La espera ha sido larga, pero por fin ya lo tenemos aquí... Desde la semana pasada ya disponemos de un HEC-RAS 2D para nuestras modelizaciones hidráulicas!
Una evolución que se ha hecho esperar...
Ya lo he comentado en algún otro post en este blog... afortunadamente cada vez tenemos un mayor acceso a más información gracias a las nuevas tecnologías, y en lo relativo a la realización de modelos hidráulicos, este aspecto ha significado un gran avance al disponer de información territorial de fácil acceso (en algunos casos de manera libre y en otras previo pago).
Toda esta información se encuentra en unos formatos que, combinados con las nuevas herramientas que cada vez son más potentes y evolucionan con mayor velocidad, nos facilitan mucho el trabajo.
En el campo de las modelizaciones hidráulicas de cauces, el uso de herramientas GIS para el tratamiento de la información territorial (cartografías, modelos de elevaciones, coberturas, etc...) permite optimizar y aprovechar al máximo nuestros esfuerzos con el objeto de conformar un modelo hidráulico detallado, fiable y representativo.
Y una vez realizadas estas tareas previas de preproceso, la existencia de modelos hidráulicos con capacidad para realizar simulaciones bidimensionales (e incluso ya tridimensionales) nos ofrecen la oportunidad de analizar y comprender con mayor certeza el comportamiento hidráulico del flujo... Muchos programas son capaces de efectuar simulaciones en 2D... e incluso algunos también permiten combinar en un único modelo computaciones 1D y 2D.
Pero había un software que aún sólo permitía modelizaciones hidráulicas en 1D... nada más y nada menos que el súper conocido HEC-RAS... pero en la trastienda se estaba trabajando para solventar esa situación... Después de más de seis años de trabajo y dos años de versiones Beta de HEC-RAS 5.0, el pasado viernes se efectuó el lanzamiento definitivo de la última versión que permite hacer modelizaciones hidráulicas en HEC-RAS 2D.
Si quieres hacerte con este software gratis de modelización hidráulica, accede a la página de descargas desde AQUí.
... y que al fin se ha hecho realidad: simulaciones hidráulicas en HEC-RAS 2D
Ciertamente, ya parecía extraño que un programa como HEC-RAS no incorporara la posibilidad de realizar modelos hidráulicos bidimensionales.... pero era sólo una apariencia... ya hacía años que se estaba trabajando en ello.
Con esta última versión de HEC-RAS 5.0, se puede seguir desarrollando modelos 1D tradicionales... pero ahora incorpora un módulo que permite aplicar las ecuaciones de Ondas Difusivas o las ecuaciones completas de Saint-Venant para evaluar el flujo bidimensional en zonas específicas...
Las zonas bidimensionales en HEC-RAS pueden ser útiles en un gran número de casos y situaciones como por ejemplo:
- Modelización de detalle de un canal en 2D
- Modelización de detalle de canal y márgenes de inundación en 2D.
- Combinación de análisis 1D en canales y 2D en márgenes de inundación
- Combinación de análisis 1D en canales y zonas de flujo 2D detrás de motas
- Conectar de manera directa cauces 1D hacia zonas de flujo 2D
- Conectar de manera directa zonas de flujo 2D con un elemento de retención 1D mediante una estructura hidráulica
- Múltiples zonas de flujo 2D en una misma geometría
- Conectar de manera directa múltiples zonas de flujo 2D entre sí mediante estructuras hidráulicas
- Análisis de rotura de presas, balsas y motas a distintos niveles de detalle
- Flujos en régimen mixto. El módulo 2D es capaz de modelizar en régimen subcrítico, supercrítico y las transiciones entre ellos mediante remansos y resaltos hidráulicos.
La modelización en HEC-RAS 2D se consigue añadiendo elementos que representan las zonas de flujo 2D del mismo modo como se añaden las Storage Areas. De este modo, tal y como se desprende del anterior listado, con esta versión de HEC-RAS es posible:
- Conectar elementos 1D y zonas 2D
- Conectar una zona de flujo 2D a un tramo de río 1D
- Conectar directamente un tramo de río aguas arriba con una zona de flujo 2D aguas abajo
- Conectar directamente una zona de flujo 2D aguas arriba con un cauce 1D aguas abajo
- Conectar una zona de flujo 2D con una Storage Area
- Efectuar un modelo 2D aislado
- Conectar una zona de flujo 2D con otra zona de flujo 2D
- Múltiples zonas de flujo 2D en una única geometría
Pero... ¿cuándo hacer un modelo en 1D y cuando en 2D?
Hasta ahora con HEC-RAS no teníamos esa incertidumbre... pero ahora que ya tenemos la posibilidad de realizar modelos hidráulicos en HEC-RAS 2D nos asalta la duda... ¿cuándo implemento una zona 2D en un modelo hidráulico? Indudablemente hay escenarios en las que un modelo 2D ofrecerán mejores resultados que un modelo 1D, así como hay situaciones en los que un modelo 1D presentará resultados tan buenos o mejores que los que puede ofrecer los de 2D, y con requerimientos computacionales menos restrictivos.
Desafortunadamente, hay una enorme cantidad de casos que caen en situaciones intermedias, y en los que tanto los modelos 1D como 2D tienen sus ventajas e inconvenientes. Estas son algunas de las situaciones en los que un modelo 2D pueden ofrecer resultado más apropiados que modelos 1D:
- Modelización de zonas detrás de motas o diques en las que se van a ver desbordados o se producirá rotura con lo que el flujo puede adoptar diversas direcciones.
- Bahías y estuarios en los que el flujo fluye continuamente en varias direcciones por fluctuaciones de mareas y en que las avenidas del río lleguen a la zona desde diversos lugares e instantes de tiempo.
- Cauces muy ramificados e interconexionados.
- Abanicos aluviales.
- Flujo en el ámbito de cauces muy curvados en los que se producirá una sobre elevación significante de la lámina de agua.
- Llanuras de inundaciones muy anchas y planas, en las que el agua adoptará diferentes direcciones de flujo y presente diferentes cotas de lámina de agua y velocidades en diversas direcciones.
- Situaciones en las que es muy importante obtener resultados detallados de velocidades en la hidráulica alrededor de objetos como estribos, pilares, etc…
Pero hay situaciones en los que un modelo 1D producirá resultados iguales o mejores que un modelo 2D con menor esfuerzo (tanto a nivel de generación del modelo, calibración y simulación):
- Cauces y márgenes en las que las direcciones del flujo y las fuerzas sigan la dirección de flujo principal.
- Cauces con mucha pendiente, en las que el flujo está principalmente regido por la gravedad.
- Redes de drenaje con muchos viaductos, alcantarillas, azudes, aliviaderos, presas, estructuras con compuertas, levees, bombeos, … y que tengan influencia en las cotas de agua y flujos computados.
- Redes de cauces de extensiones medias o grandes con ámbitos de estudios muy grandes.
- Situaciones en los que los datos de partida no aprovecharan el beneficio potencial de usar un modelo 2D.
Ha llegado la hora de sumergirse en esta nueva versión
Aunque desde hace dos años ya estaban disponibles versiones Beta de esta nueva versión de HEC-RAS, la verdad que ya había ganas de disponer de su versión oficial, en la que se han subsanado los bugs detectados en esas versiones de prueba e implementado mejoras sugeridas por los usuarios que las han ido probando...
Pero como todo, será necesario aprender a manejar correctamente esta potente herramienta... y es que como dicen, la potencia sin control no sirve de nada. De este modo, a partir de ahora se abre la "veda" para empezar a tomar contacto con el programa, sus procesos de definición de modelos y sus capacidades para poder llegar a comprender su funcionamiento y obtener los mejores resultados posibles en nuestros trabajos.
Desafortunadamente, personalmente no tengo conocimiento de la existencia de cursos de formación que impartan esta nueva versión de HEC-RAS 2D... pero por poco que me conozcas ya sabrás que soy lo que se llama un "culo inquieto"... y ya estoy moviendo hilos... Espero poder tener novedades interesantes al respecto en las próximas semanas.
De momento os dejo un vídeo de un pequeño ejemplo, el análisis bidimensional de flujo a través de una estructura, en la que se visualizan uno de los elementos más destacados de esta versión HEC-RAS 5.0: las trazas de la dirección y velocidad de flujo.
