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HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA LA ESTIMACIN DEL BALANCE
HIDROLGICO DE LARGO PLAZO
UTILIZANDO ARGIS 10.1
Autor: MANUEL ALEJANDRO GRIMALDOS MOJICA
Trabajo de tesis para optar al ttulo de
Magister en Ingeniera Civil
Director
WILLIAM RICARDO AGUILAR PIA
Ingeniero Especialista
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERA JULIO GARAVITO
MAESTRIA EN INGENIERA CIVIL
BOGOT D.C
2013
Palabras clave: ArgGIS, Balance Hidrolgico, Herramienta
Computacional, Software.
(Recibido: 25 de Junio de 2014; Aprobado: 04 de Julio de
2014)
Antecedentes Actualmente se adelantan distintos trabajos
hidrolgicos, para resolver problemticas de ingeniera bajo diversas
tecnologas. Una de las ms conocidas es la consultora, la cual hace
uso de los sistemas de informacin geogrfico (SIG)- segn sea el caso
- aplicando diferentes plataformas y desarrollo de lenguajes de
programacin. La casa ESRI, la ms utilizada y distribuida a nivel
mundial; por ejemplo, ha generado ArcGIS; que es una plataforma
para el diseo y gestin de soluciones a travs de la aplicacin de los
conocimientos geogrficos; para la creacin y el uso de mapas;
elaboracin de datos geogrficos; anlisis de la informacin asignada;
difusin y descubrimiento de informacin geogrfica, en una amplia
gama de aplicaciones y gestin de la informacin geogrfica en una
base de datos. Esta herramienta ArcGIS es de carcter comercial y
tiene un costo de licenciamiento. En paralelo, otras entidades y
empresas han ofrecido sistemas similares sobre plataformas de
acceso libre, por ejemplo: MapWindow, GvSIg, o Quantum SIG ofrecen
soluciones geomticas libres para la sostenibilidad de los proyectos
que se desarrollen. Los sistemas de informacin geogrfica se han
dispuesto como herramientas en tecnologas que dinamizan la solucin
de problemas y generan conocimiento nuevo, partiendo de informacin
geogrfica conocida y han visto su aplicacin a diferentes campos del
desarrollo humano en muchas disciplinas del saber. La hidrologa, al
relacionar datos geogrficos, topogrficos, geolgicos, de drenajes,
climatolgicos, entre otros, ha visto en esta herramienta una lnea
de desarrollo e investigacin con aplicaciones al manejo de recursos
hdricos. Los SIG ofrecen herramientas mucho ms precisas y rpidas
con las cuales se estiman la distintas variables hidrolgicas
(longitud de la cuenca, rea de captacin, pendiente promedio, numero
de curva CN, tiempo de concentracin, etc); por ejemplo, en el caso
del ArcGIS se ha desarrollado modelo de datos geoespaciales y,
temporal, llamado ArcHydro1, desarrollado para las aplicaciones de
recursos de agua y obtiene datos para simulaciones hidrolgicas;
elaborado por el centro de investigaciones en recursos de agua
(CRWR) de la Universidad de Austin Texas. ArcGIS utiliza
componentes de la extensin Spatial Analyst de ArcGIS. ArcHydro, une
el anlisis espacial con los recursos de agua para trabajar juntos
en un modelo de datos geoespaciales. Mediante este avance
progresivo se han generado otros procedimientos y herramientas
especficos para manejo de recursos hdricos: la Modelacin
Geoespacial Hidrolgica, extensin (HEC-GEOHMS) que ha sido
desarrollada como un conjunto de herramientas de la hidrologa
geoespacial para ingenieros e
1 ARCGIS RESOURCES CENTER. Hidrografa. Aguas superficiales.
Estados Unidos. Disponible en Internet:
http://resources.arcgis.com/es/content//hydro/surface-water/about
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hidrlogos con experiencia en GIS limitado. HEC-GEOHMS utiliza
ArcView y la extensin Spatial Analyst para desarrollar una serie de
entradas de modelos hidrolgicos para el sistema de modelado
hidrolgico del Centro de Ingeniera Hidrolgica, HEC-HMS. ArcView GIS
y su extensin Spatial Analyst estn disponibles en el Environmental
Systems Research Institute, Inc. (ESRI). HEC-GEOHMS analiza los
datos digitales del terreno, transforma las lneas de drenaje y los
lmites de cuencas en una estructura de datos hidrolgicos que
representa la red de drenaje. Tambin encontramos el HEC-GeoRAS que
ofrece un conjunto de procedimientos, herramientas y utilidades
para el procesamiento de datos geoespaciales en ArcGIS mediante una
interfaz grfica de usuario (GUI). La interfaz permite la preparacin
de los datos geomtricos para la importacin en HEC-RAS2 y los
resultados de simulacin de procesos exportados de HEC-RAS. Para
crear el archivo de importacin el usuario debe tener un modelo
digital del terreno existente (MDT) del sistema fluvial en el
formato TIN ArcInfo. La herramienta computacional para la estimacin
del balance hidrolgico de largo plazo utilizando ARGIS 10.1, que
presento, tiene desarrollos y avances informticos acordes a las
tecnologas actuales de la ciencias de la Geomtica, que estn a la
vanguardia del desarrollo de los Sistemas de Informacin Geogrficos
(SIG); en tal sentido, fue construida empleando un modelo de add-in
para ArcGIS desktop, este modelo provee un framework declarativo
(.esriAddIn). La herramienta corresponde a una extensin para ArcMap
(ArcMap Add-in). Esto permite a los add-ins proporcionar una visin
simple y ligera para las personalizaciones ms comunes de ArcGIS
(botones, herramientas, cuadros combinados, barras de herramientas
o de men, ventanas acoplables y extensiones para la aplicacin y el
editor) y se pueden compartir mediante correo electrnico, carpetas
compartidas en red y descargas pblicas. (ESRI). El add-in se gener
con el lenguaje de programacin C# del framework .Net, empleando la
librera de objetos COM de ArcGIS llamada ArcObjects, el SDK de
ArcObjects incluye un asistente para generar y actualizar los
componentes del Add-In. Para las ediciones, actualizaciones,
adiciones, mejoras y desarrollos; complementa otras versiones
consecutivas. Esta herramienta tecnolgica, brinda un avance
cientfico slido en consecuencia con la teora de sistemas y la lgica
de lenguaje, acorde con los requerimientos y necesidades actuales.
Dentro del presupuesto de ventajas y bondades, la herramienta fue
creada para facilitar clculos Hidrolgicos en el entorno de ArcGIS
10.1.Es una plataforma robusta, econmica en desarrollo de plan de
negocios y por su gran aplicabilidad permite eficacia en trminos de
edicin y visualizacin, representacin cartogrfica, administracin de
datos, geoprocesamiento, servicios, mvil, extensiones, soluciones
industriales. Tambin el add-in de Balance Hidrolgico desarrolla el
software de la plataforma con facilidad, provee funcionalidades
para automatizar los procesos de generacin de insumos intermedios
tales como las grillas de evaporacin y direcciones de flujo y
clculo de caudales medios por delimitacin de cuenca y/o por
acumulacin. La HERRAMIENTA surgi de la apremiante necesidad de uso
sobre plataforma ESRI , en entorno de escritorio (ArcMap) y
desarrollo (lenguaje C# .Net con la API de ArcGis ArcObjects) ,
cuestin que no ofrece el HIDROSIG 4.0 y la plataforma libre
Mapwindow, que tiene limitaciones de uso y requerira un estudio y
avance mayor en este sentido. La universidad nacional, sede Medelln
ha realizado aportes en esta materia pero an el HIDROSIG 4.0
Minimiza operatividad con tan solo una alternativa de uso. La
herramienta computacional para la estimacin del balance hidrolgico
de largo plazo utilizando ARGIS 10.1, oferta una nueva alternativa
de modelacin hidrolgica en plataforma casa ESRI. Este trabajo
contiene teoras, lgica de programacin y desarrollo de software para
sistemas de informacin geogrfico aplicado a la hidrologa y el reto
de la sinergia con los temas geogrficos y cartogrficos de hoy en da
aplicados al ejercicio propio de rea: recursos hdricos y medio
ambiente. As mismo describe las funcionalidades y caractersticas
del Add-In Balance Hidrolgico, dando un enfoque tcnico terico sobre
su implementacin. Como referente tcnico para la elaboracin de la
herramienta, se utiliz el estudio realizado por la Universidad
Nacional de Colombia sede Medelln, Escuela de Geociencias y Medio
Ambiente, la interfaz bsica HIDROSIG 4.0. A partir de lo anterior
se cre y desarrollo la herramienta computacional para la
2 DEPARTMENT OF THE ARMY CORPS OF ENGINEERS INSTITUTE FOR WATER
RESOURCES. Hydrologic Engineering Center. 609 Second
Street Davis, CA 95616-4687. Disponible en Internet:
http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/
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estimacin del balance hidrolgico de largo plazo versin 1.0. Esta
herramienta fue creada para facilitar clculos Hidrolgicos en el
entorno de ArcGIS, a travs del addin de Balance Hidrolgico, el cual
provee funcionalidades para automatizar los procesos de generacin
de insumos intermedios y clculo de caudales. Se tomaron como
parmetros los siguientes aspectos:
Diseo ventana acoplable del Balance Hidrolgico. Selector de
Mapas. Integrador sobre polgonos. Algoritmo de Acumulacin. Formulas
del balance hidrolgico de largo plazo.
Y se utilizaron formulas del balance hidrolgico de largo plazo
para la estimacin de caudales (medios y extremos). En la primera
fase de obtencin de la herramienta se analiz, dise y estructur el
cdigo de programacin en lenguaje C# .Net con la API de ArcGis
ArcObjects.
ESPECIFICACIN EXTENSION BALANCE HIDROLOGICO A continuacin se
presenta la descripcin de la Extensin del modelo de clases el cual
se divide en 10 Package.
1. Package AddIn 2. Package ArcGIS 3. Package Flow 4. Package
Form 5. MapAlgebra Form 6. Package Operator 7. Package Polygon 8.
Package Tracer 9. Package Util 10. Package Validate
Para la determinacin de los CAUDALES MEDIOS: EL MTODO DEL
BALANCE HIDROLGICO DE LARGO PLAZO, sobre la estimacin de caudales
medios se utiliza el mtodo del balance hidrolgico a largo plazo,
donde se supone que en un perodo de tiempo largo (dcadas), la
variacin en el almacenamiento del suelo y la atmsfera es
despreciable. El caudal medio en una cuenca se calcula como:
reaCuenca
dAyxEyxPMedioCaudal ,,
Donde, P(x,y) es la precipitacin que recibe el punto (x,y) en el
perodo considerado, E(x,y) es la lmina de agua que se pierde por
evapotranspiracin en el punto (x,y) en el mismo perodo, y dA es un
diferencial de rea de la cuenca.
CAUDALES EXTREMOS: EL MTODO DE ANLISIS DE FRECUENCIA DE EVENTOS
EXTREMOS3 Los caudales extremos (mnimos o mximos) en una cuenca
hidrogrfica para diferentes periodos de retorno, pueden calcularse
mediante la ecuacin
TrTr KQ
3 ESCUELA DE GEOCIENCIAS Y MEDIO AMBIENTE. UNIVERSIDAD NACIONAL.
HigroSIG 4.0. Medelln Colombia. Disponible en Internet:
http://www.medellin.unal.edu.co/~hidrosig/
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Donde, K es el factor de frecuencia que depende de la funcin de
distribucin de probabilidad de valores
extremos elegida y del periodo de retorno Tr , es la media de
los caudales extremos considerados (mximos o mnimos) y es la
desviacin estndar asociada al evento extremos considerado. La media
y la desviacin estndar de los caudales mximos o mnimos dependen del
rea (A), la precipitacin (P) y la evaporacin (E), y pueden
calcularse como:
AEPc )(
AEPc )(
Donde los parmetros C_media ( c ), C_desv ( c ), Fi_media (
), Fi_desv ( ), Teta_media ( ) y
Teta_desv ( ), son parmetros regionalizados y diferentes para
caudales mximos o para mnimos. Cabe resaltar y adicional a ello se
realizo la obtencin de las grillas o capas en formato raster,
mediante la programacin de lnea de cdigo fuente de HERRAMIENTA
COMPUTACIONAL PARA LA ESTIMACIN DEL BALANCE HIDROLGICO DE LARGO
PLAZO UTILIZANDO ARGIS 10.1 a travs de algebra de mapas de:
temperatura, evapotranspiracin mtodo de Turc, direcciones de flujo,
acumulacin o agregacin de flujo, con su respectiva optimizacin y
automatizacin de procesos que sugieren la disminucin de tiempo para
adelantar este proceso y las ventajas caractersticas del entorno
ArcGIS 10.1. Para el clculo el mapa promedio anual de temperatura
superficial del aire (T en C) utilizando la siguiente relacin con
la altura (H en m sobre el nivel del mar):
HT 0061.042.29
Para el clculo del mapa de evapotranspiracin real promedio anual
(ETR en mm/ao) empleando el mtodo de Turc, el cual se describe a
continuacin:
2
2
9.0L
P
PTRE
Si P/L > 0.316.
PETR Si P/L < 0.316
305.025300 TTL Donde, P es la precipitacin media multianual
(mm/ao) y T la temperatura promedio anual (C). Como se puede
apreciar en las ecuaciones previas, para obtener el mapa de
Evapotranspiracin Real es necesario saber si la relacin P/L es
mayor o menor que 0.316.
Para el clculo de mapa direcciones flujo y acumulacin o
agregacin de flujo el procedimiento se basa en sumar una variable
discretizada en el espacio (precipitacin, evaporacin, caudales de
demanda, etc), segn el mapa de direcciones de drenaje. Este
procedimiento se esquematiza en la Figura siguiente, donde se
muestran en orden descendente: el mapa de la variable discretizada
a agregar, el mapa que representa la red de drenaje, el mapa de
direcciones de drenaje y el mapa de la variable agregada (mapa
resultado).
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Fuente: ArcGIS Resources Ayuda de ArcGIS 10.1 Acumulacin de
flujo Modulo 3 - Curso de capacitacin manejo HigroSIG 4.0. Medelln
Colombia. Proceso de agregacin de variables siguiendo la estructura
de la red de drenaje. Modelacin distribuida
Fuente: TALLERES DE CAPACITACIN HIDROSIG 4.0 - (UNIVERSIDAD
NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLN Escuela de Geociencias y Medio
Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidrulicos).
Ejemplo Grilla de Precipitacin
Fuente:http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/data/datapool/TRMM_DP/01_Data_Products/02_Gridded/
ArcGIS Explorer incluye un kit de desarrollador de software (SDK).
El objetivo del SDK es servir de apoyo a los desarrolladores para
utilizar la interfaz de programacin de la aplicacin ArcGIS Explorer
(API) y construir add-ins compatibles con la aplicacin ArcGIS
Explorer.
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Diagramas de las clases de ArcGIS Explorer API (el espacio para
el nombre de ESRI.ArcGISExplorer): Los diagramas de clase muestran
las distintas clases que se exponen en ArcGIS Explorer API. El
modelo de clases el cual se divide en 10 Package, funciona y opera
con la arquitectura y estructura de programacin que obedece a la
relaciones, atributos y operaciones entre clases, entidades, como
cuerpo y alma del sistema de informacin que se desarrolla, el
modelo proporciona a los desarrolladores un marco declarativa
basada en la creacin de bloques de funcionalidad personalizada en
un solo archivo comprimido.
AddinImpl: Clase de implementacin de la ventana acoplable del
add-in. Es responsable de la creacin y la eliminacin de la clase de
interfaz de usuario de la ventana acoplable.
Type: Class ESRI.ArcGIS.Desktop.AddIns.DockableWindow Status:
Proposed. Version 1.0. Phase 1.0. Package: AddIn Keywords:
Relaciones AddinImpl TIPO FUENTE OBJETIVO NOTAS
Association
Source -> Destination Public AddinImpl
Private m_windowUI HydrologicalBalanceDockWin
Usa la clase de interfaz de usuario de la ventana acoplable para
crearla y eliminarla.
Atributos AddinImpl ATRIBUTO LIMITACIONES Y ETIQUETAS
m_windowUI HydrologicalBalanceDockWin
Private
Default: Por defecto
Operaciones Addinlmpl
MTODO PARMETROS
AddinImpl() Public
Dispose() void Protected
bool [in] disposing
OnCreateChild() IntPtr Protected
Aplicaciones ArcGIS4 se construyen sobre un marco comn y
extensible conocido como
ArcObjects. Puede agregar componentes personalizados para
aplicaciones de ArcGIS, ampliando el marco de ArcObjects. Estos
componentes personalizados pueden interactuar con otros componentes
ArcObjects y aadir nuevas funcionalidades a las aplicaciones de
ArcGIS. Ejemplos de los componentes personalizados que se pueden
crear son herramientas, extraccin de grasas, los smbolos cuentan,
capas, personalizaciones editor, extensiones clase geodatabase y
plug-in de fuentes de datos. El componente personalizado se crea
mediante el desarrollo de componentes de.NET (C # y VB.NET) o Java
utilizando la interfaz de programacin de aplicaciones ArcObjects
apropiado (API). Los componentes personalizados deben estar COM
visible y registrado a categoras especficas de componentes Esri.
Adems, la instalacin de componentes personalizados requiere
privilegios administrativos. Las siguientes son las ventajas de los
componentes personalizados:
4 ArcGIS. Resources - ArcObjects Ayuda para NET -
http://resources.arcgis.com/en/help/arcobjects-net/conceptualhelp/index.html#AddIns
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Puede crear componentes personalizados que son especficas de sus
datos, de dominio o de
organizacin, aprovechando el amplio espectro de las API de
ArcObjects.
Puede crear personalizaciones especficas de dominio y
extensiones avanzadas. Algunas de las extensiones de ArcGIS, como
la lnea de produccin de herramientas (PLTS) para ArcGIS son
ejemplos de extensiones de aplicaciones avanzadas creadas por la
ampliacin del marco ArcObjects.
Se puede entregar con facilidad a los usuarios finales a travs
de programas de instalacin personalizados.
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El diagrama de flujo declara la relacin de los procesos con las
relaciones de clase entidad relacin con sus atributos y
operaciones. Para establecer el diagrama de flujo de la herramienta
computacional es necesario definir el modelo de clases, que permita
las herramientas condicionales de geoprocesamiento.
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VALIDACIN DE LA INFORMACIN DE ENTRADA: Este proceso valida la
estructura de la
informacin en cuanto a: Formato (Raster y vector) Sistema de
referencia (Raster y vector) Resolucin Espacial (Raster) Extensin
Espacial (Raster y vector)
Validacin de Extensin Espacial.
Fuente: ArcGis Resources - Extensin espacial de salida.
CREACIN DEL DEM REACONDICIONADO Y CAPAS AUXILIARES Este proceso
se realiza usando una implementacin del mtodo AGREE desarrollado
por el Centro de Investigacin en Recursos Hdricos de la Universidad
de Texas en Austin. Se encuentra implementado en la extensin
ArcHydro de ArcGIS.
REACONDICIONAMIENTO
Mtodo matemtico bilineal Mtodo matemtico de reacondicionamiento
del DEM Realizar correccin del Dem Correccin de sumideros Correccin
de picos
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CAPAS AUXILIARES
Interpolacin del raster de precipitacin (spatial analyst) Clculo
del raster de temperatura (BARN, Alicia. Modelos geoespaciales de
la distribucin de las variables climatolgicas en el territorio
colombiano.
Meteorol. Colombia-Universidad Nacional)
Clculo del raster de evapotranspiracin Mtodo de Turc) Polgono de
delimitacin de cuencas Grilla de estimacin de caudales por polgono
de cuenca Grilla de estimacin de caudales por acumulacin de
flujo
Modelo digital de elevacin (DEM MDT)
Fuente : Propia MDT.
Fuente: Propia MDT 3D Grilla de Direcciones de Flujo FDR
32 64 128 7 8 9 4 3 2 7 0 1
16 0 1 4 0 6 5 NaN 1 6 2
8 4 2 1 2 3 6 7 8 5 4 3
ARCGIS/HYDROSHEEDS HIDROSIG MAPWINDOW GRASS
Fuente: ArcGis Resources - Direccin del flujo (Spatial Analyst)
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5ArcGIS. Resources - ArcObjects Ayuda para NET -
http://resources.arcgis.com/en/help/arcobjects-net/conceptualhelp/index.html#AddIns
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DESCRIPCIN GENERAL DE LA SOLUCIN DEL DISEO EL MODELO DE ADD-IN
PARA ARCGIS
DESKTOP 10.1.
Un add-in es una personalizacin, como un conjunto de
herramientas de una tabla de herramientas que se integra en una
aplicacin de ArcGIS for Desktop (es decir, ArcMap, ArcCatalog,
ArcGlobe y ArcScene) con el fin de proporcionar funciones
complementarias para la realizacin de tareas personalizadas. La
herramienta para la estimacin del balance hidrolgico de largo plazo
fue construida empleando el
modelo de add-in para ArcGIS desktop, este modelo provee un
framework declarativo para crear una
coleccin de personalizaciones empaquetadas dentro de un archivo
comprimido (.esriAddIn). Especficamente la herramienta corresponde
a una extensin para ArcMap (ArcMap Add-in).
El add-in se gener con el lenguaje de programacin C# del
framework .Net, empleando la librera de
objetos COM de ArcGIS llamada ArcObjects, el SDK de ArcObjects
incluye un asistente para generar y actualizar los componentes del
Add-In. A continuacin se listan el software empleado en la
implementacin:
Microsoft Visual Studio 2010 ArcObjects SDK for the Microsoft
.NET Framework 10.1 ArcGIS for Desktop (Con la extension Spatial
Analyst)
DESARROLLO CON RASTER EN ArcGIS A continuacin se enuncian los
casos de desarrollo relacionados con informacin raster empleados en
la implementacin del add-in Balance Hidrolgico.
Accediendo y desplegando informacin raster: workspace -
(RasterWorkspaceFactory) - (FileGDBWorkspaceFactory) - Mtodo
OpenWorkspace de la clase Raster- Metodo AddRasterLayer de
la clase Map.
Creando rasters usando pixel blocks: objeto de tipo
IRasterWorkspace2 - Metodo CreateRaster de la clase Raster
Procesando datos raster:mediante el lgebra de mapas - Clase
CaudalAlgebra DESARROLLO DE SIG APLICADOS A LA INGENIERIA DE
RECURSOS HIDRICOS Y AMBIENTAL
6:
El Conjunto herramientas y actividades que actan coordinada y
sistemticamente para recolectar, almacenar, validar, actualizar,
manipular, integrar, analizar, extraer, y desplegar informacin,
tanto grfica como descriptiva de los elementos considerados, con el
fin de satisfacer mltiples propsitos.
6 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLN Escuela de
Geociencias y Medio Ambiente Posgrado en Aprovechamiento de
Recursos Hidrulicos. Talleres de capacitacin Hidrosig 4.0
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COMPARATIVO DE HIDROSIG 4.0 y el ADD-IN
ADD-IN ARCGIS
Funcionalidades del men Balance Hidrolgico
BOTON NOMBRE FUNCIN
Balance Hidrolgico
Muestra/oculta la ventana acoplable del Balance Hidrolgico
NOMBRE FUNCIN
Validar Informacin
Informa sobre posibles errores o advertencias en la informacin
de entrada de las dems funcionalidades del men.
Nuevo Raster Temperatura
A partir de informacin de elevacin genera un raster de
Temperatura.
Nuevo Raster de Evapotranspiracin
Genera un raster de Evapotranspiracin por el mtodo de Turc.
Nuevo Raster de Direcciones de Flujo
Genera un raster de Direcciones de Flujo con una estructura
determinada para el uso en la extensin Balance Hidrolgico.
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Acumulador de Flujo
Genera un raster que contiene los valores acumulados de caudales
medios.
ESTUDIO DE CASO CUENCA ARROYO LAS ANIMAS DEPARTAMENTO DEL
CESAR
El estudio de caso es el mecanismo y la manera en que el
elemento o Herramienta Computacional Para La Estimacin Del Balance
Hidrolgico De Largo Plazo, se somete a prueba de validacin sobre
funcionalidad y demuestra su uso en sistemas de informacin
geogrfico a travs del desarrollo de software en plataforma ESRI en
el Addin Balance Hidrolgico ArcGIS 10.1. Para ello se utilizo una
seria de pruebas de agitacin ensayo - error, para depurar el
desarrollo del cdigo fuente de programacin (Diseo ventana acoplable
del Balance Hidrolgico, Selector de Mapas, Integrador sobre
polgonos, operador, mapa de algebras, flujos, Algoritmo, Formulas y
relaciones del balance hidrolgico de largo plazo, entre otros).
Hasta su consecucin, en 7 versiones de lnea de cdigo hasta llegar
viabilizada.
Es importante resaltar y mencionar que para la comprobacin del
cien por ciento (100%) de la herramienta desarrollada y teniendo
presente que para el estudio de caso no se tena la
informacin de los parmetro regionalizados de C_media ( c ),
C_desv ( c ), Fi_media ( ),
Fi_desv ( ), Teta_media ( ) y Teta_desv ( ), se realizo dicha
comprobacin utilizando la HERRAMIENTA COMPUTACIONAL PARA LA
ESTIMACIN DEL BALANCE HIDROLGICO DE LARGO PLAZO UTILIZANDO ARGIS
10.1 , y los Datos del Modulo 3 - Estimacin de Caudales Hidrosig
4.0. Ello con el fin de lograr y comprobar por este medio la
estimacin de caudales Mximos para esas grillas o capas.
A. CUENCA ARROYO LAS ANIMAS DEPARTAMENTO DEL CESAR
La Cuenca arroyo LAS ANIMAS7 localizada en el municipio de
Chiriguan departamento del Cesar se
caracteriza por tener un relieve con pendientes que van desde
planas hasta onduladas, sobre las cuales descansan innumerables
cinagas y pantanos, caractersticas que permiten en la zona
condiciones climticas muy homogneas. Caractersticas generales de
las estaciones climticas del municipio segn el IDEAM.
ESTACIN TIPO CDIGO CORRIENTE COORDENADAS ELEVACIN MSNM
Chiriguan Co 2502525 Ariguan 0923 N 7336 W 40
Poponte Pm 2502069 Q. La Mula 0925 N 7320 500
La hidrologa en el territorio municipal se encuentra surcado por
los afluentes que conforman la cuenca del Ro Cesar y aquellos que
conforman la subcuenca de los ros la Mula, Anime, Arroyo San
Antonio, Cao Similoa, Paraluz y Cinagas, las cuales en su conjunto
forman parte del complejo cenagoso. Las cuencas hidrogrficas en el
municipio pertenece a la red hidrogrfica de la margen oriental del
ro Cesar, la cual est formada por un sistema de cinagas, cuencas y
subcuencas que nacen y captan sus aguas en la vertiente occidental
de la cordillera oriental drenando la zona noreste del municipio.
Tomando como punto de partida la informacin cartogrfica digital
dispuesta para el estudio de caso de esta regin en particular, lo
primero que se realiza es la configuracin de la Herramienta
Computacional correctamente Para La Estimacin Del Balance
Hidrolgico De Largo Plazo - HydrologicalBalance.
Balance Hidrolgico a largo plazo estudio de caso Las nimas: Se
estimo caudales medios empleando el mtodo del balance hidrolgico de
largo plazo a la salida de una cuenca previamente trazada. Tiene
como insumos los raster de precipitacin y evapotranspiracin. Para
cada uno de estos se realizan anlisis estadsticos (sumatoria de la
variable, valor medio, mnimo y mximo) para los pixeles que se
encuentran dentro del rea que delimita la cuenca de entrada. Con
las estadsticas calculadas se realiza la estimacin del caudal medio
dada la siguiente frmula:
7INSTITUTO DE HIDROLOGA, METEOROLOGA Y ESTUDIOS AMBIENTALES DE
COLOMBIA. IDEAM. Sistema Biofsico. Chiriguan. Disponible
en Internet:
http://cdim.esap.edu.co/BancoMedios/Documentos%20PDF/biof%C3%ADsico_chiriguan%C3%A1_(88_pag_234_kb).pdf
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3.171E-05 * BasinArea * (Precipitation.mean -
Evaporation.mean)8
Ventana desplegable Balance Hidrolgico
Para el estudio de caso, de la cuenca del arroyo Las Animas se
identificaron 3 puntos diferentes indicando en la siguiente tabla
las coordenadas (x, y, z); luego se realiza el balance hidrolgico
con las grillas suministradas por la Escuela Colombiana Ingeniera y
se efecta el clculo completo utilizando HidroSIG y el Add-in. Se
presenta una tabla de comparacin de los resultados obtenidos para
los puntos.
Resultados ADD-IN ARCGIS
Fuente: Propia.
8 UNIVERSIDAD NACIONALSEDE MEDELLIN. Curso de Capacitacin
Hidrosig 4.0 Modulo 3- estimacin de caudales.
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Resultado HIDROSIG 4.0 Fuente: Propia.
Las diferencias se basan sobre los datos de acumulacin de cada
punto despus de realizar el balance hidrolgico obtenido de AddIn Vs
Hidrosig 4.0.
Punto1.0 (2.471193, 2.470222) m3/s
Punto 2.0 (2.307074, 2.305735 ) m3/s
Punto 3.0 (2.338800, 2.337440) m3/s
Su diferencia radica en el raster de direcciones suministrado
tiene algunos pixeles con valores "no data", entonces se control la
acumulacin en el Addin en dichos pixeles sea cero.
Caudal Mximo Y Mnimo Estudio De Caso Las Animas: Para la
estimacin de este tem, se establece que no se suministro las
grillas (Las Animas) requeridas por los cual lo realizamos
utilizando los datos de la capacitacin para el manejo y uso de
HIDROSIG 4.0 Modulo 3 Estimacin de Caudales. A continuacin se
presentan los procedimientos y procesos para el desarrollo del
ejemplo. Para estimar caudales mximos y mnimos para diferentes
periodos de retorno en diferentes cuencas hidrogrficas se debe
considerar lo siguiente. Nota 1: Para este clculo es necesario que
se encuentre calculado el caudal medio previamente. Se presenta a
continuacin Caudal Extremos Usando La Herramienta Computacional
Balance Hidrolgico Arcgis 10.1.Estimacin De Caudal Mximo,
Distribucin Gumbel Para Periodo De Retorno 100 Aos.
Se presenta a continuacin Caudal Extremos Usando La Herramienta
Computacional Balance Hidrolgico Arcgis 10.1.Estimacin De Caudal
Mximo, Distribucin Gumbel, LogNormal Para Periodo De Retorno 100 y
10 Aos.
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Se presenta a continuacin Caudal Extremos Usando La Herramienta
Computacional Balance Hidrolgico Arcgis 10.1.Estimacin De Caudal
Mnimo, Distribucin Gumbel Para Periodo De Retorno 100 Aos.
Se presenta a continuacin Caudal Extremos Usando La Herramienta
Computacional Balance Hidrolgico Arcgis 10.1.Estimacin De Caudal
Mnimo, Distribucin Gumbel, LogNormal Para Periodo De Retorno 100 y
10 Aos.
CONCLUSIONES
La herramienta para la estimacin del balance hidrolgico de largo
plazo (cdigo HydrologicalBalance) es una herramienta computacional
que se cre con el apoyo de la ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERA JULIO
GARAVITO, a nivel de maestra en Ingeniera Civil, con nfasis En
Recursos Hidrulicos Y Medio Ambiente en el Centro De Estudios
Hdricos, con el propsito de realizar una propuesta de desarrollo en
sistemas de informacin geogrfico (SIG) aplicado a la ingeniera
civil para optimizar y automatizar procesos de manejo de recursos
hidrolgicos y geogrficos, accesible a no programadores, a
ingenieros que manejan temas de avanzar en futuras investigaciones
de recursos hdricos, y no tienen una amplia experiencia y manejo de
SIG ,especficamente en el manejo de ArcGIS en versin 10.1 en
adelante. Evidentemente el punto de partida de experiencias
exitosas de la herramienta propuesta, fue fundamentado e
influenciado por la Universidad Nacional sede Medelln, Escuela de
Geociencias y medio ambiente a travs de Hidrosig 4.0.
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V Congreso Internacional de Ingeniera Civil, Universidad Santo
Toms Seccional Tunja
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Este trabajo ofrece una propuesta inicial de desarrollo en la
plataforma ESRI, con el firme propsito de avanzar en nuevas
implementaciones, tomndolo como rbol de necesidades para los
consecutivos mdulos que se acoplen a este. Teniendo como insumo el
aporte de la teora lgica de programacin y el cdigo generado. La
herramienta computacional creada, supera las limitaciones
informticas ms apremiantes, es una aplicacin de avances
tecnolgicos, para enfrentar y atender otros retos tericos actuales
geomticos. Adems constituye una mejora notable en automatizacin y
optimizacin de procesos como por ejemplo la teora algebra de mapas
y geoestadistica incorporados en esta propuesta y declaradas en las
lneas de cdigo HydrologicalBalance. El cdigo fuente de la
Herramienta Computacional Para La Estimacin Del Balance Hidrolgico
De Largo Plazo Versin 1.0, en ArcGis 10.1 est abierto a todas las
modificaciones, actualizaciones, desarrollos y mejoras, tales como
la inclusin de mtodos alternativos para la generacin de grillas de
evapotranspiracin, temperaturas entre otros aspectos de inters.
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