Estudio de inundabilidad 2D para reforma de molino a vivienda

Estudio de inundabilidad 2D_thumbnail

Otro servicio realizado en las últimas semanas que quiero compartir contigo: un estudio de inundabilidad 2D para la reforma de un molino a vivienda.

Este encargo es el primero de entidad que he realizado para un particular… alguien tiene un problema y busca una solución… ¿cómo? Pues como se buscan ahora las cosas, a través de Google… y gracias a la buena posición que el sr. Google ha tenido a bien de colocarme, el inquieto particular hace una visita en la web.

Por alguna razón que se me escapa, considera que puedo ser yo quien le solucione el problema, con lo que me envía un correo solicitando presupuesto de los trabajos… y finalmente se concreta la contratación del servicio.

En este caso, el inquieto particular necesita complementar un Proyecto Básico para reformar un antiguo molino en una vivienda de dos plantas con piscina, para el cual el Organismo Competente le solicita que debe presentar un estudio de inundabilidad de las parcelas ya que se encuentran en una zona de inundación geomorfológica.

Como se trata de un ámbito en el que se debe estudiar el comportamiento del flujo en una territorio donde no hay cauces marcados si no que se trata de una llanura de inundación aluvial, lo más conveniente es realizar un estudio de inundabilidad 2D, el cual se desarrolló como sigue…

No hay estudio de inundabilidad 2D sin estudio hidrológico…

Bueno… ni estudio de inundabilidad 2D ni 1D… sin conocer qué caudales usar, poca inundación se puede estudiar… Así que lo primero que hay que efectuar es un estudio hidrológico de la zona… conocer qué cuencas aportaran caudales, caracterizarlas hidrológicamente y obtener qué caudales se usarán en el modelo hidráulico.

Pero para delimitar e identificar las cuencas a considerar hay que llegar a un compromiso entre modelo hidrológico e hidráulico: los puntos de vertido o de salida de las cuencas a estudiar deben estar lo suficientemente aguas abajo para considerar el mayor caudal posible, pero también lo suficientemente aguas arriba para que la condición de contorno del modelo hidráulico no interfiera en los resultados en la zona que nos interesa estudiar.

Esto tiene en este caso una importancia considerable, ya que al no tener cauce definido la inundación se extiende en una llanura, con lo que llegando al ámbito de las parcelas donde se prevé la actuación el comportamiento del flujo debe ser suficientemente estable como para que el análisis sea efectivo.

De este modo se determina que los puntos bajos de las cuencas se ubiquen entre 1.600m y 2.000m aguas arriba de las parcelas protagonistas. Decididos estos puntos, y a través de aplicaciones GIS se puede obtener la red de drenaje, y consecuentemente las cuencas, que resultaron ser cinco en total.

Estudio de inundabilidad 2D_red de drenaje

A partir de aquí empieza el auténtico trabajo de estudio hidrologico, a saber:

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  • Obtención de esquema de funcionamiento de las cuencas para incorporarlas a HEC-HMS.
  • Caracterización física de las cuencas: mediante coberturas de usos hidrológicos de suelo y de mapas geológicos, establecer como se forma la escorrentía superficial en cada cuenca, definiendo las tipologías de suelo y usos para aplicar el método SCS a través del número de curva y la infiltración incial
  • Tratar los datos de pluviómetros disponibles, mediante aplicaciones probabilísticas por el método SQR-ETmax y de obtención de hietogramas de precipitación por bloques alternos, estableciendo como tiempo de tormenta el tiempo de concentración de cada cuenca (aunque por lo que tengo entendido es una práctica que habitualmente hacemos, pero que no es del todo correcta… estoy investigando en este sentido…)
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Con todos los ingredientes sobre la mesa, sólo queda ir introducièndolos en el horno (en este caso en HEC-HMS) para obtener como resultado de la receta los hidrogramas de caudales aportados por cada cuenca, los cuales se usarán en el modelo 2D… Debido a las dimensiones y tiempos de retardo, las aportaciones del hidrograma más largo aporta caudales hasta 24 horas después de iniciarse la lluvia!!!

Estudio de inundabilidad 2D_hidrograma

… ni modelo hidráulico bidimensional

Un modelo hidráulico bidimensional permite estudiar mejor cómo se comporta el flujo ya que mediante una malla caracteriza el terreno y estudia su hidráulica. El modelo lo realicé mediante el programa IBER.

En primer lugar establecí una malla con aristas mínimas de 1m y máximas de 10m, lo que resultó un mallado de casi 276.000 elementos… Esta malla la “agujereé” ya que substraí las edificaciones dispersas... teniendo en cuenta el ámbito de la inundación esperado y la dispersión y tamaño de las edificaciones, su presencia no debería influir demasiado en los resultados, pero me apeteció incluirlas. Finalmente, se da elevación a la malla (en esta caso la información más precisa era un MDE 5x5m) y se obtiene la orografía del modelo.

Estudio de inundabilidad 2D_orografia

Después hay que establecer las condiciones de contorno: por donde entra el agua y de qué manera (es decir las aportaciones e hidrogramas resultantes del modelo hidrológico) y por donde sale. También las condiciones iniciales de humedad del terreno y los coeficientes de rugosidad, los cuales determiné a partir de los usos hidrológicos del suelo agrupándolos en tres grades bloques.

Llegados a este punto, ya se puede definir los parámetros de cálculo y realizar la simulación… pero en este caso tuve la suerte de poder contrastar el comportamiento del modelo gracias a los resultados de un estudio de unas inundaciones ocurridas en la zona hace 30 años, en el cual se describe tanto la  superficie que se inundó como el comportamiento del flujo. De este modo, creé una simulación básica con los caudales estimados en ese estudio (mucho mayores que los obtenidos en el estudio hidrologico), lo que me permitió comprobar la bondad del modelo. 

Estudio de inundabilidad 2D_validacion

No sólo eso, si no que además me permitió poder “aligerar” la malla, eliminando aquellos elementos que en la validación del modelo no se inundaron… con lo que finalmente, las simulaciones definitivas se realizaban en una malla de “sólo” unos 195.000 elementos…

Teniendo en cuenta que para incrementar la precisión del modelo definí un cálculo de segundo orden, y que el tiempo a simular era de 29 horas, la computación de la simulación para 500 años de periodo de retorno tardó la friolera de… 32 horas!!!!

Al final de casi tres días enteros simulando los cuatro periodos de retorno considerados (10, 50, 100 y 500 años), el resultado era el que ya me suponía… las parcelas se inundaban… pero el interés radica en saber cómo se inundan y en qué nivel de peligrosidad…

Afortunadamente, la combinación de calados y velocidades en la inundación conllevaba que la inundación era de riesgo moderado en una esquina de la parcela… 

Estudio de inundabilidad 2D_peligrosidad

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