El modelo Iber Capacidades. en ríos y estuarios.

Transcripción

1 Capacidades Modelo de flujo bidimensional en ríos y estuarios

2 1. Introducción 2. Hidrodinámica 3. Turbulencia 4. Interfaz gráfica 5. Transporte de sedimentos 6. Desarrollos futuros

3 Introducción Turbillon CARPA GiD

4 Introducción Módulos de cálculo HIDRODINÁMICA Velocidad Calado TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Carga en suspensión Carga de fondo TURBULENCIA Viscosidad turbulenta Energía turbulenta y disipación

5 Hidrodinámica Ecuaciones de aguas someras 2D h q x q y 0 t x y 2 2 qx q qq x h x y z τ b b,x Ux Ux g gh ν t h ν t h t x h 2 y h x ρ x x y y q q q q τ U U t x h y h 2 y ρ x x y y 2 2 y x y y h zb b,y y y g gh ν t h ν t h Distribución de presión hidrostática Velocidad uniforme en profundidad h, U x, U y

6 Hidrodinámica Esquemas en volúmenes finitos descentrados de alta resolución tipo Roe Robustos Cambios de régimen Frentes de onda Sin problemas de convergencia Explícitos

7 Hidrodinámica Mallas no-estructuradas formadas por elementos de 3 o 4 lados

8 Hidrodinámica Mallas no-estructuradas formadas por elementos de 3 o 4 lados

9 Hidrodinámica Frentes seco-mojado Estable, conservativo, no difusivo t = 0 h t = 4 h

10 Hidrodinámica Fricción de fondo Fórmula de Manning 2 2 n U U n U U x y b,y h 4/3 4/3 τb,x ρ g h τ ρ g h h h

11 Hidrodinámica Rozamiento superficial por viento Van Dorn (1953) τs ρa 2 C 10 V s V10 ρ ρ τ ρ : : :20 16:30 13:50 14:20 3:20 max16:40 18:00 30 ation (masl) Water eleva :00 min20:50 15:20 19:20 15:00 15:40 14:10 15:20 15:50 2:50 01:40 0: ocity (m/s) Wind velo V=0 m/s :20 14:50 14:00 16:20 15:30 12: : February 2006 Cota sensores_d02 Cota sensores_d04 Cota_D02 Cota_D04 N NE E SE S SW W NW V=3 m/s

12 Hidrodinámica Condiciones de contorno en contornos abiertos Calado constante o variable en tiempo Marea Condición de vertedero Sección de control curva de gasto Caudal constante t o hidrograma Entrada en ríos, canales Avenidas en ríos Hidrograma Condición de vertedero

13 Hidrodinámica Condiciones de contorno en contornos de pared Sin rozamiento Ríos, zonas costeras Rozamiento Canales, estructuras t hidráulicas

14 Hidrodinámica Condiciones de contorno internas Flujo bajo compuerta Z U Z B h Z D Z U Flujo sobre vertedero en lámina libre Z w Z D Z U Z B Z w Z D Combinación de compuerta y vertedero Z B h Pérdida localizada 2 V ΔH = λ 2g

15 Hidrodinámica Herramientas de soporte para determinación vía intenso desagüe Línea y distancia Polígono

16 Hidrodinámica Infiltración y precipitación h hu x hu y t x yy = -i+r Infiltración lluvia Lineal Horton Green-Ampt Permeabilidad saturada Succión en la zona no-saturada Porosidad efectiva (drenable) Saturación efectiva inicial Pérdida inicial

17 Turbulencia Flujos turbulentos j i t j b i i b j j i i x U h ν x τ x h gh x z gh x hu U t hu viscosidad turbulenta Modelos de turbulencia promediados en profundidad

18 Viscosidad turbulenta constante ν t constante El modelo Iber Turbulencia Modelo parabólico ν t 0.07 u f h Fricción de fondo Modelo de longitud de mezcla 2 f vs ls 2SijSij 2.34 κ h 2 u Fricción de fondo Cortante horizontal Modelo k-ε Dk D t x j ν ν σ t k k x j 2ν t S ij S ij c k 3 uf h ε Fricción de fondo Cortante horizontal ε D D t x j ν ν σ t ε ε x j c 1ε ε k 2ν t S ij S ij c ε u h 4 f 2 c 2ε ε 2 k Difusión Disipación

19 Transporte de sedimentos Ecuación de conservación del sedimento Z q q b sb,x sb,y 1 p D - E t x y Transporte en suspensión Transporte de fondo E D Z b q sb V1.0: diámetro uniforme

20 Transporte de sedimentos Carga de fondo MEYER-PETER & MÜLLER (corrección Wong y Parker) VAN RIJN APLICACIÓN Gravas hasta 30 mm APLICACIÓN Arenas y gravas FORMULACIÓN q = * * * sb bs c τ - τ 3/2 FORMULACIÓN 2.1 * T sb 0.3 * 1.5 * T sb D* T q D T0.3 q D τ - τ T * * bs c * τc

21 Transporte de sedimentos Carga de fondo Pendiente de fondo Consideración tanto de la pendiente transversal como longitudinal Tensión efectiva de fondo = Tensión ejercida por el flujo + componente del peso flujo peso tensión efectiva

22 Transporte de sedimentos Transporte en suspensión Ecuación de transporte turbulento en suspensión hc hu xc huyc ν t C h ED t x y x j S c,t x j Difusión turbulenta Resuspensión/ deposición Resuspensión/deposición: Van Rijn Smith Ariathurai y Arulanandan Módulo Turbulencia Ecuación Conservación Sedimento

23 Transporte de sedimentos Transporte en suspensión Hidrodinámica Erosión Sedimentación

24 Transporte de sedimentos Condiciones de contorno Entradas: Capacidad de arrastre Concentración Meyer-Peter Muller / Van Rijn Sedimentograma Aguas claras Caudal sólido nulo Salidas: continuidad del sedimento

25 Interfaz gráfica Basado en GiD: pre/postprocesador gráfico de propósito general para simulaciones numéricas. Preproceso: entrada gráfica de datos Proceso: simulación hidráulica Postproceso: visualización ió de resultados Iber está en español e inglés. Actualmente Iber está disponible para Windows

26 Interfaz gráfica Preproceso DEFINICIÓN MANUAL DE LA MALLA (herramientas estándar GiD) MALLADO CON TRIANGULOS RECTANGULOS (error cordal) Malla Terreno

27 Interfaz gráfica Preproceso USO DE TIN COMO MALLA TERRENO COMO SUPERFICIES Y MALLADO CON ERROR CORDAL

28 Interfaz gráfica Proceso Cálculo paralelo: elección número de procesadores Visualización de resultados en marcha Reinicio de un cálculo interrumpido Primero orden/alta resolución (rápido/preciso) Definición umbral secado/mojado Modelo de turbulencia

29 Interfaz gráfica Postproceso Resultados básicos: Calado Caudal específico Velocidad d Cota de agua Froude Resultados adicionales: Máximos Riesgo Capacidad de arrastre Courant.lluvia, caudal sólido, erosiones, concentración de contaminantes, etc.

30 Interfaz gráfica Postproceso Resultados Escalas de colores Animaciones

31 Interfaz gráfica Postproceso Perfiles Sondas e hidrogramas

32 Interfaz gráfica Exportación de resultados a GIS

33 Interfaz gráfica Zona de flujo preferente RD 9/2008 T=100 años Modificación RDPH Vía de intenso desagüe Z s < 0.3 m ( ) Riesgo de daños para personas y bienes h > 1 m V > 1 m/s q > m 2 /s Zonas inundables T = 500 años h > 0 m

34 Interfaz gráfica Zonas de riesgo Zonas inundables

35 TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Mezclas de sedimento Acorazamiento Estabilidad de márgenes El modelo Iber Desarrollos futuros Módulos en desarrollo Erosión por flujos secundarios en meandros CALIDAD DE AGUAS OD, MO, Nitrógeno, CF HÁBITAT FLUVIAL Caudales ecológicos Métodos hidrobiológicos

36 Desarrollos futuros SALINIDAD TEMPERATURA HIDRODINÁMICA TURBULENCIA SEDIMENTOS CALIDAD DE AGUAS HÁBITAT FLUVIAL

37 Hábitat fluvial Hábitat disponible Variables microhábitat Módulo hidrodinámico Calado ado Velocidad Cobertura Sustrato Módulo Tª Módulo calidad Criterio hábitat Temperatura Variables macrohábitat OD, DBO, N, CF Criterio hábitat Microhábitat disponible Macrohábitat disponible Hábitat t total t disponible

38 Hábitat fluvial Criterios de hábitat Criterio hábitat Univariable Multivariable Criterio binario Índice idoneidad

39 Hábitat fluvial Curvas de idoneidad de la trucha arco iris I I() v I() h I() s I() c ( ) ( ) ( ) ( ) 1/4 I v I h I s I c I I v I h I s I c I min ( ), ( ), (), ()

40 Hábitat fluvial Trucha común - Adulta Q = 15 m 3 /s Q = 120 m 3 /s

41 Hábitat fluvial Determinación del nivel de estrés en pasos restringidos

42 Calidad de agua OD + DBO + N org + NH 4 + N0 3 Sedimentación Nitrógeno orgánico Reaireación Temperatura Amonificación Oxígeno disuelto DBOC Amonio Demanda de oxígeno por el sedimento Biodegradación Sedimentación Temperatura Nitrificación Salinidad Nitratos Patógenos Temperatura Desnitrificación Muerte Salinidad Radiación ió Turbidez

43 Calidad de agua Evolución del nivel de oxígeno disuelto Q = 15 m 3 /s Q = 120 m 3 /s

44 El modelo Iber Calidad de agua g Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento Red de drenaje

45 Calidad de agua Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento Vertido 1 CADAVAL m3 Vol vertido = m3 1 Vertido 2 CADAVAL m3 Vol vertido = m3 CAUDAL (m3/s s) CAUDAL (m3/s s) Radiación solar superficial (W/m 2 ) Temperatura SST (K)

46 Calidad de agua Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento Puntos de vertido y de control Probabilidad anual excedencia CF lim CF lim (ucf/100ml) P[CF>CF lim ] (%)

47 Calidad de agua Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento