Master Ingenieria del Agua 2010

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



Introducción

Sobek

Acople 1D/2D

Nested Grids

Lluvia Neta Local

Limitaciones-fortalezas

Aplicaciones

Ejemplos

ÍÍNDICENDICE



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



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



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)


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



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

- Tratamiento como capas separadas

- Conexión 1D/2D � paralelo - serie

ACOPLE 1D/2DACOPLE 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




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.

Ej: Júcar (2D) + Moscas (1D) � celda 5x5

Júcar � 50-75 m

Moscas � 10-15 m


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




- Modelar puentes, culverts, sumideros, estaciones de bombeo, ...





- Conectar mediante 1D zonas inundables separadas




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



NESTED GRIDSNESTED GRIDS

Child Grid:10x10 meters

Parent Grid: 30x30 meters



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



LLUVIA NETA LOCALLLUVIA NETA LOCAL



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



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



- 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



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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