Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Demarcación Asturias

Transcripción

1 Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Demarcación Asturias MODELIZACIÓN BIDIMENSIONAL DE FLUJO TURBULENTO EN LÁMINA LIBRE Y RÉGIMEN NO PERMANENTE Oviedo, 30 de octubre de 2.014

2 ÍNDICE INDICE - Qué es IBER? - Para qué sirve IBER? - Por qué bidimensional? - Antecedentes de IBER - Desarrollo del modelo hidráulico - Obtención de resultados y calibración del modelo - Validación

3 QUÉ ES IBER?

4 Qué es IBER? Iber es un modelo numérico de simulación bidimensional de flujo turbulento en lámina libre en régimen no permanente. El modelo Iber consta actualmente de 3 módulos de cálculo principales: un módulo hidrodinámico un módulo de turbulencia un módulo de transporte de sedimentos

5 Para qué sirve IBER? Resolución de problemas ingenieriles que abarcan campos como: Hidrodinámica fluvial. Evaluación y gestión del riesgo de inundación. Diseño de obras hidráulicas. Simulación de rotura de presas. Restauración de ríos. Cálculo de transporte de sedimentos. Flujo de marea en estuarios. Drenaje urbano.

6 ANTECEDENTES DE IBER. COMO SURGIÓ CEDEX HERRAMIENTA DE ÚLTIMA GENERACIÓN DESARROLLADA POR UNIVERSIDADES ESPAÑOLAS Y EL CEDEX

7 POR QUÉ BIDIMENSIONAL? Iber es una herramienta de modelización bidimensional del flujo en lámina libre. Es decir, sirve básicamente para calcular niveles de agua y velocidades en ríos, estuarios, canales, llanuras de inundación, en las dos direcciones horizontales del espacio (x,y).

8 POR QUÉ BIDIMENSIONAL?. JUSTIFICACIÓN. Para superar las limitaciones de los modelos unidimensionales UNIDIMENSIONAL - Cálculos a partir de secciones a lo largo del eje. - Se obtiene un único valor de cota de agua. - Se obtiene un único valor de velocidad en toda la sección BIDIMENSIONAL - Cálculo de las variables hidráulicas en cada elemento de la malla. - Se obtienen resultados en las dos componentes del flujo. - Tenemos más información y más precisa.

9 DESARROLLO DEL GEOMETRÍA MODELO HIDRÁULICO MDT (Modelo digital del terreno) Elemento esencial de un modelo hidráulico bidimensional. Se genera: - A partir de vuelos LIDAR de alta precisión. (En el caso de la CHC se emplean MDT s con una densidad promedio de 0,5 puntos por metro cuadrado y una precisión en cota de 15 cm. El vuelo LiDAR ha sido desarrollado por el Centro Nacional de Información Geográfica (CNIG) durante el año 2012.) - Se complementa con batimetría y topografía clásica de los elementos singulares (muros, diques, puentes, presas ) -

10 GEOMETRÍA. MDT

11 GEOMETRÍA. ARCHIVOS DXF Qué información empleamos del MDT? Las cotas que nos permite elevar los nodos de una malla de cálculo Cómo definimos esa malla de cálculo? - Una manera rápida es generar una RTIN (red de triángulos rectángulos). Poco flexible. Laborioso introducir condiciones. - La manera recomendable es dibujar con AutoCAD los límites del modelo, los límites de los cauces, los elementos singulares, y los límites de las superficies que nos interese analizar con más detalle.

12 HIDRODINÁMICA. CONDICIONES. CONDICIONES DE CONTORNO Una vez definida la geometría del modelo es necesario indicarle las entradas y salidas de caudal, y en qué régimen lo hace. En el caso de estudio de avenidas el dato de entrada habitual es un hidrograma. CONDICIONES INICIALES CONDICIONES INTERNAS Asimismo, es necesario incluir en el modelo aquellos elementos singulares, tales como puentes, presas, culvert que afecten a las condiciones de desagüe.

13 GENERACIÓN DE LA MALLA DE CÁLCULO Ahora estamos en condiciones de generar la malla de cálculo a la que se transfiere toda la información. Cuanto más densa sea la malla de cálculo mayor precisión obtendremos en los resultados. Definamos tipo y dimensiones. Es habitual en los análisis de la C.H.C. definir mallas de 1mx1m. lo que supone disponer de resultados en cada metro cuadrado de superficie. Estos análisis con mallas finas requieren tiempos de computación elevados que en ocasiones llegan a superar la semana, empleando ordenadores con gran capacidad de cálculo.

14 ASIGNACIÓN DE RUGOSIDAD Las pérdidas de carga por fricción del caudal están relacionadas fundamentalmente con la composición del material de la superficie. Estas pérdidas de carga se caracterizan mediante el coeficiente de Manning. - Cauce. Se asigna este coeficiente en función del tamaño y de la forma del material que lo constituye. - Márgenes. Se obtienen de mapas ráster generados a partir de los polígonos de uso de suelo disponibles en el Sistema de Información de Ocupación del Suelo de España (SIOSE).

15 DATOS DEL PROBLEMA Una vez: - Generada la geometría - Introducidas las condiciones de contorno (entradas, salidas) - Introducidas las condiciones iniciales - Introducidas las condiciones internas (puentes, aliviaderos, compuertas) - Definida la malla. - Asignada la rugosidad Procedemos a especificar los datos del problema: - Tipo - Tiempos de simulación. - Métodos de cálculo. - Esquemas numéricos. - Resultados a obtener.

16 OBTENCIÓN DE RESULTADOS INICIALES. CALIBRACIÓN DEL MODELO - Los resultados que habitualmente se generan son caudales, calados, velocidades, energías y máximos. - Estos se representan mediante superficies coloreadas y/o campos de vectores. - Permite levantar perfiles longitudinales y transversales y realizar cortes. - Es posible obtener sondas de tiempo (evolución del resultado en un punto de la malla a lo largo del tiempo). - Asimismo, IBER permite configurar diferentes gráficos a partir de cualquier variable hidráulica. - Permite, asimismo, exportar los resultados para su análisis con otras herramientas informáticas (GIS, hojas de cálculo) y realizar animaciones. - Estos resultados nos permiten calibrar y validar el modelo.

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