Hidrología de avenidas

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ (2000)

La hidrología de avenidas es un tema que ha cobrado mucha relevancia debido a las inundaciones recientemente provocadas por eventos hidrometeorológicos extremos en todo el mundo. Este artículo presenta los resultados de una serie de investigaciones que el autor y sus colaboradores han obtenido a lo largo de los años en la materia. En particular, se discuten métodos para la estimación de avenidas de diseño en presas y redes de ríos, para el tránsito hidrológico de avenidas en cauces y para el tránsito hidráulico de avenidas en redes de ríos con lagunas de interconexión.

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Tránsito inverso Parametrización de avenidas Hidrogramas Probabilidad multivariada INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Tránsito inverso para la estimación de avenidas de ingreso a vasos

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ ERNESTO AGUILAR GARDUÑO (1997)

Se presentan y comparan, analítica y numéricamente, tres métodos para la determinación de avenidas de ingreso a vasos, fundamentados en el conocimiento de la elevación de la superficie libre del agua y del tránsito inverso de la avenida. Se consideran el método tradicional, en el que se emplea la regla trapezoidal, así como los esquemas de Adams-Bashforth y los de diferencias centrales. Los métodos se aplican a un caso hipotético y a la estimación de la avenida máxima registrada en el vaso de la presa El Infiernillo, Michoacán. Se concluye que el método de diferencias centrales, propuesto en este trabajo, exhibe el mejor comportamiento.

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Estimación de avenidas Tránsito inverso Métodos Presa El Infiernillo INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Dispositivo de control para la aplicación del riego intermitente

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ Polioptro Martinez-Austria (1991)

El riego intermitente es un nuevo método de aplicación del agua a nivel parcelario para sistemas por gravedad, melgas o surcos, que en determinadas condiciones permite incrementar notablemente la eficiencia en el uso del agua, observándose también mejores perfiles de humedad en el suelo. Por otra parte, la indispensable intermitencia en la aplicación del agua debe ser producida por algún sistema automático. Hoy en día existen en el mercado varios tipos de válvulas electrónicas, cuyo uso es una opción. Sin embargo, hay otras de menor costo y mejor adaptadas a las condiciones generales de México. En este artículo se abordan los principios y criterios de diseño de un dispositivo de descargas intermitentes sencillo y de bajo costo, que puede ser construido y modificado por los agricultores según sus necesidades. Está diseñado para funcionar en surcos cortos, como los que se encuentran en nuestro país. Se ilustran los principios generales de su funcionamiento y, para aquellos interesados, se muestra la derivación de las ecuaciones generales correspondientes. Se presentan los procedimientos y resultados de su validación en el laboratorio y en el campo. De estas experiencias se derivan criterios y recomendaciones para su diseño y operación.

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Riego intermitente Productividad de las tierras Diseño Operación y mantenimiento CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Modelación numérica de la advección y dispersión de solutos en redes de distribución de agua potable

Felipe Arreguin Velitchko Tzatchkov ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ (2000)

Este trabajo presenta una solución numérica de tipo euleriano-lagrangiano para la ecuación de la dispersión advectiva de contaminantes en redes de distribución. La aplicación de los esquemas numéricos conocidos para resolver esta ecuación en una red produce grandes sistemas de ecuaciones lineales debido a la presencia del término que considera la dispersión. Para aliviar este problema se propone un nuevo método que emplea funciones de Green numéricas, desagregando el conjunto de ecuaciones en tres sistemas tridiagonales para cada tubería y otro de menor tamaño para los nodos de la red. De esta forma, el sistema de ecuaciones se resuelve eficientemente y el modelo numérico puede ser aplicado a redes grandes sin necesidad de un esfuerzo computacional excesivo. El modelo propuesto se aplicó para simular el transporte de flúor en una red de distribución real, para la cual se tienen publicados datos de mediciones de campo y de simulación con el paquete EPANET de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA), que sólo considera la advección. La comparación entre los resultados de los dos modelos muestra que el modelo aquí propuesto simula mejor la concentración del contaminante, especialmente en las tuberías que exhiben bajas velocidades del flujo.

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Redes de distribución de agua Análisis dinámico Flujo no permanente Modelos matemáticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Escalamiento de la ecuación de Burgers

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ MIGUEL ANGEL MEJIA GONZALEZ Roger Beckie (2009)

El flujo viscoso con altos números de Reynolds, gobernado por las ecuaciones de Navier-Stokes, exhibe significativa variabilidad espacial y temporal. Dado que las ecuaciones dinámicas que gobiernan estos procesos incluyen términos no lineales, es común que se desarrolle un amplio espectro de escalas. Por lo mismo, hay escalas demasiado pequeñas para ser resueltas mediante un modelo o para ser observadas con los aparatos convencionales de medición. Aun cuando no es posible desarrollar modelos que resuelvan todas las escalas significantes, sí es posible desarrollar modelos de la dinámica de las escalas grandes. Estos modelos de escala grande no requieren la descripción explícita de las pequeñas, pero sí deben incluir el efecto de las pequeñas en la dinámica de las grandes. Este proceso se conoce como escalamiento dinámico y es un problema muy complejo, debido a que involucra la solución de un problema de cerradura. En este trabajo se desarrolla un modelo de escala grande filtrando espacialmente la ecuación de Burgers, que constituye la contraparte unidimensional de las ecuaciones de Navier-Stokes. El empleo del filtro de Butterworth permite la construcción de cerraduras exactas. La solución numérica de estas ecuaciones filtradas se conoce como simulaciones de remolinos grandes. En el documento se incluyen pruebas numéricas que validan los resultados teóricos.

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Ecuación de Burgers Escalas grandes Filtro de Butterworth Filtro espacial CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Escalamiento de las ecuaciones del flujo del agua subterránea mediante filtrado de Butterworth

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ MIGUEL MEJIA Roger Beckie (2006)

El flujo de agua y el transporte de solutos en medios geológicos se desarrollan en muchas escalas de longitud (poros del orden de milímetros hasta regiones que tienen kilómetros de longitud). Por lo mismo, hay escalas demasiado pequeñas para ser resueltas mediante un modelo o para ser observadas con los aparatos convencionales de medición. Aun cuando no es factible desarrollar modelos que resuelvan todas las escalas significantes, sí es posible desarrollar modelos de la dinámica de las escalas grandes. Estos modelos de escala grande no requieren la descripción explícita de las escalas pequeñas, pero deben incluir el efecto de las escalas pequeñas en la dinámica de las escalas grandes. La incorporación de tales efectos requiere la solución de un problema de cerradura. Por medio del uso de filtros de Butterworth se desarrolla una solución exacta para el problema de cerradura para el flujo del agua en un medio poroso con gran heterogeneidad. Se incluyen pruebas numéricas que validan los resultados teóricos.

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Flujo de agua Medios porosos Transporte de solutos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Parametrización de hidrogramas mediante interpolantes hermitianos

ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ ALDO IVAN RAMIREZ OROZCO (1998)

La parametrización de hidrogramas resulta útil en la definición de avenidas de diseño, por lo que diversas opciones de parametrización han sido propuestas en la literatura. No obstante, éstas exhiben ciertas limitaciones que restringen su aplicación en la representación de hidrogramas naturales. Esto ha motivado a los autores a desarrollar una parametrización polinomial basada en el empleo de interpolantes hermitianos, cuyas principales propiedades son la continuidad de derivadas hasta de cierto orden y la invariancia de volumen. Dichas propiedades se demuestran en este artículo. También se presentan dos ejemplos de aplicación en los cuales se ha utilizado el procedimiento propuesto para definir la forma de un hidrograma unitario generado sintéticamente y para la representación de un hidrograma real de un solo pico.

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Parametrización de avenidas Hidrogramas Avenidas de diseño INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Solución analítica aproximada de la ecuación de tránsito de avenidas en vasos

ALDO IVAN RAMIREZ OROZCO ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ (2001)

El tránsito de avenidas en vasos constituye uno de los problemas más simples de la hidrología. Sin embargo, hasta la fecha, la ecuación que describe el fenómeno no tiene una solución analítica conocida, por lo que su solución se obtiene generalmente mediante métodos numéricos. En este trabajo se presenta el desarrollo de una solución analítica aproximada para dicho problema, la cual se obtiene por medio de técnicas perturbatorias. Como parte de los resultados, se proponen ecuaciones generales para el tránsito de hidrogramas arbitrarios y obras de excedencias libres o controladas. Para ilustrar la aplicación y bondades del método propuesto se incluye un ejemplo en el que se realiza el tránsito de la avenida de diseño de la presa El Molinito, en Sonora, México. Se ha concluido que una solución perturbatoria de orden uno y aun la de orden cero ofrecen aproximación suficiente para fines prácticos. El método, que representa una solución cerrada del problema, constituye la base para estudios posteriores acerca del comportamiento de los vasos ante avenidas de ingreso.

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Tránsito de avenidas Vasos de almacenamiento Solución analítica Métodos perturbatorios Presa El Molinito INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Balance hídrico del lago de Chapala, México

ALDO IVAN RAMIREZ OROZCO ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ FRANCISCO JAVIER APARICIO MIJARES ROBERTO MEJIA ZERMEÑO (2006)

Se presenta un análisis del balance hídrico en el lago de Chapala. Dada la gran magnitud de su superficie libre, la evaporación es de gran importancia para su equilibrio hidrológico. Este componente se estima a partir del método combinado o de Penman, alimentado por mediciones ad hoc de las variables climatológicas correspondientes, así como de datos históricos. Para este efecto, se usaron estaciones climatológicas automáticas del Servicio Meteorológico Nacional de México, así como otras estaciones instaladas ex profeso para este trabajo. Se encontró que los coeficientes de evaporímetro no son constantes a lo largo del año y se determinaron los coeficientes apropiados para este caso particular. En este sentido, se descubrió que, para ciertos meses del año, los coeficientes de evaporímetro exceden la unidad y se encontró una explicación física de este hecho, basada en la dominancia de la convección forzada en épocas de vientos intensos. Se concluyó que los cálculos convencionales de la evaporación subvalúan este componente.

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Balance hídrico Evaporación Lago de Chapala CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA

Análisis espectral de consumo doméstico de agua potable

Felipe Arreguin ALVARO ALBERTO ALDAMA RODRIGUEZ Velitchko Tzatchkov VICTOR HUGO ALCOCER YAMANAKA HECTOR ALEXIS ESPINOSA GAYOSSO (2009)

Una de las variables con mayor incertidumbre en su comportamiento dentro del análisis hidráulico de las redes de agua potable es el consumo de agua proveniente de los usuarios. Recientemente, se ha demostrado que el consumo en el ámbito domiciliario tiene un carácter estocástico y se han desarrollado diferentes metodologías que intentan representar esta variable. Sin embargo, no es posible definir con exactitud dos situaciones: 1) el grado de información que se pierde al muestrear la señal con cierto intervalo de registro y la posible presencia de enmascaramiento (aliasing); y 2) la frontera (rango) en el tiempo, en el cual pueden aplicarse estos procesos de agregación y desagregación temporal. El proceso basado en el análisis de Fourier se puede aplicar como herramienta de desagregación temporal y obtener el intervalo de registro óptimo de medición en campo. A partir de la metodología, se obtuvo que el rango de aplicación del esquema está entre los 240 y 1 segundos. En otras palabras, es posible medir con intervalo de registro hasta 240 segundos y recuperar información con intervalo de registro de un segundo. El método se validó con mediciones en campo de consumo doméstico realizadas en una ciudad mexicana.

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Análisis espectral Consumo doméstico de agua Modelos estocásticos INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA