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II Workshop

II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber   

Actas  II Workshop de Iber  Barcelona, 19 y 20 de enero de 2017 

EQUIPO IBER  www.ibercursos.com 

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RESÚMENES DE LAS PONENCIAS DEL

II WORKSHOP IBER Barcelona, 19 y 20 de enero de 2017

Editores: Equipo Iber www.iberaula.es

Programa de Transferencia de Tecnología www.ibercursos.com

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PRESENTACIÓN En el campo de la modelización hidráulica, el uso del modelo Iber se ha generalizado en los últimos años en todo el mundo. La amplia aceptación ha llevado a organismos de cuenca y administraciones estatales e internacionales a adoptar Iber como modelo de referencia para la simulación de avenidas, diseño de obras hidráulicas, análisis de rotura de presas, etc. Este hecho hace que cada día sean más y más los proyectos realizados con Iber.

Por otro lado, la transferencia de tecnología ha sido un pilar fundamental en el desarrollo del modelo, lo que ha permitido, a su vez, la continua mejora para proporcionar soluciones a situaciones cada vez más complejas. En ese aspecto el número de publicaciones se ha incrementado considerablemente, favoreciendo así su difusión no solo en el ámbito académico, sino también en el profesional.

Por todo ello, el Equipo Iber promueve la celebración del II Workshop de Iber durante los días 19 y 20 de enero de 2017 en la ciudad de Barcelona. Este evento pretende ser un foro para la comunicación entre usuarios y desarrolladores del modelo Iber, abierto a la participación de profesionales, consultorías, universidades, administraciones públicas y centros de investigación que utilicen el modelo Iber o estén interesados en la modelización numérica en hidráulica fluvial. En él se detalla el estado actual del modelo, los actuales campos de trabajo y las líneas de desarrollo futuras. Asimismo, la importante participación de los usuarios permite conocer el empleo y necesidades de profesionales con la presentación de casos de estudio. A continuación se detallan los casos de estudio realizados.

Equipo Iber

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COMITÉS DEL EVENTO Comité científico Ernest Bladé i Castellet Luis Cea Gómez

Instituto Flumen – CIMNE, UPC Grupo GEAMA, UdC

Georgina Corestein Poupeau

Instituto Flumen – CIMNE, UPC

Marcos Sanz Ramos

Instituto Flumen – CIMNE, UPC

Comité organizador Ernest Bladé i Castellet

Instituto Flumen – CIMNE, UPC

Marcos Sanz Ramos

Instituto Flumen – CIMNE, UPC

Laia Aranda

CIMNE

Cesca Torrella Sole

ETSCCPB, UPC

Ceferino Robledo Vázquez

ETSCCPB, UPC

El Comité organizador quiere agradecer a CIMNE por cedernos las instalaciones, y en especial a los miembros de GiD que asistieron al evento.

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ALIVIADERO EN POZO O MORNING GLORY COMO PROPUESTA PARA AUMENTAR LA CAPACIDAD DE DESAGÜE DE LA PRESA DE PENA

(1)

Aranda Domingo, J.A. y (2)Marco Segura, J. B. (1)

Universidad Politécnica de Valencia TURVING S.A [email protected]

(2)

Universidad Politécnica de Valencia [email protected]

Resumen El caso que aquí se presenta consiste en un estudio de soluciones capaz de paliar el déficit de seguridad de la Presa de Pena, sobre el río del mismo nombre, afluente de la margen derecha del río Ebro, ver Figura 1. El aliviadero actual, labio fijo es de 26 m de longitud.

Figura 1.- Descripción de la presa de Pena (izquierda). Delimitación de la cuenca del río Pena hasta el embalse del mismo nombre. Situación de la presa y estaciones pluviométricas y de aforo (derecha).

En primer lugar se lleva a cabo un cálculo en base a las ecuaciones empíricas disponibles en el momento. No obstante, esta solución se quiere contrastar mediante el uso de un modelo bidimensional para cotejar resultados, focalizado en el estudio de la ubicación óptima del aliviadero. Es muy habitual colocar este tipo de estructuras lo más próximo a la ladera. Sin embargo, esto presenta un problema de cara a la alimentación del mismo, ya que no es simétrica con los problemas inherentes que eso conlleva. Se han probado dos ubicaciones de forma que se consiga un flujo de alimentación lo más simétrico posible, una próxima a la ladera izquierda y la otra situada más hacia el interior del embalse. En las figuras 2 y 3 se observan las dos ubicaciones y que se analizan a continuación.

1  Figura 2.- Posición relativa de las dos alternativas de aliviadero analizadas.

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II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber    Una vez ubicadas las dos alternativas se lleva a cabo el modelo hidráulico mediante la aplicación Iber (Bladé et al., 2014). La condición de entrada es la parte ascendente del hidrograma de entrada y permanencia en el tiempo del caudal de pico. Las condiciones de salida son calado crítico en la caída a la salida de la trinchera del aliviadero actual y calado crítico en el interior del morning glory. En la figura 3 y 4, se muestran los resultados del diagrama de velocidades y el gráfico de distribución de caudales de salida por cada uno de los 10 sectores en los que se ha dividido el aliviadero.

Figura 3.- Distribución de velocidades para las dos alternativas de aliviadero analizadas.

Figura 4.- Comparación del caudal de salida pico para las dos alternativas analizadas (izquierda) y variación de la simetría de flujo para la alternativa situada en el interior a media que aumenta el caudal (derecha)

Las conclusiones que se desprenden del estudio son las siguientes:  

 

La capacidad del aliviadero es inferior, en los dos casos analizados, al calculado mediante las ecuaciones empíricas que lo gobiernan, esto se debe fundamentalmente a la presencia de la ladera, la cual impide una alimentación simétrica. La asimetría obtenida es mayor en la solución situada más cerca de la ladera. Esto implica que la ubicación del mismo es una solución de compromiso, entre una mayor estructura con una alimentación simétrica (ubicación hacia el interior del embalse) frente a una ubicación próxima a la orilla donde la estructura es inferior, pero la alimentación es asimétrica, implicando un aumento del diámetro del morning glory. También se observa que la asimetría es creciente en función del caudal, véase la figura 4 derecha. Finalmente el modelo indica que no existe interferencia del aliviadero actual frente al nuevo, desde el punto de vista de la pérdida de capacidad hidráulica.

Referencias Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., y Coll, A. (2014). “Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, CIMNE (Universitat Politècnica de Catalunya), 30(1), 1–10.

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TRANSPORTE DE SEDIMENTOS DE FONDO, USO DE GRANULOMETRÍAS NO UNIFORMES (1)

Corestein, G. y (1)Bladé, E.

(1)

Institut Flumen (UPC-CIMNE), Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech, Barcelona [email protected] [email protected]

Resumen Iber cuenta actualmente con un módulo de transporte de sedimentos de fondo que funciona para diámetro característico único (Bladé et all 2014). El uso de diámetro único implica, en muchos casos, que se acepta una simplificación en la descripción del sedimento. Este módulo es útil y eficaz pero es evidente que no llega a cubrir un número importante de casos en el que esta simplificación no es aceptable. Con esta idea en mente se está desarrollando en Iber un módulo que contempla la posibilidad de describir el sedimento mediante más de un diámetro característico. El nuevo desarrollo se basa en el concepto de capa activa (Garcia 2008) y cuyo esquema básico se muestra en la Figura 1.

Figura 2.- Esquema de definición de la capa activa (Garcia 2008).

La utilización de este enfoque permite trabajar con sedimentos descritos a través de un número determinado de clases (diámetro característico) y el porcentaje de cada una de estas que conforman la mezcla. Permite además que con las clases propuestas se puedan definir diversas mezclas y así dividir verticalmente en estratos muestro dominio. La formulación que se emplea se resume a continuación, y como puede verse se trata de resolver dentro de la capa activa la ecuación de Exner, de manera local, para cada clase, y luego de manera global teniendo en cuenta una restricción y también el intercambio de material que se produce entre la capa activa y el estrato inmediatamente, estrato activo. Exner Global ∑

1

º

,

,

0

[1]

Exner Local ,

1

,



[2]

, calculado usando la fórmula de transporte de sedimentos de Ashida & Michiue (1972). Restricción ∑ , caudal sólido para la clase ks.

º

1

[3]

, fracción de la clase ks en la capa activa.

, término fuente de la clase ks. p, porosidad.

Intercambio con el suelo 1









[4]



, fracción de la clase ks en el estrato activo

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II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber    Uno de los casos de verificación empleados consiste en un dominio cuadrado de 3 m de lado. Las condiciones de contorno aplicadas son entrada de 9 m3/s en la vertical derecha y salida crítica/supercrítica en el lado opuesto. La condición inicial es de 1 m de agua en todo el dominio. Se definen dos estratos, el superior entre 0 m y -0.30 m y el inferior a partir de -0.30 m. Se definen dos diámetros característicos 1= 0.001 m y 2= 0.01 m. El objetivo de este caso es analizar el comportamiento de las simulaciones cuando se presentan dos estratos de composición muy diferente y por ello se proponen dos escenarios: A) estrato superior 100% 1 y 0% 2, estrato inferior 0% 1 y 100% 2 B) estrato superior 0% 1 y 100% 2, estrato inferior 100% 1 y 0% 2. El esquema de esta distribución se muestra en la Figura 2.

Figura 3.- Esquema de los escenarios de cálculo propuestos, distribución de estratos y diámetros de sedimento.

El resultado de un de estas simulaciones, realizada usando una discretización en 900 elementos cuadriláteros, simulando 15000 segundos se muestran en la Figura 3. Los resultados corresponden al escenario A. Se observa que en el instante 6000 s el estrato superior se ha erosionado completamente, la cota es inferior a -0.30 m. A partir de ese momento aumenta sensiblemente le velocidad en la que ocurre la erosión y la cota al inicio de la sección desciende en un lapso de tiempo de 500 s una profundidad similar a la erosionada en los primeros 6000 s. Así mismo se puede observar como este efecto se limita al primer par de metros donde todavía predomina el estrato superior. Este comportamiento continúa presentándose en el instante 10000 s en el que la cota del tercio final de la sección sigue siendo la del cambio de estrato. En el último instante que se muestra en la figura se puede intuir como la erosión continúa ya con un ritmo menor pero tendiendo a buscar una forma de equilibrio.

Figura 4.- Evolución temporal de la cota de fondo en la sección transversal central para el escenario A, estrato superior 100% 1.

Estas resultados junto con otros que son parte de esta línea de desarrollo permiten considerar que el comportamiento de la implementación es satisfactorio y que podrá ser de interés para resolver algunos de los desafíos que se presentan con el uso de la simulación numérica en casos reales.

Referencias Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., y Coll, A. (2014). “Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, CIMNE (Universitat Politècnica de Catalunya), 30(1), 1–10. Garcia, M. H. (2008). Sedimentation engineering: processes, measurements, modeling and practice. ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice No. 110. Engineering, (M. H. Garcia, ed.), American Society Civil Engineering Publications. Rahuel, J. L., Chollet, J. P., Belleudy, P. J., and Yang, G. (1989). “Modeling of riverbed evolution for bedload sediment mixtures.” Journal of Hydraulic Engineering, 115(11), 1521.

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IBER: A NUMERICAL TOOL FOR PREDICTING FLOODS CAUSED BY EXTREME RAINFALL EVENTS (1)

González-Cao, J., (1)Cabrera Crespo, A.J., (1)García Feal, O., (1)Gómez-Gesteira, M y (2)Cea, L. (1)

(2)

Enviromental Physics Laboratory (EPHYSLAB), Universidad de Vigo, Campus As Lagoas s/n, 32004, Orense, España [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Enviromental and Water Engineering Group, Departamento de Métodos Matemáticos y de Representación, Universidade da Coruña, Campus Elviña s/n, Coruña, España [email protected]

Abstract Heavy floods due to extreme rainfall events in Northeastern Spain have caused important damages in properties and public areas over the last years. The intense rainfall observed on October 20, 2012 near the headwater of the Aragón River surpassed 200 mm in 24 hours (figure 1) and caused important damages in Canfranc, Villanúa and Castiello de Jaca. More than 1M euros were invested by public administrations to restore the riverbanks in these villages. Floods derived from extreme rainfalls are mainly associated with surface runoff processes. These processes are affected by multiple factors like rainfall intensity, duration and spatial distribution, topographic features and land uses. Thus, the input parameters that feed the numerical models can strongly influence the obtained results. In this paper, Iber (Bladé et al., 2014) was calibrated for this area by considering different discretizations and land uses, which result in different Manning´s coefficients. The topography of the basin was defined using raster files obtained from CNIG (Centro Nacional de Información Geográfica, Dirección General Instituto Geográfico Nacional). Land uses were obtained from SIOSE (Sistema de Información sobre Ocupación del Suelo de España) where the territory is split into different polygons. A new preprocessing tool was created to assign a Manning’s coefficient to every grid point. The tool automatically obtains information of the combined land uses from SIOSE and calculates a single value of the coefficient for each polygon that is then loaded by the model as an input condition.

Figure 5.- Hyetograph of the simulated extreme rainfall event.

Once the numerical model was calibrated, the extreme rainfall event observed on October 20, 2012 was simulated using as boundary conditions the experimental hyetographs and hydrographs obtained from meteorological stations of CHE (Confederación Hidrográfica del Ebro) located in the basin of the Aragón River. The simulated domain includes the headwater of the basin, the urban part of Villanúa and its close downstream area. Numerical results were compared with experimental observations and with the flooding maps for different return periods obtained from SNCZI (Sistema Nacional de Cartografía de Zonas Inundables).

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II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber    The numerical water elevations are similar to those observed during the event which are higher to those obtained for a return period of 500 years (figure 2).

Figure 2.- Numerical result of depths (colored scale bar) and flooded areas for a return period of 500 years (enclosed area) obtained for the Aragón River basin (left panel) and for the area of Villanúa village (right panel).

Therefore, the present work proves that Iber is a suitable tool to predict this type of events, which can help to reduce hazards derived from extreme flash floods.

References Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., y Coll, A. (2014). “Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, CIMNE (Universitat Politècnica de Catalunya), 30(1), 1–10.

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DISEÑO DE LAS DEFENSAS CONTRA INUNDACIONES EN MOGÓN MEDIANTE SIMULACIÓN NUMÉRICA (IBER) (1)

López, D. y (1)Rebollo, J.J.

(1) Centro de Estudios Hidrográficos(CEDEX) [email protected] [email protected]

Resumen El núcleo urbano de Mogón, perteneciente al municipio de Villacarrillo, provincia de Jaén, se encuentra en la confluencia de los ríos Guadalquivir y Aguas Cebas Grande. La proximidad de las viviendas al cauce de aguas bajas ha ocasionado que con cierta frecuencia sea necesaria la evacuación de algunas zonas como la calle del Barquero. De hecho, Mogón se encuentra en zona inundable de acuerdo con el Sistema Nacional de Cartografía de Zonas inundables (SNCZI). Como agravante cabe destacar que este Municipio se encuentra aguas abajo del embalse del Tranco de Beas cuya explotación, en caso de avenidas, se puede ver condicionada por este núcleo urbano. Tras las inundaciones de la primavera de 2013, la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir realizó una obra de emergencia para tratar de aumentar el grado de seguridad frente a inundaciones en Mogón. En el marco de estos trabajos, CEDEX elaboró un modelo numérico de gran precisión que permitió el análisis de la capacidad real del río Guadalquivir a su paso por Mogón y de la desembocadura del Aguas Cebas, al tiempo que permitió ajustar el diseño y comprobar la validez de las actuaciones. Éstas consistieron en la eliminación de los restos de un antiguo azud en la confluencia, el dragado de depósitos y la construcción de una mota de protección en la zona más vulnerable (figura 1).

Figura 6.- Funcionamiento hidráulico del río Guadalquivir. Q=150 m3/s. Mota de defensa frente a la calle del Barquero.

Se han realizado dos campañas de campo de aforo en el cauce y medida de niveles en diferentes estaciones que han permitido calibrar la rugosidad del modelo.

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Figura 7.- Trabajos de campo. Aforo en puente de los Civiles. Medida de nivel en 10 puntos de control

Recientemente la CHG ha elaborado un proyecto de defensa de esta población de mucho mayor alcance. El estudio hidráulico ha sido realizado por CEDEX. El escenario de defensa se ha planteado para 100 años de período de retorno. Además las protecciones permiten realizar vertidos controlados por el embalse del Tranco de Beas con caudales que no superen los 450 m3/s en el tramo urbano de Mogón. Con este fin se han diseñado motas de protección en tres zonas diferentes (figura 3).

Figura 8.- Estructuras de defensa contra inundaciones en Mogón.

  Previamente al diseño de las protecciones se ha delimitado el DPH y las zonas de riesgo de inundación. Posteriormente se ha realizado un trabajo iterativo para definir la traza y la altura de las motas que permitan, por un lado, alcanzar los objetivos de protección fijados sin generar sobre elevaciones de lámina aguas arriba y por otro, recuperar el máximo espacio de libertad fluvial para el cauce.

Referencias Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., y Coll, A. (2014). “Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, CIMNE (Universitat Politècnica de Catalunya), 30(1), 1–10. López, D (2014). “Modelación hidráulica del entorno de la confluencia de los ríos Guadalquivir y Aguas Cebas Grande”. Informe CEDEX. López, D (2015). “Estudio en modelo matemático de las obras de defensa contra inundaciones en Mogón (Jaén).” Informe CEDEX.

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SIMULACIÓN DE INUNDACIONES FLUVIALES CON IBER: VALIDACIÓN DE RESULTADOS (1)

Martínez-Cantó, R. e (1)Hidalgo, A.

(1)

Dpto. Ingeniería Geológica, ETSI Minas y Energía, Universidad Politécnica de Madrid. 28003 Madrid. [email protected] [email protected]

Resumen La modelización matemática y la simulación numérica de los modelos planteados permiten predecir el comportamiento de sistemas físicos en diversas circunstancias. Aplicaciones de gran interés son las que se presentan en situaciones que pueden resultar catastróficas con el fin de poder implementar acciones correctoras, tal como sucede en el caso de inundaciones. Ese conocimiento puede ayudar en la planificación de medidas correctoras para recuperar los terrenos afectados. En el caso de España estos problemas presentan un particular interés, dado que las inundaciones son muy frecuentes y no estamos suficientemente preparados para hacerles frente. Entre los modelos matemáticos más interesantes para representar este tipo de fenómenos se pueden mencionar las ecuaciones de aguas someras y las ecuaciones de Saint Venant, que se pueden resolver aplicando distintos métodos numéricos, como se puede ver en trabajos como los de Brufau y García-Navarro (2000), Gallardo et al. (2007) o Cea et al. (2009). En el caso de este trabajo, se ha utilizado el programa libre Iber para resolver las ecuaciones mediante el método de volúmenes finitos, de gran interés en el campo de la mecánica de fluidos. En esta línea hay publicaciones como las de Bladé et al. (2014a y 2014b). El norte de la provincia de León, históricamente, ha sufrido muchos episodios de inundaciones; ejemplo de ello es la zona de Santiago del Molinillo, en la que se centra el trabajo realizado. En sus alrededores confluyen los ríos Omaña y Luna, dos ríos de montaña, para formar el río Órbigo, un río que recorre grandes llanuras. El modelo matemático se basa en promediar las ecuaciones de Navier – Stokes en tiempo y profundidad para llegar al sistema de ecuaciones de Saint Venant en 2 dimensiones. Éstas se resuelven por el método de volúmenes finitos mediante el programa Iber en la versión v.2.3. Para ello se necesitan una serie de datos, recogidos en los datos de aforos de los últimos 30 años (periodo 1985-2015) de las estaciones de aforo cercanas al área de estudio (Las Omañas, río Omaña; La Magdalena, río Luna; y Santa Marina del Rey, río Órbigo). En base a estos datos se ha extraído el caudal medio de cada uno de los ríos y se han detectado los registros extraordinarios. Posteriormente, se han aplicado los datos al programa, habiendo hecho un análisis del terreno que se estudiará, para hacer los cálculos (Martínez-Cantó e Hidalgo, 2016a,b). En este trabajo presentamos la validación que se ha realizado de los resultados obtenidos en una de las simulaciones, el episodio extraordinario de 2 de abril de 2014, perteneciente al año hidrológico 2013 – 2014. Para estos datos se han realizado dos simulaciones: una con un área más pequeña de estudio, que incluye la confluencia de los dos ríos y mide unos 4 km2, y una simulación aguas arriba, con un área de 18 km2 (fig. 1). La segunda simulación implica mucho más cálculo, lo que ralentiza el trabajo y provoca que se simule con un tiempo de intervalo mucho mayor. Para la primera se ha utilizado una hora de tiempo máximo y resultados cada minuto, mientras que para la segunda el tiempo máximo ha sido de 4 horas y los resultados se han obtenido cada 30 minutos.

a)

b) Figura 9. Mapas de calado de agua alcanzada (en metros) en la simulación realizada con máximo caudal registrado el año 2013-2014, de 2 de abril, en el último paso de la simulación. A) Área 4 km2. B) Área 18 km2.

9  Como parte del trabajo se ha visitado a algunos vecinos afectados que han proporcionado fotografías de ese día, que se han localizado y situado en un mapa para poder comparar las zonas inundadas reales con las del post-procesado de Iber (fig. 2). En ellas se puede ver que los resultados obtenidos con el código concuerdan con lo que se aprecia en las fotografías, lo que se puede considerar una validación del modelo para este

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II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber    episodio de inundaciones. También se han realizado unas mediciones de alturas de agua en las zonas donde se han tomado estas fotografías, para ver si las alturas de agua que nos ofrece Iber son adecuadas a lo que realmente ocurrió en el municipio.

a)

b)

Figura 10. A) Imágenes cedidas por los vecinos de Santiago del Molinillo, del día 2 de abril de 2014. B) Mapa de localización de las diferentes fotografías tomadas en Santiago del Molinillo por los vecinos.

Las medidas tomadas indican que los resultados del modelo concuerdan con lo esperado. En los puntos de las fotografías 1 y 2, se mide una altura de 0.12 metros de agua, que está en la media de los datos de la simulación. Además, en el punto de la fotografía 5 se obtiene una medida de 0.45 metros, que también concuerda con los datos obtenidos. La validación, por tanto, pone de manifiesto lo bien que se adaptan las simulaciones realizadas a los resultados reales del episodio de tormentas de abril de 2014. A la vista de los resultados obtenidos con el programa y el análisis previo de los datos, es necesario hacer una actuación rápida por parte de las autoridades competentes para evitar que las poblaciones de Santiago del Molinillo, Mataluenga, Villarroquel y Secarejo vean su actividad diaria afectada por las inundaciones.

Agradecimientos Los autores del trabajo agradecen a AEMET, MAGRAMA y CHD el haber facilitado los datos con los que se ha podido llevar a cabo este estudio.

Referencias Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, M.E., Dolz, J. y Coll, A. (2014a). “Iber – herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos, nº 30, pp. 1-10. Bladé, E., Cea, L. y Corestein, G. (2014b). “Modelización numérica de inundaciones fluviales”. Ingeniería del Agua, v. 18, nº 1, pp. 71-82. Brufau, P. y García – Navarro, P. (2000). “Esquemas de alta resolución para resolver las ecuaciones de shallow water”. Revista Internacional de Métodos Numéricos, v. 16, nº 4, pp. 493-512. Cea, L. y Vázquez – Cendón, M.E., Puertas, J. (2009). “El método de volúmenes finitos aplicado a problemas de ingeniería fluvial y costera”. La gaceta de la RSME, v.12, pp. 71-93. Gallardo, J.M., Castro, M. y Parés, C. (2007). “Un esquema de volúmenes finitos de alto orden para las ecuaciones de aguas someras con topografía y áreas secas”. XX Congreso de Ecuaciones Diferenciales y Aplicaciones, pp. 1-8. Martínez-Cantó, R. e Hidalgo, A. (2016). “Inundaciones fluviales en Santiago del Molinillo y alrededores (León)”. Geotemas, v. 16. Martínez-Cantó, R. e Hidalgo, A. (2016b). “Modelización de inundaciones fluviales con iber: caso práctico de Santiago del Molinillo (León)”. XI Congreso Internacional de Geomática y Ciencias de la Tierra. In-press.

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ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL RÍO LLOBREGAT EN EL ENTORNO DE SAN BOI CON MOTIVO DE LAS OBRAS DE CONEXIÓN ENTRE LA AUTOVÍA A-2 Y LA AUTOPISTA C-32 (1)

Gómez-Valentín, M. y (1)Olivares, G.

(1)

Institut Flumen (UPC-CIMNE), Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech, Barcelona [email protected] [email protected]

Resumen A petición de la Demarcación de Carreteras del Estado en Catalunya (Fomento), se realiza el presente estudio hidráulico que pretende evaluar cómo las obras de ampliación y mejora de un nuevo nudo de comunicación a la altura de la carretera de Sant Boi de Llobregat (Barcelona) C245, en el margen derecho del río Llobregat podrían afectar los terrenos adyacentes ante un fenómeno de crecida del río. Como uno de los objetivos principales se encuentra poder evaluar al alcance y efecto de la inundación (calados). Simulaciones anteriores e informes proporcionados por la Agència Catalana de l’Aigua (ACA) mostraban una inundación considerable que afectaba directamente a núcleos urbanos e urbanizables, así como también zonas recreativas. Era menester de este estudio evaluar si las actuaciones de las nuevas obras de la C-245 ejercerían mayor o menor influencia en estas inundaciones ya estimadas y proponer, en su caso, actuaciones de mejora. Para ello se construyó un modelo hidráulico de alta resolución mediante Iber (Bladé et al., 2014) tomando dos escenarios principales. En primer lugar se realizó una simulación considerando la situación actual, incluyendo mediciones actualizadas de las motas de protección del río dentro de la zona de estudio. El segundo escenario se actualizó con las nuevas obras propuestas por Fomento. Para esto se contó con el proyecto realizado en AutoCad a cargo de Peyco. Estos nuevos datos permitieron actualizar la topografía de la zona para posteriormente ser incluidos en el modelo hidrodinámico. Estas actividades permitieron, en primer lugar, analizar la mancha de inundación y así poder detectar las zonas en las cuales se producían los vertidos más significativos. Una vez hecha la detección del problema y su cuantificación, se plantearon medidas que permitieran evitar lo vertidos hacia las zonas más sensibles. Las medidas propuestas fueron comprobadas mediante simulaciones del modelo hidrodinámico (Iber) que fue previamente modificado incluyendo las correcciones necesarias para evitar la inundación. En el caso del presente estudio, se elevó la cota de protección del río mediante murete, en el punto en que se producía el vertido.

Referencias Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., y Coll, A. (2014). “Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, CIMNE (Universitat Politècnica de Catalunya), 30(1), 1–10.

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ESTUDIO DE LA VIABILIDAD HIDRÁULICA DEL ESTADIO INTERNACIONAL MONTERREY

(1)

Ribé, M. y (1)Bladé, E.

(1)

Institut Flumen (UPC-CIMNE), Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech, Barcelona [email protected] [email protected]

Resumen El objeto de este estudio consiste en analizar el funcionamiento hidráulico del futuro puente del Estadio Internacional Monterrey (EIM) según el proyecto actual, para determinar su viabilidad. Para ello se caracterizan los campos de calados y velocidades en el río Santa Catarina en el entorno del estadio en la situación actual y se analiza la influencia de la forma de las pilas de sustentación del estadio sobre el patrón de flujo juntamente con la regularización del cauce, o canal, con una sección trapecial. Finalmente, se analiza la circulación a través del puente de distintas tipologías de escombros que pueden ser arrastrados por el flujo y el efecto de posibles obstrucciones sobre el mismo.

1)  

Escenarios de cálculo G1. Flujo en la situación actual (sin estadio) Flujo con el puente del EIM o G2. Pilas rectangulares con extremos circulares o G3. Pilas circulares o G4. Pilas rectangulares o G5. Muros discontinuos o G6. Muros continuos Figura 11.- Pilas del puente del EIM caso G2. A) Distribución en planta. B) Detalle de la malla de cálculo.

2) 

Características del modelo numérico Geometría: topografía del estado inicial + geometría del canal trapecial + geometría de los 4 puentes y ramales que cruzan el río a lo largo del tramo. De aguas abajo a aguas arriba: Garza Sada, Revolución, Benito Juárez y Churubusco.

Figura 2.- Introducción de los puentes en el modelo. A) Detalle de la geometría. B) Detalle de la malla de cálculo. C) Ventana “Puente” de Iber.

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3) 

Condiciones de contorno: caudal constante aguas arriba de 5.083 m3/s y calado crítico aguas abajo. Manning: 0,036 en el lecho y 0,018 en las paredes de pilas y muros. Tamaño de la malla de cálculo: 0,3m en el entorno de las pilas, 2m en la zona del puente del EIM, 5m en el lecho del río y 10m en los márgenes. Número de elementos: 105.760 en la geometría actual y 327.368 en la geometría con pilas. Otras características: fondo del lecho fijo y calado inicial nulo.

Resultados sobre el funcionamiento hidráulico El río Santa Catarina presenta una gran pendiente con grandes velocidades que producen un régimen generalmente subcrítico (muy cerca del crítico) que pasa a supercrítico en algunas zonas. © www.ibercursos.com  [email protected] 

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II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber    Las 3 geometrías con pilas aisladas estudiadas favorecen la disipación de energía por la interacción del flujo con las pilas. Esto, junto con la regularización del fondo produce una uniformización de calados, velocidades y caudales. La unión de varias pilas en muros (discontinuos o continuos) empeora el comportamiento. La fricción en las paredes no llega a compensar la disipación de energía producida en las pilas asiladas. En todos los casos, la afección del Puente del estadio en el tramo de estudio es muy localizada: no hay efecto aguas arriba del Puente Revolución y solamente 150m aguas abajo del final del canal.

Figura 3.- Comparación de resultados estado actual vs.pilas caso G2. A)Número de Froude estado actual (cambios de régimen). B)Número de Froude caso G2 (solamente régimen subcrítico). C)Regularización del perfil de la lámina de agua para el caso G2 (azul marino) comparando con el estado inicial (azul celeste).

4) 

Arrastre de escombros Trayectorias de objetos arrastrados por el flujo o Objeto 1: 4m x 4m x2m o Objeto 2: 8m x 2m x 2m o Objeto 3: 16m x 2m x2m

Objeto 3: 16m

En ninguno de los casos analizados los objetos quedan atrapados entre dos pilas. Figura 4.- Simulación de la trayectoria de tres objetos de 16x2x2m.

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Influencia en el flujo de una obstrucción entre dos pilas o Obstrucción en la primera fila de pilas: importante efecto local pero los valores máximos no superan a los producidos sin obstrucción frente a las pilas. o Obstrucción en una pila intermedia (poco probable): efecto similar al anterior. Sin embargo, en este caso sí se supera la lámina de agua sin obstrucción frente a las pilas.

Figura 5.- Efecto de la obstrucción localizada entre dos pilas A) campo de calados B) campo de velocidades.

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Efecto de la acumulación de material en la primera fila de pilas o Se produce una sobreelevación aguas arriba de 0,60m y una disminución de calados a los lados (contracción). o La alteración es localizada en el entorno de la primera fila de pilas sin afectar las variables hidráulicas bajo el puente del EIM.

Figura 6.- Efecto de la acumulación de material A) campo de calados B) campo de calados sin considerar su efecto.

Referencias Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., y Coll, A. (2014). “Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos”. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, CIMNE (Universitat Politècnica de Catalunya), 30(1), 1–10.  Ruiz-Villanueva, V., Bladé, E., Sánchez-Juny, M., Marti-Cardona, B., Díez-Herrero, A., & Bodoque, J. M. (2014b). “Two-dimensional numerical modeling of wood transport”. Journal of Hydroinformatics, 16(5), 1077.

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II WORSKHOP IBER 2017  Programa de Transferencia de Tecnología  Equipo Iber   

MODELACIÓN NUMÉRICA BIDIMENSIONAL DE LA DINÁMICA SEDIMENTARIA DEL RÍO EBRO EN CASTEJÓN (1)

Ribé, M., (1)Bladé, E. y (1)Dolz, J.

(1)

Institut Flumen (UPC-CIMNE), Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech, Barcelona [email protected] [email protected] [email protected]

Resumen El objeto de este estudio consiste en la construcción y calibración de un modelo numérico para la simulación de la dinámica sedimentaria del tramo de río Ebro comprendido entre los puentes de la N-113 y de la autopista AP-15 en Castejón de Ebro, para su posterior aplicación a otros tramos del mismo río. 1) 

Parámetros del modelo objeto de ajuste Ecuación de transporte de fondo. Ecuación genérica: ∗

∗

∗

[1]

Donde ∗ es la tensión de fondo adimensional calculada a partir de los resultados hidrodinámicos y y ∗ son los parámetros de calibración. El parámetro ∗ representa una tensión crítica adimensional, por debajo de la cual no hay transporte de fondo. Esta ecuación, para 3.97 ∗ 0.0495 corresponde a la conocida ecuación de Mayer-Peter y Müller, con la corrección propuesta por Wong y Parker (2006). 

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2) 

Condiciones de contorno o Curva de gasto (relación Q-z): obtenida a partir de los datos facilitados por Iberdrola. Se ha tratado como una variable de ajuste dada la dispersión de estos datos y a la ausencia de ellos para caudales elevados. o Entrada de sedimento: se ha multiplicado la capacidad de arrastre calculada por Iber por un factor mayorador. Manning: se han considerado tres escenarios distintos para el coeficiente de Manning. Diámetro del sedimento: con las observaciones del trabajo de campo se establece un tamaño medio de sedimento de 5 cm. Se ha determinado que para d