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El modelo IberCapacidadesp
Modelo de flujo bidimensional Modelo de flujo bidimensional en ríos y estuarios
www.iberaula.es
1.Introducción
2 Hidrodinámica2.Hidrodinámica
3.Turbulencia
4.Interfaz gráfica
5 T d di5.Transporte de sedimentos
6.Desarrollos futuros6.Desarrollos futuros
El modelo IberIntroducción
Turbillon CARPATurbillon CGiD
El modelo IberIntroducción
Módulos de cálculoHIDRODINÁMICA
Velocidad
Calado
TRANSPORTE DE SEDIMENTOSCarga en suspensión
TURBULENCIAViscosidad turbulenta
Carga de fondo Energía turbulenta y disipación
El modelo IberHidrodinámica
Ecuaciones de aguas someras 2D
yxqqh 0
t x y
2 2x y b,xbx x x x
t t
t x yq q τzq q U Uhg gh ν h ν h
t x h 2 y h x ρ x x y y
2 2
y x y y b,y y ybt t
y ρ y y
q q q q τ U Uzhg gh ν h ν ht x h y h 2 y ρ x x y y
Distribución de presión hidrostática
Velocidad uniforme en profundidad h, Ux, Uy
El modelo IberHidrodinámica
Esquemas en volúmenes finitos descentrados de alta resoluciónti Rtipo Roe
• Robustos
C bi d é i• Cambios de régimen
• Frentes de onda
• Sin problemas de• Sin problemas de
convergencia
• Explícitos• Explícitos
El modelo IberHidrodinámica
Mallas no-estructuradas formadas por elementos de 3 o 4 lados por elementos de 3 o 4 lados
El modelo IberHidrodinámica
Mallas no-estructuradas formadas l t d 3 4 l d por elementos de 3 o 4 lados
El modelo IberHidrodinámica
Frentes seco-mojado Estable, conservativo, no difusivo
t = 0 h
t = 4 h
El modelo IberHidrodinámica
Fricción de fondoFórmula de Manning
22yx n U Un U U
h h yxb,x b,y4/3 4/3τ ρ g h τ ρ g h
h h
El modelo IberHidrodinámica
Rozamiento superficial por viento
τ ρ 26τ
Van Dorn (1953)
2s a10 10
τ ρ C Vρ ρ 2
106s V103
ρτ
1.4 40
15:00 15:40
max16:40
15:50
19:2015:20
15:2014:10
2:50
0:00 0:00
13:20 18:00
min20:50
14:2016:30
2:10
16:50
13:50 3:20
1.0
1.1
1.2
1.3
atio
n (m
asl)
20
25
30
35
ocity
(m/s
) V=0 m/s
20:40
16:2014:00
01:4016:20
12:5015:30
14:50
0.7
0.8
0.9
1.0
Wat
er e
leva
5
10
15
20
Win
d ve
lo
0.618 19 20 21 22 23 24 25
February 2006
0
Cota sensores_D02 Cota sensores_D04 Cota_D02 Cota_D04N NE E SES SW W NW V=3 m/s
El modelo IberHidrodinámica
Condiciones de contorno en contornos abiertos
Calado constante o variable en tiempo Marea
Condición de vertedero Sección de control curva de gasto
C d l t t hid Caudal constante o hidrograma Entrada en ríos, canales Avenidas en ríos
Condición de vertederoHidrograma
El modelo IberHidrodinámica
Condiciones de contorno en contornos de pared
Sin rozamiento
Rí t
Rozamiento
C l t t hid á liRíos, zonas costeras Canales, estructuras hidráulicas
El modelo IberHidrodinámica
Condiciones de contorno internas
Flujo bajo compuerta UZ
DZ
Fl j b t d lá i lib
BZh
UZ
DZwZ
Flujo sobre vertedero en lámina libreBZ
UZ
DZwZ
Combinación de compuerta y vertederoZ
h
BZ
Pérdida localizada 2VΔH = λ 2g
El modelo IberHidrodinámica
Herramientas de soporte para determinación í i t d üvía intenso desagüe
•Línea y distancia•Polígono•Polígono
El modelo IberHidrodinámica
Infiltración y precipitación
yxhUhUh = -i+R
t x y
y
Infiltración lluvia
Green AmptHortonLineal Green-Ampt
• Permeabilidad saturada
S ió l t d
HortonLineal
• Succión en la zona no-saturada
• Porosidad efectiva (drenable)
• Saturación efectiva inicial
• Pérdida inicial
El modelo IberTurbulencia
Flujos turbulentos
j
it
jb
ii
b
j
jii
xUh ν
xτ
xhgh
xzgh
xUhU
thU
viscosidad turbulenta
Modelos de turbulencia promediados en profundidad
El modelo IberTurbulencia
Viscosidad turbulenta constante
ν constante
Modelo parabólico
tν constante
h u 07.0ν ft Fricción de fondo
Modelo de longitud de mezcla2
2 fs s ij ij
uv l 2S S 2.34κ h
Modelo de longitud de mezcla
Fricción de fondoκ h Cortante horizontal
Modelo k-ε3 ε
hucSS2ν
xk
σνν
xtDDk 3
fkijijt
jk
t
j
Fricción de fondo
Cortante horizontal
kc
hucSS2ν
kc
xσνν
xtDD 2
2ε2
4f
εijijt1εjε
t
j
εεεε
Difusión
Disipación
El modelo IberTransporte de sedimentos
Ecuación de conservación del sedimento
p
sb,ysb,xb qqZ1 p D - E
pt x y
Transporte en suspensión
E DTransporte de fondo
bZsbq
V1.0: diámetro uniforme
El modelo IberTransporte de sedimentos
Carga de fondo
p
MEYER-PETER & MÜLLER(corrección Wong y Parker)
VAN RIJN
APLICACIÓNAPLICACIÓN
( g y )
Arenas y gravasGravas hasta 30 mm
2.1* TT 0 3 q 0 053 3/2* * *3 97
FORMULACIÓN FORMULACIÓN
sb 0.3*1.5
*sb 0 3
T 0.3 q 0.053D
TT 0.3 q 0.100D
sb bs cq = 3.97 τ - τ
sb 0.3*
qD
* *bs c
*c
τ - τTτ
El modelo IberTransporte de sedimentos
Carga de fondod d f d
p
Pendiente de fondo
Consideración tanto de la pendiente transversal como longitudinalp g
Tensión efectiva de fondo = Tensión ejercida por el flujo + componente del peso
flujoj
pesotensión efectiva
peso
El modelo IberTransporte de sedimentos
Transporte en suspensión
p
Ecuación de transporte turbulento en suspensión
hU ChU ChC C y tx
j c,t j
hU C νhU ChC Ch E Dt x y x S x
Difusión turbulenta Resuspensión/ deposicióndeposición
Resuspensión/deposición:
Van Rijn Ecuación Van Rijn Smith Ariathurai y
Módulo Turbulencia
Ecuación Conservación
Sedimento
Arulanandan
El modelo IberTransporte de sedimentos
Transporte en suspensión
p
Hidrodinámica Erosión Sedimentación
El modelo IberTransporte de sedimentos
Condiciones de contorno
p
Entradas:
Capacidad de arrastre Meyer-Peter Muller / Van Rijn Meyer Peter Muller / Van Rijn
Concentración
Sedimentograma Sedimentograma
Aguas claras Caudal sólido nulo
Salidas: continuidad del sedimento
El modelo IberInterfaz gráfica
Basado en GiD: pre/postprocesador gráfico de propósito l l é
g
general para simulaciones numéricas.
www gidhome com
Preproceso: entrada gráfica de datos
www.gidhome.com
Preproceso: entrada gráfica de datos
Proceso: simulación hidráulica
P t i li ió d lt d Postproceso: visualización de resultados
Iber está en español e inglés.
Actualmente Iber está disponible para Windows
El modelo IberInterfaz gráficag
Preproceso
DEFINICIÓN MANUAL DE LA MALLA (herramientas estándar GiD)
MALLADO CON TRIANGULOS RECTANGULOS
(error cordal)
Malla
Terreno
El modelo IberInterfaz gráficag
Preproceso
USO DE TIN COMO MALLA
TERRENO COMO SUPERFICIES Y MALLADO CON ERROR CORDAL
El modelo IberInterfaz gráficag
Proceso
• Cálculo paralelo: elección número de procesadoresp
• Visualización de resultados “en marcha”
• Reinicio de un cálculo interrumpido• Reinicio de un cálculo interrumpido
• Primero orden/alta resolución (rápido/preciso)
• Definición umbral secado/mojado
• Modelo de turbulencia
El modelo IberInterfaz gráficag
Postproceso
Resultados básicos:
• Calado• Calado
• Caudal específico
V l id d• Velocidad
• Cota de agua
• Froude
Resultados adicionales:
• Máximos
• Riesgo
• Capacidad de arrastre
• CourantCourant
• ….lluvia, caudal sólido, erosiones, concentración de contaminantes, etc.
El modelo IberInterfaz gráficag
Postproceso
Resultados
Escalas de colores Animaciones
El modelo IberInterfaz gráficag
Postproceso
Perfiles Sondas e hidrogramas
El modelo IberInterfaz gráficag
Exportación de resultados a GIS
El modelo IberInterfaz gráfica
Zona de flujo preferente RD 9/2008Modificación RDPH
g
T=100 añosModificación RDPH
Vía de intenso desagüe Riesgo de daños para personas y bienes
h 1 ∆ Zs < 0.3 m (0.1 - 0.5) h > 1 m
V > 1 m/s
> 0 5 2/ q > 0.5 m2/s
Zonas inundablesT = 500 años
h > 0 m
El modelo IberInterfaz gráfica
Zonas de riesgo Zonas inundables
g
El modelo IberDesarrollos futuros
Módulos en desarrollo
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Mezclas de sedimento Mezclas de sedimento
Acorazamiento
Estabilidad de márgenes Estabilidad de márgenes
Erosión por flujos secundarios en meandros
CALIDAD DE AGUAS OD, MO, Nitrógeno, CF
HÁBITAT FLUVIALC d l ló i Caudales ecológicos
Métodos hidrobiológicos
El modelo IberDesarrollos futuros
SALINIDADSALINIDAD
HIDRODINÁMICASEDIMENTOSTEMPERATURA
TURBULENCIA
CALIDAD DE AGUAS
ÁHÁBITAT FLUVIAL
El modelo IberHábitat fluvial
Hábitat disponible
CoberturaCalado
Variables microhábitat
Módulo hidrodinámicoSustrato
Cobe u a
Velocidad
Ca ado
Criterio hábitatMódulo calidadMódulo Tª Módulo calidadódu o
Microhábitat disponible
Hábit t t t l
Temperatura OD, DBO, N, CFMacrohábitat
disponible
Hábitat total disponible
Variables macrohábitatCriterio hábitat
disponible
El modelo IberHábitat fluvial
Criterios de hábitat
Criterio hábitat
Criterio binario
Índice idoneidadUnivariable
Criterio hábitat Índice idoneidad
Multivariable
El modelo IberHábitat fluvial
Curvas de idoneidad de la trucha arco iris
( ) ( ) ( ) ( )I I v I h I s I c
min ( ) ( ) ( ) ( )I I v I h I s I c
1/4( ) ( ) ( ) ( )I I v I h I s I c
min ( ), ( ), ( ), ( )I I v I h I s I c
El modelo IberHábitat fluvial
Trucha común - Adulta
Q = 15 m3/s Q = 120 m3/s
El modelo IberHábitat fluvial
Determinación del nivel de estrés en pasos restringidos
El modelo IberCalidad de agua
OD + DBO + Norg + NH4 + N03
g
Nitrógeno orgánico TemperaturaReaireaciónSedimentación
Oxígeno disuelto DBOCAmonificación
Amonio BiodegradaciónDemanda de oxígeno por el
sedimento
Sedimentación
Temperatura
Patógenos
Nitrificación
Salinidad
Nitratosg
Desnitrificación R di ióMuerte
Salinidad
Temperatura
Radiación
Turbidez
El modelo IberCalidad de agua
Evolución del nivel de oxígeno disuelto
g
Q = 15 m3/s Q = 120 m3/s
El modelo IberCalidad de agua
Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento
g
Red de drenaje
El modelo IberCalidad de aguag
Contaminación bacteriana por vertidos de saneamientos) 0.8
1
1.2
CADAVAL 20000 m3Vol vertido = 57378 m3Vertido 1
s) 0.8
1
1.2
CADAVAL 30000 m3Vol vertido = 40688 m3Vertido 2
CA
UD
AL
(m3/
s
0.4
0.6
CA
UD
AL
(m3/
s
0.4
0.6
0.8
0 100 200 3000
0.2
0 100 200 3000
0.2
Radiación solar superficial (W/m2) Temperatura SST (K)
El modelo IberCalidad de aguag
Contaminación bacteriana por vertidos de saneamientoPuntos de vertido y de control Probabilidad anual excedencia CFlim
CFlim (ucf/100ml) P[CF>CFlim] (%) 100 10100 10500 5
El modelo IberCalidad de aguag
Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento