciones para el clculo areal

De nuevo, como para las dobles acumulaciones, podemos escoger las estaciones seleccionadas para el estudio pinchando sobre la flecha. Tras aceptar la seleccin, aparece la ventana en que deben indicarse por teclado los pesos asignados a cada estacin.


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Figura 37 Pesos para el clculo areal

Tras asignar los pesos y pulsando el botn de Generar fichero de datos areales, se pasa a la siguiente ventana en la que debe indicarse el ciclo anual de clculo, las coordenadas y el cdigo del punto al que se asignar el valor areal obtenido. Por ejemplo, el cdigo de una estacin de aforos si lo que se pretende representar las precipitaciones medias areales de esa cuenca vertiente.

Figura 38 Periodo de generacin de datos areales

Al aceptar, Chac genera el fichero con formato .txt de datos ponderados y automticamente presenta en pantalla una ventana para direccionar y guardar tanto ste


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como el fichero de pesos de forma que ms adelante podremos recuperar este ltimo para nuevos clculos sin ms que acceder a Recuperar fichero de datos dentro de Ponderacin de series LEMA

Figura 39 Fichero de salida de datos ponderados

Figura 40 Fichero de pesos


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Figura 41 Recuperacin del fichero de pesos previamente grabado

Figura 42 Recuperacin del fichero de pesos


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3.9 LEYES DE FRECUENCIA

Los estudios de frecuencia de series temporales anuales se realizan desde este men, Leyes de Frecuencia, que se ha estructurado de la siguiente manera:

LEYES DE FRECUENCIA

FRECUENCIA NO PARAMTRICA:

Gringorten 12.044.0

+

=

niP

Siendo: i: orden del dato en la serie ordenada de mayor a menor n, nmero total de datos anuales en la serie

LEYES DE FRECUENCIA DE AJUSTE PARAMTRICO: Chac calcula la siguientes funciones permitiendo el ajuste de

parmetros indicado para cada una:

FUNCIN: TIPOS DE AJUSTE POSIBLES

NORMAL:

2 parmetros : -Media -Escala

( )2x

21

e21xf

= Momentos

GUMBEL 2 Parmetros: -Localizacin, -Escala Coeficiente de sesgo=1,14

=

=

ux

ux

eux

e

exf

exF

1)(

)(

Momentos

Mxima verosimilitud

Momentos ponderados probabilsticamente

SQRT

2 Parmetros: -Forma -Escala

( )[ ]0)(

1

=

+

xexF

xexk Mxima verosimilitud

LogPEARSON III

3 Parmetros: -Localizacin -Escala -Forma

( ) ( )

0

)(

1)( 1

>

=

r

euxr

xfux

rr

Individual con sesgo muestral

GEV

3 Parmetros: -Localizacin -Escala -Forma

kuxk

euxkxf

exFk

k

uxkk

uxk

+>>

=

=

,0,0

11)(

)(1

1

111

1

Momentos

Mxima verosimilitud

Momentos ponderados probabilsticamente

Siendo para todas ellas los parmetros:

: Parmetro de escala

K: Parmetro de forma

u: Factor de localizacin

MOM: por momentos (tipo de ajuste utilizado por defecto) o LMOM por momentos de los logaritmos

ML: por mxima verosimilitud


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LEYES DE FRECUENCIA

PWM: por momentos ponderados probabilsticamente

Mxima verosimilitud fijando sesgo

Ajuste individual con sesgo muestral

Al seleccionar esta opcin mediante el botn correspondiente o el men Leyes de frecuencia se despliega la ventana:

Figura 43 Ventana de leyes de frecuencia

En ella se dispone de un campo con cursor para seleccionar la estacin, as como botoneras para seleccionar el tipo de ley de frecuencia y el mtodo de clculo.

Los mtodos de clculo propuestos para cada ley son los descritos previamente y aparecern activos unos u otros en funcin de la ley escogida. Tambin se generar un grfico con la escala adecuada (normal o Gumbel):


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Figura 44 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel Gumbel

Figura 45 Representacin de funcin de distribucin sin ajuste paramtrico en papel normal


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Figura 46 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin NORMAL

Figura 47 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Gumbel


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Figura 48 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin SQRT et max

Figura 49 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin Log Pearson III


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Figura 50 Ejemplo de ajuste paramtrico de una funcin GEV

Se dispone de botones para Imprimir el grfico y los valores de la distribucin.

Para cada estacin analizada, Chac genera un fichero informe que consta de una cabecera con los datos muestrales, los mismos datos ordenados de menor a mayor, la probabilidad de ocurrencia utilizando la frmula de Gringorten y los parmetros y cuantiles derivados del ajuste paramtrico de la funcin de distribucin seleccionada. Por defecto se asume que el nombre de los ficheros corresponde al cdigo de la estacin seguido de .txt.


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Figura 51 Fichero informe de leyes de frecuencia

3.10 PONDERACIN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA

La ponderacin de los cuantiles de las leyes de frecuencia se realiza desde un men distinto al de la ponderacin anterior de ficheros LEMA. En este caso los datos a ponderar son los cuantiles de las leyes de frecuencia que se encuentran en los informes del directorio de trabajo. Chac identifica estos informes y los cdigos de estaciones aparecen en el men para seleccionar las estaciones y asignar los pesos. La seleccin se lleva a cabo utilizando los botones flecha como en mens anteriores.


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Figura 52. Seleccin de estaciones para ponderacin de cuantiles de leyes de frecuencia

Figura 53. Asignacin de pesos a las estaciones


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Figura 54. Ventanas para guardar fichero de resultados y pesos

En el fichero de resultados aparecen los cuantiles ponderados en una nica columna. El orden de estos datos corresponde al de las probabilidades asociadas a los periodos de retorno 2, 5, 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000, 10000 y 20000 aos.


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4 CALCULO DE APORTACIONES

El apartado de Clculo de aportaciones permite la obtencin de los valores de evapotranspiracin potencial (ETP) as como la transformacin de los datos de precipitacin mensuales en aportaciones mediante la aplicacin del modelo de Tmez.

4.1 OBTENCIN DE LA ETP

4.1.1 Mtodos de clculo

Se considera como evapotranspiracin potencial o del cultivo de referencia a la tasa mxima a la que se podra evapotranspirar agua bajo condiciones ptimas de suministro con el suelo existente. Accediendo al men de ETP dentro de la opcin de Clculo de aportaciones, el programa permite el clculo de la evapotranspiracin potencial por tres mtodos diferentes, dos de ellos experimentales (Thornthwaite y Blaney-Criddle) y un tercero fsicamente basado (Penman Monteith)

Figura 55 Ventana de clculo de la ETP


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CLCULO DE LA ETP

Mtodo de Thornthwaite.

aTCETP = a

ITbETP

=

102,16

Donde: I: ndice de calor anual =

=>

12

1

51,1

5:0

i

ii

TICT

a: exponente de la formulacin 2 00000,0000077,00179,049,0)( IIIfa ++==

b: nmero de horas de sol mensuales ),( declatfb =

Mtodo de Blaney-Criddle.

( )13,846,0 += Tpf

41,10043,0 mn, = Nnha r

2,min,min,

2,min,2,min,

0005967,00059684,0

065649,00705,10040922,081917,0),,(

drr

drdr

uhNnh

uNnhu

Nnhfb

++

++++==

Siendo: f, factor de consumo

T, temperatura media mensual en C

p, porcentaje medio de horas de sol con relacin al ao

hr,min la humedad relativa media de las mnimas diarias

n/N el ratio entre las horas de sol reales y las mximas posibles

ud,2 la velocidad del viento media diurna (7 a 19h) medida a 2 m de altura

Mtodo de Penman Monteith

( ) ( )

++

+=

a

cvw

a

aspan

r

rrl

reecGR

ETP1

rcc ETPKETP =

2

208)(

6924

200)(

uufr

rhLAI

LAILAIfr

a

c

herbceo

c

==

=

=

==

)(07,0)(38,0

1,,

1,,

=

=

nmesnmes

ndanda

TTGTTG

Donde: ra, la resistencia aerodinmica a los flujos de vapor y calor sensible

rc, la resistencia a los flujos de vapor a travs de la planta y superficie evaporante, f(tipo de planta, estado y cobertura)


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Puesto que cada metodologa se basa en unos parmetros y datos meteorolgicos, el programa requerir unos ficheros de datos de entrada diferentes. As:

1. Si se selecciona el clculo por Thornthwaite aparecern activos los botones de parmetros y Temperaturas y al pinchar sobre ellos aparecer un cuadro de dialogo donde deberemos indicarle la direccin de dichos ficheros.

Figura 56 Clculo de la ETP por Thornthwaite

2. Si la opcin de calculo de la ETP escogida es alguna de las otras dos posibles, aparecern activos tambin los botones de Humedad, Horas de Sol y Velocidad del Viento. En el caso de Blaney Criddle la humedad es la media de las mnimas diarias, mientras que para Penman Monteith es la media de las medias diarias.


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Figura 57 Clculo de la ETP por Blaney Criddle

4.1.2 Descripcin de los ficheros para el clculo de la ETP:

Los ficheros necesarios para el clculo de la ETP as como sus formatos, son los que se describen a continuacin

1. Fichero de parmetros: Es el mismo para las tres metodologas; su formato es:

Figura 58 Fichero de parmetros para el clculo de la ETP

Es importante que la alineacin de los cdigos de estacin sean idnticas a los empleadas en el campo correspondiente del fichero LEMA de datos originales. El orden y tipo de parmetros incluidos es:


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1-7 Cdigo de la Estacin Texto

8 Espacio en blanco

9-15 Longitud: signoGGMMSS Entero


17-23 Latitud: signoGGMMSS Entero


25-32 Altura del anemmetro Real(1 decimal)


34-41 Albedo Real(2 decimal)


43-50 Cociente entre las velocidades diurna y nocturna

Real(1 decimal)


52-59 Altitud de la estacin (msnm) Real(1 decimal)

Tabla 3 Descripcin del formato del fichero de parmetros

2. Temperaturas medias: El cdigo del tipo de datos es TMD, temperatura media diaria mensual:

Figura 59 Fichero de temperaturas para el clculo de la ETP

3. Humedades relativas: Tanto este fichero como los siguientes se emplean solo para el clculo de la ETP por los dos ltimos mtodos.


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En el caso de la metodologa de Penman Monteith el cdigo del tipo de dato es HMM indicativo de humedad relativa media diaria mensual:

Figura 60 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Penman Monteith

Para el clculo de la ETP segn Blaney Criddle el dato ser de humedad relativa media mensual de las mnimas diarias cuyo cdigo es HMN:

Figura 61 Fichero de humedades para el clculo de la ETP segn Blaney Criddle

4. Horas de sol: Con indicativo HSM de horas de sol mensuales y formato:


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Figura 62 Fichero de horas de sol para el clculo de la ETP

5. Velocidad del viento: ltimo fichero cuyo cdigo es VMD de velocidad del viento media diaria mensual y su formato es:

Figura 63 Fichero de velocidad del viento para el clculo de la ETP


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4.2 MODELO DE TMEZ

Para llevar a cabo la transformacin de precipitaciones en escorrentas, Chac aplica en el apartado de Clculo de aportaciones el modelo de Tmez (Tmez, 1977; Estrela, 1993). Se trata de un modelo agregado de simulacin continua de pocos parmetros y de paso mensual. Simula los principales procesos de transferencia de agua en el ciclo hidrolgico considerando dos almacenamientos, suelo y acufero.

Precipitacin

Excedente

Escorrentasuperficial

Escorrentasubterrnea

Infiltracin Escorrenta total

ACUIFEROZona saturada

SUELO Zona no saturada VEGETACION

PRINCIPIO DE CONTINUIDAD O CONSERVACION DE MASA

Precipitacin

Excedente

Escorrentasuperficial

Escorrentasubterrnea

Infiltracin Escorrenta total

ACUIFEROZona saturada

SUELO Zona no saturada VEGETACION

PRINCIPIO DE CONTINUIDAD O CONSERVACION DE MASA

Figura 64 Esquema del Modelo de Tmez

PROCESO DE CLCULO MENSUAL DEL MODELO DE TMEZ

Siendo:

P0: Umbral de escorrenta. mm Hmx: Parmetro de humedad mxima. mm/mes C: Parmetro de excedente. Imx: Parmetro de infiltracin mxima. mm/mes : Parmetro coeficiente de descarga del acufero. das-1 K: Parmetro coeficiente de uso de suelo medio sobre ETP Pi: Precipitacin; mes (i). mm Hi-1: Humedad antecedente; mes (i-1). mm EPi: Evapotranspiracin potencial, afectada por el coeficiente de usos de suelo; mes (i). mm ERi: Evapotranspiracin real; mes (i). mm Ti: Excedente; mes (i). mm Vi: Volumen almacenado; mes (i). mm Ii: Infiltracin; mes (i). mm ASUP_i: Escorrenta superficial; mes (i). mm ASUB_i: Escorrenta subterrnea; mes (i). mm Qi: Caudal subterrneo; mes (i). m3/s ATOT_i: Escorrenta total; mes (i). mm

Umbral de escorrenta, Po ( )10 = imx HHCP

Excedente, Ti ( )

oi

oiioi

ioi

PPPPTPP

TPP

2

02

+

=>=

siendo

ii EPHH += 1max Balance de agua en el suelo, Hi ( )iiiii EPTPHMaxH += 1,0 Evapotranspiracin real, ERi ( )iiiii EPTPHminER ,1 +=


CENTRO DE ESTUDIOS


Infiltracin, Ii mxi

imxi IT

TII+

=

Aportacin superficial, ASUP_i iiiSUP ITA =_

Caudal drenado por el acufero, Qi ii VQ = 21

t

it

ii eReQQ

+=

Aportacin subterrnea, ASUB_i tRVVA iiiiSUB += 1_

Aportacin total, ATOT_i iSUBiSUPiTOT AAA ___ += VARIANTES DEL MODELO

Siendo

Parmetro nmero de das con precipitacin Dos ramas de descarga del acufero 1: Parmetro coeficiente de descarga del acufero. das-1 2: Parmetro coeficiente de descarga del acufero. das-1 Parmetros reparto de recarga. Tanto por uno

4.2.1 Calibracin

Este apartado facilita el ajuste del modelo mediante la calibracin de los parmetros Hmx, C, Imx, y coeficiente de cultivo, apoyndose en evaluacin de errores y en la comparacin visual de los hidrogramas observados y simulados. Bajo el epgrafe de Calibracin, Chac permite llevar a cabo dos procesos bsicos en la aplicacin de modelos para el clculo de aportaciones. Son:

- Calibracin: Ajuste de los parmetros del modelo durante un periodo por comparacin entre valores simulados y los caudales reales medidos en estaciones de aforo. Comprobacin de la capacidad descriptiva del modelo

- Validacin: Comprobacin de la capacidad predictiva del modelo aplicando los parmetros de la calibracin durante un periodo no empleado para sta

Dentro del mdulo de Clculo de aportaciones se accede al apartado de Calibracin presentndose la siguiente ventana:

Parmetro del modelo

Periodo de calibracin

Fichero de caudales para CALIBRACIN

Figura 65 Calibracin. Datos iniciales


CENTRO DE ESTUDIOS


En este punto debern seleccionarse los ficheros de datos de entrada al modelo de Precipitaciones areales (cdigo PMA) y ETP areal (cdigo ETA) previamente calculados, as como el fichero de Caudales registrados (cdigo AMQ). Adems, debe indicarse el periodo de calibracin (validacin) as como la superficie de cuenca, el nmero de das de lluvia por mes y el nmero de ramas de descarga (mximo: 2).

Tras aceptar, aparece la ventana que permitir tantear el ajuste de parmetros. Se muestra la grfica de evolucin en el ao hidrolgico medio de los caudales simulados y los histricos. Chac permite modificar los parmetros del modelo para ajustar los caudales simulados a los reales. En la parte superior de la ventana de contraste del ao medio se da informacin sobre distintos trminos de error.

Valores Valores observadosobservados

Valores Valores simuladossimulados

Errores entre valores observados y calculadosErrores entre valores observados y calculados(OBJETIVO: minimizar errores)(OBJETIVO: minimizar errores)

Valores Valores observadosobservados

Valores Valores simuladossimulados

Errores entre valores observados y calculadosErrores entre valores observados y calculados(OBJETIVO: minimizar errores)(OBJETIVO: minimizar errores)

Figura 66 Calibracin o validacin de parmetros

Los errores calculados entre caudales simulados y reales Chac corresponden a la siguiente formulacin:

Trminos de error Error medio: Para cuadrar volmenes medios

%

__

=

mesesi sim

iobsisim

QnQQ

e


CENTRO DE ESTUDIOS


Trminos de error Error cuadrtico relativo: ndice del ajuste en caudales bajos

nQ

QQ

ecr mesesi isimiobsisim

=

2

_

__

Error cuadrtico estndar: ndice del ajuste en caudales altos ( )

2

2__

sim

mesesiiobsisim

Qn

QQect

=

Desde Grficos se accede a las pantallas bsicas para el ajuste de los parmetros. stos pueden ser:

GRFICOS CALIBRACIN

Hidrograma de ao medio

Caudal registrado menos Caudal simulado (Datos anuales)

Caudal registrado y Caudal simulado (Datos anuales)

Caudal registrado y Caudal simulado (Datos mensuales)

Residuos (Datos mensuales)

Precipitacin (Datos mensuales)

Precipitacin y ETP (Datos mensuales)

ETP y ETR (Datos mensuales)

Precipitacin y ETR (Datos mensuales)

Caudales registrados (Datos mensuales)

Caudales simulados y Caudales subterrneos (Datos mensuales)

Tabla 4 Grficos de calibracin


CENTRO DE ESTUDIOS


Figura 67 Generacin de grficos tras la calibracin. Hidrograma de ao medio

Figura 68 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (ao)


CENTRO DE ESTUDIOS


Figura 69 Generacin de grficos tras la calibracin. Caudal registrado y caudal simulado (mes)

Desde la ventana de Grficos de datos calibrados se puede Volver Atrs, Salir, Imprimir los grficos y en algunos casos modificar la escala horizontal mediante la opcin Ampliar. En esta opcin se pueden indicar los aos inicial y final de la serie a representar.

Figura 70 Ampliar escala abscisas en Grficos

Ficheros de resultados de calibracin ResultadosSimula.txt: Parmetros de simulacin $APORC.tmp: Caudales totales simulados en m3/s $APSUB.tmp: Caudales subterrneos simulados en m3/s $ETP1.tmp: ETP en mm afectada por el coeficiente de cultivo $EREAL.tmp: ET real en mm $HUMEDAD.tmp: Humedad del suelo en mm a final de mes $VOLSUB.tmp: Volumen en acufero en Hm3 a final de mes


CENTRO DE ESTUDIOS


$RESIDUO.tmp: Residuos mes absolutos (simulado-histrico) Incluye el ao medio

Tabla 5 Ficheros resultado de la calibracin

4.2.2 Simulacin

Una vez calibrado y validado el modelo de evaluacin de recursos, se pasa a la simulacin con los parmetros ajustados previamente cuyo fin puede ser:

Completar y ampliar las series de registros histricos de caudales

Simular los recursos hdricos en cuencas no aforadas

Prediccin de caudales considerando series meteorolgicas dadas

Tras acceder al mdulo de Simulacin en Clculo de aportaciones, se despliega la ventana de seleccin de ficheros de clculo para la simulacin

Periodo de SIMULACINPeriodo de SIMULACIN

Fichero de caudales SIMULADOSFichero de caudales SIMULADOS

Periodo de SIMULACINPeriodo de SIMULACIN

Fichero de caudales SIMULADOSFichero de caudales SIMULADOS

Figura 71 Datos de entrada para la simulacin

Al igual que en la calibracin, se cargan los ficheros y datos requeridos y se Acepta. A continuacin se despliega la ventana de Simulacin


CENTRO DE ESTUDIOS


Figura 72 Simulacin

En ella deben seleccionarse los valores de los parmetros previamente calculados en la fase de calibracin para Calcular los Caudales simulados.


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Figura 73 Generacin de grficos de simulacin. Hidrograma de ao medio

Desde esta ventana se puede Volver atrs, Imprimir, Salir y en algunos casos, igual que suceda en los grficos de calibracin, Ampliar la escala horizontal indicando el periodo a representar. Chac genera una serie de ficheros resultado de la Simulacin que son:

Ficheros de resultados de simulacin ResultadosSimula.txt: Parmetros de simulacin CaudalesSimulados.txt : Caudales totales simulados en m3/s $APORC.tmp: Caudales totales simulados en m3/s $APSUB.tmp: Caudales subterrneos simulados en m3/s $ETP1.tmp: ETP en mm afectada por el coeficiente de cultivo $EREAL.tmp: ET real en mm $HUMEDAD.tmp: Humedad del suelo en mm a final de mes $VOLSUB.tmp: Volumen en acufero en Hm3 a final de mes $RESIDUO.tmp: Residuos mes absolutos (simulado-histrico) incluye el ao medio

Tabla 6 Ficheros resultado de la simulacin

Como en el apartado anterior pueden editarse una serie de grficos con los resultados de este proceso. stos pueden ser:


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GRFICOS SIMULACIN

Hidrograma de ao medio

Precipitacin (Datos mensuales)

Precipitacin y ETP (Datos mensuales

ETP y ETR (Datos mensuales)

Precipitacin y ETR (Datos mensuales)

Caudales simulados y Caudales subterrneos (Datos mensuales)

Tabla 7 Grficos de simulacin


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5 SIMULACIN DE CRECIDAS:

5.1 MTODO RACIONAL

El mtodo racional estima el caudal punta que puede producir una cuenca en funcin del rea de la cuenca, A, la intensidad de lluvia mxima diaria, I, y un coeficiente de escorrenta, C, funcin de las caractersticas geolgicas y de vegetacin. La versin que emplea Chac es una modificacin de la formulacin clsica (Temez, 1991) que permite su aplicacin para pequeas cuencas con tiempos de concentracin menores a 24 horas y de hasta 3000 km2.

SIMULACIN DE CRECIDAS: MTODO RACIONAL MODIFICADO

El mtodo racional modificado est calibrado en Espaa para cuencas de hasta 3000 km2 en rgimen natural y su expresin general responde a la siguiente formulacin:

6,3KAICQ =

Siendo:

Q: Caudal mximo en m3/s

C: Coeficiente de escorrenta

P0:Umbral de escorrenta

2)11()23()(

od

odod

PPPPPP

C+

+=

P0:Precipitacin diaria

I la intensidad de lluvia considerada en mm/h128

28

11,0

1,01,0

=

cT

d

Tc

II

IdI

A el rea de la cuenca drenante a cada punto de control en km2

K el coeficiente de uniformidad

Para el clculo del caudal mximo de un periodo de retorno dado es necesario disponer de:

Datos de precipitaciones mximas diarias

Parmetro regional de torrencialidad: intensidades medias horarias/ intensidades medias diarias

dII1

rea de la cuenca en Km2

Tiempo de concentracin

c

0.76

1/ 4T = 0.3 L

J

Siendo: Tc: tiempo de concentracin (h)

L: longitud del cauce principal (km)

J: pendiente media del cauce principal (m/m)

Umbral de escorrenta: calculado a partir del nmero de curva y el parmetro de humedad


CENTRO DE ESTUDIOS


SIMULACIN DE CRECIDAS: MTODO RACIONAL MODIFICADO

Coeficiente de uniformidad

141 25,1

25,1

++=

c

c

TTK

A < 1 km2 1= AK Coeficiente reductor por rea (ka).

1 A 3000 km2 15

log1 10

AK A =

Para aplicarlo se accede a l mediante el men simul Crecidas o seleccionando con el ratn el icono correspondiente.

Figura 74 Men de opciones

Una vez seleccionada esta opcin, se despliega la ventana de clculo. En ella aparecen los parmetros necesarios para poder aplicar el programa. Se puede asignar un nombre a cada clculo pudiendo ser recuperado para posibles modificaciones.


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Figura 75 Ventana para el clculo de caudales mximos

Slo es necesario introducir los datos que pide el programa:

rea (km2)

Tiempo de concentracin, que puede introducirse directamente como dato permitiendo su clculo por diversas metodologas o puede calcularse segn la frmula de Temez a partir de los datos de Longitud (km), cota mxima Zmax (m) y cota mnima Zmin (m).

Umbral de escorrenta P0 (mm)

I1/ID

Coeficiente de uniformidad K, que puede introducirse como dato o se calcula automticamente.

Coeficiente reductor de rea Ka, que puede introducirse como dato o se calcula automticamente.

Precipitaciones mximas para cada periodo de retorno T. Estos datos se pueden cargar mediante fichero o teclearlos directamente.


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Figura 76 Datos de entrada para el clculo de caudales mximos

Una vez introducidos los datos, se pulsa la opcin calcular y se obtienen los resultados.

Figura 77 Ventana de resultados del clculo de caudales mximos.


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6 BIBLIOGRAFIA

ALLEN, R.G; PEREIRA, L.S; RAES, D.; SMITH, M. (1998). Crop evapotranspiration Guidelines for computing crop water requirements M56 FAO. Roma.

ESTRELA MONREAL, T. (1990): Los Modelos de Simulacin Integral de Cuenca y su utilizacin en Estudios de Recursos Hdricos. Ingeniera Civil 72, pg. 83-95. CEDEX. Madrid

ESTRELA MONREAL, T. (1993). Modelos matemticos para la evaluacin de recursos hdricos Monografas CEDEX, M-25. Ministerio de Fomento. Madrid

FERRER POLO, F.J. (1992). Anlisis Estadstico de Caudales. Monografas, CEDEX, M-26. Ministerio de Fomento. Madrid

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KITE, G.W (1977): Frequency and Risk Analyses in Hydrology. Water Resources Publications, Colorado.

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SINGH, V. P,. (1988). Hydrologic Systems, Vol. I: Rainfall-Runoff Modeling, Vol. II: Watershed Modeling, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 07632.

QUINTAS RIPOLL, L. (1996). La base de datos hidrolgicos HIDRO del CEDEX. Ingeniera Civil, n 104, pgs. 117-126. Madrid.

TEMEZ PELEZ, J.R (1977). Modelo Matemtico de Transformacin Precipitacin-Aportacin.Asociacin de Investigacin Industrial Elctrica. Madrid

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VEN, TE. CHOW; MAIDMENT, D.R; MAYS, L.W (1994). Hidrologa aplicada.


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McGraw-Hill. Nueva York.

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INTRODUCCININSTALACIN Y DEFINICIN DE PROYECTOConfiguracin del PC:

EJECUCINAPERTURA DE UN PROYECTOCARACTERSTICAS DE LOS FICHEROS DE DATOS: EL FORMATO LEMA:

UTILIDADESGENERACIN DE FICHEROS LEMAPREFERENCIASAo hidrolgico y dimensionesDirectorio de proyectos

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SERIES TEMPORALESFICHEROS DE DATOS: SELECCIN DEL FICHERO DE DATOSEDITAR: EDICIN Y MODIFICACIN DEL FICHERO DE DATOSDIBUJO DE LAS SERIES TEMPORALESCRONOGRAMAESTADSTICODOBLES ACUMULACIONESCOMPLETADO DE DATOSPONDERACIN DE SERIES LEMALEYES DE FRECUENCIAPONDERACIN DE INFORMES DE LEYES DE FRECUENCIA

CALCULO DE APORTACIONESOBTENCIN DE LA ETPMtodos de clculoDescripcin de los ficheros para el clculo de la ETP:

MODELO DE TMEZCalibracinSimulacin

SIMULACIN DE CRECIDAS:MTODO RACIONAL

BIBLIOGRAFIA

manual chac 1

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