1.1 Conceptos Clave de la Modelación Hidrológica: El sub-módulo introduce la base teórica de la modelación hidrológica, definiendo la diferencia entre modelos conceptuales y físicos, y estableciendo los principios de la ecuación de continuidad, la importancia del balance hídrico y la terminología técnica esencial (hidrograma, tiempo de concentración, etc.) para el manejo posterior del HEC-HMS.

1.2 Introducción al Hydrologic Engineering Center – Hydrologic Modeling System (HEC-HMS): Se presenta el marco de trabajo del software, su estructura modular, las capacidades de modelación que ofrece (métodos de pérdidas, transformación y propagación), y se explora su posicionamiento como estándar del U.S. Army Corps of Engineers (USACE) en la ingeniería a nivel global.

1.3 El Rol del Modelo Hidrológico en la Normativa de Diseño: Se analiza cómo la normativa técnica y legal (códigos de construcción, guías de diseño de drenaje) exige el uso de modelos hidrológicos calibrados para la obtención de caudales de diseño en obras de infraestructura, vinculando directamente la modelación con el cumplimiento normativo y la seguridad.

1.4 Definición y Delimitación de Cuencas Hidrográficas (Pre-Procesamiento GIS): En esta sección se abordan los métodos y herramientas GIS para la correcta delimitación de la cuenca y sus subcuencas, y la extracción de parámetros morfométricos fundamentales (área, pendiente, longitud del cauce principal) que son el primer insumo para cualquier proyecto en HEC-HMS.

1.5 Variables de Entrada y Series Temporales: El sub-módulo se centra en la gestión y preparación de las series temporales de precipitación observada (hiesogramas) y caudales (hidrogramas) para la modelación y la calibración, incluyendo la conversión de formatos y el análisis de consistencia de los datos pluviométricos y fluviométricos.

2.1 Inspección de Campo y Reconocimiento de la Cuenca: Se enseña la metodología para realizar una inspección de campo crítica, orientada a la modelación, incluyendo el reconocimiento de las condiciones de drenaje, el uso de suelo y la identificación de puntos de aforo o estructuras de control existentes, información clave para la conceptualización del modelo HEC-HMS.

2.2 Selección de Métodos de Modelación Apropiados: El sub-módulo capacita para seleccionar el método hidrológico más adecuado dentro de HEC-HMS (e.g., Soil Conservation Service – Curve Number para pérdidas, Clark o SCS Unit Hydrograph para transformación) en función de las características específicas de la cuenca y la disponibilidad de datos.

2.3 Diagnóstico de las Propiedades Físicas del Suelo y su Impacto: Se profundiza en el diagnóstico de las propiedades de infiltración y su representación en el modelo (métodos de pérdidas). Esto incluye el cálculo o estimación del Número de Curva (CN) y la tasa de infiltración (Método de Green and Ampt o Horton) basado en las características del suelo y el uso del terreno.

2.4 Introducción a los Indicadores de Bondad de Ajuste: Se establecen los criterios cuantitativos para el diagnóstico de la calidad de la modelación, presentando los indicadores de bondad de ajuste esenciales para la calibración (Error Cuadrático Medio, Coeficiente de Nash-Sutcliffe, Error de Volumen), y cómo interpretar sus valores en un contexto de ingeniería.

2.5 Estructura y Contenido Mínimo de un Informe Hidrológico: El sub-módulo se enfoca en la estructura de un informe hidrológico profesional, destacando las secciones obligatorias: metodología, presentación del modelo conceptual, resultados de las simulaciones y, crucialmente, la documentación de la calibración y la propuesta de caudales de diseño.

3.1 Modelación de la Subcuenca (Métodos de Transformación): Este sub-módulo se dedica a la implementación práctica de los métodos de transformación de lluvia a escorrentía dentro de HEC-HMS, comparando y aplicando los métodos del Hidrograma Unitario Sintético (SCS y Clark), y el método cinemático para cuencas con respuesta rápida o altamente urbanizadas.

3.2 Cálculo Detallado del Tiempo de Concentración ($T_c$): Se aborda la sensibilidad del modelo al tiempo de concentración y se enseñan diferentes fórmulas de cálculo empírico ($T_c$) (Kirpich, FAA, Izzard) y su implementación como parámetro clave en el HEC-HMS, reconociendo su impacto en el caudal pico y la forma del hidrograma.

3.3 Manejo de Condiciones de Cobertura y Suelo (Parámetros de Pérdidas): El sub-módulo se enfoca en la correcta asignación de parámetros de pérdidas a cada subcuenca, con especial atención a cómo la variación en la cobertura vegetal o la impermeabilización (urbanización) afectan directamente el Número de Curva (CN) y, por ende, la cantidad de escorrentía generada.

3.4 Configuración de la Base del Modelo en HEC-HMS: Se guía al estudiante en la construcción práctica del esquema de la cuenca en el software, incluyendo la interconexión de los elementos (subcuencas, reachs, junctions) y la correcta vinculación de los datos (meteorológicos, topológicos) a cada componente del modelo.

3.5 Concepto de Wet/Dry Initial Conditions y Humedad Antecedente: Se profundiza en la importancia de las condiciones iniciales de humedad del suelo (initial loss) y cómo estas se manejan en HEC-HMS (e.g., las condiciones húmedas, medias y secas del SCS) para simular la patología de la respuesta hidrológica en función de la precipitación antecedente.

4.1 Modelación del Flujo en Cauces (Métodos de Propagación): Este sub-módulo enseña los métodos para simular la propagación del hidrograma a lo largo de los tramos de río o canales (Reachs) dentro de HEC-HMS, cubriendo el método del Muskingum y el método cinemático o Muskingum-Cunge, y la adecuada estimación de sus parámetros de atenuación (K y X).

4.2 Determinación de Parámetros de Propagación (Manning y Geometría): Se detalla cómo la geometría del canal y su rugosidad (coeficiente de Manning) influyen en el proceso de propagación. El módulo capacita para estimar el coeficiente de Manning en función del material del cauce, un parámetro esencial para la precisión de la modelación de avenidas.

4.3 Simulación de Sistemas de Control (Embalses y Vertederos): Se aborda la modelación de estructuras de almacenamiento y control, como embalses, lagunas de retención o vertederos, utilizando las curvas elevación-área y elevación-descarga en HEC-HMS, permitiendo simular su efecto laminador sobre el hidrograma de salida de la cuenca.

4.4 Análisis de Impacto de la Detención y Laminación: El sub-módulo se centra en el análisis de la eficacia de las obras de laminación, cuantificando la reducción porcentual del caudal pico y el retardo del tiempo de respuesta que las estructuras de control inducen, información vital para la gestión de riesgo de inundación aguas abajo.

4.5 Integración del Modelo HEC-HMS con HEC-RAS (Introducción): Se establece la conexión lógica y de workflow entre la modelación hidrológica (HEC-HMS, que genera hidrogramas) y la modelación hidráulica (HEC-RAS, que mapea inundaciones), entendiendo el hidrograma de salida como el insumo crítico para los estudios hidráulicos de propagación en la envolvente del río.

5.1 Fundamentos de la Calibración de Modelos Hidrológicos: Se introduce el concepto y la necesidad de la calibración (ajuste de parámetros para replicar caudales observados) y la validación (prueba del modelo con datos independientes), estableciendo la metodología iterativa que transforma un modelo teórico en uno operacional y confiable.

5.2 Métodos de Optimización Automática en HEC-HMS: El sub-módulo se dedica a la aplicación práctica de los algoritmos de optimización integrados en HEC-HMS (e.g., Simplex, Univariate Search), enseñando al estudiante a definir los rangos de parámetros (e.g., CN, T-concentración) y la función objetivo (e.g., minimizar el error RMS) para un ajuste automático eficiente.

5.3 Análisis de Sensibilidad de Parámetros: Se instruye en la metodología para realizar un análisis de sensibilidad, identificando cuáles son los parámetros de mayor influencia en el hidrograma de salida. Esta comprensión es fundamental para el proceso de calibración, ya que permite enfocar los esfuerzos de ajuste en las variables críticas del modelo.

5.4 Evaluación y Cuantificación de Errores de Calibración: El sub-módulo se centra en la interpretación profunda de los estadísticos de error (P-factor, R-factor, RMSE, Nash-Sutcliffe), enseñando a los participantes a cuantificar la «humedad» de la incertidumbre en sus predicciones y a justificar el nivel de confianza del modelo calibrado.

5.5 Proceso de Validación Cruzada del Modelo: Se establece la fase de validación cruzada (utilizando un conjunto de datos diferente al de la calibración) como el paso final e indispensable para asegurar la robustez del modelo. Esto garantiza que el modelo no solo replique los datos usados para ajustarlo, sino que también tenga una capacidad predictiva generalizable.

6.1 Generación de Hiesogramas de Diseño (Design Storms): El sub-módulo se enfoca en la creación de las series de precipitación para la simulación de eventos futuros, utilizando curvas IDF (Intensidad-Duración-Frecuencia) y aplicando los métodos de distribución temporal de la tormenta (Método del Bloque Alterno, SCS Tipo I/II/III).

6.2 Simulación de Eventos Extremos y Períodos de Retorno: Se enseña la metodología para simular la respuesta hidrológica (hidrograma) a diferentes períodos de retorno (5, 10, 50, 100 años), que son el criterio de diseño estándar para obras civiles, permitiendo obtener el caudal pico para cada nivel de riesgo.

6.3 Modelación de la Precipitación Espacialmente Distribuida: Este sub-módulo introduce técnicas para modelar la heterogeneidad de la lluvia sobre la cuenca (distributed precipitation), utilizando datos de radar o rejillas (gridded data) en HEC-HMS, lo que es especialmente importante en cuencas grandes o con orografía compleja.

6.4 Integración de Datos de Pronóstico Meteorológico (Real-Time): Se explora el potencial de HEC-HMS para la modelación en tiempo real, enseñando cómo integrar datos de pronóstico para la alerta temprana de inundaciones, permitiendo la simulación predictiva de la respuesta de la cuenca ante lluvias esperadas.

6.5 Análisis de la Incertidumbre en la Generación de Caudales: El sub-módulo aborda cómo la incertidumbre en los parámetros hidrológicos y los datos de entrada se propaga al caudal simulado, introduciendo conceptos de análisis probabilístico para la gestión de riesgos y la toma de decisiones bajo incertidumbre.

7.1 Modelación de Cuencas con Regímenes de Nieve y Fusión: Se introduce el módulo de fusión de nieve (Snowmelt) de HEC-HMS, permitiendo la modelación de la dinámica de acumulación y derretimiento de la nieve y su contribución al hidrograma en cuencas de alta montaña o latitudes elevadas, un factor crítico en el balance hídrico estacional.

7.2 Simulación del Proceso de Evapotranspiración y Balance Hídrico: Este sub-módulo detalla la inclusión de la evapotranspiración en modelos de balance hídrico continuo, utilizando métodos como el de Penman-Monteith o Priestley-Taylor en HEC-HMS para evaluar las pérdidas de agua y simular el comportamiento hidrológico a largo plazo.

7.3 Modelación de Sistemas de Infiltración Urbana Sostenible (SUDS/LID): Se capacita al estudiante en la modelación de infraestructuras verdes (techos verdes, pavimentos permeables, zanjas de infiltración) como estrategias de rehabilitación hidrológica en entornos urbanos, utilizando las opciones de Low Impact Development (LID) de HEC-HMS para simular su efecto reductor.

7.4 Aplicación de HEC-HMS en Proyectos de Riego y Abastecimiento: El sub-módulo se enfoca en el uso del modelo para simular la disponibilidad de agua a largo plazo, calculando el volumen de agua útil y diseñando políticas de operación de embalses que optimicen el recurso hídrico para fines de riego y consumo (certificados de agua).

7.5 Análisis de Impacto del Cambio Climático en la Hidrología: Se introduce la metodología para adaptar los datos de precipitación futura (proyecciones de modelos climáticos) y utilizarlos en HEC-HMS para simular el impacto del cambio climático en los caudales máximos y la disponibilidad hídrica, permitiendo la planificación resiliente de la infraestructura.

8.1 Introducción a la Modelación Hidrológica Distribuida: Este sub-módulo presenta la modelación distribuida como una aproximación avanzada que permite representar la heterogeneidad espacial de los parámetros hidrológicos (infiltración, cobertura) dentro de HEC-HMS (usando métodos como Gridded Kinematic Wave), mejorando la precisión en cuencas complejas.

8.2 Integración Avanzada con HEC-GeoHMS para Datos Distribuidos: Se profundiza en el uso de HEC-GeoHMS u otras herramientas GIS para la preparación y exportación de rejillas (grids) de parámetros (CN, Manning, pendiente) que alimentan la modelación distribuida, asegurando la coherencia espacial del modelo.

8.3 Modelación de la Inundación por Desbordamiento (Introducción a HEC-RAS): El sub-módulo establece el vínculo directo con la modelación hidráulica 2D, enseñando cómo el hidrograma de salida distribuido del HEC-HMS puede ser utilizado por HEC-RAS para generar mapas de inundación (el «diseño inclusivo» para la protección contra riesgos), un paso esencial para la accesibilidad y seguridad.

8.4 Análisis Crítico de Resultados y Visualización Geoespacial: Se enseña a visualizar y analizar los resultados del modelo (caudales, profundidades) mediante herramientas GIS para la creación de mapas de amenaza y la identificación de zonas vulnerables, haciendo los resultados del modelo accesibles y comprensibles para la toma de decisiones no técnicas.

8.5 Casos de Estudio: Modelación de Grandes Cuencas y Proyectos Regionales: A través de la revisión de casos de estudio reales, se demuestra la aplicación de la modelación distribuida en proyectos de gran escala (proyectos de infraestructura regional, planes maestros de drenaje), consolidando la aplicación práctica de los conceptos avanzados del diplomado.

9.1 Planificación del Proyecto de Modelación y Gestión del Alcance: El sub-módulo se enfoca en la gestión de proyectos aplicada a la hidrología, enseñando a definir el alcance de un estudio HEC-HMS, a estimar los tiempos para la adquisición de datos, la calibración y la elaboración de informes, y a gestionar las expectativas del cliente o la administración.

9.2 Metodología de Adquisición de Datos y Gestión de la Calidad (QA/QC): Se instruye en la planificación de la campaña de adquisición de datos de campo y la metodología de Control de Calidad (QC) para las series de precipitación y caudal, un paso crítico que reduce los riesgos de errores durante la fase de modelación.

9.3 Gestión de la Incertidumbre y Análisis de Riesgos del Proyecto: El sub-módulo capacita para identificar y gestionar los riesgos inherentes a un estudio hidrológico (e.g., falta de datos, errores en la calibración). Esto incluye la cuantificación de la incertidumbre y la comunicación de los límites del modelo a los stakeholders del proyecto.

9.4 Presentación de Resultados a la Dirección del Proyecto y Entes Reguladores: Se desarrollan las habilidades de comunicación profesional para presentar los resultados clave del HEC-HMS (caudales, hidrogramas) de manera clara y persuasiva, tanto a la dirección de la obra (para decisiones de diseño) como a los entes reguladores (para la aprobación del proyecto).

9.5 El Modelo Calibrado como Activo del Proyecto: Se aborda la documentación y el almacenamiento del modelo HEC-HMS calibrado como un entregable final y un activo de información crucial para el proyecto, asegurando su trazabilidad y futura actualización en las fases de operación y mantenimiento de la infraestructura.

10.1 Análisis Retrospectivo de Eventos de Inundación (Patología Forense): Este sub-módulo se centra en el uso de HEC-HMS para simular eventos históricos de inundación, utilizando la precipitación observada. Esto permite la determinación forense del caudal que realmente ocurrió y la evaluación de la respuesta de la infraestructura existente.

10.2 Metodología para la Generación de Dictámenes Periciales: Se instruye en la metodología legal y técnica para la redacción de un dictamen pericial hidrológico que sea aceptado en instancias judiciales, incluyendo la justificación de la metodología de modelación y la presentación de los Key Performance Indicators (KPIs) de la calibración.

10.3 Defensa Técnica y Argumentación de Resultados: El sub-módulo desarrolla la capacidad de defender los resultados del modelo HEC-HMS ante un tribunal, en una audiencia pública o frente a un ente regulador, enfocándose en la argumentación técnica de la calibración y la fiabilidad de los caudales generados frente a las objeciones de la contraparte.

10.4 Causas Raíz de las Fallas Hidrológicas en Infraestructura: Se analizan casos de estudio de fallas de infraestructura (colapso de puentes, fallas de drenaje) por causas hidrológicas, utilizando HEC-HMS para recrear la dinámica del evento y determinar la causa raíz (e.g., subestimación del caudal de diseño, error en el coeficiente de rugosidad).

10.5 Evaluación de Responsabilidad y Criterios de Diligencia: El sub-módulo aborda la aplicación de los resultados de HEC-HMS en la evaluación de la responsabilidad profesional o administrativa, contrastando el caudal que el modelo debió predecir (criterio de diligencia) con el caudal que causó el daño, un pilar del peritaje hidrológico.

11.1 Integración de Scan-to-BIM y Topografía para Modelación: Este sub-módulo enseña cómo la información de alta resolución obtenida por escaneo láser o fotogrametría (Scan-to-BIM o As-Built) se utiliza para generar Modelos Digitales de Elevación (MDE) muy precisos, que son insumos esenciales para la correcta delimitación de la cuenca y la caracterización topológica en HEC-HMS.

11.2 Uso de Datos de Nubes de Puntos en la Caracterización del Cauce: Se aborda la extracción de secciones transversales de canales y ríos a partir de nubes de puntos de alta densidad, lo que permite una representación geométrica más precisa de los Reachs dentro de HEC-HMS o en la conexión con HEC-RAS.

11.3 Metodologías de QA/QC para Datos Geoespaciales: Se establecen los protocolos de Garantía de Calidad para los datos geoespaciales (MDE, uso de suelo), verificando la coherencia topológica y la precisión altimétrica antes de ser procesados por HEC-GeoHMS, minimizando los errores de entrada en la modelación.

11.4 Vinculación de Parámetros Hidrológicos al Modelo BIM: El sub-módulo explora cómo los parámetros hidrológicos críticos (caudal de diseño, altura de lámina de agua de freeboard) obtenidos del modelo HEC-HMS pueden ser vinculados como propiedades a los elementos de infraestructura (puentes, alcantarillas) dentro de un Modelo BIM, mejorando la gestión de la información del activo.

11.5 Generación de Entregables As-Built para la Fase Operativa: Se enfoca en la documentación del modelo hidrológico como un entregable As-Built, asegurando que los parámetros finales del modelo calibrado sean parte del registro del proyecto, lo que es crucial para la futura operación, mantenimiento y actualización del sistema de gestión de riesgos.

12.1 Definición y Estructuración del Proyecto Capstone (Cuenca Real): El sub-módulo introduce la fase de proyecto final, donde el estudiante debe seleccionar una cuenca real (con datos observados disponibles) y definir el alcance de su intervención (e.g., evaluación de riesgo de inundación, diseño de un sistema de detención).

12.2 Adquisición, Procesamiento y Conceptualización del Modelo: Se guía al estudiante en la ejecución de la primera fase del proyecto, que incluye la adquisición crítica de datos, el pre-procesamiento GIS y la conceptualización detallada del modelo HEC-HMS, justificando la elección de cada método y parámetro.

12.3 Ejecución de la Calibración, Validación y Optimización: El estudiante implementa las técnicas de optimización y calibración automática y manual, documentando rigurosamente los estadísticos de ajuste (KPIs) y realizando la validación cruzada del modelo para asegurar su confiabilidad.

12.4 Simulación de Escenarios y Propuesta de Intervención: Se realiza la simulación de los escenarios de diseño (diferentes periodos de retorno) y se desarrolla una propuesta técnica de intervención (e.g., ubicación y dimensionamiento de una estructura hidráulica) basada en los resultados hidrológicos calibrados.

12.5 Elaboración del Informe Ejecutivo y Presentación Final: El sub-módulo culmina con la redacción del informe ejecutivo del proyecto Capstone, que debe ser un documento de consultoría de alto nivel, y la presentación final de los resultados y las conclusiones ante un panel evaluador, simulando la entrega a un cliente real.