ESTUDIO DE INUNDABILIDAD PARA CUENCAS PEQUEÑAS

Estudio de Inundabilidad

llanuraInunda

Es bastante común en la realización de distintas actividades de edificación u obra civil que sean afectados cursos de agua, cauces y márgenes. Para poder actuar en dichas zonas, normalmente es  obligatorio la autorización de los organismos de cuenca correspondientes al curso fluvial afectado y normalmente para su aprobación requieren un Estudio de Inundabilidad realizado por un técnico competente para un periodo de retorno comprendido entre 50 y 500 años, siempre dependiendo de las características y magnitud de las obras a acometer.

Esta guía es orientativa y está basada en el uso de las herramientas ArcGis Y HecRas aunque la actualidad otras herramientas que nos pueden llevar con precisión a la realización de nuestro estudio.

Como en la mayoría de proyectos y estudios, una buena práctica es recopilar toda la información necesaria antes de proceder a realizar los cálculos pertinentes.

¿Que información vamos a necesitar?

Es muy recomendable situar la zona donde se localizarán las obras en un Mapa Topográfico Nacional a escala 1:50:000, para poder observar desde una buena perspectiva la amplitud de la cuenca perteneciente al curso de agual del que realizaremos nuestro estudio.

También nos será útil toda la información relacionada con la zona: documentos sobre antiguas inundaciones que se hayan producido en el pasado, estudios de inundabilidad en la misma zona o lugares adyacentes, cartografía temática relativa a vegetación, usos de suelo, hidrología superficial y subterránea, estaciones metereológicas, geología, etc…

La fiabilidad y exactitud de nuestro estudio vendrá definida en gran medida por la calidad de información topográfica que dispongamos del terreno, por ello es recomendable la búsqueda de levantamientos topográficos que se hayan realizado en la zona a escala 1:000 o en su defecto 1:5000 y en caso de  no existir levantamientos con una escala precisa, recurrir a los servicios de un topográfo.

 

Objeto del estudio

Dentro de este punto es interesante señalar los motivos que han dado lugar a la realización del estudio de inundabilidad así como los antecedentes previos en caso de que los hubiera.

También es recomendable señalar las características de la zona, el tamaño del área estudiada, la amplitud de la cuenca, la longitud del cauce y cualquier consideración que consideremos relevamente para nuestro estudio.

Caracterización climática de la zona

Aquí debemos realizar  una breve descripción del territorio,  donde se situará geográficamente el área de estudio: comarca, subcomarca, provincia, municipio, coordenadas geógraficas y/o UTM. También se señalaremos el clima predominante de la zona junto a la precipitación media anual.

Dichos datos nos serán de ayuda y nos ayudarán a justificar la estación climática que mas se adecue las características de la zona de estudio. Para ello , con apoyo de nuestra cartografía temática de situación de estaciones metereológicas, debemos elegir la más idonea para nuestra zona de actuación, teniendo en cuenta factores tanto como la altitud, distancia a la zona de estudio, fiablidad y la presencia de un número suficientes de datos para realizar un análisis estadístico.

Una vez justificada la elección de la estación, recomendamos indicar dentro de nuesto informe  los valores de temperaturas y precipitaciones mas relevantes.

Para calcular la Precipitación Máxima Diaria para los periodos de retorno exigidos por la Administración o la parte contratante, podemos hacer uso de las siguientes herramientas:

Distribución Gumbel:

Esta distribución es utilizada para calcular valores extremos.

distribucionGumbel

X: Precipitación máxima diaria en 24 horas correspondiente al período de retorno T.

T: Periodo de retorno.

ΔX: Desviación típica de los datos de precipitaciones máximas disponibles.

Yn: Factor que depende del número de datos disponibles.

Δn: Factor que depende del número de datos disponibles.

Distribución SQRT_ET MAX:

Es un modelo desarrollado específicamente para el análisis de Precipitaciones Máximas Diarias, conduciendo a valores más conservadores que los obtenidos mediante la ley de Gumbel.

distribuciónSqr

F(x) : Probabilidad de ocurrencia de una determinada tormenta.
K: Parámetro de escala.
α: Parámetro de frecuencia.

Cálculo de K y α:

Para su cálculo se parte de la función de máxima verosimilitud:

  DistSQR

Donde:

DistSQR2

Siendo:

xi: El valor i de precipitación.

La función de máxima verosimilitud L se deriva respecto de α y se iguala a 0, para obtener el valor de k en función de α:

DistSQR3

Con este valor de κ se obtiene el valor de α que maximiza la función de máxima verosimilitud L. Quedando definida la función de distribución F(x) para una serie de valores conocidos de precipitaciones máximas.

Precipitaciones Máximas según las “Máximas lluvias diarias en la España Peninsular”:

Es una publicación que partiendo de una selección de estaciones pluviométricas, recopila sus datos correspondientes a las máximas lluvias diarias y realiza una modelación estadística de las series anuales de máximas lluvias diarias obteniendo una estimación regional de parámetros y cuantiles.

Como valor de cálculo de Precipitación Máxima Diaria, recomendamos tomar el más desfavorable de los 3, aunque también se puede realizar la media aritmética de los tres valores obtenidos.

Obtención de las cuencas de estudio

Para el desarrollo de este punto, entre las diferentes aplicaciones informáticas que existen en la actualidad para la elaboración de dichas cuencas, se encuentra la extensión ArcHydro Tools de la aplicación informática ArcGis.

Inicialmente elaboraremos un MDT (Modelo Digital del terreno) a partir de la cartografía en 3D del área de estudio. Para ello utilizaremos la herramienta 3D Analyst de ArcGis.

 

Imagen1

 

Una vez obtenido el MDT del área de estudio, procederemos a ajustarla a la red de drenaje mediante la herramienta DEM reconditioning que se encuentra en el desplegable de la herramienta Terrain preprocesing.

 

Imagen2

Una vez acoplada la red hidrográfica a nuestro terreno, procederemos al rellenado de huecos (sumideros) mediante la herramienta Fill Sinks. Este paso no es obligatorio, pero es recomendable para evitar errores durante el desarrollo del proceso.

FillSkins

El siguiente paso es la creación de una capa que analizará la dirección en la cual se reconducirá la red de drenaje en todo el área de interés. Para ello utilizaremos la herramienta Flow direction.

 FlowDirectionUna vez obtenida la dirección del flujo, procederemos a calcular para cada celda la cantidad de agua que fluye dentro de la misma, desde todas las celdas que drenan hacia ella. Utilizaremos la herramienta FlowAccumulation.

FlowAcumulation

 

La siguiente herramienta que utilizaremos será StreamDefinition, para definir la red de la cuenca de drenaje.

StreamDefinition

Seguidamente dividiremos las corrientes de la red de drenaje en segmentos mediante la herramienta StreamSegmentation.

StreamSegmentation

Después de realizar esta serie de pasos, ya estamos preparados para tener las áreas de agregación de drenaje mediante la herramienta Catchment Grid Delineation que creará un raster donde cada pixel tiene el valor del área de captación al que pertenece.

CatchemGrid

El raster obtenido en el punto anterior lo convertiremos en vectorial mediante la herramienta Catchmenpolygonprocessing.

CatchemPol

Por último, mediante la herramienta Drainage Line procesing dibujaremos el drenaje superficial.

DrainageLine

También es posible agregar las áreas de captación mediante la herramienta AdjoinCatchmenprocesing.

AreasCaptacion

 

Calculos hidrológicos

El análisis hidrológico se efectuará por el método mas adecuado a la extensión y características de la cuenca, siendo el método hidrometeorológico con las modificaciones realizadas por Témez (1991) para ampliar su campo de aplicación a cuencas de hasta 3000 Km², uno de los más utilizados.

Este método será válido siempre que se cumplan las siguientes condiciones:

  • Si no se requiere conocer de forma detallada la evolución temporal de la onda de avenida (hidrograma), siendo suficiente el dato del caudal punta, el Método Racional es un método válido de estimación de la punta del hidrograma real.
  • Si no se requiere conocer de forma detallada la evolución temporal de la onda de avenida (hidrograma), siendo suficiente el dato del caudal punta, el Método Racional es un método válido de estimación de la punta del hidrograma real.

En definitiva, el método permite la determinación del caudal máximo de avenida a partir de la pluviometría, de las características geomorfológicas de las cuencas, del tipo de utilización del suelo y de la situación geográfica.

Caudal

El caudal de referencia Q en el punto en el que desagüe una cuenca o superficie se obtendrá mediante la fórmula:

caudalSiendo:
C: el coeficiente medio de escorrentía de la cuenca o superficie drenada.
A: su área, salvo que tenga aportaciones o pérdidas importantes, tales como resurgencias o sumideros, en cuyo caso el cálculo del caudal Q deberá justificarse debidamente.
I: la intensidad media de precipitación correspondiente al período de retorno considerado y a un intervalo igual al tiempo de concentración.
K: un coeficiente que depende de las unidades en que se expresen Q y A, y que incluye un aumento del 20 % en Q para tener en cuenta el efecto de las puntas de precipitación.

Intensidad media de precipitación

La intensidad media It (mm/h) de precipitación a emplear en la estimación de caudales de referencia por métodos hidrometeorológicos se podrá obtener por medio de la siguiente fórmula:

Imagen14

Siendo:

I1 (mm/h): la intensidad horaria de precipitación correspondiente a dicho período de retorno. El valor de la razón I1/Id se podrá tomar (Mapa de isolineas).
t (h): la duración del intervalo al que se refiere I, que se tomará igual al tiempo de concentración.
Ka: coeficiente de reducción areal. Para tener en cuenta la no uniformidad espacial de la lluvia, hay que afectarla por un coeficiente de reducción areal si la superficie de la cuenca es mayor de 1 km².

mapaisolineas

Tiempo de concentración

žEn el caso normal de cuencas en las que predomine el tiempo de recorrido del flujo canalizado por una red de cauces definidos, el tiempo de concentración T(h) relacionado con la intensidad media de la precipitación se podrá deducir de la siguiente fórmula:

žtiempoConcentracion

Siendo:

žL (km): la longitud del cauce principal.

žJ (m/m): su pendiente media.

Coeficiente de escorrentía

žEl coeficiente C de escorrentía define la proporción de la componente superficial de la precipitación de intensidad I, y depende de la razón entre la precipitación diaria Pd correspondiente al período de retorno y el umbral de escorrentía Po a partir del cual se inicia ésta.

žSi la razón Pd/Po fuera inferior a la unidad, el coeficiente C de escorrentía podrá considerarse nulo. En caso contrario, el valor de C podrá obtenerse de la siguiente fórmula.

coeficienteescorrentia

Las cuencas heterogéneas deberán dividirse en áreas parciales cuyos coeficientes de escorrentía se calcularán por separado, reemplazando luego el término C·A de la fórmula de cálculo por sumatorio de (C·A).

žEl umbral de escorrentía Po se podrá obtener de la siguiente tabla multiplicando los valores en ella contenidos por el coeficiente.

coefEscorrentia

Este coeficiente refleja la variación regional de la humedad habitual en el suelo al comienzo de aguaceros significativos, e incluye una mayoración (del orden del 100 %) para evitar sobrevaloraciones del caudal de referencia a causa de ciertas simplificaciones del tratamiento estadístico del método hidrometeorológico, el cual ha sido contrastado en distintos ambientes de la geografía española. Para el uso de la tabla anterior los suelos se clasificarán en los grupos de la siguiente tabla, en cuya definición interviene la textura.

usosSuelo

Los núcleos urbanos, edificaciones rurales, caminos, etc., no se tendrán en cuenta donde representen una proporción despreciable del área total. En su caso, deberán diferenciarse las proporciones de los distintos tipos de suelo, atribuyendo a cada una el valor correspondiente de Po. Deberán tenerse en cuenta las modificaciones futuras previsibles en la cuenca, tales como urbanizaciones, repoblaciones, cambios de cultivos, supresión de barbechos, etc.

Si no se requiriera gran precisión, podrá tomarse simplificadamente un valor conservador de Po (sin tener que multiplicarlo luego por el coeficiente corrector) igual a 20 mm, salvo en cuencas con rocas o suelos arcillosos muy someros, en las que se podrá tomar igual a 10 mm.

coeficienteEscorrentiaCorrecion

Especial interés práctico tiene la estimación indirecta de Po basada en información sobre crecidas ordinarias; en relación con este método, conviene tener en cuenta que:

žSe puede determinar el orden de magnitud de los caudales en función de los niveles del agua en el cauce al paso de avenidas habituales, conocidos -en general- por los ribereños al menos de forma aproximada. Datos de esta naturaleza muy característicos son -en algunos casos- el número de años en los que permanece seco el curso de agua, o bien la frecuencia con la que producen desbordamientos del cauce principal.

žLos resultados del cálculo de caudales de avenidas habituales -o de pequeño período de retorno- son muy sensibles a las variaciones de Po, y por ello es suficiente una información aproximada de dichas avenidas para determinar satisfactoriamente Po.

 

Cálculos hidráulicos

žEntre las diversas aplicaciones para dichos cálculos una de las más fiables y precisas es el uso simultáneo de la extensión Hec-GeoRas de ArcGis y el programa Hec-Ras.

žLa extensión Hec-GeoRas se utiliza con el objetivo de realizar un pre-tratamiento de los datos disponibles para la ejecución del modelo hidráulico. Concretamente para generar un archivo de la geometría del cauce con información sobre las diferentes secciones transversales a lo largo del tramo estudiado, estructuras hidráulicas y otros atributos físicos necesarios para el estudio detallado de dicho cauce.

Una vez obtenida esta información se exporta a la aplicación informática Hec-Ras y se procede a determinar las áreas inundables obteniendo la sección ocupada por los caudales calculados en el punto anterior para cada punto de conexión tenido en cuenta.

Fuentes de datos

žLas fuentes de datos fundamentales para la modelación hidráulica son dos: la geometría del cauce y sus inmediaciones; y los caudales de crecida obtenidos desde la modelación hidrológica.

La geometría básica de los cauces se extrae desde una cartografía digital oficial a escala 1:1.000. Las posiciones de los bancos de orilla y la tipología del recubrimiento del lecho para la obtención de los coeficientes n de Manning se recopilaron mediante visita de campo y cartografía geomorfológica de detalle, delimitándose los canales de cauces llenos (bankfullchannel).

manning

Metodología

El archivo de la geometría que se exportará a HEC-RAS contendrá información sobre las secciones transversales, estructuras hidráulicas, márgenes de ríos y otros atributos físicos de dichos cauces.

El tratamiento previo con HEC-GeoRAS implica la creación de estos atributos en los SIG, y luego exportarlos al archivo de la geometría HEC-RAS. En HEC-GeoRAS, cada atributo se almacena en distintas capas.

Por tanto,  antes de crear la geometría del cauce es necesario crear varias capas vacias utilizando el menú RAS Geometría en la barra de herramientas HEC-GeoRAS. Esta herramienta nos permite crear las capas indiviudalmente o crearlas todas de una vez.

RasLayers

–Creación del cauce principal

–Lo primero que haremos será dibujar la geometría del cauce ayudandonos por medio de una ortofoto de la zona. Para ello seleccionaremos la capa river y ayudandonos del editor de capas que posee ArcGis la dibujaremos.

caucePrincipal

Una vez digitalizado el cauce se debe asignar un nombre al río. Para ello utilizaremos la herramienta proporcionada por Hec-GeoRasAssignRiverCode/ReachCode

riverCode

El siguiente paso es la creación de los “banks”, que delimitarán el cauce principal frente a las llanuras de inundación, en este punto se ha de ser muy cuidadoso, ya que la posición donde pongamos los “banks” tendrá una repercusión en en el cálculo de la rugosidad, ya que HEC-RAS trata de diferente forma alcance principal que a las llanuras de inundación. Se da el caso que una misma sección con los mismos coeficientes de rugosidad obtendría una rugosidad media diferente colocando los “banksen distintas posiciones.

banks

El siguiente paso es la creación de los “Flowpaths”, que indican las zonas por donde preveemos que el agua circulará preferentemente por el cauce principal y las dos llanuras de inundación. Los “Flowpathsserán utilizados por HEC-GeoRAS para determinar las distancias entre secciones tanto en el cauce principal como en las llanuras de inundaciones

–Para la creación de la línea central podemos tomar como referencia el cauce del río, para ello utilizaremos la siguiente utilidad:  Flow Path Centerline.

–Una vez obtenida la línea central procederemos a obtener la geometría de las líneas exteriores mediante el editor de ArcGis.

geomLineas

Por último asignaremos la trayectoria del flujo mediante la herramienta AssignLineTypebutton.

lineTippeButton

El próximo paso es la creación de las secciones transversales. La elección de los puntos donde ubicaremos las mismas debe tener en cuenta los siguientes aspectos.

Debemos recoger información de puntos singulares como por ejemplo estrechamientos.

La separación de las secciones estará en función de la uniformidad de la geometría: a más uniformidad más distancia entre secciones.

En los sitios donde preveamos una inestabilidad en el flujo (p.e cambio brusco en el fondo del lecho) nos interesará obtener secciones con poca separación entre ellas ya que eso influirá positivamente en la estabilidad del modelo.

–Para la elaboración de dichas secciones en primer lugar utilizaremos el editor de ArcGis y la herramienta Create Cross Section.

xcutlines

 

–Hasta aquí tenemos los elementos básicos que nos caracterizan el cauce de estudio, aunque Hec-Georas también nos permite introducir puentes, áreas inefectivas de flujo, obstáculos, etc….

–Una vez obtenida la geometría del cauce de estudio procederemos a exportarla a Hec-Ras mediante la siguiente secuencia de comandos: RAS Geometry    —>     Export GIS Data.

 

Desarrollo de un modelo hidráulico en Hec-Ras

Para el desarrollo de dicho modelo deben darse los siguientes pasos:

  1. Crear un proyecto nuevo.
  2. Introducir los datos geométricos.
  3. Introducir los datos hidráulicos, caudal y las condiciones de contorno.
  4. Crear un plan seleccionando unos datos hidráulicos y una geometría.

 

Al ejecutar el programa es posible que aparezca la siguiente la ventana:

 

hecras

Esto significa que la configuración regional de nuestro ordenador usa la coma como separación de miles, por lo que deberemos cambiarla a un punto, ya que HEC-RAS solo trabaja con la configuración americana.

Comenzar un nuevo proyecto

–Para comenzar a trabajar es necesario crear un nuevo proyecto, seleccionando File/New Proyect.

–Creamos o seleccionamos una carpeta donde crear nuestro nuevo proyecto y lo creamos colocando un nombre en “Title” y un nombre en “File name” con la extensión prj.

 

NuevoProyectoHecRAs

Cambiar el sistema de unidades

–Seleccionamos Options/Unitsystem (US customary/ SI).

SIHecras

Aparecerá la siguiente ventana:

ventana

Introducir datos geométricos

–En este paso importaremos la geometría creada en el punto anterior. Para ello seleccionamos Edit/Geometric data en la barra de herramientas. Una vez abierto procedemos a importar la geometría.

GeoHecRas

 

–También es posible introducir manualmente la geometría del cauce, para ello realizaremos los siguientes pasos:

  1. –Seleccionamos Edit/ Geometric Data.
  2. –Una vez dentro de esta ventana seleccionamos el icono “RiverReach”.

 

datosdGeomManuales

Una vez activada la opción anterior el puntero del ratón se convertirá en un lápiz y una vez dibujado el cauce saltará una ventana donde debemos introducir el nombre del río y del tramo.

Introducción de los datos de las secciones transversales

  1. En la ventana Geometric Data seleccionamos el icono Cross Section. Aparecerá una ventana con un espacio en blanco.
  2. Para introducir la primera sección transversal seleccionamos Options/ Add new cross section. Aparecerá una ventana pidiendo un identificador para la sección transversal y deberemos introducir un número que representará su posición relativa respecto a las demás secciones.
  3. El orden como se ordenarán las secciones es de aguas arriba las que tienen números mayores y aguas abajo las que tienen menor número.
  4. Si se desea se puede incluir una descripción en el campo “Description”.
    Construir la sección transversal introduciendo la abcisa en “Station” y la cota en elevation. Si se trata de una sección simétrica es conveniente considerar el 0 de las abcisas con el eje del canal.

Interpolar secciones transversales

  1. En la ventana Geometric Data seleccionamos Tools XS/interpolation.
  2. Aparecerán dos opciones : “Within a Reach” (dentro de un tramo) y “Beetwen 2XS s” (entre dos secciones transversales).
  3. Cada sección interpolada aparecerá con un asterisco después del número de identificación.
  4. Todas las características de las secciones se interpolan incluyendo el número de Manning.

 

Introducción de datos hidráulicos

  1. Seleccionamos Edit/Stady Flow Data.
  2. Aparecerá una ventana que nos permitirá:
    • Definir un número de perfiles diferentes (hasta 2000), a los cuales podemos asociar diferente caudal.
    • Definir las condiciones de contorno.

 

Definir las condiciones de contorno

Las condiciones de contorno admitidas son:

  • Nivel de agua conocido (Known W.S), adecuada si se conoce algún nivel en alguna sección transversal.
  • Calado crítico (Critical Deph), adecuado si existe alguna sección de control.
  • Calado normal (Normal Deph), adecuado donde el flujo se aproxime al uniforme.
  • Curva de gasto (Rating Curve), adecuado si existe una sección de control con una relación entre caudal y calado fija.

 

Crear un plan y ejecutar una simulación

Para realizar una simulación hidráulica es necesario crear un plan que incorpore un fichero de datos de geometría y otro de datos hidráulicos. Para ello seleccionaremos el icono Run/Stady Flow analysis.
Aparecerá una ventana donde podemos introducir el identificador, en caso de no hacerlo aparecera por defecto.

  • Seleccionamos un fichero de datos hidráulicos y otro geométrico existente.
  • Seleccionamos el régimen de flujo que esperamos encontrar. Si no estamos seguros se recomienda utilizar Mixed.

 

Salida de resultados

Una vez ejecutada la simulación correctamente, se pueden ver los resultados de varias maneras. Dentro del menú View se tienen las siguientes opciones que son también visibles a través de iconos.

 

salidaResultadosHecRas

Secciones transversales (Cross section)

En el menú View o seleccionando el icono correspondiente aparece la siguiente ventana:

seccionesTransversales

En el menú “Options” existen muchas posibilidades para personalizar esta gráfica, como por ejemplo:

  • Elegir el Plan.
  • Elegir el Perfil.
  • Ver o no secciones interpoladas.
  • Elegir las variables para ver.

 

Perfiles de las láminas de agua

En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparecerá la siguiente imagen:

 

perfilesLaminasAgua

De nuevo en el menú “Options” tenemos todo tipo de posibilidades similares a las que tenemos con las secciones transversales. Es posible incluso hasta cambiar la escala de ambos ejes.

 

Gráficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil

En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparecerá el siguiente perfil:

graficasHecRas

Podemos elegir ver varías gráficas estándar a lo largo de todo el perfil seleccionando entre las opciones del menú “Estándar Plots”, entre las cuales tenemos:

  • Velocidad ( velocity).
  • Caudal (Flow).
  • Área de la sección transversal (Area).
  • Coeficiente de Manning ponderado ( Weighted n).
  • Número de Froude (#F).
  • Calado hidráulico (Hydraulic depth).
  • Tensión de corte (Shear).
  • Área de la superficie (Surface area).
  • Volumen de agua (Volume).
  • Potencia de flujo (Stream power).

También es posible definir gráficas personalizadas eligiendo cualquier parámetro calculado del problema. Todas las gráficas es posible visualizarlas en formato tabla, seleccionando la pestaña Table.

 

Ver curvas caudal-calado de cada perfil

En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparecerá la siguiente ventana:

curvaCaudalCalado

 

Ver dibujos en perspectiva

En el menú View o seleccionando el icono correspondiente nos aparecerá la siguiente imagen:

DibujosPerspectiva

Aquí, en el menú “Options” también podemos seleccionar el plan, perfil (uno, varios o todos), realizar acercamientos, animaciones, etc. En la ventana también es posible configurar la vista cambiando el ángulo horizontal (Rotation angle) o el ángulo vertical (Azimuth angle).

Ver tablas de detalle

En el menú View o seleccionando el icono correspondiente nos aparecerá la siguiente ventana.

tablasDetalle

Aquí se ve un resumen de los parámetros hidráulicos de cada una de las secciones, dándonos la opción de incluir las notas de aviso, error en la misma ventana y cambiar el sistema de unidades para su visualización.

Ver tabla de resumen

Al igual que en las opciones anteriores, en el menú View o seleccionando el icono correspondiente nos aparecerá la siguiente ventana:

tablaResumenHecRas

Mensajes

Una vez ejecutada la simulación, el programa genera un registro de incidencias que se clasifican en:

  • Errores (Errors): los mensajes de error son enviados únicamente cuando han surgido problemas que han impedido que la simulación se complete.
  • Avisos (Warnings): los avisos dan información al usuario sobre incidencias que pueden exigir o no acciones de corrección. Cuando aparecen estos mensajes, el usuario debe revisar los resultados de los cálculos hidráulicos de la sección afectada para asegurarse de que sean razonables. A veces pueden ir acompañados de alguna sugerencia que puede hacer desaparecer este mensaje en simulaciones futuras.

Los problemas mas comunes que suelen aparecer en los mensajes son los siguientes:

  • Secciones demasiado espaciadas.
  • Secciones que comienzan o terminan a una cota demasiado baja.
  • Cota inicial de la lámina de agua incorrecta para el régimen especificado.
  • Datos de la sección transversal incorrectos.

Traducción de los avisos mas comunes:

  • Divided flow computer for this section”: Fue calculado flujo dividido en esta sección.
  • The velocity head has change by more 0,5 ft (0,15m). This may indicate the need for adictional cross sections”: La altura de velocidad ha cambiado mas de 0,15m, lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales adicionales.
  • The energy loss was greater than 1.0 ft (0,3 m) between current and previus cross section. This may indicate the need for adictional cross sections”: La pérdida de carga fue mayor a 0,3 m entre las secciones transversales actual y anterior, lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales adicionales.
  • The coveyance ratio (upstream coveyance divided by downstream coveyance) is less than 0,7 or greater than 1,4. This may indicate the need for additional cross sections”: La pérdida de carga fue mayor que 0,3 o mayor que 1,4, lo que puede indicar la necesidad de secciones transversales adicionales
  • During the estándar step interations, when the asumed the water surface was set equal to critical deph, the calculated water surface came back below critical deph. This indicates that there is not a valid subcritical answer. The program defaulted to critical deph”. En las iteraciones del método del paso estándar, cuando la superficie libre fue asumida igual al calado crítico, la superficie calculada arrojó valores inferiores a los del calado crítico. Esto índica que no existe una respuesta subcrítica válida. El programa colocó calado crítico.
  • The energy ecuation could not be balanced within the specified number of iterations. The program selected de water surface that had the least amount of error between computed and assumed values”. La ecuación de energía no pudo ser balanceada con el número especificado de iteraciones. El programa eligió la superficie libre que tuvo el mínimo error entre los valores calculados y asumidos.

Opciones avanzadas

Introducir puentes

Para introducir un puente, en la ventana “Geometric data”, seleccionamos el icono “Brdg.Culv”, nos pedirá el número de la posición donde se encuentre el puente. Los elementos que conforman un puente son el tablero (Deck/ Roadway), las pilas (Pier) y los estribos (Sloping Abutmen).

Las características del tablero se introducen en la ventana “Bridge culvert data”, icono “Deck/Roadway”. Debemos introducir los siguientes datos:

  • Distance: distancia desde la cara aguas arriba del puente hasta la sección de contigua.
  • With: ancho del tablero.
  • Weir coef: coeficiente de vertedero que se usará para el cálculo de flujo por encima (por defecto 1,44).
  • Cotas superiores (high chord) e inferiores (low chord) del tablero a diferentes abcisas (Station). Si estos datos son iguales en aguas arriba y aguas abajo del puente pueden introducirse los datos en las 3 primeras columnas y copiarlas usando el icono “Copy US to DS”.
  • US Embankment: inclinación total del talud de aguas arriba en relación H:V.
  • US Embankment: inclinación del talud aguas debajo.

Las características de la pila se introducen en la ventana “Bridget Culver data”, icono “Pier”. Los datos que debemos introducir son:

  • Pier #: número de pila, para introducir más de 1 seleccionar Add.
  • Centeliner Station Upstream: abcisa del eje de la pila aguas arriba.
  • Centeliner Station Downstream: abcisa del eje de la pila aguas abajo.
  • Pier width: Ancho de la pila
  • Elevation: Cota hasta que la pila tiene el ancho indicado.

Las características de los estribos se introducen en la ventana “Bridget Culvert Data”, icono “Sloping Abutment”. Debemos introducir:

  • Abutment #: número de estribo.
  • Station (abcisa) y elevation (cota).

 Si por último no se desea que el programa utilice un método de cálculo establecido por defecto para analizar las simulaciones, es necesario introducir uno o varios alternativos.

Definir áreas inefectivas

Las áreas inefectivas de flujo son áreas de la sección transversal que no influyen activamente al transporte de caudal, es decir, se considera que la velocidad del agua es nula. La diferencia con un límite físico es que el área inefectiva no agrega perímetro mojado al flujo.

Para definir áreas inefectivas, en la ventana “Geometric Data”, seleccionar el icono “Cross section” y una vez posicionados en la sección donde se quiere crear un área inefectiva, seleccionar Options/Inefective Flow areas.

Introducir Culverst

Las características del tablero se introducen en la ventana “Bridget/Culvert data”, icono “Deck/Roadway”. Se debe introducir:

  • Distancia desde la cara de aguas arriba del tablero hasta la sección posterior.
  • Width: ancho del tablero (m).
  • Weir coef: coeficiente del vertedero (1,44 por defecto).
  • Cotas superiores (high chord) e inferiores (low chord) del tablero a diferentes abcisas (Station). Si estos datos son iguales en aguas arriba y aguas abajo del puente pueden introducirse los datos en las 3 primeras columnas y copiarlas usando el icono “Copy US to DS”.
  • US Embankment: inclinación total del talud de aguas arriba en relación H:V.
  • US Embankment: inclinación del talud aguas abajo.

Las carácterísticas de la tubería se introducen en la ventana “Bridget Culvert Data”, icono Culvert. Debemos introducir:

  • Shape: a elegir entre 9 formas estándar.
  • Span: ancho o diámetro
  • Chart #: número de carta
  • Scale #: número de escala.
  • Distance to up strm XS: Distancia a la sección transversal de aguas arriba.
  • Curvert length: longitud de las tuberías.
  • Lost coeff: coeficiente de pérdida de carga a la entrada.
  • Exit lost coeff: coeficiente de pérdida de carga a la salida.

 

Introducción de Culverts:

  • Mannings for Top: coeficiente de Manning para la parte de arriba de la tubería.
  • Manning´s for Bottom: coeficiente de Manning para la parte de debajo de la tubería.
  • Depth to use Bottom n: calado a partir del cual se usa el coeficiente de Manning abajo.
  • Depth blocked: calado inefectivo por acumulación de sedimentos o rellenado.
  • Upstream Invert Elev: cota de invert de aguas arriba.
  • Downstream Invert Elev: cota de invert de aguas abajo.
  • Centerline stations: abcisas de los ejes de las tuberías, aguas arriba y aguas abajo.

 

Encauzamientos

Los encauzamientos (Encroachments) se utilizan para definir las vías de intenso desagüe (Floodway Encrochments). Para ello es necesario ejecutar una simulación con las condiciones naturales del cauce y luego es recomendable crear varias simulaciones con diferentes métodos.

  •  Equal Conveyance Reduction: cuando está seleccionada buscará una opción que disminuya el transporte a ambos lado del cauce.
  • Left bank offset: distancia en metros que puedo apartarme de la margen izquierda del cauce para encontrar una solución al encauzamiento.
  • Rigth bank offset: distancia en metros que puedo apartarme de la margen derecha del cauce para encontrar una solución al encauzamiento.
  • Upstream RS y Downstream RS: secciones aguas arriba y aguas abajo donde quiero realizar el encauzamiento.
  • Left Rigth Station: abcisa de la sección central donde quiero definir el encauzamiento para el lado izquierdo.
  •  Fixed Top Witdth: ancho máximo de la parte superior de la lámina de agua fijado para definir el encauzamiento.
  • Target k Reduction: reducción máxima de transporte que permito para definir el encauzamiento.
  • Target WS (EG) Changed: cambio máximo de la altura de la lámina de agua (nivel de energía) que permito para encontrar una solución.
  • Set Selected Range: aplica los valores límites definidos a las secciones del tramo seleccionado.

 

Levees

En ocasiones las secciones transversales tienen varias cotas bajas. El programa cuando realiza las simulaciones comienza a llenar primero todas las depresiones de la sección transversal. Los levees son una especie de diques longitudinales artificiales que se colocan para indicarle al programa que hay una vía preferente de desagüe. De esta manera el programa empezará primero a llenar primero el cauce principal, hasta que se llegue a la cota del levee, a partir de la cual comenzará a llenar la parte situada al otro lado del leeve.

 

Introducir estructuras en línea

Las estructuras en líneas son las que se encuentran cortando el flujo perpendicularmente, es decir, coincidiendo con alguna sección transversal.
Para introducir una estructura en línea, dentro de la ventana “Geometric data”, seleccionaremos el icono “Inline structure”. Seguidamente, seleccionamos Options/ Add a Inline Structure y se nos pedirá un identificador asignado a la estructura que servirá para posicionarla dentro del tramo del cauce de estudio

Podemos elegír el río (River), el tramo (Reach) y en la opción “Pilot flow” nos permitirá introducir un caudal. En la misma ventana existe un icono “Weir/Embankment” cuya utilidad es introducir un aliviadero o dique. Si lo seleccionamos, nos aparecerá la opción “Inline Structure Wein Station Elevation Editor”.

 Debemos introducir la distancia entre la estructura y la sección transversal situada aguas arriba (Distance), el ancho de la estructura (Width) y el coeficiente de descarga del vertedero (Weir coef) que puede dejarse por defecto.

 En la ventana“Inline Structure Data” existe otro icono “Gate” que al seleccionarlo abrirá: “Inline Gate Editor”, donde se puede introducir el diseño de las compuertas.

 

Introducir estructuras laterales

Las estructuras laterales  se encuentran paralelas al flujo principal del cauce, es decir, perpendiculares a las secciones transversales.
Para introducir una estructura lateral, en primer lugar debemos dirigirnos a la ventana “Geometric data”, donde seleccionaremos el icono “Lateral estructure”. Inmediatamente el programa nos mostrará la opción “Lateral estructure editor”.

 Seleccionaremos Options/Add lateral structure y Hec RAS nos pedirá el número identificador de la estructura para posicionarla dentro del tramo del cauce objeto de estudio. En el icono “Weir/Embankment”, nos abrirá la ventana “Lateral Weir Embankment”y deberemos introducir:

  • Distancia desde la estructura hasta la sección de aguas arriba (Distance to Upstream XS).
  • El ancho del vertedero (Weir Width) en metros.
  • La referencia del flujo por vertedero (Weir flow reference), donde puede elegirse la lámina de agua (Water surface) o línea de energía (Energy grade).
  • El coeficiente de vertedero (Weir coefficient).

En la zona de coordenadas (Weir Station and Elevation) podemos definir la barrera lateral. También existe la opción de introducir orificios de compuertas y de culverts e incluso una derivación del caudal a través de la curva caudal-calado que hay que introducir previamente.

 

Introducir obstrucciones al flujo

En algunas ocasiones, es  necesario bloquear el paso del agua en una zona de la sección, normalmente aguas arriba de alguna estructura. Los pasos a seguir serán los siguientes:

  1. Nos situamos en la ventana “Geometric data”, seleccionando el icono “Cross section”.
  2. Nos posicionamos en la sección transversal donde se quiere colocar la obstrucción y seleccionamos Options/Obstructions.
  3.  Aparecerá la ventana “Obstructer areas”, donde nos permitirá introducir una obstrucción normal (una a cada lado) o una de múltiples bloques (Multiple Blocks).
    La primera opción exige una abcisa (stations) y una cota (elevations) a ambos lados o uno de ellos.
    La segunda opción existe abcisas de comienzo y final (Star station) y (End station) y cota (Elevation) para cada bloque.

 

Exportación de datos

Para llevar a cabo este paso, seleccionamos “File” y posteriormente “Export Gis data”.

exportacionDatos

La extensión Hec-GeoRas de ArcGis,nos  aporta una herramienta para leer los datos importados de Hec-Ras.

 

hecGeoRas

 

Seleccionamos el archivo generado desde la aplicación informática Hec-Ras y la pasamos a un formato para poder trabajar con ArcGis.

 

convertRas

 

Dentro de la barra de herramientas Hec-GeoRas, seleccionamos la opción “Ras Mapping” y posteriormente “Layer Setup“.

 

rasMaping

Leemos la información introducida en el punto anterior mediante la opción “Read Ras Gis export File” dentro de “Ras Mapping”.

readRas

 

Por último obtenemos la llanura de inundación a través de la herramientas presentes en “Inundationmapping” dentro de “RAS mapping”.

 

llanuraInundacion

Una vez finalizados todos estos pasos tendremos nuestro Estudio de Inundabilidad finalizado. Nosotros solo hemos utilizado algunas de las herramientas que nos ofrecen estos programas, pero existen muchas más muy interesantes que mostraremos en las siguientes guías que publiquemos.

Esperamos que os sea de utilidad esta guía :).