Una conferencia dada por Dr.
Norman Crawford en el Curso Taller Internacional "Análisis
Hidrológico Aplicado al Manejo y Optimización de las Estructuras
para los Recursos de Agua", el curso fue parte
Translado por Romy Vargas Bezzubikoff.
El rol de la ingeniería hidrológica
es bien definido así
La ingeniería hidrológica trata
Una segunda actividad principal en la ingeniería hidrológica es el análisis operacional -- cómo las facilidades podrían ser operadas una vez que están construidas. Cómo podrían ser operadas las facilidades hace varias décadas dadas las cambiantes demandas de abastecimiento de agua, protección contra las inundaciones, etc.
Una tercera actividad es el planeamiento. Cómo están cambiando los ríos y
Los requerimientos típicos de diseño
son para un resumen estadístico o predicción de las
características hidrológicas de un punto de una
El elemento unificador en lo anterior -- información de una semana o un año es de escaso valor. Si se construye un nuevo puente, se espera que sobreviva a las inundaciones o crecidas que tendrán lugar durante su vida de diseño, no solo a una inundación que pueda tener lugar ese año.
El planeamiento de los requerimientos de data es de
alguna manera similar, pero el éxito es la descripción
Los requerimientos operacionales son bastante
diferentes
Los registradores de Leopold-Stevens ("pen on
drum recorders"), miden el estado o condición en una poza de
disipación. Medidas de la velocidad de flujo con metros. Las curvas de
calibración de la descarga. Cintas agujereadas de papel continuo . (Las
cintas son enviadas a
Pluviómetros. Medidores de cubo en boquilla. Cuencas de evaporación. Medidas de temperaturas -- Max/Min.
Los cambios en los sensores son menos dramáticos que los cambios en los métodos de registro y los de procesamiento/almacenamiento de data. Seis meses de temperatura horaria en un paquete de cigarrillos. Muchos calibradores conectados a DCPs -- satélite. Ayudas en reparación de equipos. Sistemas en Camerún. Sistemas de ríos en serpentín.
Métodos
Históricos y Actuales
Leí en el National Geographic acerca de moradores de la costa peruana que desarrollaron sistemas de irrigación, bien diseñados representan la hidráulica actual. Las estructuras, quizás extendiéndose a la prehistoria, pueden haber sido planeadas con observaciones de los flujos de los ríos.
Biswas
[1]
describe la presa del Sadd El-Kafara Dam - 110 m. de longitud y 12 m. de alto,
construida en 2750-1950 AC cerca a El Cairo, Egipto. Fue construida de piedra
bruta, sin un aliviadero y parece ser que falló cuando se llenó
la primera vez (no hay sedimentos en el área
Fórmula Racional Q= CIA -- Thomas James Mulvaney -- documento titulado "Sobre el uso de los Auto-registros de lluvia y aforos de avenidas al observar las relaciones de precipitación con las descargas de avenidas en una cuenca dada" Institución de Ingenieros Civiles de Irlanda, Febrero de 1851.
Al final, un notable concepto en esta historia
seleccionada de hidrología histórica, fue el hidrograma unitario.
[2]
(La idea que una cantidad dada de escorrentía de una
Actualmente hay una mezcla de tecnologías -- algunos muy nuevos e inteligentes métodos están siendo usados, y están probando ser efectivos -- y muchos métodos antiguos todavía están en uso (algunos métodos diseñados para las antiguas calculadoras mecánicas o reglas de cálculo se han transferido directamente a las computadoras).
Describiré algunos proyectos, como el Sistema de Información de Suministro de Agua de la Ciudad de Seattle, y el Sistema de Optimización y Predicción Climatológica para la hidroeléctrica del Río Housatonic.
No obstante, hay un condado en el norte de San Francisco en California que dice que su método oficial para el diseño de drenaje y planeamiento de control de avenidas es el método racional -- de 1851 -- usado en cuencas de cualquier tamaño --para el diseño de reservorios de control de avenidas -- todo.
Usaré un tiempo considerable esta semana en mis charlas para discutir cómo los métodos actuales podrían evolucionar en, o ser reemplazados por métodos futuros. Los desafíos en el análisis hidrológico son :
6.
Hacer
lo mejor con los datos disponibles limitados. La mayoría de las
7. Hacer efectivo el uso de las habilidades ilimitadas de cálculo de programas de computadora .
Métodos
Futuros
Regresaré a la afirmación de las necesidades de información de Ray Linsley :
"La Ingeniería Hidrológica está primeramente involucrada con tres características de flujo: los volúmenes mensuales y anuales disponibles para almacenamiento y uso, tasa de bajo flujo que restringen los usos de agua, y las inundaciones".
La Ingeniería
Hidrológica hasta la fecha ha sido una industria rural, donde los
individuos (o firmas) trabajan independientemente, y cada estudio
hidrológico es hecho a su manera. No veo razón porque los
hidrólogos deban hacer estimados
8.
Mostrar
un mapa computarizado del Perú, mostrando ríos,
9. Seleccionar un lugar en una corriente o río
10. Mostrar o imprimir el flujo continuo, frecuencia de inundaciones, curvas de duración de flujo, etc.
Esta información puede estar disponible en
cualquier punto, calibrada o sin calibrar. Para un esbozo de
Puede parecer que si hubiera buena calidad de información hidrológica disponible en todo el Perú, o en los Estados Unidos, España o donde fuera, entonces los hidrólogos en ese país estarían todos desempleados. Esto no sucedería. Ellos serían empleados tendiendo a mejorar el sistema.
Igualmente importante, ellos pasarían tiempo pensando acerca de los procesos hidrológicos y las necesidades de información de maneras no tradicionales -- y expandiendo la lista de información de Ray Linsley, que la sociedad espera de los hidrólogos. No podemos hacer algo más con las computadoras que aquello que pudieron hacer los hidrólogos hace cincuenta años sin el uso de ellas?
Por ejemplo, para inundaciones, tradicionalmente
hemos estimado la frecuencia de inundaciones o lugar de las inundaciones. En
casi todo los Estados Unidos el
Además para inundaciones. el Servicio de Predicción de Corrientes (Parte del NOAA) edita advertencias de inundación donde se necesitan, así alguien que vive en un plano de inundación debe recibir una advertencia específica que el grado de inundación en las próximas horas o días excederá xxx metros -- estas predicciones están basadas en la observación de la precipitación pluvial y QPFs y son de corto período.
Es esto (frecuencia de inundaciones a largo
período y predicciones de inundaciones a corto plazo) todo lo que puede
decirse acerca de las inundaciones? Qué hay acerca
La frecuencia tradicional de inundaciones es por definición a "largo período": Es "el flujo de avenida que se esperaría que ocurra en promedio, en uno o en cien años". Tendrá un cambio de ocurrencia de 1% en cualquier año.
Cuál es el flujo pico que tendría un cambio de ocurrencia de 1% en un flujo en el siguiente mes? Claramente no es lo mismo que el 1% de inundación a largo período. O lo es?
Si usted supo que el corto de la inundación fue 1%, usted podría querer incrementar la elevación de un dique provisorio, usar tierra entre el plano de inundación de manera diferente, u operar en forma diferente una cuenca de detención de inundación.
Qué flujo es más relevante: La avenida a largo período de 1%, o la inundación de 1% que usted podría ver en el siguiente mes?
Un tópico relacionado, todavía sobre el tema de qué nuevas clases de información podrían proveer los hidrólogos, es el corto término o información condicional sobre futuras escorrentías hacia los reservorios.
Cuando digo que la frecuencia de avenidas condicionales o influjo de los reservorios son nuevos, esto no significa que nadie haya considerado antes estas ideas -- estas ideas vienen directamente de un conocimiento de la dinámica de las cuencas -- pero ellos no son parte de "la práctica standard de ingeniería". Recientemente he revisado documentos escritos en los años 30 por hidrólogos que estaban bien conscientes de la dinámica de las cuencas. Aún más, la dinámica de las cuencas es frecuentemente olvidada en los métodos hidrológicos.
La dinámica de las cuencas es la variabilidad de tiempo de los procesos hidrológicos. Virtualmente todos los métodos hidrológicos que datan de antes de 1960 fueron desarrollados para minimizar los cálculos aritméticos.Dejar de lado o asumir la ausencia de dinámica de cuencas fue necesario -- antes de 1960 se daba poco valor a considerar la dinámica de cuencas (especialmente para el diseño) ya que la carga computacional de tratar con ésto era demasiado grande.
Cuando mucho de los métodos usados en análisis hidrológicos dejaron de lado la dinámica de las cuencas, se volvió más fácil creer que la dinámica de las cuencas no era importante.
Cuando las limitaciones en la computación
son (casi) inexistentes, la dinámica de las cuencas puede ser incluida.
El desarrollo de modelos de simulación continua para los procesos
hidrológicos,
El siguiente cuadro de necesidades de información compara la información hidrológica actual y la futura :
Informacion Actual Futura
Volumenes Aforadores de Flujo Aforadores de flujo
mensuales y Analisis de
anuales correlacion --------
(Estatico) Simulacion Simulacion
Hidrologica hidrologica
incluyendo el efecto del
cambio del
Volumenes Red en tiempo real Red en tiempo real
mensuales y anuales Simulacion
(Dinamico) hidrologica
condicional
(Futuras alternativas)
Tasas de Bajo Flujo Analisis Predicciones
(Estatico) de duracion deterministicas
Tasas de Bajo Flujo -------- Simulacion
(Dinamico) condicional
hidrologica
(Alternativas futuras)
Inundaciones Frecuencia de Frecuencia de inundaciones
inundaciones de corto periodo
de largo periodo
Métodos Futuros (Logística)
El análisis hidrológico es una especialidad. El procesamiento de textos es hecho en 100 M de computadoras, y el análisis hidrológico (quizá) hecho por 2500 computadoras(?) -- así que representamos 25 de 100,000 usuarios que vamos al archivo de un software de computación y pedimos una aplicación hidrológica.
Por lo tanto, aunque es posible hacer montones de cosas interesantes y útiles en las computadoras en hidrología --cómo pueden ser estas cosas hechas, sin que cada hidrólogo esté escribiendo su propio código?
La impresión de manuales y distribución de diskettes es una posibilidad -- 10,000 copias del Modelo Stanford fueron distribuidas de esta manera. Aún ésto no trabaja muy bien --es muy difícil para el usuario potencial de software en el Perú, o donde sea, averiguar qué hay disponible y si o no un programa satisfará sus necesidades.
El
WWW puede ser una solución. Usted puede "mirar" o buscar
software por tópicos y bajar un software para prueba. Usted puede
también, con productos
Visiones Futuras
La así llamada era de la información tiene cerca de 30 años. En 30 años más (quizá en mi tiempo de vida -- si vivo hasta una edad avanzada), qué será posible en recursos de agua?
Usted
será capaz de conseguir con una computadora manual (o quizá de
reloj), completa información estática de cualquier punto de cualquier
río, corriente o lago (
Usted también podrá tener la posibilidad de conseguir el clima actual y futuro, flujos de avenida, niveles de los lagos, inundaciones a corto período y frecuencias de sequía, probabilidades de alcanzar futuras demandas de agua (corto período), probabilidades de futuros niveles de lagos --producción de energía en hidroplantas... etc. En treinta años nuestros métodos actuales y redes de datos parecerán muy anticuados...