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ESTUDIO DE INUNDABILIDAD PARA CUENCAS PEQUEÑAS(http://selvitecum.com/blog/medioambiente/ingenieriamedioambiental/estudiodeinundabilidad/)septiembre 4, 2014 Por Selvitecum (http://selvitecum.com/blog/author/admin/)

Estudio de Inundabilidad(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/llanuraInunda1.jpg)

Es bastante común en la realización de distintas actividades deedificación u obra civil que sean afectados cursos de agua, cauces ymárgenes. Para poder actuar en dichas zonas, normalmente es obligatorio la autorización de los organismos de cuencacorrespondientes al curso fluvial afectado y normalmente para suaprobación requieren un Estudio de Inundabilidad realizado por untécnico competente para un periodo de retorno comprendido entre50 y 500 años, siempre dependiendo de las características y

magnitud de las obras a acometer.

Esta guía es orientativa y está basada en el uso de las herramientas ArcGis Y HecRas aunque la actualidad otrasherramientas que nos pueden llevar con precisión a la realización de nuestro estudio.

Como en la mayoría de proyectos y estudios, una buena práctica es recopilar toda la información necesaria antesde proceder a realizar los cálculos pertinentes.

¿Que información vamos a necesitar?Es muy recomendable situar la zona donde se localizarán las obras en un Mapa Topográfico Nacional a escala1:50:000, para poder observar desde una buena perspectiva la amplitud de la cuenca perteneciente al curso deagual del que realizaremos nuestro estudio.

También nos será útil toda la información relacionada con la zona: documentos sobre antiguas inundaciones que sehayan producido en el pasado, estudios de inundabilidad en la misma zona o lugares adyacentes, cartografíatemática relativa a vegetación, usos de suelo, hidrología superficial y subterránea, estaciones metereológicas,geología, etc…

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La fiabilidad y exactitud de nuestro estudio vendrá definida en gran medida por la calidad de informacióntopográfica que dispongamos del terreno, por ello es recomendable la búsqueda de levantamientos topográficosque se hayan realizado en la zona a escala 1:000 o en su defecto 1:5000 y en caso de no existir levantamientoscon una escala precisa, recurrir a los servicios de un topográfo.

Objeto del estudioDentro de este punto es interesante señalar los motivos que han dado lugar a la realización del estudio deinundabilidad así como los antecedentes previos en caso de que los hubiera.

También es recomendable señalar las características de la zona, el tamaño del área estudiada, la amplitud de lacuenca, la longitud del cauce y cualquier consideración que consideremos relevamente para nuestro estudio.

Caracterización climática de la zonaAquí debemos realizar una breve descripción del territorio, donde se situará geográficamente el área de estudio:comarca, subcomarca, provincia, municipio, coordenadas geógraficas y/o UTM. También se señalaremos el climapredominante de la zona junto a la precipitación media anual.

Dichos datos nos serán de ayuda y nos ayudarán a justificar la estación climática que mas se adecue lascaracterísticas de la zona de estudio. Para ello , con apoyo de nuestra cartografía temática de situación deestaciones metereológicas, debemos elegir la más idonea para nuestra zona de actuación, teniendo en cuentafactores tanto como la altitud, distancia a la zona de estudio, fiablidad y la presencia de un número suficientes dedatos para realizar un análisis estadístico.

Una vez justificada la elección de la estación, recomendamos indicar dentro de nuesto informe los valores detemperaturas y precipitaciones mas relevantes.

Para calcular la Precipitación Máxima Diaria para los periodos de retorno exigidos por la Administración o la partecontratante, podemos hacer uso de las siguientes herramientas:

Distribución Gumbel:

Esta distribución es utilizada para calcular valores extremos.

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/gumbel.jpg)

X: Precipitación máxima diaria en 24 horas correspondiente al período de retorno T.

T: Periodo de retorno.

ΔX: Desviación típica de los datos de precipitaciones máximas disponibles.

Yn: Factor que depende del número de datos disponibles.

Δn: Factor que depende del número de datos disponibles.

Distribución SQRT_ET MAX:

http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/gumbel.jpg

Es un modelo desarrollado específicamente para el análisis de Precipitaciones Máximas Diarias, conduciendo avalores más conservadores que los obtenidos mediante la ley de Gumbel.

F(x) : Probabilidad de ocurrencia de una determinada tormenta.K: Parámetro de escala.α: Parámetro de frecuencia.

Cálculo de K y α:

Para su cálculo se parte de la función de máxima verosimilitud:

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/DistSQR2.jpg)

Donde:


Siendo:

xi: El valor i de precipitación.

La función de máxima verosimilitud L se deriva respecto de α y se iguala a 0, para obtener el valor de k en funciónde α:


Con este valor de κ se obtiene el valor de α que maximiza la función de máxima verosimilitud L. Quedando definidala función de distribución F(x) para una serie de valores conocidos de precipitaciones máximas.

Precipitaciones Máximas según las “Máximas lluvias diarias en la EspañaPeninsular”:

http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/DistSQR3.jpg



Es una publicación que partiendo de una selección de estaciones pluviométricas, recopila sus datoscorrespondientes a las máximas lluvias diarias y realiza una modelación estadística de las series anuales demáximas lluvias diarias obteniendo una estimación regional de parámetros y cuantiles.

Como valor de cálculo de Precipitación Máxima Diaria, recomendamos tomar el más desfavorable de los 3,aunque también se puede realizar la media aritmética de los tres valores obtenidos.

Obtención de las cuencas de estudioPara el desarrollo de este punto, entre las diferentes aplicaciones informáticas que existen en la actualidad para laelaboración de dichas cuencas, se encuentra la extensión ArcHydro Tools de la aplicación informática ArcGis.

Inicialmente elaboraremos un MDT (Modelo Digital del terreno) a partir de la cartografía en 3D del área de estudio.Para ello utilizaremos la herramienta 3D Analyst de ArcGis.

Una vez obtenido el MDT del área de estudio, procederemos a ajustarla a la red de drenaje mediante laherramienta DEM reconditioning que se encuentra en el desplegable de la herramienta Terrain preprocesing.

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/Imagen2.jpg)

Una vez acoplada la red hidrográfica a nuestro terreno, procederemos al rellenado de huecos (sumideros) mediantela herramienta Fill Sinks. Este paso no es obligatorio, pero es recomendable para evitar errores durante eldesarrollo del proceso.

http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/Imagen2.jpg



El siguiente paso es la creación de una capa que analizará la dirección en la cual se reconducirá la red de drenajeen todo el área de interés. Para ello utilizaremos la herramienta Flow direction.

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/Imagen5.jpg)Una vez obtenida la dirección del flujo,procederemos a calcular para cada celda la cantidad de agua que fluye dentro de la misma, desde todas las celdasque drenan hacia ella. Utilizaremos la herramienta FlowAccumulation.




La siguiente herramienta que utilizaremos será StreamDefinition, para definir la red de la cuenca de drenaje.


Seguidamente dividiremos las corrientes de la red de drenaje en segmentos mediante la herramientaStreamSegmentation.





Después de realizar esta serie de pasos, ya estamos preparados para tener las áreas de agregación de drenajemediante la herramienta Catchment Grid Delineation que creará un raster donde cada pixel tiene el valor del áreade captación al que pertenece.


El raster obtenido en el punto anterior lo convertiremos en vectorial mediante la herramientaCatchmenpolygonprocessing.


Por último, mediante la herramienta Drainage Line procesing dibujaremos el drenaje superficial.






También es posible agregar las áreas de captación mediante la herramienta AdjoinCatchmenprocesing.


Calculos hidrológicosEl análisis hidrológico se efectuará por el método mas adecuado a la extensión y características de la cuenca,siendo el método hidrometeorológico con las modificaciones realizadas por Témez (1991) para ampliar su campode aplicación a cuencas de hasta 3000 Km², uno de los más utilizados.

Este método será válido siempre que se cumplan las siguientes condiciones:

Si no se requiere conocer de forma detallada la evolución temporal de la onda de avenida (hidrograma), siendosuficiente el dato del caudal punta, el Método Racional es un método válido de estimación de la punta delhidrograma real.Si no se requiere conocer de forma detallada la evolución temporal de la onda de avenida (hidrograma), siendosuficiente el dato del caudal punta, el Método Racional es un método válido de estimación de la punta delhidrograma real.

En definitiva, el método permite la determinación del caudal máximo de avenida a partir de la pluviometría, de lascaracterísticas geomorfológicas de las cuencas, del tipo de utilización del suelo y de la situación geográfica.



Caudal

El caudal de referencia Q en el punto en el que desagüe una cuenca o superficie se obtendrá mediante la fórmula:

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/caudal.jpg)Siendo:C: el coeficiente medio de escorrentía de la cuenca o superficie drenada.A: su área, salvo que tenga aportaciones o pérdidas importantes, tales como resurgencias o sumideros, en cuyocaso el cálculo del caudal Q deberá justificarse debidamente.I: la intensidad media de precipitación correspondiente al período de retorno considerado y a un intervalo igual altiempo de concentración.K: un coeficiente que depende de las unidades en que se expresen Q y A, y que incluye un aumento del 20 % en Qpara tener en cuenta el efecto de las puntas de precipitación.

Intensidad media de precipitación

La intensidad media It (mm/h) de precipitación a emplear en la estimación de caudales de referencia por métodoshidrometeorológicos se podrá obtener por medio de la siguiente fórmula:

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/Imagen14.png)

Siendo:

I1 (mm/h): la intensidad horaria de precipitación correspondiente a dicho período de retorno. El valor de la razónI1/Id se podrá tomar (Mapa de isolineas).t (h): la duración del intervalo al que se refiere I, que se tomará igual al tiempo de concentración.Ka: coeficiente de reducción areal. Para tener en cuenta la no uniformidad espacial de la lluvia, hay que afectarlapor un coeficiente de reducción areal si la superficie de la cuenca es mayor de 1 km².


http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/caudal.jpg

http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/Imagen14.png


Tiempo de concentración

En el caso normal de cuencas en las que predomine el tiempo de recorrido del flujo canalizado por una red decauces definidos, el tiempo de concentración T(h) relacionado con la intensidad media de la precipitación se podrádeducir de la siguiente fórmula:

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/tiempoConcentracion.jpg)

Siendo:

L (km): la longitud del cauce principal.

J (m/m): su pendiente media.

Coeficiente de escorrentía

El coeficiente C de escorrentía define la proporción de la componente superficial de la precipitación de intensidad I,y depende de la razón entre la precipitación diaria Pd correspondiente al período de retorno y el umbral deescorrentía Po a partir del cual se inicia ésta.

Si la razón Pd/Po fuera inferior a la unidad, el coeficiente C de escorrentía podrá considerarse nulo. En casocontrario, el valor de C podrá obtenerse de la siguiente fórmula.




http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/tiempoConcentracion.jpg

Las cuencas heterogéneas deberán dividirse en áreas parciales cuyos coeficientes de escorrentía se calcularán porseparado, reemplazando luego el término C·A de la fórmula de cálculo por sumatorio de (C·A).

El umbral de escorrentía Po se podrá obtener de la siguiente tabla multiplicando los valores en ella contenidos porel coeficiente.


Este coeficiente refleja la variación regional de la humedad habitual en el suelo al comienzo de aguacerossignificativos, e incluye una mayoración (del orden del 100 %) para evitar sobrevaloraciones del caudal dereferencia a causa de ciertas simplificaciones del tratamiento estadístico del método hidrometeorológico, el cual hasido contrastado en distintos ambientes de la geografía española. Para el uso de la tabla anterior los suelos seclasificarán en los grupos de la siguiente tabla, en cuya definición interviene la textura.




Los núcleos urbanos, edificaciones rurales, caminos, etc., no se tendrán en cuenta donde representen unaproporción despreciable del área total. En su caso, deberán diferenciarse las proporciones de los distintos tipos desuelo, atribuyendo a cada una el valor correspondiente de Po. Deberán tenerse en cuenta las modificacionesfuturas previsibles en la cuenca, tales como urbanizaciones, repoblaciones, cambios de cultivos, supresión debarbechos, etc.

Si no se requiriera gran precisión, podrá tomarse simplificadamente un valor conservador de Po (sin tener quemultiplicarlo luego por el coeficiente corrector) igual a 20 mm, salvo en cuencas con rocas o suelos arcillosos muysomeros, en las que se podrá tomar igual a 10 mm.


Especial interés práctico tiene la estimación indirecta de Po basada en información sobre crecidas ordinarias; enrelación con este método, conviene tener en cuenta que:



Se puede determinar el orden de magnitud de los caudales en función de los niveles del agua en el cauce al pasode avenidas habituales, conocidos en general por los ribereños al menos de forma aproximada. Datos de estanaturaleza muy característicos son en algunos casos el número de años en los que permanece seco el curso deagua, o bien la frecuencia con la que producen desbordamientos del cauce principal.

Los resultados del cálculo de caudales de avenidas habituales o de pequeño período de retorno son muysensibles a las variaciones de Po, y por ello es suficiente una información aproximada de dichas avenidas paradeterminar satisfactoriamente Po.

Cálculos hidráulicosEntre las diversas aplicaciones para dichos cálculos una de las más fiables y precisas es el uso simultáneo de laextensión HecGeoRas de ArcGis y el programa HecRas.

La extensión HecGeoRas se utiliza con el objetivo de realizar un pretratamiento de los datos disponibles para laejecución del modelo hidráulico. Concretamente para generar un archivo de la geometría del cauce con informaciónsobre las diferentes secciones transversales a lo largo del tramo estudiado, estructuras hidráulicas y otros atributosfísicos necesarios para el estudio detallado de dicho cauce.

Una vez obtenida esta información se exporta a la aplicación informática HecRas y se procede a determinar lasáreas inundables obteniendo la sección ocupada por los caudales calculados en el punto anterior para cada puntode conexión tenido en cuenta.

Fuentes de datosLas fuentes de datos fundamentales para la modelación hidráulica son dos: la geometría del cauce y susinmediaciones; y los caudales de crecida obtenidos desde la modelación hidrológica.

La geometría básica de los cauces se extrae desde una cartografía digital oficial a escala 1:1.000. Las posicionesde los bancos de orilla y la tipología del recubrimiento del lecho para la obtención de los coeficientes n de Manningse recopilaron mediante visita de campo y cartografía geomorfológica de detalle, delimitándose los canales decauces llenos (bankfullchannel).



Metodología

El archivo de la geometría que se exportará a HECRAS contendrá información sobre las seccionestransversales, estructuras hidráulicas, márgenes de ríos y otros atributos físicos de dichos cauces.

El tratamiento previo con HECGeoRAS implica la creación de estos atributos en losSIG, y luego exportarlos al archivo de la geometría HECRAS. En HECGeoRAS, cada atributo se almacenaen distintas capas.

Por tanto, antes de crear la geometría del cauce es necesario crear varias capas vacias utilizando elmenú RAS Geometría en la barra de herramientas HECGeoRAS. Esta herramienta nos permite crear las capasindiviudalmente o crearlas todas de una vez.

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Creación del cauce principal

Lo primero que haremos será dibujar la geometría del cauce ayudandonos por medio de una ortofoto de la zona.Para ello seleccionaremos la capa river y ayudandonos del editor de capas que posee ArcGis la dibujaremos.


Una vez digitalizado el cauce se debe asignar un nombre al río. Para ello utilizaremos la herramienta proporcionadapor HecGeoRasAssignRiverCode/ReachCode


El siguiente paso es la creación de los “banks”, que delimitarán el cauce principal frente a las llanuras deinundación, en este punto se ha de ser muy cuidadoso, ya que la posición donde pongamos los “banks” tendrá unarepercusión en en el cálculo de la rugosidad, ya que HECRAS trata de diferente forma alcance principal que a lasllanuras de inundación. Se da el caso que una misma sección con los mismos coeficientes de rugosidad obtendríauna rugosidad media diferente colocando los “banks” en distintas posiciones.


El siguiente paso es la creación de los “Flowpaths”, que indican las zonas por donde preveemos que el aguacirculará preferentemente por el cauce principal y las dos llanuras de inundación. Los “Flowpaths” serán utilizadospor HECGeoRAS para determinar las distancias entre secciones tanto en el cauce principal como en las llanurasde inundaciones

Para la creación de la línea central podemos tomar como referencia el cauce del río, para ello utilizaremos lasiguiente utilidad: Flow Path Centerline.

Una vez obtenida la línea central procederemos a obtener la geometría de las líneas exteriores mediante el editorde ArcGis.







Por último asignaremos la trayectoria del flujo mediante la herramienta AssignLineTypebutton.

(http://selvitecum.com/blog/wpcontent/uploads/2014/09/Imagen26.png)

El próximo paso es la creación de las secciones transversales. La elección de los puntos donde ubicaremos lasmismas debe tener en cuenta los siguientes aspectos.

Debemos recoger información de puntos singulares como por ejemplo estrechamientos.

La separación de las secciones estará en función de la uniformidad de la geometría: a más uniformidad másdistancia entre secciones.

En los sitios donde preveamos una inestabilidad en el flujo (p.e cambio brusco en el fondo del lecho) nos interesaráobtener secciones con poca separación entre ellas ya que eso influirá positivamente en la estabilidad del modelo.

Para la elaboración de dichas secciones en primer lugar utilizaremos el editor de ArcGis y la herramienta CreateCross Section.


Hasta aquí tenemos los elementos básicos que nos caracterizan el cauce de estudio, aunque HecGeoras tambiénnos permite introducir puentes, áreas inefectivas de flujo, obstáculos, etc….

Una vez obtenida la geometría del cauce de estudio procederemos a exportarla a HecRas mediante la siguientesecuencia de comandos: RAS Geometry —> Export GIS Data.

Desarrollo de un modelo hidráulico en HecRasPara el desarrollo de dicho modelo deben darse los siguientes pasos:

1. Crear un proyecto nuevo.2. Introducir los datos geométricos.3. Introducir los datos hidráulicos, caudal y las condiciones de contorno.4. Crear un plan seleccionando unos datos hidráulicos y una geometría.

Al ejecutar el programa es posible que aparezca la siguiente la ventana:




http://selvitecum.com/blog/wp-content/uploads/2014/09/Imagen26.png


Esto significa que la configuración regional de nuestro ordenador usa la coma como separación de miles, por lo quedeberemos cambiarla a un punto, ya que HECRAS solo trabaja con la configuración americana.

Comenzar un nuevo proyecto

Para comenzar a trabajar es necesario crear un nuevo proyecto, seleccionando File/New Proyect.

Creamos o seleccionamos una carpeta donde crear nuestro nuevo proyecto y lo creamos colocando un nombre en“Title” y un nombre en “File name” con la extensión prj.


Cambiar el sistema de unidades

Seleccionamos Options/Unitsystem (US customary/ SI).


Aparecerá la siguiente ventana:


Introducir datos geométricos





En este paso importaremos la geometría creada en el punto anterior. Para ello seleccionamos Edit/Geometric dataen la barra de herramientas. Una vez abierto procedemos a importar la geometría.


También es posible introducir manualmente la geometría del cauce, para ello realizaremos los siguientes pasos:

1. Seleccionamos Edit/ Geometric Data.2. Una vez dentro de esta ventana seleccionamos el icono “RiverReach”.




Una vez activada la opción anterior el puntero del ratón se convertirá en un lápiz y una vez dibujado el caucesaltará una ventana donde debemos introducir el nombre del río y del tramo.

Introducción de los datos de las secciones transversales1. En la ventana Geometric Data seleccionamos el icono Cross Section. Aparecerá una ventana con un espacio en

blanco.2. Para introducir la primera sección transversal seleccionamos Options/ Add new cross section. Aparecerá una

ventana pidiendo un identificador para la sección transversal y deberemos introducir un número querepresentará su posición relativa respecto a las demás secciones.

3. El orden como se ordenarán las secciones es de aguas arriba las que tienen números mayores y aguas abajolas que tienen menor número.

4. Si se desea se puede incluir una descripción en el campo “Description”.Construir la sección transversal introduciendo la abcisa en “Station” y la cota en elevation. Si se trata de unasección simétrica es conveniente considerar el 0 de las abcisas con el eje del canal.

Interpolar secciones transversales1. En la ventana Geometric Data seleccionamos Tools XS/interpolation.2. Aparecerán dos opciones : “Within a Reach” (dentro de un tramo) y “Beetwen 2XS s” (entre dos secciones

transversales).3. Cada sección interpolada aparecerá con un asterisco después del número de identificación.4. Todas las características de las secciones se interpolan incluyendo el número de Manning.

Introducción de datos hidráulicos1. Seleccionamos Edit/Stady Flow Data.2. Aparecerá una ventana que nos permitirá:

Definir un número de perfiles diferentes (hasta 2000), a los cuales podemos asociar diferente caudal.Definir las condiciones de contorno.

Definir las condiciones de contorno

Las condiciones de contorno admitidas son:

Nivel de agua conocido (Known W.S), adecuada si se conoce algún nivel en alguna sección transversal.Calado crítico (Critical Deph), adecuado si existe alguna sección de control.Calado normal (Normal Deph), adecuado donde el flujo se aproxime al uniforme.Curva de gasto (Rating Curve), adecuado si existe una sección de control con una relación entre caudal y caladofija.

Crear un plan y ejecutar una simulación

Para realizar una simulación hidráulica es necesario crear un plan que incorpore un fichero de datos de geometría yotro de datos hidráulicos. Para ello seleccionaremos el icono Run/Stady Flow analysis.Aparecerá una ventana donde podemos introducir el identificador, en caso de no hacerlo aparecera por defecto.

Seleccionamos un fichero de datos hidráulicos y otro geométrico existente.Seleccionamos el régimen de flujo que esperamos encontrar. Si no estamos seguros se recomienda utilizarMixed.

Salida de resultados

Una vez ejecutada la simulación correctamente, se pueden ver los resultados de varias maneras. Dentro del menúView se tienen las siguientes opciones que son también visibles a través de iconos.


Secciones transversales (Cross section)

En el menú View o seleccionando el icono correspondiente aparece la siguiente ventana:


En el menú “Options” existen muchas posibilidades para personalizar esta gráfica, como por ejemplo:

Elegir el Plan.Elegir el Perfil.Ver o no secciones interpoladas.Elegir las variables para ver.

Perfiles de las láminas de agua

En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparecerá la siguiente imagen:





De nuevo en el menú “Options” tenemos todo tipo de posibilidades similares a las que tenemos con las seccionestransversales. Es posible incluso hasta cambiar la escala de ambos ejes.

Gráficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil

En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparecerá el siguiente perfil:


Podemos elegir ver varías gráficas estándar a lo largo de todo el perfil seleccionando entre las opciones del menú“Estándar Plots”, entre las cuales tenemos:

Velocidad ( velocity).Caudal (Flow).Área de la sección transversal (Area).Coeficiente de Manning ponderado ( Weighted n).Número de Froude (#F).Calado hidráulico (Hydraulic depth).Tensión de corte (Shear).Área de la superficie (Surface area).Volumen de agua (Volume).Potencia de flujo (Stream power).

También es posible definir gráficas personalizadas eligiendo cualquier parámetro calculado del problema. Todas lasgráficas es posible visualizarlas en formato tabla, seleccionando la pestaña Table.



Ver curvas caudalcalado de cada perfil

En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparecerá la siguiente ventana:


Ver dibujos en perspectiva

En el menú View o seleccionando el icono correspondiente nos aparecerá la siguiente imagen:


Aquí, en el menú “Options” también podemos seleccionar el plan, perfil (uno, varios o todos), realizaracercamientos, animaciones, etc. En la ventana también es posible configurar la vista cambiando el ángulohorizontal (Rotation angle) o el ángulo vertical (Azimuth angle).

Ver tablas de detalle

En el menú View o seleccionando el icono correspondiente nos aparecerá la siguiente ventana.





Aquí se ve un resumen de los parámetros hidráulicos de cada una de las secciones, dándonos la opción de incluirlas notas de aviso, error en la misma ventana y cambiar el sistema de unidades para su visualización.

Ver tabla de resumen

Al igual que en las opciones anteriores, en el menú View o seleccionando el icono correspondiente nos aparecerála siguiente ventana:


Mensajes

Una vez ejecutada la simulación, el programa genera un registro de incidencias que se clasifican en:

Errores (Errors): los mensajes de error son enviados únicamente cuando han surgido problemas que hanimpedido que la simulación se complete.Avisos (Warnings): los avisos dan información al usuario sobre incidencias que pueden exigir o no acciones decorrección. Cuando aparecen estos mensajes, el usuario debe revisar los resultados de los cálculos hidráulicosde la sección afectada para asegurarse de que sean razonables. A veces pueden ir acompañados de algunasugerencia que puede hacer desaparecer este mensaje en simulaciones futuras.



Los problemas mas comunes que suelen aparecer en los mensajes son los siguientes:

Secciones demasiado espaciadas.Secciones que comienzan o terminan a una cota demasiado baja.Cota inicial de la lámina de agua incorrecta para el régimen especificado.Datos de la sección transversal incorrectos.

Traducción de los avisos mas comunes:

“Divided flow computer for this section”: Fue calculado flujo dividido en esta sección.“The velocity head has change by more 0,5 ft (0,15m). This may indicate the need for adictional cross sections”:La altura de velocidad ha cambiado mas de 0,15m, lo que puede indicar la necesidad de seccionestransversales adicionales.“The energy loss was greater than 1.0 ft (0,3 m) between current and previus cross section. This may indicatethe need for adictional cross sections”: La pérdida de carga fue mayor a 0,3 m entre las secciones transversalesactual y anterior, lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales adicionales.“The coveyance ratio (upstream coveyance divided by downstream coveyance) is less than 0,7 or greater than1,4. This may indicate the need for additional cross sections”: La pérdida de carga fue mayor que 0,3 o mayorque 1,4, lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales adicionales“During the estándar step interations, when the asumed the water surface was set equal to critical deph, thecalculated water surface came back below critical deph. This indicates that there is not a valid subcritical answer.The program defaulted to critical deph”. En las iteraciones del método del paso estándar, cuando la superficielibre fue asumida igual al calado crítico, la superficie calculada arrojó valores inferiores a los del calado crítico.Esto índica que no existe una respuesta subcrítica válida. El programa colocó calado crítico.“The energy ecuation could not be balanced within the specified number of iterations. The program selected dewater surface that had the least amount of error between computed and assumed values”. La ecuación deenergía no pudo ser balanceada con el número especificado de iteraciones. El programa eligió la superficie libreque tuvo el mínimo error entre los valores calculados y asumidos.

Opciones avanzadasIntroducir puentes

Para introducir un puente, en la ventana “Geometric data”, seleccionamos el icono “Brdg.Culv”, nos pedirá elnúmero de la posición donde se encuentre el puente. Los elementos que conforman un puente son el tablero(Deck/ Roadway), las pilas (Pier) y los estribos (Sloping Abutmen).

Las características del tablero se introducen en la ventana “Bridge culvert data”, icono “Deck/Roadway”. Debemosintroducir los siguientes datos:

Distance: distancia desde la cara aguas arriba del puente hasta la sección de contigua.With: ancho del tablero.Weir coef: coeficiente de vertedero que se usará para el cálculo de flujo por encima (por defecto 1,44).Cotas superiores (high chord) e inferiores (low chord) del tablero a diferentes abcisas (Station). Si estos datosson iguales en aguas arriba y aguas abajo del puente pueden introducirse los datos en las 3 primeras columnasy copiarlas usando el icono “Copy US to DS”.US Embankment: inclinación total del talud de aguas arriba en relación H:V.US Embankment: inclinación del talud aguas debajo.

Las características de la pila se introducen en la ventana “Bridget Culver data”, icono “Pier”. Los datos quedebemos introducir son:

Pier #: número de pila, para introducir más de 1 seleccionar Add.Centeliner Station Upstream: abcisa del eje de la pila aguas arriba.Centeliner Station Downstream: abcisa del eje de la pila aguas abajo.Pier width: Ancho de la pilaElevation: Cota hasta que la pila tiene el ancho indicado.

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Las características de los estribos se introducen en la ventana “Bridget Culvert Data”, icono “Sloping Abutment”.Debemos introducir:

Abutment #: número de estribo.Station (abcisa) y elevation (cota).

Si por último no se desea que el programa utilice un método de cálculo establecido por defecto para analizar lassimulaciones, es necesario introducir uno o varios alternativos.

Definir áreas inefectivas

Las áreas inefectivas de flujo son áreas de la sección transversal que no influyen activamente al transporte decaudal, es decir, se considera que la velocidad del agua es nula. La diferencia con un límite físico es que el áreainefectiva no agrega perímetro mojado al flujo.

Para definir áreas inefectivas, en la ventana “Geometric Data”, seleccionar el icono “Cross section” y una vezposicionados en la sección donde se quiere crear un área inefectiva, seleccionar Options/Inefective Flow areas.

Introducir Culverst

Las características del tablero se introducen en la ventana “Bridget/Culvert data”, icono “Deck/Roadway”. Se debeintroducir:

Distancia desde la cara de aguas arriba del tablero hasta la sección posterior.Width: ancho del tablero (m).Weir coef: coeficiente del vertedero (1,44 por defecto).Cotas superiores (high chord) e inferiores (low chord) del tablero a diferentes abcisas (Station). Si estos datosson iguales en aguas arriba y aguas abajo del puente pueden introducirse los datos en las 3 primeras columnasy copiarlas usando el icono “Copy US to DS”.US Embankment: inclinación total del talud de aguas arriba en relación H:V.US Embankment: inclinación del talud aguas abajo.

Las carácterísticas de la tubería se introducen en la ventana “Bridget Culvert Data”, icono Culvert. Debemosintroducir:

Shape: a elegir entre 9 formas estándar.Span: ancho o diámetroChart #: número de cartaScale #: número de escala.Distance to up strm XS: Distancia a la sección transversal de aguas arriba.Curvert length: longitud de las tuberías.Lost coeff: coeficiente de pérdida de carga a la entrada.Exit lost coeff: coeficiente de pérdida de carga a la salida.

Introducción de Culverts:

Mannings for Top: coeficiente de Manning para la parte de arriba de la tubería.Manning´s for Bottom: coeficiente de Manning para la parte de debajo de la tubería.Depth to use Bottom n: calado a partir del cual se usa el coeficiente de Manning abajo.Depth blocked: calado inefectivo por acumulación de sedimentos o rellenado.Upstream Invert Elev: cota de invert de aguas arriba.Downstream Invert Elev: cota de invert de aguas abajo.Centerline stations: abcisas de los ejes de las tuberías, aguas arriba y aguas abajo.

Encauzamientos

Los encauzamientos (Encroachments) se utilizan para definir las vías de intenso desagüe (FloodwayEncrochments). Para ello es necesario ejecutar una simulación con las condiciones naturales del cauce y luego esrecomendable crear varias simulaciones con diferentes métodos.

Equal Conveyance Reduction: cuando está seleccionada buscará una opción que disminuya el transporte aambos lado del cauce.Left bank offset: distancia en metros que puedo apartarme de la margen izquierda del cauce para encontrar unasolución al encauzamiento.Rigth bank offset: distancia en metros que puedo apartarme de la margen derecha del cauce para encontrar unasolución al encauzamiento.Upstream RS y Downstream RS: secciones aguas arriba y aguas abajo donde quiero realizar el encauzamiento.Left Rigth Station: abcisa de la sección central donde quiero definir el encauzamiento para el lado izquierdo. Fixed Top Witdth: ancho máximo de la parte superior de la lámina de agua fijado para definir el encauzamiento.Target k Reduction: reducción máxima de transporte que permito para definir el encauzamiento.Target WS (EG) Changed: cambio máximo de la altura de la lámina de agua (nivel de energía) que permito paraencontrar una solución.Set Selected Range: aplica los valores límites definidos a las secciones del tramo seleccionado.

Levees

En ocasiones las secciones transversales tienen varias cotas bajas. El programa cuando realiza las simulacionescomienza a llenar primero todas las depresiones de la sección transversal. Los levees son una especie de diqueslongitudinales artificiales que se colocan para indicarle al programa que hay una vía preferente de desagüe. Deesta manera el programa empezará primero a llenar primero el cauce principal, hasta que se llegue a la cota dellevee, a partir de la cual comenzará a llenar la parte situada al otro lado del leeve.

Introducir estructuras en línea

Las estructuras en líneas son las que se encuentran cortando el flujo perpendicularmente, es decir, coincidiendocon alguna sección transversal.Para introducir una estructura en línea, dentro de la ventana “Geometric data”, seleccionaremos el icono “Inlinestructure”. Seguidamente, seleccionamos Options/ Add a Inline Structure y se nos pedirá un identificador asignadoa la estructura que servirá para posicionarla dentro del tramo del cauce de estudio

Podemos elegír el río (River), el tramo (Reach) y en la opción “Pilot flow” nos permitirá introducir un caudal. En lamisma ventana existe un icono “Weir/Embankment” cuya utilidad es introducir un aliviadero o dique. Si loseleccionamos, nos aparecerá la opción “Inline Structure Wein Station Elevation Editor”.

Debemos introducir la distancia entre la estructura y la sección transversal situada aguas arriba (Distance), elancho de la estructura (Width) y el coeficiente de descarga del vertedero (Weir coef) que puede dejarse pordefecto.

En la ventana“Inline Structure Data” existe otro icono “Gate” que al seleccionarlo abrirá: “Inline Gate Editor”, dondese puede introducir el diseño de las compuertas.

Introducir estructuras laterales

Las estructuras laterales se encuentran paralelas al flujo principal del cauce, es decir, perpendiculares a lassecciones transversales.Para introducir una estructura lateral, en primer lugar debemos dirigirnos a la ventana “Geometric data”, dondeseleccionaremos el icono “Lateral estructure”. Inmediatamente el programa nos mostrará la opción “Lateralestructure editor”.

Seleccionaremos Options/Add lateral structure y Hec RAS nos pedirá el número identificador de la estructura paraposicionarla dentro del tramo del cauce objeto de estudio. En el icono “Weir/Embankment”, nos abrirá la ventana“Lateral Weir Embankment”y deberemos introducir:

Distancia desde la estructura hasta la sección de aguas arriba (Distance to Upstream XS).El ancho del vertedero (Weir Width) en metros.La referencia del flujo por vertedero (Weir flow reference), donde puede elegirse la lámina de agua (Watersurface) o línea de energía (Energy grade).El coeficiente de vertedero (Weir coefficient).

En la zona de coordenadas (Weir Station and Elevation) podemos definir la barrera lateral. También existe laopción de introducir orificios de compuertas y de culverts e incluso una derivación del caudal a través de la curvacaudalcalado que hay que introducir previamente.

Introducir obstrucciones al flujo

En algunas ocasiones, es necesario bloquear el paso del agua en una zona de la sección, normalmente aguasarriba de alguna estructura. Los pasos a seguir serán los siguientes:

1. Nos situamos en la ventana “Geometric data”, seleccionando el icono “Cross section”.2. Nos posicionamos en la sección transversal donde se quiere colocar la obstrucción y seleccionamos

Options/Obstructions.3. Aparecerá la ventana “Obstructer areas”, donde nos permitirá introducir una obstrucción normal (una a cada

lado) o una de múltiples bloques (Multiple Blocks).La primera opción exige una abcisa (stations) y una cota (elevations) a ambos lados o uno de ellos.La segunda opción existe abcisas de comienzo y final (Star station) y (End station) y cota (Elevation) para cadabloque.

Exportación de datosPara llevar a cabo este paso, seleccionamos “File” y posteriormente “Export Gis data”.



La extensión HecGeoRas de ArcGis,nos aporta una herramienta para leer los datos importados de HecRas.


Seleccionamos el archivo generado desde la aplicación informática HecRas y la pasamos a un formato para podertrabajar con ArcGis.


Dentro de la barra de herramientas HecGeoRas, seleccionamos la opción “Ras Mapping” y posteriormente “LayerSetup“.






Leemos la información introducida en el punto anterior mediante la opción “Read Ras Gis export File” dentro de“Ras Mapping”.


Por último obtenemos la llanura de inundación a través de la herramientas presentes en “Inundationmapping”dentro de “RAS mapping”.




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Una vez finalizados todos estos pasos tendremos nuestro Estudio de Inundabilidad finalizado. Nosotros solo hemosutilizado algunas de las herramientas que nos ofrecen estos programas, pero existen muchas más muyinteresantes que mostraremos en las siguientes guías que publiquemos.

Esperamos que os sea de utilidad esta guía :).

ArcGis (http://selvitecum.com/blog/tag/arcgis/) • Estudio Hidrológico (http://selvitecum.com/blog/tag/estudiohidrologico/) • Estudio Inundabilidad

(http://selvitecum.com/blog/tag/estudioinundabilidad/) • Guía (http://selvitecum.com/blog/tag/guia/) • HecRas (http://selvitecum.com/blog/tag/hecras/)

http://selvitecum.com/blog/tag/hec-ras/

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