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Como modelar una cuenca hidrografica en el programa HEC-HMS.
Tipo: Monografías, Ensayos
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DOCENTE: Ing. Garcia Rivera Juan Pablo AUTORES: CARRERA CUADRA, CRISTHIAN CASTILLO VARGAS, JOSUE CERQUEIRA ACOSTA, BRUNO SANCHEZ CARBAJAL JEFRIN VARGAS CASTRO, GABRIEL 2025 - 10 TRUJILLO – PERÚ
II. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS III. MARCO TEÓRICO El estudio del comportamiento hidrológico de una cuenca requiere el uso de herramientas que permitan simular con precisión el proceso mediante el cual la precipitación se convierte en escorrentía. Estas simulaciones permiten estimar los caudales que se generan en
distintos puntos de la cuenca, lo cual es fundamental para el diseño de obras hidráulicas, la gestión del recurso hídrico y la prevención de eventos extremos como inundaciones. Una de las herramientas más utilizadas para este propósito es HEC-HMS (Hydrologic Modeling System), un modelo conceptual que permite representar el ciclo hidrológico superficial a partir de datos climáticos y parámetros físicos de la cuenca. Este modelo divide la cuenca en subcomponentes como subcuencas, tramos de río y nodos de salida, permitiendo representar de forma estructurada los procesos hidrológicos que ocurren durante y después de un evento de lluvia. HEC-HMS utiliza diferentes métodos para modelar los procesos clave del ciclo hidrológico: ● Pérdidas : Representan la infiltración y otras formas de almacenamiento inicial de la lluvia. Entre los métodos más comunes se encuentran el método del número de curva (Curve Number - CN) y el método de pérdidas constantes. ● Transformación de escorrentía : Es el proceso que convierte el exceso de precipitación en caudal directo. El modelo permite aplicar métodos como el hidrograma unitario del SCS (Soil Conservation Service) o el método de Clark. ● Enrutamiento : Modela el desplazamiento del agua a lo largo de los canales. Entre los métodos disponibles están Muskingum, Muskingum-Cunge y enrutamiento lag. Además, el modelo puede incorporar procesos adicionales como la evapotranspiración, el flujo base y la acumulación de nieve, dependiendo del nivel de detalle del análisis. Para configurar el modelo, es necesario contar con información detallada sobre la topografía de la cuenca, generalmente obtenida a través de un Modelo Digital de Elevación (DEM), así como con datos de precipitación, duración del evento y uso del suelo. Estas variables son fundamentales para determinar los parámetros que definen la respuesta hidrológica del sistema. El uso de herramientas complementarias como QGIS facilita la delimitación de la cuenca, la obtención de parámetros geomorfológicos y la generación de insumos espaciales necesarios para alimentar el modelo. Por otro lado, Excel permite organizar y procesar los datos climáticos e hidrológicos que se utilizarán en la simulación. El modelo HEC-HMS permite generar hidrogramas de salida que muestran cómo varía el caudal con el tiempo en distintos puntos de la cuenca. Estos resultados son esenciales para evaluar la capacidad de conducción de los cauces, el diseño de estructuras hidráulicas y la planificación de medidas de control de inundaciones. IV. RESULTADOS: 4.1. Introducción
Se visualizan subcuencas y segmentos de ríos definidos, lo cual indica que la cuenca fue subdividida para obtener una mejor resolución en la modelación. Se aprecia una red de drenaje bien estructurada. 4.3. Parámetros Hidrológicos de Subcuencas Imagen 3 : Elaboración propia Se ha accedido al componente de parámetros del modelo, asignando métodos de transformación de escorrentía como el Método del Número de Curva (CN) y el Método de Clark o SCS Unit Hydrograph (por lo que se deduce de la curva que aparecerá luego). Esto permite determinar la escorrentía directa a partir de las lluvias efectivas, con base en características del suelo y uso del suelo de la cuenca. 4.4. Simulación de Hidrogramas Unitarios Imagen 4 : Elaboración propia Se observa un gráfico de tipo hidrograma unitario , donde se representa la respuesta de escorrentía ante una lluvia de corta duración. Este gráfico probablemente corresponde a una subcuenca modelada mediante un método como el SCS-UH.
Se aprecian dos curvas: una de precipitación efectiva acumulada y otra del hidrograma resultante. Esto indica que se ha realizado correctamente la conversión de lluvia en escorrentía. 4.5. Datos Meteorológicos y Series de Precipitación Imagen 5 : Elaboración propia Imagen 6 : Elaboración propia En estas se han asignado los eventos de precipitación utilizados para forzar el modelo. Se listan eventos con fechas y valores horarios, mostrando que se ha incorporado una serie temporal.
4.8. Análisis de Hidrograma y Balance Hídrico Imagen 9 : Elaboración propia Aquí se observa un gráfico tipo barras y línea , posiblemente un diagrama de balance hídrico , donde las barras indican volumen de precipitación y escorrentía y la línea representa el caudal simulado en función del tiempo. Se puede inferir una buena calibración si el comportamiento del caudal simulado es coherente con la lluvia efectiva. 4.9. Visualización Final y Preparación para Exportación Imagen 10 : Elaboración propia Se visualiza nuevamente la cuenca con datos de simulación ya almacenados. Se está probablemente evaluando otros elementos como pérdidas o secciones adicionales de análisis.
4.10. Análisis Detallado de Resultados de Simulación Tras la ejecución de la simulación hidrológica en HEC-HMS, se procede a realizar una revisión detallada de los resultados obtenidos para cada uno de los elementos del modelo. A continuación, se describen los aspectos observados en las imágenes proporcionadas: 4.10.1. Resultados Numéricos de Caudales Imagen 11 : Elaboración propia ● En la imagen 11 , se observa una tabla con valores de caudal simulado en distintos puntos de control (outlets de subcuencas y ríos). ● Estos datos incluyen: ○ Caudal máximo (Peak Flow) ○ Volumen total de escorrentía ○ Tiempo al pico (Time to Peak) ● Estas métricas permiten evaluar la capacidad de respuesta de la cuenca ante el evento simulado.
○ Magnitud del pico ○ Forma del hidrograma ● Estas visualizaciones permiten verificar el correcto funcionamiento del modelo en cada sección del sistema hidrológico. 4.10.3. Evaluación por Tramos de Ríos Imagen 14 : Elaboración propia Imagen 15 : Elaboración propia
Imagen 16 : Elaboración propia ● En imágenes posteriores se observa el análisis de resultados para canales de conducción (reaches), los cuales conectan las subcuencas. ● Para estos tramos se presenta la evolución del caudal a lo largo del tiempo, con curvas que muestran cómo se transmite la escorrentía entre los distintos elementos. ● Es probable que se esté usando el método de ruteo Muskingum o similar, para considerar el almacenamiento y atenuación del flujo. 4.10.4. Resultados en Puntos de Salida del Sistema Imagen 17 : Elaboración propia
● En las últimas imágenes de esta serie se muestra el hidrograma total generado en el punto de salida de la cuenca. ● Esta información es clave para evaluar el comportamiento global del sistema, así como para estudios posteriores como diseño hidráulico, evaluación de riesgos de inundación o calibración del modelo. 4.11. Interpretación y Revisión Visual del Modelo Cada resultado está asociado espacialmente con elementos del mapa (subcuencas, ríos), lo que permite validar visualmente la distribución de escorrentía en toda la cuenca. Se ha hecho clic en cada nodo de salida para generar gráficos individuales de respuesta hidrológica. El uso de estos gráficos y tablas permite: ● Confirmar que no hay errores de simulación. ● Verificar que los patrones de escorrentía son coherentes con la topografía. ● Observar que la respuesta hidrológica sigue una lógica descendente en el sistema de drenaje. 4.12. Verificación Final del Modelo Hidrológico En esta última sección del informe, se presenta la revisión y verificación final del modelo hidrológico desarrollado en HEC-HMS, con especial énfasis en los resultados gráficos y numéricos obtenidos en el punto de salida de la cuenca. 4.12.1. Hidrogramas de Salida por Nodo de Subcuenca Imagen 21 : Elaboración propia
Imagen 22 : Elaboración propia ● Las primeras imágenes de esta serie muestran la revisión gráfica del caudal en nodos específicos. ● Se vuelve a analizar la forma de los hidrogramas generados, los cuales mantienen una curva típica de respuesta rápida al evento de precipitación. ● El análisis muestra coherencia en la forma de las curvas y consistencia entre subcuencas, indicando que el modelo se comporta adecuadamente. 4.12.2. Comparación Gráfica Precipitación vs Escorrentía Imagen 23 : Elaboración propia
● Se visualiza también nuevamente la tabla de resumen con valores de caudal pico, volumen de escorrentía y tiempo al pico , confirmando su disponibilidad para informes técnicos o comparación con datos reales. 4.12.4. Verificación por Gráficos Compuestos Imagen 26 : Elaboración propia Imagen 27 : Elaboración propia
Imagen 28 : Elaboración propia Imagen 29 : Elaboración propia Imagen 30 : Elaboración propia
