UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO DIVISIÓN DE CIENCIAS FORESTALES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA FORESTAL
Área de Manejo de Cuencas
MANUAL BÁSICO DEL MODELO HIDROLÓGICO SWAT (Soils and Water Assessment Tool) ISIDRO VILLEGAS ROMERO1 JOSÉ LUIS GARCÍA RODRÍGUEZ2 ANTONIA MACEDO CRUZ3
Chapingo, México. Marzo de 2012 1
Profesor Investigador de la División de Ciencias Forestales. Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, México. 2 Profesor Investigador del Departamento de Hidrología. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Montes. Universidad Politécnica de Madrid. España. 3 Profesor Investigador del Programa de Hidrociencias. Colegio de Postgraduados. Montecillo, México.
INDICE 1 MODELO HIDROLÓGICO SWAT................................................................................5 1.1 Inrtroducción..............................................................................................................5 1.2 Instalación del Modelo..............................................................................................6 1.3 Descripción General del Modelo...............................................................................6 1.4 Preparación de un Proyecto.......................................................................................8 1.4.1 Base de datos cartográfica..................................................................................9 1.4.2 Base de datos de atributos.................................................................................10 1.4.2.1 Clima..........................................................................................................10 1.4.2.2 Suelos.........................................................................................................10 1.4.2.3 Uso del suelo..............................................................................................11 1.5 Ingreso de la Base de Datos al Modelo...................................................................11 1.6 Operación del Modelo.............................................................................................12 1.6.1 Creación de un nuevo proyecto........................................................................12 1.6.2 Procesameto del dem........................................................................................14 1.6.3 Delimitación de subcuencas.............................................................................18 1.6.4 Ingreso de estaciones de aforo y puntos de descarga.......................................20 1.6.5 Parametrización de las subcuencas...................................................................21 1.6.6 Lectura y procesamiento del mapa de Uso del Suelo.......................................22 1.6.7 Lectura y procesamiento del mapa de Suelos...................................................27 1.6.8 Definición de las Unidades de Respuesta Hidrológica.....................................30 1.6.9 Procesamiento de la información climatológica...............................................30 1.6.10 Edición de los parámetros de las subcuencas.................................................32 1.7 Simulación...............................................................................................................35 1.8 Lectura de los resultados.........................................................................................37
PRESENTACIÓN Los modelos matemáticos hidrológicos son una herramienta muy útil en la etapa de planificación de las acciones de restauración hidrológico-forestal de cuencas, ya que permiten investigar diferentes procesos hidrológicos a partir de bases de datos espaciales y de atributos de las cuencas hidrográficas. Actualmente existe una amplia gama de modelos matemáticos que facilitan la estimación de diferentes variables hidrológicas a nivel de cuencas y subcuencas pero no todos han sido ampliamente evaluados en su capacidad de predicción y algunos se obtienen a muy alto costo. Algunos de los modelos matemáticos hidrológicos actualmente son softwares especializados de acceso libre que permiten la caracterización física e hidrológica de la cuenca y que han sido validados ampliamente en diferentes cuencas y por un amplio número de investigadores. Entre los modelos hidrológicos de acceso libre y ampliamente utilizados en países sudamericanos y europeos se cuenta con el SWAT (Soils and Wtaer Assessment Tol) y el grupo de modelos HEC (Hydrologic Engineer Center). El SWAT permite la modelación de diferentes procesos hidrológicos que suceden a nivel de laderas vertientes de grandes y pequeñas cuencas y el grupo de modelos HEC permiten la simulación con mayor precisión del escurrimiento en pequeños tramos o en todo el cauce, pero a nivel de secciones transversales; complementando ampliamente las funciones del modelo SWAT. A nivel de subcuencas o cuencas relativamente pequeñas, es posible estimar el escurrimiento superficial que se concentra en diferentes puntos de la red hidrográfica,
modelar la altura y velocidad del flujo y el efecto de diques, culverts, canales de conducción y áreas de inundación por escurrimientos con diferente período de retorno. HEC son las siglas en Inglés del Centro de Ingeniería Hidráulica, a las cuales se les agrega HMS, RAS y más recientemente también se le conoce como HEC-GeoRAS, cada uno de los cuales constituye un modelo hidrológico con funciones específicas de modelación de la cuenca hidrográfica. HMS: significa Sistema de Modelación Hidrológica. RAS: Sistema de Análisis de Ríos. GeoRAS: Sistema de Análisis de Ríos con interfase geográfica; ya que este es un modelo que opera en combinación con el programa de análisis espacial ArcView 3.x. Todo este conjunto de modelos ha sido desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos de Norteamérica, son softwares de acceso libre y cada vez más de uso común en todo el mundo, constituyéndose en la tecnología de punta en el campo de la hidrología y modelación del escurrimiento superficial en laderas y cauces artificiales y naturales. Cada modelo puede bajarse del Internet e instalarse sin ningún problema, ya que todos cuentan con un archivo ejecutable, la página de acceso a todos ellos es la siguiente: http://www.hec.usace.army.mil/ Puesto que existen manuales (en Inglés) específicos a los cuales puede recurrir el lector, el presente trabajo pretende facilitar su interpretación y plasmar la experiencia de los autores en la aplicación de dichos modelos a distintas cuencas por lo que a continuación se hace la descripción general de cada modelo y se desarrollan en forma ilustrativa ejemplos de aplicación, con lo cual el usuario puede conocer el programa y hacer su propia aplicación de manera más rápida siguiendo las instrucciones para cada ejemplo.
1 MODELO HIDROLÓGICO SWAT (Soil and Water Assessment Tool)
1.1 Inrtroducción SWAT es la abreviatura en Inglés del modelo: Soils and Water Assessment Tol, desarrollado por el Dr. Jeff Arnold, et al. (1998) de la ARS (Agriculture Research Service), de Temple Texas, Estados Unidos de Norte América. Es producto de la investigación realizada por esta institución durante los últimos 30 años, que incluye varios modelos generados con anterioridad a 1998, por lo que realmente constituye un programa computarizado amplio y complejo para evaluar el suelo y el agua a nivel de grandes y pequeñas cuencas hidrográficas. Requiere de un sistema de información geográfica elaborado y operado con el programa ArcView 3.1 o más avanzados. Actualmente se cuenta con la versión 2005 que opera en interfase con los programas ArcView y ARCGIS. Es un modelo computarizado probado por un amplio grupo de usuarios en diferentes partes del mundo, mismos que afirman haber obtenido resultados aceptables. Para su operación requiere de bases de datos de suelo, uso del suelo y clima de la cuenca que se desee estudiar, por lo que en algunas zonas del país pueden encontrarse serias limitantes para su implementación ó las necesidades de información pueden ser muy amplias si la cuenca a estudiar es muy grande; algunas de sus ventajas son que un vez ya en operación puede ser fácilmente actulizado y convertirse en una potenete herramienta para modelar el impacto del cambio de uso del suelo en toda la cuenca o en las subcuecnas, objeto de alteración. Para conocer los detalles de su desarrollo y bases teóricas se recomienda consultar los manuales y documentos disponibles en Internet al buscar como SWAT MODEL.
En el presente trabajo tiene como objetivo facilitar la comprensión del modelo y su operación, ilustrando el proceso computacional por medio de un ejercicio práctico; por lo que se expone paso a paso el desarrollo de un ejercicio producto de la experiencia del autor, en la cuenca del río La Sabana, Guerrero; para el cual se agrega en el cd de trabajo la base de datos necesaria para operar el modelo, por lo tanto para comenzar la sesión se requiere primero bajar el programa de la Internet e instalarlo en su computadora, posteriormente agregar la base de datos que se proporciona en el cd y seguir las instrucciones del ejercicio.
1.2 Instalación del Modelo El modelo SWAT es de acceso libre por lo que se puede obtener por medio del buscador google: SWAT MODEL. En esta página se tiene acceso a las dos ultimas versiones, las cuales pueden ser descargadas a un fólder previamente preparado o un cd. La instalación requiere del programa ArcView, el cual se abre como un proyecto existente y se busca en el fólder de trabajo el fólder avswatx, dentro del cual aparece el proyecto: setup.apr, el cual debe ejecutarse siguiendo las instrucciones señaladas. Después de instalarlo, se debe reiniciar el programa y en el módulo file\extensions debe aparecer la extension AVSWATXT.
1.3 Descripción General del Modelo Como abrir el modelo e iniciar un proyecto nuevo La apertura del modelo se inicia abriendo el programa ArcView 3.1 ó 3.2 , como se observa en la siguiente figura.
Aplicar cancelar siempre
En la siguiente ventana aplicar clic en el módulo FILE de la barra menú, en seguida activar la función EXTENSIONS que se despliega hacia abajo junto con otras funciones del progama ArcView. En EXTENSIONS aparece el AVSWATXE como se muestra en la siguiente ventana el cual ya ha sido instalado adecuadamente; conviene asegurar que también esté activada la extensión 3D Analyst y Spacial Análisis.
Al activar la extensión AVSWATEX, automáticamente se despliega la interfase principal donde se localizan las operaciones básicas del modelo, como se muestra en la siguiente figura.
Las funciones generales que permite realizar la ventana anterior son: Iniciar un nuevo proyecto, abrir un proyecto ya existente, copiar o importar un proyecto, borrar un proyecto y salir del programa. La función Edit SWAT Dbases es muy importante porque en ella se introduce la base de datos de clima, suelos, uso del suelo, agroquímicos y sistemas de manejo.
1.4 Preparación de un Proyecto Todo proyecto SWAT requiere del suministro de una base de datos cartográfica y de atributos de clima, suelos y uso del suelo.
1.4.1 Base de datos cartográfica Por medio del programa ArcView o ArcGis, se requiere elaborar la base de datos cartográfica, antes de iniciar la operación del modelo, aunque en la información disponible en Internet se dispone de un ejemplo, con información de los Estados Unidos. La base de datos cartográfica que requiere el programa se compone de los siguientes mapas, en formato vector y raster: Mapa de contorno de toda la cuenca, en formato vector, introducido al modelo como máscara e identificado con el nombre de Mask. Mapa de cauces o red hidrográfica, en formato vector e identificado como cauces. Mapa edafológico en formato raster e identificado como Soils. Mapa de uso del suelo en formato raster e identificado como Land Use. Modelo digital del terreno, en formato raster o greed, tal y como lo procesa el programa ArcView e identificado como dem. Otras bases de datos cartográficas de las que solo es necesario introducir las coordenadas en una tabla con formato dbf, son las estaciones de aforo, reservorios de agua, puntos de descarga de aguas residuales o transvases, así como puntos de bombeo y estaciones meteorológicas La base de datos Cartográfica y las tablas con formato dbf se ingresan a un solo fólder con el nombre del proyecto a desarrollar. Dicho proyecto se guarda en el fólder AVSWATDB, el cual constituye parte del programa AVSWTXT y contiene los archivos que requiere el programa para ejecutar los cálculos necesarios.
1.4.2 Base de datos de atributos
1.4.2.1 Clima La operación del modelo requiere de 16 variables relacionadas con el clima de la zona de interés, las cuales se ilustran en el cuadro 1 y deben estimarse para cada estación meteorológica a considerar dentro o cercana a la zona de estudio, por lo que es muy importante primero definir cuantas y cuales estaciones se introducirán en la base de datos.
Cuadro 1. Variables climatológicas requeridas por el modelo hidrológico SWAT. Datos de la estación climatológica Nombre de la estación Coordenadas en grados decimales Altura sobre el nivel del mar
Unidades 0.0º m
Clave WS Name LAT ALT
ºC ºC Adim mm mm Adim Adim Adim mm/día mm/día Adim ºC m/s mm mm Adim
TMP_MX TMP_MN TMP_CV SOLAR_AV RAIN_HHMX PR_W1 PR_W2 PCPD PCP_STAT1 PCP_STAT2 PCP_STAT3 DEWPT WND_AV Rain_HH Rain_6H Rain_YRS
Variables climáticas Temperatura máxima promedio al aire Temperatura mínima promedio al aire Coeficiente de Variación de la temperatura media mensual Promedio mensual de la radiación global (mínimo 20, máximo 750) Lluvia máxima mensual en 0.5 horas Probabilidad mensual de días húmedos después de días secos ( 0.001 a 0.95) Probabilidad de días húmedos, después de días húmedos (mínimo 0.001, máximo 0.95) Número de días promedio con precipitación al mes ( mínimo 0, máximo 31) Precipitación promedio diaria por mes (mínimo 0.5, máximo 500) Desviación estándar de la precipitación diaria en el mes (mínimo 0.5, máximo 200) Coeficiente de desviación de la precipitación diaria en el mes ( 0.001 a 8) Temperatura promedio del punto de rocío en el mes (mínimo 0, Máximo 35) Velocidad promedio del viento, (mínimo 0 y máximo 100) Precipitación máxima en 0.5 horas, para una frecuencia de 10 años (5 a 150) Precipitación en 6.0 horas para una frecuencia de 10 años (mínimo 25 y máximo 200) Número de años con precipitación máxima mensual en 0.5 horas
Cada variable debe estimarse por medio del programa Excel u otro específico como por ejemplo CLIMA, CLICOM, etc.
1.4.2.2 Suelos Como base de datos de atributos ligada a los mapas de suelos se requiere ingresar al modelo las siguientes variables: a) profundidad, b) número de capas; c) grupo
hidrológico, d) albedo, e) conductividad hidráulica, f) densidad aparente, g) factor K ó erodabilidad, h) contenido de carbono orgánico, i) porcentaje de arena, limo y arcilla; j) capacidad de retención de humedad; y k) pedregosidad.
1.4.2.3 Uso del suelo El modelo permite acceder a la base de datos de Estados Unidos, de los diferentes tipos de vegetación y uso del suelo, incluyendo zonas urbanas e industriales, las cuales están parametrizadas pero es posible modificarlas de acuerdo a las necesidades del usuario y relacionarlas con las unidades definidas en el mapa de usos del suelo.
1.5 Ingreso de la Base de Datos al Modelo Los valores obtenidos para cada atributo se introducen al modelo, accediendo a la ventana Weather User Stations, ubicada dentro del módulo Edit SWAT Debases. Por lo tanto dar clic como se indica en la siguiente figura:
Dar clic
Se despliega una segunda ventana donde aparece las funciones: User soils, User Weather Stations (estaciones climatológicas del usuario), Land Cover/Plant Growth, fertilizer, pesticide, Tillage y Urban.
Clic
1.6 Operación del Modelo
La manipulación y operación computacional del modelo se demuestra paso a paso por medio de un ejemplo ilustrado. Estimar la degradación específica y tasa de erosión hídrica por medio del modelo hidrológico SWAT en la cuenca del río La Sabana, Guerrero; utilizando cartografía de suelos elaborada con información obtenida por medio de recorridos de campo y un mapa de Uso del suelo elaborado con clasificación de imagen de satélite Landsat T.M. La base de datos del proyecto se ubica en el fólder AVSWAT/AVSWATDB y se denomina SistterrCamp.
1.6.1 Creación de un nuevo proyecto En la vista principal del modelo, aplicar clic en NEW PROJECT y se dispone de la siguiente ventana:
Se indica el nombre del proyecto el cual debe quedar guardado en la carpeta avswatx tal y como se observa en la figura. Aplicar OK. En la siguiente ventana que se abre ubicar el cursor dentro del espacio en blanco de la ventana como se observa en la siguiente figura y oprimir ENTER
Con el puntero dentro, oprimir ENTER
La función ENTER permite el acceso a la siguiente ventana, donde se requiere utilizar el mismo puntero y aplicar clic en la pestaña que indica subir: UP.
Con la aplicación anterior, aparecen todas las carpetas que contiene el programa de las cuales se selecciona AVSWTDB.
En el fólder avswtdb se tiene guardada la base de datos a utilizar en un solo fólder, misma que en la fase de preparación de la base de datos se ingreso en ese directorio. Seleccionar SistterrCamp. Oprimir OK y OK y la ventana se reduce a la siguiente figura.
En la ventana anterior se observa la ruta de la carpeta fuente de información cartográfica y de atributos necesaria para la operación adecuada del modelo.
1.6.2 Procesameto del dem
Al volver aplicar OK se abre la ventana que permite ingresar y procesar el modelo digital de elevaciones (DEM).
Aplicar clic
Se abren las siguientes opciones: seleccionar de una vista o descargar el DEM de un disco. Aplicar Load DEM grid from disk.
Al realizar la selección anterior se abre la siguiente ventana que permite ingresar el modelo digital DEM.
del
terreno,
Observe que en esta ventana de diálogo aparece toda la cartografía en formato grid que será utilizada por el modelo en diferentes etapas posteriores. Aplicar OK y OK en la ventana siguiente, la cual sugiere revisar las propiedades del DEM que se está ingresando.
Al aplicar en PROPIERTIES se abre la ventana que nos muestra las características que tiene el DEM a ser procesado, conviene revisar la proyección. Clic en PROJECTION.
Resulta que la proyección puede no estar definida, pero la siguiente opción permite asignarle una proyección, la cual debe ser en el Sitema UTM ubicando la zona correspondiente, como se observa en la siguiente figura.
Aplicar OK y OK y en la ventana inicial de ingreso del DEM hacer clic en APLY. El DEM es desplegado en la pantalla, como se observa en la siguiente figura: Clic en YES
Posteriormente aparece el mensaje que indica que el DEM ha sido procesado, correctamente. Aplicar OK y nos regresa a la misma ventana de trabajo: la cual permite continuar ingresando la máscara (MASK) y la red hidrográfica, estas capas en formato vector son opcionales, pero de mucha utilidad para corregir el trazo de la red hidrográfica. Después de ingresar la información anterior es posible continuar con el procesamiento del DEM.
1.6.3 Delimitación de subcuencas En la ventana Treshold Area, seleccionar el área promedio con la cual se desea que el programa divida
la cuenca en subcuencas o
unidades
de
respuesta hidrológica, en
este
se
asignan 1000 ha, dar clic
caso
en APLY.
Observe que en esta ventana aparecen el área mínima y máxima por subcuenca que el modelo es capaz de operar de acuerdo a la resolución espacial del DEM. Como producto del proceso anterior se despliega el DEM con la red hidrográfica y los sitios de desfogue de cada subcuenca y la misma ventana de diálogo que permite continuar el análisis.
Ingresar Outlets: Estaciones de aforo. Dar CLIC El error más común hasta esta fase es el no tener un modelo digital del terreno en el sistema de proyección adecuado, el cual debe ser elaborado en coordenadas UTM ó tener dispersa la base de datos en diferentes carpetas.
1.6.4 Ingreso de estaciones de aforo y puntos de descarga El siguiente paso es ingresar las estaciones de aforo como puntos de salida u OUTLETS, los cuales se ingresan por medio del fólder que se señala en la figura anterior. Esta ventana permite localizar la tabla en formato dbf que se elabora previamente y se ingresa al fólder de trabajo (SistterrCamp). Dar clic en Stream Flow dbf y aplicar OK, las estaciones de aforo adicionadas aparecen en el DEM automáticamente en blanco, por lo que no son muy perceptibles. Con este mismo procedimiento es posible ingresar puntos ó sitios de descarga de agua, INLET. Manualmente se debe ingresar un punto de salida de toda el área de drenaje que nos interese, al final del cauce principal, dar clic, después de activar Wole Watershed Outlet, en la misma ventana de diálogo.
Sitio de descarga de toda la cuenca Al aplicar OK en la ventana superior, indica el número de Outlets que hemos señalado, en este caso uno y el modelo pregunta si deseamos continuar la sesión. Aplicar YES.
La vista que se obtiene de la cuenca y subcuencas ahora es la que se observa en la siguiente figura, donde ya se observan muy bien los límites de subcuencas, los puntos de desfogue de las subcuencas, las estaciones de aforo que hemos incorporado y el punto de salida total de la cuenca.
Límite de subcuenca
Punto de desfogue de subcuenca
Estación de aforo
Punto de desfogue total
1.6.5 Parametrización de las subcuencas En la ventana de diálogo aparece activada la posibilidad de calcular los parámetros de las subcuencas, dar clic en APLY. El modelo se lleva algún tiempo haciendo el cálculo, apareciendo al final una ventana indicando que el proceso ha terminado. Cuando existe problema con el DEM el modelo se detiene y no permite continuar. La vista final adecuada de la cuenca es la que se observa en la siguiente figura, en la cual ya se obtienen enumeradas las subcuencas.
Finalizado el proceso anterior se cierra automáticamente la ventana de diálogo y aparece una vista muy semejante a la del programa ArcView, solo que con un mayor numero de funciones en la barra principal, las cuales permiten continuar con la operación del modelo. La siguiente fase consiste en ingresar los mapas de uso del suelo y de suelos y procesarlos junto con el modelo digital del terreno que ya se tiene. Para continuar la modelación se requiere ir a la barra menú principal, dar clic en la pestaña: AVSWATX, en las funciones que se despliegan seleccionar: Land Use and Soil definition.
1.6.6 Lectura y procesamiento del mapa de Uso del Suelo
Land Use and Soil Definition
La selección anterior abre la siguiente ventana de diálogo, en la cual se procesa el mapa de uso del suelo y el de suelos, los cuales también deben haber sido elaborados con anterioridad e ingresado en el fólder de trabajo.
Esta fase se inicia ingresando el mapa de Uso del Suelo, dando clic en el fólder indicado por LandUse data layer, el cual permite ingresar el mapa correspondiente, aplicando el siguiente procedimiento:
Dar clic
Dar clic
Dar clic
Seleccionar grid
Clic
Aceptar Seleccionar LandUse Si el mapa de Uso del Suelo está bien elaborado y diseccionado aparece el siguiente aviso: Aplicar OK.
En la ventana de diálogo inicial dar clic al fólder que permite ingresar la base de datos de Uso del suelo, tabla dbf elaborada antes de iniciar el proyecto y guardada en el fólder de trabajo. Dicha tabla esta relacionada con las unidades de uso del suelo del mapa y la base de datos que trae el mismo modelo SWAT.
Clic
Seleccionar
Clic
Aceptar Seleccionar
Aceptar Seleccionar
Se requiere la tabla en formato dbf denominada luc.dbf, la cual tiene la estructura que se muestra en seguida.
De dicha tabla es importante señalar que las unidades de Uso del suelo definidas en el mapa están ligadas con la base de datos del modelo por medio del campo VALUE que se genera al elaborar el grid de Uso del suelo en el programa ArcView. Al editar esta tabla es importante respetar las claves de las unidades de uso, de lo contrario el modelo se bloquea. Al leerla e integrarse al modelo la ventana de diálogo inicial agrega las unidades tal y como están en la tabla dbf. Observar la figura siguiente y aplicar Reclassify
Observe ahora que la leyenda del mapa de Uso de Suelos tiene exactamente las mismas unidades de uso, que se muestran en la siguiente figura.
1.6.7 Lectura y procesamiento del mapa de Suelos En la ventana inicial de diálogo aparece la opción soil data layer, dar clic en el fólder y se abren las siguientes ventanas:
Aceptar
Seleccionar
Aceptar
Seleccionar
Seleccionar
Aceptar Seleccionar Aviso de éxito, aceptar.
Hasta esta fase lo que ha hecho el modelo es simplemente direccionar y leer el mapa de Suelos que le hemos indicado, la base de datos de cada unidad deben ingresarse manualmente en la siguiente ventana, esto es así para todos los suelos fuera de los Estados Unidos de Norte América.
Clic Unidad de suelo
En la ventana de diálogo inicial aparece el número de cada unidad de suelos a la cual se debe ligar sus propiedades físicas y químicas por medio de la clave que corresponde a cada número. Al dar clic abajo del nombre se abre la base de datos de todos los perfiles de suelo que se han ingresado al programa, de los cuales se deben seleccionar los que corresponden a cada unidad del mapa de interés. Como se observa en la figura siguiente.
Cuando ya todas las unidades tengan asignada una clave, aplicar RECLASSIFY y observa las unidades del mapa, en la leyenda correspondiente. Al reclasificar el mapa se activa la función Overlay, la cual debe aplicarse como siguiente paso.
Como productos de esta segunda etapa se obtiene el mapa de suelos y uso de suelos desplegados sobre la pantalla y posibles de visualizar y analizar.
1.6.8 Definición de las Unidades de Respuesta Hidrológica Ir a la barra menú principal dar clic en Avswatx y seleccionar HRU distribution, como se muestra en la siguiente figura.
Esta función permite delimitar las unidades de respuesta hidrológica, estimar el área total y el área parcial ocupada por cada unidad de suelo y uso del suelo, lo que permite obtener un primer informe de la cuenca y subcuencas. Después de seleccionar la función anterior se abre la siguiente ventana de diálogo en la cual seleccionar Dominant Land Use and Soil y aplicar OK.
Se cierra automáticamente toda ventana de diálogo y se requiere ir a la barra de menú principal.
1.6.9 Procesamiento de la información climatológica
Ir a la barra de menú principal y dar clic en el módulo Imput, Water Stations, como se muestra en la siguiente figura:
Water Stations abre la siguiente ventana, donde se ingresan para su lectura y análisis las los archivos que contienen los datos de las variables climáticas
El procedimiento específico para cada variable es el siguiente: Al dar clic en Raingages (Entradas de precipitación), se da acceso a la tabla dbf que contiene la liga con la base de datos de clima que antes fueron ingresados al modelo. La tabla que se debe ingresar es pcpfork.
Seleccionar
Aplicar OK
El mismo procedimiento se aplica para ingresar los datos de temperatura diaria, humedad relativa, velocidad del viento y radiación solar, como se muestra en la siguiente figura.
El último archivo que se debe ingresar es el que liga o relaciona a todas las estaciones meteorológicas cercanas o dentro de la cuenca, el cual se denomina: Wgnstation para este caso es Wgnstation 2. Es importante señalar que el modelo no puede prescindir de estas tres bases de datos climáticos ya que las otras variables puede estimarlas a partir de los primeros. Una vez ingresadas las bases de datos, aplicar OK. Si la operación tiene éxito aparece un mensaje de finalización.
1.6.10
Edición de los parámetros de las subcuencas
Dado que el modelo ya reconoció y procesó las bases de datos cartográficas y de atributos, la siguiente fase consiste en completar los parámetros que caracterizan a cada subcuenca, para posteriormente continuar con la estimación del escurrimiento, producción de sedimentos y otras variables respuesta.
Ir a barra menú principal y dar clic en imput, nuevamente; y seleccionar Build All Default.
Esta función permite que el modelo estime en forma automática todos los parámetros hidrológicos de la cuenca que aparecen en el siguiente cuadro:
Algunos de los mensajes importantes que aparecen al aceptar la edición de los parámetros son los siguientes: Valores de n por default para las subcuencas, los cuales se pueden o no aceptar, para el ejemplo en proceso aplicar no.
De aceptar cambiar el valor de n, el modelo abre otra ventana, donde da la opción de seleccionar el valor mas adecuado. Posteriormente se detiene y pregunta sobre la cantidad de unidades calor necesarias para el crecimiento de las plantas, el cual indica que solo opera para las condiciones de Estados Unidos, por lo que solo queda la opción que presenta por default, 1800 unidades calor.
Dar clic
El siguiente mensaje que aparece indica que la edición de parámetros de las subcuecnas ha finalizado correctamente y se puede proceder a la SIMULACIÓN.
1.7 Simulación Ir a la barra menú principal y en el módulo Simulation, aplicar Run SWAT, como se muestra en la siguiente figura.
Run SWAT abre la siguiente ventana de diálogo donde se puede seleccionar todo o parte del período de simulación que tiene la base de datos de clima que fue ingresada al modelo. Para este caso el período completo es de 10 años iniciados el 1º de enero de 1988 y finalizado el 31 de diciembre de 1997.
También permite decidir la frecuencia de simulación la que puede ser diaria, mensual ó anual, si se tienen algunos parámetros de la cuenca aplicar en Basin Imput File y modificarlos. Dar clic en Setup SWAT Run, y esperar a que el modelo lea todos los datos de todos los años de simulación. Aparece un mensaje como el siguiente, al cual permite modificar algunos datos de las tablas dbf, si se desea. Aplicar NO.
Al aplicar NO se activa otra vez Run SWAT al cual debe darse un clic y es en este momento donde realmente se comprueba si el modelo está en condiciones de calcular, de lo contrario en esta etapa se aborta toda la operación. Cuando hay éxito aparece un mensaje como el siguiente:
Aplicar NO.
Posteriormente se pueden leer los resultados.
1.8 Lectura de los resultados En barra menú principal dar clic en Simulation y Read Results, dando acceso a la siguiente ventana de diálogo: aplicar OK.
La forma típica de entregar los resultados es la que se muestra en la tabla siguiente: por subcuenca y por cauce principal. Los resultados principales de interés para este caso son: escurrimiento superficial en laderas, y en canal, producción de sedimentos en laderas y en canal, tasa de erosión por subcuencas, la cual el modelo la estima con la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE), así proporciona distribución de la precipitación a nivel de subcuencas, por año, mensual ó diaria. Los resultados obtenidos son exportables a Excel por medio de File Export datos.
Para el caso de estudio denominado ejercicio 1, extraer los resultados de escurrimiento y sedimentos obtenidos por el modelo en la subcuenca 19 y compararlos con los datos registrados en la estación de aforo de Kilómetro 21.
BIBLIOGRAFÍA S.L. NEITSCH, J.G. ARNOLD, J.R. KINIRY, R. SRINIVASAN, J.R. WILLIAMS 2002. Soil and Water Assessment Tool. User´s Manual. Grassland, Soil and Water Research Laboratory. Agricultural Research Serice. Agricultural Experiment Station. Research Center. Resources Institute, College Station. 808 East blackland Road. Temple, Texas, 76502. pp: 460. NANÍA, E. L.S. 2007. Manual Básico de HEC-HMS 3.0.0. y HEC-GeoHMS1.1. Curso de Especialización. Cálculo de Caudales de Avenida con HEC-HMS y SIG. Universidad de Granada. Depto. Mec. Estructuras e Ingeniería Hidráulica. Área de Ingeniería Hidráulica. Edificio Politécnico. Campus de Fuentenueva. 18071, Granada. España. Pp: 76. US ARMY CORPS OF ENGINEERS. HYDROLOGIC ENGINEERING CENTER.2001. Hydrologic Modeling System HEC-HMS. User’s Manual. 609 Second Street. Davis. CA. 95616-4687. USA. Pp: 175. US ARMY CORPS OF ENGINEERS. HYDROLOGIC ENGINEERING CENTER.2002. HEC-RAS. River Analysis System. Aplications Guide. Institute for Water Resources. Aproved for public Release. Distribution Unlimited. CPD-70. 609 Second Street. Davis. CA. 95616, USA. US ARMY CORPS OF ENGINEERS. HYDROLOGIC ENGINEERING CENTER.2002. HEC-RAS. River Analysis System. Hydraulic Reference Manual. Institute for Water Resources. Aproved for public Release. Distribution Unlimited. CPD69. 609 Second Street. Davis. CA. 95616, USA. www.hec.usase.army.mil
US ARMY CORPS OF ENGINEERS. HYDROLOGIC ENGINEERING CENTER.2002. HEC-GeoRAS. An extension for support of HEC-RAS using ArcView. User’s Manual. Institute for Water Resources. Aproved for public Release. Distribution Unlimited. CPD-76. 609 Second Street. Davis. CA. 95616, USA. www.hec.usase.army.mil GARCÍA R. J.L. 2007. Herramientas Informáticas en Hidrología. Univeridad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Montes. Madrid, España.
