Bogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Recursos Hidráulicos · 2025
Comparación del desempeño de métodos de optimización en la calibración del modelo SWMM utilizando R: Caso campus Bogotá de la Universidad Nacional de Colombia
La modelación hidrológica es una herramienta fundamental para la gestión integral del recurso hídrico en áreas urbanas. Dentro de los modelos disponibles en la actualidad, el Storm Water Management Model (SWMM) es de los más utilizados, con cientos de publicaciones asociadas cada año. La implementación rigurosa de un modelo hidrológico incluye un proceso de calibración en el que se encuentra el valor óptimo para sus parámetros de configuración. Este proceso suele ser automático, acoplando el modelo con un método de optimización. Hay gran variedad de métodos de optimización disponibles, cuyo desempeño es evaluado normalmente utilizando problemas de optimización de referencia (p. ej. problema del agente viajero). Sin embargo, poco se pone a prueba su desempeño bajo las particularidades de un modelo hidrológico, como el fenómeno de la equifinalidad. Se realizó la evaluación del desempeño de 4 métodos de optimización en la calibración del modelo SWMM para una cuenca urbana en el campus Bogotá de la Universidad Nacional de Colombia. Se evaluaron diferentes casos de simulación variando el nivel de discretización espacial de la cuenca, la cantidad de parámetros a calibrar y el evento de precipitación. Los resultados muestran que la búsqueda dimensionada dinámicamente (DDS) es, en promedio, el método que mejor se desempeñó. Se resalta la importancia de poner a prueba los métodos de optimización para la calibración automática de modelos hidrológicos. La sensibilidad paramétrica, el nivel de discretización y el grado de parsimonia del modelo influyen en el desempeño de los métodos de optimización y determinan la elección final. (Texto tomado de la fuente)
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Contenido
- Introducciónp. 19
- Justificaciónp. 19
- Identificación del problemap. 21
- Objetivo general y objetivos específicosp. 22
- 1.3.1 Objetivo generalp. 22
- 1.3.2 Objetivos específicosp. 22
- Estado del Arte (Antecedentes)p. 25
- Metodologíap. 31
- Modelación lluvia-escorrentía urbanap. 35
- Protocolo de modelaciónp. 35
- 4.1.1 Modelo conceptual (SWMM)p. 36
- 4.1.2 Código (SWMM)p. 38
- Descripción del área de estudiop. 38
- Definición de los parámetros de entradap. 39
- 4.3.1 Red de alcantarilladop. 39
- 4.3.2 Delimitación de la cuencap. 41
- 4.3.3 Pendientesp. 44
- 4.3.4 Series de precipitación y caudalp. 46
- 4.3.5 Suelos y coberturasp. 55
- 4.3.6 Nivel de discretización de la cuencap. 59
- 4.3.7 Parámetro “Width”p. 60
- 4.3.8 Calentamiento del modelop. 61
- 4.3.9 Parámetros y configuraciones adicionalesp. 62
- 4.3.10 Configuración del archivo planop. 64
- Implementación de los métodos de optimizaciónp. 69
- Definición de los parámetros a calibrarp. 67
- Definición de la función objetivop. 71
- Selección de los métodos de optimizaciónp. 74
- Codificación en R de los métodos de optimizaciónp. 81
- Evaluación del desempeño de los métodos de optimizaciónp. 87
- Casos de simulaciónp. 85
- Metodología de evaluación de los métodos de optimizaciónp. 89
- Evolución hacia el óptimop. 92
- Eficiencia en la convergenciap. 16
- Tiempos de computop. 104
- Bondad de ajustep. 106
- Escalabilidadp. 108
- Evaluación del desempeñop. 110
- Conclusiones y recomendacionesp. 115
- Conclusionesp. 115
- Recomendacionesp. 119
- Bibliografíap. 123
- hídricosp. 28
- Elementos que componen el protocolo de modelaciónp. 36
- Ubicación del área de estudio en el territorio colombianop. 39
- Diagrama de flujo para la delimitación de cuencas en SIGp. 41
- Modelo Digital de Elevaciónp. 42
- Delimitación de subcuencas aplicando polígonos de Thiessenp. 43
- alcantarillado (rojo)p. 44
- DEM del campus Bogotá, Universidad Nacional de Colombia (IDECA)p. 45
- Colombiap. 46
- pluviómetrosp. 48
- Curva de calibración para los pluviómetros instalados en el IEIp. 50
- de hidráulicap. 50
- Arduino (derecha)p. 52
- Series de precipitación y caudal del 08 de octubre de 2007p. 54
- Series de precipitación y caudal del 13 de octubre de 2007p. 54
- Colombiap. 46
- Colombiap. 46
- (Inf.) subcuencasp. 60
- Idealización de una subcuenca de acuerdo con SWMMp. 61
- superficialp. 70
- Evolución de la optimización para los casos de simulaciónp. 93
- no sensible (derecha)p. 96
- Variación de Ce para los casos de simulaciónp. 100
- simulación L2 y L3p. 109
- curva del SCSp. 58
- caudales pico y volúmenes de escorrentíap. 68
- en la función objetivo KGEp. 74
- métodos de optimizaciónp. 88
- Parámetros sensibles para los casos de simulación analizadosp. 97
- Valores máximos de Ce para el evento del 08 de octubrep. 103
- Valores máximos de Ce para el evento del 13 de octubrep. 103
- Tiempos de CPU en segundos para el evento del 08 de octubrep. 104
- Tiempos de CPU en segundos para el evento del 13 de octubrep. 105
- evaluados para el caso de estudiop. 113