Iber Introduccion
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El modelo Iber Capacidades p Modelo de flujo bidimensional en ríos y estuarios www.iberaula.es 1. Introducción 2 Hidrodinámica 2. 3. Turbulencia 4. Interfaz gráfica 5 Transporte 5. T d de sedimentos di 6. Desarrollos futuros El modelo Iber Introducción CARPA C Turbillon GiD El modelo Iber Introducción Módulos de cálculo HIDRODINÁMICA Velocidad Calado TRANSPORTE DE SEDIMENTOS TURBULENCIA Carga en suspensión Viscosidad turbulenta Carga de fondo Energía turbulenta y disipación El modelo Iber Hidrodinámica Ecuaciones de aguas someras 2D h q x q y 0 t x y z b τ b,x U x gh ν h t x x x ρ q y q x q y q 2y U y z b τ b,y h2 g gh ν h t 2 ρ t x h y h y x x q x q 2x h2 g t x h 2 qxqy y h U x ν h t y y U y ν h t y y Distribución de presión hidrostática Velocidad uniforme en profundidad h, Ux, Uy El modelo Iber Hidrodinámica Esquemas en volúmenes finitos descentrados de alta resolución ti tipo Roe R • Robustos • Cambios C bi d de régimen é i • Frentes de onda • Sin problemas de convergencia • Explícitos El modelo Iber Hidrodinámica Mallas no-estructuradas formadas por elementos de 3 o 4 lados El modelo Iber Hidrodinámica Mallas no-estructuradas formadas por elementos l t d de 3 o 4 lados l d El modelo Iber Hidrodinámica Frentes seco-mojado Estable, conservativo, no difusivo t=0h t=4h El modelo Iber Hidrodinámica Fricción de fondo Fórmula de Manning τ b,x n 2 U Ux ρgh h 4/3 τ b,y ρ g h n2 U Uy h 4/3 El modelo Iber Hidrodinámica Rozamiento superficial por viento Van Dorn (1953) τs ρa C10 V10 2 ρ ρ 1.4 τs 2 3 10 6 V10 ρ 40 2:10 1.3 35 16:50 13:50 1.2 Water eleva ation (masl) 16:30 14:20 0:00 15:20 19:20 1.1 15:00 18:00 30 max16:40 0:00 min20:50 25 15:40 15:50 15:20 14:10 3:20 2:50 1.0 20 0.9 15 01:40 16:20 14:50 0.8 Wind velo ocity (m/s) 13:20 V=0 m/s 10 14:00 15:30 16:20 12:50 20:40 0.7 5 0.6 0 18 19 20 21 22 23 24 25 February 2006 Cota sensores_D02 Cota sensores_D04 Cota_D02 Cota_D04 N NE E SE S SW W NW V=3 m/s El modelo Iber Hidrodinámica Condiciones de contorno en contornos abiertos Calado constante o variable en tiempo Marea Condición de vertedero Sección de control curva de gasto Caudal C d l constante t t o hidrograma hid Entrada en ríos, canales Avenidas en ríos Hidrograma Condición de vertedero El modelo Iber Hidrodinámica Condiciones de contorno en contornos de pared Sin rozamiento Rozamiento Rí Ríos, zonas costeras t C Canales, l estructuras t t hid hidráulicas á li El modelo Iber Hidrodinámica Condiciones de contorno internas Flujo bajo compuerta ZU ZD h ZB ZU Zw Flujo Fl j sobre b vertedero t d en lámina lá i lib libre ZD ZU Zw ZB Combinación de compuerta y vertedero ZD h ZB Pérdida localizada V2 ΔH = λ 2g El modelo Iber Hidrodinámica Herramientas de soporte para determinación vía í intenso i t d desagüe ü •Línea y distancia •Polígono El modelo Iber Hidrodinámica Infiltración y precipitación h hU x hU y = -i+R t x yy Infiltración Lineal Horton lluvia Green Ampt Green-Ampt • Permeabilidad saturada • Succión S ió en la l zona no-saturada t d • Porosidad efectiva (drenable) • Saturación efectiva inicial • Pérdida inicial El modelo Iber Turbulencia Flujos turbulentos z b hU i hU i U j h U i gh gh τb νt h x j x i x i x j x j t viscosidad turbulenta Modelos de turbulencia promediados en profundidad El modelo Iber Turbulencia Viscosidad turbulenta constante ν t constante Modelo parabólico ν t 0.07 u f h Fricción de fondo Modelo de longitud de mezcla vs ls2 uf 2SijSij 2.34 κ h 2 Fricción de fondo Cortante horizontal Modelo k-ε ν t k Dk u 3f ν 2ν t SijSij c k ε D t x j σ k x j h 2 ν t ε Dε u f4 ε ε ν c1ε 2ν t SijSij c ε 2 c 2ε D t x j σ ε x j k h k Fricción de fondo Cortante horizontal Difusión Disipación El modelo Iber Transporte p de sedimentos Ecuación de conservación del sedimento Zb q sb,x q sb,y D-E 1 p t x y Transporte en suspensión E Transporte de fondo Zb D q sb V1.0: diámetro uniforme El modelo Iber Transporte p de sedimentos Carga de fondo MEYER-PETER & MÜLLER ((corrección Wong g y Parker)) VAN RIJN APLICACIÓN Gravas hasta 30 mm APLICACIÓN Arenas y gravas FORMULACIÓN FORMULACIÓN q = 3.97 3 97 τ - τ * sb * bs * 3/2 c T 2.1 T 00.3 3 q 00.053 053 0.3 D* * sb T1.5 T 0.3 q 0.100 0.3 D*0 3 * sb τ*bs - τ*c T τ*c El modelo Iber Transporte p de sedimentos Carga de fondo Pendiente d d de ffondo d Consideración tanto de la p pendiente transversal como longitudinal g Tensión efectiva de fondo = Tensión ejercida por el flujo + componente del peso flujo j tensión efectiva peso El modelo Iber Transporte p de sedimentos Transporte en suspensión Ecuación de transporte turbulento en suspensión νt hC hU x C hU y C t x y x j Sc,t C E D h x j Difusión turbulenta Resuspensión/ deposición Módulo Turbulencia Ecuación Conservación Sedimento Resuspensión/deposición: Van Rijn Smith Ariathurai y Arulanandan El modelo Iber Transporte p de sedimentos Transporte en suspensión Hidrodinámica Erosión Sedimentación El modelo Iber Transporte p de sedimentos Condiciones de contorno Entradas: Capacidad de arrastre Meyer Meyer-Peter Peter Muller / Van Rijn Concentración Sedimentograma Aguas claras Caudal sólido nulo Salidas: continuidad del sedimento El modelo Iber Interfaz g gráfica Basado en GiD: pre/postprocesador gráfico de propósito generall para simulaciones l numéricas. é www gidhome com www.gidhome.com Preproceso: entrada gráfica de datos Proceso: simulación hidráulica Postproceso: P t visualización i li ió d de resultados lt d Iber está en español e inglés. Actualmente Iber está disponible para Windows El modelo Iber Interfaz gráfica g Preproceso DEFINICIÓN MANUAL DE LA MALLA (herramientas estándar GiD) MALLADO CON TRIANGULOS RECTANGULOS (error cordal) Malla Terreno El modelo Iber Interfaz gráfica g Preproceso USO DE TIN COMO MALLA TERRENO COMO SUPERFICIES Y MALLADO CON ERROR CORDAL El modelo Iber Interfaz gráfica g Proceso • Cálculo paralelo: elección número de p procesadores • Visualización de resultados “en marcha” • Reinicio de un cálculo interrumpido • Primero orden/alta resolución • Definición umbral secado/mojado • Modelo de turbulencia (rápido/preciso) El modelo Iber Interfaz gráfica g Postproceso Resultados básicos: • Calado • Caudal específico • V l id d Velocidad • Cota de agua • Froude Resultados adicionales: • Máximos • Riesgo • Capacidad de arrastre • Courant • ….lluvia, caudal sólido, erosiones, concentración de contaminantes, etc. El modelo Iber Interfaz gráfica g Postproceso Resultados Escalas de colores Animaciones El modelo Iber Interfaz gráfica g Postproceso Perfiles Sondas e hidrogramas El modelo Iber Interfaz gráfica g Exportación de resultados a GIS El modelo Iber Interfaz g gráfica Zona de flujo preferente T=100 años RD 9/2008 Modificación RDPH Riesgo de daños para personas y bienes Vía de intenso desagüe h>1m ∆ Zs < 0.3 m (0.1 - 0.5) V > 1 m/s q>0 0.5 5 m2/s / Zonas inundables T = 500 años h>0m El modelo Iber Interfaz g gráfica Zonas de riesgo Zonas inundables El modelo Iber Desarrollos futuros Módulos en desarrollo TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Mezclas de sedimento Acorazamiento Estabilidad de márgenes Erosión por flujos secundarios en meandros CALIDAD DE AGUAS OD, MO, Nitrógeno, CF HÁBITAT FLUVIAL Caudales C d l ecológicos ló i Métodos hidrobiológicos El modelo Iber Desarrollos futuros SALINIDAD HIDRODINÁMICA TEMPERATURA SEDIMENTOS TURBULENCIA CALIDAD DE AGUAS HÁBITAT Á FLUVIAL El modelo Iber Hábitat fluvial Hábitat disponible Variables microhábitat Calado Ca ado Cobertura Cobe ua Velocidad Sustrato Módulo hidrodinámico Criterio hábitat Módulo ódu o Tª Módulo calidad Microhábitat disponible Temperatura OD, DBO, N, CF Variables macrohábitat Criterio hábitat Macrohábitat disponible Hábitatt ttotal Hábit t l disponible El modelo Iber Hábitat fluvial Criterios de hábitat Criterio binario Univariable Índice idoneidad Criterio hábitat Multivariable El modelo Iber Hábitat fluvial Curvas de idoneidad de la trucha arco iris I I (v ) I ( h ) I ( s ) I (c ) I I (v ) I ( h ) I ( s ) I (c ) 1/ 4 I min I (v)), I (h)), I (s)), I (c) El modelo Iber Hábitat fluvial Trucha común - Adulta Q = 15 m3/s Q = 120 m3/s El modelo Iber Hábitat fluvial Determinación del nivel de estrés en pasos restringidos El modelo Iber Calidad de agua g OD + DBO + Norg + NH4 + N03 Sedimentación Nitrógeno orgánico Amonificación Amonio Temperatura Reaireación Temperatura Oxígeno disuelto Demanda de oxígeno por el sedimento DBOC Biodegradación Sedimentación Nitrificación Salinidad Nitratos Desnitrificación Patógenos g Temperatura Muerte Salinidad R di ió Radiación Turbidez El modelo Iber Calidad de agua g Evolución del nivel de oxígeno disuelto Q = 15 m3/s Q = 120 m3/s El modelo Iber Calidad de agua g Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento Red de drenaje El modelo Iber Calidad de agua g Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento 1.2 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Vertido 2 1 Vol vertido = 57378 m3 CAUDAL (m3/s s) CAUDAL (m3/s s) CADAVAL 20000 m3 Vertido 1 1 CADAVAL 30000 m3 Vol vertido = 40688 m3 0.8 0.6 0.4 0.2 0 100 200 300 Radiación solar superficial (W/m2) 0 0 100 200 300 Temperatura SST (K) El modelo Iber Calidad de agua g Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento Puntos de vertido y de control Probabilidad anual excedencia CFlim CFlim (ucf/100ml) P[CF>CFlim] (%) 100 10 500 5 El modelo Iber Calidad de agua g Contaminación bacteriana por vertidos de saneamiento
