1. CURSO DE HEC-RAS.
BÁSICO
Datos hidráulicos múltiples y simulación
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UNIDAD 4. DATOS HIDRÁULICOS MÚLTIPLES Y
SIMULACIÓN
La realización de simulaciones de modelos (o planes como los denomina el programa)
requiere hacer pasar un caudal por una geometría. Ésta ya la tenemos definida, con lo
que queda determinar los condicionantes hidráulicos: caudales y condiciones de
contorno.
Muchas veces, es necesario realizar simulaciones para distintos caudales… HEC-Ras
permite la definición de hasta 2.500 caudales distintos… Afortunadamente no suelen
ser necesarios tantos…
DEFINICIÓN DE DATOS HIDRÁULICOS MÚLTIPLES
Caudales
Para este ejemplo vamos a simular tres caudales: 100 m3/s. 500 m3/s y 1500m3/s.
La definición de los datos hidráulicos en régimen permanente se realiza desde el editor
de datos de flujo en régimen permanente al que se accede mediante:
- Edit _____ Steady Flow Data
- Icono Edit/Enter Steady Flow Data
Aparece la ventana de edición de datos de flujo en régimen permanente. Primero se
debe establecer la cantidad de datos de flujo a simular, lo que se indica en la casilla
Enter/Edit Number of Profiles, que para este caso seran 3.
En la tabla de introducción de datos de caudales aparecen en las filas las secciones
en las que se produce alguna variación en el flujo… en el ejemplo aparece por defecto
la sección extrema aguas arriba, pero se podrían añadir cuantas secciones se
quisieran en caso de incorporaciones o derivaciones. En las columnas es donde se
distribuyen los datos de caudal (que el programa denomina profiles).
Para identificar mejor los datos de caudal (o perfiles) les cambiaremos el nombre…
para ello se debe escoger:
- Options _____ Edit Profile Names
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Apareciendo una ventana donde poder renombrar los caudales o perfiles. En este
caso los identificaremos como T5, T50, T100.
Ahora ya solo queda definir en cada casilla de la tabla el caudal correspondiente: para
T5 100 m3/s. para T50 500 m3/s y para T100 1500m3/s y aplicar datos.
Condiciones de contorno
Para completar la definición hidráulica del modelo queda establecer sus condiciones
de contorno, es decir aquellos parámetros que permitirán establecer cómo se resuelve
el modelo en sus extremos aguas arriba y aguas abajo. Para ello, se debe seleccionar
el icono Reach Boundary Conditions y se accede al editor de las condiciones de
contorno.
Por un lado se debe elegir si las condiciones de contorno se establecerán para todos
les perfiles (datos de caudal) a la vez o individualmente, por otro qué condición de
contorno definir (cota de agua conocida, calado crítico, calado normal o curva de
gasto) y finalmente dónde se define la condición (extremo aguas abajo o extremo
aguas arriba)
La elección del tipo de condición de contorno depende de los datos disponibles. Así si
tenemos datos de calados o aforos podemos elegir la cota de agua conocida, si
tenemos elementos como vertederos o elementos de control que fuercen el flujo al
calado crítico en alguna de las secciones extremas elegiremos la opción calado crítico,
si disponemos de la curva calado-caudal elegiremos curva de gasto, y para el resto de
casos (es decir, para la mayoría y en particular para este ejemplo) se escoge el calado
normal.
La elección de la ubicación de la condición de contorno depende del régimen de flujo
previsto: para régimen subcrítico se define condición de contorno en la sección
extrema aguas abajo, para régimen supercrítico en la sección extrema aguas arriba, y
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para régimen mixto en ambas. En este caso, la variación de pendientes en el perfil del
tramo a estudiar sugiere que el régimen será mixto.
Así pues, se definirá como condición de contorno el calado normal en ambas
secciones extremas del tramo. Para esa condición de contorno el dato que solicita el
programa es la pendiente, la cual se refiere a la pendiente del tramo entre secciones
asociada a la condición de contorno.
Es decir, para la condición de contorno Upstream hay que introducir la pendiente entre
la sección extrema aguas arriba y su inmediata aguas abajo (entre S1356 y S1270).
Para la condición de contorno Downstream la pendiente entre la sección extrema
aguas abajo y su inmediata aguas arriba (entre S0 y S82). Estas pendientes deben
calcularse. La primera es 0’01164 y la segunda 0’01115.
Con este paso queda completamente definida la hidráulica del modelo. Una vez
aplicados los datos y salvados en un archivo, se puede proceder a realizar la
simulación.
SIMULACIÓN
Las simulaciones a realizar serán en régimen permanente, con lo que deberemos
acceder al gestor de simulaciones correspondiente desde:
- Run _____ Steady Flow Analisys
- Icono Perfom a steady flow simulation
Al abrirse la ventana de simulaciones en régimen permanente se observa que hay que
definir la combinación de geometría y datos de flujo a simular, que en este caso al sólo
disponer de una de cada ya aparecen seleccionadas por defecto.
Seguidamente hay que escoger el régimen de flujo, que como ya hemos comentado
será régimen mixto.
Y por último, hay que indicarle al programa que calcule el calado crítico en todo el
tramo a modelar. Para ello, se escoge la opción:
- Options _____ Critical Depth Output Options, y se activa el check que aparece.
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Antes de realizar la simulación, lo salvamos. En este proceso se pide introducir un
código identificativo para la simulación, lo cual es de utilidad principalmente cuando se
pretende realizar distintas simulaciones y compararlas entre ellas.
Ahora ya se puede clicar el botón compute para que el programa realice las
simulaciones.
En el proceso de cálculo aparece una ventana informativa sobre el mismo… si en el
proceso el programa detectara algún ERROR, se para el cálculo y aparece una
ventana informando sobre qué incidencia se ha producido.
En este caso, nos informa que hay algunas secciones que sobrepasan el límite
máximo de 500 puntos de definición (stations). Con lo cual habrá que editarlas.
Para ello, vamos a realizar un filtrado de puntos de secciones, al cual se accede desde
la ventana de edición de datos geométricos:
- Tools _____ Cross Section Points Filter
Aparece la ventana de la herramienta de filtrado de secciones, acción que puede
hacerse sección a sección o por conjuntos de secciones. Seleccionamos la pestaña
Multiple Locations, identificamos las secciones con más de 500 puntos y las
escogemos. Para el filtrado, podemos definir unas tolerancias máximas para que el
programa elimine los puntos que no cumplen esos valores, o directamente
establecemos el número de puntos a conseguir de manera que el cambio de área sea
mínimo.
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Cuando todas las secciones tienen menos de 500 puntos, guardamos los cambios en
la geometría y volvemos a computar la simulación.
Ahora sí se ha realizado la simulación con éxito. Pasemos a ver los resultados.
