MODELIZACIÓN N BIDIMENSIONAL - SOBEK 1D/2D A Coruña, 4 de abril de 2009
ÍNDICE Introducción Sobek Acople 1D/2D Nested Grids Lluvia Neta Local Limitaciones-fortalezas Aplicaciones Ejemplos
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,
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
SOBEK 1D/2D Funcionamiento 2D - Ecuaciones de Saint-Venant: Conservación de la masa: n+1 ζ + t ( uh) + x ( vh) y = 0 Y Cantidad de movimiento: n v h u u u u ζ uv + u + v + g + g t x y x C h + auu = 2 0 n-1 contorno v v v ζ vv + u + v + g + g t x y y C h + avv = 2 0 n-2 X m-2 m-1 m m+1 - Resolución por diferencias finitas. Algoritmo iterativo basado en el gradiente conjugado ( Preconditionated Conjugate Gradient, Golub et Van Loan 1983)
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
ACOPLE 1D/2D Acople 1D/2D - Tratamiento como capas separadas - Conexión 1D/2D paralelo - serie
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
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,...)
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. ACOPLE 1D/2D Ej: Júcar (2D) + Moscas (1D) celda 5x5 907 Júcar 50-75 m 906 905 904 903 902 901 900 899 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 905.3 Moscas 10-15 m 904.8 904.3 903.8 903.3 2 7 12 17 22
ACOPLE 1D/2D Cuando usar acople 1D/2D? - Modelar puentes, culverts, sumideros, estaciones de bombeo,...
ACOPLE 1D/2D Cuando usar acople 1D/2D? - Conectar mediante 1D zonas inundables separadas
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 Parent Grid: 30x30 meters Child Grid: 10x10 meters
NESTED GRIDS Parent Grid: 30x30 meters Ingenierí Ingeniería del Agua, UDC E.T.S. Ing. Caminos, A Coruñ Coruña, 4 de abril de 2010 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
LLUVIA NETA LOCAL
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
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
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
MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN Pedro Arévalo Rey HidroGaia, 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