Modelamiento de ríos mediante el software iRIC v2

El uso de software en el modelamiento hidráulico es de gran utilidad, ya que mediante estas simulaciones basadas en datos reales, se pueden tomar decisiones y ejecutar acciones para un adecuado aprovechamiento de los recursos y a su vez reducir riesgos producto de fenómenos hidrometeorológicos extremos como inundaciones, además, estas simulaciones nos permiten conocer la interrelación entre la variación topográfica del cauce de un río y los volúmenes de agua relacionados al transporte de sedimentos, erosión, entre otros; estos conocimientos obtenidos mediante una simulación o modelo, contribuirán a una adecuada gestión de recursos hídricos.

A nivel mundial existen muchos softwares orientados a la simulación hidráulica de cauces, en el presente texto hablaremos de uno de ellos, el software iRIC; este software fue desarrollado por el Profesor Yasuyuki de la Universidad de Hokkaido en Japón y el Dr. Jon Nelson de la U.S. Geological Survey de Estados Unidos.

 

SOFTWARE iRIC v2

iRIC (International River Interface Cooperative) es un software desarrollado con la finalidad de proporcionar un entorno completo de simulación del cauce del río, cuyos resultados pueden ser importados y utilizados por los usuarios con fines de análisis, mitigación y prevención de desastres, mediante la visualización de los resultados de la simulación del río.

El software iRIC selecciona las funciones adecuadas para el solucionador y prepara el entorno de simulación óptimo de acuerdo a los requerimientos; para esto es necesario tener en claro cuál es nuetro objetivo principal, ya que iRIC cuenta con distintos “solvers” utilizados para casos específicos (como veremos más adelante). Las funciones del iRIC varían dependiendo del método del solucionador elegido.

Como todo software, iRIC utiliza una interfaz estándar, con una barra de menús y una barra de herramientas de fácil uso.

El software iRIC consta de tres funciones principales: preprocesador, post-procesador y el solucionador, así como se muestra en la figura N° 1. 

 

Figura N° 1 Diagrama de interrelación entre funciones

Figura N° 1 Diagrama de interrelación entre funciones

Pre-procesador

Esta función sirve para crear grillas, introducir los datos y el establecimiento de condiciones de cálculo (por ejemplo, las condiciones hidrológicas, métodos de cálculo). Estas grillas pueden crearse a partir de datos monitoreados, tales como monitoreos fluviales o datos DEM.

Para la introducción de datos, estas pueden ser por medio de las siguientes actividades:

  • Importación de datos geográficos
  • Edición de datos geográficos
  • Creación de una cuadrícula
  • Edición de la red
  • Ajuste de las condiciones de cálculo

 

Figura N° 2 Zona de exploración y región de dibujo.

Figura N° 2 Zona de exploración y región de dibujo.

El software iRIC recopila datos utilizando las siguientes extensiones: shape file, *.csv y *.txt, *.jpg, *.png, entre otros, como observamos estas son extensiones conocidas y de fácil manejo.

Post-procesador

Esta función es para la visualización y el análisis de resultados de cálculo que son utilizados para los siguientes propósitos:

  • Creación de vector
  • Creación de contorno
  • Creación de diagramas, gráficos, entre otros

En las siguientes imágenes observamos tres tipos de visualización de los resultados de cálculo que iRIC puede proporcionar: 

Figura N° 3 Visualización en 2D.

Figura N° 3 Visualización en 2D.

Figura N° 4 Visualización Bird’s-Eye 2D.

Figura N° 4 Visualización Bird’s-Eye 2D.

Figura N° 5 Visualización en 3D.

Figura N° 5 Visualización en 3D.

Figura N° 6 Presentación de gráficos.

Figura N° 6 Presentación de gráficos.

Además, los resultados de visualización se pueden enviar a presentar en formatos gráficos como JPG, o la salida de GoogleEarth.

Figura N° 7 Visualización en Google Earth

Figura N° 7 Visualización en Google Earth

Solucionador

Un solucionador o “solve” es la función que usted escoge frente a un problema particular y tiene un determinado resultado. A continuación, veremos las soluciones con las que cuenta iRIC.

Nays

Desarrollado por el profesor Yasuyuki Shimizu de la Universidad de Hokkaido.

  • Mediante “Nays”, podemos calcular el flujo del río en dos dimensiones, la variación del cauce y su relación con la erosión lateral.
  • El sistema de coordenadas estándar que poseen las grillas, permite que no sólo se haga la evaluación a un solo río, sino también a las confluencias.

FaSTMECH

Desarrollado por el Dr. Jonathan Nelson, del Servicio Geológico de EE.UU.

  • Analiza el flujo y transporte de sedimentos pero teniendo en cuenta la evolución morfológica de los canales.
  • Emplea un sistema de coordenadas cilíndricas para su sistema de grillas.
  • Los cálculos de la variación del cauce del río bajo una aproximación cuasi-estacionaria, pueden realizar cálculos con plazos muy largos.

Morpho2D

Desarrollado por Profesor Hiroshi Takebayashi del Instituto de Investigación de la Prevención de Desastres Universidad de Kyoto.

  • Flujos bidimensionales horizontales el análisis de los cauces de los ríos se pueden realizar a través de un sistema de coordenadas general.
  • Factores tales como la filtración de flujo y la influencia de la vegetación pueden tenerse en cuenta en los cálculos de flujo.

SToRM

Desarrollado por el Servicio Geológico de EE.UU.

  • Debido a que se emplean mallas no estructuradas en su sistema de grillas, puede proporcionar un análisis adecuado, incluso bajo condiciones de borde complejas.

 

Conclusiones

 

Para trabajar con softwares y simulaciones, se tiene que tener un conocimiento sólido de teoremas, así como todas las leyes que gobiernan el movimiento de flujos, tener un conocimiento amplio de la hidráulica, hidráulica fluvial, obras hidráulicas, hidrología, geomorfología, entre otros.

El software iRIC ofrece una oportunidad de manejo como software libre, y por su estructura de pre-proceso, post-proceso y solucionador, es sencillo de comprender y puede interactuar con herramientas SIG. Además, vemos que este software tiene ventajas en cuanto a la variedad de sus funciones y solucionadores, ya que cada uno de ellos puede ser óptimo el trabajar con un caso específico, para ello es necesario tener en cuenta todos los pasos y requerimientos a seguir para que la simulación sea lo más aproximada posible.

Una de las desventajas de toda simulación es que ésta depende de la cantidad de información que tengamos para hacer el modelo. 

 

Bibliografía

  • http://i-ric.org/en/introduction
  • iRIC Software, Changing River Science, User’s Manual. Copyright 2011-2013 iRIC Project All Rights Reserved.
  • Yasuyuki SHIMIZU: “Mutual Relation between Riverbed and Bank Variation Characteristics in River Channel Landform Formation”, Annual Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 47. pp. 643-648, 2003.
  • Jang, C. & Y. Shimizu : Numerical simulation of relatively wide, shallow channels with erodible banks,Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 131, No.7pp.565-575, 2005.
  • Lisle, T.E., Nelson,, J.M., Pitlick, J., Madej, M.A. & Barkett, B.L. : Variability of bed mobility in natural, gravel-bed channels and adjustments to sediment load at local and reach scales, Water Resource Research, Vol.26, No.12, pp.3743-3755.
  • “Hydrological Formation Conditions for Sandbars and Channels taking Consideration of Water Supply / Sand Feeding Unsteadiness and Vegetation Growth”, Annual Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 50. pp.973-978,2006.

 

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