En este apartado se describirá el procedimiento seguido para modelar bajo el entorno de HEC-RAS. Entre los elementos más importantes, se describe el proceso de importación de la geometría obtenida con HEC-GeoRAS, la determinación del coeficiente de rugosidad de Manning y la integración de las bases de datos para correr el modelo bajo flujo no permanente, así como las condiciones de frontera y régimen de flujo.
8.2.8.1. Importación a HEC-RAS
Ya en la plataforma de HEC-RAS se importó la geometría de los afluentes activando el comando Import Geometry Data / GIS format del menú File (Figura
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Figura 43. Comando para importar la geometría en HEC-RAS.
Al activar este comando aparece un cuadro de dialogo (Figura 44), en las opciones de importación se eligió Unidades del Sistema Métrico (SI), posteriormente se comprobó que los datos en la pestaña River Reach Stream Lines
fuesen los correctos. En la pestaña Cross Sections and IB Nodes, se añadió la
información en las ventanas Import River e Import Reach y se redondeó el número
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Figura 44. Importación de la geometría en HEC-RAS.
Las Figuras 45 a 48 muestran la apariencia de los datos geométricos importados en HEC-RAS.
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Figura 45. Secciones transversales de la red de drenaje.
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Figura 47. Conjunto de secciones transversales.
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8.2.8.2. Determinación del coeficiente de Manning
El coeficiente de rugosidad de Manning representa la resistencia al flujo de agua en cauces sobre las llanuras de inundación, el valor es más alto cuando existe mayor rugosidad en la superficie de contacto con el flujo (Kumar, 2013). Este coeficiente debería ser calibrado a partir de información de perfiles de agua observados, sin embargo, cuando no se dispone de datos de aforo, se recomienda utilizar guías para la selección del coeficiente que propongan valores para cauces de características similares o valores obtenidos de datos experimentales (Turégano, 2012).
El modelo requiere la asignación de un coeficiente de rugosidad para la margen izquierda, derecha y centro de cada sección transversal. El valor se estableció utilizando la “Tabla del coeficiente de rugosidad de Manning” propuesta por Ven Te Chow (1994) que establece el coeficiente en relación a las características y condiciones más sobresalientes del canal como: rugosidad del fondo del cauce, cobertura y tipo de vegetación, sinuosidad del canal, entre otras. La asignación de este coeficiente se apoyó en puntos de verificación en campo efectuados sobre el río La Antigua y sus afluentes.
En la Figura 49 se observa que las márgenes (izquierda y derecha) pueden ser muy diferentes en una misma sección, por lo tanto cada margen tiene un valor diferente.
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Figura 49. Asignación del ɳ de Manning para ambas márgenes o llanuras de inundación.
Así mismo, en la Figura 50 se observan dos tramos del río La Antigua cuyos centros poseen distintas características de rugosidad, por ello se asignó un valor diferente a cada tramo, acorde a las condiciones del sitio en la sección.
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Figura 50. Asignación del ɳ de Manning para el centro del cauce.
En total se asignaron 7,305 valores de Manning, correspondientes a 2,435 secciones, el Cuadro 27 muestra un segmento de la matriz que se creó con estos datos.
Cuadro 27. Valores de ɳ Manning.
Sección Izquierda Centro del canal Derecha Tramo Xochilapa (URH I)
1 0.030 0.030 0.030
2 0.030 0.030 0.030
3 0.030 0.030 0.030
… … … …
Tramo Parte baja (URH IX)
387 0.025 0.025 0.025
388 0.025 0.025 0.025
389 0.025 0.025 0.025
Los datos se ingresaron mediante el comando Tables / Manning´s n or k values
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Figura 51. Comando para asignar el ɳ de Manning.
Al activar dicho comando aparece un cuadro de dialogo donde se ingresaron los valores de Manning, primero se anotaron los valores de la margen izquierda, después los del centro del cauce y al final la margen derecha, este mismo procedimiento se aplicó para cada tramo (Figura 52).
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Figura 52. Asignación de los valores de ɳ de Manning.
8.2.8.3. Distancia entre secciones
Otro elemento importante para la simulación es la distancia que existe entre cada sección transversal, al igual que los valores de Manning, las distancias se ingresaron por tramo, el comando para ejecutar este paso es Tables / Teach Lengths (Figura 53).
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Figura 53. Comando para asignar las distancia entre secciones. Los datos requeridos son:
a) la separación entre el extremo izquierdo de una sección trasversal y el extremo izquierdo de la sección de abajo
b) la distancia que existe entre un cruce de una sección al centro del cauce y el cruce de la sección de abajo
c) la separación entre el extremo derecho de una sección transversal y el extremo derecho de la sección de abajo
Primero se anotaron las distancias de la margen izquierda, después los del centro y finalmente las distancias de la margen derecha, este mismo procedimiento se aplicó para cada tramo (Figura 54). El archivo de la geometría se guardó con el fichero File / Steady Flow Data.
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Figura 54. Registro de las distancias entre secciones.
8.2.8.4. Datos hidráulicos para flujo no permanente
El comando para ejecutar esta acción es Edit / Unsteady Flow Data, al activarlo
aparece un cuadro de dialogo donde se ingresan los hidrogramas unitarios del SCS (Figura 55).
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Figura 55. Ingreso de los hidrogramas unitarios del SCS.
Activando la celda Flow Hidrograph (de este mismo cuadro de dialogo) se
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Figura 56. Ingreso de los datos del hidrograma unitario del SCS.
8.2.8.5. Condiciones de frontera
Dada la sinuosidad de los afluentes se planteó la necesidad de simular bajo un régimen de flujo mixto, el cual exige definir condiciones de frontera aguas arriba y aguas abajo del tramo modelado.
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Estos datos se establecieron con el fichero Reach Boundary Conditions, al activar
la herramienta aparece un cuadro de dialogo donde se eligió la tercera opción:
Normal Depth (Profundidad Normal), allí se ingresaron las pendientes de cada
tramo (Figura 57).
Figura 57. Definición de las condiciones de frontera.
8.2.8.6. Régimen de flujo
Una vez que se introdujeron los datos de flujo y las condiciones de frontera, se creó un Plan mediante la selección de datos geométricos (Geometry File) y de
flujo (Steady Flow File).
Para preparar el Plan se activó el comando File / New Plan en la ventana Steady Flow Analysis. Posteriormente se asignó un título y un identificador abreviado
(Short ID), y se seleccionó el Régimen de Flujo para el cual el modelo realizaría
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Figura 58. Generación del Plan y definición del régimen de flujo.
8.2.8.7. Visualización de los resultados
Al ejecutarse la simulación (Figura 59), se pudo visualizar los resultados de diferentes maneras. Dentro del menú View se tienen varias opciones (Figura 60)
que son accesibles también a través de iconos (Cuadro 28).
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Figura 60. Visualización de los resultados. Cuadro 28. Iconos de visualización.
Icono Nombre Descripción
Cross – Sections Permite visualizar las secciones transversales
Water Surface Profiles Permite visualizar los perfiles de la superficie de agua
General Profile Plot Permite visualizar las gráficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil
Rating Curves Permite visualizar las curvas caudal – calado de cada perfil X-Y-Z Perspectiva Plots Permite visualizar los dibujos en perspectiva
Hydraulic Property Plots Permite visualizar las gráficas de propiedades hidráulicas
Detailed Output Table Permite visualizar las tablas de detalle
Profile Summary Table Permite visualizar la tabla de resumen de los perfiles
Summary, Err, Warn,
Notes Permite visualizar el Resumen de errores, avisos y notas
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Hay dos salidas tabulares, el primer tipo proporciona resultados hidráulicos detallados de una sección transversal en específico (Tabla de salida detallada –
Detailed Output Table), ver Figura 61.
Figura 61. Tabla de salida detallada.
El segundo tipo de salida tabular muestra un número limitado de variables hidráulicas para varias secciones transversales y múltiples perfiles (Tablas de resumen de perfiles – Profile Summary Table) (Figura 62). Además se pueden
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Figura 62. Tabla de salida con información de perfiles.
En la Figura 63 se muestra una sección transversal del tramo Santa María. Se puede visualizar cualquier sección eligiendo el río principal, el tramo y la estación.
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Figura 63. Trazo de sección transversal.
Así mismo, la Figura 64 muestra una imagen de perfil del mismo tramo (Santa María). Se pueden seleccionar los tramos específicos que se deseen visualizar, esta opción es muy útil cuando se simula un sistema hidrológico de múltiples tramos.
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La Figura 65 muestra una perspectiva en 3D (X-Y-Z), el trazado se puede rotar hacia al norte, sur, este y oeste para obtener diferentes perspectivas del tramo del río.
Figura 65. Perspectiva en 3D (X, Y, Z).
En los Anexos 1 al 9 se muestra los perfiles de los nueve tramos simulados y una vista 3-D de la llanura de inundación para cada URH, la cual corresponde al escurrimiento generado por las lluvias del huracán Karl.
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