stringtranslate.com

Enrutamiento (hidrología)

En hidrología , el enrutamiento es una técnica que se utiliza para predecir los cambios en la forma de un hidrograma a medida que el agua se desplaza por el canal de un río o un embalse . En la previsión de inundaciones , los hidrólogos pueden querer saber cómo cambiará una breve ráfaga de lluvia intensa en una zona aguas arriba de una ciudad a medida que llega a la ciudad. El enrutamiento se puede utilizar para determinar si el pulso de lluvia llega a la ciudad como un diluvio o un goteo.

El enrutamiento también se puede utilizar para predecir la forma del hidrograma (y, por lo tanto, el potencial de inundación de las tierras bajas) posterior a múltiples eventos de lluvia en diferentes subcuencas de la cuenca hidrográfica. El momento y la duración de los eventos de lluvia, así como factores como las condiciones de humedad antecedentes, la forma general de la cuenca hidrográfica, junto con las formas del área de la subcuenca, las pendientes del terreno (topografía/fisiografía), la geología/hidrogeología (es decir, los bosques y los acuíferos pueden servir como esponjas gigantes que absorben la lluvia y la liberan lentamente durante las semanas y meses posteriores) y las longitudes de los tramos fluviales, todos juegan un papel aquí. El resultado puede ser un efecto aditivo (es decir, una gran inundación si el pico del hidrograma respectivo de cada subcuenca llega a la desembocadura de la cuenca hidrográfica en el mismo punto en el tiempo, lo que causa efectivamente un "apilamiento" de los picos del hidrograma), o un efecto más distribuido en el tiempo (es decir, una inundación prolongada pero relativamente modesta, efectivamente atenuada en el tiempo, ya que los picos individuales de la subcuenca llegan a la desembocadura del canal principal de la cuenca hidrográfica en sucesión ordenada). [1] [2] [3]

Otros usos del enrutamiento incluyen el diseño de embalses y canales, estudios de llanuras aluviales y simulaciones de cuencas hidrográficas. [4]

Si el caudal de agua en un punto determinado, A, de un río se mide a lo largo del tiempo con un medidor de caudal, esta información se puede utilizar para crear un hidrograma . Un breve período de lluvia intensa, normalmente llamado inundación, puede provocar una protuberancia en el gráfico, a medida que el aumento de agua desciende por el río, llega al medidor de caudal en A y pasa por él. Si se instala otro medidor de caudal en B, aguas abajo de A, se esperaría que la protuberancia del gráfico (u onda de crecida) tenga la misma forma. Sin embargo, la forma del río y la resistencia al flujo dentro de un río (desde el lecho del río , por ejemplo) pueden afectar la forma de la onda de crecida. A menudo, la onda de crecida se atenuará (tendrá un caudal máximo reducido).

Las técnicas de enrutamiento se pueden clasificar en líneas generales como enrutamiento hidráulico (o distribuido) , enrutamiento hidrológico (o concentrado) o enrutamiento semidistribuido . En general, en función de los datos de campo disponibles y los objetivos del proyecto, se selecciona uno de los procedimientos de enrutamiento.

Enrutamiento hidráulico (o distribuido)

El trazado hidráulico se basa en la solución de ecuaciones diferenciales parciales de flujo inestable en canal abierto . Las ecuaciones utilizadas son las ecuaciones de Saint-Venant o las ecuaciones de onda dinámica asociadas. [5] [6]

Los modelos hidráulicos (por ejemplo, modelos de ondas dinámicas y de difusión ) requieren la recopilación de una gran cantidad de datos relacionados con la geometría y la morfología del río y consumen muchos recursos informáticos para resolver las ecuaciones numéricamente. [7] [8] [9]

Ruta hidrológica (o agrupada)

El enrutamiento hidrológico utiliza la ecuación de continuidad para la hidrología. En su forma más simple, el caudal de entrada al tramo del río es igual al caudal de salida del tramo del río más el cambio de almacenamiento:

, dónde

Los modelos hidrológicos (por ejemplo, los modelos Muskingum lineales y no lineales ) deben estimar los parámetros hidrológicos utilizando datos registrados tanto en secciones de aguas arriba como de aguas abajo de los ríos y/o aplicando técnicas de optimización robustas para resolver la ecuación unidimensional de conservación de masa y continuidad de almacenamiento. [10]

Enrutamiento semidistribuido

También se encuentran disponibles modelos semidistribuidos, como los procedimientos de la familia Muskingum-Cunge . Se utilizan conceptos físicos simples y características comunes de los ríos, como la geometría del canal, la longitud del tramo, el coeficiente de rugosidad y la pendiente, para estimar los parámetros del modelo sin soluciones numéricas complejas y costosas. [11] [12] [13]

Ruta de las inundaciones

El enrutamiento de inundaciones es un procedimiento para determinar el tiempo y la magnitud del flujo (es decir, el hidrograma de flujo) en un punto de un curso de agua a partir de hidrogramas conocidos o supuestos en uno o más puntos aguas arriba. El procedimiento se conoce específicamente como enrutamiento de inundaciones , si el flujo es una inundación . [14] [15] Después del enrutamiento, el pico se atenúa y se introduce un desfase temporal. Para determinar el cambio de forma de un hidrograma de una inundación a medida que viaja a través de un río natural o un canal artificial, se pueden utilizar diferentes técnicas de simulación de inundaciones. Tradicionalmente, se pueden utilizar los procedimientos de enrutamiento hidráulicos (por ejemplo, modelos de ondas dinámicas y de difusión ) e hidrológicos (por ejemplo, modelos de Muskingum lineales y no lineales ) que son bien conocidos como formas distribuidas y agrupadas para los profesionales hidráulicos e hidrológicos, respectivamente. Los modelos hidrológicos deben estimar los parámetros hidrológicos utilizando datos registrados en las secciones de aguas arriba y aguas abajo de los ríos y/o aplicando técnicas de optimización robustas para resolver la ecuación unidimensional de conservación de masa y continuidad de almacenamiento. [16] Por otro lado, los modelos hidráulicos requieren la recopilación de una gran cantidad de datos relacionados con la geometría y la morfología del río y consumen muchos recursos informáticos para resolver las ecuaciones numéricamente. [17] [18] [19] Sin embargo, también están disponibles modelos semidistribuidos como los procedimientos de la familia Muskingum-Cunge . Se utilizan conceptos físicos simples y características comunes de los ríos que consisten en geometría del canal, longitud del tramo, coeficiente de rugosidad y pendiente para estimar los parámetros del modelo sin soluciones numéricas complejas y costosas. [20] [21] [22] En general, en función de los datos de campo disponibles y los objetivos de un proyecto, se utiliza uno de estos enfoques para la simulación de inundaciones en ríos y canales.

Ruta de escorrentía

El enrutamiento de la escorrentía es un procedimiento para calcular un hidrograma de escorrentía superficial a partir de la lluvia. Las pérdidas se eliminan de la lluvia para determinar el exceso de lluvia, que luego se convierte en un hidrograma y se enruta a través de almacenamientos conceptuales que representan el comportamiento de la descarga de almacenamiento del flujo superficial y del canal. [23] [24]

Véase también

Referencias

  1. ^ Tague, CL y LE Band. Evaluación del enrutamiento explícito e implícito para modelos hidroecológicos de cuencas hidrográficas de hidrología forestal a pequeña escala. Procesos hidrológicos 15, páginas 1415–1439 (2001). Disponible en línea en http://andrewsforest.oregonstate.edu/pubs/pdf/pub3128.pdf
  2. ^ Ejemplos de configuraciones de cuencas hidrográficas. Universidad Texas A&M. Disponible en línea en http://swat.tamu.edu/media/69422/Appendix-B.pdf
  3. ^ Delimitación de cuencas hidrográficas, lección 3. Universidad Estatal de Utah, Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y AquaTerra Consultants. Disponible en línea en https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/lecture-3-watershed-delineation.pdf
  4. ^ EM 1110-2-1417 (1994). "Capítulo 9 - Caudal y enrutamiento de embalses" (PDF) . Análisis de escorrentía de inundaciones . Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos. pág. 9–1.{{cite conference}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
  5. ^ Chow V. T, Maidment D. R, Mays LW (1988). Hidrología aplicada. McGraw-Hill International Editions: Singapur.
  6. ^ Akan AO (2006). Hidráulica de canal abierto. Elsevier, Nueva York, NY, Estados Unidos.
  7. ^ Chaudhry MH (1993) Flujo en canal abierto. Prentice Hall, Englewood Cliffs, Nueva Jersey, EE. UU.
  8. ^ Samani HM V, Shamsipour G. A (2004). Enrutamiento hidrológico de inundaciones en sistemas fluviales ramificados mediante optimización no lineal. Journal of Hydraulic Research, 42(1): 55-59.
  9. ^ Akbari G. H, Barati R (2012). Análisis exhaustivo de las inundaciones en cuencas no gestionadas. Actas de la Institución de Ingenieros Civiles-Gestión del Agua, 165(4): 229-238.
  10. ^ Barati R (2011). Estimación de parámetros de modelos no lineales de Muskingum utilizando el algoritmo Nelder-Mead Simplex. Journal of Hydrologic Engineering, 16(11): 946-954.
  11. ^ Cunge J. A (1969). Sobre el tema de un método computacional de propagación de inundaciones (método Muskingum). Journal of Hydraulic Research, 7(2): 2051230.
  12. ^ Perumal M (1994). Derivación hidrodinámica de un parámetro variable Método de Muskingum: 1. Teoría y procedimiento de solución. Revista de ciencias hidrológicas, 39(5): 431–442.
  13. ^ Barati R, Akbari GH y Rahimi S (2013) Enrutamiento de inundaciones en una cuenca fluvial no gestionada utilizando el modelo Muskingum-Cunge; aplicación de campo y experimentos numéricos. Caspian Journal of Applied Sciences Research, 2(6):08-20.
  14. ^ Chow V. T, Maidment D. R, Mays LW (1988). Hidrología aplicada. McGraw-Hill International Editions: Singapur.
  15. ^ Akan AO (2006). Hidráulica de canal abierto. Elsevier, Nueva York, NY, Estados Unidos.
  16. ^ Barati R (2011). Estimación de parámetros de modelos no lineales de Muskingum utilizando el algoritmo Nelder-Mead Simplex. Journal of Hydrologic Engineering, 16(11): 946-954.
  17. ^ Chaudhry MH (1993) Flujo en canal abierto. Prentice Hall, Englewood Cliffs, Nueva Jersey, EE. UU.
  18. ^ Samani HM V, Shamsipour G. A (2004). Enrutamiento hidrológico de inundaciones en sistemas fluviales ramificados mediante optimización no lineal. Journal of Hydraulic Research, 42(1): 55-59.
  19. ^ Akbari G. H, Barati R (2012). Análisis exhaustivo de las inundaciones en cuencas no gestionadas. Actas de la Institución de Ingenieros Civiles-Gestión del Agua, 165(4): 229-238.
  20. ^ Cunge J. A (1969). Sobre el tema de un método computacional de propagación de inundaciones (método Muskingum). Journal of Hydraulic Research, 7(2): 2051230.
  21. ^ Perumal M (1994). Derivación hidrodinámica de un parámetro variable Método de Muskingum: 1. Teoría y procedimiento de solución. Revista de ciencias hidrológicas, 39(5): 431–442.
  22. ^ Barati R, Akbari GH y Rahimi S (2013) Enrutamiento de inundaciones en una cuenca fluvial no gestionada utilizando el modelo Muskingum-Cunge; aplicación de campo y experimentos numéricos. Revista Caspian de Investigación en Ciencias Aplicadas.
  23. ^ Laurenson, EM (1964). Un modelo de almacenamiento de agua en cuencas hidrográficas para el enrutamiento de la escorrentía. Journal of Hydrology, 2(2): 141-163.
  24. ^ Mein, RG, EM Laurenson y TA McMahon (1974). Modelo no lineal simple para estimación de inundaciones. Revista de la División de Hidráulica, Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles 100(HY11): 1507-1518.