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
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Júcar 50-75 m
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903
902
901
900
899 0
5
10
15
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25
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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
190
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200
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210
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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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