1. UNIVERSIDAD DE ALCALÁ
Y
UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS
MASTER OFICIAL EN HIDROLOGÍA
Y GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS
PROYECTO DE FIN DE MASTER
ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO
HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA
MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
Autor: Antonio Barranco Salido

2. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
¿QUÉ ES UN MODELO HIDROLÓGICO?
Es una herramienta que
permite simular los procesos
del ciclo hidrológico
mediante alguna estructura,
dispositivo, esquema o
procedimiento, para lograr
una representación
simplificada del sistema, y
llegar a conocer, analizar y
cuantificar sistemas reales.

3. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
¿POR QUÉ ESTUDIAR LOS MODELOS HIDROLÓGICOS?
El conocimiento sobre su robustez y fiabilidad permitirá su uso en la
gestión de cuencas hidrológicas
CUENCAS MEDITERRÁNEAS
Frecuentemente afectadas por
intensas lluvias, que provocan Caudales pico
inundaciones, con los consiguientes
daños económicos y sociales. Estimación
disponibilidad
Irregularidad en la precipitaciones de recurso ante
e importante presión sobre el diversos
recurso hídrico escenarios
pluviométricos.

4. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
El Río Manubles a su paso
por Bijuesca el 16/03/11
El Río Manubles a su paso
por Áteca el 16/03/11

5. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
Considerando la variable espacial los modelos pueden ser clasificados
Agregados: promediando las variables respecto
al espacio de modo global y constante.
Distribuidos: dando valores a cada punto del
espacio para una resolución dada dentro de una
malla o grid.
Semidistribuidos: dividiendo el espacio en áreas
o unidades de respuesta homogénea.

6. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
¿DE QUÉ DEPENDE LA ELECCIÓN DE UN TIPO U OTRO?
Objetivos del estudio
Disponibilidad de datos y medios disponibles
HEC-HMS PUEDE OPERAR EN CUALQUIERA DE LAS VARIANTES

7. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
¿POR QUÉ HEC-HMS?
Permite una fácil integración con el Sistema de Información Geográfica
(SIG) ArcGIS mediante las extensiones GeoHMS y Archydro Tools.
La integración con SIG, permite trabajar con modelos distribuidos y
pseudo-distribuidos, mejorando de esta forma los resultados.
Permite simular a nivel de evento con un número reducido de
parámetros: modelo digital del terreno, usos del suelo, edafología y datos
pluviométricos.
Es gratuito y fácilmente descargable a través de internet.

8. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
OBJETIVOS DEL PROYECTO
Establecer una mejor comprensión de una cuenca hidrológica y sus
subcuencas mediante la integración de un SIG y un modelo
hidrológico.
ESPECÍFICOS
Valorar el comportamiento del modelo hidrológico HEC-HMS para
diferentes tamaños de cuenca y ante eventos de diferente magnitud y
condiciones de humedad del suelo.
Valorar la respuesta de la cuenca hidrológica para el uso de varios
métodos de transformación lluvia-caudal.
Comparar la resultados obtenidos con los datos reales aportados
por las estaciones de aforo mediante regresión lineal.

9. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LOCALIZACIÓN DE LA CUENCA DE ESTUDIO
Localización de la cuenca del río Manubles en el contexto de la cuenca hidrográfica del Ebro
La cuenca hidrológica del río Manubles se localiza entre las provincias de Soria y Zaragoza y cuenta con una
superficie de 427 km2.
Desde el punto de vista climático se encuentra influida en su cabecera, por un clima de montaña mediterránea
interior mientras que la zona media-baja por un clima mediterráneo de marcado carácter continental.
Además se caracteriza por una cierta tendencia a la aridez y precipitaciones muy irregulares.

10. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
¿QUÉ HERRAMIENTAS INFORMÁTICAS UTILIZAREMOS?
ArcGIS como Sistema de Información Geográfica
ArcHydro: es un modelo geoespacial para las aplicaciones de recursos de
agua que opera en ArcGIS desarrollado por el Centro de Investigaciones en
Recursos de Agua de la Universidad de Texas.
HEC-GeoHMS: es una extensión de ArcGIS desarrollada por Centro de
Ingeniería Hidrológica del US Army Corp of Engineers. Permite dividir la
cuenca en subcuencas y asignarle a cada una valores de los parámetros
hidrológicos. Además , prepara la información para su entrada en el modelo
hidrológico HEC-HMS.
HEC-HMS: desarrollado Centro de Ingeniería Hidrológica del US Army Corp
of Engineers, es un modelo hidrológico capaz de funcionar de forma
distribuida, semidistribuida o agregada y que nos permite simular eventos
aislados o procesos continuos.
HEC-DSSVue: es una aplicación desarrollada por Centro de Ingeniería
Hidrológica del US Army Corp of Engineers como commplemento a HEC-HMS,
permitiendo una mejor salida gráfica y la exportación de los resultados
obtenidos a una hoja de cálculo.

11. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
¿QUÉ PROCESOS CONSIDERA NUESTRO MODELO?
Precipitación
Pérdidas de la precipitación
Desarrollo de la escorrentía superficial
Flujo Base

12. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LA PRECIPITACIÓN
Media aritmética
Polígonos de Thiessen
Método de las isoyetas: más adecuado cuando se trata de valores a
nivel decenal, mensual o anual.

13. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
PÉRDIDAS DE LA PRECIPITACIÓN
¿QUÉ ALTERNATIVAS CONTEMPLA EL MODELO HEC-
HMS?
Establecimiento del un umbral de precipitación, por debajo el cual no se produce escorrentía
superficial y una tasa constante de pérdidas por encima del citado umbral.
Utilización del concepto número de curva (NC), desarrollado por U.S. Soil Conservation Service
(SCS).
Método de Green y Ampt, que tiene en cuenta, entre otros, aspectos tales como la
permeabilidad del suelo y el déficit inicial de humedad del suelo.
Modelo SMA, que permita simular el movimiento del agua a través del suelo y del subsuelo, su
interceptación y almacenamiento den diferentes zonas y escurrimiento superficial de exceso.

14. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
OBTENCIÓN DEL NÚMERO DE CURVA I
Adaptación desarrollada por Témez (1987)
+
Usos del suelo según SCS Edafología-Clasificación hidraúlica
+

15. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
OBTENCIÓN DEL NÚMERO DE CURVA II
+
Clasificación según características Clasificación según pendientes
hidrológicas

16. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
OBTENCIÓN DEL NÚMERO DE CURVA III
Número de Curva de la cuenca en
formato de grid o malla

17. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL
El modelo HEC-HMS incluye diversos métodos para el desarrollo de la escorrentía superficial y
su concentración en un determinado punto del cauce. En el presente proyecto compararemos
los siguientes:
El Hidrograma del Soil Conservation Service
Hidrograma de Clark (original)

18. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESUMEN DEL PROCESO METODOLÓGICO
Obtención del factor número de curva (NC), partiendo de la información de usos del suelo del
Corine Land Cover, de datos edafológicos y las pendientes del modelo digital de elevaciones.
Procesamiento de parámetros hidrológicos mediante ArcHydro Tools, partiendo del modelo
digital de elevaciones.
Importación de los datos obtenidos mediante ArcHydro hacia HEC-GeoHMS para generación
del modelo de cuenca.
Determinación del área de influencia de cada pluviómetro mediante polígonos de Thiessen.
Exportación del modelo de cuenca a HEC-HMS.
Calibración del modelo obtenido mediante los datos de las estaciones de aforo.
Exportación de los resultados obtenidos a una hoja de cálculo mediante HEC-DSSVue y
obtención del grado de ajuste mediante regresión lineal.

19. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LAS SUBCUENCAS DE ESTUDIO
CUENCA “A” de 35 km2
CUENCA “B” de 146 km2
CUENCA “C” de 427 km2

20. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LOS EVENTOS SIMULADOS
20/10/09 (15:00) – 22/10/09 (23:45) – evento 1
Se trata de un evento producido tras un periodo seco, es decir,
bajo condiciones según SCS tipo (I).
Cuenca Precipitación periodo (mm)
Precipitación ponderada
A 34
para cada unas de la
B 33 cuencas en el evento 1
C 27
Banda pluviográfica para la cueca “A”

21. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LOS EVENTOS SIMULADOS II
15/03/11 (00:00) – 16/03/11 (23:45)
Se trata de un evento producido bajo condiciones de humedad según SCS tipo II. Puesto que
previo al evento tuvieron lugar una serie de episodios de lluvia repartidos entre los días 11 y
13 de marzo que sumó aproximadamente 17 mm.
Cuenca Precipitación periodo (mm)
Precipitación ponderada
A 46
para cada unas de la
B 49,5 cuencas en el evento 2
C 45
Banda pluviográfica para la cueca “B”

22. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
LOS EVENTOS SIMULADOS III
27/03/11 (00:00) – 28/03/11 (23:45)
Se trata de un evento producido en condiciones suelo saturado o según SCS tipo III,
especialmente debido a las precipitaciones del evento 2.
Cuenca Precipitación periodo (mm)
A 14,6 Precipitación ponderada
para cada unas de la
B 12,9 cuencas en el evento 3
C 13,2
Banda pluviográfica para la cueca “C”

23. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESULTADOS I
R2 = 0.95 R2 = 0.82 R2 = 0.87
Hidrogramas simulados y aforados para la cuenca “A” mediante el empleo del Hidrograma SCS. De izquierda a
derecha (evento 1 al 3).
Se observa un buen ajuste a los caudales pico, y en menor medida al volumen de
escorrentía producido para los eventos 2 y 3.

24. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESULTADOS II
R2 = 0.53 R2 = 0.82 R2 = 0.93
Hidrogramas simulados y aforados para la cuenca “A” mediante el empleo del Hidrograma Clark. De izquierda
a derecha (evento 1 al 3).
Se observa un mejor ajuste aunque cierta tendencia del caudal pico. Para el evento 1,
no se obtiene correlación con el aforo, ni del caudal pico ni del volumen de
escorrentía.

25. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESULTADOS III
R2 = 0.75 R2 = 0.82 R2 = 0.20
Hidrogramas simulados y aforados para la cuenca “B” mediante el empleo del Hidrograma SCS. De izquierda a
derecha (evento 1 al 3).
Se observa dificultad de ajuste para hidrogramas con varios picos(evento 1), un buen
ajuste del caudal pico para el evento 2 y poca bondad en el evento no independiente
(evento 3).

26. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESULTADOS IV
R2 = 0.15 R2 = 0.93 R2 = 0.74
Hidrogramas simulados y aforados para la cuenca “B” mediante el empleo del Hidrograma Clark. De izquierda
a derecha (evento 1 al 3).
Se observa un mal ajuste al hidrograma de varios picos, un buen ajuste para el caudal
pico y escorrentía para el evento 2 y una tendencia a la laminación en el caso del
evento 3.

27. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESULTADOS V
R2 = 0.22 R2 = 0.65 R2 = 0.45
Hidrogramas simulados y aforados para la cuenca “C” mediante el empleo del Hidrograma SCS. De izquierda a
derecha (evento 1 al 3).
Se observa un mal ajuste para el hidrograma de varios picos, un buen ajuste para el
caudal pico ante el evento 2 y un cierto desfase en el tiempo de retardo para el
evento 3.

28. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
RESULTADOS VI
R2 = 0.10 R2 = 0.93 R2 = 0.88
Hidrogramas simulados y aforados para la cuenca “C” mediante el empleo del Hidrograma Clark. De izquierda
a derecha (evento 1 al 3).
Se observa un mal ajuste para el hidrograma de varios picos, un buen ajuste para el
caudal y el volumen de escorrentía para el evento 2 y un buen ajuste del tiempo
base del hidrograma aunque cierta laminación del caudal pico para el evento 3.

29. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
COMENTARIOS A LOS RESULTADOS
 El uso del Hidrograma Unitario de Clark mejora el ajuste de las simulaciones en el caso de los
eventos nº 2 y nº 3, es decir para los eventos más cuantiosos o tras situaciones de saturación.
 La mejora del ajuste es de menor entidad para el caso de la cuenca A, es decir, para la cuenca
pequeña.
 El ajuste es considerablemente mayor mediante el empleo del Hidrograma de Clark para las
cuencas B y C, es decir, para las cuencas de mayor tamaño.
 El Hidrograma SCS solo obtuvo mejor ajuste para el caso de las cuencas A y B ante el evento nº 1,
es decir, para las cuencas de escala pequeña o microcuenca para eventos menos intensos y suelo seco.
 Ninguno de los métodos de transformación lluvia-caudal obtuvo un buen ajuste para la
simulación de la cuenca C y el evento nº 1, es decir, para la cuenca mayor y la menor precipitación.
 Empleando ambos modelos de transformación se han obtenido buenos ajustes para el caudal
pico, aunque el empleo de Hidrograma de Clark manifiesta cierta tendencia a la laminación del caudal
pico.
 Existe una cierta tendencia a un mejor ajuste del caudal pico mediante el empleo del Hidrograma
SCS, si bien, minusvalora en términos generales la escorrentía total producida, de ahí que los
coeficientes de correlación obtenidos para los eventos nº 2 y nº 3 sean más bajos.

30. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
CONCLUSIONES I
•La integración del modelo hidrológico HEC-HMS con el Sistema de Información Geográfica ArcGis a
través de las extensiones HEC-GeoHMS y ArcHydro Tools facilita el manejo del modelo, al permitir
introducirle una parte importante de las variables que necesita, especialmente en lo referente al
modelado de la cuenca, permitiendo además trabajar con información distribuida o pseudo-
distribuida
•El modelo HEC-HMS logra a nivel de evento y una vez calibrado, un buen ajuste para los tamaños de
cuenca estudiados en este proyecto, si bien, ha resultado determinante la elección del modelo de
transformación lluvia – caudal.
•El Hidrograma Unitario SCS y el Hidrograma Unitario de Clark han demostrado una buena capacidad
predictiva para la obtención de caudales punta, aunque se ha observado cierta tendencia a la
laminación o reducción del caudal punta empleando el Hidrograma de Clark, fruto del
almacenamiento transitorio del agua en el conjunto de la cuenca que éste considera.
•El comportamiento de ambos hidrogramas ha diferido notablemente para la estimación del volumen
de escorrentía generada. El Hidrograma de Clark ha demostrado estimar con mayor bondad el efecto
regulador que en la respuesta hidrológica se produce en cada una de las cuencas, ante eventos de
precipitación de cierta importancia. Efecto regulador que se ha producido para todos los tamaños de
cuenca y para los eventos más intensos o tras saturación.

31. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO HIDROLÓGICO HEC-HMS EN UNA SUBCUENCA MEDITERRÁNEA DEL RÍO EBRO
CONCLUSIONES II
•Un proceso crítico y que ha ofrecido dificultad es la generación de la lluvia efectiva, la mayoría de
los métodos existentes como el de Green y Ampt requieren el conocimiento de parámetros físicos
que raramente se encuentran a disposición, con lo que el método del NC se convierte en un método
aplicable con los niveles de información habituales. Si bien este método requiere de al menos un
buen conocimiento edafológico de la zona.
•También es crítico, el valor que adopta el NC en función del estado de humedad preliminar, pues
evento nº 1 y el evento nº 2 han tenido lugar bajo condiciones de humedad del suelo diferentes, sin
embargo, en algunos casos e observan valores del NC similares.
•Para la cuenca nº 1 y empleando el hidrograma SCS se ha obtenido un mejor ajuste permitiendo
que el modelo optimice el parámetro tiempo de concentración, de tal forma que el valor que el
modelo da como óptimo difiere notablemente de los valores que desde el punto de vista
bibliográfico son aceptados.
•A diferencia de otros modelos hidrológicos que requieren del conocimiento de un importante
número de variables, el modelo HEC-HMS permite efectuar simulaciones satisfactorias con un
número reducido de parámetros.