Master Ingenieria del Agua 2010

MODELIZACIÓN BIDIMENSIONAL - SOBEK 1D/2D Máster Ingeniería del Agua, UDC A Coruña, 4 de abril de 2009

Máster Ingenierí Ingeniería del Agua, UDC E.T.S. Ing. Caminos, A Coruñ Coruña, 4 de abril de 2010

ÍNDICE Introducción Sobek Acople 1D/2D Nested Grids Lluvia Neta Local Limitaciones-fortalezas Aplicaciones Ejemplos

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INTRODUCCIÓN MODELIZACIÓN HIDRÁULICA Modelización 1D flujo en cauce Modelización 2D flujo desbordado - Campo de velocidades no uniforme en toda la llanura de inundación - Flujo desbordado en zonas urbanas - Desbordamiento de motas - Confluencia de cauces - Flujo en ladera lluvia local …

Modelización 3D flujo en estuarios, rías, lagos, embalses, …

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SOBEK 1D/2D Modelo SOBEK 1D/2D: - Modelo desarrollado por Universidad de Delft (Holanda) - Características: Régimen permanente/no permanente Introducción de estructuras: puentes, azudes, culverts, sumideros, captaciones, …

Condiciones de contorno de todo tipo: hidrogramas, limnigramas, curvas de gasto, lluvia neta, mareas, rotura de presas (cota celda-t)…

Rugosidad constante/distribuida (Manning, Chezy, …)

Posibilidad de anidar grids Funcionamiento como modelo 1D, 2D y acoplado 1D/2D …

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SOBEK 1D/2D Funcionamiento 2D - Ecuaciones de Saint-Venant: Conservación de la masa:

n+1

∂ζ ∂ ( uh ) ∂ ( vh ) + + = 0 ∂t ∂x ∂y

Y n v

u h

Cantidad de movimiento: uV ∂u ∂u ∂u ∂ζ +u +v +g + g 2 + au u = 0 ∂t ∂x ∂y ∂x C h

n-1

vV ∂v ∂v ∂v ∂ζ +u +v +g + g 2 + av v = 0 ∂t ∂x ∂y ∂y C h

n-2

contorno

X m-2

- Resolución por diferencias finitas.

Algoritmo iterativo basado en el gradiente conjugado (“Preconditionated Conjugate Gradient”, Golub et Van Loan – 1983)

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m-1

m

m+1

SOBEK 1D/2D Inputs 1D - Eje cauce/Secciones (se obtiene de la cartografía) - Rugosidad: cauce/banks - Infraestructuras: puentes, culverts, …

- Condiciones de contorno: hidrogramas, limnigramas, curvas de gasto, …

Inputs 2D - Grids rectangulares (Topografía: mdt) - Rugosidad: constante/distribuido - Condiciones de contorno: hidrogramas, limnigramas, curvas de gasto, rotura de presas, lluvia neta …

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ACOPLE 1D/2D Acople 1D/2D - Tratamiento como capas separadas

- Conexión 1D/2D paralelo - serie

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ACOPLE 1D/2D Conexión paralelo - Compatibilizar niveles entre nodo 1D y la celda 2D en el que se encuentra - Permite el desbordamiento de la sección conectando el 1D con el 2D - Tres métodos para conectar desbordamiento 1D/2D: highest, lowest, no embankments - Utilidad reproducir con exactitud capacidad cauce

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ACOPLE 1D/2D Conexión serie - Conexión entre nodo 1D – varias celdas 2D compatibiliza Q (entrada-salida) mediante líneas de contorno internas - Permite optimizar las entradas del 2D 1D y las salidas del 1D 2D - Utilidad: conectar mediante 1D zonas inundables que son modelizadas en 2D (conocer tramos donde no desborda) optimiza transiciones entre 1D-2D (entradas-salidas de cauces, culverts, ...)

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ACOPLE 1D/2D Cuando usar acople 1D/2D? - Tamaño de celda vs ancho de la sección. El 2D no es capaz de representar correctamente la sección del cauce.

Ej: Júcar (2D) + Moscas (1D) celda 5x5 907

906

Júcar 50-75 m

905

904

903

902

901

900

899 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

155

160

165

170

175

180

185

905.3

904.8

Moscas 10-15 m

904.3

903.8

903.3 2

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7

12

17

22

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200

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210

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225

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ACOPLE 1D/2D Cuando usar acople 1D/2D? - Modelar puentes, culverts, sumideros, estaciones de bombeo, ...

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ACOPLE 1D/2D Cuando usar acople 1D/2D? - Conectar mediante 1D zonas inundables separadas

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NESTED GRIDS

Nested Grids (Grids anidados) - Varios Grids: 1 Grid padre (mayor tamaño de celda) varios grids hijos (menor tamaño de celda) - Cada grid funciona de forma independiente conexión en los contornos - Aplicaciones: Optimizar resolución en zonas urbanas Mejorar definición del cauce

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Parent Grid: 30x30 meters

Child Grid: 10x10 meters

NESTED GRIDS Parent Grid: 30x30 meters

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Child Grid: 10x10 meters

LLUVIA NETA LOCAL Lluvia Neta Local - A cada celda del 2D se le asigna lluvia neta - Uso híbrido hidrológico-hidráulico: - Escorrentía producida es función de la pendiente, rugosidad y lluvia neta (método infiltración SCS, ...)

- Modelización de zonas semi-endorreicas sin red de drenaje definida - Hidrogramas de salida en secciones de control - Otras funcionalidades: niveles iniciales (Q base), método racional incluido, ...

- Solo para casos concretos limitaciones: distribución espacial de lluvia, flujo subsuperficial, flujo subterráneo, tiempos de computación - No emplea aproximaciones a las ec. Saint Venant (Onda Difusiva, Onda Cinemática) requiere tiempos de computación elevados Máster Ingenierí Ingeniería del Agua, UDC E.T.S. Ing. Caminos, A Coruñ Coruña, 4 de abril de 2010

LLUVIA NETA LOCAL

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LIMITACIONES - FORTALEZAS Limitaciones - Grid cuadrado problemas para optimizar topografías complejas - Carece de herramientas GIS para el 1D

Fortalezas - Gran flexibilidad para introducir todo tipo de condiciones de contorno - Acople 1D/2D conexión transversal, longitudinal, método desbordamiento, ...

- Anidamietos dar detalle en aquellas zonas de mayor interés - Lluvia local posibilidad de uso híbrido hidrológico-hidráulico - Estabilidad numérica

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APLICACIONES Estudios de inundabilidad (1D/2D, Nested Grid, Lluvia local) - Diseño de infraestructuras Ministerio Fomento ADIF Consellerias Infraestructuras - Proyecto LINDE Dirección General del Agua (M.M.A.)/Confederaciones hidrográficas - PATRICOVA (Plan de Acción Territorial sobre Riesgos de Inundación de la Comunidad Valenciana) Conselleria de Territori i Habitatge (G.V.A.) Promotores públicos/privados (Ayuntamientos-PGOU, Planes parciales) - Gestión recurso en situación ordinaria y extraordinaria Sistemas de ayuda a la decisión (SAD) integración en SAIH Protección Civil

Estudios de afección a escorrentías (lluvia local) Promotores públicos/privados (Ayuntamientos-PGOU, Planes parciales) Confederaciones hidrográficas

Estudios de capacidad del cauce (1D y 1D/2D) Confederaciones hidrográficas/Ayuntamientos Máster Ingenierí Ingeniería del Agua, UDC E.T.S. Ing. Caminos, A Coruñ Coruña, 4 de abril de 2010

EJEMPLOS - Cuenca 1D/2D - Poyo 1D/2D, Nested Grids - Palancia Modelos en serie 1D/2D - Serpis-Gallinera 1D/2D - Balsa Algeciras 2D - Alfás del Pi 1D/2D - Alquerías, Baronía Lluvia Neta - Bertamiráns, Caldas de Reis Nested Grids

**Videos Demo Infoworks

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MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN Pedro Aré Arévalo Rey HidroGaia, HidroGaia, S.L. S.L. Avda. Juan de la Cierva, 27. 46980 - Parque Tecnológico - Paterna (VALENCIA) Tlf: 96 136 60 72 Fax: 96 136 60 73 - www.hidrogaia.com

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