Modelación de Cauces Naturales: Guía para la Simulación Hidráulica - Prof. Becerra, Ejercicios de Hidrología

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MODELACIÓN CAUCES

NATURALES

LÍMITES GEOGRÁFICOS

• No limitar la modelación al sitio de estudio, tomar secciones aguas arriba y aguas abajo - Imprecisiones en el establecimiento de las condiciones de contorno que pueden afectar los resultados - Desconocimiento de posibles afectaciones aguas arriba de la zona de estudio.

DEFINICIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

• Se requiere tanto el cauce principal como las llanuras de inundación, zonas que deben diferenciarse a través de los Bank Stations
• Los Bank Stations separan el cauce principal y deben ser definidos en la topografía
• Sin su definición no es posible realizar la simulación hidráulica.

ORIENTACIÓN DE LAS SECCIONES

• Deben ser perpendiculares a la dirección del flujo tanto en la zona del cauce como en las llanuras de inundación
• Delimitar la zona probable de inundación para estimar la dirección del flujo en las llanuras de inundación
• Trazar las secciones de inundación ortogonales a la dirección del flujo

AREAS INEFECTIVAS

• Parte de una sección que cuando queda por debajo de la lámina de agua de la inundación es incapaz de contribuir al flujo de agua.
• Zona de almacenamiento de agua
• Si se tienen en cuenta sobreestiman la capacidad de desagüe de la llanura de inundación
• Zonas próximas a los puentes (estribos en terraplén) almacenan agua pero la velocidad de flujo es muy baja

Definición de áreas inefectivas normales

• En la ventana Cross Section Data, ingresar a Option > ineffective Flow Areas
• En la ventana emergente seleccionar el modo Normal
• Incluir Station y Elevation correspondiente al punto donde inicia el área inefectiva.
• Toda cota situada a la izquierda y derecha de los puntos Left y Right respectivamente no contribuye al flujo mientras el agua no alcance el nivel de Elevation ingresado. Cuando esto se logra, la zona inefectiva se comporta como como una parte más de la sección transversal.
• Permanent: Para que la zona inefectiva continue sin importar nivel de agua.

OBSTRUCCIONES

• Zonas que ni almacenan agua ni contribuyen al flujo hacia aguas abajo
• Reducen la sección hidráulica y aumentan el perímetro mojado
• Mantienen su carácter sin importar el nivel del agua
• Definición: en la ventana Cross Section Data, seleccionar Options > Obstructions
• Definir el método a trabajar e introducir la información requerida de estaciones y cota máxima de la obstrucción

OBSTRUCCIONES

• Normal: Toda la sección a la izquierda o derecha queda bloqueada hasta alcanzar la cota señalada
• Bloques: Obstruyen en forma irregular, se debe incluir estación de inicio y final del bloque.

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING

• Introduce gran incertidumbre en la respuesta hidráulica
• Factores:
  • Rugosidad superficial
  • Vegetación
  • Irregularidad del lecho
  • Alineación
  • Sedimentación y socavación
  • Obstrucciones
  • Tamaño y forma
  • Nivel de agua
  • Cambios estacionales
  • Material en suspensión.

Determinación de n de Manning

• Experiencia y criterio
• Consulta de tablas
• Comparación con fotografías
• Uso de fórmulas polinómicas
• Calibración a partir de registros

Comparación con Fotografías

Tomado de Hidráulica de Canales Abiertos – Ven Te Chow

• Roughness Characteristics of Natural Channels
• Guide for selecting manninng´s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains
• Australian handbook stream roughness coefficients

Formulas Polinómicas

• Ecuación de Cowan
  • no: Rugosidad del material en un tramo recto y uniforme
  • n1: Efecto de irregularidades en el contorno del cauce
  • n2: Tamaño y forma de la sección a lo largo del cauce
  • n3:Obstrucciones (árboles, ramas, etc)
  • n4: Vegetación en el contorno del cauce
  • m5: Efecto de ríos meandriformes. 𝑛 = 𝑛𝑜 + 𝑛 1 + 𝑛 2 + 𝑛 3 + 𝑛 4 𝑚 5

Variación Horizontal de n en Hec-Ras

• En la ventana Cross Section Data entrar a:

Options > Horizontal Variation in n Values

Aparece una nueva columna donde se puede

introducir un nuevo valor de n para la estación

deseada.

El valor de “n” que se presenta en la primera

estación se mantiene hacia la derecha de esta hasta

que se introduzca un nuevo valor de “n” en otra

estación.

No es necesario introducir valores de “n” en las

estaciones mientras que este no varie.

Distribución de Velocidades

• En la ventana Steady Flow Analysis seleccionar: Options > Flow Distribution Locations Se obtiene una distribución de velocidades en la sección transversal a partir de franjas verticales de igual velocidad. En la ventana emergente seleccionar el número de subsecciones tanto global como para algunas secciones específicas.
• Visualizar distribución sobre la sección transversal: Ventana de resultados de sección transversal: Options > Velocity Distribution y seleccionar Plot Velocity Distribution