Modelamiento de Estructuras en Canales con HEC-RAS - Tutorial

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En el presente tutorial se demostrará el uso de HEC-RAS para analizar un tramo de río que contiene una presa y vertederos en el transcurso del flujo, esto se hace con el fin de analizar el efecto de las estructuras, teniendo en consideración que para cada estructura el programa puede analizar hasta 10 grupos de puertas con un máximo de 25 compuertas por grupo, es necesario para esto una data geométrica de la presa por lo que se necesitará importar archivos adicionales.

 

Acerca del Modelo

Para correr el modelo el usuario necesitará data geométrica de la presa y del aliviadero, a lo largo de una geometría del tramo del río. Posteriormente el usuario deberá establecer el numero de compuertas que están abiertas y la altura de apertura de cada grupo de compuertas para cada perfil. El modelador tiene que tener conocimientos de datos de geometría de compuertas y aliviaderos, de flujo en compuertas abiertas y referencias de hidráulica para los análisis de flujo a través de las compuertas y presas.

 

Características del escenario

El río consiste de un único tramo con coordenadas X-Y, valores de constante de Manning, coeficientes de contracción y expansión, entre otros; toda esta información puede ser visualizada fácilmente en la parte de “Cross Section” o sección transversal, una estructura en el río fue añadida en la estación 41.75.

 

Condiciones Iniciales del modelo

Para añadir la estructura en línea se basó en la geometría editada, en el cual primero se escogió el “Weir Reach”, el cual tiene sus secciones de corte establecidas divididas en varios tramos, siendo el tramo 41.75 el seleccionado como la locación de la presa, la cual fue establecida con una descripción, y dentro de la estructura en línea  se colocaron las propiedades de la presa en los cuales se establece la distancia de 20 pies de la presa la cual es la distancia a partir del tramo 41.76 designado, el ancho de 50 pies, esto hace una distancia total de 70 pies y el coeficiente de la presa equivalente a 3.98. Posteriormente se calculan las estaciones y elevaciones de la presa, el vertedero de emergencia es localizado en la izquierda a una elevación de 9.5 pies de la estación 61 a 190; siendo la primera estación de la presa a los 0 pies y la última estación a los 1000 pies, con esto el programa puede bloquear toda el área debajo de la cresta de la presa, cabe resaltar que si la sección de corta no va más allá de los 1000 pies el programa cortará automáticamente esta información, el siguiente campo configurable es el de las pendientes aguas arribas y aguas debajo del terraplén siendo estos valores equivalentes a 2. La forma de la presa fue calculada como “Ogee” para el criterio de Sumersión, cuando esto es seleccionado el editor automáticamente pedirá dos valores los cuales son la altura de aprovechamiento del vertedero y la energía de diseño, siendo estos valores 24 pies y 3 pies respectivamente, y automáticamente el programa calculó el coeficiente de presa.

Posteriormente se estableció la información de las compuertas de vertimiento, se establecieron 15 compuertas de forma radial, estas fueron divididas en 3 grupos, teniendo así 5 compuertas en cada grupo, siendo los nombres de estos grupos izquierdo, centro y derecho. Esto con el fin de permitir flexibilidad cuando se establezcan las alturas de abertura de compuertas, posteriormente se establecen sus dimensiones de cada grupo, luego lo restante es dividido en las características del flujo en compuerta y el flujo en la presa, igualmente se establecen valores de altura para la forma de la presa y se selecciona el tipo “Ogee” el cual al colocar valores como previamente se indicó resulta el coeficiente de presa, estos procedimientos se repiten con el resto de grupos correspondientemente.

Algo que no debe faltar son las áreas de flujo no efectivo, las cuales son establecidas en las secciones de corte de la estructura, esto se puede modificar dentro de las secciones de corte de la geometría.

Por último, se introducirán los perfiles de flujo, los cuales serán 7, posterior a ello se modificarán las condiciones de borde, en el cual se estableció como “downstream” el método “rating curve”.  La data final almacenada al modelo fue el de alturas de abertura de compuertas, aquí se podrá editar según cada perfil, el número de compuertas abiertas según los 3 grupos desarrollados previamente, por ende se corre la simulación con toda la data alimentada al modelo.

 

Consideraciones

Al final se puede visualizar los perfiles de elevación de agua, estos se pueden visualizar por cada perfil, por lo que se puede visualizar el comportamiento de la presa en base a diferentes cantidades de caudal, además se pueden crear tablas detalladas en base a las simulaciones, siendo estas configurables fácilmente, por lo que se puede observar únicamente el comportamiento de las secciones de corte y también de la estructura en línea, del cual se pueden extraer valores importantes como la mínima elevación de la superficie de agua en pies, máximas profundidades, área de flujo, el caudal de la compuertas, abertura de compuertas, entre otros y cada uno de estos valores pueden ser graficados en base a cada perfil designado, por lo que se vuelve una herramienta poderosa de gestión para la toma de decisiones frente a diversos caudales y reglas operacionales.

 

Tutorial

 

Datos de entrada

Puedes descargar los datos de entrada aquí.

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Posted on July 21, 2018 and filed under TutorialHidrologia.