El highlight de la próxima versión de HEC-RAS 2D

HEC-RAS-2D_esquema

La próxima versión de HEC-RAS aportará una gran novedad: la posibilidad de realizar simulaciones en 2D… Uno de los puntos más destacados de esta nueva versión de HEC-RAS 2D será cómo se establecerán las características hidráulicas de la malla de la zona bidimensional.

Para poder establecer un flujo bidimensional será necesario crear y definir una superficie mallada en donde nos interese este tipo de flujo… esta malla se “adaptará” a la orografía del terreno a partir de la información cartográfica y los modelos de elevaciones disponibles que hayamos generado y trabajado.

Uno de los puntos importantes será precisamente la definición de esa malla, ya que será la que influirá en el desplazamiento del flujo por la superficie… de manera que este irá de celda a celda a través de la aristas de contacto de las mismas…

Y aquí es donde se encuentra uno de los puntos más destacados de la futura versión de HEC-RAS… las características hidráulicas de los elementos que componen la malla (celdas y aristas) serán las que regirán cómo se comporta y desplaza el flujo por la zona 2D.

Por cierto, que el lanzamiento definitivo de la versión HEC-RAS 2D se está retrasando… el gran número de bugs que se están corrigiendo de su versión Beta tiene la culpa… la última noticia es que tendremos que esperar aún algunas semanas para que esté disponible la versión definitiva HEC-RAS 5.0.

¿Cómo se creará una malla?

Tampoco voy ahora a detallarte exactamente el proceso de creación de un modelo en HEC-RAS 2D, pero te voy a dar algunos tips para que te sirvan de introducción al tema:

  • Primero se definirá y delimitará con un polígono cerrado la superficie en la que se generará la malla, al estilo de cómo se definen en la actualidad los Storage Areas
  • Después se procederá a la creación de la malla, definiendo los tamaños de las celdas y parámetros de tolerancia
  • Seguidamente se puede editar la malla, añadiendo, eliminando, o modificando celdas concretas.
  • A continuación, establecer una distribución de coeficientes de rugosidad en toda la superficie a través de un shape, que se relaciona con unos coeficientes de rugosidad.
  • Finalmente, establecer las características hidráulicas de la malla…

Y es en este último punto en el que se encuentra el que quizá es el punto más destacado en la modelización hidráulica bidimensional de la próxima versión HEC-RAS 2D…

Las características hidráulicas de la malla en HEC-RAS 2D

Una vez se haya creado la malla hasta el cuarto punto del anterior lista, se procede a una etapa de pre-proceso de la misma, a través de la cual se establecerán las características hidráulicas de la malla.

Recordar que cada celda y aristas se amoldan en detalle al terreno que yace bajo ella. Cada celda se representa computacionalmente mediante nodos (los puntos negros de la siguiente imagen) que son la ubicación de referencia para el cálculo de los niveles de agua en la celda y el flujo de una celda a otra se produce a través de la arista común.

HEC-RAS-2D_esquema

Cada celda y arista en una malla es pre-procesada para definir una clasificación detallada de propiedades hidráulicas basadas en el modelo del terreno. El pre-procesador de malla 2D computa una detallada relación elevación-volumen para cada celda, así como en cada arista determina una clasificación detallada de propiedades hidráulicas basadas en relaciones de la elevación vs perímetro mojado, área y rugosidad. 

Para una mayor claridad, os mostraré un ejemplo. La siguiente imagen muestra los detalles del modelo del terreno inscrito en una celda.

HEC-RAS-2D_malla

Al ejecutar el pre-proceso se establece una detallada relación elevación de lámina de agua-volumen según se muestra en la siguiente imagen.

HEC-RAS-2D_hidraulica-celda

Complementariamente al procesado de las celdas, las aristas son pre-procesadas para caracterizar las elevaciones según área, perímetro mojado y rugosidad según se observa en la siguiente imagen:

HEC-RAS-2D_hidraulica-arista

Es como si cada arista fuera una pequeña sección transversal. Así, el flujo de agua que entra, fluye y sale de una celda se rige por las propiedades de detalle de esas aristas y la relación de elevación-volumen de la celda.

¿Qué beneficios comporta este highlight?

Los beneficios de esta definición se traducen en una mayor precisión hidráulica en la altura de agua en una celda, sin perjuicio de perder precisión en caso de celdas de gran tamaño. Además, las celdas pueden resultar parcialmente mojadas (el agua no tiene por qué cubrir por entero una celda, pudiendo fluir por una parte de ella).

Este proceso de caracterización hidráulica de la malla permite al flujo moverse entre celdas a partir de los datos del terreno según se representan por las aristas y el volumen que queda contenido en cada celda. Por consiguiente, un pequeño canal que atraviesa una celda sigue representándose por la relación elevación-volumen de la misma y las características hidráulicas de las aristas. De este modo, el agua puede fluir a través de celdas de gran tamaño pero seguir siendo representada con sus características habituales de canal.

Y como muestra, la siguiente imagen:

HEC-RAS-2D_resultado

Se puede comprobar como una celda posee suficiente detalle hidráulico como para que el agua circule sólo por una parte de ella, fluyendo por una canal sin desbordar aunque el canal sea más pequeño que la celda, las cuales en la imagen tienen un tamaño muy grande: 150x150m.

El agua fluirá por la parte de la celda correspondiente al canal ya que los detalles de éste están incluidas en las aristas. Complementariamente, los detalles de la relación entre elevación y volumen del canal están contenidos en la caracterización hidráulica de la celda.

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