UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA LA MOLINA ESCUELA DE POST-GRADO ESPECIALIDAD EN INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS PROYECTO DE TESIS TEMA : “VALIDACIÓN DE PRECIPITACIÓN TOTAL UTILIZANDO DATOS DEL SATÉLITE TRMM Y GENERACIÓN DE CAUDALES MEDIANTE EL MODELO DE PRECIPITACIÓN – ESCORRENTÍA HEC HMS 3.5 EN LA CUENCA DEL RÍO CHACCO – REGIÓN AYACUCHO” DOCENTE : M.Sc. MIGUEL SANCHEZ DELGADO ALUMNA : MIRLA GRACIELA QUISPE GUTIÉRREZ LA MOLINA, OCTUBRE 2011 PERFIL DE PROYECTO DE TESIS I. TITULO “VALIDACIÓN DE PRECIPITACIÓN TOTAL UTILIZANDO DATOS DEL SATÉLITE TRMM Y GENERACIÓN DE CAUDALES MEDIANTE EL MODELO DE PRECIPITACIÓN – ESCORRENTÍA HEC HMS 3.5 EN LA CUENCA DEL RÍO CHACCO – REGIÓN AYACUCHO” II. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. Las intensas e incesantes lluvias que caen en los meses de noviembre a marzo durante muchas horas en Huamanga ocasionan el colapso del sistema de alcantarillado y produce la rotura de varias tuberías de abastecimiento de agua en la ciudad, originando huaycos y muchos desastres naturales, influenciado por el cambio climático ocasionan que ocurran lluvias intensas. Uno de los problemas notables que merece poner atención son la variación de precipitación dentro de las Regiones andinas, ya que se podría prevenir muchos desastres naturales que ocasiona cuando ocurren fuertes lluvias torrenciales. En el ámbito de la Cuenca Chacco donde se realizara la tesis, abarca parte de la Ciudad de Huamanga, lugar que conecta el intercambio vial hacia otras ciudades, es de mucha importancia estudiar y subsanar las muestras existentes debido a que la mayoría de los datos pluviométricos que registran la cuenca corresponden a los meses de estiaje y donde los caudales de época de avenidas han sido leídos en la parte extrapolada de la curva de calibración altura gasto. La información pluviométrica en toda la Región, ha originado una inconsistencia de la información registrada, debe ser estudiada con más detalle. 2 PREGUNTAS DEL PROYECTO ¿Por qué es necesario conocer la variabilidad espacio - temporal de las precipitaciones pluviales? Son necesarios los estudios por que puede interferir en el proceso de evaluación del estado ecológico de las masas de agua. Así, la variabilidad temporal de las Precipitaciones puede generar desviaciones en los resultados de las métricas seleccionadas para evaluar estudios hidrológicos, además de ocasionar errores en los modelos predictivos. ¿Qué hacer al respecto? Qué se puede hacer para mejorar las informaciones hidrométrica consistentes correspondientes a épocas de estiaje y avenidas. Realizar estudios a fin de implementar información hidrométrica, ante un estiaje severo y las inundaciones. ¿Cómo subsanar la información de estaciones meteorológicas? Buscando herramientas medios científicos tecnológicos que puedan estimar los cambios medioambientales como el caso de las imágenes satelitales TRMM que provee la NASA para estimar las precipitaciones diarias en el espacio terrestre. ¿Por qué la necesidad de contar con datos pluviométricos en cantidad y calidad? Resulta muy importante tener un registro confiable ya que determina en presente y futuro datos de mediciones climáticas Estos datos constituyen la base para el diseño de cualquier tipo de desarrollo hidráulico y de obras fluviales, permiten, además, entregar información acerca de la disponibilidad de los recursos hídricos, la que se utiliza en el otorgamiento de Derechos de Aprovechamiento y en general en la gestión, distribución y uso del agua entre los diferentes y variados usuarios. 3 III. JUSTIFICACIÓN El monitoreo exacto de los fenómenos atmosféricos se ha vuelto indispensable en nuestro mundo actual debido a la serie de desastres naturales que se han venido presentando últimamente. Por esa razón el control del cambio climático requiere mediciones continuas a muy largo plazo, según Jerome Lafeuille, que encabeza la división del sistema de observación basado en el espacio del programa espacial de la OMM. Los satélites son un elemento esencial para ello, porque dan una imagen global del cambio en los océanos, en la tierra y en la atmósfera. Los científicos atribuyen el cambio climático sobre todo a las emisiones de gases de efecto invernadero por actividades humanas En la actualidad, al menos 16 satélites geoestacionarios dan datos operativos sobre el clima y el tiempo del planeta, así como una parte del sistema mundial de observación de la OMM. Según el SENAMHI 2009, las inusuales precipitaciones ocurridas en Ayacucho y Cusco estarían relacionadas con la llegada de un fenómeno de El Niño débil, señala que los hechos podrían estar vinculados dado que grandes cantidades de lluvia se están concentrando en un tiempo muy corto debido al cambio climático que proyecta un ciclo hidrológico más intenso en todo el planeta por lo que se espera que las sequías sean más intensas y prolongadas, y se presente un mayor número de eventos de precipitación fuerte. Así mismo se hace necesario establecer medidas para mitigar los efectos de la naturaleza y contribuir a una adecuada Gestión de los Recursos Hídricos ( Ley Nº 29338) Las lluvias en la sierra central del Perú según Atlas Climático (IGP 2005), están marcadas por un periodo lluvioso de setiembre a abril y seco de mayo a agosto. Un estudio realizado por Segura (2006) usando la técnica Hidro-estimador (Vicente et al., 1998) para la cuenca del Mantaro, ha mostrado que las precipitaciones significativas comienzan en octubre, se incrementan hasta llegar a su máximo valor en febrero, luego disminuyen durante los meses de marzo y abril, el cual coincide con el Atlas Climático. del IGP. 4 La Región de Ayacucho tiene una baja densidad de estaciones meteorológicas y las existentes no tienen una representatividad adecuada que permita caracterizar la hidroclimatología de un territorio que gran importancia para los proyectos en la Región. En la actualidad se observan eventos cortos y puntuales con intensidades superiores a la capacidad de infiltración de los suelos, esto debido a los cambio climático factor determinante en la variabilidad de las precipitaciones ya que sus efectos traen consigo eventos extremos no previsibles. Existen otras formas de paliar la escasa data que se tiene a la mano en la actualidad para utilizarlos en los diversos fines que se requiere lograr, éstas son los datos de imágenes satelitales de la Misión de Medición de Lluvias Tropicales (TRMM). El objetivo del presente trabajo es estimar variaciones en descargas diarias en la Subcuencas del Río Chacco usando estimaciones de precipitación satelital según la TRMM que podría ser utilizada en tiempo real con estimaciones de lluvia satelital horaria, para hacer predicciones de crecidas a corto plazo y proveer de alertas a desastres naturales. IV. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Comparar gráficamente los datos observados en las estaciones pluviométricas y datos del TRMM, para verificar la variabilidad ó consistencia de las series históricas en todos los puntos de registro. 2. Realizar el análisis estadístico de los datos de precipitación, con la finalidad de conocer la correlación existente entre las dos fuentes, luego hacer los tratamientos correspondientes a las series históricas del TRMM, para asegurar la representatividad de los datos para fines de estudio. 3. Generación de caudales mensuales utilizando Programa HEC HMS 3.5. 5 V. HIPÓTESIS Contar con una metodología capaz de generar información de caudales medios diarios para el ámbito de la Cuenca del Río Chacco. Contar con información hídrica que sirve como base guía para desarrollar proyectos que conlleven a una adecuada Gestión de los Recursos Hídricos en la Región. VI. REVISIÓN DE LITERATURA 6.1 CLIMA El clima es el conjunto de los valores promedios de las condiciones atmosféricas que caracterizan una Región. Estos valores promedio se obtienen con la recopilación de la información meteorológica durante un periodo de tiempo suficientemente largo. El clima es un sistema complejo por lo que su comportamiento es muy difícil de predecir. Por una parte hay tendencias a largo plazo debidas, normalmente, a variaciones sistemáticas como el aumento de la radiación solar o las variaciones orbitales pero, por otra, existen fluctuaciones caóticas debidas a la interacción entre forzamientos, retroalimentaciones y moderadores. Ni siquiera los mejores modelos climáticos tienen en cuenta todas las variables existentes por lo que, hoy día, solamente se puede aventurar una previsión de lo que será el tiempo atmosférico del futuro más próximo. Asimismo, el conocimiento del clima del pasado es, también, más incierto a medida que se retrocede en el tiempo. (2) El clima de Ayacucho es templado, moderadamente lluvioso y con amplitud térmica moderada. La media anual de temperatura máxima y mínima (periodo 1967-2003) es 23.8°C y 7.3°C, respectivamente. La precipitación media acumulada anual para el periodo 1967-2003 es 551.2 mm. 6.2 CAMBIO CLIMÁTICO Se define como la alteración del clima, y en el presente siglo el cambio climático es el resultado del aumento de concentraciones de gases invernadero el cual se ha incrementado en la atmosfera de manera notable desde épocas preindustriales debido a la acción huamana, la quema de combustibles fósiles provoca el aumento de las concentraciones de los tres gases principales. el dióxido de carbono C02, metano ( NH4),y el oxido de nitrógeno (N2O) 6 Además el aumento de las concentraciones de los gases provocan cambios en la temperatura, cambios en el clima mundial, como alteraciones de los regímenes precipitaciones, incremento de la desertificación, alteraciones en los ciclos agrícolas, el derretimiento de los glaciares, y el incremento del nivel del mar causando inundaciones en las zonas costeras. (1) 6.3 PRONOSTICO DE TIEMPO Es una predicción del comportamiento del clima en una zona, basada en recopilaciones estadísticos, registros históricos y apoyada con observaciones satelitales o locales. Siempre es probabilístico. Aplica tecnología de ciencia para predecir el estado de la atmósfera para un período futuro y una localidad o región dada.(2) 6.4 El CICLO HIDROLÓGICO Es el proceso que se inicia con el aporte de las precipitaciones desde la atmósfera a la tierra y a partir del cual el agua se evapora, transcurre sobre la superficie o se infiltra en mantos subterráneos.(4) 6.5 PRECIPITACIÓN Según Guevara (1991), la precipitación es el principal vector de entrada del ciclo hidrológico y se refiere a la cantidad total de agua que cae sobre la superficie terrestre. Se presenta en forma líquida (lluvia, niebla, rocío), o sólida (nieve, granizo, escarcha). Se deriva del vapor de agua atmosférica; sus características están sometidas a la influencia de otros factores climáticos tales como: viento, temperatura y presión atmosférica.(7) 6.6 CUENCA HIDROGRÁFICA Una cuenca hidrográfica es un área de terreno que drena agua en un punto común, como un riachuelo, arroyo, río o lago cercano. Cada cuenca pequeña drena agua en una cuenca mayor que, eventualmente, desemboca en el océano. Las cuencas hidrográficas albergan una gran variedad de plantas y animales, y brindan muchas oportunidades de esparcimiento al aire libre. (8) 6.7 RELACIONES ENTRE CUENCA, LLUVIA Y CAUDAL 7 El análisis cuidadoso de la relación que existe entre las características físicas de la cuenca, los factores de la lluvia y los hidrógrafas de creciente ofrece un panorama amplio de conocimiento sobre la formación de los caudales extraordinarios y permite hacer un pronóstico relativamente confiable sobre los eventos futuros de esta naturaleza.(10) 6.8 DETECCIÓN DE CRECIDAS Las crecidas están asociadas con muchos tipos de convección, todas capaces de producir una cantidad excesiva de precipitación sobre un área en particular. La clave para detectar las crecidas por precipitación es determinar su localización, el área de extensión y el tiempo de duración de los núcleos de precipitación más intensos asociados con el Sistema Convectivo Mesoescala. Las principales herramientas usadas para detectar una fuerte precipitación asociado con las crecidas, son el satélite, el sistema de observación de precipitación TRMM, el radar y los pluviómetros.(6) 6.9 MODELO HIDROLÓGICO En hidrología suele utilizarse modelos para tratar de representar el comportamiento del sistema hidrológico (el prototipo); un modelo puede ser material o formal. En hidrología aplicada (ingenieril) se usan actualmente cuatro tipos de modelos matemáticos: (1) Determinantico o físicamente basado, se formula utilizando las leyes físicas que rigen los procesos involucrados descritos mediante ecuaciones diferenciales. (2) probabilística, es gobernado por las leyes del azar y las probabilidades. (3) Conceptual, es una representación simplificada de los procesos físicos que se obtiene concentrando (integrando) las variaciones espaciales o temporales. (4) Paramétrico, representa los procesos hidrológicos por medio de ecuaciones algebraicas que contienen parámetros a determinar empíricamente.(5) Hay que comenzar por señalar que, ante el objetivo de obtener recursos a nivel diario, los datos de precipitación se tienen que considerar también a nivel diario, y que la utilización correcta del programa HEC-HMS 3.5 ha exigido conocer la precipitación uniforme, a nivel diario, sobre cada una de las subcuencas consideradas, en los diferentes años analizados. 6.10 MODELOS PRECIPITACIÓN – DESCARGA Los modelos de Precipitación-Descarga más extendidos en hidrología son aquellos que 8 estiman el balance entre las entradas de agua al sistema (precipitación) y las salidas del mismo (evaporación, escorrentía y descarga del acuífero) reproduciendo simplificadamente los procesos del ciclo hidrológico (2) 6.11 SATÉLITE Las imágenes por satélite pueden indicar la presencia de sistemas de escala pequeña y grande asociado con una fuerte precipitación, aquellas indican la característica de organización asociado a los Sistemas Convectivos Mesoescala, también ayuda a estimar la precipitación usando imágenes infrarrojas basados en la temperatura del tope de nubes.(3) 6.12 TRMM (TROPICAL RAINFALL MEASURING MISSIÓN ) Conjunción de exploración espacial entre la NASA y la Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa ( JAXA) diseñada para monitorear y estudiar precipitaciones tropicales y subtropicales. Antes del TRMM, la incertidumbre acerca de la distribución de la lluvia en la superficie de la tierra era de un 50% y el perfil de distribución vertical de precipitación estaba lejos de ser determinada. La TRMM provee datos provenientes del Radar meteorológico de precipitación (PR) el cual provee cartas de estructuras de tormentas tridimensionales; se emite radiación y se reciben lecturas de la intensidad y distribución de la lluvia, tipo de lluvia, profundidad de la tormenta, altitud donde la nieve funde en la lluvia, también se puede estimar el calor obtenido a diferentes alturas en la atmosfera ( en base a las mediciones). Estima a una resolución entre los 0,25º x 0,25º y 5ºx5º en un área entre los 35ºN y 35º S. (3) El Tropical Rainfall Measuring Misión TRMM y otras fuentes de lluvia, es producida por el algoritmo de precipitación global (3B42_V6), de resolución temporal 3 horas y resolución espacial de 0.25 x 0.25 grados (25 km). El TRMM recoge desde el espacio los porcentajes de lluvias instantáneas y de gran anchura de pasada basados en el radiómetro. El papel principal que el radar de precipitación es proporcionar detalles sobre la estructura vertical de la lluvia; estos datos ayudan a perfeccionar las recuperaciones basadas en el radiómetro.(2) 6.13 ANÁLISIS Y MOLDEAMIENTO DE SERIES DE TIEMPO HIDROLÓGICAS 9 El análisis de tiempo ha llegado a ser una de las mayores herramientas en la hidrología. Se usan para la construcción de modelos estocásticos y generación de registros hidrológicos sintéticos, pronóstico de los eventos hidrológicos, detección de saltos y tendencias en los registros y completación de datos perdidos y extensión de series. Según ALIAGA (2007), citando a Yevjevich, dice: La econometría contemporánea de recursos de agua está basado en la confianza de Modelos Matemáticos de ingeniería para la toma de decisión y evaluación de diversos proyectos de recursos de agua. Estos modelos pueden ser hechos suficientemente confiables en el tiempo, únicamente en el desarrollo de descripciones matemáticas apropiadas de procesos hidrológicos de naturaleza estocástica. 6.14 MODELADO DE LA CUENCA Con objeto de poder representar adecuadamente el comportamiento hidrológico de una determinada cuenca, es preciso, en primer lugar, llevar a cabo una representación esquemática de la misma, que refleje, de la mejor manera posible, su morfología y las características de su red de drenaje. En dicha representación esquemática se utilizan generalmente diversos tipos de elementos, dentro de los cuales se desarrollan los procesos hidrológicos antes descritos. (13) En este sentido, el programa HEC-HMS incluye diferentes tipos de elementos, cuya descripción se indican a continuación: a) Subcuenca b) Tramo de cauce c) Embalse d) Confluencia e) Derivación f) Fuente g) Sumidero La combinación de estos tipos de elementos, con las adecuadas conexiones entre ellos, constituye finalmente la representación esquemática de la cuenca total. 10 6.15 MODELACIÓN CON HEC-HMS El HEC-HMS es un modelo tipo evento, lineal y semidistribuido. Por lo tanto, una corrida de simulación del programa consiste en calcular la componente de escorrentía directa como una función del tiempo, producto de un evento de lluvia de duración variable (entre algunos minutos y varios días) que se produce a la salida de las subcuencas. Las hidrógrafas resultantes se combinan según la estructura de la cuenca, definida por el usuario en sentido estricto de aguas arriba hacia aguas abajo, hasta hallar el hidrograma resultante a la salida de todo la cuenca. Las simulaciones en HEC-HMS son de dos tipos: 1. Convencionales: se obtienen las hidrógrafas de salida y combinadas para un evento de tormenta supuesto. 2. De optimización: Las hidrógrafas resultantes se comparan con un registro histórico en un cierto punto de la cuenca. Estos son los resultados que debe esperar el usuario después de una corrida del programa: El programa HEC-HMS incluye en su formulación modelos de eventos y modelos continuos, que permiten abordar el tratamiento de ambos tipos de situaciones. 6.16 MODELADO DE LOS COMPONENTES DEL PROCESO Ante la práctica imposibilidad de abordar de manera global la modelación del proceso de transferencia lluvia-caudal, se suele optar generalmente por analizar, de manera individualizada, diferentes aspectos parciales del proceso. Este es también el criterio adoptado en el programa HEC-HMS. 6.16.1 Precipitación y evapotranspiración La precipitación constituye el input principal al proceso hidrológico antes descrito. Dado que la información disponible sobre la precipitación es limitada, tanto a nivel espacial como temporal, es necesario recurrir a algún procedimiento que permita establecer un modelo de precipitación acorde con el objetivo perseguido en cada caso. 11 En este sentido, puede ser necesario disponer de datos de precipitación en forma de series continuas en períodos largos de tiempo, o bien, de histogramas de diseño en períodos cortos de tiempo. En el primero de los casos, el programa HEC-HMS contempla diferentes posibilidades, según el tipo de distribución espacial que se considere para la precipitación en el conjunto de la cuenca o subcuenca objeto de análisis. Si se admite la hipótesis de distribución espacial uniforme, existen diferentes alternativas para determinar el valor de la precipitación media sobre el conjunto de la superficie, a partir de la información puntual registrada en una serie de pluviómetros: • Media aritmética o ponderada, con diferentes criterios de ponderación. • Polígonos de Thiessen. • Método de las isoyetas, si bien este procedimiento es razonablemente aplicable cuando se trata de valores a nivel decenal, mensual o anual. En este sentido, puede ser necesario disponer de datos de precipitación en forma de series continuas en períodos largos de tiempo, o bien, de hietogramas de diseño en períodos cortos de tiempo. En el primero de los casos, el programa HEC-HMS contempla diferentes posibilidades, según el tipo de distribución espacial que se considere para la precipitación en el conjunto de la cuenca o subcuenca objeto de análisis. Si se admite la hipótesis de distribución espacial uniforme, existen diferentes alternativas para determinar el valor de la precipitación media sobre el conjunto de la superficie, a partir de la información puntual registrada en una serie de pluviómetros: • Media aritmética o ponderada, con diferentes criterios de ponderación. • Polígonos de Thiessen. • Método de las isoyetas, si bien este procedimiento es razonablemente aplicable cuando se trata de valores a nivel decenal, mensual o anual. Si se considera que la distribución espacial de la precipitación no es uniforme, las alternativas que contempla el programa HEC-HMS son, por una parte, la utilización de datos obtenidos mediante radar, que proporcionan los valores registrados directamente sobre una cuadrícula. Por otro lado, se puede utilizar también un algoritmo que proporciona el valor de la precipitación en un punto, o en una zona de pequeña extensión, como media ponderada de los valores registrados en diferentes pluviómetros, con coeficientes de 12 ponderación que tienen en cuenta el inverso del cuadrado de la distancia al pluviómetro correspondiente. Para el establecimiento de hietogramas de diseño en períodos cortos de tiempo, el programa HEC-HMS contempla diferentes posibilidades, algunas de las cuales resultan un tanto sofisticadas. No obstante, se considera también la posibilidad de utilizar un hietograma definido por el usuario, basado generalmente en análisis estadísticos llevados a cabo sobre registros históricos en pluviómetros o pluviógrafos representativos. En cuanto a la evapotranspiración, cabe comenzar por señalar que su conocimiento no es relevante cuando se trata de analizar la respuesta hidrológica de la cuenca frente a aguaceros de corta duración. En los casos de simulación continua, el programa HEC-HMS contempla la posibilidad de definir valores medios mensuales, determinados según los métodos habitualmente utilizados en Hidrología. 6.16.2 Volumen total disponible para escorrentía De acuerdo con lo indicado anteriormente, el volumen total de agua disponible para escorrentía superficial es el resultado de descontar de la precipitación el agua interceptada por la vegetación, infiltrada en el suelo, almacenada en la superficie del mismo, evaporada desde diferentes superficies o transpirada a través de las plantas. El programa HEC-HMS contempla diferentes alternativas a la hora de cuantificar estas pérdidas de agua: • Establecimiento de un umbral de precipitación, por debajo del cual no se produce escorrentía superficial, y una tasa constante de pérdidas por encima del citado umbral. • Utilización del concepto de número de curva (CN), desarrollado por el U.S. Soil Conservation Service (SCS), teniendo en cuenta los usos del suelo, el tipo de suelo y el contenido de humedad previo al episodio lluvioso que se considera. • Método de Green y Ampt, que tiene en cuenta, entre otros, aspectos tales como la permeabilidad del suelo y el déficit inicial de humedad del mismo. • Modelo SMA (Soil Moisture Accounting), que permite simular el movimiento del agua a través del suelo y del subsuelo, su intercepción y almacenamiento en diferentes zonas, y el escurrimiento superficial del exceso. 13 En cuanto a la aplicabilidad de estos modelos a las diferentes situaciones que se pueden plantear, cabe comenzar por señalar que el modelo SMA está especialmente indicado en los casos de simulación continua, mientras que los tres restantes se utilizan en los casos de aguaceros de corta duración, si bien primero de los modelos mencionados también se puede utilizar en los casos de simulación continua. En general, desde el punto de vista de variación espacial de los valores de los parámetros implicados, los modelos se pueden clasificar en agregados o distribuidos. En el primero de los casos, los parámetros mantienen un valor constante dentro de cada subcuenca, pudiendo existir diferencias entre unas subcuencas y otras, mientras que en el caso de modelos distribuidos lo habitual es que los valores de los parámetros varíen de un punto a otro, en el interior de cada subcuenca. En este último caso, suele ser necesario completar la representación de la subcuenca en cuestión, mediante la superposición de una malla rectangular de celdas, de tamaño más o menos grande, según la precisión deseada y la información disponible. En relación con los modelos concretos aquí mencionados, es interesante señalar que el método de Green y Ampt es de tipo distribuido; el modelo SMA y el basado en el concepto de número de curva presentan sendas versiones de tipo agregado y distribuido; y el modelo basado en el establecimiento de un umbral de precipitación y una tasa constante de pérdidas es de tipo agregado. Finalmente, cabe señalar que todos ellos son de tipo empírico, lo cual significa que los valores de los parámetros no pueden ser determinados a partir de mediciones específicas, sino que deben obtenerse mediante el oportuno proceso de calibrado o ajuste, o bien ser estimados a partir de las características de la cuenca. 6.16.3 Escorrentía superficial Otro de los aspectos que es susceptible de ser analizado de manera individualizada es el referente al desarrollo de la escorrentía superficial y su concentración en un determinado punto del cauce. El programa HEC-HMS contempla dos posibles alternativas, basadas en modelos de tipo empírico o conceptual, respectivamente. Entre los modelos de tipo empírico, basados todos ellos, en mayor o menor medida, en el concepto de hidrógramas unitario, propuesto originalmente por Sherman en 1932, el programa permite seleccionar uno de los siguientes: 14 • Hidrógramas unitario definido por el usuario. • Hidrógramas sintético de Snyder. • Hidrógramas del Soil Conservation Service. • Hidrógramas de Clark (original y modificado). Todos ellos son de tipo empírico, como ya se ha indicado antes, y son aplicables, en principio, a aguaceros de corta duración, si bien su formulación no impide utilizarlos en casos de simulación continua, considerados como una sucesión de aguaceros. Por otro lado, todos ellos, salvo el hidrógramas de Clark modificado, son de tipo agregado. Como alternativa a los modelos anteriores, el programa HEC-HMS incluye un modelo conceptual, de tipo onda cinemática, en el que la cuenca o subcuenca está representada por un cauce muy ancho, alimentado en su origen por el exceso de precipitación. Este modelo es de tipo agregado y se aplica al caso de aguaceros de corta duración. Los datos necesarios para su utilización, que deben ser extraídos de medidas reales, hacen referencia a la longitud, pendiente, rugosidad de la cuenca, etc. 6.16.4 Flujo base Tiene su origen en la precipitación registrada sobre la cuenca en períodos precedentes, que se ha almacenado temporalmente en capas más o menos profundas, e incluye también el flujo hipodérmico o subsuperficial asociado al período actual. El programa HEC-HMS considera tres posibles alternativas para su modelación: • Caudal constante, con posible variación mensual. Aunque puede parecer excesivamente simplista, resulta válido cuando se trata de determinar el caudal máximo de un hidrógramas aislado. • • Curva de recesión exponencial. Depósitos lineales sucesivos. Todos estos modelos son agregados, empíricos y aplicables, en principio, a aguaceros aislados, de corta duración. 15 6.16.5 Tránsito del hidrógramas por el cauce La agrupación de caudales de agua de diversa procedencia (superficial, etc.) en un punto de un cauce y su variación a lo largo del tiempo constituye un hidrógramas. El discurrir de estos caudales hacia aguas abajo, a lo largo de un determinado tramo de cauce, da lugar a un nuevo hidrógramas en el extremo de aguas abajo del mismo. El programa HEC-HMS permite escoger entre los siguientes modelos a la hora de tratar de representar la transformación que experimenta el hidrógramas entre los puntos inicial y final de un tramo de cauce: • Modelo Lag. • Modelo de Puls modificado. • Modelo de Muskingum. Modelo de Muskingum-Cunge. • Modelo de onda cinemática. La exposición detallada de cada uno de estos modelos excede de lo que aquí se pretende. No obstante, cabe señalar que todos ellos son de tipo agregado, y aplicables, en principio, a aguaceros aislados de corta duración. En cuanto a sus fundamentos básicos, hay que indicar que el modelo de onda cinemática es de tipo conceptual, mientras que el modelo Lag, el de Puls modificado y el de Muskingum son de tipo empírico. El modelo de Muskingum-Cunge es de tipo quasi-conceptual, ya que en su formulación intervienen algunas variables que son susceptibles de ser determinadas a partir de mediciones geométricas 6.17 GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS La Gestión de Recursos es una respuesta de la última década a los problemas mundiales, regionales, nacionales y locales de escasez, calidad y saneamiento del agua, así como su acceso universal que tienen una relación muy íntima con la pobreza. Se trata de un enfoque que pretende integrar el conocimiento de una diversidad de sistemas que deben considerarse en forma simultánea, bajo distintas disciplinas, concepciones, conocimientos, 16 investigaciones, órganos normativos y de gestión, instituciones y usuarios, pues sin dejar a un lado los planes de acciones que existen frente a posibles desastres por efecto de los cambios climaticos. El aprovechamiento y la gestión del agua debe inspirarse en un planteamiento basado en la participación de los usuarios, los planificadores y los responsables de las decisiones a todos los niveles. 6.18 LEY DE RECURSOS HÍDRICOS, LEY 29338 La ley de los recursos Hídricos es aprobada el 12 marzo del 2009, fue enfatizando los aspectos más relevantes y que pueden significar oportunidades o dificultades para actividades de cada sector. De esta manera, se enfatiza la importancia que se le brinda a la seguridad jurídica, la promoción de la eficiencia, la gestión de los recursos hídricos, el reforzamiento de la posición de las comunidades campesinas y nativas, y la prioridad en el uso del agua. Esta Ley tiene XII Títulos además de un Título Preliminar referido a los principios que regulan el uso y gestión integrada de los recursos hídricos. La Ley comprende el agua superficial, subterránea, continental y los bienes asociados a ésta. Se extiende al agua marítima y atmosférica en lo que resulte aplicable. La Ley regula el uso y gestión integrada del agua, la actuación del Estado y los particulares en dicha gestión, así como los bienes asociados al agua. Los bienes asociados al agua son lo que se detallan en los artículos 5 y 6 de la presente Ley. La ley además señala que el agua constituye patrimonio de la Nación y el dominio sobre ella es inalienable e imprescriptible. Es un bien de uso público y su administración sólo puede ser otorgada y ejercida con el bien común, la protección ambiental y el interés de la Nación. No hay propiedad privada sobre el agua. 17 VII. MATERIALES Y MÉTODOS 7.1 UBICACIÓN ZONA DEL PROYECTO La Cuenca del Río Chacco se encuentra ubicada en la Sierra-Centro de los Andes Peruanos. Geográficamente, está comprendida entre las coordenadas geográficas de los paralelos 13° 04’ y 13° 17’ de Latitud Sur y los meridianos 73° 56’ y 74° 14’ de Longitud Oeste. Políticamente, la Cuenca pertenece a la Provincia de Huamanga, Departamento de Ayacucho, abarca los distritos de Nazarenas, San Juan Bautista, Chiara, Acocro Tambillo y Socos. Limita, con las cuencas de : Norte : Sur : Rio Huanta Río Vischongo Rio Totorabamba Río Cachi Oeste : Este : La Cuenca del Rio Chacco tiene una extensión de 1106.71 km2, donde se encuentra ubicada 3 subcuencas y 1 microcuenca aportantes como son: • Subcuenca Yucaes con una extensión de 694.30 km2. • Subcuenca Huatatas con una extensión de 229.22 km2. • Subcuenca Cuchihuaycco con una extensión de 102.75 Km2. • Microcuenca Alameda con una extensión de 77.80 km2 UBICACIÓN HIDROGRÁFICA Sistema Hidrográfico Cuenca : : Río Chacco Chacco 7.2 METODOLOGÍA A continuación se describe el proceso a seguir en el presente trabajo de investigación: Recopilación de la información espacial existente La información cartográfica está compuesta por cartas topográficas de Instituto Geográfico Militar (IGM) e imágenes satelitales correspondiente al área de estudio. Las cartas IGM y la imagen satelital serán proporcionadas por el Senamhi. 18 Recopilación y procesamiento de datos de lluvia La información pluviométrica será proporcionada por el Servicio Nacional de Hidrología y Meteorología, siendo la correspondiente a ésta área de estudio la Estación Pucaloma, Huamanga y Chontaca Correspondiendo a las Subcuencas que abarca el área de la Cuenca. Los registros de precipitaciones para la implementación del trabajo corresponderán a una serie de imágenes satelitales (TRMM) máximas diarias anuales. La información pluviométrica original será sometida a un análisis estadístico hidrológico previo donde se observara inicialmente la existencia de factores que afecten su tendencia los cuales serán analizados. Finalmente la información básica con la que se trabajara será las precipitaciones que mejor se ajusten hallados por las imágenes TRMM, para luego generar los caudales medios diarios utilizando el programa HEC HMS 3.5. a información de precipitaciones Empleo del HEC-HMS. El software que permitirá simular transformación de lluvia histórica o hipotética en escurrimiento, a través de un sistema que integra diferentes métodos hidrológicos ya sean concentrados o distribuidos para el transito de caudales Aspectos Metodológicos El presente trabajo pretende realizar la comparación entre las estimaciones de lluvia en la Cuenca Rio Chacco, realizadas mediante imágenes satelitales TRMM y una red de pluviómetros instalada dentro del ámbito de la cuenca en estudio, para el período 1998 a 2010. Además, también pueden compararse las características físicas de las nubes y los hidrometeoros en su interior con otras fuentes como los sondeos atmosféricos. Con el fin de suplir la escasez de información de variables climáticas disponible en todo el territorio de la Cuenca, se hará uso de algoritmos para la estimación de precipitación pluvial a partir de imágenes del TRMM, se trata de datos calculados en base a mediciones de varios sensores satelitales, tanto de radar como de infrarrojo, 19 los cuales son posteriormente calibrados en forma global con mediciones de estaciones meteorológicas existentes en dicha zona de estudio. De esta fuente se puede obtener la precipitación mensual estimada para unidades de superficie terrestre de 0.25 x 0.25 °, que se lleva a una resolución cartográfica de 25 x 25km, con el nombre 3B-43 V6. La serie de estos datos comenzará en el año 1998, y será actualizada hasta la fecha mensualmente. En base a los datos de precipitación estimada TRMM dentro del proyecto se realizara mapas mensuales de actualización periódica dependiendo el momento de la misma de la disponibilidad de los datos de origen. Estos mapas se realizaran y pondrá a disposición en dos versiones. 1. Una conteniendo los valores estimados en milímetros para toda la Cuenca con una resolución espacial de 25 x 25 kilómetros. 2. El otro producto se representa mediante la desviación de los valores del mes en cuestión respecto de los valores históricos (1998- actualidad) para el mismo mes de la serie de datos TRMM Luego se adaptará la información existente para ser utilizable en el programa HEC HMS 3.5 tanto en formato como en unidades, rellenando las series faltantes y extrapolando a años sin datos. Se caracterizarán las cuencas de estudio: por sus características topográficas (área, altitud) y de cobertura del terreno, con la aplicación de herramientas de SIG. Generados los modelos hidrológico y glaciológico, se calibrarán con los datos existentes medidos de las estaciones dentro de la zona de estudio (Cuenca del Rio Chacco). Los parámetros resultados de la calibración serán extrapolados a las cuencas que aportan al sistema con el objeto simular caudales en zonas en las que existe menos información y evaluar la robustez del modelo HEC HMS para simular la capacidad de producción de la cuenca antes mencionadas. La evaluación de la coherencia del modelo se hará con los datos de láminas de escurrimiento generadas. 20 VIII. CRONOGRAMA La ejecución del plan de trabajo tiene un plazo de 12 meses, iniciándose formalmente el mes de Enero 2012 y finalizando en Julio del 2012. º CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES MES 1 ACTIVIDADES 1 2 3 4 MES 2 1 2 3 4 MES 3 1 2 3 4 MES 4 1 2 3 4 MES 5 1 2 3 4 MES 6 1 2 3 4 MES 7 1 2 3 4 MES 8 1 2 3 4 MES 9 1 2 3 4 MES 10 1 2 3 4 MES 11 1 2 3 4 MES 12 1 2 3 4 1 2 3 Recolección de X X X X X información Revisiòn bibliográfica X X X X Elaboración perfil - ajuste Mediciòn Satelite TRMMPrecipitaciones Digitalización Cuenca Modelamiento y generación de caudales HEC HMS 3.5 Ordenamiento y Elaboraciòn plano Presentaciòn borrador Correcciones Sustentación X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 4 5 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 6 7 8 9 10 11 X X X X X X X X X X X IX CONCLUSIONES El estudio de las crecidas, son importantes realizarlos para las subcuencas de la cuenca Chacco ya que nos permitirán elaborar las siguientes conclusiones: a. La aplicación de del modelo HEC-HMS en su diagramación permite obtener una caracterización hidrológica de cada subcuenca, lo cual nos permitirá operar de alguna manera más detallada en un área de menor extensión no generalizar la información. Ejecutando trabajos puntuales. b. El caudal especifico de 25 , 50 años de retorno alcanza un valores promedios de caudales(l/s) los valores pueden ser utilizado para diseñar obras dependiendo del tamaño de las subcuencas. X RECOMENDACIONES 1. La implementación de mejor equipo como ser limnígrafos en la cuenca para tener la posibilidad de comparar los valores observados con los simulados, de manera que los modelos se puedan calibrar para adecuarlos a las condiciones del medio. 2. Un aspecto que se debería tomar en cuenta es la realización de visitas al campo para lograr obtener mayor información acerca del comportamiento hidrológico de la cuenca y así mismo conocer de esta forma el historial de las mismas. . XI REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1. Diario de Ciencia y Tecnología: http://www.laflecha.net/ 2. Comunidad Meteorológica y de las Ciencias MetEst en español. http://www.meted.ucar.edu 3. National Aeronautics and Space Administration,2005 .Goddar Earth Sciences Data and Information Services Center. http://www.disc.sci.gsfc.nasa.gov/featured- tems/trmm 4. Chereque, 1980. Hidrología para estudiantes de ingeniería civil. Edición 1980Pontificia Universidad Católica del Perú. 5. Villon, M. 2002. Hidrológica. Segunda Edición (2002). 6. Cardona, R. Estimación de caudales de crecida para la cuenca Misicuni mediante un modelo hidrológico y SIG., Tesis 200 CLAS. 7. Chow, 1996. Hidrología aplicada. Santafe de Bogotá –Colombia FAO. 1986. Tercer seminario nacional, manejo de cuencas hidrográficas Proyecto Regional Manejo de cuencas. La Ceiba , Honduras 125 p 8. Flores, L. Determinación de caudales específicos por subcuencas en la cuenca Molino Mayu., Tesis 2000 CLAS. 9. Montenegro, E. y Zárate O. 1998. Sistematización para actualización caracterización hidrológica en cuenca Taquiña. Convenio LHUMSS – PROMIC. Serie Estudios Hidrológicos, Publicación n° 7 p. Cochabamba – Bolivia. 10. Muñoz, E. 1998. Sistema de simulación hidrológica para el calculo de la avenida de proyecto. 23 11. Convenio LHUMSS – PROMIC. Serie Estudios Hidrológicos, Publicación n° 17 p. Cochabamba – Bolivia. 12. US Army Corps of Engineering Center, 2000. Hydrologic Modeling System HECHMS. User Manual Versión 2. Trad. Del Ingles por M. Auza. 186 p. Davis CA. USA. 13. Aliaga, T. 1985. Modelación Hidrológica, 2007. Instituto Geofísico del Perú – IGP. Perú. XII PATROCINADORES Por definir. XIII COOPERADORES Por definir. XIV FINANCIA 24