Herramientas de modelación para la gestión

de los riesgos de inundación

Hans Paul Sánchez Tueros

Universitat Politècnica de Catalunya.

Seminario Hispano-Marroquí sobre gestión del riesgo de inundaciones (Castellar de la Frontera-Cádiz)

Herramientas de modelación para la

gestión de los riesgos de inundación

Hans Paul Sánchez TuerosUniversitat Politècnica de Catalunya. BarcelonaTechCentre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeriahans.sanchez@upc.edu

Modelación Hidráulica

Introducción

¿Qué es una modelación hidráulica?

Reproducir matemáticamente el comportamiento del flujo, utilizando de métodos o técnicas numéricas, para resolver las ecuaciones que tratan de representar el fenómeno físico

Modelación Hidráulica

Introducción

¿Qué tipos de modelación podemos hacer?

Según los datos que tengamos y la precisión que deseemos podemos disponer de tres tipos de modelos:

�Modelos Unidimensionales 1D�Modelos Bidimensionales 2D�Modelos Tridimensionales 3D

Se podría mencionar también a la fórmula de Manning como una alternativa al predimensionamiento mas no a la simulación

�Diseñar el encauzamientos y obras de protección�Estudiar la restauración de ríos �Realizar los planes de emergencia en roturas de

presa�Estudiar la dinámica fluvial�Evaluar y la gestionar los riesgos de inundación�Diseñar y optimizar las obras hidráulicas�Analizar el flujo en estuarios o desembocaduras�Estudiar el drenaje urbano

Para que sirve una Modelación hidráulica

� Publicada por el irlandés Robert Manning 1889

Formula de Manning

Modelación unidimensional

� Conservación o Balance de energía (Trinomio de Bernoulli1738), entre dos secciones

Daniel Bernoulli

� También algunos programas utilizan la ecuación de Sant Venant en 1D

Hipótesis de los modelos en 1D

� Movimiento en la dirección del eje

� Nivel constante en una sección

� Velocidad uniforme

Modelación unidimensional

Modelación unidimensional

Modelos en 1D

U.S. Army Corps of Engineers. Hydrologic Engineering Center

MIKE 11 - river modelling

HEC-RAS

Modelación unidimensional

HEC-RAS

Modelación unidimensional

Modelación unidimensional

HEC-RAS

Modelación unidimensional

HEC-RAS

Modelación unidimensional

HEC-RAS

Modelación unidimensional

HEC-RAS Geo-RAS

Modelación unidimensional

Modelación unidimensional

HEC-RAS

Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant

�Ecuaciones Completas de Saint-Venant en 2D

yx

2 2x y b,xbx x x x

t t

2 2y x y y b,y y yb

t t

qqh0

t x y

q q τzq q U Uhg gh ν h ν h

t x h 2 y h x ρ x x y y

q q q q τ U Uzhg gh ν h ν h

t x h y h 2 y ρ x x y y

∂∂∂ + + =∂ ∂ ∂

∂∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂ + + + = − − + + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

∂ ∂ ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂+ + + = − − + + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂

Modelación bidimensional

� Diferencias finitas

� Discretización sencilla

� Dificultades para geometrías complejas

� Volúmenes finitos

� Impone conservación de forma natural

� Flexibilidad geométrica

� Discretización muy intuitiva

� Elementos finitos

� Flexibilidad geométrica

� Versátil (diferentes áreas de aplicación)

Métodos numéricos

Modelación bidimensional

Modelación bidimensional

Modelos en 2D

MIKE 21 - 2D modelling

GUAD|2D 2.0.1

IntroducciónModelación bidimensional

Modelación bidimensional

Modelación bidimensional

Modelación bidimensional

Llobregat 1982

Río Júcar 1982

Riera de Les Arenes1962

Modelación bidimensional

Visualización de resultados

Escalas de colores Animaciones

Vectores Rangos

Visualización de resultados

Perfiles Sondas e hidrogramas

Visualización de resultados

Análisis de resultados

Geometría actual

Geometría propuesta

Cota de agua (actual)

Cota de agua (propuesta)

Comparación de hidrogramas

Visualización de resultados

Intercambio con SIG

Capacidades adicionales

Módulos Incorporados

• puentes y alcantarillas• rotura de presa• transporte de sedimentos: erosiones, sedimentaciones• turbulencia

VENTAJAS

•Elección de número de procesadores para el cálculo en paralelo

•Visualización de resultados “en marcha”

•Reinicio de un cálculo interrumpido

•Poder abrir varios Iber en un mismo ordenador y poder calcular a la vez

Optimización del código de cálculo

� Paralelización

� Computación en tarjetas gráficas

Factor de aceleración entre 20 y 50

en computadoras standard

Próximas versiones

Módulo de calidad de aguas

� Modelo de dispersión de coliformes

� Modelo de temperatura

� Modelo de salinidad

� Descargas puntuales

Próximas versiones

� Intercambio entre calles y colectores

� Flujo en colectores (Lámina libre y presión)

� Generación de caudales en tejados

SingaporeDrenaje urbano dual

Próximas versiones

Entidades que participan en Iber

C:\Users\Ernest\Dropbox\Iber Curso Online\Ficheros Curso Iber\00-logos\geama.jpg

www.iberaula.es

Ec. Con. Masa

Ec. Navier-Stokes

George Gabriel StokesClaude-Louis Henri Navier

� Los modelos 3D utiliza las ecuaciones generales del Flujo

Modelación Tridimensional

Modelación Tridimensional

Modelación Tridimensional

Modelación Tridimensional

Modelación Tridimensional

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Gracias por su atención

Hans Paul Sánchez TuerosUniversitat Politècnica de Catalunya. BarcelonaTechCentre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeriahans.sanchez@upc.edu