Y EL PRONÓSTICO HIDROMETEOROLÓGICO"

http://www.prohimet.org

monitoreo y pronóstico de fenómenos hidrometeorológicos

el periodo 2005-2008

Red apoyada por la

Organización Meteorológica Mundial

(Tiempo, Clima y Agua)

Jornadas PROHIMET-CR-2015 sobre

"L

Y EL PRONÓSTICO HIDROMETEOROLÓGICO

"

Lugar: San José (Costa Rica) Fechas: 6 al 10 de julio de 2015

I

Tabla de contenido

1 Introducción ... 1

2 La calidad de la información hidrológica. Aspecto básico para el pronóstico 4 2.1 Introducción ... 4

2.2 Singularidades de la información hidrológica ... 5

2.2.1 Discretización espacial ... 5

2.2.2 Base de tiempos y husos horarios ... 7

2.3 Error e incertidumbre en la hidrología operacional ... 8

2.3.1 Realidades inevitables ... 8

2.3.2 Ejemplos de incertidumbres ... 9

2.4 Las soluciones ... 11

2.4.1 Asumir los órdenes de magnitud de las variables hidrológicas (“números gordos” del problema) ... 11

2.4.2 La solución a través del diseño y la organización ... 11

2.4.3 Procedimientos de validación ... 12

2.4.4 Operación y mantenimiento de redes de medida ... 13

2.4.5 Documentación de estaciones ... 18

2.5 Cantidad y calidad.- Una reflexión obligada ... 19

3 Hidrometria integrada ... 20

3.1 Introduccion ... 20

3.2 Objetivos ... 21

3.3 Método ... 21

3.4 Análisis gráfico de relaciones... 22

3.4.1 Situación sin alteraciones ... 22

3.4.2 Efecto de extracciones por riego ... 23

3.4.3 Efecto de Embalses para Generación Eléctrica ... 25

3.5 Uso de fórmulas de verificación ... 25

3.5.1 Objetivos ... 26

3.5.2 Ejemplos ... 26

3.5.3 Desarrollo de una fórmula de verificación ... 27

3.6 Elementos de apoyo... 28

3.6.1 Elementos Generales ... 28

3.6.2 Aplicaciones Computacionales ... 30

3.7 Procedimientos de la hidrometría integrada ... 30

3.8 Trabajos realizados en la división de hidrología ... 32

3.8.1 Capacitación ... 32

3.8.2 Procedimientos y Manuales ... 33

3.8.3 Fórmulas de Verificación ... 33

II

4 Calidad de la información: tipos de fallas detectados en una red telemétrica y costos directos de mantenimiento - Cuenca del Río Salado, Prov. de

Santa Fe, Argentina. ... 35

4.1 Introducción ... 35

4.2 Descripción de la red telemétrica ... 36

4.2.1 Características de las estaciones remotas ... 39

4.3 Problemas generados por la falta de continuidad de los datos ... 39

4.3.1 Descripción de fallas ... 39

4.4 Materiales ... 41

4.5 Resultados ... 41

4.6 Análisis de costos del mantenimiento de la red de medición y su relación con la inversión inicial ... 44

4.7 Recomendaciones ... 46

4.8 Conclusiones ... 47

4.9 Referencias bibliográficas ... 48

5 Proyecto Piloto PROHIMET-COLOMBIA y su incidencia en la calidad y en los pronósticos hidrometeorológicos ... 49

5.1 Antecedentes ... 49

5.2 Logros alcanzados ... 51

5.2.1 Análisis de la red de estaciones ... 51

5.2.2 Actualización de tecnologías para la captura de información hidrometeorológica ... 51

5.2.3 Adquisición de un nuevo sistema de recepción satelital ... 52

5.2.4 Sistema para la revisión automática de información hidrometeorológica ... 54

5.2.5 Actualización de la calibración del modelo de pronóstico de caudales HBV 58 5.2.6 Pronóstico de lluvias por primera vez en EPM ... 59

5.2.7 Otros logros del Proyecto Piloto PROHIMET-COLOMBIA ... 60

5.3 Protección de la comunidad mediante el suministro de información hidrometeorológica a entidades encargadas de dar alertas tempranas ... 61

6 Sistemas de alertas de crecidas de origen pluvial ... 63

6.1 Introducción ... 63

6.2 Antecedentes de un sistema de alertas ... 64

6.3 Umbrales o niveles críticos ... 66

6.4 Definición de umbrales actuales ... 67

6.5 Aplicación de los umbrales ... 69

6.6 Sistemas de alerta ... 70

6.6.1 Primer sistema ... 70

6.6.2 Segundo sistema ... 72

III

6.7 Conclusiones ... 77

7 Modelación hidrológica continúa ... 79

7.1 Introducción ... 79

7.2 El modelo lluvia-escurrimiento ... 82

7.3 Objetivo general ... 83

7.4 Hipótesis ... 83

7.5 Diseño metodológico ... 84

7.6 Selección de la cuenca de estudio ... 84

7.7 Características climatológicas y recopilación de información ... 86

7.7.1 Evaporación media en la cuenca ... 87

7.7.2 Estimación de la precipitación en la cuenca ... 88

7.7.3 Análisis de lámina de precipitación base registrada ... 91

7.7.4 Inferencia de los registros diarios de la lluvia faltantes ... 91

7.7.5 Prueba de consistencia de la información ... 92

7.7.6 Análisis de los datos de la precipitación ... 93

7.7.7 Comparación de la lámina de precipitación calculada con el método manual de los polígonos de Thiessen y con el programa ETISOL ... 94

7.8 Metodología ... 96

7.9 Modelación hidrológica con HEC-HMS ... 96

7.9.1 Modelo de cuenca ... 98

7.9.2 Modelo de humedad del suelo (SMA, Soil-moisture Accounting Model): 99 7.9.3 Elementos constituyentes del modelo SMA ... 99

7.9.4 Estimación inicial de parámetros ... 100

7.9.5 Almacenamientos máximos ... 101

7.9.6 Infiltración/percolaciones máximas ... 103

7.9.7 Valores iniciales de los parámetros ... 104

7.9.8 Tránsito hidrológico ... 105

7.9.9 Efecto regulador de presas ... 106

7.9.10 Simulación del embalse en HEC-HMS... 106

7.9.11 Modelo Meteorológico. ... 108

7.9.12 Especificaciones de control ... 109

7.10 Resultados iniciales obtenidos ... 109

7.11 Calibración ... 112

7.12 Proceso general ... 112

7.13 Calibración manual... 113

7.14 Calibración automática ... 113

7.14.1 Funciones objetivo ... 113

7.14.2 Aspectos considerados en la calibración ... 114

7.14.3 Valores de los parámetros calibrados ... 115

IV

7.16 Consideraciones en las simulaciones hidrológicas continuas ... 117

7.17 Resultados ... 118

7.18 Conclusiones y recomendaciones ... 121

7.19 Bibliografía ... 122

8 Comisionando un Sistema de Alerta Temprana Contra Avenidas (FEWS) en la Cuenca del Layou, Dominica, Indias Occidentales. ... 123

8.1 Introducción ... 123

8.2 Presentación ... 123

8.3 Datos Físicos sobre Dominica ... 124

8.4 Zona del Proyecto ... 125

8.5 El CIMH en el Layou ... 126

8.6 Metodología ... 128

8.7 Diseño de la red ... 129

8.8 Reconocimiento de la cuenca del Layou ... 129

8.9 Solución propuesta para la red de pluviómetros ... 131

8.10 Medición de los Caudales ... 133

8.11 Representación de los datos ... 135

8.12 Combinación de hardware y recursos humanos ... 136

8.13 Conclusiones ... 137

8.14 Referencias ... 138

9 Mejora en la calidad de la información hidrometeorológica del AyA139 9.1 Antecedentes ... 139

9.2 Curso Operación y Mantenimiento - OMM ... 141

9.3 Compra de equipo ... 141

9.4 Proyecto de Cooperación ... 143

9.5 Hidroacústica ... 144

9.5.1 Problemas ... 145

9.5.2 Generación de capacidades ADCP... 146

9.6 Instalación... 148

9.7 Operación y mantenimiento ... 150

9.7.1 Inversiones ... 150

9.7.2 Mantenimiento ... 150

9.8 Base de datos ... 151

9.8.1 De Excel a KISTERS ... 152

9.9 Futuro de la Red ... 152

9.9.1 Sostenibilidad ... 153

9.9.2 Integración a la red nacional ... 153

10 Evaluación de diversos modelos de interpolación espacial para la estimación de la precipitación promedio en la cuenca alta de río Toro. .. 154

10.1 Introducción ... 154

V

10.2.1 Materiales y métodos ... 156

10.2.2 Modelos de interpolación espacial ... 157

10.3 Resultados y análisis ... 160

10.3.1 Análisis espacial y correlación ... 160

10.3.2 Validación cruzada ... 161

10.4 Conclusiones y recomendaciones ... 165

10.4.1 Conclusiones ... 165

10.4.2 Recomendaciones ... 166

10.5 Referencias ... 167

10.6 Agradecimientos ... 167

11 Estimación de la erosión hídrica potencial en la cuenca del río Mayales 169 11.1 Introducción ... 169

11.2 Localización de la cuenca del río Mayales ... 170

11.3 Metodología ... 171

11.3.1 Factor erosividad de la lluvia (R) ... 172

11.3.2 Factor erodabilidad del suelo (K) ... 173

11.3.3 Factor pendiente del suelo (S) ... 173

11.3.4 Factor longitud de la pendiente del suelo (L) ... 174

11.3.5 Factor cobertura vegetal del suelo (C) ... 174

11.3.6 Factor prácticas de conservación de suelos (P) ... 174

11.4 Resultados ... 175

11.5 Conclusiones ... 179

11.6 Bibliografía ... 180

12 Factores naturales hidrometeorológicos y geológicos que influyen en el retraso del desarrollo de un municipio que requiere frecuente auxilio en materia de protección civil por inundación y afectación del suelo e impacto socio económico adverso. ... 188

12.1 Objetivo: ... 188

12.2 Alcance ... 188

12.3 Planteamiento y Análisis ... 189

12.3.1 3.1. Antecedentes ... 189

12.3.2 Problemática ... 190

12.3.3 Ubicación del sitio ... 196

12.3.4 Origen ... 196

12.3.5 Características del medio natural ... 198

12.3.6 Clima ... 199

12.3.7 Uso de suelo y vegetación ... 201

12.3.8 Áreas Naturales Protegidas (ANP) ... 201

12.3.9 Problemática ambiental ... 201

VI

12.4 Identificación de riesgos, peligros y vulnerabilidad ante fenómenos

naturales de origen natural... 203

12.4.1 Fenómenos perturbadores de origen natural hidrometeorológico, ... 203

12.4.2 Fenómenos perturbadores de origen geológico, ... 204

12.5 Matriz de ponderación de riesgo ... 205

12.6 Conclusiones ... 206

12.7 Recomendaciones ... 207

1

1

Introducción

Este evento (Jornadas PROHIMET-CR-2015) ha sido el duodécimo de los organizados por la red PROHIMET desde el inicio de su actividad en 2005.

El documento de resumen y conclusiones de las jornadas puede consultarse en

http://www.prohimet.org/jornadas-costa-rica-2015

Las comunicaciones recopiladas se han agrupado en este documento. Los objetivos de estas jornadas fueron:

• Intercambio de conocimientos y experiencias sobre soluciones para mejorar la calidad de la información y, así, el pronóstico hidrometeorológico

• Difusión de experiencias costarricenses y análisis de su problemática

• Presentación de la versión preliminar del documento Guía PROHIMET SAT (“Guía práctica para la creación y mantenimiento de sistemas de alerta temprana ante riesgos por inundaciones en Iberoamérica”)

• Preparación de un curso sobre pronóstico hidrometeorológico

2

Temas /

Bloques: Ponencias copatrocinadores Ponencias Internacionales Ponencias costarricenses Guía SAT

Curso sobre pronóstico hidrometeorológico

Lunes 6 Martes 7 Miércoles 8 Jueves 9 Viernes 10

8:30 - 9:00 Recepción de participantes

Calidad de la información: tipos de fallas detectados en una red telemétrica y costos directos de mantenimiento - Cuenca del Río Salado, Prov. de Santa Fe, Argentina (Gustavo Ferreira, Argentina)

Calidad de la información y el pronóstico hidrometeorológico (Jorge Granados, ICE)

Limites en prediccion hidrologica en cuencas montañosas (Alejandra Rojas, UCR)

9:00 - 9:30

Sistemas de alertas de crecidas de origen pluvial (Javier Narbona, Chile)

Pronóstico meteorológico (Dylana Vargas, ICE)

Pronóstico de caudales de época seca, Río Abangares (Rafael Oreamuno, UCR)

9:30 - 10:00 Hidrometría integrada (Javier _{Narbona, Chile)} Pronóstico hidrológico (José Pablo _{Cantillano, ICE)}

Evaluación de diversos modelos de interpolación espacial para la estimación de la precipitación promedio en la cuenca alta de río Toro (Luis Alexander, ITCR) 10:00 - 10:30 Descanso Descanso Descanso Descanso Descanso

10:30 - 11:00

La calidad de la información hidrológica. Aspecto básico para el pronóstico (Angel Luis Aldana, España)

Sesión abierta Sesión abierta Sesión abierta

11:00 - 11:30 Antonio Linares (ABENGOA) Modelación continua (Guillermo _{Pérez, México)}

Deslizamientos de Tres Equis, Turrialba (Joanna Méndez, Consultora CNE)

Varias referencias (Angel Luis Aldana)

11:30 - 12:00 José Ramas (SEBA)

Comisionando un Sistema de Alerta Temprana Contra Avenidas (FEWS) en la Cuenca del Layou, Dominica, Indias Occidentales. (Jonathan Cox, Barbados)

Importancia y usos de la red de descargas atmosféricas (Ileana Mora, ICE)

SAT y Redes sociales (Mauricio Martínez)

12:00 - 12:30

Comisionando un Sistema de Alerta Temprana Contra Avenidas (FEWS) en la Cuenca del Layou, Dominica, Indias Occidentales. (Jonathan Cox, Barbados)

Variabilidad Climática de la Zona de Convergencia Intertropical y su Influencia en la Hidrometeorología Centroamericana (Evelyn Quirós, ICE)

Guía SAT (Gerardo Pereyra y Mauricio Martínez)

12:30-14:00 Almuerzo Almuerzo Almuerzo Almuerzo Almuerzo

14:00 - 14:30

Factores naturales hidrometeorológicos y geológicos que influyen en el retraso del desarrollo de un municipio que requiere frecuente auxilio en materia de protección civil por inundación y afectación del suelo e impacto socio económico adverso (Miguel Angel Bárcenas, México)

Agricultura bajo riego en el oeste argentino. La importancia de los sistemas de adquisición remota de datos para la gestión del riego (Rodrigo Villareal, Argentina)

Deslizamientos de Tres Equis, Turrialba (Joanna Méndez, Consultora CNE)

14:30-15:00

Proyecto Piloto PROHIMET-COLOMBIA y su incidencia en la calidad y en los pronósticos hidrometeorológicos (Gloria Marín, Colombia)

Sesión abierta Cuenca experimental Aquiares

(Federico Gómez, OMM)

15:00-15:30 Descanso Descanso Descanso Descanso Descanso

16:00-16:30

Sistema de Alerta Temprana para la cuenca del río Sarapiquí (Rafael Oreamuno y Rebeca Morera, UCR)

Mejora en la calidad de la información hidrometeorológica (Jorge Andrés Hidalgo y Hernán Villalobos, AyA)

16:30-17:00

Sistema de Alerta Temprana para la cuenca del río Sarapiquí (Rafael Oreamuno y Rebeca Morera, UCR)

Sesión abierta

Jornadas PROHIMET Costa Rica 2015

Jornadas sobre "La calidad de la información y el pronóstico hidrometeorológico". 6 al 10 de julio de 2015. Costa Rica

Inauguración: IMN, OMM, ICE y PROHIMET

Clausura

Sesión abierta

3

4

2

La calidad de la información hidrológica. Aspecto básico

para el pronóstico

Autores

Angel Luis Aldana Valverde, [email protected], Consultor independiente Resumen

El monitoreo y pronóstico hidrometeorológico necesita, fundamentalmente, información en cantidad suficiente y con unas garantías de calidad y disponibilidad. Los modelos, en particular, requieren datos precisos, pues a las imprecisiones propias de cualquier fuente de información se unen las asociadas a las simplificaciones de sus planteamientos físicos y sus soluciones matemáticas.

Las soluciones son varias y deben ser planteadas dentro de un proceso de generación de información. En varios subprocesos pueden identificarse acciones importantes en favor de la calidad de la información. Pero un dato que surge de una mala medida tiene pocas posibilidades de ser mejorado, por lo que la selección del sistema de medida y la puesta en práctica de programas de operación y mantenimiento, con énfasis en el mantenimiento preventivo, son la base de un sistema de información de calidad alta.

Palabras clave

Calidad de la información, medidas hidrológicas, programas de mantenimiento, mantenimiento preventivo, incertidumbre, error

2.1 Introducción

Las medidas hidrológicas, como todas, tienen asociados errores desde el origen. Esto es más acusado cuando se miden variables de manera indirecta, lo que es general. Así, no se miden precipitaciones distribuidas en la superficie del terreno, que es lo que se necesita, sino que se hacen medidas puntuales (pluviómetros) o se miden los ecos de las gotas de agua a cierta altura (radar). Tampoco se miden los caudales directamente, sino que se calculan a partir del nivel de la lámina en un río, con o sin la ayuda de algunas medidas de velocidad, las cuales no suelen ser completas.

Es difícil asegurar un error del 10% en precipitaciones, por ejemplo. Si se usa la precipitación para calcular caudales, esa incertidumbre tiene un resultado en un rango de caudales aproximadamente proporcional. Al hacer la previsión bajo hipótesis de lluvia futura, se llegará a una incertidumbre condicionada ya desde el origen de tiempos.

Figura 1: Efecto de las incertidumbres de precipitación en los caudales previstos 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0 4000.0 4500.0

01 00:00 01 12:00 02 00:00 02 12:00 03 00:00

m

3/

s

Tiempo pasado

Q P (m3/s) Q P +Err (m3/s) Q P - Err (m3/s)

P (mm) P + Err (mm) P - Err (mm)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0 4000.0 4500.0

03 00:00 03 12:00

m

3/

s

Tiempo futuro

Q P (m3/s) Q P +Err (m3/s) Q P - Err (m3/s)

5

2.2 Singularidades de la información hidrológica

Hay muchos aspectos específicos de la información hidrometeorológica que merecen una atención especial en la práctica profesional, algunos relacionados con detalles técnicos. Pero hay cuestiones que deben ser claras para todo usuario de este tipo de información, y aquí se resaltan algunas que se consideran muy importantes.

2.2.1 Discretización espacial

Los datos son habitualmente registrados a intervalos regulares de tiempo. Dicho intervalo es lo que define la discretización temporal y se caracteriza por su longitud, y debe ser el apropiado a cada caso, en función de las variaciones en el tiempo que tengan, generalmente, las magnitudes de los fenómenos que se desean analizar en el área de aplicación.

2.2.1.1 Pérdidas de puntas y errores volumétricos con hidrogramas

Si los hidrogramas de los ríos que se desean vigilar tienen variaciones significativas en intervalos de una hora, el uso de discretizaciones de longitudes mayores llevará probablemente a pérdidas de puntas, pues pueden darse entre dos instantes de registro (Figura 1). Este error en la apreciación de las oscilaciones de la variable en el tiempo implicará un error en el cálculo de volúmenes al integrar en el tiempo (Figura 2).

Figura 1: Comparación de un hidrograma observado con distintas discretizaciones temporales

0 50 100 150 200 250 300

0 4 8 12 16 20 24

m

3/s

Horas

6

Figura 2: Diferencias en volumen al integrar los hidrogramas de la figura anterior

2.2.1.2 Error de valores punta y de desfase en la transformación lluvia-escorrentía

En el caso de los registros de precipitaciones, aunque se pierdan detalles, no hay problemas significativos con los volúmenes acumulados en el tiempo, pues cada uno de los valores que se registran se refiere a un volumen acumulado en el correspondiente intervalo de discretización. Sin embargo, esa pérdida de información de distribución temporal de los volúmenes acumulados puede llevar a la imposibilidad de realizar la transformación lluvia escorrentía (por cálculo) correctamente. Por una parte, al perder información de los valores punta de la precipitación, no será posible reproducir los correspondientes valores máximos en el hidrograma de respuesta. Además, el caudal punta aparecerá desplazado en el tiempo.

En las figuras se muestra un ejemplo de transformación lluvia-escorentía para una pequeña cuenca (200 km2), con un hidrograma unitario de 2 horas de tiempo de punta y realizando cálculos con unas discretizaciones de 5 minutos y 120 minutos. Esto ilustra la necesidad de que el intervalo de discretización debe ser un submúltiplo del tiempo de respuesta del sistema que se desea observar.

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

0 4 8 12 16 20 24

hm

3

Horas

7

Figura 3: Diferencia del aspecto de precipitaciones acumuladas en intervalos con discretización de 5 y 120 minutos, y su repercusión en las distribuciones a lo largo del tiempo.

Figura 4: Error de punta y fase en la simulación de la transformación lluvia-escorrentía debido a una discretización temporal inapropiada.

2.2.2 Base de tiempos y husos horarios

Muchos países tienen un horario de verano y otro de invierno, con cambios que implican que un día al año tenga 23 horas y otro 25. Esto supone que una variable que acumula una magnitud diariamente tenga un error de un 4 % en los registros históricos en los días de cambio de hora, si se almacenan los datos con referencia a la hora local. Por ello, es preferible almacenar las series temporales con referencia a un horario invariable, preferentemente usando el tiempo universal coordinado (UTC.-Universal Time Coordinated), que es el estándar de tiempo internacional. 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0

01 15:00 01 18:00 01 21:00 02 00:00 02 03:00 02 06:00 02 09:00 02 12:00

mm (pa ra acumul aci on es ) mm

P 120 min P 5 min P acum 120 min P acum 5 min

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0 1800.0 2000.0

01 15:00 01 18:00 01 21:00 02 00:00 02 03:00 02 06:00 02 09:00 02 12:00

m3

/s

8

Hay que tener en cuenta que en algunos países se han observado cambios de las reglas de definición de horarios a lo largo de su historia, lo que complica las estadísticas y lleva fácilmente a errores si se trabaja con horario local.

Además, el uso de esta referencia facilita el intercambio de datos entre países, al contar con una referencia temporal común.

2.3 Error e incertidumbre en la hidrología operacional

Las soluciones que se planteen en el ámbito de la hidrología operacional deben tener en consideración las múltiples posibilidades de error e incertidumbre que hay que aceptar. Las decisiones que se tomen en función de la información hidrometeorológica tendrán también que asumir esta realidad inevitable.

A pesar de que se presenten con gran frecuencia valores de variables hidrológicas con decimales, unos resultados de trabajos hidrológicos realizados con rigor evitarán esto o incluirían los rangos de imprecisión. El manejo de números con decimales es necesario a efectos de cálculo pero, ni especialista ni usuario deben olvidar que es prácticamente imposible asegurar en la práctica precisiones con rangos inferiores al 10 %. Por ello, cuando un modelo o cálculo concluye que un caudal en un instante determinado es 1000 m3_{/s, no es posible afirmar que esta} valoración es mejor que otra que proporciona un valor de 910 m3_{/s. Ambos} resultados se considerarán idénticos, salvo que la interpretación de un hidrólogo experto aconseje una ponderación a favor de uno de ellos (lo que puede no ser posible en aplicaciones en tiempo real).

2.3.1 Realidades inevitables

2.3.1.1 Realidad inevitable 1: el error y la incertidumbre

A lo largo de este documento ya se han evidenciado numerosas fuentes de error e incertidumbre. El mismo concepto de medida no se puede desligar de la consideración de una incertidumbre, asociada a una precisión. Pero muchas de las variables necesarias para las aplicaciones serán calculadas, y esto lleva asociado un conjunto de hipótesis (siempre simplificadoras) para un modelo que se haga de una parte de la realidad. Téngase en cuenta que una descripción cuantitativa de un sistema hidrológico, o de un fenómeno que se produce en él, es ya un modelo de la realidad.

9

Esta primera realidad inevitable obliga a poner en práctica sistemas de validación y relleno, así como la realización de análisis de sensibilidad en todo tipo de estudios y cálculos.

2.3.1.2 Realidad inevitable 2: el coste de la calidad de la información

El objetivo será disponer de información de la mayor calidad posible, es decir, proporcionar datos a los usuarios finales en el menor tiempo posible, con la menor tasa de fallos y con una incertidumbre mínima. Pero hay que considerar que la calidad de la información se asegurará con gastos en todo el proceso de obtención y en los relacionados.

La solución estará en una opción de compromiso, adaptada a los problemas a resolver, con la que se buscará que la información se proporcione con tiempo suficiente, con una tasa de fallos que no invalide la aplicación y con una incertidumbre no mayor a aquella que sea asumible en la toma de decisiones.

2.3.2 Ejemplos de incertidumbres

2.3.2.1 Incertidumbres en la pluviometría

Las precipitaciones son fenómenos difícilmente modelables, tienen un comportamiento fuertemente aleatorio que no se logra simular bien con ningún modelo. La principal dificultad está en el problema de la distribución espacial de precipitaciones. Las medidas en los pluviómetros tiene un carácter puntal, comparada con las superficies (cientos de kilómetros cuadrados, generalmente) de las áreas geográficas a las que se les asignan sus valores (directa o indirectamente). Los valores proporcionados por estos instrumentos no son realmente representativos de grandes áreas, además de que también cuentan con deficiencias al medir el valor puntual. Hay precipitaciones muy uniformes que se cuantifican con mayor facilidad, pero las que tienen un carácter más torrencial varían mucho en el espacio y a lo largo del tiempo, lo que hace más difícil su cálculo.

En la práctica, los radares meteorológicos para aplicaciones hidrológicas son muy útiles. Proporcionan un mejor conocimiento de la distribución espacial de las precipitaciones, pero no proporcionan una buena cuantificación de la precipitación en cada punto, por lo que necesitan apoyo en medidas puntuales realizadas con pluviómetros.

Las imágenes de satélite también resultan útiles. Aunque cuantifiquen la precipitación peor que los radares, proporcionan información útil de grandes extensiones de territorio.

2.3.2.2 Incertidumbres en hidrometría

10

en primer lugar, la definición del nivel de un río cuando hay grandes ondulaciones y cambios en la lámina libre. Los problemas de discretización temporal también deben ser considerados aquí.

2.3.2.3 Incertidumbres en los embalses

Las salidas de embalse se calculan con estaciones de aforos o en función del nivel y de las posiciones de válvulas y compuertas. Este último caso también cuenta con imprecisiones importantes, pues las fórmulas empleadas en los cálculos de diseño son aproximadas, con mayor o menor error, como todo modelo.

Las entradas pueden calcularse con estaciones de aforos o por balance, lo que implica una imprecisión mucho mayor. Hay que considerar que en el embalse se pueden producir pérdidas por filtraciones, en el vaso o por la presa y sus contornos. También hay evaporaciones que pueden ser muy relevantes en trabajos a escala temporal grande. En estos cálculos, como en otros, puede tener mucho peso la incertidumbre asociada a la curva nivel-volumen embalsado, la curva batimétrica del embalse. Los aterramientos por el transporte de sedimentos exigen revisiones periódicas de la batimetría del embalse, cuya medida también cuenta con dificultades e imprecisiones.

2.3.2.4 Incertidumbre en la respuesta hidrológica de las cuencas

A pesar de que hay muchos modelos y estudios para el cálculo de las escorrentías (la respuesta hidrológica de las áreas receptoras de lluvia en forma caudal fluyente por los ríos), no hay solución carente de errores importantes. La heterogeneidad del terreno en sus tres dimensiones, la complejidad del proceso y la imposibilidad de medir y cuantificar muchos parámetros importantes dificultan enormemente la simulación de estos fenómenos.

Hay que considerar que las características de las respuestas dependen de la escala temporal de trabajo (mensual, semanal, diaria, horaria o menor), lo que se traduce en valores de parámetros de modelos dependientes de dicha escala. Las coberturas del terreno (los usos del suelo) cambian con el tiempo, lo que repercute en el balance de volúmenes y en los tiempos de propagación.

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2.4 Las soluciones

Las limitaciones científicas y técnicas no impiden alcanzar soluciones válidas en la práctica, pero tendrán que basarse no sólo en recursos tecnológicos sino también en los enfoques de diseño de la solución y en los aspectos organizativos.

2.4.1 Asumir los órdenes de magnitud de las variables hidrológicas (“números gordos” del problema)

Es conveniente hacer algunos cálculos simples que permitan cuantificar relaciones entre variables e imprecisiones con las que se trabaja. Se indican a continuación un par de ejemplos.

2.4.1.1 Calculo de entrada a un embalse por balance

La razón de la dificultad de calcular el caudal de entrada a un embalse por balance está en las precisiones de las medidas y en la importancia relativa de las variaciones en algunas magnitudes. Supongamos un embalse que alcanza un volumen de 600 hm3 _{con una altura de lámina de agua de 70 m. Si se supone} que el volumen del embalse sigue la forma de un cono que cumple lo anterior, un incremento de 1 cm en la lámina llevaría a un incremento de volumen de unos 260,000 m3_{. Si se hace un balance con discretización de 30 minutos, esos m}3 _se transforman en casi 140 m3_{/s. Como difícilmente se pueden asegurar errores de} medida menores (cabe esperar que sean mayores de 1 cm), no se puede pretender obtener un caudal con una precisión menor que esos 140 m3_/s.

2.4.1.2 Conversión lluvia en escorrentía

Una precipitación de 1 mm en una superficie de 1000 km2_{, implica un volumen} de 1 hm3_{. Si esto sucede en una hora, se transforma en un caudal de unos 280} m3_{/s. Una precisión menor de 1 mm en lluvia neta es algo difícilmente alcanzable} en la práctica.

2.4.2 La solución a través del diseño y la organización

Las limitaciones científicas y técnicas no impiden alcanzar soluciones válidas en la práctica, pero tendrán que basarse no sólo en recursos tecnológicos sino también en los enfoques de diseño de la solución y en los aspectos organizativos.

2.4.2.1 Identificación y análisis del problema

La planificación y diseño del sistema, que arranque de la identificación correcta del problema y de un buen análisis del mismo, serán la clave de la solución. No es raro encontrar buenas soluciones aplicadas a problemas distintos de aquellos para los que realmente son válidas.

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2.4.2.2 Adaptación mutua de producto y uso

El usuario de la información (que puede ser un sujeto decisor) tiene que asumir las realidades inevitables sobre los sistemas de monitoreo y pronóstico. Tanto en lo referente a las incertidumbres como a los tiempos de disponibilidad para cada producto.

Por su parte, el generador de la información debe asegurar la franqueza y sencillez de las soluciones que aporte (ver punto ¡Error! No se encuentra el

rigen de la referencia.), y contribuir a que el usuario sea capaz de entenderlas

por medio de la divulgación, la educación y la formación.

2.4.2.3 Evaluación preliminar de la incertidumbre

La incertidumbre asociada a cada solución posible debe ser evaluada, con el objetivo de establecer las bases de adaptación mutua entre productor de información y usuario.

2.4.2.4 Funcionamiento cíclico

El funcionamiento cíclico del sistema de monitoreo y pronóstico permite corregir previsiones y decisiones conforme se actualizan análisis y previsiones a lo largo del tiempo, gracias a los refrescos de datos y a la rectificación de los productos de información.

2.4.2.5 Medios auxiliares de observación

Cualquier fuente complementaria de información puede ser muy útil en las aplicaciones prácticas. Los observadores en campo (aquellos pertenecientes a las instituciones vinculadas directamente al problema o bien colaboradores externos) son muy útiles, pues pueden ayudar mucho en la elaboración del diagnóstico de la situación.

2.4.2.6 Protocolos de actuación

Puesto que la solución para superar las limitaciones tecnológicas se va a basar en cuestiones organizativas, la definición de unos protocolos de actuación, ante diferentes tipos de circunstancias, constituye una de las bases para la planificación de las soluciones y para su aplicación directa. Todo cuanto sea posible debe estar previamente definido con la aspiración de reducir al mínimo posible la improvisación.

2.4.3 Procedimientos de validación

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procedimientos de detección de fallos y corrección de los mismos, cuando sea posible, dando a los datos una confianza según el nivel de validación.

Estas etapas darán lugar a tres conjuntos de datos:

 los brutos (antes de cualquier validación),

 los revisados (con una validación inmediata) y

 los validados (con una validación diferida).

Figura 5: Esquema del proceso de generación de información

En cualquier caso, una corrección de datos debe ser siempre reversible. Es decir, los datos brutos deben conservarse.

Hay que tener en cuenta que estas tareas requieren una dotación específica de recursos humanos.

2.4.4 Operación y mantenimiento de redes de medida

Las redes de medida exigen programas de mantenimiento, con tareas que pueden incluir algunas que pueden ser calificadas como acciones de operación, pero ambos tipos (operación y mantenimiento) están fuertemente vinculados por su naturaleza y porque ambos son necesarios. Un buen mantenimiento reduce las incertidumbres, los errores y permite asegurar tiempos de respuesta, aún ante imprevistos.

2.4.4.1 Programas de mantenimiento

La calidad de la información y la garantía de disponibilidad de datos, cuando se necesitan, dependerán mucho del acierto en la implementación de los programas de mantenimiento. Medida Transmisión Recepción Validación y corrección inmediatas BD Tiempo real BD histórica Validación y corrección Cálculos Recálculos Productos de difusión inmediata Presentación de información Presentación de información Productos de difusión diferida

Automático Supervisión recomendable Supervisión necesaria Manual

Medida

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El objetivo final del mantenimiento es asegurar el perfecto estado de todos los elementos del sistema.

Algunas soluciones tecnológicas para el diseño de redes de medida pueden tener sentido cuando se considera el mantenimiento, pues algunas inversiones iniciales en la instalación pueden implicar ahorros considerables posteriores.

2.4.4.1.1 Tipos de mantenimiento

Hay dos tipos de acciones o tareas de mantenimiento:

 Preventivas o programables

 Correctivas o no programables

La programación de actuaciones se hace sobre la base de aquellas que tienen carácter preventivo, que son especialmente importantes pues tratan de evitar que se produzcan averías o mal funcionamiento. Las acciones correctivas son aquellas que responden a una incidencia no prevista de avería o daño. Los presupuestos y la definición de prioridades en las tareas deben contemplar ambos tipos de actuaciones.

2.4.4.1.2 Singularidades del mantenimiento correctivo

El mantenimiento correctivo incluirá actuaciones de tipo reparación o de tipo reposición. Aunque, en ocasiones, la reparación puede consistir en tareas tan simples como reiniciar un elemento electrónico (que se realizará in situ si no hay posibilidad de telemando).

En general, son inevitables, como lo son las causas imprevistas que lo motivan: robos, vandalismo, efecto de tormentas, …

El mantenimiento correctivo tendrá prioridad siempre sobre el preventivo, por lo que alterará el programa de este último.

La detección de la necesidad de actuación es muy importante en el mantenimiento correctivo, lo que puede lograrse por:

 Medios automáticos de autodiagnosis

 Detección de problema en mantenimiento preventivo

 Por aviso de personal propio o ajeno

 Por otro medio de información

2.4.4.1.3 Tiempos de respuesta

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unas tablas de tiempos de respuesta para zonas o subsistemas, o bien una única regla general a aplicar a toda la red de medidas y sistemas asociados.

2.4.4.1.4 Taller, almacén y laboratorio

La única forma de asegurar una capacidad de respuesta en situaciones de avería es disponiendo de materiales de repuesto en un almacén. Es recomendable que este almacén cuente con posibilidades de realizar algunas reparaciones, al menos de algunos elementos, y puede servir también como laboratorio de pruebas. En ocasiones es conveniente situar varios almacenes, repartidos por el territorio, según los tiempos de respuesta que se desee en caso de avería. Esto puede definirse considerando zonificaciones con distintos tiempos, en función de la naturaleza del problema. Las infraestructuras de transporte por carretera son un factor clave en la logística de este problema.

La solución final se basará en equilibrar un presupuesto con unas garantías de funcionamiento. Unas exigencias altas en cuanto a disponibilidad de información y tiempos de respuesta implicará unos costes mucho más altos que con propósitos más moderados. En esto debe tenerse en cuenta que las relaciones no son lineales.

2.4.4.1.5 Movilidad y flota de vehículos

No sería raro encontrar una interrupción en el mantenimiento de infraestructura, de una administración, porque no se cuenta con fondos para dietas (para el desplazamiento del personal que tiene que viajar para hacer la visita que corresponda). Esta penosa situación, cuya consecuencia es una deficiencia funcional importante, debe evitarse a toda costa. Es un suceso obviamente inadmisible si se desea contar con un servicio hidrológico capaz.

Por lo mismo, es necesario contar con vehículos del tipo apropiado y en cantidad suficiente para realizar los trabajos de campo. Para algunas visitas puede bastar un vehículo utilitario normal, pero para otras (dependiendo de la situación, tipología del punto y de la labor a realizar) es necesario un vehículo especial (un todoterreno con suficiente capacidad de carga y arrastre en remolque, por ejemplo).

Estos gastos y medios deben ser previstos y, en caso de externalización, deben aparecer claramente especificados en número y coste.

2.4.4.1.6 Equipos de trabajo (brigadas)

Es conveniente diferenciar entre grupos de trabajo en campo según las labores encomendadas, las cuales exigirán a su vez unos perfiles profesionales específicos. Cabe recomendar los siguientes:

 Mantenimiento de equipos o Preventivo

16  Aforos

 Mantenimiento de instalaciones

2.4.4.1.7 Especificaciones de tareas por puntos de medida

Las tareas a realizar en las labores de mantenimiento preventivo (limpieza, pruebas, calibraciones, …) deben ser claramente especificadas según el punto que haya que visitar. Al menos, aunque no se especifique por cada estación de medida, sí deben darse especificaciones por grupos que atiendan a los tipos de sensores que incorpora, a sus equipos auxiliares y a su obra civil asociada.

2.4.4.2 Programas de operación

En las tareas de operación suelen considerarse las de captación, recepción, proceso, tratamiento y validación de los datos hidrológicos recibidos a través del sistema, como las más básicas. Pero también la elaboración de informes, la calibración y uso de modelos, la gestión de la información geográfica y los trabajos topográficos se consideran parte importante.

En caso de externalización (terciarización), se buscará apoyo a las labores propias del departamento, tanto en situaciones ordinarias como en las extraordinarias. De este modo pueden solventarse limitaciones en las plantillas fijas o estatutarias.

2.4.4.3 Aforos

Los aforos directos pueden considerarse parte de las tareas de operación y mantenimiento. Debe asegurarse, al menos, la realización de 2 aforos al año en cada estación (dependerá de sus características). Los trabajos completos incluyen tareas en campo y en oficina, para la definición de las curvas de gasto. En el caso de que las estaciones incluyan medidor de velocidad, los aforos directos facilitarán la comprobación y el ajuste (si procede) de los parámetros correspondientes para el cálculo de caudales.

2.4.4.4 Medios auxiliares

En un programa de operación y mantenimiento hay que contar con un elevado número de medios auxiliares que deben ser valorados previamente a la asignación de recursos. Además de lo relacionado a vehículos, hay que considerar que hay necesidad de elementos eléctricos, electrónicos, mecánicos, útiles de limpieza o consumibles y auxiliares de informática y comunicaciones. Y también hay que incluir vestuario o elementos auxiliares de trabajo que contribuyan a la seguridad y salud en el trabajo.

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En este apartado tiene gran importancia todo lo relacionado con el material necesario para la hidrometría, que puede incluir barcas, tornos, perfiladores, molinetes, remolques, cabrestantes, vestuario, …

2.4.4.5 Reposición, sustitución y renovación de elementos

En ocasiones, será necesario reponer elementos sustraídos o perdidos (por efecto de una avenida, por ejemplo). En otras, un elemento averiado tendrá que ser sustituido por otro que funcione correctamente. Pero hay que tener en cuenta que la tecnología de las medidas hidrológicas evoluciona, por lo que cabe la posibilidad de la obsolescencia de alguna parte. Incluso cabe la posibilidad de que mantener un equipo antiguo durante un tiempo (un año, por ejemplo) sea más caro que comprar otro nuevo que lo sustituya, por lo que puede ser recomendable la renovación. Esto no es raro en el caso de equipos electrónicos.

2.4.4.6 Mejoras tecnológicas

En un mundo en continua evolución tecnológica, es recomendable considerar unas partidas anuales para mejoras tecnológicas del sistema, con motivo tanto de mejorar su eficiencia y su eficacia, como para evitar cambios drásticos en un futuro (causados por una obsolescencia que lleve a un funcionamiento deficiente o a unos costes absurdos).

2.4.4.7 Circunstancias excepcionales

La definición de circunstancia excepcional que justifique un servicio 24/7 debe ser establecida teniendo en consideración el coste de mantener esta disponibilidad de recursos humanos. Esto puede hacerse en función de un protocolo que se base en medidas o previsiones, aunque siempre habrá que asumir la necesidad de la decisión de un sujeto con responsabilidad asociada a sus funciones.

2.4.4.8 La importancia de los inventarios

En la puesta en práctica de programas de operación y mantenimiento se evidencian las malas consecuencias de las deficiencias en orden y método. Por ello se le concede una gran importancia a la gestión de la información y la documentación. Los inventarios de medios y recursos son necesarios para mantener el orden.

2.4.4.9 Seguridad y salud en el trabajo

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elaboración de estudios de seguridad y salud en el trabajo, lo que puede ser obligatorio por ley en algunos países.

2.4.4.10 Gestión

La gestión de un programa de operación y mantenimiento es compleja y requiere una buena organización (orden y método). La documentación del proceso es necesaria y requiere al menos de un informe mensual con información.

Pero el responsable del sistema debe estar al tanto de los detalles del día a día de la operación, con acceso a información de cualquier detalle, para lo que es conveniente un sistema asistido por ordenador (que puede consistir en un sistema de archivos de ofimática o resolverse con software específico).

El periodo de actualización de la información de un sistema así debe ser semanal o inferior, lo que implica cierta disciplina en el trabajo.

2.4.5 Documentación de estaciones

Una documentación completa de las estaciones, que recoja los datos descriptivos y la historia de cada una, es relevante para la calidad de la información, pues es básica en los procesos de mantenimiento y operación de las redes. Debe incluir información como la siguiente:

 Datos de situación.- Coordenadas, croquis y mapas, fotos.

 Instrumentación y equipos auxiliares.- Sensores, comunicaciones, escalas, casetas, etc.

 Especificaciones del sistema comunicaciones.- Descripción de los detalles de la codificación de datos para transmisión vía satélite, por ejemplo

 Calibraciones (Ejemplo: Aforos directos.- Ficha completa de cada aforo directo, con detalles, fotos y resultado).

 Mantenimiento.- Ficha de cada actuación de mantenimiento, ya sea una simple inspección visual en una visita a la estación, una limpieza, reparación o sustitución de algún elemento.

 Operación.- Análisis de recepción de datos, calibraciones, validaciones de datos, etc.

 Otra información relevante relacionada con la estación.

Cualquier información añadida a la documentación de la estación debe llevar su referencia temporal (sensor con su fecha de instalación, día de la operación de mantenimiento, del aforo directo, etc.)

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2.4.5.1 Mantenimiento de la documentación

Con una documentación apropiada se avanzará en lo relacionado a la calidad de la información y, en general, a racionalizar la gestión de las redes y su información. Facilitará la coordinación de equipos y contribuirá de manera importante a evitar muchos errores.

Pero la documentación requiere un mantenimiento y unos procedimientos asociados. Cada acción relevante, cada cambio, debe ser reflejada en la documentación

2.5 Cantidad y calidad.- Una reflexión obligada

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3

Hidrometria integrada

Autor : Javier Narbona Naranjo Ingeniero Civil

Jefe División Hidrología - Dirección General de Aguas (DGA) Ministerio de Obras Públicas – CHILE

Resumen

Actualmente la evaluación y gestión de los recursos hídricos requiere un Servicio Hidrométrico capaz de responder en forma más oportuna y eficiente a las necesidades de cantidad y calidad de la información generada. El hecho de disponer de datos fáciles de obtener en terreno e ingresar a los computadores, permite efectuar validaciones de la información que con los sistemas de registros mecánicos o de lectura directa no era posible de realizar, debido a que los datos llegaban con diferentes retrasos y por lo tanto no eran contemporáneos.

Con la tecnología actual es posible ahora desarrollar herramientas computacionales, destinadas a analizar la consistencia entre las mediciones de estaciones particulares con la combinación matemática de estaciones hidrológicamente relacionadas.

La formulación matemática de las relaciones entre las diversas mediciones de una cuenca intenta sistematizar una práctica espontánea y de sentido común de los técnicos que trabajan en el campo de la hidrometría, que consiste en comparar, por ejemplo, los caudales de dos estaciones vecinas y consecutivas y explicar las diferencias considerando las extracciones y/o aportes que pudieran haber entre los puntos de medición.

Cabe señalar que el proyecto no se limita a determinar unas relaciones matemáticas y aplicarlas en forma mecánica con el apoyo de computadores. Se trata, en el fondo, de aplicar el conocimiento que se tiene del funcionamiento de cada una de las cuencas y usar el buen sentido común hidrológico con el fin de tomar decisiones en la determinación de las relaciones, ajustarlas de acuerdo con los requerimientos prácticos que surjan de su uso para interpretar bien los resultados. Es decir se trata de un análisis integrado de datos hidrométricos.

Palabras clave : hidrometría, datos, cuenca, validación

3.1 Introduccion

La red hidrométrica que debe administrar la División de Hidrología de la DGA cuenta con más de 1.600 estaciones equipadas con instrumentos digitales, la mayoría con registros horarios y muchas con transmisión en tiempo real. Uno de los desafíos que se enfrentan es controlar la calidad de estos grandes volúmenes de mediciones y a la vez ponerlos en forma oportuna a disposición de los usuarios finales.

Esto significa que se debe ejecutar

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Bases de Datos y su sistematización, hasta la presentación a los usuarios en una pantalla.

La Hidrometría Integrada es un método de control de calidad que desplaza las fronteras de las verificaciones convencionales de mediciones pues consiste en comprobar la consistencia entre los valores en varias estaciones. Para ello se aprovecha la disponibilidad de registros de amplias zonas geográficas y las capacidades de procesamiento computacional.

3.2 Objetivos

- Más calidad al verificar consistencia entre estaciones

- Mejor comprensión de la hidrología de las cuencas

Los objetivos que se ha fijado la División de Hidrología (DH) de la DGA en la aplicación de la metodología de Hidrometría Integrada (HI) son :

 que sirva para mejorar la calidad de las mediciones al detectar rápidamente posibles anomalías cuando se comparan datos entre estaciones relacionadas, lo que se hará en lo posible de manera automática.

 dar facilidades para que los analistas hidrológicos de la Oficinas Regionales interpreten y comprendan a cabalidad las relaciones de causalidad entre los parámetros medidos en las cuencas bajo su supervisión (caudales, precipitaciones, períodos de deshielo, etc.).

3.3 Método

- Estudio sistemático de gráficos

- Fórmulas matemáticas simples para describir relaciones

- Protocolo de corrección

- Disponer de antecedentes anexos

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Las anomalías detectadas con el método gráfico o el automático se corrigen aplicando un protocolo predefinido para que los destinatarios finales reciban en el más breve plazo estadísticas hidrométricas de alta calidad y confiabilidad.

Por otra parte, para lograr una mirada integral del fenómeno hidrológico que impone la

HI, se requiere que una gran variedad de antecedentes esté a la mano del Analista Hidrológico, considerando antecedentes generales (cartografía, derechos de agua) y herramientas de apoyo computacional (curvas de descarga, aforos, aplicaciones gráficas).

En resumen, la HI aprovecha toda la información hidrométrica disponible con una visión amplia del funcionamiento hidrológico de una cuenca, para validar la consistencia de las mediciones y así optimizar los resultados entregados.

3.4 Análisis gráfico de relaciones

- Situación sin alteraciones

- Efecto de extracciones por riego

- Efecto de embalses para generación eléctrica

El análisis gráfico sistemático de estaciones hidrológicamente cercanas permite establecer relaciones de causalidad entre sus mediciones al tomar en cuenta no solo los valores captados sino también la geografía, obras hidráulicas y actividades de la zona. El resultado no es cuantitativo como al usar una fórmula, pero puede entregar una comprensión integradora de todos los factores hidrológicos. He aquí algunos casos:

3.4.1 Situación sin alteraciones

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Esta circunstancia se traduce, entre otras características, en que los aforos de Huasco en Chépica (en azul, aguas abajo) se correlacionan muy bien con los de Huasco en Algodones (en rojo, aguas arriba) gracias a la cercanía de las estaciones y a que no hay captaciones, restituciones, infiltraciones ni afluentes importantes entre ellas:

3.4.2 Efecto de extracciones por riego

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En un régimen natural, la suma de los caudales de las 2 primeras debiera ser mayor o igual que el de Petorca en Peñón, pero importantes extracciones para pequeños embalses alteran esa relación. Usando Google Earth con más ampliación en la zona de la confluencia, se reconocen de inmediato varios embalses, marcados con flechas amarillas:

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En los períodos que siguen inmediatamente después de las lluvias de Junio-Agosto y Octubre-Noviembre, la retención por infiltración en la cuenca es suficiente para el riego y además para llenar los numerosos embalses, quedando incluso un excedente: el caudal medido en la estación Petorca en Peñón o Hierro Viejo (aguas abajo en azul) es superior a la suma del caudal de las otras 2 estaciones (líneas roja y verde)

3.4.3 Efecto de Embalses para Generación Eléctrica

En estos casos el caudal aguas abajo depende de cómo se opera el embalse para atender las necesidades de acumulación-generación, y de la ley de regulación para crecidas. El resultado es un caudal desvinculado del régimen de precipitaciones, como se aprecia en la estación Río Bío Bío ante Junta Pangue (inmediatamente aguas abajo de la central Pangue) en 2009, con la lluvia medida en la estación Bío Bío en Rucalhue, distante unos 35 Km :

Se han destacado en tonos grises los períodos en que pese a las lluvias, el caudal disminuye, supuestamente porque el embalse ha entrado en etapas de acumulación.

3.5 Uso de fórmulas de verificación

- Objetivos: pronóstico y verificación de consistencia

- Ejemplos

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3.5.1 Objetivos

Estas fórmulas son un modelo matemático simplificado de un sistema hidrológico, y tratan de reproducir su comportamiento con el fin de estudiar la interacción de sus componentes. Los valores de entrada son mediciones en estaciones aguas arriba y el resultado es el caudal en una estación aguas abajo. La finalidad de la fórmula es pronosticar el caudal aguas abajo aprovechando el rezago con que éste varía respecto de las estaciones precedentes. También puede usarse para verificar si el caudal real medido es consistente con las mediciones aguas arriba, de ahí que se las llame “Fórmulas de Verificación”. Cuando la fórmula es de buena calidad se la puede usar para emitir alertas cuando el valor obtenido de la fórmula es muy diferente al valor medido. Las alertas se hacen llegar automáticamente vía eMail a los analistas encargados de comprobar los datos de la estación.

3.5.2 Ejemplos

Como la aplicación de Fórmulas de Verificación debe ser masiva, éstas deben ser sencillas y prácticas, y contar con herramientas computacionales que faciliten su construcción. Los modelos de Regresión Lineal cumplen con esas condiciones pues se basan en el balance hídrico fundamental entre estaciones vecinas que cuentan con adecuadas series de mediciones. El esquema básico de un modelo de este tipo es el que se muestra en el siguiente esquema.

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Estas restricciones obviamente disminuyen la exactitud con que estas fórmulas reproducen el fenómeno hidrológico pero gracias a su aplicación en gran escala, en un importante porcentaje de casos se logran buenos resultados.

Una versión real y más elaborada, esta vez de un modelo de Regresión Lineal Múltiple, es :

La expresión es generada en forma automática por una aplicación computacional y usa una nomenclatura estándar que se lee como sigue:

Caudal en Maipo en El Manzano (t) = 1.1016 * Caudal en Colorado Antes Junta Río

Maipo (t) + 0.4714 * Caudal en Maipo en San Alfonso (t-3) + 26.7938

3.5.3 Desarrollo de una fórmula de verificación

La construcción de una Fórmula de Verificación tiene varios pasos:

a. Análisis general de la estación a modelar y sus vecinas aguas arriba.

b. Análisis de regresiones.

c. Estudio de los rezagos de los caudales entre las estaciones (Tiempos de Tránsito):

d. Construcción de la fórmula.

Qfajrm(t) = 2.1564 Qedle(t) +1.1485 Qff(t-5) -92.3719

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El analista compara en forma gráfica y estadística las mediciones reales versus el caudal obtenido con la fórmula en la estación modelada. Si las diferencias están dentro de un rango aceptable, la fórmula puede ser usada con fines de pronóstico o de verificación de mediciones. En este último caso se puede activar para enviar alertas automáticas por eMail cuando el valor obtenido de la fórmula es muy diferente al valor medido.

Para los pasos b., c. y d. se cuenta con aplicaciones computacionales que facilitan su ejecución.

3.6 Elementos de apoyo

- Elementos generales

- Aplicaciones computacionales

La mirada integral del fenómeno hidrológico que impone la Hidrometría Integrada

requiere que una gran variedad de antecedentes esté a la mano del Analista Hidrológico, entre los que se cuentan:

3.6.1 Elementos Generales

 Cartografía

 Cartas Fluviométricas disponibles en la DGA en escala 1:800.000.

 ARCGIS: Sistema de Información

Geográfico (SIG) que permite

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ambientales y otros elementos asociados a él (ríos, lagos, túneles, edificios, datos poblacionales, etc).

 Google Earth: aplicación que representa la superficie terrestre en 3D, y para la cual la División de Hidrología ha dispuesto un enlace con la Base de Datos BNA2000 que permite mostrar sus estaciones de medición, seleccionándolas por Región y Tipo.

 Diagramas Unifilares: simplificación gráfica de cauces y reservorios de aguas superficiales que conforman una red hidrológica, en los que se prioriza la topología de la red omitiéndose el entorno geográfico. Estos diagramas facilitan la comprensión de las interacciones de los cursos de agua y sus acumulaciones.

 Valores extremos y probabilidades de excedencia.

 Derechos de Agua: como fuente básica de información se puede usar el Catastro Público de Aguas de la DGA, y complementarlo con datos empíricos y estudios específicos de cada zona.

 Características del Suelo: el suelo es un almacén de agua, por lo que sus propiedades hidrológicas tienen una gran influencia sobre la escorrentía superficial y el transporte de sedimentos. Una excelente fuente de estudios sobre el tema es la Biblioteca Digital de Ciren-Corfo.

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3.6.2 Aplicaciones Computacionales

La División de Hidrología de la DGA cuenta con numerosas aplicaciones que facilitan el trabajo de los analistas hidrológicos al analizar antecedentes para la Hidrometría Integrada, entre las cuales se cuentan:

 Curvas de Descarga: se permite visualizar el trazado de la curva y los aforos asociados, así como la tabla de valores Altura-Caudal.

 Análisis de Aforos: el estudio de un aforo se puede enriquecer con elementos adicionales a la Altura y Caudal aforado, con una aplicación que permite examinar gráficamente la forma de la Sección de Aforo y su evolución en el tiempo.

 Consulta Universal: es una versátil herramienta desarrollada específicamente para facilitar el análisis dentro del concepto de Hidrometría Integrada, y que se caracteriza por manejar diversos tipos de parámetros, abarcar largos períodos de estadísticas, memorizar las consultas preferidas por cada usuario, anotar de inmediato las anomalías detectadas, llevar automáticamente una bitácora para monitorear el trabajo realizado por cada analista, etc.

3.7 Procedimientos de la hidrometría integrada

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- Detectar anomalías

- Monitorear la solución

Los procedimientos consisten en pautas detalladas que indican cómo aplicar el método de la HI desde un punto de vista práctico y de gestión. Fueron preparados para ser usados por Analistas Hidrológicos, por los Supervisores de la HI, y por todos los que necesiten informarse acerca de la aplicación de la metodología. El siguiente diagrama de flujo es parte de los procedimientos e ilustra en términos generales las etapas que componen la HI.

Las actividades de las Oficinas Regionales de la DH aparecen en color

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3.8 Trabajos realizados en la división de hidrología

- Capacitación

- Procedimientos y Manuales

- Fórmulas de Verificación

- Herramientas Computacionales

La puesta en práctica de la Hidrometría Integrada en la División de Hidrología de la DGA se viene realizando desde el año 2010, y desde entonces se han ido perfeccionado los procedimientos y herramientas.

3.8.1 Capacitación

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manuales disponibles en la intranet de la DGA, demostraciones con aplicaciones reales en equipos de la DGA, y la presentación de casos aportados por los especialistas regionales que participan.

3.8.2 Procedimientos y Manuales

La experiencia acumulada en la aplicación de la Hidrometría Integrada se ha organizado en diversos procedimientos y manuales:

 Manual de Análisis para Hidrometría Integrada: presenta los antecedentes hidrológicos, formulación matemática y herramientas informáticas usadas en la HI, sirviendo como referencia en temas técnicos específicos cuando se esté en cualquier etapa del trabajo.

 Manual de Procedimientos: es una pauta detallada de cómo aplicar el método de HI

desde un punto de vista práctico y de gestión. Sirve para los Analistas Hidrológicos de Santiago y de Regiones, los Supervisores de HI, y todos los que necesiten informarse acerca de la aplicación de la metodología.

 Guía de Análisis Hidrológico: provee una ayuda práctica que facilita a los Analistas Hidrológicos la comprensión básica de la hidrología de las cuencas y permite detectar anomalías en las mediciones de caudales, usando las herramientas disponibles para la Hidrometría Integrada.

 Documentación de Fórmulas de Verificación: se definió un estándar a manera de una “memoria de cálculo” para respaldar los criterios y decisiones tomadas al construir una Fórmula de Verificación. Según la calidad de la fórmula, se incluye una recomendación para usarla o no para emitir alertas cuando el valor obtenido de ella es muy diferente al valor medido.

 Documentación de Sistemas Informáticos: todas las aplicaciones informáticas están documentadas en formato web y disponibles totalmente actualizadas en la intranet de la DGA.

3.8.3 Fórmulas de Verificación

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3.8.4 Herramientas Computacionales

Las herramientas más destacables de apoyo a la Hidrometría Integrada son :

 Consulta Universal: puede presentar en gráficos todos los parámetros fluviométricos alguna vez medidos, independiente de la técnica de registro (formulario, banda gráfica, datalogger o registro satelital), pudiendo mostrar varias estaciones para comparar valores. También lleva una bitácora de las actividades de los usuarios y facilita la anotación de anomalías observadas.

 Gestión de la Consulta Universal: sobre la base de la bitácora de la Consulta Universal permite monitorear la actividad de los analistas hidrológicos y de las Oficinas Regionales, con fines de supervisión.

 Definición de Fórmulas: es una herramienta destinada a los analistas hidrológicos especializados, pues facilita el análisis de un grupo de estaciones para definir una Fórmula de Verificación, llegando incluso a generar su expresión algebraica y a iniciar su registro en las bases de datos.

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Calidad de la información: tipos de fallas detectados en una

red telemétrica y costos directos de mantenimiento -

Cuenca del Río Salado, Prov. de Santa Fe, Argentina.

Autor

Gustavo Ferreira, [email protected] – [email protected]

Ingeniero en Recursos Hídricos / Ministerio de Aguas, Servicios Públicos y Medio Ambiente de la Provincia de Santa Fe (MASPYMA) y Universidad Nacional del Litoral, Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Santa Fe. Argentina.

Resumen

Los datos hidrometeorológicos son una fuente de información básica para estudios interdisciplinarios diversos. Las redes de medición son una herramienta fundamental para el desarrollo técnico, científico y socioeconómico de un territorio. La red telemétrica de la cuenca del río Salado en la Provincia de Santa Fe, está compuesta por 38 estaciones comprendidas en un área aproximada de 30.000 km2, de las cuales 24 son hidrométricas y 14 hidrometeorológicas. Todas ellas transmiten el dato mediante un sistema de comunicación satelital. En este trabajo se describen, clasifican y cuantifican los tipos de fallas más frecuentes encontradas en la red. Estas fallas se deben en general a desperfectos en el funcionamiento de uno o más componentes de las estaciones remotas y pueden llegar a producir la pérdida del dato. Los datos para la elaboración del trabajo provienen de informes técnicos de las inspecciones efectuadas entre los años 2008 y 2013. Además se presentan los resultados de un análisis de costos con el fin de determinar una relación entre los costos de mantenimiento de la red y los costos de la instalación de la misma, que sirva de manera orientativa para quienes tomen la decisión de instalar una red y así prever con antelación los recursos necesarios. Finalmente se exponen recomendaciones tendientes a minimizar la pérdida de datos.

Palabras clave

Red telemétrica, Datos Hidrometeorológicos, Fallas, Río Salado, Argentina

4.1 Introducción

Los datos hidrometeorológicos son una fuente de información básica para estudios interdisciplinarios diversos, lo que implica que las redes de medición son una herramienta fundamental para el desarrollo técnico, científico y socioeconómico de un territorio.

En este trabajo se describen, clasifican y cuantifican los tipos de fallas más frecuentes encontradas en la red telemétrica correspondiente al Sistema de Predicción Hidrológica de la Cuenca del Río Salado (SPH) del Ministerio de Aguas, Servicios Públicos y Medio Ambiente (MASPyMA), Provincia de Santa Fe, compuesta de 38 estaciones, con el fin de evaluar cómo ha sido el comportamiento de la misma en el periodo 2008–2013 y de esta manera recomendar acciones tendientes a reducir el número de fallas. Durante este periodo las condiciones hidrológicas en la cuenca fueron normales o de sequía en grado leve a grave (Ferreira, 2012; Contini et al, 2014).