master ingenieria del agua 2010
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MMáásterster IngenierIngenieríía del Agua, UDCa del Agua, UDC
E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
MODELIZACIMODELIZACIÓÓN BIDIMENSIONAL N BIDIMENSIONAL -- SOBEK 1D/2DSOBEK 1D/2D
MMáásterster IngenierIngenieríía del Agua, UDCa del Agua, UDCA CoruA Coruñña, 4 de abril de 2009a, 4 de abril de 2009
MMáásterster IngenierIngenieríía del Agua, UDCa del Agua, UDC
E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
Introducción
Sobek
Acople 1D/2D
Nested Grids
Lluvia Neta Local
Limitaciones-fortalezas
Aplicaciones
Ejemplos
ÍÍNDICENDICE
MMáásterster IngenierIngenieríía del Agua, UDCa del Agua, UDC
E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
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, …
INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN
MMáásterster IngenierIngenieríía del Agua, UDCa del Agua, UDC
E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
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
…
SOBEK 1D/2DSOBEK 1D/2D
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Funcionamiento 2D
- Ecuaciones de Saint-Venant:
Conservación de la masa:
Cantidad de movimiento:
- Resolución por diferencias finitas.
Algoritmo iterativo basado en el gradiente conjugado
(“Preconditionated Conjugate Gradient”, Golub et Van Loan – 1983)
SOBEK 1D/2DSOBEK 1D/2D
0)()(=
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂
y
vh
x
uh
t
ζ
02
=++∂
∂+
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂vav
hC
Vvg
yg
y
vv
x
vu
t
v ζ
02
=++∂
∂+
∂
∂+
∂
∂+
∂
∂uau
hC
Vug
xg
y
uv
x
uu
t
u ζ
n+1
n
n-1
n-2
m-2 m-1 m m+1
uv
h
contorno
X
Y
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E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
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 …
SOBEK 1D/2DSOBEK 1D/2D
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E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
Acople 1D/2D
- Tratamiento como capas separadas
- Conexión 1D/2D � paralelo - serie
ACOPLE 1D/2DACOPLE 1D/2D
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E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
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
ACOPLE 1D/2DACOPLE 1D/2D
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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, ...)
ACOPLE 1D/2DACOPLE 1D/2D
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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
Júcar � 50-75 m
Moscas � 10-15 m
ACOPLE 1D/2DACOPLE 1D/2D
899
900
901
902
903
904
905
906
907
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300
903.3
903.8
904.3
904.8
905.3
2 7 12 17 22
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E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
Cuando usar acople 1D/2D?
- Modelar puentes, culverts, sumideros, estaciones de bombeo, ...
ACOPLE 1D/2DACOPLE 1D/2D
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Cuando usar acople 1D/2D?
- Conectar mediante 1D zonas inundables separadas
ACOPLE 1D/2DACOPLE 1D/2D
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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
NESTED GRIDSNESTED GRIDS
Parent Grid:30x30 meters
Child Grid:10x10 meters
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NESTED GRIDSNESTED GRIDS
Child Grid:10x10 meters
Parent Grid: 30x30 meters
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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
LLUVIA NETA LOCALLLUVIA NETA LOCAL
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LLUVIA NETA LOCALLLUVIA NETA LOCAL
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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
LIMITACIONES LIMITACIONES -- FORTALEZASFORTALEZAS
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Estudios de inundabilidad (1D/2D, Nested Grid, Lluvia local)
- Diseño de infraestructurasMinisterio FomentoADIFConsellerias Infraestructuras
- Proyecto LINDEDirección 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 extraordinariaSistemas de ayuda a la decisión (SAD) � integración en SAIHProtección 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
APLICACIONESAPLICACIONES
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- 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
EJEMPLOSEJEMPLOS
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E.T.S. Ing. Caminos, A CoruE.T.S. Ing. Caminos, A Coruñña, 4 de abril de 2010a, 4 de abril de 2010
MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIATENCIÓÓNN
Pedro ArPedro Aréévalo Reyvalo ReyHidroGaiaHidroGaia, , S.LS.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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