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

25 de marzo de 2013

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!!!

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