1. 1
Estudios básicos para la
vigilancia y la previsión
Angel Luis Aldana Valverde
Consultor OMM
Coordinador de PROHIMET (http://www.prohimet.org)
angel.l.aldana@prohimet.org

2. 2
La necesidad de la modelación (1)
o En actuaciones de reducción de riesgos
de origen hidrometeorológico:
n Análisis de riesgos
o Peligrosidad
o Vulnerabilidad
n Evaluación de alternativas de actuación
n Diseño de una red de medidas

3. 3
La necesidad de la modelación (2)
o En un sistema de vigilancia y predicción:
n En fases preparatorias (anteriores al uso en tiempo real)
o Análisis de situaciones históricas
o Análisis del comportamiento de un sistema ante diversas
situaciones hipotéticas
o Estudio de la sensibilidad del sistema a la variabilidad de
sus características
n En tiempo real (en operación)
o Evaluación de la calidad o veracidad de unos datos
o Reducir el desconocimiento por falta de datos
o Obtención de magnitudes no medidas
o Previsión

4. 4
Información básica
o Cartografía del terreno
o Cartografía temática
n Usos del suelo
n Geología
n Infraestructura
n Vulnerabilidad
o Datos hidrometeorológicos
o Estudios hidrometeorológicos

5. 5
Ejemplo de estudio:
Máxima precipitación diaria (T=100)

6. 6
Ríos y subcuencas
o Clasificación decimal del CEH-CEDEX
o Adaptación a topología de los SAIH

7. 7
Empleo de modelos
digitales del terreno
o Delimitación de subcuencas
o Caracterización de ríos y subcuencas

8. 8
Número de curva en
condiciones normales

9. 9
Estudios hidráulicos fundamentales
o Estaciones de aforos
o Órganos de desagües de presas
o Ríos
o Encauzamientos
o Elementos singulares

10. 10
Estudios hidráulicos
fundamentales
Análisis con modelos numéricos
Aportación de la Rambla del Derramador (Desagüe de la Pedrera)
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
29/09/97
0:00
29/09/97
12:00
30/09/97
0:00
30/09/97
12:00
1/10/97
0:00
1/10/97
12:00
2/10/97
0:00
2/10/97
12:00
3/10/97
0:00
3/10/97
12:00
4/10/97
0:00
Instante
m3/s
P asarela
de
J ac arilla Rojales P edrera S .
Ab.
Estimación de caudal en Merancho con BICQ y datos de confluencia
-15
-5
5
15
25
35
45
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235
Intervalo
m3/s
Zona de incertidumbre Merancho CQ Merancho ISIS Merancho BICQ
Análisis para un mejor conocimiento del problema y para la búsqueda de la
solución más apropiada.

11. 11
Análisis históricos
Análisis de episodios reales
Bases para el conocimiento del problema y los estudios necesarios para encontrar soluciones

12. 12
Variaciones de características del cauce.
Alteración de fondo

13. 13
Variaciones de características del cauce.
Reducción de sección efectiva

14. 14
Variaciones de características del cauce.
Elevación de niveles

15. 15
Resguardos
40005000600070008000
34
36
38
40
42
44
46
48
Distancia (m)
Cota(m)
52254.32
52388.92
52466.12
52636.39
52796.82
52892.79
52976.71
53092.82
53196.71
53431.02
53586.81
53748.67
53854.81
54000.52
54067.31
54217.91
54326.71
54472.46
54543.83
54617.35
54707.41
54833.23
55019.22
55169.22
55319.22
55519.22
55619.22
55769.22
56019.22
56369.22
56519.22
56619.22
56719.22
56919.22
57069.22
Azud del
molino de
San
Francisco
Azud del
puente de la
Fica
Puente de la
carretera
Cartagena-
Alicante-
Albacete
Determinación de
zonas y circunstancias
en las que puedan
producirse
desbordamientos

16. 16
Parámetros de propagación
o Tiempos de viaje
o Celeridades
o Atenuaciones / Laminaciones

17. 17
Estudios básicos.
Análisis en régimen permanente
o Objetivos
n Conocimiento del área de estudio
n Análisis de simplificaciones de los modelos de
régimen variable
n Estimación de parámetros de propagación
n Estimación de relaciones nivel-caudal
o Sencillas
o Complejas

18. 18
Análisis en régimen permanente
o Estimación de relaciones sencillas nivel-caudal
n Con datos observados
n Sin datos observados
o Estimación de relaciones complejas nivel-caudal

19. 19
Algunas limitaciones generales de los modelos
numéricos de flujo en lámina libre
o Régimen crítico
o Resaltos hidráulicos
o Problemas numéricos

20. 20
Estimación de relaciones sencillas nivel-
caudal sin datos observados
0 10 20 30 40 50 60
266
267
268
269
270
271
272
273
Andarax en Terque
Distancia (m)
Cota
(m)
Leyenda
Crit 300 m3
/s
300 m3
/s y n1.2
300 m3
/s
Crit 25 m3
/s
25 m
3
/s y n1.2
25 m3
/sFondo
• Análisis de sensibilidad:
• Modo de cálculo
• Rugosidad y
pérdidas de energía
localizadas
• Distribución
transversal de
caudales
• Condiciones de
contorno
• Modificación de
geometría

21. 21
Estimación de relaciones sencillas
nivel-caudal con datos observados
o Ajuste por
parámetros
880 900 920 940 960
95
96
97
98
ESTACION AR-17 Jarama en San Fernando
Distancia (m)
Cota
(m)
Leyenda
5 m3/s, C=1.3
5 m3/s, C=2.3
Crit 65 m3/s
5 m3/s, C=1.3
65 m3/s, C=2.3
Crit 5 m3/s
Obs 5 m3/s
Obs 65 m3/s
o Ajuste por
representación
880 900 920 940 960 980 1000
94
95
96
97
98
ESTACION AR-17 Jarama en San Fernando
Distancia (m)
Cota
(m)
Leyenda
5 m3/s
Crit 5 m3/s
65 m3/s
Crit 65 m3/s
Obs 5 m3/s
Obs 65 m3/s

22. 22
Estimación de relaciones complejas
nivel-caudal
Merancho
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Nivel SAIH
Nivelenconfluencia
1 m3/s 25 m3/s 150 m3/s 100 m3/s
50 m3/s Compatibilidad Capacidad Observados

23. 23
Estudios básicos. Análisis en régimen
variable
o Objetivos
n Análisis y comprobación de
o simplificaciones
o parámetros de propagación
o relaciones nivel-caudal
n Análisis de fenómenos de histéresis
n Análisis de fenómenos de inversiones de flujo
n Análisis de efectos paradójicos de la laminación

24. 24
Laminación de crecidas
Q
t
Q
t
V
t
V
t
Aguas arriba/entrada Aguas abajo/salidaAlmacenado

25. 25
Fenómenos de histéresis
t
y
t1t3
Q
t1 t3
t
y
Q
t2t2

26. 26
Ejemplo: canal
Ancho = 100 metros
P
1
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100 120
Caudal
(m3/s)
Hora

27. 27
Histéresis y curvas de gasto
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00
Nivel
(m)
Caudal
(m3/s)
Histéresis
Variable
bajando Variable
subiendo Permanente
(curva
de
gasto)

28. 28
Factores en la histéresis
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00
Nivel
(m)
Caudal
(m3/s)
Variable
n=0.035
p=0.0001 Permanente
n=0.035
p=0.0001 Variable
n=0.035
p=0.001
Permanente
n=0.035
p=0.001 Variable
n=0.055
p=0.0001 Permanente
n=0.055
p=0.0001
Variable
n=0.035
p=0.0001
t/2

29. 29
Desfases entre puntas por la
histéresis
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
450.00
500.00
0 10 20 30 40 50 60
Nivel
(m)
Caudal
(m3/s)
Hora
Caudal
(m3/s) Caudal
CQ
(m3/s) Nivel
(m)

30. 30
Histéresis reforzada por
condición de contorno
Fenómenos de histéresis
Histéresis en estación de Merancho
25
25.5
26
26.5
27
27.5
0 10 20 30 40 50
Caudal (m3/s)
Nivel(m)
Estimación de caudal en Merancho con BICQ y datos de confluencia
-15
-5
5
15
25
35
45
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235
Intervalo
m3/s
Zona de incertidumbre Merancho CQ Merancho ISIS Merancho BICQ

31. 31
Inversión de flujos
Condiciones de contorno aguas abajo
Histéresis en estación de la Pedrera
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
-20 0 20 40 60
Caudal (m3/s)
Nivel(m)
Estimación de caudales en la Rambla del Derramador con BICQ y datos en la confluencia
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1
8
15
22
29
36
43
50
57
64
71
78
85
92
99
106
113
120
127
134
141
148
155
162
169
176
183
190
197
204
211
218
225
232
239
Instante
m3/s
Zona de incertidumbre Pedrera BICQ Pedrera ISIS

32. 32
Paradojas en la laminación
Aportación de la Rambla del Derramador (Desagüe de la Pedrera)
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
29/09/97
0:00
29/09/97
12:00
30/09/97
0:00
30/09/97
12:00
1/10/97
0:00
1/10/97
12:00
2/10/97
0:00
2/10/97
12:00
3/10/97
0:00
3/10/97
12:00
4/10/97
0:00
Instante
m3/s
P asarela
de
J ac arilla Rojales P edrera S .
Ab.

33. 33
Comparación de modelos de
simulación
Niveles en la estación de Rojales (episodio 1997)
0
1
2
3
4
5
6
30Sep19970300
30Sep19970900
30Sep19971500
30Sep19972100
01Oct19970300
01Oct19970900
01Oct19971500
01Oct19972100
02Oct19970300
02Oct19970900
02Oct19971500
02Oct19972100
C álculo
hidrodinámico Observado Y
Min Y
P R OC

34. 34
Tiempos de propagación
Tiempos de viaje basados en Ck corregido
0
5
10
15
20
25
0100002000030000400005000060000
Distancia
Horas
50 m3/s 100 m3/s 200 m3/s
300 m3/s 400 m3/s Episodio 97 obs
Episodio 97 PROC ant Campaña riego 2000 Episodio 00 PROC ant
Este gráfico es el actualizado con estudios posteriores

35. 35
Comparación de resultados
Relaciones nivel-caudal en Rojales
0
1
2
3
4
5
6
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Hidrodinámico 1997 Hidrodinámico 2000
Permanente Q1 (Kn1)
Q2 (Kn2) Q min - Y min
Este gráfico es el actualizado con estudios posteriores

36. 36
Uso de modelos reducidos
Estudios de fenómenos
difícilmente simulables
numéricamente y para los que
se requiere un buen
conocimiento de su
funcionamiento
Representación de una estructura
hidráulica con otra equivalente de
flujo unidimensional con apoyo en
modelación física
Geometría real Representación
equivalente

37. 37
Uso de modelos reducidos
Relación de CALADOS entre el inicio y el final del modelo (Orihuela)
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 6 6.25 6.5 6.75 7 7.25 7.5
P-37 (final del modelo)
P-25(iniciodelmodelo)
50 100 200 300 400 Nivel
en
P -­‐ 37
AZUD DE LA CALLOSA: Curva de variación del coeficiente de vertido Cv
3 .7 5
4 .15 4 .15
3 .9
3 .6 5
3 .2 3
3
2 .8
2 .6
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500
Caudal
CoeficientedevertidoCv
Cv
Calados en el río Segura a su paso por Orihuela Q= 400 m3/s
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10
0
10
5
11
0
11
5
12
0
12
5
13
0
13
5
14
0
14
5
15
0
15
5
16
0
16
5
17
0
17
5
18
0
18
5
19
0
19
5
20
0
20
5
21
0
21
5
22
0
22
5
23
0
23
5
24
0
24
5
25
0
25
5
26
0
26
5
27
0
Perfil (RS)
Calado(m)
Azud P uente P 37 C ajero 150 250 300 350 400 450 (150) "(250)"
"(300)" "(350)" "(400)" (450)
P -­‐ 25 P -­‐ 26 P -­‐ 27 P -­‐ 30 P -­‐ 31 P -­‐ 32 P -­‐ 35 P -­‐ 37
Azud
de
la
C allosa P uente
de
L evante
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
600
25
P -­‐ 36