MODELACIÓN NUMÉRICA EN RÍOS EN RÉGIMEN PERMANENTE Y VARIABLE

1. Ecuaciones y conceptos básicos de la hidráulica en lámina. Una visión a través de HEC-RAS
1.1 Introducción. Hipótesis básicas de cálculo
1.2 Conceptos básicos
1.2.1 Ecuación de la energía
1.2.2 Metodología de cálculo: método paso a paso
1.2.3 Determinación del calado crítico

2. Características generales y prestaciones básicas de HEC-RAS
2.1 Antes de empezar a trabajar con HEC-RAS
2.1.1 Pantalla de inicio de HEC-RAS
2.2 Desarrollo de una simulación con HEC-RAS
2.2.1 Inicio de un nuevo proyecto
2.2.2 Caracterización de la geometría
2.2.3 Caudales y condiciones de contorno en régimen permanente
2.2.4 Cálculos hidráulicos
2.2.5 Visualización de los resultados

3. Validación y análisis de los resultados
3.1 Descripción del caso de estudio
3.2 Validación de la simulación
3.2.1 Problemas de convergencia
3.2.2 Error en la selección del régimen de cálculo
3.2.3 Avisos (warnings) más habituales
3.3 Análisis de sensibilidad de los resultados
3.3.1 Coeficiente de Manning
3.3.2 Espaciamiento entre secciones
3.3.3 Condiciones de contorno

4. Estructuras, encauzamientos y confluencias
4.1 Análisis de puentes
4.1.1 Conceptos teóricos básicos
4.1.2 Introducción de un puente en HEC-RAS
4.2 Culverts
4.2.1 Conceptos básicos
4.2.2 Introducción de un culvert en HEC-RAS
4.3 Secciones cerradas
4.3.1 Conceptos básicos
4.3.2 Introducción de una sección cerrada en HEC-RAS
4.4 Diseño de encauzamientos
4.4.1Conceptos básicos
4.4.2 Modificación de la geometría por encauzamiento en HEC-RAS
4.5 Obtención de la vía de intenso desagüe o Floodway
4.5.1 Conceptos básicos
4.5.2 Introducción de los datos para el cálculo de la vía de intenso desagüe
4.6 Confluencias y bifurcaciones
4.6.1 Conceptos básicos
4.6.2 Confluencia en régimen lento
4.6.3 Confluencia en régimen rápido
4.6.4 Confluencia con alternancia de regímenes
4.6.5 Bifurcación en régimen lento
4.6.6 Bifurcación en régimen rápido
4.6.7 Bifurcación con alternancia de regímenes
4.6.8 Introducción de una confluencia en HEC-RAS

5. Introducción a HEC-GeoRAS mediante la utilización de SIG (ArcView 3.2)
5.1 Introducción al SIG
5.1.1 El modelo raster
5.1.2 El modelo vectorial
5.2 Introducción a ArcView y su entorno
5.3 Aspectos básicos de HEC-GeoRAS
5.3.1 Usos de HEC-GeoRAS
5.3.2 Esquema de trabajo
5.4 Preparación de la información
5.5 PreRAS
5.5.1 Crear temas de RAS
5.5.2 Cálculos de parámetros y geometría para importar
5.6 Interacción de HEC-RAS con HEC-GeoRAS
5.7 PostRas

6. Conceptos básicos del flujo variable en lámina libre en una y dos dimensiones
6.1 Introducción
6.2 Ecuaciones de Saint Venant unidimensionales
6.3 Ecuaciones de Saint Venant bidimensionales
6.3.1 Ecuaciones del flujo bidimensional en lámina libre o ecuaciones de Saint Venant
6.3.2 Términos de las ecuaciones de Saint Venant
6.3.3 Turbulencia en el flujo en lámina libre
6.3.4 Simplificación de las ecuaciones de Saint Venant en dos dimensiones
6.4 Análisis de las ecuaciones de Saint Venant
6.4.1 Teoría de las características
6.4.2 Ecuaciones características para las ecuaciones de Saint Venant unidimensionales para cauces prismáticos rectangulares
6.4.3 Ecuaciones características para las ecuaciones de Saint Venant unidimensionales para cauces cualesquiera
6.4.4 Características para las ecuaciones de Saint Venant bidimensionales

7. Esquemas numericos para la modelizacion del flujo variable en lamina libre en una y dos dimensiones
7.1 Modelizacion numerica del flujo de agua en lamina libre en regimen variable
7.1.1 Esquemas unidimensionales
7.1.2 Esquemas bidimensionales
7.1.3 Modelos comerciales
7.2 Esquemas numericos para las ecuaciones de Saint Venant 1D
7.2.1 Esquemas explicitos y esquemas implicitos
7.2.2 Esquemas centrales y esquemas upwind
7.2.3 Esquema de Preissmann (o de los cuatro puntos)
7.2.4 Esquema de MacCormack
7.2.5 Esquemas unidimensionales de alta resolucion. Volumenes finitos
7.2.6 Esquemas cuasi-bidimensionales
7.3 Esquemas numericos para las ecuaciones de Saint Venant 2D
7.3.1 Esquemas bidimensionales clasicos
7.3.2 Esquemas bidimensionales de alta resolucion. Volumenes finitos
7.3.3 Proceso de modelizacion en dos dimensiones

8. Beneficios del calculo en regimen no permanente
8.1 Introduccion
8.2 Descripcion matematica del movimiento
8.3 Influencia de las fuerzas actuantes sobre el movimiento del agua en lamina libre
8.4 Diferencias entre el calculo en regimen permanente y no permanente
8.5 Problemas de decalaje temporal al considerar el flujo en regimen permanente
8.6 Modelos de calculo hidraulico basados en las ecuaciones de Saint.Venant. Modelos completos
8.6.1 Modelos comerciales mas empleados
8.7 Consideraciones sobre la utilizacion de un modelo completo

9. Caracteristicas generales y prestaciones basicas de HEC-RAS en regimen variable
9.1 Antecedentes
9.2 Capacidades y/o limitaciones
9.3 Esquema de calculo
9.3.1 Ecuacion de continuidad
9.3.2 Ecuacion de momentum
9.3.3 Esquema de Preissmann de los cuatro puntos
9.4 Condiciones de contorno
9.4.1 Condiciones de contorno internas
9.4.2 Extremo aguas arriba de un tramo
9.4.3 Extremo aguas abajo de un tramo
9.5 Condicion inicial
9.6 Alternancia de regimen (mixed). Algoritmo LPI
9.7 Resolucion numerica
9.8 Proceso de calculo
9.9 Estabilidad del modelo
9.9.1 ?¢x
9.9.2 ?¢t
9.9.3 ?Æ
9.9.4 Numero de iteraciones
9.9.5 Tolerancias de calculo
9.9.6 Factores de estabilidad de aliviaderos y vertederos
9.9.7 Factores de sumergencia de aliviaderos y vertederos
9.10 Deteccion de problemas de estabilidad
9.11 Soluciones mas comunes a los problemas de estabilidad
9.11.1 ?¢t demasiado grande
9.11.2 ?¢x demasiado grande
9.11.3 La solucion da un calado critico
9.11.4 Mala condicion de contorno aguas abajo
9.11.5 Malas propiedades de las secciones
9.11.6 Tablas de propiedades para (z+y) no suficiente alta
9.11.7 Tablas de propiedades con escasa resolucion
9.11.8 Aguas someras
9.11.9 Malas curvas de gasto en puentes o culverts
9.11.10 Aliviaderos o vertederos largos y horizontales
9.11.11 Compuertas con apertura demasiado rapida
9.12 Precision del modelo
9.13 Sensibilidad del modelo
9.13.1 Sensibilidad numerica
9.13.2 Sensibilidad fisica

10. Aprendizaje practico con HEC-RAS en regimen variable. Cambios de regimen e inestabilidades numericas
10.1 Introduccion
10.2 Proyecto de HEC-RAS en regimen variable
10.2.1 Flujo subcritico
10.2.2 Flujo supercritico
10.3 Herramientas de HEC-RAS para la evaluacion de los resultados

1 Recomendaciones acerca de los criterios hidraulicos que se deben considerar en cualquier simulacion en rios
1.1 Aspectos generales
1.1.1 Simulacion en regimen permanente o variable
1.1.2 Modelo digital del terreno (MDT)
1.1.3 Coeficiente de rugosidad de Manning
1.1.4 Condiciones de contorno
1.2 Aspectos particulares del modelado 1D
1.2.1 Espaciamiento entre las secciones de calculo
1.2.2 Analisis de sensibilidad del coeficiente de rugosidad de Manning
1.2.3 Ajuste de los parametros de calculo
1.3 Aspectos particulares de la modelizacion 2D
1.3.1 Esquema numerico
1.3.2 Tamano de la malla de calculo
1.3.3 Zona de estudio
1.3.4 Simulacion de estructuras hidraulicas

Bibliografia

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, aplicable en el ámbito de la ingeniería hidráulica y fluvial, con una gran aceptación por parte de la administración pública.

Mediante la aplicación del modelo a casos reales, se presentan las bases teóricas esenciales (conceptos de régimen lento, régimen rápido, resalto, etc.), el funcionamiento general del programa (elaboración de un proyecto, creación de geometrías, gestión de planes, etc.), los aspectos clave a considerar en su ejecución (establecimiento de las condiciones de contorno, espaciamiento entre secciones, rugosidad, etc.), al tiempo que se trabaja también con elementos singulares (puentes, encauzamientos, pasos entubados bajo vía, etc.).

El libro se estructura de manera ordenada según los temas que se desarrollan en los cursos de modelación numérica en ríos (régimen permanente y régimen variable), impartidos por los miembros del grupo de investigación FLUMEN de la UPC.