Condiciones de contorno en HEC-Ras, simulación en régimen permanente

Los parámetros a definir en una simulación en régimen permanente mediante HEC-Ras son tanto geométricos como hidráulicos. De estos últimos, uno de ellos son las condiciones de contorno. Pero, ¿qué tipo de condición hay que escoger? ¿Aguas arriba, aguas abajo o ambas? Intentemos poner un poco de luz a estas dudas de la manera más amena que conozco: con un juego de preguntas y respuestas.

Condiciones de contorno

Condiciones de contorno, ¿qué son?

Se entiende por condiciones de contorno aquellas que definen el comportamiento de un modelo en sus límites.

Con la definición ya queda claro que en una simulación o modelización hidráulica de un tramo de río existirán dos condiciones de contorno: los límites superior e inferior del modelo.

Pero como los hidráulicos tenemos la manía de introducir la denominación agua allá donde podemos, esos límites son más comúnmente conocidos como condiciones de contorno aguas arriba y aguas abajo.

Ahora que sabemos qué son las condiciones de contorno y cuántas hay, pasemos a la siguiente cuestión.

¿Qué condiciones de contorno se pueden definir en HEC-Ras?

Teniendo en cuenta que estamos hablando siempre de modelizaciones en régimen permanente, se pueden llegar a definir hasta cuatro tipos distintos de condición de contorno, a saber: nivel de agua, calado crítico, calado normal y curva de caudal… sólo hay que escoger una de ellas. Una pequeña guía de los campos de utilización puede ser la siguiente:

  1. Nivel de agua: si tenemos algún dato del calado de la sección, normalmente dado por un limnímetro. ¡¡¡¡Atención!!!! El dato a introducir es el nivel, es decir, una cota sobre el nivel del mar… ¡¡¡no un calado!!!
  2. Calado crítico: se define cuando en la sección existe un elemento de control de calado/caudal basado en el calado crítico (vertedero, aforador, presa, azud). La característica de esta opción es que no hay que entrar datos, ya que el programa toma como dato el cálculo del calado crítico en la sección.
  3. Curva de caudal: a usar cuando se posea la curva de caudal de la sección, es decir los datos que relacionan calado con caudal. Si poseemos datos de aforador, es la condición de contorno a definir.
  4. Para toooodo el resto de casos, definir como condición de contorno el calado normal. Es el más habitual, ya que es el caso en el que el flujo se aproxima al uniforme. El dato a entrar es la pendiente del tramo de influencia, en tanto por uno.

Y cuando digo tramo de influencia, no me refiero a la pendiente del tramo de río a estudiar, si no ¡la pendiente del tramo entre las dos secciones consecutivas más cercanas! Es decir, para la condición de contorno aguas abajo: la pendiente entre la sección más aguas abajo y su inmediata superior (y lo equivalente para la de aguas arriba).

¿Dónde definir las condiciones de contorno?

Ya estamos llegando al final del proceso… sabemos qué condiciones de contorno definir y cómo… y ahora la eterna duda: ¿aguas arriba? ¿aguas abajo? ¿o ambas?

Alguien os dirá… ¡hombre, asegura el tiro y ponlas siempre en los dos extremos! Puede que tenga razón algunas veces, pero en otras esta simplificación puede generar cierta inexactitud en los resultados… Y ya puestos, siempre es mejor hacer las cosas bien hechas…

Yo os digo que las defináis en función del régimen de flujo previsto:

  • Si el régimen en todo el tramo a modelar va a ser régimen supercrítico: aguas arriba
  • Si el régimen va a ser régimen subcrítico: aguas abajo
  • Si el régimen va a ir variando a lo largo del tramo: en ambos

Todo se debe a la teoría de propagación de las perturbaciones: en régimen supercrítico una perturbación se propaga sólo aguas abajo del punto donde se produce; en cambio en régimen subcrítico, la perturbación también se propaga aguas arriba.

¿Y cuando sé a priori si el régimen va a ser supercrítico o subcrítico (o mixto)? Esta és una habilidad que te la da la experiencia… lo mejor será dedicarle un artículo al tema del régimen de flujo.

Espero que lo explicado en éste os sirva para aclarar un poco la incertidumbre que a veces se tiene al definir las condiciones de contorno. Si te ha sido útil, o simplemente te ha gustado, ¿me puedes hacer el favor de compartirlo? Te lo agradezco!!!

Y si quieres aprender más HEC-Ras… permíteme presentarte los cursos que tienes disponibles en HidrojING.

¿No has usado nunca HEC-Ras y te gustaría iniciarte en su manejo? ¿Lo has tocado sólo una par de veces, pero te gustaría saber algo más? ¿Quieres dominar el arte de definición de viaductos, culverts, cuaces tributarios, inline y lateral structures, etc?

En HidrojING pongo a tu disposición unos cursos de HEC-Ras a distintos niveles para que elijas el que más te interesa… Puedes encontrar más información en los siguientes botones:

Button Text

Button Text

Button Text

20 Comments

  • Arnau dice:

    Muy didáctico de nuevo. Creo interesante añadir que no está de más hacer un análisis de sensibilidad variando un +/- 10% las condiciones de contorno contrastando que no afectan significativamente al modelo, ni alteran los resultados.

    • JOF dice:

      Me alegra que te parezca útil el post, Arnau.
      Gracias por tu aportación. Siempre es una buena práctica aplicar métodos para comprobar la bondad del modelo….
      Un saludo,

  • […] y como expliqué en el artículo sobre las condiciones de contorno, la elección del régimen de cálculo influye directamente en la definición de las condiciones de […]

  • […] alguna vez, sabrás que para realizar una simulación se necesita una geometría, un caudal, unas condiciones de contorno y una rugosidad. Partiendo de la base que tanto la geometría como el caudal suelen ser datos […]

  • Sergio dice:

    Hola

    Tengo modelado un río, el cual se sus condiciones de contorno. Pero le palique modificaciones al cauce del río y nose que condiciones de contorno colocar en el programa ahora.
    Alguien que me ayude?

    • Jordi Oliveras dice:

      Hola Sergio, es importante saber qué modificaciones has realizado.
      Si las modificaciones no afectan a las secciones extremas del modelo, las condiciones de contorno serán las mismas… pero si has modificado esas secciones extremas, las condiciones de contorno es posible que requieran de actualización

  • […] otro, qué condiciones de contorno definir… que dependerá de los datos que se […]

  • Javier dice:

    HI
    Tengo un modelo en el cual la lamina de agua en régimen subcritico tiende a subir mientras el terreno va en descenso, al modelarlo en régimen super crtitico me indica que en todo el tramo el calado critico (la linea roja) es igual a la lamina de agua (linea azul). Al modelalro con regimen mixto se comporta igual que en el regimen subcritico.

    Tiene sentido estos resultados? Que debo hacer para corregirlo?

    • Jordi Oliveras dice:

      Hola Javier,
      en primer lugar, si la lámina de agua tiende a subir es que seguramente la condición de contorno impuesta aguas abajo es muy elevada… contrasta si debe ser en realidad tan alta…
      Este hecho es el que puede provocar que la simulación sea en régimen subcrítico, ya que la lámina de agua debe ir muy alta… y el programa no encuentra solución supercrítica al resolver las ecuaciones del flujo, por eso si simulas en supercrítico iguala el calado al crítico, y en mixto ofrece los resultados del subcrítico…
      Puedes probar de imponer aguas abajo el calado crítico como condición de contorno, y comprobar si los resultados son los mismos… si fuera así, la simulación que habías realizado ya era correcta… si son distintos, seguramente la simulación correcta será esta segunda.
      Saludos.

  • Rebeca dice:

    Hola buenas tardes, estoy modelando un río en época de estiaje, que condiciones de contorno debo poner?

  • ricardo dice:

    me pueden pasar algun autor que explique mas detalladamente las condiciones de contorno

    • Jordi Oliveras dice:

      Hola Ricardo… no tengo constancias de biblografía que exponga con mayor profundidad el tema de las condiciones de contorno. Quizá el Manual de REferencia Hidráulica que contiene el propio programa en el apartado Help puede haber más información. Saludos.

  • me podrias proporcionar la referencia bibliográfica??.. porfavor

  • Nathalia Buitrago dice:

    Buenas tardes, muchas gracias por la información. Tengo una duda, quiero modelar suponiendo régimen subcrítico, pero al ver la pendiente de la lámina de agua de las dos secciones ubicadas más hacia aguas abajo, me da una pendiente negativa, esto es posible? qué podría hacer?

  • Julián Chauca dice:

    Buenas noches. Tengo un inconveniente al modelar en flujo no permanente. Estoy modelando con la versión 4.1, si bien logro estabilizar el modelo, el problema es cuando ingreso el puente, si bien sigue estable el modelo en todos los perfiles (cada 5 minutos ), lo caudales tienden a contraerse y reducirse alrededor del caudal de la condición inicial (en este caso 25 m3/s). Quisiera saber en qué estoy fallando u obviando al ingresar dicha estructura.

    Saludos.

Participa en HidrojING, aporta tu comentario. Gracias!!!