Generación de hidrogramas de crecida mediante simulación estocástica multivariada de lluvia y modelación hidrológica distribuida. Aplicación a seguridad de presas

Resumen

La presente tesis realiza una propuesta metodológica para la evaluación de la seguridad hidrológica de las presas con un enfoque probabilístico. Para ello se construye un entorno de simulación de Monte Carlo integrando diferentes modelos que simulan todos los procesos que intervienen en la generación y gestión de avenidas. Además, se han desarrollado una serie de procedimientos intermedios que permiten enlazar estos modelos creando una cadena de simulación completa. Por último, se han desarrollado diversos procedimientos de análisis de los resultados y la incertidumbre asociados a ellos. En la generación de las avenidas intervienen principalmente dos procesos, la generación de eventos de tormenta y su transformación en escorrentía. Para simular estos procesos se han combinado un modelo estocástico de lluvia (RainSim V3) y un modelo lluvia-escorrentía distribuido, físicamente basado, de evento (RIBS). El modelo RainSim V3 permite la simulación espacio-temporal de series continuas de lluvia arbitrariamente largas con un paso de tiempo arbitrario que reproducen el comportamiento meteorológico extremal de la cuenca. Por su parte, la aplicación del modelo RIBS, permite obtener la respuesta hidrológica de la cuenca a eventos de tormenta considerando, mediante la aplicación de un proceso de calibración probabilística, la variabilidad de los procesos que intervienen en la generación y flujo de la escorrentía en la cuenca. Ambos modelos se enlazan a través de un procedimiento de identificación de eventos de lluvia en las series de lluvia continuas y de selección de las peores tormentas para la seguridad hidrológica. El resultado de aplicar ambos modelos es la obtención de series arbitrariamente largas de hidrogramas de entrada al embalse. La gestión de avenidas tiene como objetivo mantener el nivel del embalse (y los caudales pico de salida) dentro de un rango seguro. Los hidrogramas de salida se han simulado aplicando el método Puls modificado (también conocido como Storage Indication Method, Chow, V.T. et al., 1988) y las normas de operación derivadas de aplicar el método de Girón (Método de Evaluación Volumétrica, Girón, F. 1988). Este método define el grado de apertura de las compuertas con el objetivo de salvaguardar la integridad física de la presa. La aplicación del modelo de gestión de avenidas a las series sintéticas de hidrogramas de entrada al embalse da como resultado la evolución del volumen y el nivel alcanzado por la lámina de agua en el embalse y los hidrogramas de salida del embalse. Esta metodología se ha aplicado a la cuenca del Manzanares, situada en el centro de la península ibérica, y a dos subcuencas del río Gardons, Corbès y Générargues, situadas en el sureste de Francia. En la cuenca del Manzanares se han generado 8000 años de lluvia continua con un paso de tiempo horario, de los que se han extraído 40000 eventos de tormenta para su transformación en avenidas y su laminación. Se han obtenido las leyes de frecuencia de los caudales pico de entrada, los caudales pico de salida y los máximos niveles alcanzados en el embalse y se ha caracterizado el comportamiento extremal del sistema cuenca-presa hasta periodos de retorno de prácticamente 15000 años. Por su parte, para las cuencas de Corbès y Générargues se han simulado 6000 años de lluvia continua con un paso de tiempo horario, de los que se han extraído 35000 eventos de tormenta posteriormente transformados en avenidas, permitiendo caracterizar el comportamiento extremal de las cuencas hasta periodos de retorno entorno a los 10000 años. Los resultados obtenidos en ambos casos ponen de manifiesto que la metodología propuesta constituye una herramienta útil para la caracterización del comportamiento extremal de las cuencas. Así mismo, la metodología propuesta es adecuada para analizar riesgo hidrológico de las presas a partir de la distribución de frecuencia de los máximos niveles de agua en el embalse y los máximos caudales de salida y su relación con las características de los hidrogramas mediante un análisis multivariado.