Post on 29-Sep-2018
Lina Castro 1,2
Bonifacio Fernández 2
Francisco Suarez 2
Tamara Maass 2
Desarrollo de un sistema integrado
para el pronóstico de caudales en
cuencas de montaña para la operación
de centrales hidroeléctricas
1
(1) Pontificia Universidad Católica de Valparíso
(2) Pontificia Universidad Católica de Chile
XXVII Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Lima 2016
Índice
Problema y oportunidad
Objetivo
Metodología y resultados
Conclusiones
2
Problema y
oportunidad
3
Sistema usado en Chile
4
Sistema Interconectado
Central
Operación de las centrales
hidroeléctricas (CDEC-SIC)
Modelos estadísticas
Q = f (P, RN)
Estaciones meteorológicas
Cuencas pequeñas, montañosas
Sistema usado actualmente
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Str
eam
flo
w (
m3/s
)
Week
Forec_Aug Forec_Sep
Forec_Oct Forec_Nov
Forec_Dec Forec_Jan
Forec_Feb Obs.
Octuber November December January February March
5
Objetivo
Desarrollar un sistema integrado para el pronóstico de caudales a corto y
mediano plazo con fines operativos en cuencas de montaña que sea
usado en tiempo real para optimizar el uso de recursos hídricos
6
EG1: Modelo hidrológico EG2: Red de monitoreo
en RT EG3: incorporar imagenes y
pronósticos meteorológicos
Componentes y objetivos específicos
Plataforma web para operar el sistema en tiempo real
7
Sistema Propuesto
Configurar las cuencas
Datos en tiempo
real
Imágenes satelitales
SIMULACIÓN & CALIBRACIÓN
Validad y calibrar las
cuencas
Pronósticos
meteorológicos
Asimilación
S.DE PRONOSTICO
OPERACIONAL
Pronóstico
hidrológico
Caudal
observado
Chile – Zona de aplicación
8
Sistema de energía
P3. Afluente Laguna
Invernada (INV)
Area: 868 km2 P2. Captación alto
polcura (CAP)
Area: 239km2
Metodología y
resultados
9
OE1. Implementar un Modelo de base física
Cuencas: Lag.Invernada y
Alto Polcura
OE2. Captura y trasmisión de datos en TR de forma remota
Selección y compra de
equipos
Instalación de
sensores
Selección sitios de
interés
Variables
Prec. Temp.
DEM Usos del suelo LAI Albedo SCA
Recolección datos
meteorológicos
Actualización, simulación y
calibración
Pronóstico con asimilación
y calibración
Desarrollo sistemas de
trasmisión
Adquisición
datos en TR
SWE Rad. Viento Prof.Nieve
OE3. Recopilar información satelital y pronóstico meteorológico
Modelo de pronóstico
meteorológico
CFSv2
Sensores remotos
HR
Datos históricos
OE4. Plataforma web para la operación
EG1. To implement a hydrological model
Basin Settings
EG2. Capture and transmission of data remotely in real time
Selection and purchase
of sensors
Installation of
sensors
Selecting
monitoring sites
Variables
Rainfall Temp.
DEM Land cover LAI Albedo SCA
Collection of
meteorological data
Update, simulation and
calibration
Forecast with assimilation
and calibration
Development
transmission system
Data acquisition
in RT
SWE Rad. Wind Snow Depth
EG3. Embedding images and weather forecasts
Weather forecast
model
CFSv2
Remote Sensing
RH
Historical data
EG4. Web page for operation in real time
Del Modelo Digital de Elevación de terreno(USGS):
EG1: Modelo hidrológico
Grilla Elevación Orientación Pendiente Dir.Flujo Ac. Flujo
INV
CAP
Source: vandmodel
Modelo
hidrológico
distribuido
SFM-PUC
Cobertura
Imagen Landsat
Imágenes Satelitales
Leaf area index (LAI)
MOD15A2 - MYD15A2
Snow Cover Area (SCA)
MOD10A2 y MYD10A2
Inf.
dinámica 2 2
sf1 1 SCAOF NSC NSC
Función Objetivo
Caudal
observado SCA observada
con imágenes
11
Modelo (Q + SCA)
0
50
100
150
200
250
3000
10
20
30
40
50
60
70
80
mar-12
jun-12
sep-12
dic-12
mar-13
jun-13
sep-13
dic-13
mar-14
jun-14
sep-14
dic-14
mar-15
Pre
cip
. (m
m)
Ca
ud
al
(m3
/s)
Prec.(mm)
Qobs
Qsim
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0mar-12
jun-12
sep-12
dic-12
mar-13
jun-13
sep-13
dic-13
mar-14
jun-14
sep-14
dic-14
mar-15
SC
A
Calibración CAP
12
Modelo (Q + SCA)
Calibration INV
0
50
100
150
200
250
3000
20
40
60
80
100
120
140
ago-11 nov-11 feb-12 may-12 ago-12 nov-12 feb-13 may-13 ago-13 nov-13 feb-14 may-14 ago-14 nov-14 feb-15
Pre
cip
. (m
m)
Ca
ud
al
(m3
/s)
Prec.(mm)
Qobs
Qsim
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
ago-11
sep-11
oct-11
nov-11
dic-11
ene-12
feb-12
mar-12
abr-12
may-12
jun-12
jul-12
ago-12
sep-12
oct-12
nov-12
dic-12
ene-13
feb-13
mar-13
abr-13
may-13
jun-13
jul-13
ago-13
sep-13
oct-13
nov-13
dic-13
ene-14
feb-14
mar-14
abr-14
may-14
jun-14
jul-14
ago-14
sep-14
oct-14
nov-14
dic-14
ene-15
feb-15
mar-15
SC
A
13
EG2: Monitoreo en tiempo real
CAP INV
Quemazones Cipreses
INV
CAP
15
Abanico
Bocatoma Invernada Cipreses Latina
Alto Polcura Abanico
Latina
Quemazones
Pronósticos precip.
Modelo hidrológico Pronósticos
hidrológicos Operación en TR
Pronósticos temp.
Corrección de sesgo y
desagregación espacial
Método
Quantile Mapping (QM)
EG3: Incorporación de imágenes
y pronósticos meteorológicos
16
Corrección de sesgo y
desagregación espacial
Recolección de inf.
Histórica
Estaciones
meteorológicas
Modelo climático
CFS
Modelo estadístico para la
corrección del sesgo y
desagregación
Evaluación del
pronóstico
Modelo para corrección del
sesgo y desagregación
espacial
Validación
-150
-100
-50
0
50
100
150
2011 2012 2013 2014
Pronósticos Ajuste APo Ajuste APb
Aplicación Evaluación
estadística
17
Grilla de pronóstico modelo GFSv2 Estaciones de meteorológicas
Armerillo - Maule
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
01-06-2015 01-07-2015 31-07-2015 30-08-2015
Prob
abili
dad
Prec
ipita
ción (
mm
)
Obs
Pron_aleatorio
Prob de lluvia
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
01-06-2015 01-07-2015 31-07-2015 30-08-2015 29-09-2015
Prob
abili
dad
Prec
ipita
ción (
mm
)
Obs
Pron Julio
Pron Pasado
Prob de lluvia
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
01-06-2015 02-07-2015 02-08-2015 02-09-2015 03-10-2015
Prob
abili
dad
Prec
ipita
ción (
mm
)
Obs
Pron Ago
Pron Pasado
Prob de lluvia
0
100
200
300
400
500
600
700
800
5días 10días Junio Julio Agosto
Prec
ipita
ción
Acu
m p
or p
erio
do (m
m) Pronostico Junio
Obs
0
100
200
300
400
500
600
700
800
5días 10días Julio Agosto Septiembre
Prec
ipita
ción
Acu
m p
or p
erio
do (m
m) Pronostico Julio
Obs
0
100
200
300
400
500
600
700
800
5días 10días Agosto Septiembre Octubre
Prec
ipita
ción
Acu
m p
or p
erio
do (m
m) Pronostico
Agosto
Obs
Análisis de pronósticos en una estación meteorológica
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Días
de
prec
ipita
ción
en
3 m
eses
Mes de pronóstico
Pronostico
Obs
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
5días 10días 1er Mes 2do Mes 3er Mes
Dife
renc
ia p
orce
ntua
l (%
)
Periodo pronosticado
Jun
Jul
Ago
Armerillo - Maule
Análisis de pronósticos en una estación meteorológica
Cipreses
968 m
Precipitación Temperatura
HITO 3: Esquema de pronóstico meteorológico.
Abanico
811 m
Pronósticos Estaciones Fondef Correlación con Estaciones Endesa
𝑦𝑡 = 𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑥𝑡 + 1 − 𝜌2 0.5 ∗ 𝑆𝑦 ∗∈𝑡
Bocatoma Invernada
Precipitación
Temperatura Máxima
Temperatura Mínima
Cipreses
Latina
Pronósticos Estaciones Fondef Correlación con Estaciones Endesa
𝑦𝑡 = 𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑥𝑡 + 1 − 𝜌2 0.5 ∗ 𝑆𝑦 ∗∈𝑡
Alto Polcura Abanico
Latina
Precipitación
Temperatura Máxima
Temperatura Mínima
Pronóstico
Temporada
Sep2015- Mar2016
27
Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo
Pronósticos INV Ver2016
19
Pronósticos CAP Ver 2016
20
Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo
0
10
20
30
40
50
60
OCT NOV DIC ENE FEB MAR
Caud
al M
edio
Men
sual
(m3/
s)
Afluente Laguna Invernada
0
10
20
30
40
50
60
OCT NOV DIC ENE FEB MAR
Caud
al M
edio
Men
sual
(m3/
s)
Canal Alto Polcura Pron CDEC-SIC
Pron Pasado
Obs
Canal Alto Polcura
Afluente Laguna La Invernada
0
50
100
150
200
250
Vol.
Prom
edio
(Oct
-Feb
) (m
3 /s)
Canal Alto Polcura
Pron CDEC-SIC
Pron Pasado
Obs
Afluente Laguna Invernada
0
100
200
300
400
500
600
Vol.
Prom
edio
(Oct
-Feb
) (m
3 x106 s)
Canal Alto Polcura
Series1
Pron Pasado
Obs
Afluente Laguna Invernada
m3/s - mes m3 x 10^6Porcentaje de
cambio
Pron CDEC-SIC 47,4 123,8 -3,6
Pron 54,7 142,7 11,1
Observado 49,2 128,4
VOLUMEN PROMEDIO (OCT-FEB)
m3/s - mes m3 x 10^6Porcentaje de
cambio
Pron CDEC-SIC 217,7 567,9 0,4
Pron 204,2 532,9 -5,8
Observado 216,8 565,6
VOLUMEN PROMEDIO (OCT-FEB)
Plataforma web
32
http://www.hidrocuencasuc.cl/test
HITO 4: Sistema de pronóstico en plataforma web
Lina Castro 1
Bonifacio Fernández 2
Francisco Suarez 2
Tamara Maass 2
Desarrollo de un sistema integrado
para el pronóstico de caudales en
cuencas de montaña para la operación
de centrales hidroeléctricas
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(1) Pontificia Universidad Católica de Valparíso
(2) Pontificia Universidad Católica de Chile
XXVII Congreso Latinoamericano de Hidráulica, Lima 2016