Cuenca de San Francisquito - Ejemplo de Lluvia Controlada

Objetivo

Este ejemplo presenta una simulación controlada de lluvia y escorrentía para la cuenca del San Francisquito Creek, cerca de Stanford, California. Muestra cómo responde HydroPol2D, en una cuenca real, a una tormenta cuyo momento y volumen se conocen con exactitud.

Configuración del caso

El caso Stanford_30m_Website_100mmh_1h_24h utiliza:

Ítem	Valor
Dominio	Cuenca del San Francisquito Creek, California, EE. UU.
Cuadrícula	30 m, NAD83 / California Albers (EPSG:3310)
Tipo de forzado	Lluvia espacialmente uniforme
Evento de lluvia	100 mm/h de 15 a 75 min (100 mm)
Duración de la simulación	24 h
Intervalo de salida de los mapas	15 min
Familia de enrutamiento	Inercial local
Tratamiento de salida	Salida por el perímetro
Procesos	Infiltración activada; agua subterránea, evapotranspiración, nieve y calidad del agua desactivadas

Datos de entrada

Dos entradas son mapas (Figura 1):

• Terreno. El DEM de terreno desnudo del USGS 3D Elevation Program (3DEP), leído del servicio 3DEPElevation a 10 m y promediado a la cuadrícula de 30 m (descargado el 2026-11-02, dominio público de EE. UU.).
• Uso y cobertura del suelo. ESA WorldCover 2020 (v100), CC BY 4.0. © ESA WorldCover project 2020 / Contains modified Copernicus Sentinel data (2020) processed by ESA WorldCover consortium. Los códigos de clase 10 a 90 de la tabla de uso del suelo son los de WorldCover.

Las demás entradas son valores uniformes definidos para el ejemplo, sin datos externos: una clase de suelo (la clase 8 de la tabla de suelos), una profundidad hasta la roca de 1,5 m, un LAI de 1, un albedo de 0,25 y una humedad inicial del suelo de 0,1104. Los demás parámetros vienen del libro de cálculo del caso Stanford que se distribuye con el modelo en MATLAB.

Figura 1. Las dos entradas espaciales en la cuadrícula de 30 m. Arriba: terreno del USGS 3DEP. Abajo: cobertura del suelo de ESA WorldCover 2020, con la fracción de cada clase en el dominio. El círculo marca el lago Searsville, donde está la mayor profundidad de la simulación.

Qué pretende mostrar este caso

Este caso destaca:

• la generación de escorrentía bajo un forzado simple y conocido;
• la interacción entre topografía, rugosidad e infiltración;
• la organización espacial de la profundidad, la velocidad, el peligro y la infiltración acumulada de la inundación;
• el comportamiento de recesión larga después de que termina el pulso de lluvia.

Video de la simulación

La animación siguiente muestra la simulación a 30 m. Los paneles muestran la profundidad de inundación, la velocidad, la métrica de peligro y la infiltración acumulada sobre el sombreado del DEM. La imagen fija es t = 3,5 h, el momento del caudal máximo que sale por el borde del dominio.

Simulación de lluvia controlada en Stanford, 30 m: profundidad de inundación, velocidad, peligro e infiltración acumulada.

Cada panel usa una sola escala de colores para toda la secuencia. La escala se basa en el percentil 99 de todos los cuadros guardados.

Resultados resumidos

La simulación guardó 97 cuadros de mapa, uno cada 15 min. El resumen de la simulación da:

Resultado	Valor
Área de drenaje	156,823 km²
Lluvia aplicada	100,00 mm
Coeficiente de escorrentía	0,47
Caudal máximo que sale por el borde del dominio	473,69 m³/s a las 3,5 h
Primer pico de ese caudal	402,84 m³/s a los 75 min, cuando termina la lluvia
Profundidad máxima de inundación	5,87 m, en la cuenca del lago Searsville (37,410° N, 122,234° O)
Área que superó 1 m de profundidad en algún momento	4,3 km² (2,7 % del dominio)
Error de volumen	-6,45 × 10⁻¹² de la entrada

Cada celda del borde del dominio deja salir el agua (salida por el perímetro), así que el hidrograma es el caudal que sale por el borde del dominio, no solo el caudal en la desembocadura del arroyo. Los caudales son sus muestras de 15 min. El primer pico, 402,84 m³/s a los 75 min, es la escorrentía de las laderas que sale a lo largo de todo el borde. Luego el caudal baja a 110 m³/s a las 2 h. Después, la onda de crecida llega a un tramo donde el San Francisquito Creek corre por el borde norte del dominio. El agua que desborda allí sale del modelo, y el caudal vuelve a subir hasta 473,69 m³/s a las 3,5 h.

Cómo ejecutarlo

El caso está en el repositorio de HydroPol2D en MATLAB, en Examples/Stanford. En MATLAB, desde la raíz del repositorio:

addpath(fullfile(pwd,'Examples','Stanford'))
run_stanford_local_case('Resolution',30,'SimulationMinutes',1440, ...
  'RainfallTimeseriesPath',fullfile('Examples','Stanford','Forcing','Rainfall','Rainfall_Intensity_Website_100mmh_1h_24h.csv'), ...
  'RecordTimeMapsMinutes',15,'RecordTimeHydrographsMinutes',15, ...
  'OutputTag','Stanford_30m_Website_100mmh_1h_24h')

Los resultados se guardan en Examples/Stanford/Outputs/Reruns_CurrentModel/Stanford_30m_Website_100mmh_1h_24h/Modeling_Results: mapas de profundidad, velocidad y peligro cada 15 min, el hidrograma del caudal que sale por el borde del dominio (Tables_CSV/Outlet_Hydrograph_Data_Outlet.csv) y el resumen de la simulación (Tables_CSV/Summary_Table.csv).

Una simulación más corta de la misma tormenta, de 3 h en lugar de 24 h, se inicia con run('Examples/Stanford/run_excel.m') y tarda unos 14 min en un portátil. El README del repositorio indica sus resultados esperados.