Contraste de Métodos Estadísticos para Estimación de Caudales Pico en una Red de Drenaje Urbano

Abstract

[ES] La determinación de los cuantiles de diseño para una red de drenaje urbano tiene pautas estandarizadas en la práctica, siendo de mucha importancia que represente con el mejor ajuste la realidad de lo que pasa en la cuenca urbana, para así, tener diseño dentro de la seguridad y calidad esperadas. En la siguiente tesina final de máster se establece una comparación entre métodos estadísticos para la obtención de cuantiles de diseño. La cuenca de estudio pertenece a la red de drenaje de la ciudad de Valencia (colector norte-cauce), la cual tiene un área total de 68.8 ha. y una longitud total de 13.39 kilómetros. Partiendo como base de la serie de datos (1990-2006) de precipitación con discretización temporal cinco-minutal facilitado por el Sistema Automático de Información Hidrológica (SAIH) de la Confederación Hidrográfica del Júcar (CHJ) se realizó la separación estadística de los eventos, por medio de la determinación del tiempo crítico mínimo de separación de periodos secos. Con ello se obtuvieron 725 eventos independientes en los 17 años, de los que 464 son significativos por tener un volumen superior a un milímetro (Andrés, 2010). La tesina se desarrolla con los 464 eventos, con los que se realizaron simulaciones en la herramienta Infoworks CS en la que se obtuvieron 464 caudales pico (Hidrogramas). Con esta serie de caudales se procedió al análisis estadístico de frecuencias de caudales pico por medio del método de series de máximos anuales AMS y el método de series de excedencias POT. Pará la obtención de parámetros de las funciones de distribución se utilizó el programa AFINS 2.0 que basa su determinación en el método de máxima verosimilitud ML. En el desarrollo de los métodos AMS y POT se han barajado ocho diferentes funciones de distribución de probabilidad (GEV, GDP, TCEV Log-Gumbel, Log-Normal II, Exponencial, Gumbel y SQRT-ETMAX). En el método POT se determinó un umbral (u= 2 m3/s) que aumentara la serie de máximos por encima de un periodo de retorno de 1 año, con la restricción de no aumentar valores en la cola izquierda de la distribución. En este método el periodo de retorno se ve afectado por un índice de cruce que representa el aumento de datos (por encima del umbral) entre los datos originales de la serie y que hace que en promedio haya más de un máximo por año. Para cada uno de los métodos estadístico se obtuvieron finalmente los resultados de cuantiles de caudal pico para los periodos de retorno de 1.1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 25 años respectivamente. De igual forma y en base a distintas referencias, se establecieron diferentes chaparrones de proyecto de diferentes periodos de retorno y duraciones. La Normativa del Ayuntamiento de Valencia establece la Aproximación A, las curvas IDF potenciales de tres parámetros según los resultados de Vaskova (2001) la Aproximación B y la aproximación C se basa en los resultados de Albentosa (2011) respecto de la estructura temporal de los chaparrones en torno al pico de los mismos. Con los métodos estadísticos y los chaparrones de proyecto antes expuestos se establece una comparación para comprobar y revisar si las pautas de diseño son realmente acordes a la frecuencia de ocurrencia de los caudales pico deducida de la serie simulada. Por último se obtienen las conclusiones acerca del contraste realizado basado en la valoración conjunta de todos los métodos utilizados.

[EN] The determination of quantiles design for urban drainage network has standardized guidelines in practice, being of great importance that represents the best fit with the reality of what is happening in the urban watershed, thus, be within the safety design and quality expected. The following final master thesis was a comparison of statistical methods for obtaining design quantiles. The study basin belongs to the drainage system of the city of Valencia (north-channel manifold), which has a total area of 68.8 ha. and a total length of 13.39 km. From the basis of the data series (1990-2006) of precipitation minutal five-time discretization provided by the Automatic Hydrological Information System (AHIS) Confederate Júcar (CHJ) was performed statistical separation of events by determining the critical time periods minimum dry separation. This was obtained 725 separate events in the 17 years, of which 464 are significant for having an above-millimeter (Andrew, 2010). The thesis is developed with 464 events, which were performed with the tool simulations Infoworks CS were obtained in peak flow 464 (Hydrographs). With this flow series statistical analysis proceeded frequency peak flows through the series method and the annual maximum AMS series method POT exceedances. To obtain parameters of the distribution functions used Afins 2.0 program that bases its determination on the maximum likelihood method ML. In the development of AMS and POT methods have been considered eight different probability distribution functions (GEV, GDP, TCEV Log-Gumbel, Log-Normal II, Exponential, Gumbel and SQRT-ETMAX). In the method a threshold determined POT (u = 2 m3 / s) to increase the maximum number of over a return period of 1 year, with no increase restriction values on the left tail of the distribution. In this method the return period is affected by crossing an index representing the increase data (above the threshold) between the original data and the number average makes for more than one year maximum. For each statistical method were finally obtained results of peak flow quantile for recurrence intervals of 1.1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 10, 20, and 25 respectively. Similarly, and based on different references, different showers settled project different return periods and durations. The Rules of the City of Valencia provides an approximation to the IDF potential curves of three parameters as Vaskova results (2001) Approach B and approach C is based on the results of Albentosa (2011) for the term structure showers peak around thereof. With statistical methods and the showers of project set out above a comparison to check and revise if design patterns are really in line with the frequency of occurrence of peak flows deduced from the simulated series. Finally conclusions are obtained about the contrast based on the assessment made jointly by all the methods used.