Regionalizacin_Hidrolgica

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CONAPHI - PERÚ INFORME

Curso: “Regionalización Hidrológica”1

REPÚBLICA DEL PERÚ

PROGRAMA HIDROLÓGICO INTERNACIONALDe la UNESCO para América Latina y el Caribe

COMITÉ PERUANO PARA EL PROGRAMAHIDROLÓGICO INTERNACIONAL

(C O N A P H I - PERÚ)

SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGÍAE HIDROLOGÍA

S E N A M H I

Informe del Curso de“Regionalización Hidrológica”

Lima - Perú

2009


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INSTRUCTORA DEL CURSO

M.I. FABIOLA DEL ROSARIO ARELLANO LARA

PRESIDENTE DEL CONAPHI - PERÚ

Mayor General FAP (r) WILAR GAMARRA MOLINA

PRESIDENTE EJECUTIVO DEL SENAMHI

VICEPRESIDENTE DEL CONAPHI – PERÚ

REPRESENTANTE DEL ANA

SECRETARIO TÉCNICO DEL CONAPHI – PERÚ

M.Sc. Ing° JUAN JULIO ORDOÑEZ GALVEZ

SERVICIO NACIONAL DEMETEOROLOGÍA E

HIDROLOGÍA

COMITE NACIONAL PARA ELPROGRAMA HIDROLÓGICOINTERNACIONAL DEL PERÚ

LIMA - PERÚ2009


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INDICE

I.- INTRODUCCIÓN

II.- ANTECEDENTES

III.- OBJETIVOS3.1 Objetivo general3.2 Objetivos específicos

IV.- DETALLES DEL CURSO4.1 Fecha y lugar4.2 Instructora

V.- PROGRAMA DEL CURSO

VI.- MATERIALES DEL CURSO

VII.- PARTICIPANTES

VIII.- DESARROLLO DEL CURSO8.1 Generalidades fundamentales en hidrología y regionalización:8.2 Variables fisiográficas y climatológicas de una cuenca hidrológica8.3 Análisis de regionalización8.4 Metodología

IX.- RESULTADOS

ANEXOS


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INFORME DEL CURSO

“REGIONALIZACIÓN HIDROLÓGICA”

I.- INTRODUCCIÓN

Dado que la cuenca hidrográfica es considerada como unidad de gestión de losrecursos hídricos comprometidos en ella, la identificación de cuencashidrológicamente homogéneas es un aspecto que merece ser tenido en cuentaa la hora de realizar estimaciones de variables hidrológicas involucradas en elplaneamiento de estrategias de gestión (caudales de diseño, escenarios dedisponibilidad y regulación, proyectos de medidas estructurales, gestión deriesgos y otros); y contemplar la heterogeneidad de ambientes presentes en launidad de gestión.

Por otro lado, la red de estaciones hidrológicas existente en el territorionacional es muy limitada en cantidad, es por ello que no satisface la demandade información que se requiere para la ejecución de diversos proyectos deaprovechamientos de recursos hídricos. Por tanto los criterios y metodologíasque se utilizan para la transposición de caudales no están debidamentefundamentados lo cual induce a una fuerte distorsión e incertidumbre en losestudios de disponibilidad hídrica, en la determinación de los caudales dediseño para dimensionamiento hidráulico, entre otros. A través de la

determinación de cuencas hidrológicamente homogéneas se pretende superarestas limitaciones de información mediante el análisis regional de los caudales.Es así que viendo la necesidad de mejorar el conocimiento de la distribuciónespacio-temporal y la gestión del agua nace el término regionalizaciónhidrológica.

La regionalización hidrológica a nivel de cuencas hidrográficas constituye unaherramienta fundamental para la adecuada gestión integral de los recursoshídricos que en ella existen.

Es así, que el Programa Hidrológico Nacional de la UNESCO para AméricaLatina y el Caribe –PHI-LAC, a través de su programa International FloodInitiative -IFI y el Comité Nacional para el PHI-LAC –CONAPHI con el apoyo dela Representación de la Unesco en el Perú, organizaron el curso“Regionalización Hidrológica”.

II.- ANTECEDENTES

En México como en América Latina, las redes de medición y por consiguiente

la disponibilidad de datos de variables hidroclimatológicas es en generalescasa, en comparación con la cobertura y las bases de datos que existen en


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países desarrollados. Lo anterior, aunado a la creciente necesidad de estimareventos de diseño para el diseño de obras hidráulicas, se convierte en unproblema prioritario en el campo de la modelación hidrológica. La escasa redde estaciones y la falta de sistematización en la toma de datos, ha provocadoque en México se lleven a cabo investigaciones de alto nivel, encaminadas atransferir información hidrológica a sitios sin registros o con escasainformación. De esta forma, México se ubica como líder en el campo de laregionalización hidrológica que constituye a su vez, el único procedimientoapropiado para conocer valores de eventos de diseño en sitios en donde noexiste información. Por lo anterior se organiza, por primera vez enLatinoamérica y el Caribe, un curso sobre Regionalización Hidrológica, en elcual se estudiarán y se darán a conocer las herramientas matemáticas,estadísticas y geoestadísticas necesarias para construir modelos regionales yde esta manera, poder estimar los escurrimientos susceptibles de ser

aprovechados en una cuenca hidrológica. En un futuro, se pretende que estosprocedimientos puedan sistematizarse conformando un programa de cómputoamigable y se contará además con un documento técnico de la serie IFIPHI-LAC.

III.- OBJETIVOS

3.1 Objetivo generalProporcionar los conocimientos hidrológicos y las herramientas

matemáticas y estadísticas necesarias para llevar a cabo un estudiocompleto de regionalización hidrológica.

3.2 Objetivos específicos• Transmitir a los participantes la importancia de la regionalización

hidrológica, como una herramienta para llevar a cabo unatransferencia de información hidroclimatológica, de una formacientífica, metodológica y confiable.

• Que los participantes conozcan y apliquen las nociones de unanálisis regional, así como los diversos métodos regionales en la

estimación de eventos de diseño para el pronóstico hidrológico.• Estimar bajo un esquema regional y geoestadístico, los

escurrimientos aprovechables en una cuenca hidrológica.

IV.- DETALLES DEL CURSO

4.1 Fecha y lugarEl curso “Regionalización Hidrológica” se llevó a cabo en Perú:Fecha : el 5 y 6 de marzo de 2009

Lugar : Centro de Capacitación del SENAMHISito en Jr. Cahuide Nº 785, Jesús María – Lima, Perú.


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4.2 InstructoraInstructora: M.I. Fabiola del Rosario Arellano Lara

Centro de Investigaciones del Agua, Querétaro CIAQ,México

E-mail : [email protected]

V.- PROGRAMA DEL CURSO

El curso se desarrollo de la siguiente manera:

1er. Día. Regionalización hidrológica y Envolventes regionales.

• Generalidades sobre la regionalización y la transferencia deinformación hidrológica.

• Variables fisiográficas y climatológicas de una cuenca hidrológica.

• Selección de las variables fisiográficas y climatológicas de unacuenca hidrológica, para efectos de regionalización. Análisis deComponentes Principales.

• Delimitación y selección de cuencas hidrológicamente homogéneas.Índices de proximidad, algoritmos de agregación, representacióngráfica, dendogramas.

• Procedimientos de normalización. Transformación de Box-Cox. Box-Cox de doble potencia.

• Diseño de ecuaciones regionales con base en regresión múltiple y

parámetros del análisis de frecuencias.• Descripción de las envolventes regionales de gastos máximos.

Envolvente de Creager. Envolvente de Lowry. Envolvente de Mattahi.Envolvente de Cripen.

2o. Día. Fórmulas empíricas, Métodos regionales y Métodosgeoestadísticos empleados en la regionalización hidrológica.• Método de las Estaciones-Año. Metodología. Aplicaciones.

o Método de la Avenida Índice

• Descripción del método.• Método de la Avenida Índice modificado.

• Aplicación a una cuenca hidrológica del país.• Calibración y discusión de resultados.• Aplicación de un Sistema de Información Geográfica (SIG), en el

desarrollo del método de la Avenida Índice.

• Introducción general al análisis geoestadístico.• Concepto de variograma y variograma direccional.• Estimación de isoyetas de precipitación, tomando en cuenta el relieve

de la cuenca.


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• Interpolación, extensión y complemento de registros hidrológicos.Métodos temporales.

• Interpolación, Extensión y complemento de registros hidrológicos.Métodos espaciales. Kriging ordinario.

VI.- MATERIALES DEL CURSO

Para el curso se empleo lo siguiente:• Computadoras personales (Ppts, software y ejemplos)• Pionner con el programa del curso y hojas adicionales para apuntes

Asimismo al final del curso se entrego:• Certificado (Se adjunta modelo)• Cd’s (con el software empleado en el curso: Surfer 8.02, AX, Khrono

Stat, Statistica 6.0).

VII.- PARTICIPANTES

En este importante curso, participaron un promedio de 40 personas, ensu gran mayoría ingenieros que se encuentrar laborando en el ambito delos recursos hídricos (se adjunta la relación de particpantes).

ANA Autoridad Nacional del AguaSENAMHI Servicio Nacional de Meteorología y Recursos

Hídricos

INDECI Instituo Nacional de de Defensa CivilLNH Laboratorio Nacional de Hidraúlica de la UNIPLAN MERRIS Monitoreo de Presas - CUZCOIRD Instituto de Investigación para el Desarrollo

VIII.- DESARROLLO DEL CURSO

La temática del curso fue desarrollada en clases teóricas-prácticas, en lascuales se desarrollaron, aspectos conceptuales sobre la sistematizaciónhidrológica, y la aplicación de métodos geoestadísticos a la hidrología.

Se desarrollaron casos prácticos sobre las aplicaciones de cada una de lascomponentes seleccionadas que permitieron al participante poder visualizar lasbondades y significancia de cada uno de los aspectos metodológicosdesarrollados.

Estas clases fueron vertidas en el CDC del SENAMHI, durante 02 días con unaduración de 9 horas diarias.

Se adjunta el programa presentado por la profesora del curso, M.I. Fabiola Arellano, quien por problemas de visa y traslado al Perú, tuvo que ser ajustado.

Dentro de los temas tratados más importantes tenemos:


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8.1 Generalidades fundamentales en hidrología y regionalización:

CuencaSuperficie drenada por una corriente o un sistema de ríos, donde tienenlugar los procesos que conforman el ciclo hidrológico.

Modelos hidrometeorológicosSe basan en los datos de precipitación y en la modelación del procesolluvia-escurrimiento

Modelos hidrométricosEstán fundamentados en la interacción de los registros deprecipitaciones con los datos de escurrimientos

8.2 Variables fisiográficas y climatológicas de una cuenca hidrológica

Selección de las variables fisiográficas y climatológicas de una cuencahidrológica, para efectos de regionalización. Análisis de ComponentesPrincipales.

Variables Fisiográficas

• Área de la cuenca• Orden de corrientes• Densidad de corrientes• Densidad de drenaje• Pendiente del cauce principal

• Pendiente del cauce principal • Pendiente del cauce principal (Taylor y Schwarz) • Pendiente de la cuenca (criterio de Alvord)

Variables climatológicas de una cuenca

• Precipitación• Evaporación y transpiración• Temperatura• Velocidad del viento• Radiación solar

Luego se procedió a explicar la delimitación y selección de cuencashidrológicamente homogéneas, hallando los Índices de proximidad,algoritmos de agregación, representación gráfica y dendogramas.

De esta forma sólo queda formar las Ecuaciones Regionales, utilizandouna regresión múltiple, entre la variable estudiada (caudal) y lascaracterísticas de la cuenca o parámetros del modelo.

8.3 Análisis de regionalización

En las ocasiones en que se requiere del análisis de frecuencias en unsitio donde no se tiene suficiente información disponible ó que se carece


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de ella, se emplea el análisis regional de las estaciones de medición concaracterísticas similares, es decir que pertenezcan a una regiónhomogénea.

Está técnica correlaciona las variables hidrológicas con las

características físicas de las región ó meteorológicas, así a través deestas relaciones regionales, es posible obtener estimados de gastos enfunción de características hidrológicas.

Así, en la hidrología se reconocen dos tipos de regionalización:1. Regionalización basada en datos de precipitación.2. Regionalización basada en datos de gastos.

En resumen, el análisis regional nos permite estimar eventos de diseñoen cuencas no aforadas o con medición escasa.

Si se está considerando realizar un análisis de frecuencias, este puedehacerse ya sea:

a) Empleando los datos de estaciones hidrométricas.b) Combinando los registros de estaciones hidrométricas y un análisis

regional.c) Utilizando únicamente el análisis regional.

Desventajas de la regionalización• Las ecuaciones no son estacionarias, deben ser actualizadas en

cuanto a sus parámetros.• Se deben obtener las características de la cuenca.• Es necesario resolver las ecuaciones.• Se deben validar los resultados entre los estimados por regresión y

en las estaciones.

8.4 Metodología

Método de la Avenida ÍndiceHipótesisMisma distribución para los gastos máximos anuales de un grupo de

estaciones hidrométricas, con excepción de un parámetro de escala,avenida índice.

Procedimiento1. Análisis previo de la información2. Selección del registro hidrométrico a considerar3. Definición de la avenida índice (Se utiliza el valor de Q233,

Dalrymple,1960)4. Prueba de Langbein de la homogeneidad hidrológica, (Permite la

comprobación de la similitud entre las estaciones de la región).

La avenida media anual Avenida Índice


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Método de la avenida índice modificadoHipótesisEl uso de estaciones cuyas relaciones de escala Ri fuera del rango

ασ ± Rm , donde ! es un coeficiente obtenido del nivel de confianzaseleccionado y σ es la desviación estándar de las Ri, genera una región

homogénea menor en tamaño y una curva de frecuencias que arrojapeores estimados.

ModificaciónEfectuar un “filtrado” de las estaciones de acuerdo a Ri>previamente a la aplicación del método.

Procedimiento A un grupo de estaciones de una región:• Se aplicó el método en su versión original• Se aplicó el método con la modificación propuesta, utilizando 3

niveles de confianza 90%, 95% y 99%, de donde se obtendría ladefinición de !.

• Versión modificada: Al inicio se calcularon Q10 , Q2.33 y Rm• Se identificaron las estaciones con Ri >• Se excluyó la estación con la mayor desviación y se calculó la nueva

Rm• Se continúo con el proceso hasta que todas las estaciones cumplían

que R i<

Conclusiones acerca de la modificación del método.

• Se ha presentado en este trabajo una adaptación sencilla pero muyútil del método de la avenida índice.• La modificación consiste en un “filtrado” de las estaciones previo a la

identificación de la región hidrológicamente homogénea.• Esta modificación del método genera regiones hidrológicas más

grandes, más homogéneas y sobre todo, con curvas regionales queproducen estimados mucho mejores que el método original, lo cualse demostró mediante un proceso de validación cruzada enestaciones de la cuenca Lerma – Santiago en la república mexicana.

La realización de cálculos regionales de frecuencias empleando el

método de la Avenida Índice de Dalrymple (1960) es una de las primerasmetodologías desarrolladas y de las más empleadas actualmente condiversas modificaciones, por lo que la sistematización del métodorepresenta una herramienta muy útil en estudios hidrológicos como unmétodo complementario ó como una rápida aproximación de eventosextremos en áreas no aforadas.

La aplicación de los SIG en la modelación hidrológica permite tener muybuen manejo de gran cantidad de información georeferenciada yproducir mapas de resultados de manera simplificada. Además sepueden obtener resultados de simulaciones con una considerablereducción de tiempo. Estos resultados son útiles en la toma de mejoresdecisiones en proyectos hidrológicos integrales

ασ ± Rm

ασ ± Rm

ασ ± Rm


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IX.- RESULTADOS

• En el transcurso del evento, ser puedo observar el enorme interés departe de los participantes de las diferentes instituciones invitadas, loscuales mostraron su preocupación en poder aplicar los métodos y

metodologías desarrolladas así como la aplicación de lasherramientas utilizadas (softwares).

• La necesidad de vincular a los análisis espaciales de la precipitacióncon la topografía de la cuenca, a fin de generar resultados másrepresentativos, ha hecho que se aplique la técnica del Varidiograma.

• La geoestadística, permite analizar la información hidrológica tanto anivel espacial como temporal, permitiendo desarrollar caracterizacióny agrupaciones de zonas con un comportamiento hidrológico similar.

• Los participantes han mostrado enorme interés de aplicar laregionalización hidrológica, en las actividades que ellos vienendesarrollando en sus instituciones, lo que se ha visto reflejado en lasmúltiples preguntas y consultas que nos han realizado después dehaberse desarrollado el curso.


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Foto 1. Inauguración del curso.

Foto 2. Desarrollo de curso.

Foto 3. Alumnos en plena practica.

Foto 4. Intercambio de idea entre los

participantes.


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Foto 5. Profesora asesorando a

grupo de trabajo.

Foto 6. Presidente Ejecutivo delSENAMHI y Presidente del

CONAPHI, y la Profesora

Fabiola Arellano.

Foto 7. Clausura del evento - Presidente Ejecutivo del

SENAMHI y Presidente del CONAPHI, Profesora Fabiola Arellano y el Director General de Hidrología y

Recursos Hídricos M.Sc. Julio Ordoñez.


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Foto 9. Ceremonia de clausura del evento – Palabras de

agradecimiento de una de las participantes del curso.

Foto 8. Ceremonia de clausura del evento – Haciendo

entrega de los certificados.


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Foto 10. Foto grupal de los participantes del curso

“Regionalización Hidrológica”.


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