Modelo HEC-HMS de la Cuenca del Punxsutawneyen la Cuenca del Río Allegheny, Pennsylvania

Taller de Cálculo de Hidrogramas Unitarios Sintéticos

Objetivos. En este taller, usted aprenderá a estimar el tiempo de concentración de Clark (TC) mediante el procedimiento habitual para las cuencas sin medidores. Estos parámetros se utilizarán en los talleres posteriores. Además, se desarrollarán parámetros de hidrograma unitario para caracterizar el sistema físico de la cuenca.Información general. En este taller usted

Estimará el tiempo de concentración de Clark (TC) para tres subcuencas.

Estimar el coeficiente de almacenamiento de Clark (R) para tres subcuencas.

Estimará los parámetros de Clark para la cuenca hidrográfica completa de Punxsutawney.

Comparará los resultados de la simulación para la cuenca del Punxsutawney contra los datos de flujo observados.

Realizará ajustes simples a los parámetros de Clark para la cuenca del Punxsutawney para mejorar la coherencia con los datos de flujo observados.

Comparará los resultados de la modelización de una cuenca con una o dos subcuencas.

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Tarea 1: Estimación de Parámetros de Clark

Estime TC para las subcuencas de Stump Creek, East Branch y Mahoning Creek

Utilizando el método TR-55, estime el tiempo de concentración de Clark (TC) para las tres subcuencas - Stump Creek, East branco y Mahoning Creek.

Inicie ArcGIS y abra el proyecto GeoHMS existente, MahoningCreek.mxd, ubicado en C:\Class\Punx GeoHMS.

Active las capas TrayectoriaMásLargadelFlujo1 (LongestflowPath1) y Subcuenca1 (Subbasin1) marcando el cuadro en la leyenda como se muestra más abajo. También puede añadir una etiqueta para el nombre de la subcuenca.

Subcuenca W620 es la cuenca de Stump Creek.

Subcuenca W980 es la cuenca de East Branch.

Subcuenca W970 es la cuenca de Mahoning Creek (Punxsutawney Local).

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Ahora utilizará GeoHMS para estimar el tiempo de viaje según las guías de NRCS’s TR55.

El primer paso es dividir la trayectoria más larga de flujo en tres segmentos de flujo.

Seleccione Parámetros Hidrológicos Segmentos de Trayectoria de Flujo TR55

Los segmentos de flujo resultantes para cada trayectoria más larga de flujo se muestran abajo.

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El quiebre AA representa el final del flujo laminar.

El quiebre BB representa el final del flujo superficial concentrado o el inicio del flujo del canal, que se muestra como líneas de río azul en el mapa topográfico.

El diagrama de flujo es de unos 100 pies y parte en el límite de la subcuenca hasta el quiebre AA.

El flujo superficial concentrado es el segmento desde el quiebre AA al BB.

El flujo del canal es el segmento desde el quiebre BB hasta la salida de la subcuenca.

De forma predeterminada, GeoHMS ubica el quiebre AA cerca de los primeros 100 pies de la trayectoria más larga de flujo y el quiebre BB en donde la trayectoria más larga de flujo cruza la capa del Río.

Muchas veces, la ubicación del quiebre AA se supone razonable. Sin embargo, la ubicación del quiebre BB se mueve de acuerdo con imágenes aéreas o de un mapa topográfico para ser más exactos. 

Añada el mapa topográfico (C:\Class\Punx GeoHMS\base data\Topo.tif) al marco de datos.

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Usted tendrá que utilizar las herramientas de zoom y pan para encontrar el principio de la línea azul que representa el río en el mapa topográfico y mover allí el punto de quiebre BB para cada subcuenca. También puede cambiar el color de la trayectoria más larga de flujo para mejorar la visibilidad.

Seleccione la Barra de Herramientas del Editor Toolbar Iniciar Edición

Vaya a la base de datos que contiene el FlowBreakPoints1 como se muestra a continuación.

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Seleccione la herramienta Editar, seleccione el punto de quiebre BB y luego muévalo a la trayectoria más larga de flujo que esté más cerca de la línea azul de inicio en el mapa topográfico. Asegúrese de acercar la imagen (zoom in) para que pueda colocar el Punto de Quiebre BB en la trayectoria más larga de flujo como se muestra a continuación. Puede configurar el ambiente de ajuste para asegurarse de que el punto BB cae en la parte superior de la trayectoria más larga de flujo. Edite los puntos BB en las tres subcuencas.

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Seleccione la Barra de Herramientas del Editor Detener Edición y seleccione Si en guardar la edición.

El siguiente paso es estimar los Parámetros de Trayectoria de Flujo TR55 basados en las ubicaciones revisadas de los Puntos de Quiebre BB.

Seleccione Parámetros Hidrológicos Parámetros de Trayectoria de Flujo TR55

Verifique que las capas apropiadas de los datos se usan como se muestra a continuación.

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El siguiente paso es estimar el tiempo de transporte para cada subcuenca mediante la exportación de los Parámetros de Trayectoria de Flujo TR55 a Microsoft Excel.

Seleccione Parámetros Hidrológicos Exportar TR55 a Excel

Verifique que las capas apropiadas de datos se usan como se muestra a continuación.

La Plantilla de Excel resultante se abre con los parámetros exportados. Control adicional o datos de campo son necesarios de parte del usuario para completar el cálculo del tiempo de transporte.

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Datos adicionales son como sigue.

Precipitación (in) de 2-años 24-horas = 2.7 como se muestra en la figura a continuación.

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Datos de campo para cada corriente se muestra a continuación.

Corriente: Stump Creek

Subcuenca: W620

Coeficiente de Rugosidad de Manning para el Terreno: 0.35

Forma del Canal: Trapezoidal

Ancho del Fondo: 30 ft

Ancho de la parte superior: 40 ft

Profundidad del Agua del Cauce Completo: 6ft

Área de Flujo de la Sección Transversal: 210 ft2

Perímetro Mojado: 45.62 ft

Coeficiente de Rugosidad de Manning: 0.05

Corriente: Mahoning Creek

Subcuenca: W970

Coeficiente de Rugosidad de Manning del Terreno: 0.35

Forma del Canal:Trapezoidal

Ancho del Fondo: 90 ft

Ancho de la parte superior:105 ft

Profundidad del Agua del Cauce Completo: 15ft

Área de Flujo de la Sección Transversal: 1462.5 ft2

Perímetro Mojado: 123.54 ft

Coeficiente de Rugosidad de Manning: 0.035

Corriente: East Branch Creek

Subcuenca: W980

Coeficiente de Rugosidad de Manning para el Terreno: 0.35

Forma del Canal: Trapezoidal

Ancho del Fondo: 45 ft

Ancho de la parte superior: 60 ft

Profundidad del Agua del Cauce Completo: 10ft

Área de Flujo de la Sección Transversal: 525 ft2

Perímetro Mojado: 70 ft

Coeficiente de Rugosidad de Manning: 0.05

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Una vez terminada la tabla, seleccione Exportar TR55 para exportar el tiempo de transporte desde Microsoft Excel a GeoHMS. El tiempo de concentración se actualize en la base de datos de GeoHMS como se muestra a continuación.

Estimación de Coeficientes de almacenamiento para todas las subcuencas

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Registre el TC en la siguiente tabla. Los estudios han demostrado que la relación R/(I+TC) suele ser bastante constante para una región. De las cuencas hidrográficas adyacentes, se informa que la I/(I+TC) = 0,65. Suponiendo que esta relación se aplica a su área de estudio, puede usar esta relación para establecer el coeficiente de almacenamiento (R) como una primera estimación. Nota: para resolver R, la ecuación anterior da: R = TC (13/7).

Ubicación

PARÁMETROS DE CLARK

Tiempo de Concentración

TC (hr)

Coeficiente de Almacenamiento

R (hr)

Stump Creek    

E. Br. Mahoning Creek    

Punxsutawney Local    

Parámetros de Clark para la cuenca completa de Punxsutawney Usando los valores calculados anteriormente del tiempo de concentración de Clark (TC), y sabiendo que el tiempo de transporte desde la confluencia de Stump Creek y East Branch Mahoning al punto de salida (Medidor de Corriente Punxsutawney) es aproximadamente 2.8 horas, estime un TC para el área entera arriba del medido cercano a Punxsutawney. También calcule el valor de R para la cuenca completa usando la relación R/(R+TC) = 0.65.

TC = ________ horas R = ________horas

Pregunta 1: El punto desde el cual comienzan sus cálculos de trayectoria de transporte es desde el punto más distante al punto de salida. Sin embargo, la definición estricta es que el punto debe ser el "hidráulicamente" más alejado del punto de salida. ¿Qué otros factores podrían hacer que un punto más cercano, a distancia prudente, sea “hidráulicmente” más alejado del punto de salida?

Pregunta 2: Recuerde que el método TR-55 especifica que la trayectoria más larga

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de flujo se utiliza para estimar el TC. En el caso anterior, el flujo más largo es captado de una de las tres subcuencas. Podría parecer, sin embargo, que tal afirmación indicaría que las otras dos subcuencas ni siquiera afectan el escurrimiento simulado, ya que no se incorporan en la estimación del parámetro de TC. ¿Qué otros parámetros en el modelo reflejan el efecto de estas áreas?

Tarea 2: Compare Resultados – Hidrógrafos Simulados y Observados

Inicie HEC-HMS y abra el proyecto denominado Taller Hidrográfo.

Abra el modelo de cuenca Punxsutawney.

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Haga clic en el menú Parámetros, seleccione Transformar, luego seleccione Hidrógrafo Unitario Clark. Introduzca los parámetros TC y R calculados para la subcuenca completa de Punxsutawney.

Cree y calcule una corrida de simulación usando el modelo de cuenca Punxsutawney, el modelo meteorológico Ponderación Especificada del Medidor, y las especificaciones de control del 12 de Abril de 1994.

Vea los resultados gráficos para la subcuenca Punxsutawney. Compare los resultados de simulación con los hidrógrafos observados.

Tarea 3: Ajuste los Parámetross para Mejorar el Modelo Simulado

Ajuste TC y/o R para tener una mejor correspondencia entre el hidrograma simulado y el observado. Haga cambios hasta que vea una mejora en las condiciones de hidrogramas calculados y observados.

Pregunta 3: Los pasos para realizar la tarea anterior se muestran a continuación. El proceso es iterativo. ¿Cómo HMS automatiza estos pasos para optimizar la bondad de ajuste entre los hidrogramas calculados y observados?

1. Calcular el hidrograma

2. Compare el hidrograma calculado con el hidrograma observado

3. Evalúe los cambios de parámetros necesarios para mejorar el ajuste

4. Vuelva al paso #1

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Tarea 4: Compare Resultados - Modelización de la Cuenca con Una o Dos Subcuencas

El objetivo de esta sección es concentrarse en los efectos de hidrogramas unitarios y comparar los resultados obtenidos usando una sola y extensa cuenca o un par de subcuencas más pequeñas.

Abra el modelo de cuenca Combinado. Las subcuencas de Stump Creek y East Branch Mahoning Creek han sido combinadas en una sola subcuenca, denominada StumpMahon.

Edite el elemento de subcuenca StumpMahont. Introduzca los valores apropiados TC y R calculados en la Tarea 1 usando el Componente Editor.

Cree y calcule una corrida de simulación usando el modelo de cuenca Combinado, el modelo meteorológico Evento 10% y las especificaciones de control Hipotéticas.

Abra el modelo de cuenca Dividido.

Edite los elementos de subcuenca Stump Cr y E Br Mahoning Cr. Use el editor global para introducer los valores de TC y R calculados en la Tarea 1.

Cree y calcule una corrida de simulación usando el modelo de cuenca Dividido, el modelo meteorológico Evento 10% y las especificaciones de control Hipotéticas.

Compare los resultados obtenidos usando los modelos de cuenca Combinado y Dividido. Visualice el gráfico de los hidrogramas de escorrentía resultantes para cada modelo de cuenca y observa el pico de descarga, tiempo del pico y la forma de los hidrogramas. Los resultados de las dos simulaciones pueden ser visualizadas en el mismo gráfico seleccionando los resultados en la pestaña de Resultados del Explorador de Cuencas Hidrográficas (compare el Flujo de Salida en la unión de Big Run).

Pregunta 4: Es natural esperar que los dos resultados sean similares. Que podría causar diferencias en los resultados?

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