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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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FIN