Modelación Numérica en rÃos en Régimen Permanente y Variable
Una visión a partir del modelo HEC-RAS [PDF]
Autor: E. Bladé; M. Sánchez; Juny; H. P. Sánchez; D. Niñerola; M. Gómez
1era Edición – 2009
PRESENTACIÓN
La modelación numérica del flujo en lámina libre es una herramienta cada vez más utilizada y con un creciente abanico de posibles aplicaciones. HEC-RAS es un modelo numérico en continuo desarrollo de aplicación en el ámbito de la ingenierÃa hidráulica y fluvial, con una gran aceptación por parte de la administración pública.
Mediante la aplicación del modelo a casos reales se presentarán las bases teóricas esenciales (conceptos de régimen lento, régimen rápido, resalto, etc.), el funcionamiento general del programa (crear un proyecto, creación de geometrÃas, gestión de planes, etc.), los aspectos clave a considerar en su ejecución (establecimiento de las condiciones de contorno, espaciamiento entre secciones, rugosidad, etc.), y se trabajará también con elementos singulares (puentes, creación de encauzamientos, pasos entubados bajo vÃa, etc.).
El libro se estructura de manera ordenada según los temas que se desarrollan en los Cursos de modelación numérica en rÃos: régimen permanente y régimen variable, impartido por los miembros del grupo de investigación FLUMEN de la Universitat Politecnica de Catalunya. AsÃ, en el primer capÃtulo se presentan las ecuaciones y conceptos básicos de la hidráulica en lámina libre planteados a partir de los conceptos necesarios para entender el funcionamiento de HEC-RAS. Son claves en este capÃtulo los conceptos de régimen lento, rápido, resalto, asà como la descripción del algoritmo de cálculo del método paso a paso que plantea el programa.
En el siguiente capÃtulo se muestran las caracterÃsticas generales y prestaciones básicas del modelo HEC-RAS. AsÃ, se indica cómo desarrollar un proyecto desde su inicio: aspectos como la introducción de la geometrÃa, condiciones de contorno, ejecución y visualización de los resultados se describen detalladamente.
A continuación se presenta un capÃtulo 3 orientado a la validación y análisis de los resultados. El objetivo es discutir los principales aspectos que permiten asegurar la validez o no de una simulación. Se discuten cuestiones como el espaciamiento entre secciones, análisis de las condiciones de contorno o división de la sección en canal principal y llanuras de inundación. Asimismo, también se discuten temas de contenido menos hidráulico y más numérico como el análisis de los avisos (warnings) de cálculo y posibles problemas de convergencia que pueden aparecer en el cálculo.
En el capÃtulo 4 se discute la simulación de puentes, pasos entubados bajo vÃa, diseño de encauzamientos y confluencias, como ejemplo de aplicación de elementos singulares en HEC-RAS.
El tema 5 pretende ser una introducción al uso de herramientas SIG (tipo Arcview o ArcGIS). Éstas son de una gran utilidad por la gran versatilidad que ofrecen tanto en la estimación de la geometrÃa de cálculo como en la visualización final de resultados (p. ej. obtención de manchas de inundación asociadas a distintos perÃodos de retorno).
A continuación en el tema 6, se repasan los conceptos básicos del flujo variable en lámina libre en una y dos dimensiones, estableciéndose las ecuaciones fundamentales para su resolución asà como su significación fÃsica.
En el capÃtulo 7 se ahonda en los esquemas numéricos que permiten resolver los sistemas de ecuaciones del flujo variable en lámina libre en una y dos dimensiones , mostrados en el capÃtulo anterior. Se hace un repaso a los métodos más comúnmente utilizados en los principales paquetes de programes existentes.
Acto seguido (capÃtulo 8) se procede a presentar los beneficios del cálculo en régimen no permanente frente al régimen permanente. Teniendo en cuenta que el movimiento del agua en la naturaleza presenta normalmente una variación del caudal de paso con el tiempo, si se desea representar con la mayor fidelidad posible el análisis del flujo en nuestro cauce, serÃa necesario adoptar la aproximación del movimiento no permanente.
HEC-RAS dispone de un módulo para la simulación del flujo no permanente. AsÃ, en el tema 9 se presentan las caracterÃsticas generales y prestaciones básicas de HEC-RAS en régimen variable , estableciéndose las principales prestaciones y limitaciones del programa en este tipo de cálculos.
Finalmente en el tema 10 se ahonda en ciertos detalles de HEC-RAS en régimen variable , para entender como trata el programa los cambios de régimen e inestabilidades numéricas a fin de conseguir una simulación adecuada dentro de las limitaciones y prestaciones de HEC-RAS en este tipo de régimen.
CONTENIDO
1. Ecuaciones y Conceptos básicos de la hidráulica en láminas. Una visión a través de HEC-RAS.
2. CaracterÃsticas generales y prestaciones básicas de HEC-RAS.
3. Validación y análisis de resultados.
4. Estructuras, encauzamientos y confluencias.
5. Introducción a HEC-Geo Ras mediante la utilización de sig (ArcView 3.2)
6. Conceptos básicos del flujo variable en lámina libre en una y dos dimensiones.
7. Esquemas numéricos para la modelización del flujo variable en lámina libre en una y dos dimensiones.
8. Beneficios del cálculo en régimen no permanente.
9. CaracterÃsticas generales y prestaciones básicas de HEC-RAS en régimen variable.
10. Aprendizaje práctico con HEC-RAS en régimen variable.
11. Recomendaciones acerca de los criterios hidráulicos que se deben considerar en cualquier simulación en rÃos.
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