Ingeniería Hidráulica y Ambiental

Aplicación del modelo atmosférico MM5 para la simulación de vientosasociados a huracanes

En la presente investigación se ha utilizado el modelo atmosférico MM5 en su versión 3 como plataforma para la obtención de los vientos producidos por fenómenos meteorológicos, más específicamente, por huracanes. Para el establecimiento de este modelo se realizaron simulaciones con diferentes variantes de implementación y se seleccionaron, como casos de estudio, cuatro de los más fuertes huracanes que han pasado cerca o sobre la isla de Cuba. A partir de un análisis estadístico para cada una de las variantes y comparaciones realizadas con dos boyas de la NOAA ubicadas en el golfo de México, se decidió la mejor opción para establecer el modelo MM5v3, teniendo en cuenta la obtención de resultados fiables en el menor tiempo de cómputo posible.

In the present investigation the atmospheric model MM5 in its version 3 has been used as platform to obtain the winds produced by meteorological phenomena, more specifically, by hurricanes. In order to establish this model, several simulations with different implementation variants were carried out. Also, four of the strongest hurricanes that have ever come close or across the Cuban islandwere selected as study cases. Based on a statistical analysis for each one of the variants and comparisons made against two NOAA buoys located in the gulf of Mexico, the best option to establish the model MM5v3was decided, taking into account the need to obtain reliable results in the least possible computational time.

Sistema de ingeniería de costas: evaluación del proceso de erosión en la playa Varadero

En la actualidad la aplicación de modelos matemáticos para la simulación de los fenómenos del medio costero y marítimo es práctica común debido a su gran desarrollo. El grupo de Ingeniería Costera y Marítima del Centro de Investigaciones Hidráulicas está desarrollando un Sistema de Ingeniería Costera que incluye un grupo de modelos matemáticos sobre Linux (código libre) para generación y propagación de oleaje, cambios morfológicos y generación de campos de viento de huracanes seleccionados. En este trabajo se presentan los resultados de la aplicación del Sistema a través de la evaluación del proceso de erosión durante la ocurrencia de tres huracanes de trayectoria diferente y de conocido efecto destructivo en la playa de Varadero, Cuba.

At present application of mathematical models to simulate coastal and maritime phenomena is already common practice due to the useful results they can provide. The group of Coastal and Marine Engineering of the Centro de Investigaciones Hidráulicas, in the frame of Megacostas project II, is developing a Coastal Engineering System including a group of mathematical models (free code) on Linux system for the generation, propagation of the wave and morphological changes and a parametric model of winds for the generation of wind fields resulting from selected hurricanes. In this work the results of the application of the System are presented through the evaluation of the erosion process during the occurrence of three hurricanes of different trajectory with well-known destructive effect in Varadero beach, Cuba.

Acoplamiento óptimo entre modelos matemáticos de generación y propagación de oleaje

Para simular procesos costeros, debido a su complejidad, a la precisión que se requiera y a los resultados que se deseen obtener, se hace necesaria la utilización de varios modelos matemáticos acoplados entre sí. En el trabajo que a continuación se presenta, se intenta obtener el acoplamiento óptimo entre dos modelos de generación y propagación de oleaje (WW3 v3.14 y SWAN v40.85), estableciéndose para ello dos fases de trabajo. La primera fase tiene como objetivo fundamental determinar la mejor relación entre precisión y tiempo de cómputo, mientras que la segunda está dirigida a obtener la mejor variante de anidado entre los modelos. El caso de estudio para realizar la investigación fue el huracán Wilma. La variable estadística utilizada para determinar los mejores resultados fue el coeficiente de determinación R².

To simulate coastal process, due to their complexity, the required precision and the desired results, it becomes necessary the use of several mathematical models coupled to each other. In this work an attempt is made for an optimum coupling of two wave generation and wave propagation models (WW3 v3.14 and SWAN v40.85), for which two work phases are established. The first phase has as its fundamental objective to determine the best relationship between precision and computational time, while the second is mainly directed to obtain the best nesting alternative between the models. The case study to carry out the investigation was the Wilma hurricane. The statistical variable to determine the best results was the coefficient of determination R².

Participación y apropiación de la modernización y tecnificación del riego en Chihuahua México

En México, el riego se realiza en 6,5 millones de hectáreas con infraestructura hidroagrícola, necesaria en el 66% del país que presenta condiciones de aridez. La recurrente sequía y el compromiso de entrega de agua, establecido en el tratado de 1944 entre México y Estados Unidos de Norteamérica, obligaron al país a tecnificar y modernizar el riego, para hacer eficiente el uso del agua. Con el uso de indicadores técnicos y socioeconómicos, se determinó su efecto de manera comparativa a partir de la percepción y participación de los productores. En el proceso de tecnificación y modernización del riego, se encontraron diferencias productivas y socioeconómicas significativas de acuerdo con el tamaño de la superficie tecnificada y el tipo de sistema de riego seleccionado.

In México irrigation is made in 6,5 million hectares with hydrological infrastructure, which is needed in 66% of Mexican territory having an arid climate. Frequent droughts together with the water delivery commitment from the bilateral 1944 Treaty between Mexico and United States of America, the Mexican Government was enforced to support modernization and technified irrigation, to improve crop productivity and save water. The use of technical, social and economical indicators helped to identify producers perception and participation in the decision-making process, and appropriation of the new technology in irrigation systems. There are differences between small holders and large landowners but above all differences in irrigation systems.

Programación entera para modelos lineales

Se presenta una herramienta para resolver modelos de programación lineal entera, lo que significa encontrar el valor óptimo de la función objetivo para variables de decisión enteras. Es una función llamada nbintprog (non binary integer programming) creada por los autores en el asistente matemático MATLAB (MatrixLaboratory) y para comodidad del usuario presenta una forma similar a las funciones de optimización propias de MATLAB. La existencia de situaciones donde sólo tiene sentido que las variables de decisión, por su naturaleza, sean números enteros y los inconvenientes que presenta la herramienta que propone MATLAB para su solución constituyen los motivos del trabajo. Nbintprog tiene como base matemática una técnica de ramificación y acotación (branch and bound) que junto a estrategias de programación utilizadas presenta características favorables para la solución de dichos modelos.

A new tool able to solve integer linear programming problems is presented. The problem arises when one has to find the optimal value of the objective function for integer decision variables. This tool is a function called nbintprog (non binary integer programming) created by the authors in MATLAB mathematical assistant. To the user's comfort it is presented in a similar way as any other of the typical MATLAB optimization functions. The existence of situations where it only makes sense that the decision variables are integers and the inconvenience of the existing MATLAB function for its solution became the motive of this work. The function is based on the well-known branch and bound technique which together with other programming strategies may eventually reduce the search time of the solution significantly.

Revisión de gastos de diseño de la presa Huites mediante relaciones lluvia-escurrimiento

El diseño de obras para control y aprovechamiento del agua generalmente contempla dos alternativas para calcular gastos máximos: análisis probabilístico de gastos y relaciones lluvia escurrimiento. Es importante comparar ambas metodologías para validar la aplicación de los modelos cuando faltan datos de caudal. En el presente trabajo se verificaron dichas relaciones en la cuenca de la presa Huites en Sinaloa, México, cuyo diseño se basó en los registros de gastos. Se obtuvieron gastos de diseño para distintos períodos de retorno, mediante análisis probabilístico de precipitaciones (usando funciones de distribución de probabilidades FDP) y aplicando tres modelos: Racional Americano, Hidrograma Unitario Triangular y Ven Te Chow, contrastando resultados con valores de diseño de las principales obras de la presa.

The design of water infrastructure projects usually involves two options for the calculation of maximum discharges: probabilistic analysis of flow data and application of rainfall-runoff relationships. It is important to compare both methods to validate the application of the rainfall runoff models when there is a lack of flow data. In this document it was applied to the Huites basin in Sinaloa, México, whose design was based on historical flow data. Flows for design were obtained for several frequencies, by probabilistic analysis of rainfall data (using Probability Distribution Functions) and applying three rainfall-runoff models: Rational Method, Triangular Unit Hydrograph and Ven Te Chow´s method, comparing results with design values of the main structures of the dam.

Hidroquímica de escurrimiento hídrico y deposición ácida en parte alta río Cuyaguateje

La meteorización de materiales geológicos y las entradas por deposiciones atmosféricas húmeda y seca, condicionan la composición química del agua del escurrimiento que drena de las cuencas. Cuando la componente oceánica es dominante, las entradas de Na+ pueden producir descensos del pH en el agua de escurrimiento. Se determinó el índice de dominancia de sodio (IDS) como estimación de la tasa de meteorización y resistencia a la deposición ácida, resultando que, en el Cuyaguateje, las regresiones lineales del IDS con el pH no son significativas, como lo son las de cuencas vecinas, Mantua y San Juan y Martínez, lo que evidencia la existencia de procesos de acidificación originados por entradas atmosféricas de sales marinas. El valor IDS de estas cuencas se correlaciona bien con los flujos anuales de bicarbonatos.

Weathering processes of geologic materials and the inputs of dry and humid atmospheric depositions yield the chemical composition of runoff at the watershed. When the ocean component is dominant, the inputs of Na+ can produce pH reduction in runoff water. The sodium dominance index (IDS) was determined as an estimation of weathering rate and resistance to acid deposition on Cuyaguateje, San Juan y Martínez and Mantua watersheds. The results show that linear regressions of IDS with pH are not significant in Cuyaguateje watershed, but they are significant in Mantua and San Juan y Martínez watersheds. These results are evidence of acidification processes originated by atmospheric inputs of marine salts. The IDS value for all studied watersheds has good correlation with annual flow of bicarbonates.

Calibración y simulación del sistema fuente para abasto de agua del acueducto El Gato

El presente trabajo muestra la calibración y simulación del sistema fuente de abasto de agua del acueducto El Gato. La metodología de calibración concebida integra un modelo matemático basado en un algoritmo genético (GA) y la simulación con el software EPANET. Para la calibración se empleó una función de ajuste que minimiza las diferencias entre las mediciones en el sistema y los resultados simulados con EPANET. El aporte principal del trabajo es la estimación de los parámetros como rugosidad de las tuberías, coeficientes de las fugas existentes y demandas reales en el sistema. Finalmente, se demostró que se alcanza un nivel adecuado de calibración del modelo y mediante el proceso de validación se evaluó la capacidad del mismo para reflejar el comportamiento del sistema ante un escenario de operación diferente.

This work presents the calibration and simulation of the source system for El Gato water supply aqueduct. The methodology of calibration integrates a mathematical model based on a genetic algorithm (GA) with the simulation based on EPANET software. An objective function that minimizes the differences between measurements in the system and the results simulated with EPANET was used for calibration. The main contribution of the work is parameters estimation such as pipe roughness, coefficients of existent leaks and real demand in the system. Finally, it is demonstrated that an adequate level of calibration is attained and that by means of the validation process the capability of the model was evaluated to reflect the behavior of the system under different operating conditions.

Diseño óptimo de depósitos reguladores utilizando programación lineal

En este trabajo se obtienen los volúmenes óptimos de los depósitos reguladores para riego que son abastecidos desde el canal magistral PedrosoGüira en la provincia de Mayabeque utilizando la técnica de la Programación Lineal Convexa. Los resultados obtenidos permiten comparar los volúmenes óptimos de los cinco depósitos reguladores con los que finalmente fueron construidos, demostrándose las ventajas de las técnicas de optimización en el orden económico. Se determinan además las cargas óptimas en cada uno de los depósitos reguladores.

In this work optimal volumes for the five regulatory irrigation deposits which are supplied from the main channel PedrosoGüira, Mayabeque province, are attained by using the Convex Linear Programming technique. Obtained results have allowed comparing optimal volumes of the five regulatory irrigation deposits with volumes actually designed and built by other methods and techniques, demonstrating the benefits of optimization techniques from the economical point of view. Optimal water depths are obtained as well for each of the regulatory deposits.