Manual Para La Modelación de Flujos con Flo-2D (Versión 2004)

MANUAL PARA LA MODELACIร N DE FLUJOS CON FLO-2D (versiรณn 2004)

MANUAL PARA LA MODELACIÓN DE FLUJOS CON FLO-2D (versión 2004)

ÍNDICE 1.

INTRODUCCIÓN Y ASPECTOS GENERALES

2.

DESCRIPCIÓN DE LAS DIFERENTES INTERFACES

2.1.

2.2.

2.3.

3.

INTERFAZ INICIAL INTERFAZ GDS (Grid Developer System) INTERFAZ MAPPER

EJEMPLOS DE MODELACIÓN

3.1.

MODELACIÓN DE FLUJOS ACUOSOS A PARTIR DE UNA SERIE DE PRECIPITACIÓN MODELO / HISTÓRICA (MFA-rainfall)  FASE 1 (MFA-rainfall) – Pre-procesado de datos  FASE 2 (MFA-rainfall) – Proceso de modelación  FASE 3 (MFA-rainfall) – Post-procesado de datos

3.2.

MODELACIÓN DE FLUJOS ACUOSOS A PARTIR DE LA ENTRADA DE UN FLUJO POR UN PUNTO DETERMINADO DEL ÁREA DE ESTUDIO (MFA-inflow)  FASE 1 (MFA-inflow) – Pre-procesado de datos  FASE 2 (MFA-inflow) – Proceso de modelación  FASE 3 (MFA-inflow) – Post-procesado de datos

3.3.

MODELACIÓN DE FLUJOS HIPERCONCENTRADOS Y FLUJOS DE DETRITOS A PARTIR DE LA ENTRADA DE UN FLUJO POR UN PUNTO DETERMINADO DEL ÁREA DE ESTUDIO (MFD-inflow)  FASE 1 (MFD-inflow) – Pre-procesado de datos  FASE 2 (MFD-inflow) – Proceso de modelización  FASE 3 (MFD-inflow) – Post-procesado de datos

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1. INTRODUCCIÓN Y ASPECTOS GENERALES El software FLO-2D es un complejo programa que permite modelar flujos acuosos y flujos acuosos con un determinado porcentaje de carga sólida a lo largo de una superficie de terreno, o cuenca hidrográfica, previamente delimitada. El programa permite tener en cuenta muchos de los parámetros que determinan el comportamiento de este tipo de flujos, tanto los que condicionan la cinemática del propio flujo (naturales y antrópicos) como los referentes a la potencial carga sólida que éste pueda transportar en el caso que se pretenda modelar un flujo hiperconcentrado o un flujo de detritos.

Los parámetros principales que controlan el modelo son:       

Coeficiente de Manning.

Número de Froude.

Concentración de carga sólida y distribución de la misma a lo largo del proceso modelado.

Parámetros reológicos de los sedimentos (viscosidad y concentración) y granulometría.

Datos topográficos.

Datos de distribución y morfología de la red hidrológica.

Datos de distribución y morfología de estructuras antrópicas.

El programa permite modelar diferentes tipos de procesos de inundación en función del escenario inicial y de los datos de entrada disponibles. Las posibilidades de modelación que se van a proponer en el presente manual son las siguientes:   

Modelación de Flujos Acuosos a partir de una serie de precipitación modelo / histórica (MFA-rainfall).

Modelación de Flujos Acuosos a partir de un flujo de entrada determinado en un punto de la cuenca determinado. Esta opción permite introducir variaciones temporales de caudal (MFA-inflow).

Modelación de Flujos hiperconcentrados y flujos de Detritos a partir de un flujo de entrada determinado en un punto de la cuenca determinado (MFD-inflow). Esta opción también permite introducir variaciones temporales de caudal. En este caso también se pueden introducir valores de la concentración de la carga de sedimento del flujo estableciendo una concentración variable de carga a lo largo del tiempo de modelación transcurrido.

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2. DESCRIPCIÓN DE LAS DIFERENTES INTERFACES 2.1. INTERFAZ INICIAL Una vez abierto el software, en la interfaz inicial (figura 1) aparece una barra de herramientas horizontalsuperior donde encontramos los siguientes campos:

Figura 1. Interfaz inicial del software FLO-2D.



FILE      

NEW OPEN CLOSE SAVE SAVE AS EXIT

Estos campos son los habituales en este tipo de software. Con ellos podemos crear un nuevo proyecto, abrir uno ya creado, cerrarlo, guardarlo o guardarlo con un nombre especifico. Finalmente la última opción permite salir del programa. 

DISPLAY  DISPLAY TEXT / DISPLAY GUI Este campo muestra una interfaz donde aparecen los datos numéricos en formato “.txt” referentes a cada categoría.

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

PRE-PROCESOR  FLOENVIR: este campo permite definir variaciones espaciales de precipitación y crear y editar datos referentes a la distribución de calles y vías urbanas.  GDS (Grid Developer System): a partir de este campo se desarrolla toda la grilla (conjunto de celdas de la zona donde se va a realizar la modelación), se delimita, se insertan los datos referentes a la topografía y a la distribución de los valores del coeficiente de Manning, se definen las celdas “inflow” y “outflow” del flujo, se adjuntan los valores de caudal (en caso de modelar un flujo con un “inflow” determinado previo) y se crean y se sitúan los canales, calles, vías urbanas, estructuras hidráulicas, diques, etc.  PROFILES: este campo permite generar las secciones en caso que se modele un flujo que circula por una determinada red de canales de geometría definida.



POST-PROCESOR  HYDROG: este campo permite generar un hidrograma para cada elemento de un determinado canal.  MAPPER: este campo permite procesar gráficamente los resultados de la modelación obtenidos.  MAXPLOT: este campo permite visualizar los resultados de velocidades y profundidades de flujo.  PROFILES: este campo permite visualizar perfiles donde aparezcan la sección del canal y la superficie de flujo alcanzada.



EXECUTE  FLO-2D El campo EXECUTE es el que da la orden al software para que empiece a correr la modelación.



HELP  HELP WINDOW  COMMENT WINDOW  ABOUT FLO-2D Este campo ofrece información, a través de sus diferentes opciones, sobre cada uno de los parámetros a introducir en cada categoría y sobre la manera más adecuada de hacerlo.

En el lateral izquierdo de la interfaz inicial encontramos una barra donde aparecen las diferentes categorías de input de datos, éstas son las siguientes: 

CONT.DAT Esta es la categoría (figura 2) que rige las diferentes variables que serán consideradas para el modelo. Desde la misma se activan el resto de categorías. Las categorías a activar van en función de la cantidad y de la calidad de los datos que poseemos (grupo de figuras 3).

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Figura 2. Interfaz CONT.DAT. Esta ventana (1) nos permite definir y modificar las opciones de presentación de resultados y el tiempo de control a partir de:     

El tiempo de duración de la modelación (Simulation Time).

Los intervalos de tiempo en los que se generan y se graban los datos hidráulicos de la modelación (Output Interval).

La elección de la manera en que queremos ver representados los datos (gráfico detallado o pantalla de texto) (Graphics Display).

La elección de trabajar con el sistema métrico o no.

La elección de si queremos generar copias de los archivos generados o no (Backup File).

Esta ventana (2) nos permite definir y modificar algunos de los datos globales de modelación como:    

 

El valor de ajuste del coeficiente de Manning (n-value Adjustment).

Un valor añadido al volumen de flujo total (Bulking Concentration) en caso que éste se quiera mantener constante a lo largo de todo el tiempo de modelación.

El valor del factor de reducción de área (Area Reduction Factor) en caso que éste sea global para todas las celdas de la grilla.

El máximo valor del número de Froude para la planicie de inundación (Max. Floodplain Froude No.). Si este valor es excedido se incrementa en 0.001 los valores del coeficiente de rugosidad de Manning en el siguiente cálculo.

El valor del coeficiente de Manning para flujos superficiales (Shallow Flow nvalue) (ver tabla 1).

El valor de la profundidad de encauzamiento (Encroachment Depth) en caso que modelemos con la opción “Floodway Analysis”.

Esta ventana (3) nos permite definir y modificar la manera en la que se mostrarán los resultados de la modelación obtenidos en la planicie de inundación a partir de 5 opciones:     

Salida de datos detallada (Detailed Output).

Salida de datos detallada sin datos de salida de flujo (Detailed Output with No outflow).

Sin salida de datos de planicie de inundación (No Floodplain Output).

Sólo salida de flujo (Only Outflow).

Muestra de mensajes supercríticos (Display Supercritical File Message).

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Esta ventana (4) nos permite definir y modificar la manera en la que se mostrarán los resultados de la modelación en caso que ésta incluya canales, de lo contrario la opción permanecerá desactivada:  

Salida de datos de canal detallada (Detailed Channel Output).

Salida de datos de canal detallada sin datos de salida de flujo (Detailed Channel Output with No Outflow).

Sin salida de datos de canal (No Channel Output).



Esta ventana (5) nos permite definir y modificar si queremos que queden registrados los valores de profundidad de flujo obtenidos en la modelación y el intervalo de tiempo en el que queremos que esos archivos de datos se vayan generando. Estos datos se utilizarán durante el post-procesado de los resultados.

Esta ventana (6) nos permite escoger el tipo de gráfico que queremos que se muestre, y el tiempo de actualización de los datos en el mismo, a lo largo de la modelación. Las opciones son:   

Hidrograma de entrada de flujo en la planicie de inundación (Floodplain Inflow Hydrograph).

Hidrograma de entrada de flujo en el canal (Channel Inflow Hydrograph).

Precipitación sin hidrograma de entrada de flujo (Rainfall Without an Inflow Hydrograph).

Estas 3 ventanas (7.1 / 7.2 / 7.3) nos permiten activar o desactivar las diferentes opciones de entrada de datos en función de la disponibilidad y de la calidad de los mismos.

La activación de las diferentes opciones nos da acceso a las categorías ubicadas en el lateral izquierdo de la interfaz principal (INFLOW.DAT, INFIL.DAT, RAIN.DAT, LEVEE.DAT, EVAPOR.DAT, CHAN.DAT, XSEC.DAT, HYSTRUC.DAT, STREET.DAT, ARF.DAT, MULT.DAT, SED.DAT, OUTFLOW.DAT) Las diferentes opciones están divididas en 3 grupos de entrada: 

COMPONENTES DEL SISTEMA



PROCESOS FÍSICOS



ESTRUCTURAS DE TRANSPORTE

Grupo de figuras 3. Definición detallada de los valores introducidos en la categoría CONT.DAT.

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Tabla 1. Valor del coeficiente de Manning para flujos superficiales poco profundos de menos de 0.06 m.



TOLER.DAT Esta categoría (figura 4) permite definir los parámetros de tolerancia / estabilidad de la simulación que se va

8 Figura 4. Interfaz TOLER.DAT.

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a realizar. En ella se define la ecuación bajo la cual se regirá dicha modelación (grupo de figuras 5).

Esta ventana (8) permite definir y modificar las variables de control y tolerancia del sistema. Las opciones que nos ofrece son las siguientes: 

Elección de la ecuación matemática que regirá la modelación (Momentum Equation Selection). Tenemos 2 opciones:  “DIFUSSIVE WAVE”  “FULL DINAMYC WAVE” La elección de una u otra va en función del tipo de proceso físico que se desea modelar (ver tabla 2).



Elección de profundidad mínima de flujo a partir de la cual el modelo empieza a correr (Surface Detention).



Elección de los coeficientes de estabilidad de la onda dinámica (Dynamic Wave Stability Coeff.):  FACTOR DE PONDERACIÓN DE CELERIDAD DE LA ONDA (Weighting Factor): Controla el índice de cambio del coeficiente de estabilidad numérica asignado a cada celda. El rango de valores va del 0 al 2 (se recomiendan valores de 0.1 x (coeficiente de estabilidad mínimo)).  COEFICIENTE DE ESTABILIDAD MÍNIMO (Minimum Stability Coefficient): Es el valor mínimo del coeficiente de estabilidad numérica. Su función es limitar el valor mínimo de periodo de cálculo. Al reducirlo mejora el grado de conservación de volumen pero aumenta el tiempo de modelación y viceversa. El rango de valores va del 0.1 al 10 (se recomiendan valores de 0.1-0.2).  COEFICIENTE DE ESTABILIDAD MÁXIMO (Maximum Stability Coefficient): Es el valor máximo del coeficiente de estabilidad numérica. Su función es limitar el valor máximo de periodo de cálculo. Al reducirlo mejora el grado de conservación de volumen pero aumenta el tiempo de modelación y viceversa (se recomiendan valores de 3 x (coeficiente de estabilidad mínimo)).



Elección del valor de tolerancia (% Change in Flow Depth) para el % de cambio de profundidad de flujo en un periodo de cálculo dado. Si este valor se sobrepasa en una celda el periodo de tiempo de cálculo será reducido. Si el valor es 0 el periodo de tiempo de cálculo viene definido por los criterios iniciales del programa. Los valores se eligen para la planicie de inundación (floodplain) y para el canal (channel) en función del tipo de modelación que estemos llevando a cabo. El rango de valores va del 0.1 al 0.5.

Esta ventana (9) permite definir y modificar los tiempos mínimos y máximos (en segundos) del periodo de tiempo de cálculo. Para el mínimo se recomiendan valores de 1 s y para el máximo valores de 30 s.

Grupo de figuras 5. Definición detallada de los valores introducidos en la categoría TOLER.DAT.

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Tabla 2. Tipo de ecuación matemática recomendada en función del proceso físico que se desea modelar.



INFLOW.DAT En la categoría INFLOW se introducen los valores referentes a la entrada de caudal y al porcentaje de carga de sedimentos en caso que se quiera modelar el flujo a partir de la entrada de un flujo previo por un punto determinado.



OUTFLOW.DAT En la categoría OUTFLOW (figuras 6 y 7) se introducen los datos relacionados con las celdas por donde queremos que salga el flujo que se está modelando. Es importante definir correctamente la ubicación de estas celdas ya que, en caso de no hacerlo correctamente, el flujo generado se acumula en las zonas topográficamente más bajas de la superficie estudiada y da lugar a valores de profundidad erróneos.

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Figura 6. Interfaz OUTFLOW.DAT.

Esta ventana (10) nos indica el número de celdas que hemos considerado como celdas de salida en el GDS y su numeración. Desde aquí se pueden realizar cambios en caso que fuera necesario.

Figura 7. Numeración de las celdas de outflow.



RAIN.DAT A través de esta categoría (figura 8 y grupo de figuras 9) se introducen los parámetros de precipitación en caso que queramos que nuestra modelación se genere a partir de una lluvia determinada.

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Figura 8. Interfaz RAIN.DAT.

Esta ventana (14) nos permite definir algunas opciones de precipitación:   

Precipitación en tiempo real (Real-time Rainfall): permite modelar precipitaciones en movimiento a tiempo real.

Valores de reducción de profundidad-área (Depth-Area Reduction Values): permite establecer valores de reducción en la cantidad de precipitación recogida por cada celda de la grilla.

Permite modelar tormentas en movimiento.

Esta ventana (15) permite introducir los valores de precipitación modelo / histórica a partir de la cual vamos a realizar la modelización. En una columna se introducen los valores de tiempo y en la otra los de porcentaje de precipitación acumulada.

Esta ventana (16) permite definir la velocidad y la dirección de la tormenta que se pretenda modelar.

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Esta ventana (17) permite introducir los valores de reducción de profundidad-área para cada celda.

Grupo de figuras 9. Definición de los valores introducidos en la categoría RAIN.DAT.



INFIL.DAT Esta categoría se utiliza en caso que queramos tener en cuenta la infiltración de parte de la precipitación en el terreno.



EVAPOR.DAT A partir de esta categoría podemos tener en cuenta el porcentaje de agua procedente de la precipitación que se evapora.



CHAN.DAT En esta categoría ingresamos las celdas continuas donde existe un canal bien definido.



XSEC.DAT A través de esta categoría se ingresan las secciones de los canales.



HYSTRUC.DAT Esta categoría permite el ingreso de datos referentes a estructuras hidráulicas si es que existen.



STREET.DAT Esta categoría permite ingresar datos referentes a estructuras urbanas que propicien direcciones de circulación preferentes del flujo a modelar.



ARF.DAT (Area Reduction Factor) Esta categoría permite discernir entre las celdas ocupadas por construcciones u obstáculos que puedan impedir la circulación de los flujos.



MULT.DAT Esta categoría permite ingresar múltiples canales.



SED.DAT A través de esta categoría se ingresan los parámetros físicos que caracterizan los materiales transportados por el flujo modelado.

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

LEVEE.DAT Esta categoría permite generar diques y ubicarlos en la grilla.

2.2. INTERFAZ GDS En la interfaz inicial del programa GDS (Grid Developer System) (figura 10) encontramos, ubicadas en la barra de superior, las siguientes opciones:

Figura 10. Interfaz GDS.



Barra de herramientas:

La barra de herramientas nos ofrece las siguientes opciones de izquierda a derecha: 1-Crear un nuevo documento.

2-Abrir un documento generado previamente.

3-Grabar los datos generados.

4-Zoom de pantalla completa.

5-Zoom en un área seleccionada.

6-Desplazamiento por el área de estudio.

7-Selección de un límite.

8-Inserción de puntos de elevación.

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9-Definición del límite de la superficie de estudio.

10-Selección de celdas.

11-Selección de elementos definidos por un polígono.

12-Deselección de elementos. 

FILE Las opciones principales que nos permite esta pestaña son las de crear un proyecto, abrirlo o guardarlo, la de importar o exportar información en diferentes formatos y finalmente la de salir del propio programa.



VIEW Esta opción nos permite gestionar los diferentes niveles o capas de información con los que trabajamos y escoger la manera de visualizar en la pantalla la información que nos proporciona cada uno de ellos.



DESIGN La opción DESIGN nos permite insertar o eliminar puntos de elevación en un área previamente seleccionada.



GRID La pestaña GRID contiene las herramientas necesarias para definir el tipo de grilla con la que vamos a trabajar y los valores que queremos asignar a cada uno de sus elementos. Las opciones que encontramos son las siguientes:  CREATE GRID: permite crear una grilla con un tamaño de celda específico.  SELECT: permite seleccionar y deseleccionar las diferentes celdas. Esta opción se utiliza en los procesos de delimitación o ubicación de estructuras hidrológicas (ubicación de flujos de entrada y de salida, ubicación de canales, ubicación de diques…) o antrópicas (ubicación de calles, vías de circulación, edificios…).  ASSIGN VALUES TO SELECTION: permite asignar valores de determinada información (valores de elevación, valores de coeficiente de Manning, puntos de entrada y salida de flujo…) a las diferentes celdas seleccionadas.  INTERPOLATE ELEVATIONS POINTS: permite asignar una determinada elevación a cada celda de la grilla definida a partir del MDT importado.  GREEN AMPT: permite utilizar el modelo de infiltración green-ampt.  COMPUTE MANNING COEFICIENTS: esta opción asigna un valor de coeficiente de Manning a cada celda a partir de un “shape” con la información referente a los coeficientes de Manning del área de estudio importado previamente.  DEFINE BOUNDARY GRID ELEMENTS: permite definir los límites del área que se va a modelar.

Esta acción se puede realizar punto por punto o trazando segmentos.  SELECT COMPUTATIONAL DOMAIN: esta opción permite seleccionar la región sobre la cual se va a realizar la modelación. Ésta debe ser una región cerrada, de no ser así el programa advierte del error y este se debe corregir antes de seguir adelante.

TOOLS Esta opción permite, entre otras acciones, crear calles, canales, secciones, etc.





HELP La pestaña HELP proporciona información a cerca de GDS.

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2.3.

INTERFAZ MAPPER

En la interfaz inicial de MAPPER (figura 11) encontramos, ubicadas en la barra superior, las siguientes opciones:

Figura 11. Interfaz inicial de programa paralelo MAPPER.



Barra de herramientas

La barra de herramientas nos ofrece las siguientes opciones de izquierda a derecha: 1-Zoom de pantalla completa.

2-Zoom en un área seleccionada.

3-Desplazamiento por el área de estudio.

4-Selección de un límite.

5-Esta casilla nos da 3 opciones de visualización de los datos de elevación:  GRID ELEMENT GROUND SURFACE ELEVATION: nos permite visualizar la grilla de elevación del terreno.  GRID ELEMENT GROUND SURFACE ELEVATION (COUNTOURS): nos permite visualizar los contornos de las diferentes elevaciones del terreno “suavizados” (smoothing).  GRID ELEMENT GROUND SURFACE ELEVATION (SHADED COUNTOURS): nos permite visualizar la grilla de elevación del terreno con el contorno de los diferentes polígonos “suavizado” (smoothing).

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6-Esta casilla nos da la opción de visualizar los datos de elevación del terreno en las zonas inundadas u ocupadas por el flujo modelado.

7-Esta casilla nos da 3 opciones de visualización de los datos de profundidad de flujo acumulado en la modelación  GRID ELEMENT MAX FLOW DEPTH: nos permite visualizar las profundidades de flujo acumuladas en toda el área delimitada.  GRID ELEMENT MAX FLOW DEPTH (COUNTOURS): nos permite visualizar los contornos “suavizados” (smoothing) de las áreas con acumulación de flujo.  GRID ELEMENT MAX FLOW DEPTH (SHADED): nos permite visualizar las áreas “suavizadas” (smoothing) de las de acumulación de flujo.

En la segunda y la tercera opción, si clicamos en el botón derecho del mouse, aparece una ventana (figura 12) que nos permite modificar y definir la cantidad y el valor de los intervalos de profundidad de flujo que queremos que se representen.

Figura 12. Cuadro que nos permite modificar y definir la cantidad y el valor de los intervalos de profundidad de flujo que queremos que se representen.

8-Esta casilla nos da 3 opciones de visualización de la velocidad alcanzada por los flujos:  GRID ELEMENT MAX VELOCITY: nos permite visualizar el valor de la velocidad alcanzada por el flujo en las diferentes celdas de la grilla.  GRID ELEMENT MAX VELOCITY (COUNTOURS): nos permite visualizar los contornos “suavizados” (smoothing) de las áreas con igual velocidad alcanzadas por el flujo.  GRID ELEMENT MAX VELOCITY (SHADED COUNTOURS): nos permite visualizar las áreas “suavizadas” (smoothing) con igual valor de velocidad alcanzada por el flujo.  GRID ELEMENT MAX VELOCITY (VECTORS): nos permite visualizar en forma de vectores-velocidad la velocidad alcanzada por el flujo en toda la superficie estudiada. Al clicar esta opción se nos preguntará a qué escala queremos ver estos vectores.

Clicando al botón derecho del mouse, una vez estamos sobre los gráficos de las opciones 2 y 3, también se nos permite modificar y definir la manera de mostrar los valores de representación de la velocidad de los flujos (figura 13).

Figura 13. Cuadro que nos permite modificar y definir la manera de mostrar los valores de 17 representación de la velocidad de los flujos.

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

FILE Desde FILE abrimos, importamos, exportamos, copiamos, etc. los diferentes archivos con los que queramos trabajar en MAPPER.



VIEW La opción VIEW nos permite escoger qué capas de archivos queremos visualizar y de qué manera queremos hacerlo. Las opciones que permite son similares a las del GDS.



TOOLS Esta opción nos permite aplicar algunas herramientas con el objetivo de obtener otro tipo resultados.



HELP La opción HELP, al igual que en los otros casos, nos da información sobre las diferentes opciones que nos ofrece el programa y sus posibilidades.

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3. EJEMPLOS DE MODELACIÓN (pasos a seguir) 3.1. MODELIZACIÓN DE FLUJOS ACUOSOS A PARTIR DE UNA SERIE DE PRECIPITACIÓN MODELO / HISTÓRICA

FASE 1 (MFA-rainfall) - PRE-PROCESADO DE DATOS 1. Abrimos el programa FLO- 2D y clicamos la pestañita situada en la barra de herramientas horizontalsuperior PRE-PROCESSOR. 2. De las 3 opciones que aparecen clicamos la segunda, GDS (Grid Developer System). Desde ahí vamos a definir toda la grilla (junto con los elementos hidrológicos y estructurales que queramos añadir) sobre la que se desarrollará la modelación.

3. Una vez clicado GDS, se abre un nuevo software paralelo al principal donde encontramos la siguiente interfaz (figura 14).

4. Una vez en la nueva interfaz debemos importar la topografía del área sobre la que trabajaremos. Para ello clicamos FILE > NEW PROJECT y escogemos, de las 4 opciones, la opción FROM EXISTING ASCII GRID FILE (figura 14). El archivo en formato ASCII lo podemos generar previamente a partir de un MDT en formato ráster desde programas como GLOBAL MAPPER o ARCGIS.

Figura 14. Interfaz donde podremos desarrollar la grilla sobre la que vamos a trabajar (GDS).

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5. Al importar el archivo ASCII nos aparece una ventana (figura 15) donde quedan especificadas las ubicaciones de las coordenadas del punto situado en el extremo superior derecho y del punto inferior izquierdo. Esta ventanita también nos permite escoger el tipo de unidades de longitud con las que vamos a trabajar (metros o pies). Después de realizar esta acción nos aparecerá la topografía en la pantalla tal y como se muestra en la figura 16.

Figura 15. Ubicación de las coordenadas del MDT importado en formato ASCII.

Figura 16. MDT exportado a partir de la opción FILE > NEW PROJECT > FROM EXISTING ASCII GRID FILE. Para crear la grilla debemos ir a GRID > CREATE GRID.

6. En el paso siguiente debemos definir una grilla y el tamaño de la misma. Para ello clicamos en GRID > CREATE GRID y le damos el valor de tamaño de las celdas (figura 17). A menor tamaño de celda los resultados de la modelación son más precisos pero el modelo tarda más en correr. Es importante que la decisión del tamaño de celda se realice en función de la precisión del MDT desde el que generamos el archivo ASCII, no tiene ningún sentido que el tamaño de las celdas sea inferior al tamaño de la malla del MDT raíz. En Figura 17. Ventana que permite la nuestro caso el MDT con el que generamos el archivo ASCII era de elección del tamaño de celda.

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15 x 15 m por lo que le asignaremos un tamaño de 15 a las celdas de la grilla. Una vez definido el tamaño de las celdas le damos a OK y el programa genera automáticamente la grilla.

7. El siguiente paso es el de delimitar la zona donde se va a realizar la modelación, para ello clickamos en GRID > DEFINE BOUNDARY GRID ELEMENTS y escogemos si esta acción la queremos realizar punto por punto o a través del trazado de segmentos (Element by Element/Draw Line) (figuras 17 y 18).

Figura 17. Selección del modo de delimitación de la superficie de modelación.

Figura 18. Delimitación de la superficie de modelación.

8. Una vez delimitada el área clicamos de nuevo GRID > SELECT COMPUTATIONAL DOMAIN > CLICK ON CLOSED DOMAIN y clicamos dentro del polígono generado (figura 18). De esta manera definimos el área donde realizaremos la modelación. Finalmente el programa nos pregunta cómo queremos que se numeren las celdas y le damos a la opción que más nos interesa y finalmente a OK (figura 19).

Figura 19.

Ventana que permite la elección del orden de la numeración de las celdas.

Figura 18. Paso a realizar para seleccionar el área donde se realizará la modelación.

9. Ahora interpolamos los valores de elevación del terreno del MDT a cada celda de la grilla generada. Este paso lo realizamos clicando en GRID > INTERPOLATE ELEVATION POINTS y le damos OK a la ventana que aparece. De esta manera ya tenemos generada la grilla con la información básica sobre la cual desarrollaremos nuestra modelación. Tal y como se muestra en la figura 20 en la parte superior de la 21

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interfaz aparecen unos recuadros rectangulares donde se muestra la información de la celda de la grilla generada sobre la cual se encuentra el cursor. De izquierda a derecha tenemos:    

Coordenadas X. Coordenadas Y. Numeración de las celdas de la grilla (nº de columna, nº de fila).

Elevación.

Figura 20. En esta imagen observamos el MDT (punteado en color azulado), la grilla generada, el límite del área de modelación y los valores de coordenadas, ubicación y elevación del punto de la grilla seleccionado por el cursor.

10. En el siguiente paso vamos importar un archivo, en formato “shape”, de usos del suelo de la zona de estudio generado a partir del software ARCGIS. En la tabla de contenidos de dicho archivo hemos generado previamente una columna donde aparecen reflejados los valores del coeficiente de Manning asignados a cada tipo de uso del suelo. Para importar el archivo nos vamos a FILE > IMPORT SHAPE FILE, localizamos en nuestro PC la ubicación del mismo y le damos a abrir. Automáticamente aparecerá en la interfaz la capa de usos del suelo.

11. Para asignar los valores de coeficiente de Manning a cada celda de la grilla nos vamos a GRID > COMPUTE MANNING COEFICIENTS, automáticamente se abre una ventanita que nos permite escoger de qué capa queremos extraer la información del valor del coeficiente de Manning (figura 19). Una vez seleccionada la capa seleccionamos también la columna de la tabla de contenidos del archivo donde se ubica esa información y le damos a OK. Figura 19. Ventana donde se seleccionan la capa y la columna de donde obtendremos los coeficientes de Manning.

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12. Para visualizar si la acción se ha realizado correctamente podemos ir a VIEW > LAYERS LIST (figura 20), en la ventanita que aparece nos aseguramos que la capa de usos del suelo esté ubicada por encima del resto y sea visible. Entonces le damos a APPLY y a OK. Después volvemos a clicar VIEW y nos aseguramos que a la izquierda de N-VALUES aparezca un “tick”, de no ser así clicamos encima (figura 21). Finalmente, si hacemos zoom en la interfaz principal, veremos cómo aparecen los valores de coeficiente de Manning asignados para cada polígono definido en la capa de usos del suelo (fiugra 22). La opción de LAYERS LIST nos permite, pues, decidir el orden de superposición de las diferentes capas con las que trabajamos y su visibilidad o no en la interfaz.

Figura 21.

Figura 20.

Figura 22. Detalle de la capa de usos del suelo y de los valores de coeficiente de Manning asignados a cada celda de la grilla.

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13. El siguiente paso consiste en definir y delimitar las celdas por donde queremos que salga el flujo generado por el programa a partir de la precipitación, es decir, las celdas de salida (OUTFLOW). Para ello clicamos sobre la cruz de color verde de la barra de herramientas (al ponernos encima veremos como dice “select element by element”). Una vez agarrada la herramienta clicamos sobre las celdas que queremos designar como celdas de salida y vemos como éstas se adquieren una trama rayada de color verde (figura 23). Es importante que ninguna de las celdas que se defina como celdas de OUTFLOW coincidan con las celdas del límite de la superficie estudiada. De ser así, cuando hagamos correr el modelo el programa nos dará error.

Figura 23. Detalle de la selección de las celdas de salida de flujo.

14. Seguidamente nos vamos a GRID > ASSIGN VALUES TO SELECTION > IN / OUT CONDITION (figura 24) seleccionamos la opción OUTFLOW ELEMENT (NO HYDROGRAPH) y clicamos OK (figura 25). Una vez realizada esta acción las celdas seleccionas pasan a tener una trama de color azul (figura 26). Finalmente nos vamos a GRID > SELECT > UNSELECT ALL. Esta acción deselecciona las celdas para que, en caso que quisiéramos seguir añadiendo información a la grilla, no se consideren las celdas de salida como celdas seleccionadas. Llegados a este punto ya contamos con la información suficiente en la grilla para modelar el flujo acuoso en función de una lluvia modelo / histórica.

Figura 24.

Figura 25. Selección de la categoría que les asignamos a las celdas seleccionadas, en nuestro caso “Outflow element (no hydrograph)”.

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MANUAL PARA LA MODELACIÓN DE FLUJOS CON FLO-2D (versión 2004) Figura 26. Detalle de las celdas de salida de flujo una vez definidas como OUTFLOW.

15. El siguiente paso es el de guardar toda la información generada. Para ello le damos a cualquiera de las opciones de guardar. El primer archivo que guardaremos será de extensión “.TOP” y contendrá todos los datos gráficos generados en el programa GDS. Antes que se dé por terminada la operación de guardado de la información aparece una ventana donde se nos pregunta sobre algunos de los valores-base de la modelación (éstos podrán ser modificados más adelante desde el programa FLO-2D). Estos valores son (figura 27):  Tiempo de simulación (horas) (Simulation Time): tiempo de duración de la simulación de precipitación. En nuestro caso simularemos una precipitación de 2 horas.  Tiempo de intérvalos de salida (horas) (Output Time Interval): intervalos de tiempo de salida de los datos generados en la modelación. En nuestro caso escogeremos un tiempo de salida de 0.2 horas.  Ajuste del valor del coeficiente de Manning (Manning’s n-value Adjustment): en nuestro caso el valor será de 0.001.  Rugosidad del flujo superficial (Shallow FLow Roughness): en nuestro caso el valor será de 0.2.  Velocidad de las ondas (Wave celerity): índice de cambio del coeficiente de estabilidad numérica asignado a cada celda (ver ventana 8). En nuestro caso el valor será de 0.02.  Mínimo valor numérico del coeficiente de estabilidad (Min. Numerical Stability Coeff.): valor mínimo del coeficiente de estabilidad numérica. Su función es limitar el valor mínimo de periodo de cálculo (ver ventana 8). En nuestro caso el valor será de 0.1.  Máximo valor numérico del coeficiente de estabilidad (Max. Numerical Stability Coeff.): valor máximo del coeficiente de estabilidad numérica. Su función es limitar el valor máximo de periodo de cálculo (ver ventana 8). En nuestro caso el valor será de 1.

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Figura 27. Valores requeridos para antes de guardar los datos generados en el programa GDS.

Una vez escogidos los valores clicamos sobre SAVE FLO-2D INPUT FILES nos aparece una ventana donde se nos pide la ubicación deseada para guardar un archivo llamado FPLAIN.DAT. Una vez asignada la ubicación donde queremos guardar el archivo le damos a GUARDAR. Si entramos en la ubicación donde hemos decidido guardar el archivo veremos que se han generado por defecto 6 archivos más de tipo “.TXT”:  FPLAIN y CADPTS: estos archivos contienen la información asignada a cada una de las celdas de la grilla que hemos generado en el programa GDS.  CONT: este archivo contiene parte de los datos que hemos definido en el punto 15.  TOLER: este archivo contiene, también, parte de los datos definidos en el punto 15.  INFLOW: este archivo, en caso que hubiéramos generado información relacionada con un flujo de entrada, contendría la información relacionada con el mismo.  OUTFLOW: este archivo contiene la información relacionada con las celdas que hemos definido como celdas de salida de flujo.  INFIL: este archivo, en caso que hubiéramos generado información relacionada con la infiltración de parte de la precipitación, contendría dicha información.

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FASE 2 (MFA-rainfall) - PROCESO DE MODELACIÓN 16. Para seguir adelante volvemos a la interfaz inicial del software FLO-2D, clicamos encima de CONT.DAT y vamos a buscar la carpeta donde hemos guardado los archivos generados en el GDS. Desde allí clicamos sobre el archivo CONT, lo abrimos y maximizamos la pantalla (figura 28). Tal y como podemos comprobar aparece una interfaz con varios campos de datos, en algunos de ellos ya aparecen valores y en otros no. Los valores que ya aparecen son los que hemos definido al guardar los datos generados en el GDS en el punto 15.

17. Ahora vamos a definir en la ventana de CONT.DAT los valores necesarios para seguir adelante con la modelación:  Los datos de la ventana 1 (ver apartado 2.1.) quedan igual.  Los datos de la ventana 2 (ver apartado 2.1.) quedan igual.  En la ventana 3 (ver apartado 2.1.) escogeremos la opción “Detailed Output”.  La ventana 4 (ver apartado 2.1.) queda desactivada ya que esta modelación no se tendrán en cuenta canales.  En la ventana 5 (ver apartado 2.1.) clicaremos sobre “Time Lapse Out” y le daremos un intervalo de tiempo de 0.2 h.  En la ventana 6 (ver apartado 2.1.) también le daremos un intervalo de tiempo de actualización de datos de 0.5 y escogeremos la opción de “Rainfall Without an Inflow Hydrograph”.  En el grupo de ventanas 7 (ver apartado 2.1.) marcaremos la opción rainfall ubicada en la ventana 7.2.

Figura 28. Datos introducidos en la ventana correspondiente al archivo CONT.DAT .

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18. Seguidamente clicamos sobre TOLER.DAT, buscamos el archivo correspondiente y lo abrimos. En este caso dejamos todos los valores que aparecen por defecto tal y como están (figura 29).

Figura 29. Datos introducidos en la ventana correspondiente al archivo TOLER.DAT .

19. En el siguiente paso clicamos sobre la categoría de OUTFLOW.DAT y abrimos el archivo que hemos generado en el GDS (la opción de INFLOW.DAT nos la saltamos porque en este tipo de modelación no hemos definido flujos de entrada). Al abrirla comprobamos como en la ventana superior aparecen la numeración y el número de celdas de salida de flujo, que hemos definido en el GDS (figura 30). Esta categoría la dejamos así.

Figura 30. Datos referentes a las celdas de salida definidas en el GDS que aparecen en la categoría de OUTFLOW.DAT.

20. Ahora generamos el archivo de RAIN.DAT ya que en este caso no se ha generado un archivo previo en el GDS. Para ello clicamos sobre el punto que aparece a la izquierda del recuadro de RAIN.DAT. En esta categoría insertamos un valor de precipitación total en mm (en nuestro caso será de 75) y insertamos los valores del porcentaje acumulado de precipitación (en tanto x 1) a lo largo del tiempo de modelación deseado (en nuestro caso de 2 horas). El primer par de valores debe ser siempre de 0.00 y 0.00 (figura 31).

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Figura 31. Datos detallados referentes a la cantidad y la distribución de la precipitación introducidos en la categoría RAIN.DAT.

21. En este momento ya han quedado introducidos todos los valores necesarios para la modelación.

Ahora nos vamos a la fila superior de opciones y le damos a EXECUTE > FLO-2D (figura 32). Antes de que el programa empiece a correr nos solicitará por defecto guardar la información generada en las diferentes categorías. Le damos GUARDAR a todo.

Figura 32.

A continuación mostramos 3 imágenes del proceso de modelación (grupo de figuras 33), la primera es en el momento inicial, la segunda a las 1.5 horas y la tercera justo al final. La información que aparece durante la modelación es la siguiente:       

Imagen de la acumulación de flujo y de la profundidad en cada momento de la modelación.

Gráfica de la lluvia acumulada (mm) vs. tiempo (horas).

Tamaño de las celdas de la grilla (Node Spacing).

Tiempo transcurrido de modelación (Simulation Time).

Tiempo medio de periodo de cálculo de datos (Average Timestep).

Metros cúbicos (cu Meters). % de flujo de entrada (% of Inflow).

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Grupo de figuras 33. Imรกgenes de la modelaciรณn. La primera corresponde al inicio, la segunda a la mitad y la tercera al final de la misma.

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FASE 3 (MFA-rainfall) – POST - PROCESADO DE DATOS 22. Desde la interfaz de FLO-2D clicamos POST-PROCESSOR > MAPPER, una vez en el programa MAPPER nos vamos a FILE > READ FLO-2D RESULTS… y abrimos el archivo FPLAIN que hemos generado en nuestra modelación. Una vez abierto aparece por defecto la imagen de la grilla representando las diferentes elevaciones del área estudiada (figura 34).

Figura 34. Imagen representando los valores de elevaciones en el software MAPPER.

23. Ahora vamos a procesar los datos de profundidad de flujo generando un archivo “shape” donde aparezcan zonificadas las diferentes profundidades del flujo en los intervalos que nosotros queramos definir.

Para ello clicamos sobre y escogemos la tercera opción GRID ELEMENT MAX FLOW DEPTH (Shaded Countours). En la pantalla aparecen representados los valores de profundidad de flujo (figura 35).

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Figura 35. Imagen representando los valores de profundidad de flujo que aparecen por defecto en el programa MAPPER.

Para cambiarlos clicamos el botón derecho del mouse y nos aparece una ventana donde modificaremos la manera en la que se representan los valores del siguiente modo (figura 36).  El número de contornos (Number of Countours) lo ampliamos a 11.  El mínimo valor (Min. value) lo modificamos a 0.3.  El máximo valor (Max. value) lo dejamos tal y como está, en 5.11, ya que es el valor de profundidad de flujo máximo detectado en la modelación.  Definimos los siguientes valores de contorno (Countour Values): 0.3 / 1 / 1.5 / 2 / 2.5 / 3 / 3.5 / 4 / 4.5 / 5 / 5.11. o le damos un incremento determinado (Increment).  Le damos un valor de suavidad de contorno (Countour Smoothness) de 5.  El resto de opciones las dejamos igual.

Figura 36. Valores modificados para la representación gráfica de las profundidades de flujo.

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En la figura 37 se muestran el resultado de la modificación de los valores. Una vez cerramos el programa MAPPER se guardan automáticamente, en formato “shape”, todos los archivos generados. Para visualizarlos en un sistema de información geográfica tan sólo hay que seguir los procesos habituales.

Figura 37. Resultado de la modificación de los valores de representación gráfica de la profundidad de flujos.

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3.2. MODELACIÓN DE FLUJOS ACUOSOS A PARTIR DE LA ENTRADA DE UN FLUJO POR UN PUNTO DETERMINADO DEL ÁREA DE ESTUDIO

FASE 1 (MFA-inflow) – PRE-PROCESADO DE DATOS Para realizar esta modelación debemos seguir los pasos que van del 1 al 14 (descritos en la FASE-1 de la modelación de flujos acuosos a partir de una precipitación modelo / histórica (MFA-rainfall)).

Así pues, comenzaremos la modelación de flujos acuosos, a partir de la entrada de un flujo por un punto determinado de la cuenta, desde el paso 15: 15. Una vez ubicadas las celdas de salida de flujo (OUTFLOW) vamos a definir la ubicación de las celdas de entrada. El punto de entrada de flujo suele coincidir espacialmente con una canalización por lo que vamos a importar un “shape” de canalizaciones naturales al programa GDS para visualizarlo sobre la grilla y ubicar la celda de entrada con mayor precisión. Para ello vamos a FILE > IMPORT SHAPE FILE y buscamos en nuestro PC el archivo correspondiente (figura 38). En nuestro caso el “shape” de canalizaciones se ha generado desde el software ARCGIS. Para visualizar la capa que hemos importado podemos ir a VIEW > LAYERS LIST (figura 39) y hacemos invisibles todas la capas menos la de canalizaciones y le damos a APPLY y a OK (figura 40).

Figura 38.

Figura 39.

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Figura 40. Visualización de la capa de canalizaciones.

16. Para trabajar más cómodamente hacemos visible sólo la capa de la grilla siguiendo el mismo proceso que en el punto 12 (ap. 3.1). El siguiente paso es, antes de nada, deseleccionar todas la celdas de nuevo con GRID > SELECT > UNSELECT ALL tal y como hemos hecho en el punto 14 (ap. 3.1) para asegurarnos que ninguna celda ha quedado seleccionada.

17. Ahora clicamos sobre el botón y seleccionamos la celda de la grilla que queremos definir como celda de flujo de entrada (INFLOW) (figura 41). Seguidamente nos vamos a GRID > ASSIGN VALUES TO SELECTION > IN / OUT CONDITION (figura 42), entonces se nos abre la ventana de caracterización de las celdas y escogemos la opción INFLOW ELEMENT WITH HYDROGRAPH (figura 43), después seleccionamos FLOODPLAIN ya que modelaremos un flujo de entrada que recorrerá una planicie de inundación.

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Figura 41. Visualizaciรณn de la interfaz general y ampliaciรณn de la celda donde hemos ubicado las celdas de entrada.

Figura 42.

Figura 43.

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18. Como realizaremos la modelación a partir de un flujo de entrada, ahora necesitamos introducir datos de caudal del flujo. En nuestro caso hemos generado estos datos a partir de una precipitación modelo / histórica con el programa HEC-HMS. Este programa es gratuito (está disponible en internet) y permite generar este tipo de datos de una forma relativamente rápida y sencilla. Para introducir los datos le damos a la pestañita READ y escogemos, de las 4 opciones que se nos muestran, el formato en el que vamos a introducir los datos. En nuestro caso lo haremos con un archivo de tipo HYD file (figura 44). Clicamos sobre la pestaña le damos a OK y buscamos el archivo en nuestro PC. Una vez abierto veremos como los valores aparecen dentro del recuadro “hydrograph” (figura 45). Finalmente le damos a OK y la celda seleccionada quedará de color verde (figura 46). Llegados a este punto ya se han introducido todos los datos necesarios para la modelación en el GDS, ahora guardamos los archivos generados tal y como se describe en el paso 15 (ap. 3.1.), con la única diferencia que esta vez el tiempo de simulación será de 8 horas.

Figura 44.

Figura 45. Valores de caudal de flujo introducidos en formato .hyd.

Figura 46. Celda de entrada coloreada de verde una vez se le asignado los valores de caudal.

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FASE 2 (MFA-inflow) - PROCESO DE MODELACIÓN 19. De nuevo volvemos al programa FLO-2D y abrimos todos los archivos que hemos guardado en el punto anterior. Empezamos de nuevo con la categoría de CONT.DAT (figura 47), en este caso todos los datos quedarán tal y como aparecen por defecto. En cualquier caso es importante repasarlos y comprobar que son correctos, sobretodo los referentes a la ventana de “Graphics Display” donde esta vez marcaremos un tiempo de representación de los datos gráficos de 0.2 horas y en OPTIONS seleccionaremos la pestaña que dice FLOODPLAIN INFLOW HYDROGRAPH ya que estamos modelando un flujo de entrada sobre una planicie de inundación.

Figura 47. Valores introducidos en la categoría CONT.DAT.

20. En la categoría de TOLER.DAT dejamos, también, todos los datos tal y como aparecen por defecto (figura 48).

Figura 48. Datos referentes a la categoría TOLER.DAT.

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21. La siguiente categoría que abriremos es la de INFLOW.DAT, donde aparecerán todos los datos de entrada de flujo introducidos en el GDS. Al abrirla deberían aparecer en el recuadro de la ventana de “Inflow elements” la celda que nosotros hemos definido como flujo de entrada, en ella aparecen 3 columnas. Éstas, de izquierda a derecha, indican:  El tipo de modelación. Si será sobre una planicie de inudación (F-floodplain) o sobre un canal (Cchannel).  El tipo de gráficos que se muestran durante la misma.  La numeración de la celda donde se ha definido el flujo de entrada (inflow).

Es importante asegurarse que en “Inflow Element” quede marcada la opción FLOODPLAIN y en la de “Inflow/Switch Diversion” la opción INFLOW. Para que se representen los valores de caudal introducidos en el GDS en la ventana “Discretized Hydrograph Entries” debemos dar un doble “click” sobre el número “1” de la fila donde se encuentran los datos, una vez lo hagamos éstos aparecerán directamente tal y como se muestra en la figura 49.

Figura 49. Valores introducidos en la categoría INFLOW.dat.

22. Seguidamente abrimos la categoría de OUTFLOW.DAT y comprobamos que las celdas de salida hayan quedado registradas en la ventana superior “Floodplain Outflow Grid Elements” (figura 50). El resto de opciones las dejamos tal y como están.

Figura 50. Valores introducidos en la categoría OUTFLOW.dat.

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23. En este momento ya han quedado introducidos todos los valores necesarios para la modelación.

Ahora nos vamos a la fila superior de opciones y le damos a EXECUTE > FLO-2D (figura 51). Antes de que el programa empiece a correr nos solicitará por defecto guardar la información generada en las diferentes categorías. Le damos GUARDAR a todo.

Figura 51.

A continuación mostramos 3 imágenes del proceso de modelación, la primera es a las 2 horas del inicio de la entrada del flujo, la segunda a las 4 horas y la tercera justo al final. La información que aparece durante la modelación es la siguiente:       

Imagen de la acumulación de flujo y de la profundidad en cada momento de la modelación.

Gráfica de la lluvia acumulada (mm) vs. tiempo (horas).

Tamaño de las celdas de la grilla (Node Spacing).

Tiempo transcurrido de modelación (Simulation Time).

Tiempo medio de periodo de cálculo de datos (Average Timestep).

Metros cúbicos (cu Meters). % de flujo de entrada (% of Inflow).

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Grupo de figuras 52. Imágenes de la modelación. La primera corresponde al inicio, la segunda a la mitad y la tercera al final de la misma.

FASE 3 (MFA-inflow) – POST-PROCESADO DE DATOS 24. De nuevo vamos a modificar y mejorar gráficamente los resultados entrando en MAPPER, para ello vamos a POST-PROCESSOR > MAPPER. Una vez abierto el programa abrimos el archivo FPLAIN generado durante la modelación, para ello vamos a FILE > READ FLO-2D RESULT. Seguidamente se nos mostrará en la pantalla, por defecto, la imagen de la topografía de la zona de estudio (figura 53).

Figura 53.

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25. Para modificar los datos gráficos de la profundidad de flujo clicamos sobre el recuadro y escogemos la tercera opción GRID ELEMENT MAX FLOW DEPTH (Shaded Countour). Al principio nos aparece representada sólo la zona donde se ha acumulado mayor profundidad de flujo (figura 54).

Figura 54. Imagen de la zona donde se acumula la mayor profundidad de flujo.

Para cambiar la visualización de los resultados clicamos de nuevo en el botón derecho del mouse y modificamos el cuadro de opciones (figuras 55 y 56) de la siguiente manera:

Figura 55. Cuadro de opciones para modificar las opciones de visualización de los resultados.

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 El número de contornos (Number of Countours) lo ampliamos a 10.  El mínimo valor (Min. value) lo dejamos tal y como está.  El máximo valor (Max. value) lo dejamos tal y como está, en 4.95, ya que es el valor de profundidad de flujo máximo detectado en la modelización.  Definimos un incremento de 0.5 para los intervalos.  El resto de opciones las dejamos igual.

Figura 56. Resultados gráficos finales de la modelización.

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3.3. MODELACIÓN DE FLUJOS HIPERCONCENTRADOS Y FLUJOS DE DETRITOS A PARTIR DE LA ENTRADA DE UN FLUJO POR UN PUNTO DETERMINADO DEL ÁREA DE ESTUDIO

FASE 1 (MFD-inflow) – PRE-PROCESADO DE DATOS Para realizar esta modelación debemos seguir los pasos que van del 1 al 14 (descritos en la FASE-1 de la modelación de flujos acuosos con a partir de una precipitación modelo / histórica (MFA-rainfall)) y los pasos que van del 15 al 18 (descritos en la FASE-1 de la modelación de flujos acuosos a partir de la entrada de un flujo por un punto determinado (MFA-inflow)).

Así pues, comenzaremos la modelación de flujos hiperconcetrados y flujos de detritos a partir de la FASE 2 de proceso de modelación.

FASE 2 (MFD-inflow) –PROCESO DE MODELACIÓN 19. De nuevo volvemos al programa FLO-2D y abrimos todos los archivos que hemos guardado en el punto anterior. Empezamos de nuevo con la categoría de CONT.DAT (figura 57), en este caso todos los datos quedan tal y como aparecen por defecto y además marcamos la casilla de Mud/Debris ubicada en la ventana 7.2. Como siempre es importante repasarlos y comprobar que todos son correctos, sobretodo los referentes a la ventana de “Graphics Display” donde esta vez marcaremos un tiempo de representación de los datos gráficos de 0.2 horas y en OPTIONS seleccionaremos la pestaña que dice FLOODPLAIN INFLOW HYDROGRAPH ya que estamos modelando un flujo de entrada sobre una planicie de inundación.

Figura 57. Valores introducidos en la categoría CONT.DAT.

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20. En la categoría de TOLER.DAT dejamos, también, todos los datos tal y como aparecen por defecto (figura 58).

Figura 58. Datos referentes a la categoría TOLER.DAT.

21. La siguiente categoría que abriremos es la de INFLOW.DAT, donde aparecerán todos los datos de entrada de flujo introducidos en el GDS. Al abrirla deberían aparecer en el recuadro de la ventana de “Inflow elements” la celda que nosotros hemos definido como flujo de entrada, en ella aparecen 3 columnas. Estas, de izquierda a derecha indican:  El tipo de modelación. Si será sobre una planicie de inudación (F-floodplain) o sobre un canal (Cchannel).  El tipo de gráficos que se muestran durante la misma.  La numeración de la celda donde se ha definido el flujo de entrada (inflow).

Es importante asegurarse que en “Inflow Element” quede marcada la opción FLOODPLAIN y en la de “Inflow/Switch Diversion” la opción INFLOW. Para que se representen los valores de caudal introducidos en el GDS en la ventana “Discretized Hydrograph Entries” debemos dar un doble click sobre el número “1” de la fila donde se encuentran los datos, una vez lo hagamos éstos aparecerán directamente tal y como se muestra en la figura 59.

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Figura 59. Valores introducidos en la categoría INFLOW.dat.

22. Seguidamente abrimos la categoría de OUTFLOW.DAT y comprobamos que las celdas de salida hayan quedado registradas en la ventana superior “Floodplain Outflow Grid Elements” (figura 60). El resto de opciones las dejamos tal y como están.

Figura 60. Valores introducidos en la categoría OUTFLOW.dat.

23. Para el siguiente paso nos vamos a la ventanita de SED.DAT y hacemos “click” en el botón izquierdo para que nos aparezca la interfaz correspondiente (figura 61). Una vez ahí introduciremos los valores reológicos del tipo de material (o detritos) con el que queremos realizar la modelación (figura 62). Este tipo de valores se obtienen a partir de ensayos de laboratorio de muestras representativas previamente recogidas durante el trabajo de campo. En nuestro caso serán los siguientes (tabla 3): VISCOSIDAD DINÁMICA vs. CONCENTRACIÓN VOLUMÉTRICA

ESFUERZO CORTANTE DE CEDENCIA vs.

CONCETRACIÓN VOLUMÉTRICA

y = 0.030 e 26.39x α = 0.03 β = 26.39

y = 0.005 e 32.45x α = 0.005 β = 32.45

GRAVEDAD ESPECÍFICA

RESISTENCIA AL FLUJO LAMINAR (K)

2.6

400

Tabla 3. Valores de la reología de los detritos a introducir en la categoría SED.dat.

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Figura 61. Interfaz SED.dat.

Figura 62. Parámetros reológicos introducidos.

24. Una vez introducidos los parámetros reológicos de la carga sólida que será transportada por el flujo en la modelación, volvemos a la ventana de INFLOW para introducir los porcentajes de concentración que queramos representar a lo largo del tiempo de modelación. En nuestro caso serán los siguientes: TIEMPO (nº de hora)

CAUDAL (m3/s)

1 2 3 4 5 6 7 8

14.5 31.1 18.4 33.9 53.5 15.6 3.4 2.6

PORCENTAJE DE CARGA SÓLIDA 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.3 0.1 0

Tabla 4. Tabla de parámetros a introducir en la interfaz SED.dat.

25. En este momento ya han quedado introducidos todos los valores necesarios para la modelación. Ahora nos vamos a la fila superior de opciones y le damos a EXECUTE > FLO-2D (figura 63). Antes de que el programa 47

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empiece a correr nos solicitará por defecto guardar la información generada en las diferentes categorías. Le damos GUARDAR a todo.

Figura 63.

A continuación mostramos 2 imágenes del proceso de modelación, la primera es la de inicio de la entrada del flujo hiperconcetrado y la segunda a las 4 horas. La información que aparece durante la modelación es la siguiente:       

Imagen de la acumulación de flujo y de la profundidad en cada momento de la modelización.

Gráfica de la lluvia acumulada (mm) vs. tiempo (horas).

Tamaño de las celdas de la grilla (Node Spacing).

Tiempo transcurrido de modelación (Simulation Time).

Tiempo medio de periodo de cálculo de datos (Average Timestep).

Metros cúbicos (cu Meters). % de flujo de entrada (% of Inflow).

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Grupo de figuras 64. Imรกgenes de la modelaciรณn.

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FASE 3 (MFD-inflow) – POST-PROCESADO DE DATOS 26. De nuevo vamos a modificar y mejorar gráficamente los resultados entrando en MAPPER, para ello vamos a POST-PROCESSOR > MAPPER. Una vez abierto el programa abrimos el archivo FPLAIN generado durante la modelación, para ello vamos a FILE > READ FLO-2D RESULTS… Seguidamente se nos mostrará en la pantalla, por defecto, la imagen de la topografía de la zona de estudio (figura 64).

Figura 64.

25. Para modificar los datos gráficos de la profundidad de flujo clicamos sobre el recuadro y escogemos la tercera opción GRID ELEMENT MAX FLOW DEPTH (Shaded Countour). Al principio nos aparece representada sólo la zona donde se ha acumulado mayor profundidad de flujo (figura 65).

Figura 65. Imagen de la zona donde se acumula la mayor profundidad de flujo.

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Para cambiar la visualización de los resultados clicamos de nuevo en el botón derecho del mouse y modificamos el cuadro de opciones (figuras 66 y 67) de la siguiente manera:

Figura 66. Cuadro de opciones para modificar las opciones de visualización de los resultados.

 El número de contornos (Number of Countours) lo ampliamos a 10.  El mínimo valor (Min. value) lo dejamos tal y como está.  El máximo valor (Max. value) lo dejamos tal y como está, en 7.01, ya que es el valor de profundidad de flujo máximo detectado en la modelación.  Definimos un incremento de 0.5 para los intervalos.  El resto de opciones las dejamos igual.

Figura 67. Resultados gráficos finales de la modelización.

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