Manual de Trabajo WEAP

CAPACITACION PROFESIONAL CURSO TALLER

MODELAMIENTO HIDROLÓGICO Y GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS APLICANDO EL SOFTWARE WEAP

GUIA DE TRABAJO

Colegio de Ingenieros del Perú Consejo Departamental de Lima Capítulo de Ingeniería Agrícola

Marzo 2015

Lima – Perú

CURSO TALLER MODELAMIENTO HIDROLÓGICO Y GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS APLICANDO EL SOFTWARE WEAP

INSTALACIÓN ....................................................................................................................................... 2 PLATAFORMA DEL PROGRAMA ........................................................................................................... 5 EJERCICIO DE APLICACIÓN ................................................................................................................... 8 Creación de un nuevo proyecto ....................................................................................................... 8 Definir los límites espaciales del modelo ......................................................................................... 9 Alinear el espacio de trabajo en la vista Schematic ....................................................................... 11 Establecer el espacio temporal del modelo ................................................................................... 13 Creación del esquema del modelo ................................................................................................ 14 Ingreso de datos al modelo ........................................................................................................... 20 Obtención de resultados ............................................................................................................... 27 Segunda parte del ejemplo ............................................................................................................ 36 SEGUNDO EJERCICIO ......................................................................................................................... 40 Restaurar un proyecto guardado ................................................................................................... 40

CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA - CAPÍTULO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

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INSTALACIÓN ....................................................................................................................................... 2 PLATAFORMA DEL PROGRAMA ........................................................................................................... 5 EJERCICIO DE APLICACIÓN ................................................................................................................... 8 Creación de un nuevo proyecto ....................................................................................................... 8 Definir los límites espaciales del modelo ......................................................................................... 9 Alinear el espacio de trabajo en la vista Schematic ....................................................................... 11 Establecer el espacio temporal del modelo ................................................................................... 13 Creación del esquema del modelo ................................................................................................ 14 Ingreso de datos al modelo ........................................................................................................... 20 Obtención de resultados ............................................................................................................... 27 Segunda parte del ejemplo ............................................................................................................ 36 SEGUNDO EJERCICIO ......................................................................................................................... 40 Restaurar un proyecto guardado ................................................................................................... 40


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INSTALACIÓN 1. Ejecutar el archivo Install_WEAP, ubicado en la carpeta instalación. instalación . 2. Dar clic en aceptar en la ventana que nos pide otorgar permisos de instalación. 3. En la siguiente ventana dar clic en Next.

4. En la siguiente ventana marcar la opción: Aceptar los términos de acuerdo de licencia y dar clic en Next.

5. En la siguiente ventana dar clic en la opción Next.


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6. Esperar hasta que el proceso de instalación finalice.


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7. Al iniciar el software WEAP, se solicitará ingresar sus iniciales.

8. Al ejecutar el software por primera vez, el programa solicitará el ingreso de la licencia. Colocar los siguientes datos:

Asegurarse de colocar los datos completos, tanto el nombre que aparece en el cuadro y la institución, así como el código de registro.


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PLATAFORMA DEL PROGRAMA El software WEAP, está compuesto por una serie de barras, menús y botones, las cuales se describen a continuación:

1. Barra principal: En esta barra se puede acceder a las principales funciones del programa, está confirmado por siete submenús. a. Area Menu: En esta sección se puede crear, abrir, guardar y manejar áreas y proyectos. b. Edit Menu: Aquí se encuentran las funciones estándar de Windows tales como: cortar (Ctrl-X), pegar (Ctrl-V), copiar (Ctrl-C) y retroceder (Ctrl-Z), así como también las funciones de exportar e importar desde un libro de Excel. c. View Menu: Este menú permite cambiar la vista actual entre las funciones principales del programa. d. General Menu: En este menú se encuentran los accesos a los parámetros básicos de cualquier proyecto, tales como horizonte de tiempo y las unidades de los parámetros a modelar. e. Tree Menu: Este menú es usado para editar y navegar a través la lista de elementos que aparece en Data View , usado para administrar los requerimientos de agua. f. Advanced Menu: En este menú se encuentran las funciones que permiten anexar los programas Modflow y LEAP, en el proceso de análisis; así como también aplicar la herramienta PEST Calibration, la cual es usada para ayudar en la calibración de uno o más parámetros de un modelo.

2. Barra de vistas: En esta barra se dispone de cinco botones, con las cuales se abren diferentes vistas cada una con una función importante durante la creación de un modelo. a. Schematic: Es la primera vista que aparece al iniciar el programa, ya que provee todas las facilidades para comenzar a crear un modelo. Haciendo clic en este botón se muestra el listado de elementos y/o estructuras a modelar (1), la lista de capas o shapes anexados al modelo (2), la ventana de zoom (3) y el espacio de trabajo en donde se creará el esquema del modelo (4).


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1 2 3

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Figura N°1 Elementos de la vista Schematic

b. Data view: Este botón nos permite acceder a la plataforma de ingreso y manejo de datos. Desde esta vista, es posible observar el listado de elementos incluidos en el esquema del modelo, sean elementos de oferta hídrica, demanda hídrica e infraestructura hidráulica (1). De acuerdo al tipo de elemento, se procede a ingresar los datos necesarios para su caracterización (2). Los datos pre-calculados se pueden observar de manera numérica y gráfica (3). Desde esta vista es posible también crear escenarios de acuerdo al tipo de análisis que se desee realizar (4).

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2 3

Figura N°2 Elementos de la vista Data


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c. Results view: En esta vista se procede a revisar los resultados del modelamiento, estos se muestran tanto de manera numérica como gráfica (1). Esta vista presenta también una barra con múltiples funciones que permiten cambiar la apariencia de los cuadros de resultados y exportar sus valores a un libro de Excel (2).

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1 Figura N°3 Vista Resultados

a. Scenario explorer: Esta opción es usada para acceder a una vista de multianálisis que incluye diferentes cuadros y esquemas. La ventaja que ofrece es la posibilidad de realizar el análisis simultáneo entre los diferentes elementos de los modelos y mostrar la distribución de los datos de ingreso y escenarios.

Figura N°4 Vista Scenario Explorer


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EJERCICIO DE APLICACIÓN Creación de un nuevo proyecto 1. Crear nueva un área nueva

2. Nombrar el nuevo proyecto


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3. Desactivar algunas capas que viene por defecto en el programa

Definir los límites espaciales del modelo 1. En el menú Schematic, seleccionar la primera opción: Add Vector Layer.


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2. Encontrar la ubicación de las capas a insertar.

3. Seleccionar cada una de las capas y clic en aceptar


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Alinear el espacio de trabajo en la vista Schematic 1. En el menú Schematic, dar clic en Set Area Boundaries


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2. Aparecerá la siguiente ventana, en donde se deberá ubicar los shapes importados. Esto se debe realizar primero en el recuadro más pequeño.

3. A continuación, alinear el espacio en la ventana más grande dibujando un rectángulo que rodee los shapes importados:


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4. Finalmente clic en aceptar y el espacio de trabajo deberá estar de la siguiente forma:

Establecer el espacio temporal del modelo 1. En el menú General, dar clic en la primera opción: Years and Time Steps.


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2. En la ventana que aparece a continuación establecer como periodo de modelamiento desde el año 2000 a 2005.

Creación del esquema del modelo En esta etapa se procederá a crear el esquema del modelo, para ello se debe hacer clic en el elemento que se desea agregar y arrastrar al área de trabajo. 1. Crear el río principal y nombrar como Rio1


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2. Para visualizar mejor las etiquetas de los ríos, hacer clic en el menú Schematic y luego hacer clic en la opción: Set WEAP Node Label Size.


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3. En la ventana que aparecerá, aumentar el nivel de tamaño de etiqueta.

4. Crear un nodo de captación o Catchment, la cual representará la oferta de caudal para el río.


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5. El Catchment se denominará C1, es importante seleccionar el río al cual va a estar dirigido.

6. Asimismo activar la opción que indica que esta captación representará la fuente inicial de caudal.


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7. El siguiente paso es crear un nodo de demanda, para ello seleccionaremos la opción Demand Site. Este nodo representará la demanda hídrica de una ciudad.


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8. La distribución de agua a cada nodo de demanda se realiza mediante un transmisión link, para ello se debe crear uno partiendo desde el Rio1 en dirección a Uso Poblacional.


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9. A continuación crear una línea de retorno que parta desde el nodo de Uso Poblacional a Rio1.

Ingreso de datos al modelo 1. Los primeros datos a ingresar corresponderán al nodo Catchment C1, dar clic al botón Data, luego dar clic en el árbol Demand Sites and Catchments.


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2. En la ventana que aparecerá, seleccionaremos el método Rainfall Runoff (soil moisture model) como método de cálculo.

3.

A continuación desplegar el árbol Demand Sites and Catchments y seleccionar C1 para el ingreso de datos.


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4. El primer dato a ingresar será el área, para ello seleccionamos primero el tipo de unidad. Desplegamos las opciones y escogemos Area, en ese subgrupo, escogemos kilómetros cuadrados.

5. Luego de seleccionar la unidad, colocar el valor de 200 Km 2.


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6. Del mismo modo, ingresar los siguientes datos en las pestañas restantes: Land Use          

Area: 200 Km 2 Kc: 1 Soil Water Capacity: 1000 mm. Deep Water Capacity: 1000 mm. Runoff Resistance Factor 2. Root Zone Conductivity: 20 mm/month. Deep Conductivity: 20 mm/month. Preferred Flow Direction: 0.15. Initial Z1: 30%. Initial Z2: 30%.

Climate          

Precipitation: 0.5 mm. Temperature: 2 °C. Humidity: 10%. Wind: 2 m/second. Cloudiness Fraction: 1. Latitude: -11. Initial Snow: 0 mm. Melting Point: 5°C. Freezing Point: -5°C. Snow Accumulation: 0 mm.

7. A continuación ingresar los datos del nodo de Uso Poblacional


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8. En la pestaña Annual Activity Level, seleccionar la unidad, en este caso serán personas.

9. Ingresar la cantidad de habitantes de este nodo de demanda: 30000 habitantes.


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10. En la siguiente pestaña: Annual Water Use Rate: colocar el siguiente valor: 200*365 L/person.


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11. Conservar los valores de la pestaña Monthly Varation y colocar un orden de 95% en el consumo poblacional.

12. Los datos de oferta hídrica se ingresan en el árbol Supply and Resources, despleg ar esta lista y seleccionar River, a continuación seleccionar Rio1.


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Obtención de resultados 1. Dar clic en el botón Results y aceptar, en la ventana a continuación se muestra.



El software WEAP muestra los resultados de oferta, demanda y simulación de estructuras. Para ver cada uno de estos resultados, se debe desplegar la siguiente lista:


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

Los resultados se pueden observar en formato numérico y gráfico, esto se realiza a través de las pestañas Chart, Table y Map.

Vista de la opción Chart 

En la vista Chart podemos seleccionar las unidades:


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



En la lista desplegable inferior podemos seleccionar las opciones de vista de datos, según la distribución en el tiempo, escenarios y elementos por separado

En la barra lateral derecha se puede hacer cambios en la presentación, color, decimales así como también guardar las imágenes y hacer exportaciones a Excel.


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



En la vista desde la opción Table se muestran los resultados de forma numérica:

En la barra lateral derecha se encuentran diferentes botones que nos permiten girar la lista de datos, cambiar la cantidad de decimales, determinar las variables estadísticas, exportar a Excel y guardar los datos.


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Para ver los resultados de la oferta hídrica, seleccionar Supply and Resources, luego Streamflow y finalmente River.


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



Los resultados también pueden visualizarse a través de la pestaña Map, en donde muestra el cambio de caudal a través del tiempo.

El formato esquemático de WEAP divide los cursos de agua en tramos, según los elementos que se encuentren a lo largo de un cauce. En este caso el río principal está dividido en seis tramos:


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1\Catchment Inflow Node 1

2\Reach 5\Return Flow Node 1

3\Withdrawal Inflow Node 1 4\Reach

6\Reach Se desea saber si el caudal que discurre en Rio1 puede abastecer completamente los requerimientos del Uso Poblacional. Para ello nos dirigimos a Demand Site y luego Coverage.


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Los resultados muestran que la demanda hídrica no es cubierta completamente durante periodo de modelamiento.

Para visualizar la cantidad de demanda insatisfecha, desplegar la lista superior y seleccionar Demand y luego Unmet Demand.


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Los resultados muestran que la demanda insatisfecha es incremental en el tiempo, alcanzando un valor máximo de 315.9 miles de metros cúbicos.


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Segunda parte del ejemplo Los resultados obtenidos indican que la oferta hídrica es insuficiente para abastecer al requerimiento hídrico, es por ello que a continuación se plantea contar con un suministro adicional. 1. Trazar un segundo río, el cual se denominará Rio2.

2. El siguiente paso es crear un elemento denominado Diversion, el cual representará la derivación de agua de Rio2 a Rio1.


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3. Confirmar en las siguientes ventanas, que el caudal proveniente de Rio2 se dirigirá a Rio1.


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4. Ingresar el caudal que discurrirá en Rio2, para ello ingresar a Data, seleccionar Supply and Resources y finalmente Rio2.


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5. Obtener los resultados con el nuevo suministro implementado.

6. Seleccionar Demand Site Coverage.


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SEGUNDO EJERCICIO Restaurar un proyecto guardado 1. En la carpeta “Segundo ejercicio” copiar el archivo Ejemplo 2.zip y pegar en la carpeta WEAP Areas. 2. En el software WEAP dar clic en el menú Area, Manage Area

3. En la ventana que aparece dar clic en el botón Restore.


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4. En la ventana que aparece, ubicar el archivo Ejemplo 2.zip y dar clic en Abrir.


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5. Crear en el esquema un nuevo rio, denominado “Rio afluente”, que vierta sus aguas al Rio principal, tal como se muestra a continuación.

Aceptar en la ventana que aparece, preguntándonos si es que el flujo de Rio afluente se dirigirá a Rio principal.


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6. Copiar la carpeta datos en la carpeta del proyecto Ejercicio 2, ubicado en WEAP Areas. 7. Dar clic en el botón Data para ingresar los datos, desplegar la lista Supply and Resources, River, Rio Principal. Al ingresar los datos seleccione la opción ReadfromFile Wizard.

8. Seleccionar el archivo caudales.csv en la ubicación: WEAP Areas, Segundo ejemplo, Datos.


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Seleccionar el archivo caudales.csv

9. En la ventana siguiente seleccionar la columna 1 y dar clic en Finish.


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10. Ingresar los datos del nodo de demanda “Uso poblacional”. Desplegar la lista Demand Sites. En la pestaña Annual Activity Level, seleccionar “People” como las unidades.


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11. El valor de la l a población se ingresará ingr esará utilizando la función GrowFrom, GrowFr om, para ello seleccionar la opción Expression Builder.

12. En la ventana que aparece, buscar la función GrowFrom, dar doble clic.


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13. Colocar lo siguiente: GrowFrom(5%,1992,50000)

14. En la pestaña Annual Water Use Rate, colocar: 200*365 L/person.

15. En la pestaña Monthly Varation, seleccionar la opción Monthly Time-Series Wizard.


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16. En la ventana que aparece ingresar los siguientes valores: MonthlyValues( Jan, 9.925, Feb, 10.425, Mar, 11.125, Apr, 10.725, May, 8.025, Jun, 7.725, Jul, 7.125, Aug, 6.125, Sep, 6.425, Oct, 7.025, Nov, 7.425, Dec, 7.925 )

17. La tasa de consumo del Uso Poblacional será de 95%.


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18. El nodo de demanda agrícola estará compuesto a su vez por cuatro subelementos correspondientes a cuatro cultvos: Caña, arroz, maíz y menestras. Para ello dar clic en Uso Agricola, luego clic derecho y escoger la opción Add.

19. Nombrar “Caña” al nuevo elemento creado.

20. Crear tres elementos nuevos del mismo modo como sea creo la subdemanda Caña.

Asegurarse de dar clic derecho en Uso agrícola para crear un nuevo elemento, de manera que los cuatro cultivos pertenezcan a este nodo.


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21. Dar clic en Uso agrícola para seleccionar todos los subelementos y establecer en la pestaña Annual Activity Level “hectáreas” como unidades de cada cultivo.


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22. El siguiente paso es crear Key Assumptions, para definir cada una de las áreas de los cultivos en el nodo de Uso Agricola. Dar clic en Key Assumptions, luego dar clic derecho y seleccionar la opción Add.

23. Crear cuatros subelementos en Key Assumptions, cada uno con el nombre de las subdemandas del nodo Uso Agricola.


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24. Definir en cada uno de los key assumptions las áreas de los cultivos. 



Los cultivos de arroz y caña tendrán valores puntuales, 12000 y 10000 hectáreas respectivamente.

El cultivo de menestras será definido en función a una proyección y para ello se usará la función “Interp” .

25. Sobre menestras dar clic en la opción Expression Builder.

26. En la pestaña functions, seleccionar la la función “Interp”.


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27. Dar doble clic en la función Interp y dar clic en Next en la ventana que aparecerá.


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28. En la siguiente ventana dar clic en la opción Link to Excel y luego en Next.

29. Dar clic en el botón que nos permite anexar un archivo.


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30. Encontrar la siguiente ubicación: WEAP Areas, Ejemplo 2, Datos y seleccionar el archivo Prod.

31. Luego de anexar el archivo, dar clic en el botón Get Excel Data y Finish.


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

Las hectáreas correspondientes al cultivo de Maíz, serán las restantes para completar un total de 38000 hectáreas, para ello se usará la función Remainder.


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32. Sobre Maíz, dar clic en la opción Expression Builder

33. En la ventana que aparecerá, ubicar la función Remainder y colocar 38000 dentro de los paréntesis, luego dar clic en Finish.


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34. A continuación desplegar la lista Demand Sites en la vista Data y seleccionar Uso Agricola.

35. Luego de tener el nodo de Uso agrícola seleccionado, se procederá a ingresar la información de áreas con cada uno de los key assumptions. Seleccionar Caña y luego Expression Builder.


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36. En la ventana siguiente seleccionar la pestaña “Branches”.

37. Luego desplegar la lista Key Assumptions.


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38. Luego seleccionar “Caña” y arrastrar sin dejar de hacer clic hacia el recuadro inferior y dar clic en Finish.


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39. Repetir los mismos pasos para los cultivos de arroz, menestras y maíz.


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40. En la pestaña Annual Tase Use Rate, los consumos de agua por hectárea en cada cultivo serán los siguientes:    

Arroz: 12000 m 3/ha. Maíz: 8000 m 3/ha. Menestras: 5000 m 3/ha. Caña: 10000 m 3/ha.


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41. La variación mensual se dejará en los valores que aparecen y el porcentaje de consumo será de 95%.

42. Obtener los primeros resultados.


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43. Seleccionar los resultados de consumo poblacional.


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44. Observar el porcentaje de abastecimiento a los requerimientos de caudal.


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45. Observar la cantidad de demanda insatisfecha.


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46. Crear un reservorio tal como se muestra en las siguientes figuras.


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47. Crear un elemento diversión, que representará la salida de agua desde Reservorio.


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48. Crear una línea de transmisión que conecte “Canal” y el nodo de Uso Agricola.


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49. Dar clic en el botón Data para ingresar la información en los nuevos elementos creados.


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50. Seleccionar Supply and Resources, River, Rio afluente.

51. Utilizar la opción ReadFromFile Wizard para ingresar la información de caudales.


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52. Seleccionar el archivo caudales y en el siguiente cuadro, seleccionar la segunda estación.


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53. Ingresar los datos de caudal de Rio Afluente con la función ReadFromFile

54. Seleccionar el archivo “Caudales” y seleccionar la segunda columna.


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55. Dar clic sobre “Reservoirs” en la lista debajo de Rio afluente y colocar el valor de 500 millones de metros cúbicos como capacidad de almacenamiento del reservorio.


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56. Ingresar la información de Reservorio en la pestaña Operation. Top of Conservation: 498 Hm3.

57. Top of Buffer: 50 Hm 3.


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58. Top of Inactive: 10 Hm 3.

59. Buffer Coeficient: 1.


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60. Obtener los nuevos resultados. Seleccionar Demand, Unmmet Demand.

61. Crear un escenario con la cual se va a incluir un nuevo suministro de agua. Dar clic en Manage Scenarios.


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62. En la ventana que aparece, dar clic en Reference y luego clic derecho, dar clic en la opción Add.

63. Nombrar como “Primer Escenario”.


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64. Establecer las características del primer escenario. Seleccionar Reference


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65. Crear un nuevo elemento Other Supply, el cual representará el trasvase de agua hacia el sistema, tal como se muestra en la siguiente figura:


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66. Crear un Transmission Link que una “Trasvase” y Uso Agricola.


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67. Dar clic en el botón Data e ingresar la información de Trasvase.

68. Obtener los nuevos resultados. Seleccionar Unmmet Demand.


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69. Crear un nuevo escenario.


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70. Seleccionar Data, Uso Agricola, Caña. En la pestaña Annual Water Use Rate, escoger la opción Expression Builder.

71. En el recuadro inferior colocar la siguiente expresión: If(Year>1998,7000,10000)


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72. Del mismo modo, cambiar la tasa de consumo para el cultivo de arroz de acuerdo a la siguiente expresión: If(Year>1998,9000,12000).


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73. Obtener los nuevos resultados. Seleccionar Demand Site Coverage


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Manual de Trabajo WEAP

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