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DETERMINACIÓN DE DESCARGAS DE RIOS
L.T. David* and E.L. Peñaflor(traducción por Victor Camacho)
7 abril del 2000
¿Por que usar un Modelo?
Para muchas areas de estudio existen datos incompletos de descargas de ríos, mientras que en otras ni pocos datos existen. Este modelo de Schreiber modificado permite la estimación de descargas de ríos utilizando datos de parámetros comunmente disponibles localmente. Se ha demostrado que el modelo es robusto para áreas
tropicales y sub-tropicales.
PARAMETROS DE ENTRADA
•PRECIPITACION MENSUAL
•TEMPERATURA ATMOSFERICA MENSUAL
•AREA DE LA CUENCA DE DRENAJE
ECUACIONES
Vq = Ax (exp (-eo/r+0.001))(r/2.74*10-6 Di)
eo = 1.0 * 109 exp (-4.62*103/(273.15+T))
Donde Vq (m3 yr-1) es el escurrimiento mensual total calculado
Ax (km2) es el área total de la cuenca de drenaje
eo (mm) es la evapotranspiración mensual calculada para la cuencar (mm) es la precipitación mensual para la cuenca
Di es el número de días del mes
T (oC) es la temperatura atmosférica promedio mensual
•Cálculo del área de la cuenca de drenaje y comparación de la descarga medida y la calculada, de ríos que descargan al Golfo de Lingayen, Filipinas
• Aplicación del modelo a ríos que rodean el Mar del Sur de China, asi como el uso de los resultados para determinar variabilidad de la descarga entre paises
EJEMPLOS
GOLFO LINGAYEN
Golfo Lingayen, localizado en el NW de Filipinas, tiene 7 ríos mayores, 5 de los cuales tienen mediciones de descargas. El mas caudaloso es el Río Agno, localizado en el lado SE del Golfo.
LANDSAT TM, GOLFO LINGAYEN
Determinación del área de la cuenca El área de la cuenca de
drenaje de cada río se puede determinar usando un mapa topográfico.
Como indica el ejemplo, los puntos mas altos alrededor de las cuencas de los 7 ríos del Golfo Lingayen son los indicadores de los límites naturales.
Comparación: calculada vs medida
RIO AGNO
CALCULADA: 6.73E+9 m3/yr
MEDIDA: 6.66E+9 m3/yr
% DIFERENCIA: 1%
Annual Discharge
0.E+002.E+094.E+09
6.E+098.E+09
m3 yr-1
Calculated
Measured
Las descargas anuales calculadas de los 7 ríos que fluyen al Golfo Lingayen, mostradas en azul, se compararon con las descargas medidas en 5 de los ríos (barras color café). La diferencia mayor se observó para el Río Agno, donde la descarga calculada fue ~1% mayor que la observada.
SOUTH
CHINA
SEA
SOUTH CHINA
I N D O N E S I A
M A L A Y S I A
PHILIPPINESTHAILAND
CAMBODIA
VIETNAM
El modelo se aplicó a ríos que descargan al Mar del Sur de China.
DESCARGA MENSUALCambodia
0.0E+00
1.0E+04
2.0E+04
m3yr-1
China
0.0E+00
5.0E+05
1.0E+06
1.5E+06
m3yr-1
Indonesia
0.E+00
5.E+04
1.E+05
2.E+05
m3yr-1
Malaysia
0.E+00
5.E+05
1.E+06
Philippines
0.E+00
5.E+04
1.E+05
2.E+05
Thailand
0.E+00
1.E+05
2.E+05
3.E+05
4.E+05
5.E+05
Vietnam
0.E+00
1.E+06
2.E+06
3.E+06
El modelo se aplicó a ríos individuales y los resultados se sumaron para obtener una descarga total por país. Como puede observarse, la variación mensual de las descargas de Malasia e Indonesia es similar, y muy diferente a los otros paises que rodean el Mar del Sur de China.
En ocasiones se desea la caracterización de grandes extensiones geográficas. Sin embargo, frecuentemente no hay datos para hacer comparaciones adecuadas. El modelo puede usarse para obtener datos confiables para comparaciones.
3.9
E+11
1.3
E+11
8.8
E+11
4.1
E+11
1.2
E+11
9.2
E+11
0.E+00
2.E+11
4.E+11
6.E+11
8.E+11
1.E+12
m3yr-1
CalculatedMeasured
5.45%
4.17%
4.98%
* excluding Khong river
Comparación: calculada vs medida
Los resultados del modelo (azul) fueron también comparados con observaciones directas (en verde). La diferencia promedio es de ~ 5%.
Aplicación AdicionalHay ríos donde las descargas son medidas a distancias considerables, río arriba, para evitar los efectos de la marea sobre las mediciones. La limitación inherente, sin embargo, es que los aportes de agua de la cuenca de drenaje por debajo de la estación de medición no son considerados. El Modelo de Schreiber modificado permite calcular los aportes adicionales no medidos cuenca abajo. Esta aplicación del modelo se ha demostrado es robusta para ríos
de zonas tropicales y sub-tropicales.
ECUACIONESVT = VM + Vq
Vq = Ax (exp (-eo/r+0.001))(r/2.74*10-6 Di)
eo = 1.0 * 109 exp (-4.62*103/(273.15+T))
Vq (m3 a-1) es el escurrimiento mensual calculado para el resto de la cuencaAx (km2) es el área total de la cuenca de drenaje
eo (mm) es la evapotranspiración mensual calculada para la cuencar (mm) es la precipitación mensual para la cuenca
Di es el número de días en el mes
T (oC) es la temperatura atmosférica promedio mensual
VM (m3 a-1) es el escurrimiento mensual total medido río arribaDonde VT (m3 a-1) es el escurrimiento mensual total
La Laguna de Términos, México, tiene 3 ríos principales: Mamantel-Candelaria, Chumpan y Palizada, con una descarga combinada de 10 x 109 m3 a-1. Estas mediciones, sin embargo, se realizaron varios kilómetros río arriba (ver triángulos). Se aplicó el modelo para la cuenca baja para obtener la descarga total.
Palizada
0.E+00
5.E+09
1.E+10
2.E+10
m3 yr-1
Mamantel-Candelaria
0.E+001.E+092.E+09
3.E+094.E+095.E+09
m3 yr-1
Chumpan
0.E+00
5.E+08
1.E+09
2.E+09
2.E+09
m3 yr-1
Comparación: modelo vs razónLaguna de Terminos, Mexico
0.E+00
1.E+10
2.E+10
3.E+10
Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sept Oct Nov Dec
m3 yr-1
Aplicando el modelo a la cuenca no incluída por la estación de medición del flujo, se incrementó la descarga de los 3 ríos a 12 x 109 m3 a-1. La mayoría de la descarga adicional se observó durante la época de lluvias de Junio a Octubre (línea verde). Para comparaciones se muestra en azul claro el cálculo de la descarga, corrigiendo por la fracción del área de la cuenca no medida. La descarga medida se muestra en azul obscuro. Es recomendable considerar la opinión de expertos de la región para determinar cuál método refleja mejor el comportamiento del sitio. En el caso de laguna de Términos los resultados del modelo fueron utilizados.
DESCARGA ANUAL (m3 a-1)
MODELO : 12 x 109
% AREA : 11 x 109
FLUJO MEDIDO: 10 x 109
ANÁLISIS DE SENSITIVIDAD
• sensitivo a la localización y cobertura de la estación meteorológica - recuerde que el agua
descargada por ríos proviene de cuenca arriba. Por lo tanto, si es posible escoja datos meteorológicos de las estaciones correspondientes.
• use únicamente datos mensuales - NO usar datos anuales y dividirlos entre 12 meses. El uso de datos anuales producirá números no satisfactorios. • sensitivo a la medición del área de la cuenca - si están disponibles utilice mediciones de expertos locales. Si compara valores medidos y calculados utilice como base la misma área.
LIMITACIONES
• resultados bajos no realistas para meses muy secos y calientes
• sobreestimación para meses con lluvias torrenciales
• sobreestimación para áreas donde hay un almacenamiento significativo de
aguas subterráneas
Ejemplo de un sistema con precipitación estacional extrema
Sabarmati se localiza en una región de la India que es seca casi todo el año, exceptuando en Julio y Agosto, caracterizados por lluvias torrenciales.
Sabarmati River
0.E+00
1.E+09
2.E+09
3.E+09
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov
m3 yr-1
La aplicación del modelo a este sistema (verde), no simula con exactitud las descargas observadas (púrpura). Otra posible razón de la diferencia es que los datos meteorológicos se hayan tomado cuenca abajo en la estación para medir aforos (triangulo azul).
Comparación: modelo vs áreas
Aplicando el modelo al área total se obtuvo un incremento en la descarga de 29 x 107 m3 a-1 a 21 x 108 m3 a-1. La mayoría de la descarga adicional se observó en la época húmeda (azul claro). La corrección por la fracción del área no medida se muestra en verde (16 x 108 m3 a-1). La línea azul muestra la descarga medida original. El conocimiento del sistema por expertos indicará cuál aproximación es mas cercana al comportamiento real del sistema.
Calculations: model vs. ratio
0.E+00
5.E+09
1.E+10
2.E+10
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
m3 yr-1
Measured
Model
Ratio
AREA DE CUENCA (km2) de los 2 ríos resaltados medida: 12,950 (azul obs.)total: 71,380 (obs.+claro)
