Principios básicos de Modelación en hidrología
- 1. CURSO: Hidrología de superficie Modelos hidrológicos Dr. Ronald Ernesto Ontiveros Capurata Octubre 2024 INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGIA DEL AGUA POSTGRADO
- 2. Conceptos básicos sobre modelación Simplificación de la realidad Relaciones entre variables Modelo conceptual Modelo. Simplificación de la realidad en la que se mantienen algunas de las características que forman parte del mundo original, que tiene entradas y salidas y donde se tolera un cierto margen de error.
- 3. MODELACIÓN MATEMÁTICA …expresión cuantitativa de un proceso o fenómeno que se observa, analiza o predice (Overton and Meadows, 1976) …sistemas simplificados que se utilizan para representar sistemas de la vida real y pueden ser sustitutos de los sistemas reales para determinados fines. Los modelos expresan conceptos formalizados de los sistemas reales. (Diskin, 1970) MODELO MATEMATICO
- 4. MODELACIÓN MATEMÁTICA …una representación simbólica, generalmente matemática, de una situación idealizada que tiene las propiedades estructurales importantes del sistema real. Un modelo teórico incluye un conjunto de leyes generales o principios teóricos y un conjunto de declaraciones de circunstancias empíricas. Un modelo empírico omite las leyes generales y es en realidad una representación de los datos. (Woolhiser and Brakensiek, 1982) …Representaciones idealizadas... Consisten en relaciones matemáticas que enuncian una teoría o hipótesis. (Meta Systems, 1971) MODELO MATEMATICO
- 5. PROCESOS Funcionamiento de un sistema Entradas p ej. I(t) Salidas p ej. Q(t) Frontera Retroalimentación En el caso del sistema hídrico: Componentes de un modelo
- 8. Componentes de un modelo (USACE, 2022) Componentes Variables de estado Son variables que describen el estado del sistema p ej.: la constante de recarga de un acuífero Parámetros Valores numéricos de propiedades del sistema que controlan la salida del modelo. P ej: Área de la cuenca Condiciones de frontera Son valores de entrada en el modelo que fuerzan al sistema y ocasionan un cambio p ej. Precipitación Condiciones iniciales Son los valores iniciales que representan las condiciones de inicio del sistema p ej. Condición de humedad inicial
- 9. Modelos hidrológicos Físicos Analógicos Matemáticos Determinísticos Por el tipo de proceso Empíricos Conceptuales Híbridos Por el tipo de parametrización Concentrados Distribuidos Semi-distribuídos Por la escala temporal Estáticos Dinámicos Estocásticos 3 2 1 4 Fernández et al. (1999) Wheater et al. (1993) Escala espacial 5 Unidimensionales Bidimensionales Tridimensionales
- 10. Tipo Modelo Parámetros Concentrado Semi-distribuido Distribuido Datos de entrada por celdas Salida un solo parámetro Salida un parámetro por subcuenca Salida un parámetro por cada celda Entradas y salidas de un modelo hidrológico según su parametrización
- 11. Por su conceptualización Concentrados Muestra las ecuaciones algebraicas y diferenciales (V. Singh, 1995). Distribuidos Toman en cuenta la variabilidad espacial en los procesos, los insumos, las condiciones de contorno y las características de la cuenca Amplio detalle en la modelización hidrológica, y permiten una mayor variedad de aplicaciones Representa las características espaciales más importantes de la cuenca Semi-distribuidos No considera las variables espaciales y condiciones de la cuenca Requiere menos datos y menores costos computacionales que los modelos distribuidos HEC-HMS SWAT VIC
- 12. Modelo conceptual vs modelo empírico Mundo real Modelo conceptual Representación simplificada de análisis El modelo empírico no basa las relaciones de variables en conceptos ni leyes sino en la aleatoriedad, requiere de datos de campo Conceptual
- 13. Sistema hídrico y sus interrelaciones (Betancur et al. 2009
- 15. Tipos de modelos y su uso según la aplicación Tipo de modelo Discretización espacial Ríos, lagos y reservorios Distribuido Semi-distribuido Concentrado 1-D 2-D 3-D Conceptuales + (+) - + + + Híbridos (+) + + + + Empíricos - - + + - - + = Posible, - = Imposible, (+) = Posible pero con ciertas condiciones Propósito/Aplicaciones Escala temporal Tipo de modelo Sistemas de alerta temprana en tiempo real y control de inundaciones 1 a 6 horas Concentrado o semidistribuido Predicción de inundaciones Mensual, decadal Predicción de series de tiempo Diario, mensual Gestión de recursos hídricos a gran escala Mensual, decadal, diario Medición y predicción a gran escala del efecto del uso de suelo, cambio climático y actividades humanas Mensual, decadal, diario Semi-distribuido Medición y predicción a pequeña escala del efecto del uso de suelo, cambio climático y actividades humanas 1 a 6 horas Distribuido o semidistribuido (Nemec, 1993)
- 16. Modelos hidrológicos Spatial Processes in HYdrology
- 17. Comparación de modelos: Procesos Tesis de maestría- UNAM-IMTA Análisis del efecto del cambio de uso de suelo en la escorrentía de cuencas usando el modelo SWAT M.C. Emmanuel Rodríguez Flores
- 18. Comparación de modelos: Aplicación
- 19. Comparación de modelos: Conceptualización y alcance
- 20. Comparación de modelos: Operación
- 21. SWAT (Soil and Water Assessment Tool)
- 23. Referencias • Fernández Mejuto, M., Vela Mayorga, A. y Castaño Fernández, S. (1999). La utilización de los modelos en hidrología. Universidad de Castilla La Mancha. • USACE (2022) HEC-HMS HEC-HMS Technical Reference Manual. Hydrologic Engineering Center, Davis, CA. • Nemec, J. 1993. Comparison and selection of existing hydrologic models for the simulation of the dynamic water balance processes in basins of different sizes and on different scales. Report international Commission for the Hydrology of the Rhine basin. Nederlands. ISBN 90-70980- 16-9. • Anderson, M.P. y Woessner, W.W. (1992). Applied Groundwater Modeling. Simulation of Flow and Advective Transport. Academic Press, 381 pp. • Betancur, T.; Mejia, O. y Palacio, C. (2009). Modelo hidrogeológico conceptual del Bajo Cauca antioqueño: un sistema acuífero tropical, Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia, Colombia., nº 48, pp. 107-118.
- 24. Tarea Elaborar un breve resumen del artículo: Singh, Vijay P., & Woolhiser, David A. 2002. Mathematical Modeling of Watershed Hydrology. Journal of Hydrologic Engineering. Julio Agosto 2002. Disponible en: http://www.uvm.edu/~bwemple/HydroModel/singh_woolhiser.pdf Ejecutar la herramienta HEC-HMS y SWAT para estimar el escurrimiento superficial de la cuenca utilizada en el ejercicio de CN. Utilice información de las normales climáticas de los últimos 50 años Entrega el pdf vía correo electrónico, hasta el 21 de noviembre 2023