Ramirezgonzalez HMS

7/26/2019 Ramirezgonzalez HMS

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INSTRUMENTACIN ELECTRNICAY CIENCIAS ATMOSFRICAS

Estimacin del escurrimiento de la cuenca del ro

dolos, Ver., aplicando el modelo HEC-HMS: estado

actual y ante escenarios de cambio climtico

TESIS

Que para evaluar la experiencia educativaExperiencia Recepcional (MEIF) del Programa Educativo

Licenciatura en Ciencias Atmosfricas

P r e s e n t a

VIRIDIANA ESVEIDY RAMREZ GONZLEZ

M. en I. Domitilo Pereyra Daz LCA. Claudio Hoyos ReyesDirector Co-director

Xalapa-Enrquez, Veracruz Marzo 2013

Esta tesis fue apoyada por el Programa de Estudios de Cambio Climtico de laUniversidad Veracruzana (PECCUV).


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Dedicado a mis padres, Margarita Gonzlez Garca e

Ignacio Ramrez Anaya. Sin su apoyo, comprensin,

sustento y amor hubiera sido imposible finalizar

tan importante logro en mi formacin profesional.


3/44

ii

Agradecimientos

Al M. en I. Domitilo Pereyra Daz por

la oportunidad de trabajar en este proyecto

y dirigirlo hasta el final.

A la comisin revisora, el M. en G. J. A. Agustn Prez Sesma

y la M. en G. Beatriz Elena Palma Grayeb, por sus importantes observaciones

y aportaciones que sirvieron para mejorar este trabajo.

Agradezco a los amigos que confiaron en m

y me apoyaron en cuanto pudieron.

En especial a Dara Jaaziel por su

entusiasmo, paciencia y amistad.

A Claudio Hoyos Reyes por ser asesor,

gua, maestro y amigo. Con su apoyo

y confianza fue posible culminar este trabajo.

Y a mi familia, por haberme permitido cumplir

mi meta a costa del sacrificio que esto signific.


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iii

NDICE

RESUMEN

Pgina

1

1. INTRODUCCIN 11.1 Antecedentes

1.2 Importanc ia del tema

2

3

1.3 Hiptesis 4

2. DESCRIPCIN DE LA ZONA DE ESTUDIO

2.1 Rgimen de precipitacin

2.2 Tipo de suelo

2.3 Uso de suelo

4

6

8

10

3. MTODO 12

3.1 Descripc in del modelo HEC-HMS 12

3.2 Modelo Nmero de Curva SCS 14

3.3 Mtodo de transformacin 16

3.4 Datos de precipitacin

3.5 Optimizacin de una tormenta

3.6 Modelos de circulacin general ECHAM y PRECIS

18

20

21

4. RESULTADOS

4.1 Escurrimiento generado por el modelo HEC-HMS: estado actual

24

24

4.2 Escurrimiento estimado ante escenarios de cambio climtico

4.3 Estimacin del escurrimiento generado por el huracn Karl (2010)

26

34

CONCLUSIONES 37

Referencias 38


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1

RESUMEN

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos de implementar

herramientas informticas matemticas en la modelacin hidrolgica. Para estimar

el escurrimiento medio diario en la cuenca del ro dolos, Veracruz, a partir dedatos de precipitacin, informacin edafolgica y de uso de suelos, entre otros; se

utiliza el modelo hidrolgico semidistribuido HEC-HMS que simula el proceso

lluvia-escurrimiento. Los resultados, muestran una estimacin congruente del

volumen de escurrimiento, respecto al observado en la estacin hidromtrica Los

dolos, cuyo perodo de registro corresponde de 1971 al 2000, bajo la condicin

actual de la cuenca. Adems, se muestra la proyeccin del escurrimiento para las

dcadas 30s y 50s, ante los escenarios socioeconmicos A2, B1 y B2,

propuestos por el Panel Intergubernamental de Cambio Climtico (IPCC, por sus

siglas en ingls) en su cuarto informe, aplicando el modelo de circulacin global

ECHAM y el modelo de circulacin regional PRECIS. Los resultados indican que,

para la dcada de los 30s, habra un aumento del 5.01% y 5.17%, para los 50s el

incremento sera de 2.18% y 3.44% en los escenarios A2 y B2 respectivamente,

aplicando el modelo global ECHAM. El modelo regional PRECIS indica un

decremento de 10.62% bajo el escenario A2 y de 9.58% bajo el escenario B1,

para la dcada de los 50s.

1. INTRODUCCIN

Para cuencas de respuesta rpida es necesario estimar la magnitud y variacin

del escurrimiento superficial generado por tormentas severas, dado que pueden

provocar inundaciones en la parte baja de stas; dicha informacin es requerida

en la planeacin, as como en el manejo del recurso hdrico. La estimacin del

escurrimiento por mtodos indirectos implica utilizar tcnicas y herramientas

evaluadas y calibradas, que contengan las caractersticas fsicas de la cuenca

(tipo de suelo, cobertura vegetal, pendiente, rea y relieve), las cuales determinan

en gran medida los procesos del ciclo hidrolgico. De las tcnicas que se utilizan


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2

para estimar el escurrimiento, tenemos los modelos numricos considerados una

herramienta valiosa, por la obtencin de resultados favorables (Fernndez et al.,

1999).

Actualmente, existe un sin nmero de modelos matemticos que se han utilizadoen diversas reas del conocimiento, para simular eventos reales que de otra forma

no sera posible estudiar. En Hidrologa se han desarrollado tcnicas cada vez

ms avanzadas, que permiten la simulacin del escurrimiento en una cuenca para

conocer el escurrimiento mximo de una tormenta con anticipacin. Una de stas,

es el modelo semi-distribuido Hydrologic Engineering Center-Hidrologic Model

System (HEC-HMS v.3.5) que permite simular el proceso lluvia-escurrimiento en

una cuenca hidrolgica. Por lo expuesto anteriormente, este trabajo tiene por

objetivo calcular el escurrimiento en la subcuenca del ro dolos (Veracruz)

utilizando el modelo HEC-HMS, calibrando el modelo con tormentas severas

registradas en el perodo de 2000 al 2010 en condiciones actuales y proyectadas

ante escenarios de cambio climtico.

1.1 Antecedentes

En este apartado se hace referencia a trabajos relacionados con el estudio de

cuencas hidrolgicas donde se considera el tipo y uso de suelo; as como trabajosque han utilizado el modelo HEC-HMS como herramienta en el diseo hidrolgico.

Esto con el objeto de dar soporte y certeza a este trabajo. Mendoza (2002a),

menciona que existen insuficiencias de tipo metodolgico para el anlisis de

cuencas con ausencia de datos hidromtricos. Njera (2010), seala que, adems

de la falta de datos se adjunta el problema de cambio de cobertura y uso del suelo

que se ha reconocido en muchos pases como una de las principales causas de

deterioro ambiental; por ello, el uso de modelos como mtodos de medicin estn

ubicados en el centro de la investigacin ambiental, por ser una herramienta til

para el entendimiento de los mecanismos y procesos de deterioro, adems de

servir como gua para la toma razonable de decisiones sobre el uso del territorio.


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3

Mendoza et al. (2002b), realizaron un trabajo en el cual una de sus metas fue

entender las implicaciones del cambio de uso de cobertura vegetal, a nivel

regional, en una cuenca poco aforada. Por otro lado, Miranda et al. (2009),

investigaron la dinmica de uso de suelo en una cuenca, con el fin de confirmar un

aumento en el gasto mximo a travs del tiempo aplicando el modelo HEC-HMS,

encontrando que a pesar del cambio de uso de suelo en escenarios distintos, el

parmetro (parte fundamental de la metodologa) no cambia de maneraconsiderable y por tanto, el escurrimiento tampoco. Rodrguez (2010), obtuvo un

modelo lluvia-escurrimiento semidistribuido a escala de evento de lluvia en la

cuenca del ro Reno, Italia. Para ello utiliz, entre otros, el software HEC-HMS

para la simulacin hidrolgica del proceso, donde el modelo logra reproducir

eventos de gastos mximos independientes que superan los 350 m3/s con un errorpor debajo del 10%.

Gaytn et al. (2008), simularon el escurrimiento de la cuenca del lago Santa Ana,

ubicada en el estado de Zacatecas, Mxico, utilizando la combinacin de dos

modelos de simulacin: Watershed Modelling System (WMS) y el Hydrologic

Modelling System (HEC-HMS). Utilizaron el HEC-HMS para estimar los

hidrogramas de escurrimiento, mediante el uso de datos histricos de lluvia; la

calibracin del modelo la realizaron con datos hidromtricos observados. Laaplicacin de estas herramientas vinculadas les permiti estimar los lmites

modificados de la cuenca y el comportamiento hidrulico del lago Santa Ana.

Garca (2011), estim el escurrimiento generado por tormentas intensas ocurridas

en las dcadas de los 70s y 80s, aplicando el modelo HEC-HMS en la cuenca del

ro Tecolutla, Mxico. Adems, utiliz los modelos globales ECHAM y PRECIS

para evaluar la precipitacin ante escenarios de cambio climtico en las dcadas

de los 2020s y 2050s.

1.2 Importancia del Tema

La necesidad de predecir el efecto que ocasionan los fenmenos meteorolgicos

es cada vez mayor, especialmente en el sector socioeconmico. De esta manera,


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4

el estudio del escurrimiento es necesario para entender el comportamiento de una

cuenca ante la presencia de lluvias intensas que pueden provocar inundaciones.

El ro dolos se encuentra en una cuenca de respuesta rpida, por lo que es vital

contar con un anlisis que permita conocer el comportamiento de la cuenca ante laocurrencia de precipitaciones intensas. Sin embargo, la falta de datos en la zona

de estudio es un problema latente que complica el proceso; por ello el uso de

modelos numricos es la mejor opcin para realizar un estudio como este,

especficamente el modelo HEC-HMS, que puede cubrir dichas carencias y

simular un evento de escurrimiento tomando en cuenta las caractersticas

fisiogrficas de la cuenca.

1.3 Hiptesis

Segn trabajos previos, el modelo numrico HEC-HMS, logra simular el

escurrimiento an sin contar con una base de datos completa. Por ello, se supone

que este modelo ser igualmente til para obtener valores de escurrimiento

congruentes para la cuenca del ro dolos, considerando 6 de los eventos ms

intensos de precipitacin ocurridos en un perodo de 10 aos.

2. DESCRIPCIN DE LA ZONA DE ESTUDIO

Por sus caractersticas hidrolgicas y en funcin de los lmites de cuencas

hidrolgicas establecidos por la Comisin Nacional del Agua, en la costa

veracruzana se delimitan cuatro regiones hidrolgicas (RH) de norte a sur: RH-26

Pnuco, RH-27 Norte de Veracruz o Tuxpan-Nautla, RH-28 Papaloapan y RH-29

Coatzacoalcos.1

Este trabajo estudia parte de la cuenca del ro Actopan, que se encuentra en la

regin RH-28 Papaloapan. La subcuenca del ro dolos, es el principal afluente del

1 http://siga.cna.gob.mx/mapoteca/regiones%20hidrologicas/mapareghidro.htm


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5

ro Actopan. El ro dolos sigue una direccin sureste hacia el poblado Naranjos,

donde cambia de direccin al noreste hasta su confluencia con el ro Actopan2.

Se localiza entre los 1920 y los 1935 de latitud norte y los 9655 y los 9630

longitud oeste, cubriendo un rea total de 540 km2

(Argelles, 2002). Debido a quela estacin hidromtrica Los dolos se ubica antes de una corriente tributaria

perenne conocida como Juan Lpez y otros afluentes intermitentes, se realiz un

recorte de la subcuenca como se muestra en la figura 1, con el fin de tomar en

cuenta solamente el territorio donde influye el escurrimiento de la estacin

hidromtrica Los dolos. Por tanto, el rea de la subcuenca modificada, que de

ahora en adelante para fines prcticos se llamar cuenca, es de 508.2km2.

La altitud de la cuenca vara desde los 1601msnm a los 85msnm. En la parte msalta se encuentra el cerro del Macuiltpetl y en la ms baja se ubica la estacin

hidromtrica Los dolos, de acuerdo a las mediciones realizadas con un GPS

eXplorist 100.

Fig. 1. Delimitacin de la cuenca del ro dolos de acuerdo a INEGI (lnea delgada) y modificada con el

software ArcGis V.9.3, para la zona de estudio, lnea obscura. (ESRI, 2006).

2http://dof.gob.mx/ Pgina consultada en agosto 2012.


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6

2.1 Rgimen de Precipitacin

El rgimen de precipitacin en la cuenca corresponde al de un clima monznico en

Mxico, donde se presentan lluvias durante los meses de junio a septiembre y

condiciones relativamente secas durante el periodo diciembre-marzo (Magaa,2004). La distribucin de precipitacin en la cuenca del ro dolos es similar en

ambos perodos, como lo muestran los mapas de isoyetas de las figuras 2 y 3,

donde se observa que los valores mximos se encuentran en la parte alta de la

cuenca y disminuyen hacia la parte baja de la misma. Estos mapas se realizaron

a partir del anlisis de las normales climatolgicas del perodo 1981-2010,

proporcionadas por la Comisin Nacional del Agua (CONAGUA)3.

Fig. 2. Distribucin espacial de la precipitacin (mm/mes) en la cuenca del ro dolos durante los meses de

junio a septiembre en el periodo 1981 al 2010.

3smn.conagua.gob.mx


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7

Los valores mximos y mnimos de precipitacin son 240mm y 56mm en el

periodo de junio a septiembre, y de 170mm y 12mm entre diciembre y marzo. El

promedio anual para la cuenca del ro dolos es de 1070.3mm y en los meses de

junio a septiembre llueve el 72.46% del acumulado anual.

En la figura 4 se muestra el comportamiento histrico mensual del gasto mximo

en metros cbicos por segundo, en el perodo 2000-2010; esta grfica permite

conocer la magnitud de los escurrimientos mximos que se han presentado en la

cuenca del ro dolos.

Fig. 3. Distribucin espacial de la precipitacin (mm/mes) en la cuenca del ro dolos durante los meses de

diciembre a marzo en el periodo 1981-2010.

El gasto mximo promedio de la cuenca del ro dolos es de 60m3/s, estimado enbase a los datos registrados en el Banco Nacional de Datos de Aguas

Superficiales (BANDAS)4durante el perodo 1970-2000 y se consider tormentas

4ftp://ftp.conagua.gob.mx/Bandas/Bases_Datos_Bandas


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severas aquellas cuyo gasto exceda este valor. Los eventos de escurrimiento

presentes en este trabajo tienen un gasto mayor a los 100m3/s.

26/05/2000

12/06/2001

29/06/2002

16/07/2003

01/08/2004

18/08/2005

04/09/2006

21/09/2007

07/10/2008

24/10/2009

10/11/2010

0

100

200

300

400

500

Gasto(m3/s)

Fig. 4. Grfico que muestra el gasto medio registrado en la estacin hidromtrica Los dolos durante el

perodo 2000-2010.

2.2 Tipo de Suelo

Es importante conocer el tipo de suelo para la zona de estudio, debido a que esta

caracterstica influye directamente en el nmero de curva (), parmetrofundamental del mtodo, que se explicar posteriormente.

Son muchas las condiciones que determinan la existencia del tipo de suelo que

puede encontrarse en un lugar; el clima, la topografa, la variedad de minerales, el

relieve y la actividad de los organismos son algunos ejemplos.5

Mxico cuenta con aproximadamente 90% de los diferentes tipos de suelos queexisten a nivel mundial. Debido a que el rea es muy pequea, en la cuenca del

ro dolos se encuentran solamente 5 tipos de suelo, que conforman la edafologa

de la zona, como se muestra en la figura 5. El mapa edafolgico se obtuvo a partir

5http://intranet.capacitacion.inegi.gob.mx


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del Conjunto de Datos Vectoriales de la carta de Edafologa Serie III en una escala

de 1:250 000.

Fig. 5. Mapa edafolgico de la cuenca del ro dolos modificado con el software ArcGis V9.3. Fuente: INEGI

(2007a).

Las caractersticas de cada tipo de suelo se muestran en la tabla 1. De manera

general, el suelo en la cuenca del ro dolos tiene gran contenido de arcilla y

materia orgnica, lo que indica un suelo semi-impermeable, como se comprobar

ms adelante. Estas caractersticas fisiogrficas son parte fundamental para la

estimacin del escurrimiento en la cuenca, por lo que sern utilizadas en elmtodo donde se explicar a detalle el anlisis realizado.


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10

Tabla 1. Caractersticas de los distintos tipos de suelo contenidos en la cuenca del ro dolos.

2.3 Uso de Suelo

El uso de suelo se define por el tipo de suelo que existe en una regin, donde

poco tiene que ver el hombre. Sin embargo, ha sido precisamente el hombre quien

ha modificado el uso del suelo para su beneficio y de esta manera aprovechar al

mximo las caractersticas del mismo. Por ejemplo, un suelo tipo feozem, rico en

materia orgnica, puede ser aprovechado para la agricultura, como es el caso de

la cuenca del ro dolos, donde la mayor parte de su rea es utilizada para fines

agrcolas, pecuarios y forestales.

Cabe resaltar que no siempre resulta atinado el uso de suelo, ya que la mayora

de las veces solo se explota, hasta deformar sus caractersticas; basta observar la

cantidad de reas verdes que han sido destruidas para cimentar la infraestructura

necesaria que se requiere para abastecer a la creciente poblacin de las

Clave Clasificacin Tipo Textura Caractersticas

Th/2 Andosol Hmico A Mediana Arenas con poco limo y arcilla; suelos muy

permeables. Muy ligeros, con gran capacidad

de retencin de agua y nutrientes.

Ah/3 Acrisol Hmico D Fina Arcilla en grandes cantidades; suelos pocos

profundos muy impermeables con alto

contenido de materia orgnica.

Hh/2 Feozem Hplico C Mediana Arenas muy finas. Pueden presentar casi

cualquier tipo de vegetacin en condiciones

naturales. Suelo con alto contenido de arcilla.

Hl/2 Feozem Lvico C Mediana Arenas muy finas, limos. se utilizan en

agricultura de temporal y riego con cultivos de

maz, frijol, ctricos, pastos y algunos frutalescon altos rendimientos. Color obscuro, alto

contenido en materia orgnica y arcilla.

Vp/3 Vertisol Plico C Fina Textura fina de color negro con abundante

arcilla. Se hinchan con la humedad y se

agrietan cuando estn secos. Estos suelos

suelen emplearse en cultivos de arroz, caa

de azcar y pastos.


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11

localidades ubicadas dentro de la cuenca. (Vase http://www.inegi.org.

mx/geo/contenidos/urbana/ciud_cap.aspx).

La figura 6 muestra los principales tipos de suelo que se encuentran en la cuenca

del ro dolos, este mapa se realiz en base al Conjunto de Datos Vectoriales de laCarta de Uso de Suelo y Vegetacin Serie IV proporcionado por la INEGI 2007 a

una escala de 1:250 000. En esta regin, an se conserva el Bosque de Encino y

Bosque Mesfilo de Montaa, siendo este ltimo un rea protegida. Aunque dentro

de la cuenca se localizan diversos cuerpos de agua, el principal es la presa de

Miradores.

Fig. 6.Mapa que muestra la distribucin de uso de suelo para la cuenca del ro dolos modificado con el

Software ArcGis V9.3. Fuente:INEGI (2007b).


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3. MTODO

Para estimar el escurrimiento en la cuenca del ro dolos, es necesario calibrar el

modelo HEC-HMS a partir de la precipitacin y otras variables fisiogrficas

(nmero de curva, pendiente de la cuenca, tiempo de concentracin, etc.) que nospermitan caracterizar la cuenca; y obtener resultados confiables.

3.1 Descripcin del Modelo HEC-HMS

El modelo HEC-HMS v.3.5, es un programa de simulacin hidrolgica, lineal y

semidistribuido, diseado para simular los procesos de lluvia-escurrimiento en los

sistemas de cuencas dendrticas, desarrollado por la US Army Corps of Engineers;

estima hidrogramas de salida de una cuenca o varias cuencas (escurrimiento

mximos y tiempo pico). Para ello, se aplican algunos de los mtodos de clculo

de hietogramas (precipitacin total y de exceso), prdidas por infiltracin,

escurrimiento base, etc., obtenidos a partir de condiciones extremas de

precipitacin. Estos clculos se realizan a partir de la introduccin de variables

conocidas, como son: la precipitacin media, rea de la cuenca, uso de suelo, tipo

de suelo, as como el rea que corresponde a cada regin edafolgica, entre otros

coeficientes. ste modelo matemtico tiene una gran aceptacin a nivel

internacional y su distribucin es libre.

El modelo HEC-HMS, ofrece una amplia gama de posibilidades en cuanto al

anlisis hidrolgico se refiere; dado que utiliza diversos mtodos de prdida,

transformacin y flujo base, como el hidrograma unitario de Clark, el hidrograma

unitario de Snyder, el mtodo ModClark y el hidrograma unitario del SCS (Arlen,

2000); ste ltimo fue utilizado para calcular el escurrimiento en la cuenca del ro

dolos.

La interfaz del programa, permite al usuario introducir las variables requeridas de

una manera prctica, debido a que desglosa el ciclo hidrolgico en diversos

apartados delimitados por caractersticas especficas.


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El programa se maneja por proyectos, cada proyecto es representado por una

ventana como la que se muestra en la figura 7. En el cuadro superior izquierdo se

encuentran los segmentos que constituyen la o las cuencas (subcuencas, presas,

sumideros, afluentes) con las que se puede trabajar. En la parte inferior, se

encuentran las opciones de cada segmento, de las cuales el usuario elige para

particularizar la zona de estudio. El recuadro obscuro representa el rea de trabajo

del usuario, por encima en la parte inferior derecha se observa la cuenca con la

que se trabaj en este proyecto. En esta figura aparecen los resultados grficos y

tabulaciones una vez que se ha compilado y corrido el programa. En la parte

inferior de la imagen se muestran los cambios que se van haciendo al proyecto,

as como los posibles errores que se encuentren al compilar. Por ltimo, el men

superior es donde se crean, abren, agregan, modifican y compilan los proyectos(Scharffenberg y Fleming, 2008).

Fig. 7. Interfaz del programa HEC-HMS. El grfico que lleva el nombre dolos representa a la cuenca de este

trabajo.


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Dentro de sus funciones el HEC-HMS permite calcular, adems del escurrimiento

producido por lluvias intensas, la infiltracin, evaporacin, almacenamiento de

agua, etc.

3.2. Modelo Nmero de Curva SCS.

El mtodo del Servicio de Conservacin de Suelos Nmero de Curva (SCS y ,respectivamente, por sus siglas en ingles) de los Estados Unidos, es un modelo

que estima la precipitacin en exceso como funcin de la precipitacin acumulada,

la cobertura de suelo, el tipo de uso de suelo y la abstraccin inicial (Arlen, 2000).

Asigna un valor numrico a cada tipo de uso de suelo presente en la cuencaen combinacin con el tipo de suelo que hay en ella. El cual es el valor principal a

introducir en el modelo por caracterizar gran parte de la cuenca, puede variar de 0

a 100 unidades (adimensional). Un valor cercano a 100 significa que todo lo que

llueve escurre y por tanto, la cuenca es muy impermeable, mientras que un valor

cercano a 0 indica que el agua precipitada se infiltra casi por completo,

traducindose en un suelo semi-permeable.

Para obtener el , se utilizan mapas del rea de estudio con las caractersticas

fsicas del tipo y uso de suelo (mostrados en las figuras 5 y 6), as como tablas convalores de equivalencia de la cobertura y tipo de suelo (tablas 2 y 3).

Tabla 2. Clasificacin del tipo de suelo de acuerdo al contenido de arcilla.

Tipo de suelo Textura de suelo

A Arenas con poco limo y arcilla; suelos muy permeables

B Arenas finas y limos

C Arenas muyfinas, limos, suelos con alto contenido de arcilla

D Arcilla en grandes cantidades; suelos pocos profundos con sub

horizontes de roca sana; suelos muy impermeables


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15

Tabla 3. Seleccin de , segn la clasificacin encontrada en Aparicio (2010).

Nmero de Curva Uso de la tierra y

coberturaTratamiento

de sueloPendiente delterreno en %

Tipo de sueloA B C D

Sin cultivo Surco rectos ----- 77 86 91 94Cultivos en surco Surco rectos > 1 72 81 88 91

Surco rectos < 1 67 78 85 89Contorneo > 1 70 79 84 88Contorneo < 1 65 75 82 86Terrazas > 1 66 74 80 82Terrazas < 1 62 71 78 81

Leguminosas opraderas conrotacin

Surco rectos > 1 66 77 85 89Surco rectos < 1 58 72 81 85Contorneo > 1 64 75 83 85Contorneo < 1 55 69 78 83Terrazas > 1 63 73 80 83Terrazas < 1 51 67 76 80

Pastizales ----------- > 1 68 79 86 89----------- < 1 39 61 74 80Contorneo > 1 47 67 81 88Contorneo < 1 6 35 70 79

Praderapermanente

----------- 30 58 71 78

Bosque naturalesMuy ralo ----------- --- 56 75 86 91Ralo ----------- --- 46 68 78 84Normal ----------- --- 36 60 70 77Espeso ----------- --- 26 52 62 69Muy Espeso ----------- --- 15 44 54 61CaminosDe terracera ----------- --- 72 82 87 89

Con superficie dura ----------- --- 74 84 90 92

Una vez asignado un valor a cada rea de cobertura encontrada en la cuenca,se realiz un promedio ponderado, como se muestra en la ecuacin 1 (tabla 5),

donde cada representa el nmero de curva en un rea especfica (). constituye el nmero de curva promedio para toda la cuenca y indica el reatotal de la cuenca, el subndice depender del nmero de reas en que se halladividido la cuenca de acuerdo a sus caractersticas edafolgicas.

La tabla 2 permite definir el tipo de suelo de acuerdo a la textura y contenido de

arcilla principalmente. La tabla 3 define el nmero de curva; para obtenerlo se

intercepta el tipo de suelo encontrado en la cuenca (tabla 1), con el uso de suelo

de la figura 6. Es necesario conocer algunas caractersticas adicionales al tipo de


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uso de suelo, como lo son tratamiento de sueloy pendiente del terreno; ya que la

divisin de la tabla 3 lo clasifica de esta manera.

Debido a que la cuenca del ro dolos no cuenta con un estudio en la distribucin

de rboles en los bosques, se tom en cuenta una distribucin promedio (normal).Se observ que la tcnica de cultivo ms utilizada en el estado de Veracruz es de

surcos rectos, por lo que se consider esta tcnica para el anlisis del . De losclculos efectuados en la tabla 5, se sabe que la cuenca tiene una pendiente >1,

obteniendo as, los nmeros de curva presentes en la cuenca del ro dolos. Para

obtener el rea de influencia de cada , se combinaron las reas edafologa yuso de suelo de las figuras 5 y 6; los resultados de cada rea con su respectivo

se muestra en la tabla 4.

Tabla 4. Subdivisin del rea de la cuenca del ro dolos respecto al correspondiente.

No. rea rea (Km2) 1 0.29 02 1.78 363 28.04 584 110.33 705 2.37 746 335.91 817 29.36 92

El del rea No. 1 es cero, debido a que corresponde a la presa Miradores y elagua que precipita permanece en el cuerpo de agua.

3.3. Mtodo de transfo rmacin

Por el mtodo de transformacin se estima el gasto mximo (gasto pico) de

escurrimiento del cauce principal en un tiempo de concentracin propio del cauce.

Para generar el grfico que muestre el escurrimiento en una avenida, el modelo

HEC-HMS debe conocer el nmero de curva, el flujo base que hay en la cuenca

durante cada tormenta (mostrado en la tabla 6) y el de retardo calculado a partir

del tiempo de concentracin calculado por la frmula de Kirpich (ecuacin 2). Este


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mtodo requiere el tiempo de retardo () que es el 60% del tiempo deconcentracin para calcular el escurrimiento.

Tabla 5. Datos de alimentacin para el modelo HEC-HMS, que caracterizan la cuenca dolos.

Longitud del ro dolos

Cauce principal =60,379.9En lnea recta =40,573.46

Alt itud

Punto ms bajo =85(estacin hidromtrica Los

dolos)Punto ms alto =1601(cerro de Macuiltpec)

Pendiente

=

=0.0373 >1

Nmero de curva

= .. Ec. 1 =77Tiempo de concentracin

=0.000325.

.. Ec. 2 =5.53.

60% = =199.08Abstraccin inic ial del suelo

=0.2 254.. Ec. 3 =15.17rea de la cuenca Constante de recesin

=508.2 =1=0.9...Ec. 4

Existen otros valores que deben ser introducidos al modelo para calibrarlo. Estos

son:

Abstraccin Inicial: es la cantidad de agua que puede absorber el suelo en

condiciones inciales de acuerdo al de la cuenca y es calculado con laecuacin 3.

Constante de recesin: se estima mediante el gasto ocurrido en un da en la

cuenca () entre el registrado un da antes (). En caso de que el gastode ambos das sea el mismo, el valor a utilizar es 0.9, pues 1 es un valor

idealizado. Fue calculado con la ecuacin 4.


22/44

18

Tipo de umbral (thresold type): es el caudal con el cual el modelo comienza

a programar una nueva recesin, este valor es adimensional. Para este

trabajo se consider de 0.25.

3.4 Datos de Precipitacin

Los datos de precipitacin con que se aliment el programa HEC-HMS fueron

extrados de la base de datos CLICOM (actualizado al 2011), tomando los datos

del perodo 2000 al 2010. Mientras que, los valores de gasto se obtuvieron de la

estacin hidromtrica Los dolos.

Para la calibracin del modelo HEC-HM se tomaron en cuenta 6 de las tormentas

ms intensas con un escurrimiento mayor a los 100 m

3

/s, registradas dentro delperodo 2000-2010. Las caractersticas de cada una de estas tormentas se

muestran en la tabla 6.

Tabla 6. Tormentas que alimentaron el modelo HEC-HMS.

No.

TormentaPerodo Ao

Precipitacin

Mxima (mm/da)

Gasto Base

(m3/s)

1 05/Jun-21/Jun 2000 85.47 1.807

2 18/Ago-24/Ago 2005 104.17 1.071

3 18/Jul-23/Jul 2006 70.90 4.7834 26/Sep-30/Sep 2007 95.45 1.723

5 04/Jun-12/Jun 2008 59.49 1.183

6 03/Jul-12/Jul 2008 61.00 20.327

El modelo HEC-HMS en el proceso de transformacin lluvia-escurrimiento,

necesita el valor de la precipitacin promedio diario (para este estudio) por ello, se

utiliz la tcnica de polgonos de Thiessen (figura 8), que muestra el rea de

influencia de cada pluvimetro para obtener el valor promedio de la precipitacin

de cada tormenta.

Fue necesario recurrir a estaciones auxiliares para obtener un registro ms

detallado de datos.


23/44

19

Fig. 8. Ubicacin de las estaciones climatolgicas internas y auxiliares de la cuenca del ro dolos y rea de

influencia calculada por el mtodo de polgonos de Thiessen.

Para realizar los mapas y grficas presentes en este trabajo, se utilizaron los

software SURFER V.8 (Golden Software, 1999), el sistema de informacin

geogrfica ArcGIS V9.3 (ESRI, 2006), Microsoft Excel y STATISTICA V7.0

(Statsoft, 2003); estos software trabajan con imgenes de satlite (Google Earth V.

6.1), cartas edafolgicas y uso de suelo (INEGI, 2007).

3.5 Optimizacin de una tormenta

En la tormenta 1, se observ una sobreestimacin del escurrimiento muy por

encima de los valores reales (figura 9). Dado que el modelo HEC-HMS no fue

capaz de reproducirla por los datos observados, se opt por optimizar la tormenta

con una opcin que el mismo modelo numrico HEC-HMS proporciona,

obteniendo como resultado la figura 12, inciso 1b.


24/44

20

Esta optimizacin consisti en encontrar un y una abstraccin inicial (0)adecuadas para esa tormenta (vase Hydrologic Modeling System HEC-HMS.

Technical Reference Manual. Chapter. 9; Arlen, 2000). La optimizacin arroj un

valor de = 35.502 y =51, indicando que la mayora de la precipitacin quecay a la superficie fue absorbida para la saturacin del suelo. A partir de aqu se

tomar esta nueva tormenta como tormenta 1.

Una vez realizado este ajuste se hizo una correlacin de los gastos mximos

observados con los gastos mximos estimados (figura 10), dando como resultado

un coeficiente de Pearson de 0.8987, es decir que los datos de gasto estimados

concuerdan en un 89.87% a los datos de gasto observados.

05/06/2000

07/06/2000

09/06/2000

11/06/2000

13/06/2000

15/06/2000

17/06/2000

19/06/2000

21/06/2000

23/06/2000

0

20

40

60

80

100

120

Gasto(m

3/s)

1a)

06/06/2000

08/06/2000

10/06/2000

12/06/2000

14/06/2000

16/06/2000

18/06/2000

20/06/2000

22/06/2000

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Gas

to(m

3/s)

1b)

Fig. 9. Histogramas generados por la tormenta 1. El inciso 1a) muestra el escurrimiento observado en la

estacin hidromtrica Los dolos de manera optimizada; el inciso 1b) es el escurrimiento estimado por el

modelo numrico HEC-HMS sin aplicar la optimizacin.


25/44

21

50 100 150 200 250 300 350 400 450

Gasto Mximo Observado (m3/s)

50

100

150

200

250

300

350

400

GastoMximoEstim

ado(m3/s)

Gasto obs:Gasto Est: r2= 0.8987

Fig. 10. Grfica que muestra la correlacin entre el gasto mximo observado y el gasto mximo estimado por

el modelo HEC-HMS, tomando en cuenta la tormenta 1 optimizada.

3.6 Modelos de circulacin general ECHAM y PRECIS

Para generar escenarios de cambio climtico en este trabajo se utiliz el modelo

de circulacin general ECHAM (del European Center for Medium Range Weather

Forecast) y el modelo de circulacin general regional PRECIS (del Providing

Regional Climates for Impacts Studies) (Palma, et. al. 2007).

En la tabla 7 se muestran los datos de salida del modelo de circulacin general

ECHAM y las variaciones en porcentaje respecto a las normales climatolgicas del

perodo 1971-2000 para la dcada de los 30s y 50s ante los escenarios

socioeconmicos A2 y B2.

Una vez conocidas estas variaciones, solamente se aumentaron o disminuyeron a

los datos de precipitacin, como se muestra en la tabla 9.


26/44

22

Tabla 7. Variacin porcentual de la precipitacin en los modelos A2 y B2, en relacin a las normales

climatolgicas (1971-2000), obtenidas del modelo de circulacin general ECHAM.

Normales

Climatolgicas

(1971-2000)

Escenario A2

2030's 2050's

Escenario B2

2030's 2050's

Precipitacin(mm/mes)

Precipitacin(mm/mes)

Variacin (%) Precipitacin(mm/mes)

Variacin (%)

Ene 31.74 15.23 26.29 77.74 44.88 8.92 15.33 133.70 77.19

Feb 26.64 33.91 51.67 225.76 141.90 21.35 32.53 343.61 216.08

Mar 29.89 -5.04 -9.37 -27.76 -28.22 -5.13 -8.11 -51.55 -44.60

Abr 36.59 -22.07 -34.04 -94.79 -68.44 -15.97 -24.01 -146.19 -102.94

May 68.05 -26.30 -42.67 -50.94 -32.73 -16.89 -26.82 -82.72 -52.01

Jun 201.08 -13.36 -22.90 -7.11 -4.88 -9.18 -14.97 -12.18 -7.96

Jul 215.11 -6.68 -12.50 -3.12 -2.57 -5.50 -9.21 -5.84 -4.31

Ago 172.89 -2.97 -6.65 -1.73 -1.85 -3.17 -5.51 -3.88 -3.21

Sep 186.51 10.89 14.73 6.20 3.77 6.62 9.20 8.38 5.23

Oct 98.53 -22.06 -30.83 -24.69 -11.83 -10.59 -15.42 -34.48 -17.21Nov 40.80 1.49 1.12 4.56 12.16 4.30 5.17 3.80 14.69

Dic 26.50 -16.57 -20.32 -89.68 -3.14 -0.67 -0.66 -109.83 -2.88

Cabe aclarar, que para generar los escenarios de cambio climtico con el modelo

ECHAM se tom como escenario base el perodo 1971-2000, mientras que en el

modelo de circulacin regional PRECIS se tom el escenario base

correspondiente al periodo 1961-1990. Asimismo, se proyectaron los escenarios

de las tormentas ocurridas en el perodo 2000-2010; por lo que los resultadosdebern considerarse como una hiptesis de lo que podra ocurrir en las dcadas

30s y 50s ante los escenarios socioeconmicos A2 y B2 (ECHAM) y A2 y B1

(PRECIS), ya que actualmente no se cuenta con escenarios bases que consideren

el perodo 2000-2010.

Para generar la proyeccin futura de los escenarios A2 y B1 utilizando el modelo

regional PRECIS se construyeron mapas de los meses de junio, julio, agosto y

septiembre (meses en que se encuentran las tormentas) en la pgina del modelo6

,estas imgenes, como la figura 11, muestran las variaciones de la precipitacin en

milmetros por da (mm/da).

6http://precis.insmet.cu/datos.html


27/44

23

Se utiliz el software ArcGIS V9.3 para asignar un valor a cada estacin, donde se

georeferenciaron los mapas y se agregaron las estaciones climatolgicas y la

cuenca del ro dolos (fig. 11). Con estas variaciones y apoyndonos en la

ecuacin 5 (Palma, et. al. 2007) se obtuvo la proyeccin de la precipitacin futura

nicamente para la dcada de los 50s puesto que no hay datos disponibles para

la dcada de los 30s.

= . + ......................... Ec. 5

Fig. 11. Variaciones de precipitacin (mm/da) del modelo PRECIS, para los aos 50s escenario B1 en el mes

de junio.


28/44

24

Tabla 8. Variacin porcentual de la precipitacin en los modelos A2 y B1, en relacin a las normales

climatolgicas (1961-1990), obtenidas del modelo de circulacin general PRECIS.

Normales Climatolgicas

(1961-1990)PRECIS Escenario A2 PRECIS Escenario B1

Mes

Precipitacin

()Variacin

()

Precipitacin

futuraVariacin

Variacin

()

Precipitacin

futuraVariacin

(mm/mes) (mm/da) (mm/da) (mm /da) (%) (mm/da) (mm/da) (%)

Jun 207.75 6.93 0.48 7.41 6.93 0.36 7.29 5.20

Jul 216.4 6.98 -1.03 5.95 -14.76 -0.76 6.22 -10.89

Ago 172.075 5.55 -0.33 5.22 -5.95 -0.30 5.25 -5.40

Sep 214.975 7.17 -0.75 6.42 -10.47 -0.55 6.62 -7.68

4. RESULTADOS

4.1 Escurrimiento generado por el modelo HEC-HMS: estado actual

El mtodo descrito previamente fue aplicado a las tormentas que se presentan en

la tabla 6 con el fin de calibrar el modelo, tomando los datos y variables ya

establecidos. En la figura 12 se muestran los hidrogramas observados y estimados

con el modelo HEC-HMS, generados por cada tormenta.

05/06/2000

07/06/2000

09/06/2000

11/06/2000

13/06/2000

15/06/2000

17/06/2000

19/06/2000

21/06/2000

23/06/2000

0

20

40

60

80

100

120

Gasto(m

3/s)

1a)

05/06/00

07/06/00

09/06/00

11/06/00

13/06/00

15/06/00

17/06/00

19/06/00

21/06/00

23/06/00

0

20

40

60

80

100

120

Gas

to(m

3/s)

1b)

18/08/2005

20/08/2005

22/08/2005

24/08/2005

26/08/2005

28/08/2005

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Gasto(m

3/s)

2a)

18/08/05

19/08/05

20/08/05

21/08/05

22/08/05

23/08/05

24/08/05

25/08/05

26/08/05

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Gas

to(m

3/s)

2b)


29/44

25

18/07/06

19/07/06

20/07/06

21/07/06

22/07/06

23/07/06

24/07/06

25/07/06

26/07/06

27/07/06

0

50

100

150

200

250

300

350

Gasto(m

3/s)

3a)

24/09/07

25/09/07

26/09/07

27/09/07

28/09/07

29/09/07

30/09/07

01/10/07

02/10/07

03/10/07

0

20

40

6080

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Gasto(m

3/s)

4a)

05/06/08

06/06/08

07/06/08

08/06/08

09/06/08

10/06/08

11/06/08

12/06/08

13/06/08

14/06/08

0

20

4060

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

5a)

02/07/08

03/07/08

04/07/08

05/07/08

06/07/08

07/07/08

08/07/08

09/07/08

10/07/08

11/07/08

12/07/08

13/07/08

14/07/08

15/07/08

16/07/08

17/07/08

0

50

100

150

200

250

300

350

Gasto(m

3/s)

6a)

Fig. 12. Hidrogramas generados por cada una de las 6 tormentas evaluadas en este trabajo. El nmero en

cada inciso se refiere al nmero de tormenta (vase tabla 6), mientras que la letras a y b indican el gasto

observado y estimado por el modelo HEC-HMS respectivamente.

18/07/06

19/07/06

20/07/06

21/07/06

22/07/06

23/07/06

24/07/06

25/07/06

0

50

100

150

200

250

300

350

Gas

to(m

3/s)

3b)

26/09/07

26/09/07

27/09/07

27/09/07

28/09/07

28/09/07

29/09/07

29/09/07

30/09/07

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Gas

to(m

3/s)

4b)

04/06/08

05/06/08

06/06/08

07/06/08

08/06/08

09/06/08

10/06/08

11/06/08

12/06/08

13/06/08

0

20

40

6080

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Gas

to(m

3/s)

5b)

04/07/08

05/07/08

06/07/08

07/07/08

08/07/08

09/07/08

10/07/08

11/07/08

12/07/08

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Gas

to(m

3/s)

6b)


30/44

26

Los datos observados se registraron de manera diaria y de la misma forma se

corrieron en el modelo, por esta razn es que las grficas presentan cambios en

forma de picos. A excepcin de la tormenta 1, en todas las tormentas el gasto pico

se presenta uno o dos das antes de lo observado. En el caso de la tormenta 5 el

gasto pico se invierte.

4.2 Escurrimiento ante escenarios de cambio c limtico

Los escenarios utilizados para conocer el comportamiento de tormentas intensas

en la cuenca del ro dolos fueron; A2, B1 y B2, que forman parte de los

escenarios descritos en el Informe Especial del Panel Intergubernamental de

Cambio climtico (IPCC por sus siglas en ingles) sobre escenarios de emisiones.

Los escenarios estn agrupados en cuatro familias (A1, A2, B1 y B2) que exploran

vas de desarrollo alternativas incorporando toda una serie de fuerzas

demogrficas, econmicas y tecnolgicas, junto con las emisiones de gases de

efecto invernadero (IPCC, 2007).

La tabla 9 muestra los valores de precipitacin diarios registrados en cada

tormenta (escenario base, 2000-2010), as como tambin se muestran los datos

de precipitacin de las dcadas de los 30s y 50s, modificados segn la variacin

correspondiente de las tablas 7 y 8 para los modelos ECHAM y PRECIS.

Tabla 9. Variacin de la precipitacin de acuerdo a los modelos ECHAM y PRECIS, aplicados a los

escenarios A2/B2 y A2/B1 respectivamente, en relacin al escenario base.

Fecha

Datos de Precipitacin (mm/da)

Escenario BaseECHAM A2 ECHAM B2

PRECISA2 B1

2030's 2050's 2030's 2050's 2050's

Variacin porcentual de acuerdo a las tablas 7 y 8.

Tormenta 1 -7.11% -12.18% -4.88% -7.96% 6.93% 5.20%

05/06/2000 2.94 2.73 2.58 2.8 2.71 3.14 3.0906/06/2000 9.05 8.4 7.94 8.6 8.33 9.68 9.52

07/06/2000 26.37 24.49 23.16 25.08 24.27 28.20 27.74

08/06/2000 7.69 7.14 6.75 7.32 7.08 8.22 8.09

09/06/2000 85.47 79.39 75.06 81.3 78.67 91.39 89.91

10/06/2000 17.7 16.44 15.54 16.83 16.29 18.93 18.62

11/06/2000 59.53 55.3 52.27 56.62 54.79 63.66 62.63

12/06/2000 19.04 17.69 16.72 18.11 17.53 20.36 20.03


31/44

27

13/06/2000 2.89 2.69 2.54 2.75 2.66 3.09 3.04

14/06/2000 7.2 6.69 6.32 6.85 6.63 7.70 7.57

15/06/2000 16.14 14.99 14.18 15.35 14.86 17.26 16.98

16/06/2000 17.81 16.54 15.64 16.94 16.39 19.04 18.7417/06/2000 4.49 4.17 3.95 4.27 4.14 4.80 4.72

18/06/2000 30.41 28.25 26.71 28.93 27.99 32.52 31.99

19/06/2000 8.58 7.97 7.53 8.16 7.9 9.17 9.0320/06/2000 26.43 24.55 23.21 25.13 24.32 28.26 27.80

21/06/2000 0.47 0.44 0.41 0.45 0.43 0.50 0.49

Tormenta 2 -1.73% -3.88% -1.85% -3.21% -5.95% -5.40%18/08/2005 5.61 5.51 5.39 5.51 5.43 5.28 5.3119/08/2005 35.73 35.11 34.34 35.07 34.58 33.60 33.8020/08/2005 24.18 23.77 23.25 23.74 23.41 22.74 22.8721/08/2005 5.48 5.38 5.27 5.38 5.3 5.15 5.18

22/08/2005 104.17 102.37 100.13 102.24 100.82 97.97 98.54

23/08/2005 28.27 27.79 27.18 27.75 27.37 26.59 26.74

24/08/2005 0.24 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23

Tormenta 3 -3.12% -5.84% -2.57% -4.31% -14.76% -10.89%

18/07/2006 0.72 0.7 0.68 0.7 0.69 0.61 0.6419/07/2006 10.11 9.79 9.52 9.85 9.67 8.62 9.01

20/07/2006 56.99 55.21 53.66 55.52 54.53 48.58 50.78

21/07/2006 31.46 30.48 29.62 30.65 30.1 26.82 28.03

22/07/2006 17.45 16.91 16.43 17 16.7 14.87 15.55

23/07/2006 70.9 68.68 66.76 69.08 67.84 60.44 63.18

Tormenta 4 6.20% 8.38% 3.77% 5.23% -10.47% -7.68%

26/09/2007 13.41 14.24 14.53 13.91 14.11 12.01 12.38

27/09/2007 95.45 101.37 103.45 99.05 100.44 85.46 88.12

28/09/2007 12.48 13.25 13.53 12.95 13.13 11.17 11.52

29/09/2007 1.04 1.11 1.13 1.08 1.1 0.93 0.9630/09/2007 2.14 2.27 2.32 2.22 2.25 1.92 1.98

Tormenta 5 -7.11% -12.18% -4.88% -7.96% 6.93% 5.20%04/06/2008 15.73 14.61 13.82 14.96 14.48 16.82 16.55

05/06/2008 13.57 12.6 11.91 12.9 12.49 14.51 14.28

06/06/2008 59.49 55.26 52.24 56.59 54.76 63.61 62.58

07/06/2008 37.81 35.12 33.2 35.96 34.8 40.43 39.78

08/06/2008 25.8 23.97 22.66 24.54 23.75 27.59 27.14

09/06/2008 20.27 18.83 17.8 19.28 18.66 21.67 21.32

10/06/2008 53.44 49.64 46.93 50.83 49.19 57.14 56.2211/06/2008 12.98 12.05 11.39 12.34 11.94 13.88 13.65

12/06/2008 9.2 8.55 8.08 8.75 8.47 9.84 9.68

Tormenta 6 -3.12% -5.84% -2.57% -4.31% -14.76% -10.89%03/07/2008 4.34 4.2 4.08 4.23 4.15 3.70 3.87

04/07/2008 38.51 37.31 36.26 37.52 36.85 32.83 34.3205/07/2008 8.02 7.77 7.55 7.82 7.68 6.84 7.1506/07/2008 61 59.1 57.44 59.44 58.38 52.00 54.3607/07/2008 9.9 9.59 9.32 9.64 9.47 8.44 8.8208/07/2008 27.23 26.38 25.64 26.53 26.06 23.21 24.2609/07/2008 49.75 48.2 46.85 48.47 47.61 42.41 44.3310/07/2008 6.95 6.74 6.55 6.78 6.65 5.92 6.1911/07/2008 4.31 4.18 4.06 4.2 4.13 3.67 3.8412/07/2008 0.45 0.44 0.43 0.44 0.43 0.38 0.40


32/44

28

A partir de la nueva base de datos de precipitacin, se aliment el modelo HEC-

HMS y se ejecut para cada escenario ante cambio climtico; obtenindose los

hidrogramas presentes en las figuras 13 a 18 que corresponden a los resultados

de cada tormenta. Donde adems se muestra el hietograma e histograma

correspondiente al escenario base.

En la tabla 10 se resume el volumen de escurrimiento obtenido de cada simulacin

realizada, mostrados en las grficas anteriores, para la condicin actual de la

cuenca y ante los escenarios de cambio climtico ECHAM y PRECIS.

Tabla 10. Volumen de escurrimiento estimado con el modelo HEC-HMS, bajo la condicin actual de la cuenca

y ante escenarios de cambio climtico.

No.Tormenta HEC-HMS

Volumen de Escurrimiento (1000m3)ECHAM A2 ECHAM B2 PRECIS

2030s 2050s 2030s 2050s 50A2 50B1

1 73,380.90 67,010.90 61,397.30 69,536.80 66,064.90 71,566.10 69,372.70

2 78,603.80 82,659.60 80,158.00 82,518.80 80,927.80 65,957.90 66,500.60

3 63,864.90 66,391.20 63,844.30 66,909.60 65,272.00 45,692.90 48,700.50

4 29,480.20 42,415.50 43,871.20 40,807.00 41,769.50 29,463.40 31,093.30

5 83,172.70 83,122.50 77,043.60 85,796.50 82,110.90 90,900.10 88,966.90

6 85,740.00 89,539.20 86,498.50 90,154.80 88,212.40 70,529.50 70,753.30


33/44

29

06/05/2000

06/07/2000

06/09/2000

06/11/2000

06/13/2000

06/15/2000

06/17/2000

06/19/2000

06/21/2000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

P

rec

ipitac

in

(mm

)

1a)

05/06/00

07/06/00

09/06/00

11/06/00

13/06/00

15/06/00

17/06/00

19/06/00

21/06/00

23/06/00

0

20

40

60

80

100

120

Gas

to(m

3/s)

1b)

1 3 5 7 9 11 13 1 5 17 19

Da

0

20

40

60

80

100

Gasto(m

3/s)

1_30A2)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Da

0

20

40

60

80

100

120

Gasto(m

3/s)

1_30B2)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Da

0

20

40

60

80

100

Gasto(m

3/s)

1_50A2)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Da

0

20

40

60

80

100

Gasto(m

3/s)

1_50B2)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

Gas

to(m

3/s)

1_A2)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

Gas

to(m

3/s)

1_B1)

Fig. 13. El inciso 1a) muestra el Hietograma de la tormenta 1 ocurrida del 5 al 21 de junio de 2000; en 1b)

encontramos el hidrograma estimado del escenario base con el modelo HEC-HMS. Los resultados del

escurrimiento estimados ante escenarios de cambio climtico son: del modelo de circulacin general ECHAM;

1_30A2), 1_30B2), 1_50A2) y 1_50B2) para la dcada de los 30s y 50s aplicando los escenarios A2 y B2

respectivamente. Del modelo de circulacin general PRECIS; 1_A2) y 1_B1) para la dcada de los 50s ante

los escenarios A2 y B1 respectivamente.


34/44

30

08/18/2005

08/19/2005

08/20/2005

08/21/2005

08/22/2005

08/23/2005

08/24/2005

0

20

40

60

80

100

120

P

rec

ipitac

in

(mm

)

2a)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Da

0

50100

150

200

250

300

350

400

Gasto(m

3/s)

2_30A2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Da

0

50100

150

200

250

300

350

400

Gasto(m

3/s)

2_30B2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Da

0

50100

150

200

250

300

350

400

Gasto(m

3/s)

2_50A2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Da

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Gasto(m

3/s)

2_50B2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Da

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Gas

to(m

3/s)

2_A2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Da

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Gas

to(m

3/s)

2_B1)

Fig. 14. El inciso 2a) muestra el Hietograma de la tormenta 2 ocurrida del 18 al 24 de agosto de 2005; en 2b)






18/08/05

19/08/05

20/08/05

21/08/05

22/08/05

23/08/05

24/08/05

25/08/05

26/08/05

0

50

100

150

200

250

300

350

400

G

as

to(m

3/s)

2b)


35/44

31

07/18/2006

07/19/2006

07/20/2006

07/21/2006

07/22/2006

07/23/2006

07/24/2006

07/25/2006

0

10

20

30

40

50

60

70

80

P

rec

ipitac

in

(mm

)

3a)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Da

0

50

100

150

200

250

300

Gasto(m

3/s)

3_30A2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Da

0

50

100

150

200

250

300

Gasto(m

3/s)

3_30B2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Da

0

50

100

150

200

250

300

Gasto(m

3/s)

3_50A2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Da

0

50

100

150

200

250

300

Gasto(m

3/s)

3_50B2)

1 2 3 4 5 6 7

Da

0

2040

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

Gas

to(m

3/s)

3_A2)

1 2 3 4 5 6 7

Da

02040

6080

100120140160180200220240260280

Gas

to(m

3/s)

3_B1)

Fig. 15. El inciso 3a) muestra el Hietograma de la tormenta 3 ocurrida del 18 al 23 de julio de 2006; en 3b)






18/07/06

19/07/06

20/07/06

21/07/06

22/07/06

23/07/06

24/07/06

25/07/06

0

50

100

150

200

250

300

350

G

as

to(m

3/s)

3b)


36/44

32

09/26/2007

09/26/2007

09/27/2007

09/27/2007

09/28/2007

09/28/2007

09/29/2007

09/29/2007

09/30/2007

0

20

40

60

80

100

P

rec

ipitac

in

(mm

)

4a)

1 2 3 4 5 6 7 8

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gasto(m

3/s)

4_30A2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gasto(m

3/s)

4_30B2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gasto(m

3/s)

4_50A2)

1 2 3 4 5 6 7 8

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gasto(m

3/s)

4_50B2)

1 2 3 4 5 6 7

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Gas

to(m

3/s)

4_A2)

1 2 3 4 5 6 7

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Gas

to(m

3/s)

4_B1)

Fig. 16. El inciso 4a) muestra el Hietograma de la tormenta 4 ocurrida del 26 al 30 de septiembre de 2007; en

4b) encontramos el hidrograma estimado del escenario base con el modelo HEC-HMS. Los resultados del





26/09/07

26/09/07

27/09/07

27/09/07

28/09/07

28/09/07

29/09/07

29/09/07

30/09/07

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

G

as

to(m

3/s)

4b)


37/44

33

06/04/2008

06/05/2008

06/06/2008

06/07/2008

06/08/2008

06/09/2008

06/10/2008

06/11/2008

06/12/2008

0

10

20

30

40

50

60

70

P

rec

ipitac

in

(mm

)

5a)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

5_30A2)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

5_30B2)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gasto(m

3/s)

5_50A2)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

5_50B2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Da

0204060

80100120140160180200220240260280

Gas

to(m

3/s)

5_A2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Da

0204060

80100120140160180200220240260280

Gas

to(m

3/s)

5_B1)

Fig. 17.El inciso 5a) muestra el Hietograma de la tormenta 5 ocurrida del 4 al 12 de junio de 2008; en 5b)






04/06/08

05/06/08

06/06/08

07/06/08

08/06/08

09/06/08

10/06/08

11/06/08

12/06/08

13/06/08

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

G

as

to(m

3/s)

5b)


38/44

34

07/03/2008

07/04/2008

07/05/2008

07/06/2008

07/07/2008

07/08/2008

07/09/2008

07/10/2008

07/11/2008

07/12/2008

0

10

20

30

40

50

60

70

P

rec

ipitac

in

(mm

)

6a)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

6_30A2)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

6_30B2)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

6_50A2)

2 4 6 8 10 12

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

Gasto(m

3/s)

6_50B2)

2 4 6 8 10

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gas

to(m

3/s)

6_A2)

2 4 6 8 10

Da

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

Gas

to(m

3/s)

6_B1)

Fig. 18.El inciso 6a) muestra el Hietograma de la tormenta 6 ocurrida del 3 al 12 de julio de 2008; en 6b)






4.3 Estimacin del escurrimiento generado por el Huracn Karl (2010)

El mtodo descrito anteriormente fue aplicado a la tormenta generada por el

huracn Karl, ocurrida del 14 al 18 de septiembre de 2010. Este fenmeno

04/07/08

05/07/08

06/07/08

07/07/08

08/07/08

09/07/08

10/07/08

11/07/08

12/07/08

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

G

as

to(m

3/s)

6b)


39/44

35

meteorolgico alcanz la categora tres a su paso por Veracruz, generando una

precipitacin promedio de 152.7 mm el da 18 (siendo este el da ms lluvioso)

registrado en las cuencas de los ros La Antigua y Jamapa-Cotaxtla (Pereyra, et.

al.2012). Mientras que, en la estacin del ro dolos se registr un valor de 167.6

mm para el mismo da. En la tabla 11 se muestra la precipitacin diaria registrada

con el paso del huracn Karl, junto con las variaciones aplicadas ante los modelos

ECHAM y PRECIS.

Tabla 11. Variacin de la precipitacin generada por el huracn Karl en 2010 de acuerdo a los modelos

ECHAM y PRECIS, aplicados a los escenarios A2/B2 y A2/B1 respectivamente, en relacin al escenario base.

Fecha

Precipitacin Huracn Karl (mm)

EscenarioBase

Precipitacin(mm)

ECHAM A2 ECHAM B2PRECIS

A2 B12030's 2050's 2030's 2050's 2050's

Variaci n porcentual de acuerdo a las tablas 7 y 86.20 % 8.38% 3.77% 5.23% -10.47 -7.68

13-Sep-10 3.52 3.51 3.64 3.51 3.64 3.15 3.2514-Sep-10 4.82 4.81 4.99 4.80 4.99 4.32 4.4515-Sep-10 0.70 0.70 0.72 0.70 0.72 0.63 0.6516-Sep-10 5.12 5.11 5.30 5.10 5.30 4.58 4.73

17-Sep-10 18.96 18.91 19.63 18.89 19.62 16.97 17.5018-Sep-10 167.56 167.11 173.44 166.95 173.44 150.02 154.6919-Sep-10 19.26 19.21 19.94 19.19 19.94 17.24 17.7820-Sep-10 0.94 0.94 0.97 0.94 0.97 0.84 0.8721-Sep-10 1.40 1.40 1.45 1.39 1.45 1.25 1.29

En la figura 19 se presentan las grficas obtenidas de correr el modelo HEC-HMSpara este evento. El inciso b) muestra que el gasto pico fue mayor a los 550 mm.

Generando un volumen de escurrimiento total de 113,588.8 (1000m3), como se

muestra en la tabla 12. En esta tabla, adems, se presenta el volumen de

escurrimiento generado en cada escenario ante cambio climtico.

Tabla 12.Volumen de escurrimiento estimado para la tormenta generada por el huracn Karl en la cuenca del

ro dolos y ante escenarios de cambio climtico.

Huracn Karl. Volumen de Escurrimiento (1000m3)

EscenarioBase

ECHAM PRECIS30 A2 50 A2 30 B2 50 B2 50 A2 50 B1

113,588.8 123,130.4 126,500.7 119,374.2 121,631.2 97,642.7 101,870.2


40/44


41/44

37

CONCLUSIONES

A partir de los hidrogramas de escurrimiento obtenidos del modelo HEC-HMS, se

concluye lo siguiente:

Los hidrogramas generados con el modelo HEC-HMS se ajustan a los

datos reales, con una correlacin de r2=0.89, pues simulan el gasto en un

orden de magnitud semejante a lo observado. Sin embargo, el tiempo pico

se uno o dos das en cada evento.

El modelo HEC-HMS, sobreestima el escurrimiento en los 6 casos de

anlisis, esto podra deberse a la cantidad de datos utilizados, pues

pudieran no ser suficientes para que el modelo se ajuste de forma

adecuada a una avenida, bien, a que las condiciones inciales no aplicanpara todos los eventos.

De manera general, el escurrimiento generado ante escenarios de cambio

climtico indica que; para la dcada de los 30s y 50s podra presentarse

un aumento en el escurrimiento en los escenarios A2 y B2 aplicando el

modelo ECHAM. Mientras que, aplicando el modelo PRECIS se observara

un decremento en el escurrimiento para la dcada de los 50s en los

escenarios A2 y B1. Por el tamao de la cuenca (508.2km

2

), probablementeun modelo regional se ajuste mejor al clculo del escurrimiento.

La forma de los hidrogramas, reitera que la cuenca del ro dolos es una

cuenca de respuesta rpida. Un aumento en la precipitacin y la presencia

de eventos extraordinarios, como la tormenta generada por el huracn Karl,

podra causar inundaciones en la parte baja de la cuenca donde se ubica el

poblado Los dolos.

Este trabajo servir de antecedente en futuros estudios realizados a cuencashidrolgicas, para la planeacin de obras hidrulicas o el manejo del recurso

hdrico. As como referencia para el estudio del escurrimiento generado ante

escenarios de cambio climtico una vez que stos hayan sido actualizados

para dcadas recientes.


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