Modelamiento de Unión de Dos Canales/Ríos con HEC-RAS - Tutorial

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En el presente tutorial se simulará la unión de dos ríos independientes, cada uno de ellos contiene una geometría propia, se asignarán caudales de ingreso y se visualizará los efectos en las secciones transversales del tramo de unión. Entre las ventajas de usar HEC-RAS esta que puede solucionar este problema de 12 maneras diferentes obtenidas de la combinación de 3 diferentes tipos de regímenes, 2 configuraciones de geometría y 2 métodos de análisis, y a su vez se cuentan con métodos diferentes para calcular la unión, siendo esto configurable en base a las características del modelo.

 

Acerca del Modelo

Este ejemplo fue desarrollado para demostrar el análisis de la unión de ríos, el programa puede analizar 12 diferentes tipos de uniones, estos 12 tipos de problemas son obtenidos a partir de la combinación de 3 diferentes tipos de regímenes, 2 configuraciones de geometría y 2 métodos de análisis.

El ejercicio se enfocará principalmente en el análisis de la unión de ríos, para tener conocimiento base de esta simulación hay que tener referencia de conocimientos en hidráulica, y además conocer sobre redes meándrico

La información geométrica de esta simulación consiste en un sistema esquematizado de río, una sección de corte con su información, y la información propia de la unión en el río.

 

Características del escenario

Este ejemplo está basado en la ciudad de “Pottsville”, por lo que los ríos y las secciones de corte tomadas para el modelo  son sacadas de estudios realizados en el mismo, siendo los simulados en el modelo el arroyo Spring y arroyo “Spruce”, además la distribución de los mismos esta dividida en el arroyo Spring del cual se sacan dos segmentos, uno superior o “upper stream” y uno inferior o “lower stream” y a su vez el arroyo “Spruce” que es un tributario en la Unión de la parte alta y baja del arroyo Spring. Esta unión mencionada ocurre en la ciudad de “Pottsville”, de allí la importancia en calcular las magnitudes de fuerza en el mismo con el fin de tomar medidas preventivas.

 

Condiciones Iniciales del modelo

Para definir la geometría del río se dibujó una línea aguas abajo, en los cuales se dibujaba tanto el arroyo Spring con sus tramos superior e inferior, ambos dibujados independientemente, a la unión entre el tramo superior e inferior se le colocó el nombre de la ciudad “Pottsvile”, finalmente se dibujó el último tramo que interseca también la unión de los tramos aguas arriba y aguas abajo llamado arroyo “Spruce”, el cual es un tributario.

La definición de las secciones de corta e relación a la unión de ríos es crucial para un correcto cálculo de las pérdidas de energía y para el nivel de agua a través de la unión. Hay 3 criterios que pueden ser usados como guías, el primero menciona que las secciones de corte deben estar cercanas a las secciones de corte, esto permitirá una evaluación más precisa de las pérdidas de energía, para un análisis de momento el programa asume que el nivel de agua a los ríos tributarios es igual. El segundo criterio s que la información usada no se sobreponga, esto no cuelga la simulación, pero si produce errores de cálculo. El tercer criterio está basado en que la simulación es unidimensional, por lo que las secciones de corte deben ser perpendiculares a la sección,

En las condiciones de la unión de tramos es necesario las longitudes a través de la unión, adicionalmente se establece el modo de computación de flujo estacionario, en el cual se seleccionará el de energía.

El penúltimo paso es colocar la información de flujo estacionario, en esta parte se define os caudales manejadas aguas arriba de cada segmento diseñado, para este ejemplo se manejaran valores equivalentes a 3000 para tramo superior de Spring Creek y 1100 para tramo superior de “Spruce Creek”, y estimando que no hay perdidas en la parte baja se coloca un caudal en la parte baja de Spring Creek equivalente a 4100; adicionalmente se configuran las condiciones de borde en las cuales se especifican los upstream y downstream de cada sección, especificando así el sentido del flujo y también las uniones.

Por último, se procederá a guardar los planes de simulación, para ello en la pestaña de “Run” escogeremos el plan para que corra con el método de Energía y guardaremos el plan, podemos tener múltiples planes, y corremos la simulación.

 

Consideraciones

Como resultado de la simulación, se tienen que el gradiente de energía mantiene un incremento constante de energía aguas arriba abarcando todo el modelo, siendo esto configurable y pudiendo escoger que tramo deseamos visualizar, lo mismo pasa si es que queremos resumir la información en modo de tablas, en la que una de las ventajas de HEC-RAS es de que podemos modificar visualizar los resultados y obtener el resumen de toda la simulación con valores que pueden ser ploteados por uno mismo para crear el gráfico resultante donde podemos ver la pérdida de energía en cada paso, siendo un total de 2.01 pies.

Cabe resaltar que hay que tener cuidado con las variables a manejar y el tipo de método a escoger, siendo este posible cambiar entre “Energy” el cual evalúa las fuerzas basado en el número de Manning calculando separadamente las fuerzas que se implementan en el modelo, caso contrario con el modelo “Momentum” el cual igual las fuerzas en una dimensión y usa los ángulos tributarios para balancear las fuerzas en la Unión de los ríos, siendo esto crítico y la base para escoger qué modelo usar, además de la consideración que se indicó previamente la cual mantiene que hay que tener en cuenta las secciones de corte, siendo estas críticas en la unión de los ríos y es donde se debe tomar mayor atención para la simulación y análisis posterior de resultados.

 

Tutorial

 

Datos de entrada

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Posted on July 18, 2018 and filed under TutorialHidrologia.