MODELO RORB
Runoff Routing Program
Laurenson, E., y R. Mein. 1983.
1. Introducción
Los métodos indirectos para el estudio de crecidas son procedimientos que permiten transformar la precipitación efectiva en escorrentía. Esta herramienta permite al ingeniero aprovechar la mayor cantidad de información de precipitación que existe, para extender registros más escasos de caudal y mejorar así los métodos para estimar crecidas en aquellos puntos que no cuentan con información o bien, ésta es escasa.
Estos métodos tienen la particularidad de ser determinísticos y en consecuencia no incorporan el concepto del riesgo asociado a los resultados. Adicionalmente requieren para calcular la crecida de diseño que se defina la tormenta de diseño y la precipitación efectiva, ya que el método implica solamente una transformación y por ello surge un nuevo problema.
2. DESCRIPCIÓN DEL MODELO
2.1 CONSIDERACIONES GENERALES
Rorb programa interactivo que calcula el efecto de atenuación y de propagación de la lluvia efectiva de una tormenta o de otras formas de aporte de agua a través de una cuenca, y/o a través de un sistema hidrográfico.
Permite predecir los hidrogramas de crecidas, dimensionar embalses de regulación y estudiar la propagación de una onda de una crecida a lo largo de un curso de agua.
La cuenca se idealiza, por un conjunto de embalses, organizados de acuerdo a la configuración del sistema hidrográfico. Cada elemento de embalse representa el efecto de almacenamiento entre dos nodos del modelo.
Los nodos se colocan en los puntos donde:
· ingresa el aporte de cada sub-área,
· en los puntos de confluencia de dos o más cauces,
· en los puntos de ingreso a embalses de acumulación y
· en otros puntos singulares de la red hidrográfica.
La precipitación de entrada se ve afectada por un modelo de pérdidas que entrega como resultado una lluvia efectiva.
El modelo contempla dos alternativas de infiltración; un valor inicial seguido de una pérdida constante, o bien, un valor inicial seguido de una razón de pérdida proporcional al escurrimiento.
Una vez que la lluvia efectiva que cae sobre la primera sub-área se ha propagado a través del primer embalse del modelo, la lluvia efectiva de la segunda sub-área se agrega al hidrograma y el caudal total se propaga a través del próximo elemento de embalse y así sucesivamente.
En la confluencia de dos o más cauces, el hidrograma calculado se almacena hasta que se calculan los demás aportes procediendo de la manera antes descrita, y luego se suman todos los hidrogramas.
El procedimiento de agregar aportes, calcular los efectos de propagación a través de embalses, almacenar el hidrograma calculado y agregar a él los otros hidrogramas en los puntos de confluencia, se repite hacia aguas abajo hasta alcanzar el punto de salida de la cuenca.
El hidrograma que el programa va calculando en cada momento puede imprimirse en cualquier instante, si el usuario lo desea.
Tipos de procesos:
Ajuste: para cuencas con información, con el fin de obtener el valor óptimo de los parámetros del modelo, comparando los caudales simulados con los observados.
Validación: para analizar el comportamiento del modelo con otras crecidas.
Diseño: para predecir el comportamiento del cuenca en situaciones de proyecto.
El usuario prepara previamente un archivo de datos en disco y posteriormente se procesa el programa en forma interactiva desde el terminal.
2.2 REPRESENTACIÓN DE LA CUENCA HIDROGRÁFICA
2.2.1 Red hidrográfica.
El modelo RORB representa la red hidrográfica de la cuenca mediante un conjunto de embalses ordenados en forma análoga al sistema de cauces, teniendo cada cauce una dirección de flujo conocida de antemano.
La simulación del escurrimiento de la cuenca comienza en el extremo de aguas arriba de cualquier cauce y se procede hacia aguas abajo, hasta llegar al primer punto de confluencia, donde se almacena el hidrograma previamente calculado, mientras se calculan todos los aportes que escurren hacia ese punto de confluencia. Posteriormente se suman los hidrogramas y el cálculo continua hacia aguas abajo.
Los efectos de almacenamiento de la cuenca, se representan en el modelo por un embalse de tramo.
2.2.2 Representación del almacenamiento en los tramos.
Embalses de tramos:
Elementos que representan los efectos de almacenamiento en los cauces. Los embalses de tramo relacionan el volumen almacenado en el tramo (S, m3) con el gasto de salida (Q, m3/s) mediante la siguiente expresión:
S = 3600 · k · Qm
m: parámetro que se calibra en los procesos de Ajuste. Se recomienda usar un valor 0,8 como valor tentativo inicial (0,6-1,0).
k: coeficiente adimensional, igual al producto de un parámetro Kc y un coeficiente adimensional que es función de la longitud y/o de la pendiente del tramo y de un factor que depende de la longitud ponderada de todos los otros tramos de la red hidrográfica.
El efecto de propagación del hidrograma a través de un tramo del cauce se calcula resolviendo simultáneamente las ecuaciones de continuidad y de embalse.
2.2.3 Representación del área de la cuenca.
Con el fin de poder tomar en consideración las variaciones espaciales de lluvia y de infiltración, la cuenca se puede dividir en sub-áreas parciales. Se recomienda que esta división se base en la red hidrográfica y en los límites naturales de división de aguas en la cuenca.
La subdivisión debe ser lo suficientemente fina como para representar adecuadamente las variaciones que ocurren, lo cual se consigue usualmente con cinco a veinte sub-áreas. Una división más fina aumenta el tiempo de proceso y no siempre implica un incremento en la precisión.
2.3 REPRESENTACIÓN DE LOS HIDROGRAMAS DE LAS TORMENTAS
Para representar los hidrogramas y las tormentas, el modelo adopta un intervalo de tiempo para los cálculos, el cual se fija por el usuario en horas.
Las lluvias se ingresan indicando su valor en mm para cada intervalo de tiempo a partir de un instante inicial pre-fijado, pudiendo cada tormenta estar constituida por uno o varios chubascos separados. El programa incluye la posibilidad de tener tormentas con variación espacial y también observaciones en varios pluviógrafos.
Los hidrogramas de entrada o de salida se identifican por su nombre y se ingresan indicando el valor del caudal en metros cúbicos por segundo para cada intervalo de tiempo.
En los puntos donde existe una estación fluviométrica de control, el hidrograma que el programa va actualizando en su proceso de cálculo, puede compararse con el hidrograma observado en esa sección, con el fin de verificar el comportamiento del modelo. Se puede modelar cualquier número de estaciones fluviométricas, no siendo indispensable contar con una en el punto de salida de la cuenca.