Estimación de mapas de peligrosidad

Estimación de mapas de peligrosidad mediante generación de tormentas sintéticas Gianbattista Bussi (1), Félix Francés(1), José Luis Salinas(1), Rafael

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Estimación de mapas de peligrosidad mediante generación de tormentas sintéticas Gianbattista Bussi (1), Félix Francés(1), José Luis Salinas(1), Rafael GarcíaBartual(1), Lucas Pujol(2), Vicente Guna(2), Enrique Ortiz(2) (1) Universitat Politècnica de València (2) Hidrogaia S.L.

Introducción …

En estudios de inundabilidad es exigible la máxima precisión por sus implicaciones económicas y sociales

Cañete (Cuenca - España), 2011

Tabasco (México), (México) 2008

Pakistán, 2010

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Introducción Tradicionalmente se basa en el concepto p de “Tormenta de Diseño” Análisis estadístico de Pd => Tormenta de diseño de T => Simulación hidrológica

‰

‰

‰

Ventaja “pírrica”: pírrica : Una sola simulación Inconvenientes específicos: p ¾ Distribución temporal y espacial de la precipitación ¾ Estado inicial único ¾ ¿QT lo genera PdT?

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Introducción ‰

¿Una única tormenta uniforme en el espacio y simple en el tiempo + un sólo estado inicial dará el resultado correcto? NO!

Distribución empírica de Qmax en R.Poyo en A7 situación actual con la probabilidad de la tormenta sintética XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Metodología 1 - Estimación frecuencia de las Pd máximas anuales 2 - Construcción de un modelo estocástico de tormentas y generación sintética de un número elevado g v de eventos v 3 - Implementación de un modelo hidrológico distribuido 4 - Asignación de probabilidad final mediante un modelo estadístico multivariado 5 - Estimación de calados y velocidades

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Caso de estudio …

…

Comarcas de la Marina Alta y de la Marina Baja (Alicante, España) ¾ Más de 200 puntos analizados en 500 km2 Plan de Gestión del Riesgo de Inundación según g la Directiva Marco 2007/60 de la C.E.) ¾ Sólo peligrosidad en esta presentación XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Análisis pluviométrico …

…

…

Análisis regional con 45 estaciones AEMET y SAIH => > 1054 años equivalentes Comprobación homogeneidad mediante test de Fisher sobre el coeficiente de variación Modelos estadísticos: ¾ Regionalización R l por variable bl índice d + diversas d cdfs df (incluyendo con límite superior) ¾ Regionalización Gumbel y ajuste TCEV

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Análisis pluviométrico …

Resultados: TCEV con reg. Gumbel

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Análisis pluviométrico

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Generación de tormentas sintéticas …

…

RAINGEN: Las tormentas son una superposición de “celdas”, cuya intensidad se determina según procesos estocásticos en el espacio y en el tiempo Modelo de Rodriguez-Iturbe y Eagleson (1987) mejorado por Salsón y García Bartual (2003) XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Generación de tormentas sintéticas …

Estimación de parámetros a partir de tormentas SAIH: Autocorrelación espacial- octubre 2000

1

Observada

0.8

Corregida Octubre - 2000 Teórica

0.6

1

0.4 0.2

observado ajustado

0.8

0

Media normalizada - octubre 2000

0.6

-0.2 0

10

200.4 04

30

1 40

50

60

70

80

40

50

distancia 0.8 (km)

0.2 0.6

0

0.4

0

10

20

0.2

30

kT(minutos)

60

70

Observada

Ajustada

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

m inutos

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Generación de tormentas sintéticas Se generaron unas 500 tormentas sintéticas en una cuadrícula de 60x65 km con discretización de 1km y 10 min 700

Cuenca GIR03: Rio Girona hasta embalse de Isbert

100

90

90

80

80

70

70

60

60

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

LIMITE

INM ALC T500

RECORDS

MARINA oct-07

ALC oct 82

ALC 97

600 500 mm/h

i en mm/h

HIETOGRAMA Y PLUVIOGRAMA - EPISODIO SINTÉTICO # 106.

100

P en mm

…

400 300 200 100 0 0

20

40

60

80

100

120

Minutos

horas

…

… y se seleccionaron 368

XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

El modelo hidrológico TETIS … …

Desarrollado por la UPV desde 1994 (v 8.2.4 8 2 4 en la web) Distribuido en el espacio: => > Reproducción R d ió variabilidad i bilid d espacial i ld dell Ci Ciclo l Hid Hidrológico ló i => Reducción del efecto de escala espacial => Explotación de toda la información espacial existente

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Modelación hidrológica con TETIS …

Calibración: Caudal salida y nivel en embalse simulado y observado del evento de Abril 2003 en la estación SAIH “Isbert” 50

184

45

182

40

180 35

178

Q (m3/s) Q

Q (m3/s) Q

30 25 20

176

174

15

172 10

170

5 0

168 10

20

30

40

50

Tiempo (horas) Q obs b

Q sim

60

70

10

20

30

40

50

60

70

Tiempo (horas) N obs

N sim

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Modelación hidrológica con TETIS Validación espacio-temporal espacio temporal

…

120

80

70

100 60

80

Q (m m3/s)

Q (m m3/s)

50

40 0

60

30

40 20

20

10

0

0 25

35

45

55

65

75

Tiempo (horas) p ( ) Q obs

0

10

20

30

40

50

60

Tiempo (horas) Tiempo (horas)

Q sim

Q obs

Estación de aforo de Marina Baixa, evento de Mayo 2002

Q sim

Estación de aforo de Guadalest, evento de Octubre 2007

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… …

…

Ajuste modelo diario en Rambla Gallinera Simulación continua 1943-2010 A áli i ffrecuencia Análisis i estados d para Pd>30mm 3 estados de humedad: † Seco (10%) P= 0,3 † Medio (40%) P= 0,4 † Húmedo (80%) P= 0,3 Frrecuencia

…

60

350

50

300

40

250 200

30 20 10

0

150 100

Frec. acumulada

Análisis estado de humedad inicial

50 0

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Grupos

Histograma y distribución acumulada de humedad antecedente en el suelo obtenidos por simulación continua en la Rambla Gallinera XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Simulación de hidrogramas sintéticos … …

368 tormentas x 3 estados de humedad = 1104 eventos En algunas cuencas además x escenarios futuros que afecten la hidrología 10 2‐014

250

80 1 222 80 1‐222

200

500

80 1‐596

450

150

400

700

350

100

250

50

100

100 50

300

400

150

0

350

500

200

0

80 1‐633

600

300

300

400

500

200

0 0

100



250

300

200

100200

600 200 150 400

300

500

600

100

0 0

100

200 50

300

400

500

600

0 0

100

200

300

400

500

600

Hid Hidrogramas generados d en lla d desembocadura b d d dell Gi Girona (B (Benairbeig03d) i b i 03d) XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Caudales pico en función de T(Pd-eq) ‰

Resultados en la desembocadura río Girona BENIARBEIG03d

BENIARBEIG03d

600

400

500

300 200 100 0 0

100 200 300 400 500 600

Pd-eq (mm/día)

T(Pd d-eq) (años s)

T(Pd-eq) (años)

600 500

400

300

200

100

0 0

500

Qmax

1000

1500

(m3/s)

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Análisis de frecuencia de los Qmáx …

Modelo multivariado de: † R = precipitación areal máxima de 24 horas † X = caudal d l pico i (o ( variable i bl de d interés) i t é) † M = Estado de humedad inicial del suelo „ Variable bl

…

discreta d (tres ( estados d en este estudio) d )

Finalmente la distribución empírica de X: † Se conocen las marginales de R y M † Si M es independiente de R ⎧⎪ ∞ nij (a ) ⎫⎪ [F (Ri +1 ) − F (Ri )]⎬ FX (a ) ≈ ∑ ⎨ Pj ∑ ⎪⎭ j =1 ⎪ ⎩ i =0 N ij 3

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Análisis de frecuencia ‰

Asignación de probabilidad desembocadura río Girona BENIARBEIG03d

BENIARBEIG03d 600

500 400

500 300 200 100 0 0

100 200 300 400 500 600

Pd-eq (mm/día)

T(Qm max) (años))

T(Pd-eq) (años)

600

400

300

200

100

0 0

500

1000

1500

Qmax (m3/s)

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Validación estadística 4

‐Ln(‐LLn(1‐1/T))

3 2 1 0

OBSERVADO

‐1

TETIS ‐2 0

10

20

30

Q (m3/s)

40

50

60

Estación E t ió d de aforo f d de G Gallinera. lli Funciones de distribución empíricas de los caudales máximos.

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Explotación resultados hidrología …

Análisis eventos 6000

1400

CON PRESA SIN PRESA

1200

5000

Qmax (m m3/s)

1000

800 3‐015 3 067 3‐067 600

3‐068 1400

400 1200

200

4000

3000

2000

1000

0 1

101 800

201

301 3‐076

1000

3‐015 600

3‐028

0

400

0 200

50 000 000 100,000,000 50,000,000 100 000 000 150,000,000 150 000 000 200,000,000 200 000 000 250,000,000 250 000 000

Volumen (m3)

0 1

101

201

301

S l Selección ió eventos t con Qp Q entre t 400 y 500 años ñ XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

Explotación resultados hidrología …

Análisis estadísticos variable de interés: CDF Caudales máximos CDF Caudales máximos

10000

1000

10000

T(Nivel máxim mo) (años)

T(Caaudal máximo) (añ ños)

CDF Niveles máximos (eventos de T(Pd)>50)

T(Qentrada)  (años)

100

T(Qsalida) (años)

1000

10 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Caudal máximo (m3/s) 100 170

171

172

173

174

175

176

Nivel máximo (m snm)

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177

Modelación hidráulica …

Objetivo: j calados máximos de inundación asociados a T = 10, 25, 50, 100 y 500 años … Input: hidrogramas de crecida de todos los periodos de retorno (modelación hidrológica), pero número limitado p … Output: 5 mapas de calados máximos

…

Software: Infoworks RS 2D MDT d de partida: tid Lidar Lid 1x1 1 1m Rugosidad: CORINE (mapa europeo) + Ortofoto

… …

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Modelación hidráulica: Río Girona

Topología

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Resultados Río Girona

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Conclusiones …

…

…

Modelación hidrológica g distribuida p permite fácilmente resultados en número elevado de puntos Lidar + modelo hidráulico 2D obtienen simulaciones de inundación confiables Metodología novedosa y alternativa al concepto de “tormenta de diseño” … Inclusión de variabilidad espacio-temporal de tormentas … Inclusión del estado de humedad inicial … Posibilidad eventos muy baja frecuencia XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica – Septiembre 2012, San José, Costa Rica

GRACIAS POR SU ATENCIÓN Prof. Félix Francés ([email protected]) Grupo de Investigación de Modelación Hidrológica y Ambiental (GIMHA) http://lluvia.dihma.upv.es

Agradecimientos: Confederación Hidrográfica del Júcar

Proyecto Flood-Med: Simulación y análisis de frecuencia de las crecidas con escenarios de cambios climáticos y medioambientales di bi t l en cuencas mediterráneas dit á

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