Comparación de caudales de diseño, obtenidos mediante modelación hidrológica y el método de análisis de frecuencia de caudales máximos extremos
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2018-12-01
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Resumen
Para el diseño de obras hidráulicas como ser: puentes, vertederos de excedencia en presas, canalizaciones, redes de drenaje y otras estructuras, se necesita elaborar un estudio hidrológico, que permita determinar el caudal de diseño con determinado periodo de retorno. Si bien la adopción de una metodología para determinar el caudal de diseño en una cuenca en particular, depende del tipo de datos disponibles, en el presente trabajo se usan métodos para situaciones en las que se dispone de mediciones de lluvia y caudal para la etapa de ajuste del modelo, pero también se usan métodos que no requieren mediciones de caudal propiamente. El motivo de considerar ambas situaciones es para evaluar las discrepancias en la magnitud del caudal de diseño para situaciones comunes de la práctica, en las que se cuenta con muy pocas mediciones.
Para desarrollar el caso de estudio, se cuenta con catorce años (1986-1999) de mediciones de lluvia y caudal registrados en las cuencas de Angostura, Bermejo y Colorado, ubicadas en una zona semiamazónica de la provincia Florida en el departamento de Santa Cruz. Los modelos hidrológicos usados son: Hidrograma Unitario (HU) ajustado por mínimos cuadrados suavizados, Modelo de Clark y HU Adimensional del SCS. Por otro lado, también se utilizó el análisis de frecuencia de una serie de caudales máximos medidos, aclarando que los caudales de diseño obtenidos con esta alternativa son considerados de “referencia o más confiables” ya que surgen del proceso de una evidencia mucho más directa.
Uno de los datos de entrada a los modelos hidrológicos son las tormentas de proyecto, obtenidas en base a datos de pluviógrafo que tienen un intervalo de registro de una hora. En la estimación de la precipitación efectiva se utilizó el método del número de curva (CN), su estimación no se basa en la clásica inferencia a partir de datos de uso y tipo de suelo, en el presente estudio se usaron los datos disponibles de lluvia y caudal, que fueron ingresados en las ecuaciones correspondientes para despejar el CN para cada evento. Durante la aplicación del método del Hidrograma Unitario (HU), se identificó que la mayoría de los eventos máximos no presentan linealidad en la relación lluvia–caudal, por lo que se optó por utilizar un factor k de suavizado logrando conseguir un HU óptimo para cada evento. Esta metodología es denominada HU con Mínimos Cuadrados Suavizados.
En el análisis de frecuencias se usaron las distribuciones óptimas para series máximas (lognormal, Pearson III, log-Pearson III y Gumbel), donde se usaron las series de caudales máximos por año hidrológico y esta fue llevada a un proceso de bondad de ajuste para identificar el mejor modelo probabilístico que se adapte a la serie de datos en cuestión. Se realizaron las simulaciones para 10, 50 y 100 años de periodo de retorno, observando que los modelos hidrológicos basados en el HU como el de Mínimos Cuadrados Suavizados y el Adimensional Sintético del SCS conducen a sobrestimar los caudales de diseño, mientras que el modelo de Clark realizó estimaciones más cercanas a las obtenidas por el análisis de frecuencia.