Hec-RAS - Manual de Usuario de Modelado 2D (Traducido) [PDF]

Zitiervorschau

HEC-RAS Sistema de análisis de ríos

Manual de usuario de modelado 2D (Traducido) Versión 5.0 Febrero de 2016 Aprobado para lanzamiento público.

Distribución ilimitada. CPD-68ª

HEC-RAS Sistema de análisis de ríos

Modelado 2D Manual de usuario

Febrero de 2016

Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. Instituto de Recursos Hídricos Centro de Ingeniería Hidrológica 609 segunda calle Davis, CA 95616

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CPD-68A

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INTRODUCCIÓN Prefacio ............................................................................................................................ 9 CAPÍTULO 1 ................................................................................................................... 11 Introducción............................................................................................................................... 11 Ventajas / capacidades de modelado ................................................................................. 12 de flujo bidimensional HEC-RAS ......................................................................................... 12 Descripción general de cómo desarrollar un modelo combinado de flujo inestable 1D / 2D con HEC-RAS .............................................................................................................. 16 Limitaciones actuales de las capacidades de modelado 2D en HEC-RAS ............... 17 CAPITULO 2 ................................................................................................................... 19 Desarrollo de un modelo de terreno para usar en modelado 2D y mapeo de resultados ............................................................................................................... 19 Abrir RAS Mapper .................................................................................................................... 19 Establecer la proyección de referencia espacial ............................................................. 20 Cargando datos de terreno y haciendo el modelo de terreno...................................... 21 Uso de datos de sección transversal para modificar / mejorar el modelo de terreno ....................................................................................................................................................... 25 Crear un modelo de terreno del canal ................................................................................ 26 Hacer un modelo combinado de terreno de canal y sobrebanco ............................... 28 CAPÍTULO 3 ................................................................................................................... 30 Desarrollo de un modelo combinado 1D / 2D ................................................................... 30 Desarrollo de la malla computacional 2D ............................................................. 30 Dibujar un límite de polígono para el área 2D.

................................................. 30

Agregar líneas de ruptura dentro del área de flujo 2D

..................................... 32

Crear la malla computacional 2D ........................................................................... 33 Edición / modificación de la malla computacional. .............................................. 39 Posibles problemas de generación de malla ........................................................ 43 Crear una capa de rugosidad de Manning espacialmente variada ............................. 50 Creación de tablas de propiedades hidráulicas para celdas 2D y caras de celdas ......................................................................................................................... 57 Asociar una capa de terreno con un archivo de geometría ................................. 57 Preprocesador geométrico 2D de celdas y caras de celdas................................ 58 Ejecutando el preprocesador geométrico 2D ....................................................... 63 Conexión de áreas de flujo 2D a elementos hidráulicos 1D ......................................... 65 6

Conexión de un área de flujo 2D a un alcance de río 1D con una estructura lateral. ...................................................................................................................... 65 Estructura lateral Coeficientes de vertedero ........................................................ 79 Conexión directa de un alcance río arriba a un área de flujo 2D aguas abajo ... 80 Conexión directa de un área de flujo 2D aguas arriba a un alcance río abajo ... 83 Conexión de un área de flujo 2D a un área de almacenamiento utilizando una estructura hidráulica .............................................................................................. 85 Múltiples áreas de flujo 2D en un solo archivo de geometría .............................. 91 Estructuras hidráulicas dentro de áreas de flujo 2D ............................................ 92 Área de flujo externo 2D Condiciones de contorno ........................................................ 97 Visión de conjunto .................................................................................................. 97 Hidrograma de flujo (Flow Hydrograph).............................................................. 100 Hidrograma de etapa (Stage Hydrograph) .......................................................... 100 Profundidad normal (Normal Depth) ................................................................... 101 Curva de calificación (Rating Curve) ................................................................... 101 Precipitación (Precipitation) ................................................................................ 101 Condiciones iniciales del área de flujo 2D ...................................................................... 101 Condición inicial seca (Dry Initial Condition) ..................................................... 101 Elevación de superficie de agua individual (Single Water Surface Elevation) . 102 Opción de reinicio de archivo para condiciones iniciales (Restart File Option for Initial Conditions) ................................................................................................. 102 Área de flujo 2D Condiciones iniciales Opción de aceleración. ........................ 103 CAPÍTULO 4 ................................................................................................................. 106 Ejecución del modelo combinado de flujo inestable 1D / 2D ..................................... 106 Ecuaciones completas de Saint Venant o de ondas de difusión................................. 106 Selección de un tamaño de cuadrícula apropiado y paso de tiempo computacional ..................................................................................................................................................... 108 Realizando los cálculos ........................................................................................................ 111 Progreso de cómputo, estabilidad numérica y contabilidad de volumen .............. 114 Opciones de computación 2D y tolerancias ................................................................... 115 Nuevas opciones computacionales 1D ............................................................................ 123 Motores computacionales de 32 y 64 bits ....................................................................... 124 CAPÍTULO 5 ................................................................................................................. 125 Visualización de la salida combinada 1D / 2D con RAS Mapper ............................... 125 Descripción general de las capacidades de salida del asignador RAS ............ 126 Agregar capas de mapa de resultados para visualización ................................ 127 7

Modos de representación del mapa .................................................................... 131 Opciones de mapeo 2D ........................................................................................ 132 Mapeo Dinámico ................................................................................................... 133 Animando Capas de Mapa ................................................................................... 135 Crear mapas estáticos (almacenados) ................................................................ 137 Velocidad de trazado ............................................................................................ 139 Consultar resultados del asignador RAS............................................................ 143 Tablas y diagramas de salida de series temporales .......................................... 144 Lineas de perfil ..................................................................................................... 146 Vistas definidas por el usuario ............................................................................ 148 Capas de mapa de fondo ..................................................................................... 148 Imágenes web: ...................................................................................................... 149 Otros formatos de capa de mapa ........................................................................ 151 Base de datos nacional del dique........................................................................ 152 Archivo de salida 2D (archivo binario HDF5) ...................................................... 154 CAPÍTULO 6 ................................................................................................................. 157 Flujo constante versus flujo inestable y modelado 1D versus 2D ............................ 157 Modelado de flujo constante versus inestable............................................................... 158 Modelado hidráulico 1D vs. 2D ........................................................................................... 159 APÉNDICE A................................................................................................................. 161 Referencias .............................................................................................................................. 161 APÉNDICE B................................................................................................................. 164 Formatos de archivo compatibles con el asignador RAS ........................................... 164

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Prefacio Este manual fue escrito por el Sr. Gary W. Brunner. El Sistema de Análisis del Río del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. (HEC-RAS) es un software que permite al usuario realizar un sistema hidráulico de flujo constante unidimensional; hidráulica fluvial de flujo inestable de una y dos dimensiones; modelado de lecho móvil de transporte de sedimentos de flujo cuasi inestable y completo inestable; análisis de temperatura del agua; y modelado generalizado de la calidad del agua (destino y transporte de nutrientes). La primera versión de HEC-RAS (Versión 1.0) fue lanzada en julio de 1995. Desde entonces, ha habido varias versiones principales de este paquete de software, incluidas las versiones: 1.1, 1.2, 2.0, 2.1, 2.2, 3.0, 3.1, 3.1 .1, 3.1.2, 3.1.3, 4.0, 4.1 y ahora la versión 5.0 en 2015. El software HEC-RAS fue desarrollado en el Centro de Ingeniería Hidrológica (HEC), que es una división del Instituto de Recursos Hídricos (IWR), Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. El software fue diseñado por el Sr. Gary W. Brunner, líder del equipo de desarrollo HEC-RAS. La interfaz de usuario y los gráficos fueron programados por el Sr. Mark R. Jensen. El Sr. Steven S. Piper programó el módulo de cálculo de perfiles de superficie de agua de flujo constante y la mayoría del módulo de cálculo de flujo inestable unidimensional. El algoritmo de solución de matriz de flujo inestable unidimensional Skyline fue desarrollado por el Dr. Robert L. Barkau (autor de UNET). Gary W. Brunner, Mark R. Jensen, Steve S. Piper, Ben Chacon (Consultores de gestión de recursos, RMA) y Alex J. Kennedy desarrollaron las capacidades de modelado de flujo inestable bidimensional. El módulo de interfaz de transporte de sedimentos fue programado por el Sr. Stanford A. Gibson. Stanford A. Gibson y Steven S. Piper desarrollaron las capacidades de transporte de sedimentos computacionales de flujo casi inestable. Los módulos de transporte de sedimentos de flujo inestable fueron desarrollados por Stanford A. Gibson, Steven S. Piper y Ben Chacon (RMA). Un agradecimiento especial al Sr. Tony Thomas (Autor de HEC-6 y HEC-6T) por su ayuda en el desarrollo de las rutinas de transporte de sedimentos de flujo casi inestable utilizadas en HEC-RAS. Los módulos computacionales de calidad del agua fueron diseñados y desarrollados por el Sr. Mark R. Jensen, el Dr. Cindy Lowney y Zhonglong Zhang (ERDC-RDE-EL-MS). Las herramientas de mapeo y datos espaciales (RAS-Mapper) fueron desarrolladas por Mark R. Jensen, Cameron T. Ackerman y Alex J. Kennedy. La interfaz para el diseño / modificaciones del canal fue diseñada y desarrollada por el Sr. Cameron T. Ackerman y el Sr. Mark R. Jensen. Las funciones de diseño de canal estable fueron programadas por el Sr. Chris R. Goodell. La Sra. Joan Klipsch desarrolló las rutinas que importan datos HEC-2 y UNET. El Sr. Steven F. Daly, del Laboratorio de Investigación e Ingeniería de Regiones Frías (CRREL) desarrolló las rutinas para modelar la capa de hielo y los atascos de hielo en ríos anchos. 9

Muchos otros miembros del personal de HEC han hecho contribuciones en el desarrollo de este software, incluidos: Sr. Vern R. Bonner, Sr. Richard Hayes, Sr. John Peters, Sr. Al Montalvo y Dr. Michael Gee. El Sr. Matt Fleming era el Jefe de la División H&H, y el Sr. Chris Dunn era el director durante el desarrollo de esta versión del software. HEC-RAS utiliza las siguientes bibliotecas de terceros: 1. Formato de datos jerárquicos (HDF): HEC-RAS utiliza las bibliotecas HDF5 tanto en la interfaz de usuario como en los motores computacionales para escribir y leer datos en archivos binarios que siguen los estándares HDF5. El Grupo HDF: http://www.hdfgroup.org/HDF5/ 2. Biblioteca de abstracción de datos geoespaciales (GDAL): HEC-RAS utiliza las bibliotecas GDAL en la herramienta HEC-RAS Mapper. Estas bibliotecas se utilizan para todo el procesamiento de datos geoespaciales, transformaciones de coordenadas, etc. GDAL: http://www.gdal.org/ 3. Bitmiracle LibTiff .Net. LibTiff.Net proporciona soporte para el Formato de archivo de imagen de etiqueta (TIFF), un formato ampliamente utilizado para almacenar datos de imagen. Bitmiricle: http://bitmiracle.com/libtiff/ 4. Oxyplot - Gráficos X-Y bidimensionales en HEC-RAS Mapper. Oxyplot: http://oxyplot.org/ 5. SQLite - Lectura y escritura de archivos de bases de datos. SQLite: https://www.sqlite.org/ 6. cURL - Soporte HTTP para GDAL http://curl.haxx.se/ 7. Clipper: una biblioteca gratuita de código abierto para recortar y compensar líneas y polígonos. http://www.angusj.com/delphi/clipper.php

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CAPÍTULO 1

Introducción HEC ha agregado la capacidad de realizar rutas hidrodinámicas bidimensionales (2D) dentro de la porción de análisis de flujo inestable de HEC-RAS. Los usuarios ahora pueden realizar modelos unidimensionales (1D) de flujo inestable, modelos bidimensionales (2D) de flujo inestable (ecuaciones de Saint Venant o ecuaciones de onda de difusión), así como enrutamiento combinado de flujo inestable 1D y 2D. Las áreas de flujo 2D en HEC-RAS se pueden usar de varias maneras. Los siguientes son ejemplos de cómo se pueden usar las áreas de flujo 2D para soportar el modelado con HEC-RAS: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Modelado detallado de canales 2D Modelado detallado de canales 2D y llanuras de inundación Canales 1D combinados con áreas de planicie aluvial 2D Canales 1D combinados / llanuras de inundación con áreas de flujo 2D detrás de diques Conecte directamente los alcances 1D dentro y fuera de las áreas de flujo 2D Conecte directamente un área de flujo 2D al área de almacenamiento 1D con una estructura hidráulica Múltiples áreas de flujo 2D en la misma geometría Conecte directamente múltiples áreas de flujo 2D con estructuras hidráulicas Simplificado a análisis muy detallados de incumplimiento de represas Simplificado a análisis muy detallados de incumplimiento de dique Régimen de flujo mixto. La capacidad 2D (así como la 1D) puede manejar flujo supercrítico y subcrítico, así como las transiciones de flujo de subcrítico a súper crítico y súper crítico a subcrítico (saltos hidráulicos).

El modelado de flujo 2D se logra agregando elementos de área de flujo 2D al modelo de la misma manera que agregando un área de almacenamiento. Se agrega un área de flujo 2D dibujando un polígono de área de flujo 2D; desarrollando la malla computacional 2D; luego vincula las áreas de flujo 2D a los elementos del modelo 1D y / o conecta directamente las condiciones de contorno a las áreas 2D. Nota: Este documento supone que el lector ya sabe cómo usar HEC-RAS para realizar el modelado de flujo inestable 1D. Este documento se enfoca en cómo usar las nuevas capacidades de modelado 2D y las nuevas características de HEC-RAS Mapper. Para obtener ayuda con el modelado de flujo inestable 1D y cómo usar la interfaz de usuario, consulte el Manual del usuario principal de HEC-RAS.

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Ventajas / capacidades de modelado de flujo bidimensional HEC-RAS Las capacidades de enrutamiento de flujo 2D en HEC-RAS se han desarrollado para permitir al usuario realizar modelado 2D o 1D / 2D combinado. El algoritmo de modelado de flujo 2D en HEC-RAS tiene las siguientes capacidades: 1. Puede realizar modelos 1D, 2D y 1D y 2D combinados. HEC-RAS puede realizar modelado 1D, modelado 2D (sin elementos 1D) y modelado 1D y 2D combinado. La capacidad de realizar un modelado 1D / 2D combinado dentro del mismo modelo de flujo inestable permitirá a los usuarios trabajar en sistemas fluviales más grandes, utilizando el modelado 1D cuando sea apropiado (por ejemplo: el sistema fluvial principal) y el modelado 2D en áreas que requieren un nivel más alto. de fidelidad hidrodinámica. 2. Ecuaciones de ondas de difusión o Saint-Venant en 2D. El programa resuelve las ecuaciones 2D de Saint Venant (con adiciones de momento opcionales para turbulencias y efectos de Coriolis) o las ecuaciones de ondas de difusión 2D. Esto es seleccionable por el usuario, dando a los modeladores más flexibilidad. En general, las ecuaciones de onda de difusión 2D permiten que el software se ejecute más rápido y tenga mayores propiedades de estabilidad. Las ecuaciones 2D de Saint-Venant son aplicables a una gama más amplia de problemas. Sin embargo, muchas situaciones de modelado se pueden modelar con precisión con las ecuaciones de onda de difusión 2D. Debido a que los usuarios pueden cambiar fácilmente entre conjuntos de ecuaciones, cada uno puede probarse para cualquier problema dado para ver si el uso de las ecuaciones 2D de SaintVenant está garantizado sobre las ecuaciones de onda de difusión. 3. Algoritmo de solución de volumen finito implícito. El solucionador de ecuaciones de flujo inestable en 2D utiliza un algoritmo de volumen finito implícito. El algoritmo de solución implícita permite pasos de tiempo de cálculo mayores que los métodos explícitos. El método de volumen finito proporciona un incremento de estabilidad y robustez mejoradas sobre las técnicas tradicionales de diferencias finitas y elementos finitos. La humectación y el secado de las células 2D es muy robusta. Las áreas de flujo 2D pueden comenzar a secarse por completo y manejar una repentina corriente de agua hacia el área. Además, el algoritmo puede manejar regímenes de flujo subcrítico, supercrítico y mixto (flujo que pasa a través de la profundidad crítica, como un salto hidráulico). 4. Algoritmo de solución acoplada 1D y 2D. Los algoritmos de solución 1D y 2D están estrechamente acoplados paso a paso, con la opción de iterar entre transferencias de flujo 1D y 2D dentro de un paso de tiempo. Esto permite la retroalimentación directa en cada paso entre los elementos de flujo 1D y 2D. Por ejemplo,

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considere un río modelado en 1D con el área detrás de un dique modelado en 2D (conectado hidráulicamente con una estructura lateral). El flujo sobre el dique (Estructura Lateral) y / o a través de cualquier ruptura del dique se calcula con una cabecera del río 1D y una cola del área de flujo 2D a la que está conectado. La ecuación del vertedero se usa para calcular el flujo sobre el dique y a través de la brecha. Cada paso de tiempo, la ecuación del vertedero usa los resultados 1D y 2D para calcular el flujo permitiendo una contabilidad precisa de la inmersión del vertedero, en cada paso de tiempo, a medida que el área interior se llena. Además, el flujo puede volver a salir de la brecha (desde el área 2D hasta el alcance 1D), una vez que las etapas del río disminuyen. 5. Mallas computacionales no estructuradas o estructuradas. El software fue diseñado para usar mallas computacionales no estructuradas, pero también puede manejar mallas estructuradas. Una malla estructurada se trata de la misma manera que una malla no estructurada, excepto que el software aprovecha las celdas que son ortogonales entre sí (es decir, esto simplifica algunos de los cálculos requeridos). Esto significa que las células de cálculo pueden ser triángulos, cuadrados, rectángulos, o incluso cinco y seis lados elementos (el modelo está limitado a elementos con hasta ocho lados). La malla puede ser una mezcla de formas celulares y tamaños. El límite exterior de la malla computacional se define con un polígono. Las células computacionales que forman el límite exterior de la malla pueden tener muy detallado líneas de múltiples puntos que representan la cara externa (s) de cada celda. La malla de cálculo no tiene por qué ser ortogonales, pero si la malla es ortogonal la discretización numérica se simplifica y más eficiente. 6. Propiedades detalladas de la tabla hidráulica para celdas computacionales 2D y caras de celdas. Dentro de HEC-RAS, las células computacionales no tienen que tener un fondo plano, y las caras de células / bordes no tienen que ser una línea recta, con una sola elevación. En cambio, cada celda computacional y cara de celda se basa en los detalles del terreno subyacente. Este tipo de modelo a menudo se conoce en la literatura como un "modelo de subcuadrícula de alta resolución" (Casulli, 2008). El término significa “subgrid” que utiliza el detalle subyacente terreno (subgrid) para desarrollar las tablas de propiedades geométricas e hidráulicas que representan las células y las caras de células. HEC-RAS tiene un pre-procesador de área de flujo 2D que procesa las células y las caras de células en las tablas de propiedades hidráulicas detallado basado en el terreno subyacente utilizado en el proceso de modelado. Por ejemplo, considere un modelo construido a partir de un modelo de terreno detallado (resolución de celda de cuadrícula de 2 pies) con un tamaño de celda de cálculo de 200x200 pies. El preprocesador de área de flujo 2D calcula una relación de elevación-volumen, basada en los datos detallados del terreno (Cuadrícula de 2 pies), dentro de cada celda. Por lo tanto, una celda puede estar parcialmente mojada con el volumen de agua correcto para la elevación de la superficie del agua (WSEL) dada según los datos de la cuadrícula de 2 pies. Además, cada cara de celda computacional es

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evaluado de manera similar a una sección transversal y se procesa previamente en tablas detalladas de propiedades hidráulicas (elevación versus - perímetro mojado, área, rugosidad, etc.). El flujo que se mueve a través de la cara (entre celdas) se basa en estos datos detallados. Esto permite que el modelador use celdas computacionales más grandes, sin perder demasiados detalles del terreno subyacente que gobierna el movimiento del flujo. Además, la colocación de las caras de las celdas a lo largo de la parte superior de las características del terreno de control (carreteras, terrenos altos, paredes, etc.) puede mejorar aún más los cálculos hidráulicos utilizando menos celdas en general. El efecto neto de las celdas más grandes es menos cálculos, lo que significa tiempos de ejecución mucho más rápidos. Un ejemplo de malla computacional superpuesta sobre terreno detallado se ilustra en la Figura 1-1.

Figura 1-1. Malla computacional no estructurada con datos detallados del terreno de subcuadrícula.

En la Figura 1-1, se muestra un ejemplo de malla computacional sobre datos de terreno representados con elevaciones sombreadas en color. Las celdas computacionales están representadas por las gruesas líneas negras. Los centros computacionales de la celda están representados por los puntos negros y son las ubicaciones donde se calcula la elevación de la superficie del agua para cada celda. La relación elevación-volumen para cada celda se basa en los detalles del terreno subyacente. Cada cara de la celda es una sección transversal detallada basada en el terreno subyacente debajo de la línea que representa la cara de la celda. Este proceso permite que el agua se mueva entre celdas según los detalles del terreno subyacente, como

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está representado por las caras de la celda y el volumen contenido dentro de esa celda. Por lo tanto, un pequeño canal que atraviesa una celda y es mucho más pequeño que el tamaño de la celda, todavía está representado por la relación de volumen de elevación de la celda y las propiedades hidráulicas de las caras de la celda. Esto significa que el agua puede atravesar celdas más grandes, pero aun así estar representada con sus propiedades normales de canal. En la Figura 1-2 se muestra un ejemplo de un canal pequeño que atraviesa celdas de cuadrícula mucho más grandes. El ejemplo que se muestra en la Figura 1-2 tiene varios canales que son mucho más pequeños que el tamaño promedio de celda utilizado para modelar el área (el tamaño de celda era de 500 x 500 pies, donde los canales tienen menos de 100 pies de ancho). Sin embargo, como se muestra en la Figura 1-2, el flujo puede viajar a través de los canales más pequeños según las propiedades hidráulicas del canal. El flujo permanece en los canales hasta que la etapa es más alta que la elevación del canal del canal, luego se derrama en las áreas sobre el banco.

Figura 1-2. Ejemplo que muestra los beneficios de utilizar el terreno detallado de la subcuadrícula para las propiedades hidráulicas de la celda y la cara.

7. Mapeo detallado de inundaciones y animaciones de inundaciones. El mapeo del área inundada, así como las animaciones de la inundación se pueden hacer dentro de HEC-RAS utilizando las características del Mapeador RAS. El mapeo de las áreas de flujo 2D se basa en

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terreno subyacente detallado. Esto significa que el área húmeda se basará en los detalles del terreno subyacente y no en el tamaño de la celda de malla computacional. Computacionalmente, las celdas pueden estar parcialmente húmedas / secas (así es como se calculan en el algoritmo computacional). El mapeo de los resultados reflejará esos detalles, en lugar de limitarse a mostrar una celda computacional como húmeda o seca. 8. Algoritmo de solución basado en multiprocesador (computación paralela). La solución computacional del área de flujo 2D se ha programado para aprovechar múltiples procesadores en una computadora (denominada paralelización), lo que le permite funcionar mucho más rápido que en un solo procesador. 9. Motores computacionales de 64 bits y 32 bits. HEC-RAS ahora viene con motores computacionales de 64 bits y 32 bits. El software utilizará los motores computacionales de 64 bits automáticamente si está instalado en un sistema operativo de 64 bits. Los motores computacionales de 64 bits funcionan más rápido que los de 32 bits y pueden manejar conjuntos de datos mucho más grandes.

Descripción general de cómo desarrollar un modelo combinado de flujo inestable 1D / 2D con HEC-RAS Usar HEC-RAS para realizar modelado 2D o modelado combinado 1D / 2D es muy fácil y directo. Los siguientes son los pasos básicos para realizar el modelado 2D (o combinado 1D / 2D) dentro de HEC-RAS: 1. Establezca una Proyección de coordenadas horizontales para usar en su modelo, desde HECRAS Mapper. Esto normalmente se hace seleccionando un archivo de proyección existente de un archivo de forma ESRI u otra capa de mapeo. 2. Desarrollar un modelo de terreno en HEC-RAS Mapper. El modelo de terreno es un requisito para el modelado 2D, ya que se utiliza para establecer las propiedades geométricas e hidráulicas de las celdas 2D y las caras de las celdas. También se necesita un modelo de terreno para realizar cualquier mapeo de inundación en HEC-RAS Mapper. 3. Construya un conjunto de datos de clasificación de Tierras dentro de HEC-RAS Mapper para establecer los valores n de Manning dentro de las Áreas de Flujo 2D. Además, HEC-RAS tiene una opción para los polígonos definidos por el usuario que se pueden usar para anular los datos de Clasificación del terreno o como zonas de calibración. 4. Agregue cualquier capa de mapeo adicional que pueda ser necesaria para la visualización, como fotografías aéreas, ubicaciones de diques, redes de carreteras, etc.

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5. Desde el editor de Geometría, dibuje un polígono de límite para cada una de las Áreas de flujo 2D a modelar. O puede importar las coordenadas del límite X, Y desde otra fuente. 6. Coloque cualquier línea de ruptura dentro del área de flujo 2D para representar barreras significativas al flujo, tales como: diques, caminos, terraplenes naturales, terreno elevado entre el canal principal y las áreas de sobrebancos, estructuras hidráulicas, etc. 7. Usando el editor de Área de flujo 2D, cree la malla computacional 2D para cada Área de flujo 2D. 8. Edite la malla del Área de flujo 2D para mejorarla, como: agregar líneas de corte adicionales; aumentar o disminuir la densidad celular según sea necesario; Agregar, mover o eliminar centros celulares donde sea necesario. 9. Ejecute el preprocesador geométrico 2D desde RAS Mapper para crear las tablas de propiedades hidráulicas de la celda y la cara. 10. Conecte las áreas de flujo 2D a elementos hidráulicos 1D (alcances de ríos, estructuras laterales, área de almacenamiento / conexiones hidráulicas de área de flujo 2D) según sea necesario. 11. Agregue las estructuras hidráulicas necesarias dentro de un área de flujo 2D. 12. Desde el editor de Datos Geométricos, dibuje cualquier línea de condición de límite externa a lo largo del perímetro de las áreas de flujo 2D. 13. Ingrese todos los datos de condición inicial y de límite necesarios para las áreas de flujo 2D en el editor de datos de flujo inestable. 14. Desde la ventana de simulación de flujo inestable, configure las opciones computacionales necesarias y las configuraciones necesarias para las áreas de flujo 2D. 15. Ejecute la simulación de flujo inestable. 16. Revise la salida combinada 1D / 2D en RAS Mapper, así como también use las capacidades de salida existentes para las porciones 1D del modelo.

Limitaciones actuales de las capacidades de modelado 2D en HEC-RAS La siguiente es una lista de las limitaciones actuales del software de modelado de flujo 2D HECRAS. Estos son elementos en los que se trabaja activamente para mejorar el software y estarán disponibles en futuras versiones: 1. Más flexibilidad para agregar estructuras hidráulicas internas dentro de un área de flujo 2D. 2. Actualmente no se puede realizar la erosión / deposición del transporte de sedimentos en áreas de flujo 2D. 3. No se puede realizar el modelado de calidad del agua en áreas de flujo 2D. 4. No se pueden conectar estaciones de bombeo a celdas de área de flujo 2D.

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5. No se pueden usar las capacidades de modelado de puentes HEC-RAS dentro de un área de flujo 2D. Puede hacer alcantarillas, vertederos e infracciones utilizando la herramienta SA / 2D Area Conn.

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CAPITULO 2

Desarrollo de un modelo de terreno para usar en modelado 2D y mapeo de resultados Es absolutamente esencial tener un modelo de terreno detallado y preciso para crear un modelo hidráulico detallado y preciso. La calidad de los datos del terreno puede ser un factor limitante en la calidad del modelo hidráulico que el usuario puede crear. Los datos del terreno provienen de muchas fuentes, formatos y niveles de detalle diferentes. Actualmente, HEC-RAS utiliza datos cuadriculados para modelar el terreno. Depende del usuario recopilar datos de múltiples fuentes, crear un buen modelo de terreno, luego convertirlo / exportarlo a un formato de datos en cuadrícula que HEC-RAS pueda leer. Es necesario crear un modelo de terreno en HEC-RAS Mapper antes de que el usuario pueda realizar cualquier cálculo de modelo que contenga áreas de flujo 2D, o antes de que el usuario pueda visualizar cualquier resultado de mapeo 1D, 2D o combinado 1D / 2D. Esta sección del documento describe cómo crear un modelo de terreno en RAS Mapper. El usuario puede desarrollar uno o más modelos de terreno, que luego pueden asociarse con un archivo de entrada de geometría específico o un archivo de salida de resultados específico. Para obtener más detalles sobre la creación de modelos de terreno con HEC-RAS Mapper, revise el capítulo sobre HECRAS Mapper en el manual del usuario de HEC-RAS.

Abrir RAS Mapper El primer paso para desarrollar un conjunto de datos de terreno es abrir RAS Mapper. Esto se logra seleccionando Herramientas GIS en la ventana principal de HEC-RAS, luego seleccionando RAS Mapper, o presionando el botón RAS Mapper en la ventana principal de HEC-RAS. Cuando termine, aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 2-1.

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Figura 2-1. RAS Mapper sin terreno u otras capas de mapa cargadas.

Establecer la proyección de referencia espacial Una vez que RAS Mapper está abierto, si los datos están en una proyección de coordenadas espaciales específicas, esa proyección debe establecerse en RAS Mapper. No es necesario establecer un sistema de coordenadas espaciales (es decir, tal vez el usuario solo esté haciendo algunas pruebas de datos hipotéticos), pero usar uno tiene muchas ventajas en HEC-RAS y HECRAS Mapper. Para establecer el sistema de referencia espacial para el proyecto, seleccione Herramientas | Establezca el elemento de menú Proyección para proyecto desde la barra de menú del Mapeador RAS. Cuando se selecciona la opción Establecer proyección, aparecerá la ventana que se muestra a continuación (Figura 2-2).

Figura 2-2. Editor para configurar el sistema de referencia espacial del proyecto RAS.

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Para configurar el sistema de referencia espacial (sistema de coordenadas), busque y seleccione un archivo existente ".prj" (archivo de proyección ESRI) que contenga el sistema de coordenadas correcto. Si ArcGIS (Versión 10.0 o anterior) está instalado en la computadora, el usuario puede buscar el directorio ArcGIS que contiene una lista de todos los sistemas de coordenadas disponibles y seleccionar el apropiado. De lo contrario, busque un archivo de proyección ArcGIS (* .prj) dentro de uno de los directorios del proyecto SIG (busque un archivo de forma que tenga un archivo de proyección definido). Lamentablemente, el directorio de sistemas de coordenadas se eliminó en ArcGIS versión 10.1 y posteriores. Por lo tanto, los usuarios deberán crear uno con ArcGIS o buscar en Internet un archivo de proyección de ArcGIS. Para este ejemplo, se seleccionó "NAD 1983 State Plane Indiana East.prj".

Cargando datos de terreno y haciendo el modelo de terreno El siguiente paso es cargar los datos del terreno que se utilizarán para crear el modelo de terreno. Para desarrollar un nuevo conjunto de datos de terreno (modelo de terreno), seleccione Herramientas | Nuevo elemento de menú Terreno de la barra de menú principal de RAS Mapper. Aparecerá el cuadro de diálogo Nueva capa de terreno (Figura 2-3). Este cuadro de diálogo permite al usuario proporcionar un nombre para la nueva capa de terreno (campo Nombre de archivo, el nombre predeterminado es "Terreno"); seleccione un directorio para almacenar el terreno (botón Carpeta); defina la precisión de elevación de la nueva capa de datos del terreno (campo de redondeo (precisión), 1/32 es el valor predeterminado para las unidades en inglés); y seleccione los archivos que se utilizarán en la construcción de la nueva capa de terreno (botón Más (+)). En este momento, RAS Mapper puede importar datos de terreno en formato de cuadrícula de punto flotante (* .flt); Formato GeoTIFF (* .tif); Archivos de cuadrícula ESRI; y varios otros formatos (por ejemplo, un archivo USGS DEM). En el Apéndice B de este manual se incluye una lista de formatos de archivo compatibles con el software RAS Mapper. No hemos probado todos estos formatos de archivo, pero la biblioteca que estamos usando dice que admite estos formatos de archivo. Independientemente del formato que utilice, los datos deben estar en un formato de cuadrícula, para poder utilizarlos para hacer un modelo de terreno. Las cuadrículas de punto flotante consisten en un archivo principal con la extensión de archivo * .flt, y también tienen un archivo * .hdr y posiblemente un archivo * .prj que lo acompaña. Nota: si el archivo * .flt no está en la misma proyección que lo que se configuró en RAS Mapper, entonces el usuario debe tener un archivo * .prj que describa la proyección del archivo * .flt). Los archivos de cuadrícula ESRI tendrán extensiones de archivo * .adf. Nota: hay varios archivos * .adf que forman una cuadrícula ESRI. Elija cualquiera de ellos y el programa los procesará según sea necesario. Use el botón Más (+) para obtener un selector de archivos, luego seleccione la cuadrícula o cuadrículas del terreno (se puede usar más de una cuadrícula simultáneamente para formar un modelo de terreno en mosaico), luego seleccione el botón Abrir para usar los archivos seleccionados.

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Figura 2-3. Ejemplo de diálogo Nueva capa de terreno.

Si se carga más de un archivo de cuadrícula, use los botones de flecha hacia arriba y hacia abajo a la izquierda de la tabla para establecer la prioridad de las capas de cuadrícula. Si una cuadrícula tiene más detalles (resolución más fina) que otras, el usuario querrá darle una mayor prioridad para crear la Capa de terreno combinada. Si solo hay una capa de Terreno, que será el caso para muchos estudios, el nombre se puede dejar como "Terreno", o se puede dar otro nombre. Una vez que los archivos de cuadrícula se seleccionan y se colocan en el orden de prioridad apropiado, presione el botón Crear para crear la nueva Capa de terreno. Una vez que se presiona el botón Crear, RAS Mapper convertirá las cuadrículas al formato de archivo GeoTIFF (* .tif). La estructura de archivos GeoTIFF admite datos en mosaico y piramidales. Los datos en mosaico usan menos área del terreno al eliminar los valores "NoData", mientras que los datos piramidales almacenan múltiples capas de terreno de diferentes resoluciones. Además, los archivos GeoTIFF se almacenan automáticamente en forma comprimida (usando el formato zip), lo que hace que el almacenamiento de archivos sea mucho más pequeño. En general, los archivos GeoTIFF serán de 2 a 20 veces más pequeños que los archivos de cuadrícula FLT o ESRI originales. El formato de archivo GeoTIFF permite un espacio de almacenamiento más pequeño, una velocidad de cálculo más rápida (en la generación de mapas de inundación), así como un "mapeo dinámico" de los resultados (cuadrículas de profundidad que se crean sobre la marcha en la memoria, a medida que el usuario se acerca / aleja, sartenes o anima los mapas de inundación). Una vez que se crean los archivos GeoTIFF, RAS Mapper también crea un archivo * .hdf y un archivo * .vrt. El archivo * .hdf (formato de datos jerárquicos) contiene información sobre cómo se unen los múltiples archivos GeoTIFF. El archivo * .vrt (Virtual Raster Translator) es un archivo XML que contiene información sobre todos los archivos ráster (* .tif). El usuario puede arrastrar y soltar el archivo * .vrt en un proyecto de ArcGIS y luego conocerá todos los archivos ráster que componen la capa de terreno. Además, tendrán la misma escala y rampa de color cuando se tracen. Una vez que RAS Mapper haya completado la conversión de los archivos a GeoTIFF, y luego haya creado el archivo HDF y VRT, la nueva capa de terreno será visible en la ventana. Vea el ejemplo que se muestra a continuación en la Figura 2-4.

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Figura 2-4. Mapper RAS con una capa de datos de terreno añadida.

Una vez que se crea el modelo de terreno, el usuario puede mejorar el aspecto de los datos del terreno haciendo clic derecho en la capa de terreno y seleccionando Propiedades de capa. La ventana Propiedades de capa (Figura 2-5) permite al usuario: seleccionar y controlar la Rampa de color de superficie; Transparencia; Crear y trazar líneas de contorno; y sombree el terreno utilizando un algoritmo de Sombreado de colinas (Hill Shading hace que la visualización del terreno sea mucho más realista y semi 3D).

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Figura 2-5. Ventana de propiedades de capa para la capa de datos de terreno.

En la Figura 2-6 se muestra un ejemplo de datos de terreno con algunas de las mejoras de las propiedades de capa (Hill Shading y Contour Lines) activadas. Nota: Después de crear un conjunto de datos de terreno, el usuario podrá mostrar esta capa de terreno como una imagen de fondo en el editor de geometría HEC-RAS. Las capas de terreno y cualquier otra capa de mapa desarrollada en RAS Mapper están disponibles para su visualización en el editor de geometría HEC-RAS.

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Figura 2-6. Datos de terreno con sombreado de colinas y líneas de contorno activadas.

Uso de datos de sección transversal para modificar / mejorar el modelo de terreno Uno de los principales problemas en el modelado hidráulico es que los datos del terreno a menudo no incluyen el terreno real debajo de la superficie del agua en la región del canal. RAS Mapper ahora se puede usar para crear un modelo de terreno de la región del canal a partir de las secciones transversales HEC-RAS y la superficie de interpolación de sección transversal. Este modelo de terreno se puede combinar con el modelo de terreno de superficie general (que no representa con precisión el terreno debajo de la superficie del agua) para crear un modelo de terreno mejorado para el modelado y mapeo hidráulico.

Los pasos para incluir un canal en un modelo de terreno utilizando secciones transversales HECRAS son los siguientes:

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Crear un modelo de terreno del canal Desde HEC-RAS Mapper, active la capa Geometry para los datos de geometría que se utilizarán en la creación del modelo de terreno del canal. Encienda también las siguientes subcapas: River (línea central del arroyo); Línea de banco; XS (secciones transversales); y superficie de interpolación XS. Revise la línea central de la corriente (río); Líneas bancarias, XS (secciones transversales); y la superficie de interpolación XS para garantizar que sean correctos y lo que el usuario desea para un nuevo modelo de terreno de canal. Esta es la información (junto con el terreno) que se utiliza para crear la nueva geometría del canal. Vea un ejemplo con las subcapas de geometría deseadas seleccionadas en la Figura 2-7 a continuación.

Figura 2-7. Mapper RAS con terreno base y capas de geometría mostradas.

Una vez que se completan las capas de geometría, el modelo de terreno del canal se crea haciendo clic derecho en la capa de Geometría y seleccionando Exportar capa, luego Crear GeoTIFF de terreno a partir de XS (solo canal). Alternativamente, el usuario puede hacer un modelo de terreno a partir de toda la región de la sección transversal (canal y área de sobrebanco), pero si el modelo de terreno base tiene buena información de terreno sobre el banco, el usuario no querrá hacerlo. Una vez que se selecciona la opción Exportar, aparecerá un selector de archivos, en el que el usuario deberá asignar un nombre al nuevo modelo de terreno y elegir un directorio para colocarlo. Consulte el selector de archivos en la Figura 2-8.

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Figura 2-8. Archivo de exportación de terreno Elija mostrado con el Nombre de ejemplo y el Directorio.

Una vez que se elige un directorio y se ingresa un nombre de archivo, presione el botón Guardar para crear el modelo de terreno del canal. El programa le pedirá al usuario el tamaño de celda de trama que usará para este nuevo modelo de terreno. Por ejemplo, si el usuario ingresa "5.0", el nuevo modelo de terreno tendrá cuadrículas de 5 x 5 pies. El modelo de terreno se crea tomando los datos de elevación de las secciones transversales y utilizando la superficie de interpolación para interpolar una elevación para cada celda de cuadrícula entre dos secciones transversales. Esta nueva superficie se recorta en las estaciones del banco del canal principal (si el usuario seleccionó hacer un terreno solo del canal), y luego se escribe como una cuadrícula de terreno en el formato de archivo GeoTIFF.

NOTA: El usuario puede querer hacer una copia de su modelo de río 1D, luego mover las estaciones del banco del canal principal hacia abajo dentro del canal, de modo que el área entre las estaciones del banco solo represente la porción de la sección transversal que es nueva, y no en el modelo de terreno existente. Luego, cuando se hace un modelo de terreno a partir de los datos de la sección transversal, entre las estaciones del banco del canal principal, solo representará información nueva, que no está en el modelo de terreno actual, y por lo tanto no reemplazará ningún dato bueno que ya esté en el modelo de terreno.

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Hacer un modelo combinado de terreno de canal y sobrebanco

Una vez que el usuario tiene un modelo de terreno a partir de los datos del canal, se puede hacer un nuevo modelo de terreno combinado a partir del modelo de terreno base (el terreno con los datos de overbank / floodplain) y el modelo de terreno de solo canal recién creado. Para crear el nuevo modelo de terreno combinado, seleccione el menú Herramientas en RAS Mapper y luego seleccione Nuevo terreno. Este paso es el mismo que se describió anteriormente para crear un modelo de terreno en RAS Mapper, sin embargo, los archivos utilizados para crear este modelo de terreno serán el GeoTIFF creado previamente de los datos del terreno base y el GeoTIFF recién creado de los datos del canal solamente. Una vez que se selecciona la opción Nuevo terreno, aparecerá la ventana para crear una nueva capa de terreno (Figura 2-3). Ingrese un nuevo Nombre para el nuevo modelo de terreno (en este ejemplo se usó "TerrainWithChannel"). Seleccione la carpeta para el nuevo modelo de terreno en el que se va a escribir. Seleccione la precisión del nuevo modelo de terreno, teniendo en cuenta que la precisión no debe ser más fina que los archivos de terreno utilizados para crear este nuevo modelo de terreno. Luego presione el botón Más y seleccione el archivo GeoTIFF de modelos de terreno base, y el archivo GeoTIFF de modelos de terreno solo de canal. Asegúrese de que el nuevo modelo de terreno de solo canal tenga mayor prioridad que el modelo de terreno base (es decir, asegúrese de que esté primero en la lista de los archivos de terreno agregados). Luego presione el botón Crear y se creará un nuevo modelo de terreno combinado y se agregará al proyecto RAS Mapper. Vea el modelo original (modelo de terreno sin datos de sección transversal incluidos) y el nuevo (modelo de terreno con datos de sección transversal incluidos) en la Figura 2-9 a continuación.

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Figura 2-9. Modelo de terreno original (arriba) y modelo de nuevo terreno con datos de canal (abajo).

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CAPÍTULO 3

Desarrollo de un modelo combinado 1D / 2D Desarrollo de la malla computacional 2D

La capacidad de modelado 2D HEC-RAS utiliza un esquema de solución de volumen finito. Este algoritmo fue desarrollado para permitir el uso de una malla computacional estructurada o no estructurada. Esto significa que la malla computacional puede ser una mezcla de celdas computacionales de 3 lados, 4 lados, 5 lados, etc. (HEC-RAS tiene un máximo de 8 lados en una celda computacional). Sin embargo, el usuario probablemente seleccionará una resolución de cuadrícula nominal para usar (por ejemplo, celdas de 200 x 200 pies), y las herramientas automatizadas dentro de HEC-RAS construirán la malla computacional. Después de construir la malla inicial, el usuario puede refinar la cuadrícula con líneas de corte y las herramientas de edición de malla. Se desarrolla una malla computacional 2D en HEC-RAS haciendo lo siguiente:

Dibujar un límite de polígono para el área 2D.

El usuario debe agregar un polígono de área de flujo 2D para representar el límite del área 2D utilizando la herramienta de dibujo del área de flujo 2D en el editor de datos geométricos (tal como el usuario crearía un área de almacenamiento). La mejor manera de hacer esto en HECRAS es incorporar primero los datos del terreno y las imágenes aéreas en HEC-RAS Mapper. Una vez que tenga datos del terreno y varias capas de mapa en RAS Mapper, se pueden mostrar como imágenes de fondo en el editor de geometría HEC-RAS. Además, el usuario puede querer traer un archivo de forma que represente el área protegida, si está trabajando con un sistema nivelado. Las imágenes de fondo ayudarán al usuario a descubrir dónde dibujar los límites del área de flujo 2D para capturar la parte superior de los diques, muros de contención y cualquier terreno elevado que actúe como una barrera para el flujo.

Use el botón de mapeo de fondo en el editor de geometría HEC-RAS para activar el terreno y otras capas de mapa, para visualizar dónde se debe dibujar el límite del Área de flujo 2D. Si creó una capa de Terreno en RAS Mapper y desea mostrarla en el editor de geometría, después de activar esa capa deberá ir al menú Ver del editor de Geometría y luego seleccionar Establecer extensiones de trazado esquemático. Desde esta ventana, seleccione la opción llamada Establecer en extensiones calculadas. Esta opción restablecerá las extensiones de la ventana de vista del editor de datos geométricos a las extensiones del modelo de terreno que creó y asoció a los datos de geometría.

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Nota: El límite entre el alcance de un río 1D y un área de flujo 2D debe ser un terreno elevado que separe a los dos. Para diques y carreteras, esta es obviamente la línea central del dique y la carretera. Sin embargo, cuando use una estructura lateral para conectar un río principal a la llanura de inundación (cuando no haya un dique real), intente encontrar el terreno elevado que separa el río principal de la llanura de inundación. Utilice este terreno elevado como guía para dibujar el límite 2D, así como para definir los datos de Elevación de la estación de estructura lateral. Para crear el área de flujo 2D, use la herramienta Área de flujo 2D (el botón en la barra de Herramientas del editor geométrico etiquetada Área de flujo 2D, resaltada en rojo en la Figura 31). Acércate al punto en el que puedes ver con gran detalle, dónde dibujar el límite del Área de flujo 2D. Comience haciendo clic izquierdo para soltar un punto a lo largo del límite del polígono del área de flujo 2D. Luego, continúe usando el botón izquierdo del mouse para soltar puntos en el límite del área de flujo 2D. A medida que el usuario se queda sin espacio en la pantalla, puede hacer clic con el botón derecho para volver a centrar la pantalla, esto le dará más área para continuar dibujando el límite del área de flujo 2D. Haga doble clic en el botón izquierdo del mouse para terminar de crear el polígono. Una vez que el polígono de área 2D esté terminado, la interfaz le pedirá al usuario un Nombre para identificar el área de flujo 2D. En la Figura 3-1 se muestra un ejemplo de polígono de área de flujo 2D para un área protegida por un dique. El nombre dado al área de flujo 2D en este ejemplo es: “Área interior 2D”. Nota: Se debe dibujar un área de flujo 2D dentro de los límites del área del modelo de terreno que se utiliza para el estudio.

Figura 3-1. Ejemplo de polígono de área de flujo 2D.

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Agregar líneas de ruptura dentro del área de flujo 2D Antes de crear la malla computacional, es posible que el usuario desee agregar líneas de corte para aplicar las herramientas de generación de malla para alinear las caras de las celdas computacionales a lo largo de las líneas de corte. Las líneas de corte también se pueden agregar después de que se forma la malla computacional principal, y la malla se puede regenerar justo alrededor de esa línea de corte. En general, las líneas de corte se deben agregar a cualquier ubicación que sea una barrera para el flujo o que controle el flujo / dirección. Las líneas de corte se pueden importar desde Shapefiles (GIS Tools/Breaklines Import from Shapefile); dibujado a mano; o las coordenadas detalladas para una línea de corte existente se pueden pegar en la tabla de coordenadas de línea de corte (GIS Tools/Breaklines Coordinates Table). Para agregar líneas de corte a mano en un flujo 2D, seleccione la herramienta Línea de corte de área 2D (resaltada en rojo en la Figura 3-2), luego haga clic izquierdo en la ventana de geometría para iniciar una línea de corte y agregar puntos adicionales. Haga doble clic para finalizar una línea de corte. Mientras dibuja una línea de ruptura, puede hacer clic con el botón derecho para volver a centrar la pantalla para tener más área para dibujar la línea de ruptura. Una vez que se dibuja una línea de corte, el software le pedirá que ingrese un nombre para la línea de corte. Agregue líneas de ruptura a lo largo de diques, carreteras y cualquier terreno alto con el que desee alinear las caras de malla. Las líneas de corte también se pueden colocar a lo largo de los bancos del canal principal para mantener el flujo en el canal hasta que llegue lo suficientemente alto como para cubrir cualquier berma de tierra alta a lo largo del canal principal. En la Figura 3-2 se muestra un ejemplo del uso de líneas de ruptura dentro de un área de flujo 2D para modelar diques.

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Figura 3-2. Ejemplo de líneas de ruptura para diques

Después de agregar todas las líneas de ruptura, se puede generar la malla computacional. Tenga en cuenta que el usuario también puede agregar líneas de corte adicionales después de que se haya generado la malla, y la malla computacional se puede refinar alrededor de una línea de corte individual en cualquier momento. Esto se discutirá con más detalle en la sección titulada "Editing/Modifying the Computational Mesh".

Crear la malla computacional 2D

La terminología HEC-RAS para describir la malla computacional para el modelado 2D comienza con el área de flujo 2D. El área de flujo 2D define el límite para el que se realizarán los cálculos 2D. Se crea una malla computacional (o cuadrícula computacional) dentro del área de flujo 2D. Cada celda dentro de la malla computacional tiene las siguientes tres propiedades (Figura 3-3).

Cell Center:

El centro computacional de la celda. Aquí es donde se calcula la elevación de la superficie del agua para la celda. El centro celular no corresponde necesariamente al centroide celular exacto. 33

Caras de celda: Cell Faces:

Puntos de cara de celda: Cell Face Points:

Estas son las caras de límite de celda. Las caras son generalmente líneas rectas, pero también pueden ser líneas multipunto, como el límite exterior del área de flujo 2D. Los Puntos de cara de celda (FP) son los extremos de las caras de celda. Los números de Punto de Cara (FP) para el límite exterior del área de flujo 2D se utilizan para enganchar el área de flujo 2D a elementos 1D y condiciones de contorno.

Figura 3-3. HEC-RAS 2D modelado computacional malla terminología.

Para crear una malla computacional de área de flujo 2D, seleccione el botón del editor de área de flujo 2D en el panel izquierdo del editor de datos geométricos (debajo del conjunto de botones Editores de la izquierda) para abrir la ventana del editor de área de flujo 2D:

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Figura 3-4. Área de flujo 2D Mesh Generation Editor.

El editor de área de flujo 2D permite al usuario seleccionar un tamaño de cuadrícula nominal para la generación inicial de la malla computacional del área de flujo 2D. Para usar este editor, primero seleccione el botón etiquetado Generar puntos computacionales en intervalos regulares ... Esto abrirá una ventana emergente que permitirá al usuario ingresar un tamaño de celda nominal. El editor requiere que el usuario ingrese un espaciado de punto computacional en términos de DX y DY (ver Figura 3-5). Esto define el espacio entre los centros computacionales de celdas de celdas. Por ejemplo, si el usuario ingresa DX = 50 y DY = 50, obtendrá una malla computacional que tiene cuadrículas de 50 x 50 en todas partes, excepto alrededor de las líneas de corte y el límite exterior. Las celdas se crearán alrededor del límite del área de flujo 2D que están cerca del área del tamaño nominal de celda de cuadrícula que seleccionó, pero serán de forma irregular. Dado que el usuario puede ingresar líneas de corte, las herramientas de generación de mallas intentarán automáticamente "ajustar" las caras de las celdas a las líneas de corte. Es posible que las celdas formadas alrededor de las líneas de corte no siempre tengan caras de celda que estén perfectamente alineadas con las líneas de corte. Una opción adicional disponible es Aplicar líneas de corte seleccionadas. La opción Aplicar líneas de corte seleccionadas creará celdas que están alineadas con las líneas de corte, lo que ayuda a garantizar que el flujo no pueda atravesar esa cara de las celdas hasta que la superficie del agua sea más alta que el terreno a lo largo de esa línea de corte. Al utilizar la opción Aplicar líneas de corte seleccionadas, el software creará celdas espaciadas a lo largo de la línea de corte en el tamaño de celda nominal ingresado para comprar al usuario. Sin embargo, el usuario puede ingresar un espacio entre celdas diferente para usar en cada línea de corte. Esto se logra seleccionando GIS Tools/Breaklines Cell Spacing Table, y luego ingresando un espacio de celda definido por el usuario para cada línea de ruptura. El editor emergente tiene una opción para ingresar donde el usuario desea que comiencen los centros de celda, en términos de una coordenada X superior izquierda y una Y superior izquierda. Estos campos de compensación de punto de inicio no son obligatorios. Por defecto, usará la esquina superior izquierda del polígono

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límite que representa el área de flujo 2D. El uso de la opción Cambiar puntos generados permite al usuario cambiar el origen de los centros de celdas de la cuadrícula y, por lo tanto, la ubicación de los centros de celdas.

Figura 3-5. Editor computacional de espaciado de puntos 2D.

Después de ingresar el espaciado de punto computacional (DX y DY), presione el botón Generate Points in 2D flow area. Al presionar este botón, el software calculará una serie de coordenadas X e Y para los centros celulares. El usuario puede ver estos puntos presionando el botón View/Edit Computational Point’s, que muestra los puntos en una tabla. El usuario puede cortarlos y pegarlos en una hoja de cálculo, o editarlos directamente si lo desea (no se prevé que alguien edite los puntos en esta tabla o Excel, pero la opción está disponible). Advertencia: si hay una malla computacional existente y se utiliza la opción "Generar puntos en el área de flujo 2D", todos los puntos de malla existentes se reemplazarán por los puntos recién generados. Cualquier edición manual que haya realizado el usuario se perderá. Hay cinco campos adicionales en el editor de áreas de flujo 2D (Figura 3-4) que se utilizan durante el preprocesamiento 2D. Estos campos son: Valor n de Manning predeterminado: este campo se usa para ingresar los valores n de Manning predeterminados que se usarán para las caras de celda en el área de flujo 2D. Los usuarios tienen la opción de agregar una clasificación de uso del suelo que varía espacialmente frente a la tabla de valores n de Manning (y una capa de clasificación de terrenos correspondiente en RASMapper), que se puede utilizar para anular los valores n de Manning básicos donde se definen los polígonos y la rugosidad. Incluso si se define una tabla de clasificación de uso del suelo versus el valor n de Manning, para cualquier área del área de flujo 2D no cubierta por esa capa, el valor n de Manning base / predeterminado se usará para esa parte del área de flujo 2D. También hay un botón en este Edit Land Classification to Manning’s n. Este botón muestra la Clasificación de tierras en la tabla n de Manning, que permite al usuario ingresar los valores n de Manning para las clasificaciones de uso de la tierra correspondientes. Esta mesa

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también se puede acceder yendo al menú “Tables” y seleccionando "Manning’s n by Land Classification". Cell Volume Filter Tol: esta tolerancia se utiliza para reducir el número de puntos en las curvas de volumen de elevación de celda 2D que se desarrollan en el preprocesador 2D. Menos puntos en la curva acelerarán los cálculos, pero reducirán la precisión de la relación de volumen de elevación. La tolerancia predeterminada para filtrar estos puntos es 0.01 pies. Face Profile Filter Tol: esta tolerancia de filtro se utiliza para reducir la cantidad de puntos que se extraen del terreno detallado para cada cara de una celda 2D. El valor predeterminado es 0.01 pies. Face Area-Elev Filter Tol: esta tolerancia de filtro se utiliza para reducir el número de puntos en las tablas de propiedades hidráulicas de la cara de la celda. Menos puntos en las curvas acelerarán los cálculos, pero reducirán la precisión de las relaciones de propiedades hidráulicas de la cara. El valor predeterminado es 0.01 pies. Face Conveyance Tol Ratio: esta tolerancia se usa para determinar si se requieren más o menos puntos en el extremo inferior de las tablas de propiedades de cara. Primero calcula el transporte en todas las elevaciones en las tablas de propiedades de la cara. Luego calcula el transporte en una elevación a mitad de camino entre los puntos y compara este valor con el obtenido mediante el uso de interpolación lineal (basada en los puntos originales). Si el valor calculado produce un transporte que está dentro del 2% (0.02) del valor de interpolación lineal, entonces no se necesitan más puntos entre esos dos valores. Si la interpolación lineal produciría un valor de transporte que es más del 2% del valor calculado en esa elevación, entonces se agrega un nuevo punto a esa tabla. Esto reduce el error al calcular las propiedades hidráulicas y, por lo tanto, el transporte debido a la interpolación lineal de las curvas. Una tolerancia más alta dará como resultado menos puntos en las tablas de propiedades hidráulicas de las caras de las celdas, pero menos precisión hidráulica para el movimiento del flujo a través de las caras. El valor predeterminado es 0.02, que representa un cambio del 2%. Una vez que se ha seleccionado un tamaño de cuadrícula nominal, se han ingresado las líneas de corte, se ha ingresado un valor n base de Manning y se han establecido las tolerancias, el usuario debe presionar el botón OK para aceptar los datos y cerrar el editor. Cuando se selecciona el botón OK, el software crea automáticamente la malla computacional y la muestra en la ventana de gráficos del Geometric Data Editor (consulte la Figura 3-6).

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Figura 3-6. Ejemplo de malla computacional 2D para un área protegida del dique.

Como se mencionó anteriormente, las celdas alrededor de las líneas de ruptura y el límite del área de flujo 2D generalmente tendrán una forma irregular, para cumplir con las líneas de ruptura y el polígono de límite especificados por el usuario. Las herramientas de generación de malla utilizan el límite irregular, así como también intentan garantizar que ninguna celda tenga un área menor que el tamaño nominal de la celda. Las celdas alrededor del límite exterior del área de flujo 2D serán iguales o mayores que el tamaño de celda nominal; por lo tanto, si una celda límite va a ser más pequeña que el tamaño de celda nominal, se combina con una celda vecina. En la Figura 37, se muestra una vista ampliada de una malla con líneas de corte en la parte superior de los diques.

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Figura 3-7. Vista ampliada de la malla computacional del área de flujo 2D.

Edición / modificación de la malla computacional.

La malla computacional controlará el movimiento del agua a través del 2D flow area. Específicamente, se calcula una elevación de la superficie del agua para cada centro de celda de la cuadrícula en cada paso de tiempo. Las caras de la celda computacional controlan el movimiento del flujo de una celda a otra. Dentro de HEC-RAS, el terreno subyacente y la malla computacional se preprocesan para desarrollar relaciones detalladas de elevación-volumen para cada celda, y también curvas de propiedades hidráulicas detalladas para cada cara de la celda (elevación vs. perímetro mojado, área y rugosidad). Al crear tablas de parámetros hidráulicos a partir del terreno subyacente, el efecto neto es que los detalles del terreno subyacente todavía se tienen en cuenta en el almacenamiento y transporte de agua, independientemente del tamaño de la celda computacional. Sin embargo, todavía hay límites para el tamaño de celda que se debe usar, y consideraciones importantes sobre dónde se necesitan celdas detalladas más pequeñas en comparación con celdas más gruesas más grandes.

En general, el tamaño de la celda debe basarse en la pendiente de la superficie del agua en un área determinada, así como en las barreras para fluir dentro del terreno. Cuando la pendiente de la superficie del agua es plana y no cambia rápidamente, los tamaños de celda de cuadrícula más grandes son apropiados. Las pendientes más pronunciadas y las áreas localizadas donde la elevación de la superficie del agua y la pendiente cambian más rápidamente requerirán 39

celdas de cuadrícula más pequeñas para capturar esos cambios. Dado que el movimiento del flujo está controlado por las caras de las celdas computacionales, se pueden requerir celdas más pequeñas para definir cambios significativos en la geometría y cambios rápidos en la dinámica del flujo. La malla computacional se puede editar / modificar con las siguientes herramientas: líneas de corte; puntos móviles agregar puntos y eliminar puntos. Break Lines (Romper líneas) El usuario puede agregar nuevas líneas de corte en cualquier momento. HEC-RAS permite al usuario ingresar una nueva línea de ruptura en la parte superior de una malla existente y luego regenerar la malla alrededor de esa línea de ruptura, sin cambiar los puntos computacionales de la malla en otras áreas. El usuario puede dibujar una nueva línea de corte, luego hacer clic izquierdo en la línea de corte y seleccionar la opción Enforce Break line in 2D Flow Area. Una vez que se selecciona esta opción, se generarán nuevas celdas alrededor de la línea de corte con caras de celda alineadas a lo largo de la línea de corte. Los centros de celdas existentes que ya estaban en la malla en el área de la línea de corte se eliminan primero (dentro de una zona de amortiguación alrededor de la línea de corte, en función del tamaño de celda utilizado alrededor de la línea de corte). Además, el usuario puede controlar el tamaño / espacio de las celdas a lo largo de la línea de corte. Para controlar el espaciado de celdas a lo largo de una línea de corte, haga clic derecho en la línea de corte y seleccione la opción Edit Break Line Cell Spacing. Aparecerá una ventana que le permitirá al usuario ingresar un espacio de celda mínimo y máximo que se utilizará al formar celdas a lo largo de esa línea de corte. El espacio mínimo entre celdas se usa directamente a lo largo de la línea de corte. Luego, el software aumentará el tamaño de celda alrededor de la línea de ruptura, para proporcionar una transición gradual del tamaño de celda desde la línea de ruptura al tamaño de celda nominal que se utiliza para la malla. El usuario puede ingresar un tamaño máximo de celda si lo desea. Si no se ingresa un tamaño máximo de celda, el software realiza la transición automática de las celdas desde el tamaño mínimo de celda alrededor de la línea de división al tamaño de celda de malla predeterminado. Para aplicar el nuevo espacio entre celdas, el usuario debe seleccionar la opción Enforce Break line in 2D Flow Area, después de ingresar el espacio entre celdas de la línea de corte. El espacio entre celdas de línea de corte se guarda, de modo que si la malla se regenera, se usará automáticamente el espacio entre celdas de línea de corte definido. El usuario también puede mostrar una tabla que mostrará todas las líneas de corte y cualquier valor de espaciado de celda de línea de corte ingresado por el usuario. Para abrir esta tabla, seleccione GIS Tools, luego Break Lines Cell Spacing Table. Una vez que la tabla está abierta, los usuarios pueden agregar o cambiar los valores de separación de celdas de línea de corte de la tabla. Luego, si el usuario regenera toda la malla, o solo el área alrededor de líneas de corte específicas, se utilizará el nuevo espacio entre celdas de línea de corte. Al crear una malla alrededor de una línea de ruptura, puede ser deseable o incluso necesario usar celdas más pequeñas que el tamaño de celda nominal utilizado en otras áreas de la malla. Sin embargo, las transiciones de un tamaño de celda más grande inmediatamente a un tamaño de celda más pequeño pueden no producir el modelo computacional más preciso. Por lo tanto, es mejor cambiar el tamaño de las celdas gradualmente. Las herramientas de generación de mallas HEC-RAS permiten al usuario ingresar un espacio de celda mínimo y máximo para usar alrededor de las líneas de corte. Las herramientas de generación de malla pasarán automáticamente del tamaño de celda más pequeño justo en la línea de ruptura al tamaño de celda más grande lejos de la línea de ruptura. Vea un ejemplo de esto en la Figura 3-8 a continuación.

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Figura 3-8. Ejemplo de transición gradual de tamaños de celda lejos de la línea de ruptura.

Hand Based Mesh editing Tools (Herramientas de edición de malla basadas en la mano)

Las herramientas de manipulación de mallas de edición manual están disponibles en el menú Edit del Geometric Data editor del HEC-RAS. Si el usuario selecciona Edit then Move Points/Object, el usuario puede seleccionar y mover cualquier centro de celda o puntos en el polígono delimitador. Si se mueve un centro de celda, todas las celdas vecinas cambiarán automáticamente debido a este movimiento. Si el usuario selecciona Edit y luego Add Points, cada vez que el usuario haga clic izquierdo dentro del área de flujo 2D, se agregará un nuevo centro de celda y las celdas vecinas se cambiarán (una vez que se actualice la malla). El software crea una malla local (solo el área visible en la pantalla, más una zona de amortiguación), de modo que mientras está editando, solo se actualizará la malla local. La malla completa solo se actualiza una vez que el usuario ha desactivado la función de edición, lo que ahorra tiempo de cálculo al crear la nueva malla. Si el usuario selecciona Edit y luego Remove Points, cualquier clic cerca del centro de una celda eliminará el punto de esa celda, y todas las celdas vecinas se agrandarán para dar cuenta de la celda eliminada. El usuario puede querer agregar puntos y mover puntos en áreas donde se necesitan más detalles. El usuario también puede querer eliminar puntos en áreas donde se necesitan menos detalles. Debido a que las celdas y las caras de las celdas se procesan previamente en tablas de propiedades hidráulicas detalladas, representan los detalles completos del terreno subyacente. En general, el usuario debería poder usar tamaños de celda de cuadrícula más grandes de lo que sería posible con un modelo que no procese previamente las celdas y las caras de las celdas utilizando el terreno subyacente. Muchos modelos 2D 41

simplemente use una única elevación plana para toda la celda y una sola elevación plana para cada cara de la celda. Estos tipos de modelos 2D generalmente requieren tamaños de celda computacionales muy pequeños para modelar los detalles del terreno.

HEC-RAS crea la malla computacional siguiendo la técnica de triangulación de Delaunay y luego construyendo un diagrama de Voronoi (ver Figura 3-9 a continuación, tomado de Wikimedia Commons, un repositorio de archivos multimedia con licencia libre):

Figura 3-9. Delaunay - Ejemplo de diagrama de Voronoi.

Los triángulos (negros) que se muestran en la Figura 3-9 se hacen usando la técnica de triangulación de Delaunay (http://en.wikipedia.org/wiki/Delaunay_triangulation). Las celdas (rojas) se forman bisecando todos los bordes del triángulo (bordes negros) y luego conectando la intersección de las líneas rojas (diagrama de Voronoi). Esto es análogo al método del Polígono de Thiessen para atribuir el área de la cuenca a un pluviómetro específico.

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Posibles problemas de generación de malla La herramienta de generación automatizada de mallas en HEC-RAS funciona bien, sin embargo, nada es perfecto. En ocasiones, se creará una celda incorrecta debido a la combinación del límite de polígono definido por el usuario y el tamaño de celda nominal seleccionado, o cuando el usuario está agregando / modificando puntos dentro del polígono. Una vez realizada la malla, el software evalúa automáticamente la malla para encontrar las celdas problemáticas. Si se encuentra una celda problemática, el centro de esa celda se resalta en un color rojo y aparecerá un mensaje rojo en la esquina inferior izquierda de la ventana de datos geométricos. Aquí hay una lista de algunos problemas que son posibles y cómo solucionarlos con las herramientas de edición de malla descritas anteriormente: ▪

Problemas de límites de malla: cuando el usuario dibuja un límite de área de flujo 2D que es muy nítido y cóncavo, dependiendo del tamaño de celda seleccionado, el algoritmo de generación de malla puede no ser capaz de formar una malla correcta en esta ubicación (Figura 3-10) . Para solucionar este problema, el usuario puede agregar más centros de celdas alrededor de la parte cóncava del límite, o puede suavizar el límite agregando más puntos a la línea del límite, o ambos.

Figura 3-10. Ejemplo de un límite agudo cóncavo que causa un problema de generación de malla.

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En la Figura 3-11 se muestra la malla fija. La malla se arregló alisando el límite cóncavo afilado y agregando algunos centros de células adicionales alrededor de la porción afilada del límite.

Figura 3-11. Malla corregida con límite suavizado y centros de celdas adicionales.

▪

Demasiadas caras (lados) en una celda: cada celda está limitada a tener 8 caras (lados). Las rutinas de desarrollo de malla HEC-RAS verifican las celdas con más de 8 lados. Si existe una celda con más de 8 lados, se resaltará en rojo y aparecerá un mensaje en la parte inferior izquierda de la ventana de datos geométricos. Un ejemplo de una celda con más de 8 lados se muestra en la Figura 3-12. Si tiene una celda con más de 8 lados, deberá editar esa celda y / o las celdas que la unen. Utilice las herramientas que se encuentran en el editor Geométrico en el menú “Edit”. Las herramientas disponibles son (1). Add Points: para agregar puntos al polígono de límite de celda o celdas adicionales; (2) Remove Points: para eliminar puntos en el polígono de límite o eliminar celdas; y (3) Move Points/Objects: para mover los puntos de límite o los centros de las celdas.

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Figura 3-12. Ejemplo de malla con una celda que tiene más de 8 lados.

El problema de la malla que se muestra en la Figura 3-12 (celda con más de 8 lados) se solucionó agregando centros de celdas adicionales en el área de esta celda, lo que redujo el tamaño de la celda y redujo el número de lados de las celdas. La malla fija se muestra en la Figura 3-13.

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Figura 3-13. Malla final después de agregar puntos adicionales para solucionar el problema de la malla.

▪

Centros de celdas duplicados: si un usuario coloca accidentalmente un punto justo encima o muy cerca de un centro de celdas existente, esto causará un problema de generación de mallas. Las herramientas de generación de mallas buscan este problema e identificarán cualquier celda con centros de celdas duplicados. La solución a este problema es eliminar uno de los centros celulares.

▪

Centros de celdas fuera del área de flujo 2D Polígono. Si un usuario cae accidentalmente un punto fuera del polígono del área de flujo 2D, o mueve el límite del polígono al punto en el que los centros de las celdas están fuera del polígono, esto generará un error de malla. Las rutinas de malla identificarán cualquier punto que esté fuera del límite actual. Para arreglar la malla, simplemente elimine los puntos que están fuera del límite del área de flujo 2D.

▪

Celdas con caras colineales (líneas de corte demasiado juntas). Las celdas computacionales utilizadas dentro del código 2D HEC-RAS no pueden tener dos caras que sean colineales (es decir, no pueden formar una línea recta). Cuando dos celdas se encuentran (en un punto de la cara), el ángulo exterior formado por las dos caras debe ser mayor de 180 grados. Esto se llama "Convexo estricto" en términos matemáticos. Lo que significa que todas las celdas deben ser estrictamente convexas y, por lo tanto, no hay dos caras dentro de la misma celda que puedan ser colineales (formar una línea recta). Si las celdas terminan así, el software se ejecutará, pero el cálculo a través de las caras de las celdas que son así no será correcto.

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Este problema generalmente es causado por la colocación de dos o más líneas de corte paralelas entre sí y juntas, de modo que la creación de celdas a lo largo de una línea de corte puede crear problemas con las celdas a lo largo de la otra línea de corte. Las celdas se crean a lo largo de las líneas de corte, una a la vez. Además, el usuario puede especificar un tamaño mínimo y máximo de celda para formar las celdas alrededor de una línea de corte. El tamaño de celda mínimo se usa justo a lo largo de la línea de corte, luego cambia el tamaño de celda máximo al duplicar el tamaño de la celda a medida que sale de la línea de corte. Si el usuario no ingresa un tamaño máximo de celda, el software asume que desea realizar la transición al tamaño nominal de celda que se ingresó en el editor de Área de flujo 2D. Si las líneas de ruptura están muy juntas, esta transición puede "sangrar" en el espacio celular a lo largo de una línea de ruptura vecina. Esto puede tener el efecto de formar células que ya no siguen la primera línea de ruptura, pero aún peor, podrían formarse células que no son correctas/ consistentes con el esquema de solución 2D HEC-RAS. A continuación (Figura 3-14) hay un ejemplo en el que se usaron líneas de corte para las líneas del banco del canal y la línea central del canal. En este caso, todas las líneas de corte se estaban pasando al tamaño máximo de celda, lo que causó este efecto de sangrado. En este ejemplo, la línea de ruptura de la línea central del canal se hizo cumplir primero, luego las líneas del banco del canal. Las celdas alrededor de las líneas del banco del canal se formaron correctamente, pero las celdas a lo largo de la línea central del canal no, debido al hecho de que las celdas formadas a partir de las líneas de salto de la línea del banco del canal anulan las celdas formadas previamente a lo largo de la línea central del canal (simplemente porque el orden en el que se hicieron cumplir). Para solucionar este problema, puede ingresar un tamaño de celda máximo que evite que las líneas de corte se deslicen hacia las celdas vecinas o puede forzar las líneas de corte a mano, controlando así el orden en que se forman las celdas. Este ejemplo específico se solucionó aplicando la línea central del canal a mano como la última línea de corte que se aplicará. Vea la malla fija en la Figura 3-15.

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Figura 3-14. Ejemplo de celdas defectuosas con dos o más caras que son colineales.

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Figura 3-15. Ejemplo de celdas formadas correctamente a lo largo de la línea de corte de la línea central.

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Crear una capa de rugosidad de Manning espacialmente variada Se puede crear un conjunto de datos de cobertura del suelo que varía espacialmente en RAS Mapper, y luego asociarlo con un conjunto de datos de geometría específico. Una vez que un conjunto de datos de cobertura del suelo se asocia con un archivo de geometría específico, el usuario puede especificar los valores n de Manning que se utilizarán para cada tipo de cobertura del suelo. Además, el usuario puede crear sus propias regiones de valores n de Manning de área 2D (polígonos definidos por el usuario), en las que puede anular los valores n de Manning del conjunto de datos de cobertura del suelo. Las regiones de valor n del Área 2D del Usuario definidas por el usuario también se pueden usar para ayudar a calibrar un modelo para regiones específicas de un área de flujo 2D. * NOTA: Los usuarios deben tener un conjunto de datos de cobertura del suelo para utilizar los valores n de Manning que varían espacialmente dentro de las áreas de flujo 2D, y también para utilizar la capacidad de especificar las regiones n de Manning definidas por el usuario. En la versión actual de HEC-RAS, los usuarios pueden importar información sobre el uso de la tierra en formatos de polígono (shapefile) y cuadriculados. Los usuarios pueden crear capas de archivos de forma fuera de HEC-RAS (es decir, en ArcGIS) y luego importarlas en RAS Mapper. Los datos de uso de suelo en cuadrícula se pueden obtener de los sitios web de USGS (NLCD 2011 y USGS LULC), así como de otras fuentes. RAS Mapper permite al usuario usar múltiples archivos y tipos de datos de uso de la tierra, para crear una sola capa de cobertura de uso de la tierra en HEC-RAS. Por ejemplo, un usuario puede querer usar los datos de uso de suelo en cuadrícula USGS NLCD 2011 (que está disponible para todo Estados Unidos) como sus datos de cobertura de uso de suelo base. Sin embargo, es posible que también deseen encontrar o generar una cobertura de polígono (archivo de forma) que sea más precisa para muchas de las áreas dentro de su región de estudio (es decir, el canal principal, edificios, etc.). Al establecer el archivo de forma más preciso como la prioridad más alta, se utilizará el uso del suelo del archivo de forma a menos que no cubra partes del área de flujo 2D, luego se utilizarán los datos cuadriculados de USGS para esas áreas. RAS Mapper ingiere los diversos tipos de datos de uso de la tierra y crea una cobertura combinada de uso de la tierra (Capa) y la almacena como un archivo GeoTIFF. Nota: Los dos conjuntos de datos 2D de ejemplo que vienen con HEC-RAS (Muncie.prj y BaldEagle.prj) contienen información sobre el uso del suelo para definir los valores n de Manning. Abra uno de estos conjuntos de datos y úselo como guía junto con la discusión en este manual. Para utilizar una rugosidad espacialmente variable dentro de HEC-RAS, vaya a RAS Mapper, luego desde el menú Tools, seleccione New Land Cover o haga clic derecho en Map Layers y seleccione Add New Land Cover Layer. Esta selección mostrará la ventana que se muestra en la Figura 3-16. La ventana Capa de cobertura terrestre se divide en tres secciones: Input Files; Selected File Land Cover Identifiers; y Output File. La sección Archivos de entrada (Input Files) sirve para seleccionar la cuadrícula y los archivos de forma que se utilizarán como entrada, así como para establecer su prioridad. La sección Identificadores de cobertura terrestre del archivo seleccionado (Selected File Land Cover Identifiers) se usa para mostrar el valor numérico (entero) y la etiqueta de texto de los datos de cobertura terrestre para el archivo actualmente seleccionado (resaltado) en la sección Archivos de entrada. La sección Archivo de salida (Output File)se usa para mostrar qué utilizará HEC-RAS para los identificadores de cobertura terrestre, su ID numérica y, opcionalmente, un usuario ingresó el valor n de Manning para cada tipo de cobertura terrestre.

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Figura 3-16. RAS Mapper Nuevo editor de capa de clasificación de tierras.

La ventana que se muestra en la Figura 3-16 permite al usuario seleccionar uno o más archivos de uso del suelo de diferentes tipos. Esto se logra bajo el área de Archivos de entrada seleccionando el botón Más (+). Una vez que se selecciona el botón más, aparecerá un selector de archivos que le permitirá seleccionar un archivo de cobertura de uso del suelo. Si se selecciona más de un archivo de uso del suelo, use las flechas hacia arriba y hacia abajo para establecer la prioridad de los archivos. El archivo en la parte superior de la lista tiene la máxima prioridad, y así sucesivamente. Debido a que HEC-RAS admite múltiples archivos y tipos de uso de la tierra, el usuario tendrá que seleccionar una de las convenciones de nomenclatura establecidas o ingresar su propia convención de nomenclatura para cada tipo de uso de la tierra. Actualmente hay tres opciones para definir los nombres de los tipos de uso de la tierra: NLCD 2011 (que es de la cobertura de datos de uso de la tierra USGS 2011); Anderson II (desarrollado por James R. Anderson, et al, del USGS en 1976); y Personalizado (que es la opción definida por el usuario). En la sección Archivo de entrada del editor, si el usuario selecciona (resalta) un archivo de forma, entonces el Campo de nombre (Name Field) y el Mann. Las columnas N Field estarán activas, y el usuario puede seleccionar una columna contenida en el archivo que se utilizará para ese campo. Esto se logra seleccionando del selector de menú desplegable sobre cada uno de los campos. Si el usuario selecciona (resalta) un conjunto de datos de cobertura terrestre en cuadrícula, solo la Naming Std. el campo será

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estándar son: NLCD 2011; Anderson II y Custom. Cuando selecciona una capa de cobertura terrestre en la sección Archivo de entrada del editor, la sección Identificadores de cobertura terrestre del archivo seleccionado del editor mostrará lo que está contenido dentro del archivo para el Campo de nombre (valor entero o etiqueta de texto), y también qué HEC -RAS lo usará como un identificador para ese tipo específico de cubierta terrestre. Debido a que las diferentes fuentes de datos de cobertura terrestre usan diferentes convenciones de nomenclatura, si el usuario tiene más de un archivo de entrada, el software debe presentar una única convención de nomenclatura para usar con todos los datos. La convención de nomenclatura combinada que utilizará HEC-RAS se muestra en la sección Archivo de salida de la ventana. La sección Archivo de salida muestra la convención de nomenclatura final que usará, junto con los ID de enteros y los valores n de Manning. Los n valores de Manning podrían haberse seleccionado de un Shapefile, o el usuario puede editarlos / ingresarlos directamente en esta tabla. Los n valores de Manning ingresados en esta tabla se utilizarán como valores predeterminados para un tipo de uso de la tierra dado. El usuario puede anular estos valores n de Manning dentro de cualquier archivo de geometría específico. El usuario puede elegir un Estándar de ID de salida del menú desplegable debajo de la tabla Archivo de salida. Esto generalmente se usa cuando tiene un Shapefile y desea aplicar uno de los estándares de nombres USGS a ese archivo. Si tiene más de un archivo de cobertura terrestre de entrada, normalmente, la opción etiquetada como Personalizada será la única opción, ya que un estándar único generalmente no funcionará para varios tipos de cobertura terrestre. Además, al usar más de un tipo de capa de cobertura terrestre (Shapefile y grid), habrá diferentes convenciones de nomenclatura dentro de los dos archivos para el mismo tipo de cobertura terrestre. Las convenciones de nomenclatura de USGS usan identificaciones de enteros específicos para su tipo de cobertura terrestre asociada, mientras que las identificaciones de enteros se asignan a tipos de cobertura de tierra para Shapefiles. Si se asigna la misma ID a dos tipos diferentes de cobertura del suelo, el software mostrará un error en rojo debajo de la tabla de salida con la etiqueta "ID duplicadas". El usuario debe cambiar uno o más de los ID duplicados a un identificador entero único, actualmente no utilizado en la tabla. El nombre del archivo y el directorio de salida para la nueva capa de clasificación de tierras se muestra en la parte inferior de la ventana. El usuario debe seleccionar un directorio para usar para la capa de cobertura terrestre HEC-RAS, y también ingresar un nombre para esta nueva capa. RAS Mapper toma todas las capas de entrada y crea una sola capa de salida de cobertura terrestre en el formato de archivo * .tif. El último paso antes de crear un conjunto de datos de Clasificación de Tierras, es ingresar un tamaño de celda (es decir, 1, 2, 5, 10 pies) que tenga sentido con el tamaño de celda computacional que se utiliza y la precisión espacial necesaria para la clasificación de la tierra (y por lo tanto rugosidad) valores. Después de ingresar todos los datos, presione el botón Crear, RAS Mapper leerá las capas del archivo de entrada y las convertirá en un solo archivo GeoTIFF en el directorio de salida definido por el usuario. Aparecerá una ventana que le indica al usuario el progreso y cuándo ha terminado de crear el archivo. Cuando el usuario presiona el botón OK, ambas ventanas se cerrarán. En la Figura 3-17 a continuación se muestra un ejemplo de capa de Clasificación de tierra en RAS Mapper. El usuario puede controlar el color de cada categoría de uso del suelo y la transparencia utilizada para mostrar los polígonos. La visualización de la clasificación del uso del suelo se controla haciendo clic derecho en la capa y seleccionando las propiedades de visualización de la imagen. Esto abrirá una ventana que le permitirá al usuario controlar los colores y la transparencia de los polígonos.

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Figura 3-17. Archivo de formas poligonales que contiene valores de clasificación de terrenos.

Una vez que el usuario ha creado una capa Land Cover en el formato de archivo * .tif, debe asociar esa capa de datos con los archivos de geometría con los que desea usarla. Para asociar la capa Land Cover con un archivo de geometría, haga clic derecho en la capa de geometría deseada (en el lado izquierdo de la ventana del Mapeador RAS) y seleccione Propiedades de Geometría RAS. Esto abrirá una ventana que permitirá al usuario seleccionar tanto la capa de terreno como la cobertura del suelo que desee asociar con este archivo de geometría (consulte la Figura 3-18 a continuación).

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Figura 3-18. Editor de propiedades de geometría para asociar datos de clasificación de terrenos y terrenos.

Una vez que una capa de cobertura terrestre se asocia con un archivo de geometría, el usuario puede construir una tabla de valores de cobertura terrestre versus n de Manning, que luego se puede utilizar para definir valores de rugosidad para áreas de flujo 2D. Esta tabla de cobertura del suelo versus rugosidad se desarrolla desde el editor de datos geométricos HEC-RAS para un archivo de geometría específico. Vaya al RAS Geometry Editor y abra la geometría de interés (es decir, la geometría que se ha asociado con una Clasificación de terreno). En el menú Tables, seleccione la opción etiquetada "Manning’s n by Land Cover". Esta opción mostrará una tabla que muestra todos los identificadores de cobertura de tierra contenidos en la capa de cobertura de tierra asociada (Figura 3-19). El editor contiene tres o más columnas. Las dos primeras columnas son el Nombre de cobertura del suelo y los valores n de Manning predeterminados basados en ese conjunto de datos de cobertura del suelo. La tercera columna está disponible para permitir al usuario anular los valores n predeterminados de Manning con lo que le gustaría tener como valores base n de Manning para este archivo de geometría específico. La cuarta columna y las siguientes se mostrarán si el usuario ha definido “2D Area Manning’s n Regions”. La columna Nombre de cobertura terrestre contiene todos los nombres de clasificación únicos que encontró en la capa Cubierta terrestre. Cada tipo de cobertura terrestre único aparece una vez en la tabla,

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aunque puede haber muchos polígonos o celdas de cuadrícula con esa capa de cobertura terrestre. El usuario debe ingresar un valor n de Manning para cada tipo de uso de la tierra en la tabla (incluida la fila NoData). Los valores predeterminados ya pueden estar en la tabla, si se definieron al crear la capa de cobertura del suelo. El usuario puede cambiar cualquier valor predeterminado a lo que quiera para este archivo de geometría específico.

Figura 3-19. Manning’s n por Land Use Classification Table del editor de datos geométricos.

Además de definir los valores n de Manning por Land Cover, el usuario tiene la opción de crear sus propias regiones de valores n de Manning en el área de flujo 2D. Estas regiones son polígonos definidos por el usuario que se pueden usar para anular los valores base n de Manning dentro de ese polígono. También se pueden usar para calibrar un modelo. El área de flujo 2D definida por el usuario Las n regiones de Manning se definen en el editor de datos geométricos y se aplican solo a ese archivo de geometría. Para crear las regiones n de Manning en el área de flujo 2D, seleccione el botón en la parte superior del editor de datos geométricos denominado Área 2D en las regiones Mann n. Cuando se selecciona este botón, el cursor cambiará a un lápiz de dibujo y el usuario puede dibujar un polígono en el esquema de la ubicación (área) donde desea definir una nueva área de flujo 2D de la región de valor n de Manning. Un solo clic para comenzar a dibujar el polígono, un solo clic para agregar vértices adicionales y doble clic para finalizar el polígono. Una vez que el usuario haya terminado de crear el polígono, el software le pedirá al usuario que ingrese un nombre para esta región. Cada área de flujo 2D de Manning

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Una región de valor debe tener un nombre único. El usuario puede crear tantas de estas regiones como quiera. Una vez que haya ingresado todas las regiones de valor n de Manning del área de flujo 2D deseada, vaya al menú Tables y seleccione Manning's n by Land Cover. La tabla n de Manning por cobertura terrestre ahora contendrá columnas adicionales para cada una de las regiones de valor n de Manning del área de flujo 2D definida por el usuario. El usuario puede ingresar los nuevos valores n de Manning que se utilizarán para cada tipo de cobertura terrestre. Sin embargo, los n valores de Manning ingresados en las regiones definidas por el usuario solo se aplicarán dentro del polígono para esa región. La opción de regiones de valor n de Manning en el área de flujo 2D se puede usar para definir de forma exclusiva los valores n de Manning, o se pueden usar para ajustar múltiples valores n de Manning dentro de un área para calibrar el modelo. Los n valores de Manning ingresados para cualquier región definida por el usuario anularán los valores de n base de Manning en esa región. En la Figura 3-20 se muestra un área de flujo 2D con un conjunto de datos de cobertura terrestre para toda el área, y un usuario definió la región de valor n del Área 2D para el canal principal.

Figura 3-20. Ejemplo de conjunto de datos de cobertura terrestre y región de valor n del área 2D definida por el usuario.

Esta tabla Manning's n by Land Cover se utilizará durante la etapa de preprocesamiento del área de flujo 2D (es decir, el proceso en el que el software crea las propiedades de la celda y la tabla de la cara de la celda). Para obtener estos valores n de Manning en las tablas de propiedades del área de flujo 2D, se deben volver a calcular las tablas de propiedades hidráulicas del área de flujo 2D. Cuando se procesan las caras de las celdas, el valor n de Manning seleccionado se basará en encontrar el centro de la cara de la celda, luego el valor n de Manning correspondiente de la capa de cobertura del suelo. Si no hay una capa de cobertura terrestre definida para una cara de celda específica, entonces el valor n de Manning predeterminado ingresado en el editor de área de flujo 2D se usará para esa cara de celda. Para esta versión de HEC-RAS (versión 5.0), el 56

programa seleccionará solo un valor n de Manning para toda la cara de la celda. Las versiones futuras de HEC-RAS permitirán múltiples valores n de Manning en cada cara de celda. Entonces, esto es una limitación en este momento cuando se usan celdas de gran tamaño.

Creación de tablas de propiedades hidráulicas para celdas 2D y caras de celdas Como se mencionó anteriormente, la malla de computación 2D se procesa previamente en una curva de elevación - volumen para cada celda, y una serie de curvas de propiedades hidráulicas para cada cara de la celda (elevación versus perímetro mojado, área y rugosidad). Este preprocesamiento se realiza en RAS Mapper. Las tablas de propiedades hidráulicas se derivan de los detalles del terreno subyacente utilizado para el modelo, así como de cualquier relación de cobertura de terreno por Manning definida por el usuario establecida en el archivo de geometría. Se requiere un modelo de terreno para usar el modelado 2D dentro de HEC-RAS. Los datos del terreno también son necesarios para realizar cualquier mapeo de los resultados calculados, tanto para las áreas 1D como para las 2D del modelo. Revise el Capítulo 2 de este manual para obtener instrucciones sobre cómo crear un modelo Terrain para su uso en modelado 2D y visualización de resultados. Una vez que se crea un modelo de terreno, y opcionalmente una tabla Manning’s by Land Cover, se requieren los siguientes pasos para crear las tablas de propiedades hidráulicas para las celdas 2D y las caras de las celdas, que se utilizan en los cálculos hidráulicos 2D: Asociar una capa de terreno con un archivo de geometría

Después de agregar una nueva capa de terreno, el usuario debe asociar la capa de terreno con cualquiera o todos los archivos de geometría dentro del proyecto HEC-RAS. Esto se logra en RAS Mapper haciendo clic derecho en Geometries layer en la parte superior de la lista de capas (en el lado izquierdo de la ventana RAS Mapper), luego seleccionando la opción Manage Geometry Associations en el menú emergente. Cuando se hace esto, aparecerá una ventana, como se muestra en la Figura 3-21, en la que el usuario puede seleccionar una capa de terreno para cada archivo de geometría. Nota: RAS Mapper intentará asociar un modelo de terreno con la geometría RAS cuando se cree la capa de terreno por primera vez. Sin embargo, el usuario debe verificar que se haya asociado el terreno correcto. El usuario también deberá asociar el terreno con una geometría, si hay múltiples terrenos.

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Figure 3-21. Terrain Association Editor.

Después de asociar todos los archivos de geometría con las capas de terreno y cualquier Cobertura del terreno Capa (s), seleccione el botón Cerrar. Esto asegurará que estas asociaciones se guarden.

Preprocesador geométrico 2D de celdas y caras de celdas

Descripción general de las propiedades de la celda y la cara

Cada celda y cara de celda de la malla computacional se preprocesan para desarrollar tablas detalladas de propiedades hidráulicas basadas en el terreno subyacente utilizado en el proceso de modelado (Casulli, 2008). . El preprocesador de malla 2D calcula una relación detallada de elevación-volumen para cada celda. Cada cara de una celda computacional se procesa previamente en tablas detalladas de propiedades hidráulicas (elevación versus perímetro mojado, área, rugosidad, etc.). Esto permite al usuario usar celdas computacionales más grandes, mientras mantiene los detalles del terreno subyacente. El efecto neto es que las celdas más grandes resultan en menos cálculos, lo que significa tiempos de ejecución mucho más rápidos. Además, HECRAS producirá resultados más detallados para un tamaño de celda dado que otros modelos que usan una elevación de lecho único para cada celda y cara de celda. Un ejemplo de cómo HEC-RAS procesa previamente las celdas y las caras en tablas de propiedades detalladas se muestra en las Figuras 3-22 a 3-25. En la Figura 3-23 se muestran los detalles del terreno subyacente dentro de una sola celda computacional.

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Figura 3-22. Detalles de los datos del terreno de la celda subyacente.

Cuando el preprocesador geométrico 2D se ejecuta, se desarrolla una relación elevación-volumen detallada para cada celda. Vea un ejemplo de esto en la Figura 3-23 a continuación.

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Figura 3-23. Elevación: relación de volumen para una celda 2D.

Además del procesamiento de las celdas, las caras de las celdas se procesan previamente en tablas de elevación versus área, perímetro mojado y rugosidad. Ver Figura 3-24 a continuación:

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Figura 3-24. Ejemplo de cómo se procesan las caras de celda en tablas hidráulicas detalladas.

Como se muestra en la Figura 3-24, cada cara de la celda es como una sección transversal detallada. Por lo tanto, el flujo de agua dentro, a través y fuera de una celda está controlado por los detalles de estas propiedades de la cara y la relación de elevación-volumen de la celda. El beneficio de esto es que los detalles hidráulicos son mucho mayores a nivel de celda sobre otros modelos que usan una elevación simple para cada celda y cara. Con HEC-RAS, los usuarios pueden tener celdas mucho más grandes, pero aún conservan excelentes detalles hidráulicos dentro de una celda. Además, las células HEC-RAS pueden estar parcialmente húmedas (es decir, el agua no tiene que cubrir toda la célula y puede moverse a través de una parte de la célula). Un ejemplo de esto se muestra en la Figura 3-25.

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Figura 3-25. Ejemplo de canal detallado moviéndose a través de celdas más grandes en HEC-RAS

En la Figura 3-25 se muestra un ejemplo de cómo las celdas computacionales en HEC-RAS contienen suficientes detalles hidráulicos para que el flujo pueda moverse a través de un canal, aunque el canal sea más pequeño que el tamaño de la celda. En el ejemplo anterior, las celdas 2D son 500 x 500 pies (el terreno subyacente es cuadrículas de 2 x 2 pies). El agua se moverá a través de la porción del canal de las celdas, porque los detalles de las secciones transversales del canal están contenidos dentro de las caras de las celdas. Además, los detalles de la relación elevaciónvolumen en el canal están contenidos en la tabla de propiedades hidráulicas de la celda. En este tipo de ejemplo, el flujo puede moverse a través de un canal en un modo de tipo 1D, mientras que el flujo en las áreas de sobrebanco será 2D de una celda a otra. Si el usuario desea más detalles dentro del canal, como velocidades de flujo bidimensionales y elevaciones variables de la superficie del agua, entonces se necesita un tamaño de celda más pequeño que el ancho del canal. El tamaño de celda más pequeño permitirá que el modelo capture los efectos de flujo bidimensionales dentro del propio canal. Sin embargo, si el usuario solo necesita capturar los efectos de flujo bidimensionales en la llanura de inundación, entonces el enfoque que se muestra en la Figura 3-25 es una opción viable. Las capacidades de flujo 2D en HEC-RAS se pueden usar de muchas maneras. El usuario puede desarrollar una malla con tamaños de celda muy pequeños que se pueden usar para modelar tanto canales como llanuras de inundación con gran detalle. O el usuario puede usar tamaños de celda más grandes, lo que le dará menos detalles en el canal, pero aún así un sistema hidráulico de flujo 2D en la llanura de inundación. El nivel de detalle del usuario.

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la elección depende de lo que se esté modelando y del propósito del estudio. HEC-RAS proporciona al usuario la máxima flexibilidad para modelar los detalles de un canal y la llanura de inundación en 2D. El preprocesamiento de las celdas y las caras de las celdas en tablas de propiedades hidráulicas detalladas es una ventaja sobre los modelos 2D que usan una elevación simple para cada celda (celdas planas) y una elevación simple para cada cara (caras inclinadas planas o lineales).

Ejecutando el preprocesador geométrico 2D

Después de asociar los archivos de geometría con la capa de terreno, el usuario puede ejecutar el preprocesador geométrico del área de flujo 2D desde RAS Mapper. Este paso no tiene que hacerse en RAS Mapper. Si el usuario no ejecuta el preprocesador Geométrico 2D en RAS Mapper, se realizará automáticamente como un proceso separado durante los cálculos de flujo inestable. En el grupo de Geometría habrá una subcapa llamada área de flujo 2D. Al marcar la casilla de esta capa, se activará la malla para todas las áreas de flujo 2D contenidas en ese archivo de geometría. En este ejemplo, solo hay un área de flujo 2D. Haga clic con el botón derecho en la subcapa llamada área de flujo 2D, luego seleccione la opción etiquetada Calcular tablas de áreas hidráulicas de flujo 2D (ver Figura 3-26). Esta es la opción para preprocesar las celdas y caras computacionales del área de flujo 2D en tablas detalladas basadas en los datos de terreno subyacentes. Si el usuario no realiza este paso aquí, la interfaz de usuario HEC-RAS detectará que el paso de preprocesamiento no se ha realizado, y lo hará durante el proceso computacional de flujo inestable (justo antes de realizar el pre-1D existente procesamiento de las secciones transversales y estructuras hidráulicas). Además, si el usuario luego cambia algo sobre el área 2D (agrega, mueve, elimina celdas, cambia los valores n de Manning, etc.), entonces el paso del preprocesador 2D se volverá a ejecutar automáticamente durante el proceso computacional de flujo inestable.

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Figura 3-26. Cálculo de tablas hidráulicas de área de flujo 2D desde RAS Mapper.

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Conexión de áreas de flujo 2D a elementos hidráulicos 1D Los elementos del área de flujo 2D se pueden conectar a los elementos 1D de varias maneras: directamente al extremo aguas abajo o al extremo aguas arriba del alcance de un río; lateralmente a los alcances del río 1D usando una estructura o estructuras laterales; y / o directamente a otra zona o área de almacenamiento 2D utilizando la Conexión SA Area / 2D. El proceso para conectar un área de flujo 2D a otros elementos hidráulicos se realiza en el editor de datos geométricos HEC-RAS.

Conexión de un área de flujo 2D a un alcance de río 1D con una estructura lateral. Las áreas de flujo 2D se pueden usar para modelar áreas detrás de diques o flujo de sobrebanco conectando un alcance de río 1D al área 2D usando una Estructura Lateral (ver Figura 3-27).

Figura 3-27. Editor geométrico HEC-RAS con el límite del área de flujo 2D Puntos de cara mostrados.

Para este ejemplo, amplíe el extremo aguas arriba del río, que se encuentra en el lado derecho del esquema. En esta ubicación, agregue una Estructura lateral que represente el dique en esa región. Cuando se agrega una Estructura Lateral a 1D River Reach, el usuario puede seleccionar

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vincularloa otro 1D River Reach, un área de almacenamiento o un área de flujo 2D. Si el usuario selecciona vincular la Estructura lateral a un área de flujo 2D, entonces el estacionamiento de la Estructura lateral se vinculará automáticamente a los puntos faciales del Área 2D (esto es análogo a la Estructura lateral que determina automáticamente la ubicación y la intersección de la cruz 1D secciones). El dique conectado se muestra en la Figura 3-28.

Figura 3-28. Ejemplo de una estructura lateral (dique) conectado a un área de flujo 2D.

En este ejemplo, esta Estructura Lateral (dique) se usará para modelar el flujo que pasa sobre el dique, así como una ruptura del dique que se agregará más adelante. HEC-RAS ahora tiene la opción de tener estructuras laterales georreferenciadas. Debajo del elemento de menú etiquetado Herramientas GIS, ahora hay una opción de tabla llamada Tabla de líneas centrales de estructura lateral. El usuario puede usar la herramienta de medición para dibujar una línea que represente las coordenadas geoespaciales X e Y de la estructura lateral, luego pegue esas coordenadas en la tabla de la línea central de la estructura lateral (esto es opcional). Si un usuario inserta coordenadas geoespaciales para una estructura lateral, no solo se dibujará geoespacialmente correcto, sino que HEC-RAS descubrirá cómo los elementos (secciones transversales 1D y puntos de cara 2D) están conectados a la estructura lateral en función de su ubicación espacial. Nota: si coloca una línea central geoespacial para una estructura lateral, la longitud del estacionamiento de vertedero / terraplén de la estructura lateral debe estar dentro del 0.5% de la longitud de la línea central introducida (es decir, deben ser coherentes entre sí en términos de longitud). 66

Los usuarios pueden usar la opción de herramienta de medición del Editor de Geometría para dibujar la línea geoespacial que representará la Estructura Lateral, o pueden importar la información geoespacial de un archivo de forma ESRI. En la figura 3-29 se muestra Lateral Structure Centerlines Table.

Figura 3-29. Ejemplo de tabla de líneas centrales de estructura lateral con datos de coordenadas geoespaciales para un dique.

Para dibujar una línea geoespacial desde el editor de datos geométricos, use la opción de herramienta de medición. Esto se logra manteniendo presionada la tecla Cntrl, luego usando el puntero del mouse y el botón izquierdo del mouse para dibujar la línea. Haga clic con el botón izquierdo del mouse para comenzar la línea, luego mueva el mouse y continúe haciendo clic con el botón izquierdo para agregar puntos adicionales en la línea. Mientras dibuja la línea, también puede hacer clic con el botón derecho del mouse para volver a centrar el dibujo en el editor de datos geométricos. Esto es muy útil cuando se acerca y necesita continuar la línea a un área fuera de la pantalla. Para terminar la línea, haga clic izquierdo en el último punto y luego suelte la tecla Cntrl. Una vez que suelte la tecla Cntrl, aparecerá una ventana como se muestra en la Figura 330.

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Figura 3-30. Ejemplo de ventana de datos de línea de herramienta de medición.

Como se muestra en la Figura 3-30, la herramienta de medición le mostrará las coordenadas geoespaciales X e Y de la línea en una tabla. Para enviar estas coordenadas al Portapapeles de Windows (para que pueda pegarlas en la Tabla de líneas centrales de Estructura Lateral), simplemente presione el botón etiquetado: Copy GIS to Clipboard. Estas coordenadas se pueden pegar en la tabla de la línea central de la estructura lateral para georreferenciar una estructura lateral. La ventana de la herramienta de medición también le muestra la longitud de la línea; el área de un polígono si el primer y el último punto estuvieran conectados; Delta X; Delta Y; y dy / dx. Además, puede trazar los datos del terreno debajo de esa línea presionando el botón etiquetado: Cut Profile from Terrain and Plot (esto solo funciona si tiene un conjunto de datos de terreno en RAS Mapper y lo tiene asociado con el archivo de geometría abierto actualmente). Esta línea se puede usar como primer corte para el usuario que ingresó los datos de Estación de vertedero y Elevación para el perfil de vertedero de estructura lateral. Esto es especialmente útil si la Estructura Lateral se está utilizando para representar la barrera del terreno elevado entre el canal principal (alcance del río 1D) y el área del banco (área de flujo 2D) El proceso de conectar una Estructura Lateral a un área de flujo 2D se describe a continuación: 1. Agregue la Estructura Lateral como se haría normalmente en HEC-RAS (es decir, cree la Estructura Lateral; defina la Estación Fluvial aguas arriba de la estructura; ingrese la estación / puntos de elevación que representan el vertedero / terraplén de la parte superior de la estructura; y agregue datos geoespaciales para la estructura lateral como se describió anteriormente). 2. Para la opción Tailwater Connection en el editor de Lateral Structure, seleccione Type as Storage Area/2D Flow Area. Luego, desde el campo SA / 2D FA, seleccione el nombre del área de flujo 2D que se conectará a la estructura lateral presionando el botón Set SA/2DFA y seleccionando el nombre del área de flujo 2D. En este ejemplo, el nombre del área de flujo 2D es “Área interior 2D” (consulte la Figura 3-31).

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Figura 3-31. Editor de estructura lateral con conexión de agua de cola a un área de flujo 2D.

3. Luego, seleccione el botón Weir / Embankment en el lado izquierdo de la ventana gráfica. Esto abrirá el editor que permitirá al usuario definir el perfil superior del terraplén, así como determinar cómo se conecta la estructura lateral a las secciones transversales del río 1D (el lado de la cabecera de la estructura) y al área 2D puntos de cara (el lado de la cola de la estructura), como se muestra en la Figura 3-32.

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Figura 3-32. Editor de estructura lateral con datos de Estación / Elevación de estructura y Estacionamiento de puntos faciales 2D.

Como se muestra en la Figura 3-32, el usuario realiza el proceso normal de ingresar una Estructura Lateral en HEC-RAS ingresando: ancho de vertedero, coeficiente de vertedero, distancia HW (Headwater) a XS aguas arriba, y la estación de vertedero y puntos de elevación . Esto definirá la parte superior del perfil de la estructura lateral (dique). Para la conexión HW a las secciones transversales 1D, el usuario puede usar el valor predeterminado, que consiste en que HEC-RAS calcule la intersección de las secciones transversales 1D con la estructura lateral en función de las longitudes de alcance del banco lateral de la sección transversal (o en función del lateral estructura los datos geoespaciales, si el usuario ingresa las coordenadas geoespaciales para la estructura lateral) y la ubicación del perfil de vertedero de Estructura Lateral (consulte el Capítulo 6 del Manual del usuario de HEC-RAS, sección "Introducción y edición de datos de estructura lateral", para una discusión más detallada). O el usuario puede elegir la opción llamada User Defined Weir Stationing para ingresar sus propias ubicaciones de intersección entre las secciones transversales 1D y la Estación de vertedero de estructura lateral. Para ver y / o editar los datos de conexión de Headwater, presione el botón etiquetado HW Connections desde el editor Lateral Weir Embankment. Cuando lo haga, aparecerá una ventana como se muestra en la Figura 3-33. En este ejemplo, las secciones transversales del río 1D.

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HEC-RAS está alineando automáticamente con la estación de vertedero de estructura lateral. Este ejemplo también muestra que se ingresaron datos geoespaciales para la línea central de la estructura lateral, por lo que la opción para que el usuario ingrese sus propias conexiones desde las secciones transversales 1D a la estructura lateral no está disponible.

Figura 3-33. Tabla de conexión de agua de cabecera para una estructura lateral.

Para la conexión de agua de cola al área de flujo 2D, el usuario puede seleccionar el valor predeterminado (HEC-RAS calculará la conexión entre el estacionamiento del vertedero de estructura lateral y los puntos faciales del área de flujo 2D), o puede definir su propia conexión entre el lateral Estación de vertedero de estructura y los puntos faciales del área de flujo 2D. Para ver y / o editar los datos de conexión de Tailwater, presione el botón etiquetado TW Connections desde el editor Lateral Weir Embankment. Cuando lo haga, aparecerá una ventana como se muestra en la Figura 3-34. En este ejemplo, HEC-RAS conecta automáticamente la estación de vertedero de estructura lateral a los puntos frontales del área de flujo 2D. Este ejemplo también muestra que los datos geoespaciales se ingresaron para la línea central de la estructura lateral, por lo que la opción para que el usuario ingrese sus propias conexiones desde los puntos frontales del área de flujo 2D hasta el estacionamiento del vertedero de la estructura lateral no está disponible.

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Figura 3-34. Tabla de conexión de agua de cola para una estructura lateral.

4. El último paso es asegurarse de que los puntos faciales del área de flujo 2D estén correctamente vinculados al estacionamiento de la estructura lateral. El enlace de Tailwater se realiza automáticamente por HEC-RAS, pero el usuario puede anular lo que hace (como se describió anteriormente). De manera predeterminada, el software presentará la tabla Tailwater Connection establecida en Estación de vertedero predeterminada calculada. En este modo, HEC-RAS determinará automáticamente las conexiones entre la estructura lateral y el área de flujo 2D. Esto significa que HEC-RAS encontrará los puntos frontales del área de flujo 2D que comienzan en el extremo aguas arriba de la estructura y van a lo largo de la estructura hasta el extremo aguas abajo. Generalmente, una estructura lateral no comenzará exactamente en un punto frontal del área de flujo 2D. Por lo tanto, HEC-RAS seleccionará el punto frontal justo aguas arriba de la estructura lateral para iniciar la conexión. Este punto normalmente recibirá un vertedero negativo, lo que significa que en realidad está corriente arriba de la estructura lateral por esa distancia. Entonces, el estacionamiento de vertedero cero está en realidad entre dos puntos de la cara. El segundo punto de la cara en la tabla será el siguiente punto aguas abajo y tendrá un posicionamiento de vertedero positivo. Este estacionamiento representará qué tan lejos está el extremo aguas arriba del vertedero lateral de ese Punto de Cara, a lo largo de la longitud / estacionamiento del vertedero lateral.

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El usuario tiene la opción de ingresar a mano los puntos faciales y el vertedero de Estructura Lateral. Esto se hace seleccionando User Defined Weir Stationing en la ventana de Conexión de Tailwater. Una vez que el usuario ha seleccionado User Defined Weir Stationing, puede ingresar / cambiar / modificar la tabla como mejor le parezca. Sin embargo, el usuario debe recordar no omitir ningún punto de la cara como se discutió anteriormente. Para conectar una estructura lateral HEC-RAS a un área de flujo 2D a mano, el usuario ingresa los números de los puntos faciales, de arriba a abajo, que se vincularán con el estacionamiento del perfil de vertedero de estructuras laterales. Si la estructura lateral no comienza en un punto de la cara, comience con el punto de la cara que está justo aguas arriba del comienzo de la estructura lateral. Además, continúe ingresando Puntos de cara hasta que haya pasado el final de la estructura lateral. Los números de Face Point deben estar en el orden en que están etiquetados en el límite del área de flujo 2D, comenzando hacia arriba y hacia abajo. Nota: El usuario no puede omitir (excluir) ninguno de los números de punto de cara. Si se omiten algunos puntos de la cara a lo largo del límite, el modelo no se ejecutará y aparecerá un mensaje de error que indica que la conexión al área de flujo 2D es incorrecta. Nota: Si el usuario realiza algún cambio (como agregar, mover o eliminar centros de celdas) que hace que la malla de celdas se regenere, los números y las ubicaciones de los puntos faciales pueden cambiar y el usuario ingresó las intersecciones de los puntos faciales que ya no son válidas. A veces, la longitud gráfica del vertedero se muestra más larga o más corta que la longitud real. Esto ocurre cuando la estructura lateral está en el exterior o en el interior de una curva, y el usuario no ha ingresado ninguna información geoespacial para la tabla de la línea central de la estructura lateral. Cuando esto ocurre, las conexiones automáticas de los puntos faciales HECRAS se ajustarán de manera que el vertedero de la estructura lateral se alinee con los puntos faciales correctos. Esto se hace calculando la longitud total a lo largo del área de flujo 2D, desde el Punto de Cara hasta el Punto de Cara, luego proporcional esas longitudes en función de la Longitud total de la Estructura Lateral dividida por la longitud total a lo largo de los Puntos de Cara del área de flujo 2D. Si el usuario elige ingresar a la conexión de Tailwater utilizando el Estacionamiento de vertedero definido por el usuario, entonces el usuario debe determinar las intersecciones por su cuenta. Una forma de hacerlo es medir las longitudes a lo largo de los puntos de la cara, y luego usar Excel para reducir las longitudes para igualar la longitud de la estructura verdadera, multiplicando las longitudes calculadas de los puntos de la cara por la relación de la longitud de la estructura verdadera dividida por la longitud gráfica de la estructura. Una vez que el usuario ha ingresado todos los datos para la estructura Lateral, incluidos los enlaces al área de flujo 2D, presione el botón OK para cerrar el editor Lateral Weir Embankment, luego cierre el editor de Estructura Lateral (a menos que el usuario necesite / quiera agregar puertas, alcantarillas, curvas de clasificación, etc. para definir mejor los detalles de la estructura lateral). El editor geométrico HEC-RAS ahora mostrará una línea negra gruesa a lo largo de los puntos de cara del área 2D, para mostrarle dónde está conectada la estructura lateral al área de flujo 2D (consulte la Figura 3-35). Si esta línea negra no sigue todos los puntos faciales apropiados del área de flujo 2D, entonces hay un error en la tabla de conexión del área de flujo 2D. Por lo tanto, la línea negra gruesa se puede usar como guía para ayudar a identificar si la Estructura Lateral está conectada correctamente al área de flujo 2D. La línea negra representa las caras 2D que están conectadas a la estructura lateral. La línea negra siempre comenzará y se detendrá al principio o al final de una cara 2D. 73

(Punto de cara). En la parte superior de la línea negra hay una línea discontinua roja, la línea roja representa el lugar donde HEC-RAS ha vinculado la estructura lateral al límite del área de flujo 2D. La línea roja puede comenzar y detenerse en medio de una cara 2D. La línea roja muestra al usuario la ubicación exacta de cómo se conecta el área 2D a la estructura lateral.

Figura 3-35. Editor geométrico HEC-RAS que muestra una línea negra gruesa para la conexión de una estructura lateral a los puntos faciales del área de flujo 2D.

Para este ejemplo, también se ha agregado una ubicación / datos de incumplimiento para el análisis de este dique superior. En la Figura 3-35 se muestra el editor de datos de infracción de dique (estructura lateral) con los datos de este dique.

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Figura 3-36. Editor de datos de infracción de dique (estructura lateral), con datos de infracción para el dique aguas arriba.

Para este ejemplo específico, se agregará una segunda estructura lateral adicional en el extremo inferior del área de flujo 2D. Esta estructura lateral se usará para modelar el flujo que se acumula en el interior del área protegida, luego fluye de regreso sobre la parte superior del dique (estructura lateral) hacia el sistema fluvial 1D. Consulte la Figura 3-37 para conocer la extensión de este dique aguas abajo. El dique (estructura lateral) se resalta en rojo.

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Figura 3-37. Editor geométrico HEC-RAS con dique descendente (estructura lateral) resaltado en rojo.

La estructura lateral aguas abajo en este ejemplo comienza en River Station 7300, y recorre todo el límite aguas abajo del área protegida, atando a terreno alto en el extremo aguas abajo. El editor de Estructura Lateral para este Dique se muestra en la Figura 3-38.

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Figura 3-38. Dique aguas abajo (estructura lateral) con una conexión de agua de cola al área de flujo 2D.

En la Figura 3-39, se muestra el editor Weir Embankment, con los datos para el estacionamiento y las elevaciones de la Estructura Lateral, así como el acceso a la Estructura Lateral que se vincula a las secciones transversales 1D (Conexiones HW) y los Puntos de Cara del área de flujo 2D ( Conexiones TW).

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Figura 3-39. Editor de terraplén de vertedero lateral con datos para el dique aguas abajo y vinculado al área de flujo 2D Puntos de cara

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Estructura lateral Coeficientes de vertedero En general, los coeficientes de vertedero de la estructura lateral deben ser inferiores a los valores típicos utilizados para vertederos en línea. Además, cuando se usa una estructura lateral (es decir, la ecuación del vertedero) para transferir el flujo del río (región 1D) a la llanura de inundación (área de flujo 2D), entonces los coeficientes del vertedero que se usan deben ser muy bajos, o demasiado flujo. Será transferido. A continuación se muestra una tabla de pautas generales para los coeficientes de vertedero lateral en diferentes condiciones: Tabla 3-1. Coeficientes de vertedero latera Lo que se modela con la Gama de coeficientes Descrupción estructura lateral de vertedero 1.5 a 2.6 (2.0 por Forma de vertedero con defecto) Dique / carretera: 3 pies o cresta ancha, el flujo sobre el más sobre el suelo natural dique / carretera actúa como Unidades SI: 0.83 a flujo de vertedero 1.43 Forma de vertedero con 1.0 a 2.0 cresta ancha, el flujo sobre el Dique / carretera: 1 a 3 pies dique / carretera actúa como Unidades SI: 0.55 a elevados sobre el suelo flujo de vertedero, pero se 1.1 sumerge fácilmente. Realmente no actúa como un 0.5 a 1.0 Barrera natural de terreno vertedero, pero el agua debe alto - 1 a 3 pies de altura fluir sobre terreno alto para Unidades SI: 0.28 a llegar al área de flujo 2D. 0.55 0.2 a 0.5 Terreno elevado no elevado. Flujo por tierra que escapa Estructura Lat no elevada del río principal. Unidades SI: 0.11 a sobre el suelo 0.28

Nota: El mayor problema que tienen los usuarios de HEC-RAS al conectar los ríos 1D con las áreas de flujo 2D es usar un coeficiente de vertedero que es demasiado alto para la situación que se está modelando. Si la estructura lateral es realmente solo una interfaz de flujo terrestre entre el río 1D y la llanura de inundación 2D, entonces se debe usar un coeficiente de vertedero en el rango de 0.2 a 1.0 para obtener la transferencia de flujo correcta y mantener el modelo estable. Sin embargo, los coeficientes de vertedero deben calibrarse para producir resultados razonables siempre que sea posible. Nota: Un segundo problema es la inmersión del vertedero. Cuando una estructura lateral se sumerge mucho, HEC-RAS utiliza una curva de inmersión del vertedero para calcular la reducción del flujo sobre el vertedero. La curva es muy empinada (es decir, la reducción del flujo cambia dramáticamente) entre el 95% y el 100% de inmersión. Esto puede causar oscilaciones y posibles problemas de estabilidad del modelo. Para reducir estas oscilaciones, el usuario puede hacer que HEC-RAS use una curva más suave de inmersión inclinada yendo a la 1D "Opciones y tolerancias computacionales" y configurando el campo etiquetado como "Exponente de caída de inmersión de flujo de vertedero" a 3.0. 79

Conexión directa de un alcance río arriba a un área de flujo 2D aguas abajo Los usuarios pueden conectar un 1D River Reach directamente a un área de flujo 2D. Cuando se utiliza este tipo de condición límite, la última sección transversal del Alcance del río 1D debe estar alineada con el límite aguas arriba del área de flujo 2D (es decir, la última sección transversal del alcance 1D está directamente vinculada al límite del Área 2D, por lo que deben estar en la misma ubicación exacta). Vea el ejemplo que se muestra en la Figura 3-40.

Figura 3-40. Ejemplo de un alcance de río 1D aguas arriba conectado a un área de flujo 2D aguas abajo.

Para este tipo de condición límite, el alcance 1D River Reach pasa el flujo cada vez al área de flujo 2D, mientras que la etapa en la sección transversal se basa en la elevación de la superficie del agua en las celdas 2D a las que está conectada. El flujo se distribuye a las celdas 2D en función de la distribución de transporte en la sección transversal y el estacionamiento de las celdas vinculadas a la sección transversal. La etapa calculada para la sección transversal 1D se basa en calcular una etapa ponderada de transporte desde las celdas límite conectadas en el área de flujo 2D, y luego forzar esa etapa en la sección transversal 1D en cada paso.

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Este tipo de condición límite solo debe colocarse en áreas donde el flujo y la etapa son de naturaleza altamente unidimensional. Si el flujo no es altamente unidimensional, es posible que deba activar la opción para permitir que el programa itere de un lado a otro entre los cálculos 1D y 2D durante cada paso de tiempo, hasta que el flujo y la etapa calculados en la conexión de límite converjan dentro de una tolerancia especificada por el usuario. Si el flujo es altamente unidimensional, las iteraciones 1D a 2D generalmente no son necesarias para este tipo de condición límite. Para conectar un alcance de río 1D a un área de flujo 2D, haga lo siguiente: ▪ ▪ ▪

Dibuje el polígono de área 2D de modo que el límite exterior en el extremo aguas arriba esté justo encima de la última sección transversal del Alcance del río 1D. Vaya al menú Edit del Geometric Data editor y active la Opción Move Points/Objects. Mueva el último punto de la línea central de la corriente dentro del área de flujo 2D. El software le preguntará si desea conectar el 1D River Reach al área de flujo 2D. Seleccione Yes.

Este tipo de conexión entre una sección transversal 1D y un área 2D requiere que lo siguiente sea verdadero: ▪ ▪ ▪ ▪

La ubicación para este tipo de conexión debe ubicarse donde el flujo sea altamente unidimensional (la superficie del agua es relativamente horizontal y las líneas de flujo son perpendiculares a la sección transversal 1D). La sección transversal 1D está exactamente encima del límite del área 2D que también está conectada. El terreno que define la sección transversal 1D debe ser exactamente el mismo que el terreno a lo largo del límite del área de flujo 2D donde está conectado a la sección transversal 1D. Los coeficientes de rugosidad de Manning deben ser exactamente los mismos espacialmente a lo largo de la sección transversal y el límite del área de flujo 2D que también está conectado.

Una vez que el área de flujo 2D y el alcance del río 1D están conectados, el software dibujará una línea negra a lo largo del límite exterior de las celdas del área de flujo 2D para mostrar al usuario cómo está conectado. La línea negra representa las caras de celda 2D a las que está conectada la sección transversal 1D. Se dibuja una línea roja encima de la línea negra. La línea roja representa lo que HEC-RAS cree que es la ubicación exacta de donde comienza y se detiene la sección transversal 1D a lo largo del límite del Área de flujo 2D. La línea roja es lo que HECRAS está utilizando para determinar qué porción de la sección transversal 1D corresponde a las caras del área de flujo 2D. Eso es todo lo que hay que hacer para la conexión. Cuando un 1D River Reach está conectado a un área 2D, el usuario deberá definir las condiciones iniciales para el 1D Reach y el área 2D. Las condiciones iniciales para el Área 2D pueden ser: establecer una elevación de agua única; establecer usando un archivo "Reiniciar" de una ejecución anterior; o el usuario puede seleccionar ejecutar un período de calentamiento al comienzo de la ejecución, en el que los límites de flujo y etapa conectados al área 2D se aplicarán lentamente con el tiempo.

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NOTA: cuando un alcance 1D está conectado a un área 2D, el área 2D debe tener agua en la zona de conexión. Si no es así, el modelo se volverá inestable de inmediato. El solucionador de flujo inestable 2D puede manejar la "humectación" y el "secado" de las células. Sin embargo, el solucionador de flujo inestable 1D (en este momento) no puede manejar secciones transversales "secas". Por lo tanto, una superficie de agua "húmeda" en el límite 1D / 2D debe establecerse al comienzo de la ejecución y mantenerse durante la simulación. Si no se utiliza un archivo de reinicio, HEC-RAS calculará las superficies de agua de inicio en dos partes distintas. La primera parte es la fase de "condición inicial". Para la fase de condición inicial, las superficies de agua se determinan para cualquier área 2D que comience a mojarse y el remanso inicial se determina para todos los alcances 1D. Cada área 2D que tiene una conexión directa con un alcance 1D debe tener suficiente agua para proporcionar una superficie de agua en todas y cada una de las conexiones del límite 1D. El usuario puede especificar una superficie de agua 2D inicial y / o utilizar la opción de Aumento de condiciones iniciales 2D (esto es muy recomendable). Para configurar la opción de Aumento de condiciones iniciales en 2D, vaya a la ventana Unsteady Flow Analysis, luego seleccione Opciones de Calculation and Tolerances en el menú Opciones. Seleccione la pestaña 2D Flow Options. Ingrese un tiempo en horas para cada una de las áreas de flujo 2D en Initial Conditions Time (hrs). Este es el momento en que cada área de flujo 2D se ejecutará por sí sola al principio para establecer unas buenas condiciones iniciales dentro de esa área de flujo 2D. Durante esta fase, el programa puede alternar entre las áreas 2D y los alcances 1D para determinar los flujos y las superficies de agua en los límites. Si el extremo aguas arriba de un alcance 1D está conectado directamente a un área 2D y el usuario ha especificado un flujo inicial para este alcance, entonces el programa usará ese flujo durante las condiciones iniciales. Si no se especifica un flujo inicial, el programa intentará determinar este flujo automáticamente. Si el extremo aguas abajo de un alcance 1D está conectado, entonces no hay nada que el usuario pueda especificar. El programa intentará determinar primero la superficie del agua en el área 2D, lo que permitirá un límite de etapa para el alcance 1D. Si esto no es posible, se puede utilizar inicialmente un límite de profundidad crítica. La segunda parte para determinar las superficies de agua de partida es el período de calentamiento opcional. Este es el mismo período de calentamiento que 1D siempre ha tenido, excepto que ahora también incluye las áreas 2D. Como se explicó anteriormente, debe haber una superficie de agua válida en los límites 1D / 2D antes del período de calentamiento y / o que comience la simulación principal.

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Conexión directa de un área de flujo 2D aguas arriba a un alcance río abajo Los usuarios pueden conectar directamente un área de flujo 2D aguas arriba a un río 1D río abajo. Cuando se utiliza este tipo de condición de límite, la primera sección transversal del Alcance del río 1D debe estar alineada con el límite aguas abajo del área de flujo 2D (es decir, la primera sección transversal del alcance 1D está directamente vinculada al límite aguas abajo de el área 2D, por lo que deben estar en la misma ubicación exacta). Vea el ejemplo que se muestra en la Figura 3-41.

Figura 3-41. Ejemplo de un área de flujo 2D aguas arriba conectada a un río 1D río abajo.

Para este tipo de condición límite, el área de flujo 2D pasa el flujo cada vez al paso del río 1D, mientras que la etapa en el área de flujo 2D se basa en la etapa en la sección transversal 1D que también está conectada. El flujo se pasa a la sección 1D agregando todos los flujos dejando las celdas 2D en el límite para cada paso de tiempo. La etapa para el límite de aguas abajo del área de flujo 2D se establece en la etapa calculada de la sección transversal 1D cada paso de tiempo. Este tipo de condición límite solo debe colocarse en áreas donde el flujo y la etapa son de naturaleza altamente unidimensional. Si el flujo no es altamente unidimensional, el usuario deberá activar la opción para permitir que el programa repita de un lado a otro los cálculos 1D y 2D durante cada paso de tiempo, hasta que el flujo y la etapa calculados en la conexión límite no cambien dentro de una tolerancia especificada por el usuario. Incluso si el flujo es altamente unidimensional, las iteraciones 1D a 2D pueden ser necesarias para este tipo de condición límite, 83

dependiendo de qué tan rápido estén cambiando el flujo y la etapa, en comparación con el intervalo de cálculo seleccionado por el usuario.

Para conectar un área de flujo 2D aguas arriba directamente a un río 1D río abajo, haga lo siguiente: ▪ ▪ ▪

Dibuje el polígono del área de flujo 2D de modo que el límite exterior en el extremo aguas abajo esté justo encima de la primera sección transversal del tramo del río 1D. Vaya al menú Editar del editor de Datos geométricos y active la Opción para mover puntos / objetos. Mueva el primer punto de la línea central de la corriente dentro del área de flujo 2D. El software le preguntará si desea conectar el 1D River Reach al área de flujo 2D. Seleccione Sí

Este tipo de conexión entre un área 2D y una sección transversal 1D requiere que lo siguiente sea verdadero: ▪ La ubicación para este tipo de conexión debe ubicarse donde el flujo sea altamente unidimensional (la superficie del agua es relativamente horizontal y las líneas de flujo son perpendiculares a la sección transversal 1D). ▪ La sección transversal 1D está exactamente encima del límite del área 2D que también está conectada. ▪ El terreno que define la sección transversal 1D debe ser exactamente el mismo que el terreno a lo largo del límite del área de flujo 2D donde está conectado a la sección transversal 1D. ▪ Los coeficientes de rugosidad de Manning deben ser exactamente los mismos espacialmente a lo largo de la sección transversal y el límite del área de flujo 2D que también está conectado. Una vez que el área de flujo 2D y el alcance del río 1D están conectados, el software dibujará una línea negra a lo largo del límite exterior de las celdas del área de flujo 2D para mostrar al usuario cómo está conectado. La línea negra representa las caras de celda 2D a las que está conectada la sección transversal 1D. Se dibuja una línea roja encima de la línea negra. La línea roja representa lo que HEC-RAS cree que es la ubicación exacta de donde comienza y se detiene la sección transversal 1D a lo largo del límite del Área de flujo 2D. La línea roja es lo que HECRAS está utilizando para determinar qué porción de la sección transversal 1D corresponde a las caras del área de flujo 2D. Eso es todo lo que hay que hacer para la conexión. Nota: Cuando un área 2D está conectada a 1D River Reach, el usuario deberá definir las condiciones iniciales del área 1D Reach y 2D. Las condiciones iniciales para un área de flujo 2D aguas arriba no pueden ser secas. Las condiciones iniciales para un área 2D aguas arriba pueden ser: establecer en una sola elevación de agua; configurado con un archivo "Reiniciar" de una ejecución anterior; o el usuario puede seleccionar ejecutar un período de calentamiento al comienzo de la ejecución, en el cual los límites de flujo y etapa conectados al área 2D se aplicarán lentamente con el tiempo.

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Para la fase de condición inicial, las superficies de agua se determinan para cualquier área 2D que comience a mojarse y el remanso inicial se determina para todos los alcances 1D. Cada área 2D que tiene una conexión directa con un alcance 1D debe tener suficiente agua para proporcionar una superficie de agua en todas y cada una de las conexiones del límite 1D. El usuario puede especificar una superficie de agua 2D inicial y / o utilizar la opción de Aumento de condiciones iniciales 2D (esto es muy recomendable). Para configurar la opción de Aumento de condiciones iniciales en 2D, vaya a la ventana Análisis de flujo inestable, luego seleccione Opciones de cálculo y Tolerancias en el menú Opciones. Seleccione la pestaña Opciones de flujo 2D. Ingrese un tiempo en horas para cada una de las áreas de flujo 2D en el tiempo de condiciones iniciales (h) archivado. Este es el momento en que cada área de flujo 2D se ejecutará por sí sola al principio para establecer unas buenas condiciones iniciales dentro de esa área de flujo 2D.

Conexión de un área de flujo 2D a un área de almacenamiento utilizando una estructura hidráulica

Un área de flujo 2D se puede conectar directamente al área de almacenamiento mediante el uso de una estructura hidráulica llamada conector hidráulico del área de almacenamiento / área de flujo 2D (SA / 2D Area Conn). Vea el ejemplo en la Figura 3-42 a continuación.

Figura 3-42. Ejemplo de un área de almacenamiento conectada a un área de flujo 2D.

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En el ejemplo que se muestra en la Figura 3-42, el Área de almacenamiento está aguas arriba del área de flujo 2D, por lo que la dirección del flujo positivo es desde el área de almacenamiento hasta el área de flujo 2D. Por lo tanto, al definir la estructura hidráulica que conecta las dos áreas, el área de almacenamiento se considerará el lado de la cabecera y el área de flujo 2D se considerará el lado de la cola. Esto también se puede hacer de otra manera, en la que el área de flujo 2D está en el lado aguas arriba (Headwater) y el Área de almacenamiento está en el lado aguas abajo (Tailwater). Para el ejemplo que se muestra en la Figura 3-42, se está utilizando un Área de almacenamiento para representar un grupo de reservorios. La conexión hidráulica entre el Área de almacenamiento y el área de flujo 2D es una presa (Conexión hidráulica de área SA / 2D) en este ejemplo. El área de flujo 2D se está utilizando para modelar la hidráulica del flujo aguas abajo de la presa. Para conectar hidráulicamente un área de almacenamiento a un área de flujo 2D, haga lo siguiente: ▪ ▪

▪

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Dibuje el polígono del área de almacenamiento hasta el borde de la estructura hidráulica. Esto puede estar tan cerca de la estructura hidráulica como se desee para propósitos de mapeo. Dibuje el límite exterior del área de flujo 2D hasta el otro lado de la estructura hidráulica. Esto también puede estar muy cerca de la estructura hidráulica. Sin embargo, tenga en cuenta que las elevaciones calculadas de la superficie del agua de las celdas límite del área 2D se utilizarán en los cálculos hidráulicos sobre / a través de la estructura (no coloque celdas muy pequeñas en la superficie de un terraplén empinado). En general, la superficie del agua calculada para las celdas 2D debe representar lo que el usuario desea para la superficie del agua en los cálculos hidráulicos del flujo sobre y a través de la estructura hidráulica. Es decir, no coloque celdas muy pequeñas en la superficie de un terraplén empinado porque las celdas límite pequeñas pueden terminar con una superficie de agua de transición que se encuentra entre las superficies de "agua de cabeza" y "agua de cola". Si esto sucede, la precisión de los cálculos hidráulicos a través de la estructura puede verse reducida. Nota: Para cualquier alcantarilla y / o compuerta, la elevación mínima de la alcantarilla / compuerta no debe estar por debajo de la elevación mínima de la celda a la que está conectada. Esta es otra razón para usar celdas que son lo suficientemente grandes como para abarcar al menos hasta el fondo del terraplén. Seleccione la herramienta de dibujo en la parte superior del editor de Datos Geométricos con la etiqueta SA / 2D Area Conn. Luego dibuje una línea directamente en el centro de la estructura hidráulica que se utilizará para conectar las dos áreas de flujo. Dibuje esta línea de izquierda a derecha mirando hacia abajo. Así es como HEC-RAS detectará lo que está aguas arriba (aguas arriba) y lo que está aguas abajo (aguas de cola). La interfaz solicitará una etiqueta para definir la estructura hidráulica. Vea la línea roja que se muestra en la Figura 3-42. Luego, seleccione Storage Area/ 2D flow area Hydraulic Connection (SA / 2D Area Conn) editor en el panel izquierdo Geometric Data editor. Esto abrirá el editor que se muestra en la Figura 3-43.

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Figura 3-43. Editor de conexión hidráulica de área SA / 2D.

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En el editor de SA/2D Area Conn, configure From and To seleccionando los botones etiquetados Set SA/2D Area. Para este ejemplo, el área de almacenamiento etiquetada como "Reservoir Pool" es el elemento From, y el área de flujo 2D etiquetada como "BaldEagleCr" es el To element. Ingrese toda la información de la estructura hidráulica para la conexión. Esto consistirá en un perfil de vertedero / terraplén, y cualquier salida hidráulica adicional, como alcantarillas, compuertas, etc. En el ejemplo que se muestra en la Figura 3-43, hay un terraplén con un vertedero de emergencia definido, y también hay bajo flujo Puertas definidas.

Esto es todo lo que se necesita para este tipo de conexión hidráulica. HEC-RAS calcula automáticamente el estacionamiento a lo largo de la línea central dibujada para la estructura hidráulica, y luego lo alinea con el límite exterior del área de flujo 2D en función de su ubicación espacial.

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La conexión al área de almacenamiento es muy simple, ya que solo puede tener una elevación de la superficie del agua dentro del área de almacenamiento en cada paso.

Conexión de un área de flujo 2D a otra área de flujo 2D utilizando una estructura hidráulica

Las áreas de flujo 2D se pueden conectar directamente a otras áreas de flujo 2D mediante el uso de una estructura hidráulica llamada Storage Area/ 2D flow area Hydraulic Connector (SA / 2D Area Conn). Vea el ejemplo a continuación en la Figura 3-44.

Figura 3-44. Ejemplo de conectar un área de flujo 2D a otra área de flujo 2D con una estructura hidráulica.

En el ejemplo que se muestra en la Figura 3-44, hay un área de flujo 2D aguas arriba de otra área de flujo 2D, por lo que la dirección de flujo positiva es desde el área de flujo 2D aguas arriba hasta el área de flujo 2D aguas abajo. Al definir la estructura hidráulica que conecta las dos áreas, el área de flujo 2D aguas arriba se considerará el lado de la cabecera, y el área de flujo 2D aguas abajo se considerará el lado del agua de cola. La conexión hidráulica entre las dos áreas de flujo 2D hay una presa en este ejemplo. El área de flujo 2D aguas abajo se está utilizando para modelar la hidráulica del flujo aguas abajo de la presa.

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Para conectar hidráulicamente un área de flujo 2D a otra área de flujo 2D, haga lo siguiente: ▪ Dibuje el polígono del área de flujo 2D aguas arriba hasta el borde de la estructura hidráulica. Esto debería estar relativamente cerca de la estructura hidráulica para propósitos de mapeo. ▪ Dibuje el límite exterior del área de flujo 2D aguas abajo hasta el otro lado de la estructura hidráulica. Esto también puede estar muy cerca de la estructura hidráulica, sin embargo, tenga en cuenta que las elevaciones calculadas de la superficie del agua de las celdas límite del área 2D se utilizarán en los cálculos hidráulicos sobre / a través de la estructura (es decir, no pequeñas células en la cara de un terraplén empinado). En general, las superficies de agua computadas de las celdas 2D deben representar lo que el usuario desea que se use en los cálculos hidráulicos del flujo sobre y a través de la estructura hidráulica. ▪ Seleccione la herramienta de dibujo en la parte superior del editor de Datos Geométricos con la etiqueta SA / 2D Area Conn. Luego dibuje una línea directamente en el centro de la estructura hidráulica que se utilizará para conectar las dos áreas de flujo. La interfaz le pedirá al usuario una etiqueta para definir la estructura hidráulica. Vea la línea roja que se muestra en la Figura 3-44. ▪ Luego, seleccione Storage Area/ 2D flow area Hydraulic Connection (SA / 2D Area Conn) editor en el panel izquierdo del Geometric Data Editor. Esto abrirá el editor que se muestra en la Figura 3-45.

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Figura 3-45. Editor de conexión hidráulica de área SA / 2D.

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▪

En el editor de SA/2D Area Conn, configure From and To seleccionando los botones etiquetados Set SA/2D Area. En este ejemplo, el área de flujo 2D aguas arriba denominada " Upper 2D Area " es el elemento From, y el área de flujo 2D etiquetada "BaldEagleCr" es To element. Ingrese toda la información de la estructura hidráulica para la conexión. Esto consistirá en un perfil de vertedero / terraplén y cualquier salida hidráulica adicional, como alcantarillas, compuertas, etc. En el ejemplo que se muestra en la Figura 3-45, hay un terraplén con un vertedero de emergencia definido, y también hay flujo bajo Puertas definidas.

Esto es todo lo que se necesita para este tipo de conexión hidráulica. HEC-RAS calcula automáticamente el estacionamiento a lo largo de la línea central dibujada para la estructura hidráulica, y luego lo alinea con el límite exterior de las áreas de flujo 2D aguas arriba y aguas abajo en función de su ubicación espacial.

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Múltiples áreas de flujo 2D en un solo archivo de geometría HEC-RAS tiene la capacidad de tener cualquier número (dentro de las limitaciones de memoria de la computadora) de áreas de flujo 2D separadas dentro del mismo archivo de geometría. Se pueden agregar múltiples áreas de flujo 2D de la misma manera que las áreas de almacenamiento. Las conexiones hidráulicas pueden hacerse desde áreas de flujo 2D a elementos 1D, así como entre áreas de flujo 2D. Vea el ejemplo en la Figura 3-46.

Figura 3-46. Múltiples áreas de flujo 2D en un solo archivo de geometría.

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Estructuras hidráulicas dentro de áreas de flujo 2D HEC-RAS tiene la capacidad de agregar estructuras hidráulicas dentro de las áreas de flujo 2D. Esto se logra utilizando la opción SA / 2D Area Conn para hacer una estructura hidráulica en el medio de un área de flujo 2D. La estructura hidráulica debe colocarse a lo largo de las caras de las celdas 2D (las caras de las celdas 2D controlan el movimiento del flujo). Ver Figura 3-47.

Figura 3-47. Ejemplo de estructura hidráulica dentro de un área de flujo 2D.

Las estructuras hidráulicas internas se pueden utilizar para modelar lo siguiente: 1. Tipo de estructura Vertedero: Flujo que pasa por encima de diques, carreteras, vertederos, vertederos, etc. El usuario tiene la opción de modelar el desbordamiento con las ecuaciones de flujo inestable 2D o una ecuación de vertedero. El usuario también tiene la opción de romper el terraplén durante la ejecución. 2. Tipo de estructura Weir and Gates: puede modelar todo lo discutido en el no. 1 arriba. Además, puede agregar puertas a través del terraplén. Las puertas se pueden controlar de muchas maneras desde el editor de datos de flujo inestable. Si coloca una compuerta en la estructura hidráulica, ambas celdas que están conectadas (lados de agua de cabecera y cola) deben tener datos del terreno que sean más bajos que las elevaciones invertidas de la compuerta. Además, el volumen de agua disponible en las celdas conectadas debe ser coherente con lo que se puede calcular a través de la puerta. Esto es especialmente cierto a bajo flujo. Un problema común es cuando una compuerta se coloca justo en la parte inferior de una celda, luego, para elevaciones de la superficie de aguas muy poco profundas, el caudal calculado a través de la compuerta saca 92

todo el volumen de agua de la celda en un solo paso, lo que induce Una inestabilidad computacional. 3. Tipo de estructura Vertedero y alcantarillas: puede modelar todo lo discutido en el no. 1 arriba, y también puede poner alcantarillas a través del terraplén. Las alcantarillas se pueden configurar para flujo bidireccional (el valor predeterminado), o el usuario puede encender las compuertas de la aleta y elegir una dirección de flujo (esto limita el flujo a un solo sentido a través de la alcantarilla. Si coloca una alcantarilla en la estructura hidráulica, ambas las celdas que también están conectadas (aguas de cabecera y de cola) deben tener datos del terreno que sean más bajos que las elevaciones invertidas de la alcantarilla. Además, el volumen de agua disponible en las celdas conectadas debe ser coherente con lo que se puede calcular a través de la alcantarilla Esto es especialmente problemático a bajo flujo. Un problema común es cuando una alcantarilla se coloca justo en el fondo de una celda, luego, para elevaciones superficiales de aguas muy poco profundas, la velocidad de flujo calculada a través de la alcantarilla saca todo el volumen de agua de la célula en un solo paso, lo que induce una inestabilidad computacional. Nota: Actualmente, las estructuras hidráulicas internas están limitadas a células de conexión a lo largo de las caras. Las salidas hidráulicas, como compuertas y alcantarillas, solo se pueden conectar desde las celdas en un lado de la estructura a las celdas en el otro lado de la estructura. En versiones futuras permitiremos que las alcantarillas, puertas, etc. se conecten a las celdas aguas arriba y aguas abajo de la estructura que están a cierta distancia de la estructura (es decir, podrá especificar las coordenadas X e Y de la entrada de la alcantarilla o puerta y salir). Para agregar una estructura hidráulica dentro de un área de flujo 2D, haga lo siguiente: ▪

▪

Primero, seleccione la herramienta de Dibujo en la parte superior del editor de Datos Geométricos con la etiqueta SA / 2D Area Conn. Luego dibuje una línea directamente hacia el centro de la estructura hidráulica (Nota: esta línea debe dibujarse de izquierda a derecha, mientras mira desde lo que se considera río arriba o río abajo. Así es como el programa calcula lo que se considera el lado de cabecera y el lado de cola. Esta línea representará la estructura hidráulica que se utilizará para conectar las celdas de las áreas de flujo 2D de un lado con el otro lado. La interfaz solicitará una etiqueta para definir el nombre de la estructura hidráulica. Luego, modifique la malla del área de flujo 2D para que las caras de las celdas vayan a lo largo de la línea central de la parte superior de la estructura hidráulica. Para hacer esto, haga clic izquierdo en la línea central de la estructura hidráulica y seleccione la opción llamada Editar espacio de celda de conexión interna (línea de corte). Aparecerá una ventana en la que permitirá al usuario ingresar un espacio entre celdas mínimo y máximo para crear celdas a lo largo de la línea central de la estructura hidráulica. De manera predeterminada, usará el tamaño de celda nominal para espaciar celdas a lo largo de la línea central de la estructura hidráulica, sin embargo, el usuario puede cambiar el espaciado de celdas a lo largo de la estructura para obtener más detalles a lo largo de la estructura hidráulica. Este paso es una opción, pero generalmente es una buena idea establecer celdas a lo largo de la estructura con un tamaño apropiado. A continuación, haga clic izquierdo en la línea central de la estructura hidráulica y seleccione la opción denominada Enforce Internal Connection como Break Line en el área de flujo 2D. Cuando se selecciona esta opción, el software utilizará la línea central 93

de la estructura y la información de espacio entre celdas para crear celdas a lo largo de la línea central de la estructura que tengan caras exactamente a lo largo de la línea central. Este es un paso necesario para obtener la malla 2D correctamente desarrollada para incorporar los datos de la estructura hidráulica (datos de elevación de la estación; alcantarillas, compuertas, brechas, etc.) Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3-47, se modela un dique dentro de un área de flujo 2D única como una estructura hidráulica. La malla del área de flujo 2D se modificó para tener celdas en ambos lados del dique alineadas en la parte superior del dique. Esto requiere agregar un espacio de celda lo suficientemente pequeño a lo largo de la línea central de la estructura hidráulica (línea de ruptura) para obtener el detalle correcto. Sin embargo, no desea que las celdas sean tan pequeñas que las células bajen por el terraplén del dique, de modo que estas celdas sean muy empinadas. Las celdas empinadas en la parte posterior de un dique podrían causar que el modelo tenga problemas de estabilidad cuando el flujo sobrepase el dique (es decir, puede parecer que el flujo va sobre una caída de agua). Por lo tanto, haga que las celdas sean lo suficientemente grandes como para abarcar la pendiente del terraplén del dique y un poco del área alejada del pie del dique. ▪

Luego, seleccione el editor Área de almacenamiento / Área de flujo 2D Conexión hidráulica (SA / 2D Area Conn) editor en el panel izquierdo del Geometric Data Editor. Esto abrirá el editor que se muestra en la Figura 3-48.

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Figura 3-48. Ejemplo de uso de SA / 2D Area Conn para colocar una estructura hidráulica dentro de un área de flujo 2D.

El usuario puede definir datos de elevación de la estación para la estructura que sea igual o mayor que el terreno natural utilizando Weir/Embankment Editor. Además, se pueden agregar alcantarillas y aberturas cerradas a la estructura hidráulica (según el "Tipo de estructura" que se haya seleccionado). El usuario ingresó la línea de vertedero (estación / datos de elevación), las alcantarillas y las aberturas de la puerta, no pueden ser inferiores a la elevación mínima de las celdas a las que están conectados. Sin embargo, una elevación mínima de incumplimiento también puede ser inferior a las celdas a las que está conectada (aunque recibirá una advertencia al respecto). Si una brecha es más baja que las celdas, también está conectada, HEC-RAS disminuirá automáticamente las elevaciones de las celdas (tanto aguas arriba como aguas abajo) dinámicamente a medida que la brecha se erosiona por debajo de las elevaciones del suelo. El editor muestra líneas negras que representan las elevaciones mínimas de las celdas a cada lado de la estructura hidráulica interna. Estas líneas muestran al usuario tanto la elevación y estacionar cómo se conecta la estructura hidráulica a las celdas 2D a cada lado de la estructura. Los usuarios pueden hacer clic en cualquiera de estas líneas y obtener el número de celda de la conexión, así como el estacionamiento (estacionado a lo largo de la estructura hidráulica) y la elevación de la 95

celda. Además, la celda se resaltará en el editor de datos geométricos, para que pueda ver dónde vive esa celda espacialmente. El usuario tiene la opción de calcular el flujo que pasa por la parte superior de la estructura (Método de cálculo de desbordamiento) mediante la Ecuación de vertedero o el Dominio de ecuación 2D normal. Si se elige la ecuación de vertedero, todo el flujo sobre la parte superior de la estructura hidráulica se calcula con la ecuación de vertedero. Si se selecciona el dominio de ecuación 2D normal, el flujo sobre la parte superior de la estructura se calcula como flujo 2D normal entre celdas. En cualquier caso, el flujo a través de las alcantarillas y las compuertas se calcula por separado y se vincula entre las celdas a cada lado de la alcantarilla o la compuerta. Para una estructura altamente sumergida, donde el flujo no se comporta como el flujo de vertedero, la ecuación 2D generalmente dará mejores resultados, pero la ecuación 2D no es tan apropiada para el flujo de vertedero tradicional. Advertencia: La opción "Dominio de ecuación 2D normal" NO debe usarse si la altura de la estructura es alta, de modo que el agua que fluye sobre la estructura caerá en caída libre (como una cascada). Las ecuaciones 2D no se pueden resolver en una solución estable a través de una cascada. Para esta situación, el usuario deberá utilizar la opción "Ecuación de vertedero". Planeamos investigar si el programa cambia automáticamente entre la ecuación del vertedero y la ecuación 2D en función de la condición del flujo. Para ingresar los datos del terraplén de la estructura, seleccione el botón Weir / Embankment. Aparecerá el editor de terraplén, y el usuario puede ingresar datos de elevación de la estación que sean los mismos que el perfil del suelo, o pueden ingresar elevaciones que son más altas que el perfil del suelo para representar una estructura que no está representada con precisión por los datos del terreno.

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Área de flujo externo 2D Condiciones de contorno Visión de conjunto Además de conectar un área de flujo 2D a áreas de almacenamiento y alcances fluviales 1D, existen cinco tipos de condiciones límite externas que pueden vincularse directamente a las áreas de flujo 2D. Estos tipos de condiciones de contorno son: • Hidrograma de flujo • Hidrograma de escenario • Profundidad normal • Curva de calificación • Precipitaciones Las condiciones de contorno Normal Depth y la Rating Curve solo se pueden usar en ubicaciones donde el flujo saldrá de un área de flujo 2D. Las condiciones de límite de flujo y del hidrograma de la etapa se pueden usar para introducir o extraer flujo de un área de flujo 2D. Para un hidrograma de flujo, los valores de flujo positivo enviarán flujo a un área de flujo 2D, y los valores de flujo negativo sacarán el flujo de un área 2D. Para el Hidrograma de etapa, las etapas más altas que la superficie del suelo / agua en un área de flujo 2D enviarán flujo, y las etapas más bajas que la superficie del agua en el área de flujo 2D enviarán flujo. Si una celda está seca y la condición límite de la etapa es menor que la elevación mínima de la celda del área de flujo 2D, entonces no se transferirá ningún flujo. La condición de límite de precipitación se puede aplicar directamente a cualquier área de flujo 2D como una serie temporal de excesos de lluvia (en este momento no tenemos capacidades de intercepción / infiltración, estas estarán en versiones futuras). Para agregar condiciones de contorno externas a un área de flujo 2D, vaya a Geometry Data editor y seleccione la herramienta (botón) llamada SA/2D Area BC Lines (Figura 3-49). Una vez que se selecciona el botón llamado SA / 2D Area BC Lines, el usuario puede dibujar una línea a lo largo del límite exterior del Área 2D para establecer la ubicación de la condición del límite. Para crear la condición de límite externo, haga clic con el botón izquierdo del mouse una vez en la ubicación a lo largo del perímetro exterior del Área 2D donde debe comenzar la condición de límite. Luego, agregue puntos haciendo un solo clic a lo largo del perímetro, luego haga doble clic para finalizar la línea de condición de límite en el lugar donde debería terminar. Una vez que el usuario hace doble clic para finalizar la línea de condición de límite, la interfaz abrirá una ventana y le pedirá al usuario que ingrese un nombre para esta condición de límite. En el ejemplo que se muestra en la Figura 3-49, se ingresaron dos líneas de condición de límite de área de flujo 2D en el lado derecho del área de flujo 2D. Estas ubicaciones de condición de límite recibieron el nombre "DSNormalDepth" y "DS2NormalD", sin embargo, el usuario puede usar cualquier nombre que desee. El usuario puede agregar cualquier cantidad de condiciones límite externas a un área de flujo 2D. Por ejemplo, HEC-RAS permite una o más ubicaciones donde se puede conectar una condición de límite del Hidrograma de flujo (u otros tipos) a un área de flujo 2D única. El usuario también puede tener uno o más Hidrogramas de Etapa vinculados a la misma área de flujo 2D. El usuario puede tener curvas de clasificación y condiciones de límite de profundidad normal conectadas en múltiples ubicaciones para permitir que el flujo salga del área 2D. 97

¡ADVERTENCIA! No se pueden unir dos condiciones de contorno externo diferentes a la misma cara de celda. El usuario debe comenzar o finalizar en la celda adyacente.

Figura 3-49. Ejemplo de agregar una ubicación de condición de límite de área de flujo 2D externo.

Una vez que se han identificado todas las condiciones de contorno del área de flujo 2D (dibujadas con la herramienta SA / 2D Area BC Lines), el tipo de condición de contorno y los datos de la condición de contorno se ingresan en el editor Unsteady Flow Data. El editor de Unsteady Flow Data es donde el usuario selecciona el tipo de condición de límite e ingresa los datos de las condiciones de límite (consulte la Figura 3-50).

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Figura 3-50. Ejemplo de agregar condiciones de contorno externas directamente a un área de flujo 2D.

Como se muestra en la Figura 3-50, la tabla inferior en la pestaña Condiciones de contorno contendrá cualquiera de las ubicaciones de Condición de límite del área de flujo 2D que se ingresaron en el editor de Datos geométricos. Para ingresar una condición de límite de área de flujo 2D, seleccione el campo abierto para una ubicación particular, luego seleccione el tipo de condición de límite de los tipos de condiciones de límite activos en la parte superior de la ventana. Cuando se selecciona un área de flujo 2D, solo hay cuatro tipos de condiciones de contorno disponibles: Hidrograma de etapa; Hidrograma de flujo; Curva de calificación; y profundidad normal. Para el ejemplo que se muestra en la Figura 3-49, dos límites se establecieron líneas de condición para el área de flujo 2D. Estas dos líneas de condiciones de límite se están utilizando para permitir que el flujo salga del área de flujo 2D utilizando el método de condición de límite 99

de Profundidad normal (ecuación de Manning). Las líneas de condición de límite también se pueden colocar a lo largo de otras partes del área de flujo 2D para permitir que entre el flujo. En este caso, se puede usar el Hidrograma de flujo (para llevar el flujo directamente al Área 2D), o el tipo de condición de límite de Hidrograma de etapa . A continuación se muestra qué información se requiere para cada tipo de condición de límite conectado directamente a un área de flujo 2D. Hidrograma de flujo (Flow Hydrograph) Un hidrograma de flujo generalmente se usa para llevar el flujo a un área de flujo 2D, sin embargo, también se puede usar para sacar el flujo (valores de flujo negativos). Los datos requeridos para este tipo de condición de límite son: 1. Hidrograma de flujo (Q vs tiempo) 2. Pendiente de energía (para calcular la profundidad normal) La pendiente de energía se usa para calcular la profundidad normal a partir de la velocidad de flujo dada y los datos de la sección transversal (datos de terreno subyacentes) a lo largo de la línea de condición de límite para cada paso de tiempo computacional. Luego se calcula una distribución de flujo en la sección transversal (basada en la superficie del agua de profundidad normal y el transporte en la sección transversal) y esta distribución de flujo se usa para distribuir adecuadamente el flujo a las celdas a lo largo de la línea de condición de límite que están húmedas. En cualquier paso de tiempo dado, solo una parte de la línea de condición de límite puede estar húmeda, por lo tanto, solo las celdas en las que la elevación de la superficie del agua es más alta que el terreno de su límite exterior recibirán agua. Sin embargo, si la superficie de agua de Profundidad Normal calculada es más alta que todos los datos de elevación de la cara límite a lo largo de la Línea de Condición Límite, entonces todas las celdas recibirán agua según un enfoque de ponderación de transporte. Hidrograma de etapa (Stage Hydrograph) Se puede usar un Hidrógrafo de escenario para introducir o extraer flujo de un área de flujo 2D. Si la elevación de la superficie del agua en el hidrograma de la Etapa es mayor que la elevación de la superficie del agua de la celda (o elevación seca), el flujo pasará a las Celdas 2D. Cuando la elevación de la superficie del agua del Stage Hydrograph es más baja que la superficie del agua en el área de flujo 2D, el flujo saldrá del área 2D. Si una celda está seca y la condición límite de la etapa es menor que la elevación mínima de la celda del área de flujo 2D, entonces no se transferirá ningún flujo. El flujo se calcula por celda. Por ejemplo, si la superficie del agua del Hidrograma del escenario es más alta que la superficie del agua de algunas de las celdas límite 2D y más baja que la de otras celdas del límite 2D, el agua entrará y saldrá simultáneamente del límite del Hidrograma del escenario.

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Profundidad normal (Normal Depth) La condición de límite de profundidad normal solo se puede usar para extraer el flujo de un área de flujo 2D. Cuando se usa la condición de límite de Profundidad normal, el usuario debe ingresar una pendiente de fricción para esa área, tal como lo haría para una ubicación de sección transversal 1D. La pendiente de fricción debe basarse en la pendiente del terreno en la vecindad de la línea de condición de contorno del área de flujo 2D. La pendiente de fricción se usa en la ecuación de Manning para calcular una profundidad normal para cada flujo dado, en función de la sección transversal debajo de la línea de condición de contorno 2D. Al igual que el límite del Hidrograma del escenario, el límite de Profundidad normal se calcula por celda. Curva de calificación (Rating Curve) La opción Curva de calificación solo se puede usar para extraer el flujo de un área de flujo 2D. Se requiere que el usuario ingrese una relación Etapa (Elevación de la superficie del agua) versus flujo para esta opción. La curva de calificación también se aplica por celda. Precipitación (Precipitation) La opción Precipitación se puede usar para aplicar el exceso de lluvia (Lluvia menos pérdidas debido a la intercepción / infiltración) directamente a un área de flujo 2D. Para aplicar una condición de límite de precipitación a un área de flujo 2D (o área de almacenamiento), vaya al editor de datos de flujo inestable y seleccione el botón etiquetado Agregar área de almacenamiento en la tabla de ubicaciones de condiciones de límite. Seleccione el área de flujo 2D de interés para agregar a la tabla. Una vez que el área de flujo 2D esté en la tabla, seleccione el campo en blanco debajo de la columna Condición de límite, luego seleccione el Tipo de condición de límite de precipitación. Esto abrirá un editor que le permitirá leer los datos de precipitación de HEC-DSS o ingresar los datos como una serie temporal en una tabla directamente. La precipitación se aplica por igual a todas las celdas dentro del área de flujo 2D.

Condiciones iniciales del área de flujo 2D Las condiciones iniciales para las áreas de flujo 2D se pueden lograr de varias maneras. Las áreas de flujo 2D pueden: comenzar completamente seco; establecerse en una sola elevación de la superficie del agua; establecer mediante el uso de un Restart File de una ejecución anterior; o se pueden establecer utilizando la opción 2D Initial Conditions Ramp up Time al comienzo de la ejecución. Condición inicial seca (Dry Initial Condition) No es necesario hacer nada para iniciar un área de flujo 2D en condiciones secas, esta es la opción predeterminada. El nombre del área de flujo 2D aparecerá en la pestaña Condiciones iniciales del 101

editor de datos de flujo inestable (consulte la Figura 3-51). Simplemente deje en blanco la columna de elevación de la condición inicial, y esto le indica al software que inicie el área de flujo 2D en seco. Si no hay área 2D conectada directamente al extremo aguas arriba o al extremo aguas abajo del alcance 1D, no puede comenzar en seco (ver discusión anterior).

Elevación de superficie de agua individual (Single Water Surface Elevation) Cuando se usa la opción de elevación de la superficie del agua individual, cada celda que tenga una elevación del terreno más baja que la superficie del agua establecida por el usuario estará húmeda (con una superficie de agua a esa elevación), y las celdas con una elevación del terreno que sea más alta que esa superficie del agua Estará seco. Para usar esta opción, simplemente coloque la elevación de la superficie del agua deseada en la columna " Initial Elevation de la pestaña Editor de Unsteady Flow Data editor/Initial Conditions, y en la fila del área de flujo 2D (consulte la Figura 3-51). Las superficies de agua de partida más sofisticadas son otro elemento planeado para futuras versiones. Opción de reinicio de archivo para condiciones iniciales (Restart File Option for Initial Conditions) Se puede usar Restart File para establecer las condiciones iniciales para un modelo HEC-RAS completo. Esta es una opción bien documentada en la documentación del editor de Unsteady Flow Data Editor en el Manual del usuario de HEC-RAS. Si se realizó una ejecución anterior y se utilizó la opción de escribir Restart File, entonces se puede utilizar un archivo de reinicio como condiciones iniciales para una ejecución posterior. La opción Restart File se ha modificado para permitir reiniciar áreas de flujo 2D además de todos los elementos de flujo 1D en HEC-RAS. Para el modelado 2D, Restart File contendrá una elevación de la superficie del agua para cada celda y velocidades para cada cara del modelo. Además, los archivos de reinicio se pueden generar utilizando cualquiera de los conjuntos de ecuaciones 2D (Saint Venant completo o Diffusion Wave), y se pueden utilizar para iniciar un modelo con un conjunto de ecuaciones diferente (es decir, el usuario puede ejecutar la ejecución original con la opción Diffusion Wave y cree un archivo de reinicio, luego inicie un modelo que use las ecuaciones completas de Saint Venant de ese archivo de reinicio). Consulte la sección sobre Condiciones iniciales en el Capítulo 8 del Manual del usuario de HEC-RAS para obtener más información sobre cómo usar la opción Restart File.

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Figura 3-51. Editor de datos de flujo inestable con condiciones iniciales de área de flujo 2D.

Área de flujo 2D Condiciones iniciales Opción de aceleración. La capacidad de flujo inestable en HEC-RAS siempre ha tenido la opción de ejecutar un período de calentamiento del modelo. El modelo comienza con las condiciones iniciales, luego mantiene todas las condiciones de contorno constantes, en función de su valor al comienzo de la simulación, y luego ejecuta una serie de pasos de tiempo con el flujo de entrada constante. Esto permite que el modelo se establezca en elevaciones y flujos de la superficie del agua que sean consistentes con las ecuaciones de flujo inestable que se aplican. Si hay estructuras laterales que 103

tienen flujo (basado en las condiciones iniciales) que atraviesan la estructura, este flujo pasará de un flujo muy pequeño al flujo total calculado durante la duración del período de calentamiento. Esto puede reducir las perturbaciones del sistema, especialmente en tramos de ríos 1D. Las áreas de flujo 2D tienen una opción adicional llamada Initial Condition Ramp Up Time. Si un área 2D tiene condiciones de contorno externas (hidrogramas de flujo o hidrogramas de etapa) o enlaces a elementos 1D, en los cuales el flujo entrará o saldrá del área 2D desde el inicio de la simulación, entonces Initial Condition Ramp Up Time debe activarse para que el flujo atraviese el área 2D con el fin de establecer sus condiciones iniciales antes del inicio de la simulación (o incluso antes del inicio del tiempo de calentamiento general del modelo). Initial Condition Ramp Up Time es una opción separada para las áreas de flujo 2D (separada de la opción de calentamiento 1D). Para usar esta opción, seleccione el menú Options en la ventana Unsteady Flow Analysis, luego seleccione Calculation Options and Tolerances. Aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 3-52. Seleccione la pestaña 2D Flow Options. El usuario ingresa un tiempo de aceleración total en el campo Initial Conditions Ramp Up Time (h). Además, el usuario debe ingresar qué fracción de ese tiempo se usa para aumentar las condiciones de contorno 2D desde cero hasta su primer valor (es decir, una etapa o un flujo entrante). Esto se logra ingresando la fracción en la columna denominada Boundary Condition Ramp Up Fraction (0 a 1). El valor predeterminado para la fracción de incremento es 0.5 (50% del tiempo de incremento).

Figura 3-52. Área de flujo 2D Opciones computacionales.

Digamos, por ejemplo, que un área 2D tiene un límite de flujo aguas arriba y un límite de etapa aguas abajo y el usuario ha ingresado un tiempo de aceleración de condiciones iniciales de dos horas con la Fracción de límite en 0.5 (50%). Suponga que el primer flujo en el límite del flujo es de 1000 cfs y que la primera etapa del límite aguas abajo tiene una elevación que corresponde a 10 pies de profundidad por encima de la inversión del límite de la etapa (La inversión es el punto más bajo a lo largo de cualquier parte de las caras que conforman el límite). Durante la 104

primera hora de las condiciones iniciales, el flujo aumentará linealmente desde 0 cfs hasta 1000 cfs. El límite de la etapa aguas abajo pasará de una profundidad de 0 pies a una profundidad de 10 pies (y aunque este es un límite "aguas abajo", si el área 2D comenzó a secarse, entonces el flujo inicialmente entrará en el área 2D). Durante la segunda hora, el flujo se mantendrá a 1000 cfs aguas arriba y la profundidad a 10 pies aguas abajo Las condiciones iniciales, si las hay, se calculan por separado para cada área 2D (en modo "independiente"). Se tienen en cuenta el flujo y las etapas de cualquier condición límite directamente conectada al área 2D. En la medida de lo posible, se tiene en cuenta el flujo y / o la etapa desde cualquier alcance del río 1D (que está directamente conectado). El flujo desde cualquier estructura lateral o conectores de área de almacenamiento no se tiene en cuenta durante esta parte de los cálculos. (Se calcula el flujo que cruza una estructura hidráulica que es interna al área 2D). Si el usuario ha ingresado a una superficie de agua inicial para el área 2D dada, entonces se usa esa superficie de agua, antes de aplicar el tiempo de aceleración de las condiciones iniciales 2D. De lo contrario, el área 2D comienza seca. Advertencia: si tiene áreas de flujo en 2D directamente conectadas con el alcance del río 1D, debe usar la opción de Aumento de condiciones iniciales en 2D para obtener agua a través del área de flujo en 2D, de modo que la conexión 1D / 2D esté húmeda cuando el modelo pone en marcha. Si no hace esto, la conexión 1D puede volverse inestable justo al comienzo de la simulación, porque no hay agua en el área 2D a la que está conectada. Además de establecer las condiciones iniciales dentro de los alcances del río 1D y las áreas de flujo 2D, es una buena idea activar la opción de calentamiento general del modelo. Al activar esta opción, el programa mantendrá todas las entradas constantes, luego resolverá todo el modelo de flujo inestable (1D y 2D), para que las ecuaciones de flujo inestable y las conexiones hidráulicas se establezcan en una condición inicial estable antes de continuar con La simulación del evento. El calentamiento general del modelo se activa en la pestaña General (1D Options) de la ventana Unsteady Flow, menú Options, Calculation Options and Tolerances. El usuario activa esta opción ingresando un valor en el campo etiquetado Number of warm up time steps (0 - 100,000). Este es el número de pasos de tiempo que el usuario desea que el modelo se ejecute durante el período de calentamiento. También hay una opción para poner en un intervalo de cálculo para usar durante el período de calentamiento del modelo (Time step during warm up period (horas)). Si este campo no está configurado, el programa usa el intervalo de cálculo predeterminado establecido por el usuario en la ventana Análisis de flujo inestable. Sin embargo, a veces puede ser muy útil usar un paso de tiempo más pequeño durante el período de calentamiento del modelo para obtener las condiciones iniciales establecidas sin volverse inestable.

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CAPÍTULO 4

Ejecución del modelo combinado de flujo inestable 1D / 2D Ejecutar un modelo combinado de flujo inestable 1D / 2D en HEC-RAS no es diferente a ejecutar un modelo de flujo inestable 1D independiente. El módulo computacional inestable 2D está integrado directamente en el motor computacional de flujo inestable HEC-RAS; no es un programa separado. Por lo tanto, los cálculos 1D y 2D se acoplan directamente paso a paso en el tiempo (también hay una opción de iteración para las conexiones entre los elementos 1D y 2D), y se resuelven juntos de forma iterativa. Esto permite la retroalimentación directa de elementos 1D a 2D y de elementos 2D a 1D para cada paso de tiempo. Esto hace que la conexión de 1D y 2D sea muy precisa cuando se trata de enviar flujo a través de una brecha (utilizando una estructura lateral), o cualquier otro tipo de enlace hidráulico entre elementos 1D y 2D. Esta retroalimentación directa permite que el software calcule con mayor precisión el caudal de cabecera, el caudal de cola, el flujo y cualquier inmersión que ocurra en una estructura hidráulica paso a paso paso a paso.

Ecuaciones completas de Saint Venant o de ondas de difusión Como se mencionó anteriormente, HEC-RAS tiene la capacidad de realizar un enrutamiento de flujo inestable bidimensional con las ecuaciones Full Saint Venant (con términos adicionales para el modelado de turbulencia y los efectos de Coriolis) o las ecuaciones de onda de difusión. Consulte el Capítulo 2 del Manual de referencia hidráulica para conocer la teoría sobre el desarrollo de estas ecuaciones para su uso en HEC-RAS. Dentro de HEC-RAS, las ecuaciones de onda de difusión se establecen como predeterminadas, sin embargo, el usuario siempre debe probar si las ecuaciones completas de Saint Venant son necesarias para su aplicación específica. Un enfoque general es usar las ecuaciones de onda de difusión mientras se desarrolla el modelo y se resuelven todos los problemas (a menos que ya se sepa que las ecuaciones de Full Saint Venant son necesarias para el conjunto de datos que se está modelando). Una vez que el modelo esté en buen estado de funcionamiento, haga un segundo plan HEC-RAS y cambie el método computacional a la opción de ecuación Full Momentum (Full Momentum generalmente requerirá un intervalo de cálculo más pequeño que el método de onda de difusión para funcionar de manera estable) . Ejecute este segundo plan y compare las dos respuestas en todo el sistema. Si existen diferencias significativas entre las dos corridas, el usuario debe asumir que la respuesta Full Momentum (ecuaciones de Saint Venant) es más precisa y proceder con esa ecuación establecida para la calibración del modelo y otras simulaciones de eventos.

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Hay algunas situaciones obvias en las que siempre se debe usar el conjunto de ecuaciones Full Momentum. La siguiente es una lista de ejemplos de situaciones en las que el usuario generalmente debe usar las ecuaciones basadas en Full Momentum: 1. Ondas de inundación altamente dinámicas (Highly Dynamic Flood Waves): Si el modelador está realizando un análisis de violación de la presa o inundación repentina, la ola de inundación aumentará y disminuirá extremadamente rápido. El cambio en la velocidad (aceleración) tanto espacial como a lo largo del tiempo será dramático. Las ecuaciones de onda de difusión no incluyen los términos aceleración local (cambios en la velocidad con respecto al tiempo) y aceleración convectiva (cambios en la velocidad con respecto a la distancia). Estos dos términos son extremadamente importantes para modelar con precisión el rápido aumento de las olas de inundación. 2. Contracciones y expansiones abruptas (Abrupt Contractions and Expansions): En áreas donde hay contracciones y expansiones muy abruptas, el conjunto de ecuaciones basado en Full Momentum capturará con mayor precisión las fuerzas asociadas a través de la contracción y expansión del fluido. Esto también se debe a la inclusión del término de aceleración convectiva (que no está incluido en las ecuaciones de onda de difusión). En general, el conjunto de ecuaciones Full Momentum calculará una superficie de agua más alta aguas arriba de la zona de contracción. 3. Condiciones influenciadas por las mareas (Tidally Influenced Conditions): Si está modelando una bahía, un estuario o un río que está influenciado por las mareas, entonces debe usar el conjunto completo de ecuaciones basadas en el momento. La propagación de las ondas (ciclo de mareas) no se puede modelar con las ecuaciones de ondas de difusión. Las mareas oceánicas son olas dinámicas que pueden propagarse hacia un sistema fluvial. Hay muchos ejemplos de dónde puede ver esto en los datos de la etapa del río calibrado que está muy lejos del océano, pero que aún muestra un ciclo de mareas en los hidrogramas de la etapa durante el flujo bajo. A continuación, en la Figura 41, se muestran los datos del escenario en Vancouver Washington y en la desembocadura del río Columbia. Como puede ver, el ciclo de la marea es evidente en los datos de la etapa en Vancouver, a pesar de que este indicador está a 106 millas aguas arriba de la boca de la bahía de Columbia. 4. Modelado general de propagación de olas (General Wave Propagation Modeling): si el usuario necesita modelar la propagación de olas debido a la rápida apertura o cierre de estructuras cerradas, o el oleaje en una pared o alrededor de un objeto (por ejemplo, muelles de puentes, edificios, etc.), El conjunto completo de ecuaciones Momentum es necesario para este tipo de modelado. 5. Súper elevación alrededor de las curvas (Super Elevation around Bends): si tiene una curva cerrada en un canal natural o diseñado, y desea ver si hay alguna súper elevación de la superficie del agua en el exterior de la curva, esto requiere la ecuación basada en Full Momentum conjunto. 6. Velocidades detalladas y elevaciones de la superficie del agua en las estructuras (Detailed Velocities and Water Surface Elevations at Structures): si está tratando de calcular una distribución de velocidad detallada en o cerca de una estructura hidráulica, el conjunto de ecuaciones basado en el momento completo es más preciso. Algunos ejemplos son: superficie y velocidad del agua detalladas a través de puentes y alrededor de los estribos y pilares; Flujo de canal abierto a través de una puerta o alcantarilla; velocidades detalladas sin embargo y alrededor de una ruptura del dique; Superficie del agua detallada y velocidades alrededor de un edificio. Nota: este tipo de modelado también requiere celdas de cuadrícula muy pequeñas y pequeños pasos de tiempo de cálculo.

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7. Régimen de flujo mixto (Mixed Flow Regime): para modelar con precisión las transiciones de flujo subcrítico a supercrítico, y de flujo supercrítico a subcrítico (saltos hidráulicos), la ecuación Full Momentum es más precisa.

Figura 4-1. Etapa Hidrografía en Vancouver Washington y Boca del Río Columbia.

Selección de un tamaño de cuadrícula apropiado y paso de tiempo computacional Asignar un tamaño apropiado de celda de malla (o tamaños) y un paso de tiempo computacional (ΔT) es muy importante para obtener respuestas precisas con áreas de flujo 2D. El primer paso es desarrollar una malla computacional que tenga tamaños de celda que sean apropiados para modelar tanto el terreno como la superficie del agua que fluye sobre el terreno. Muchos modelos de flujo 2D utilizan una elevación simple para cada celda y cara de celda (modelos basados en cuadrícula). Los modelos de elementos finitos comúnmente (no siempre) usan triángulos (tres elevaciones y una superficie plana para representar cada triángulo) para representar la superficie del terreno, mientras que cada cara tiene dos elevaciones y una línea recta entre ellas. Es muy 108

importante comprender la forma en que la malla computacional representa el terreno subyacente para tomar una buena decisión sobre cuántas celdas y de qué tamaño serán necesarias para modelar el terreno y el evento con precisión. HEC-RAS adopta un enfoque muy diferente al de las dos técnicas de modelado mencionadas anteriormente. Las celdas en HEC-RAS pueden tener tres, cuatro, cinco ... hasta ocho lados. Cada celda no es un plano simple, sino una relación de volumen / área de elevación detallada que representa los detalles del terreno subyacente. Las caras de las celdas HEC-RAS son secciones transversales detalladas, que se procesan en elevación detallada versus área, perímetro mojado y rugosidad. Este enfoque le permite al modelador usar tamaños de celda más grandes con HEC-RAS, y aún así representar con precisión el terreno subyacente. La clave para hacer una buena malla computacional en HEC-RAS es garantizar que las caras de las celdas capturen el punto más alto de las barreras al flujo. Además, uno debe considerar la pendiente de la superficie del agua. Se calcula una elevación de la superficie del agua en el centro de cada celda. Por lo tanto, cuanto mayor es el tamaño de la celda, más separados están los valores calculados de la superficie del agua y, por lo tanto, la pendiente de la superficie del agua se promedia en distancias más largas (en dos dimensiones). Esto es aceptable para algunas áreas, pero no es apropiado para otras. Si la pendiente de la superficie del agua variará rápidamente, se deben utilizar tamaños de celda más pequeños en esa área para capturar la superficie del agua cambiante y su pendiente. HEC-RAS permite al usuario variar el tamaño y la forma de la celda en todas las ubicaciones del modelo. Por lo tanto, las mallas computacionales se pueden desarrollar con celdas más pequeñas donde deben estar y celdas más grandes donde el terreno y la pendiente de la superficie del agua no están cambiando rápidamente. Algunos factores clave para desarrollar una buena malla computacional con HEC-RAS son: 1. Asegúrese de que los tamaños de celda, las formas y las orientaciones describan adecuadamente el terreno. Específicamente, dado que las caras de las celdas controlan el movimiento del agua, debe haber suficientes, orientadas correctamente para describir las características clave del terreno que controlarán el movimiento del agua. Esto incluye barreras para fluir, como carreteras, diques y áreas naturales de terreno elevado, que evitarán que el flujo pase de un área a otra, hasta que la elevación de la superficie del agua sea más alta que la barrera. Además, el usuario puede querer usar líneas de corte a lo largo de los bancos del canal principal. Esto asegurará que no salga agua del canal principal hasta que haya alcanzado una elevación más alta que las caras de las celdas que están alineadas con los bancos del canal. 2. El tamaño de la celda debe ser adecuado para describir la pendiente de la superficie del agua y los cambios en la pendiente de la superficie del agua. Si la pendiente de la superficie de agua no cambia rápidamente, tamaños de celda más grandes se pueden utilizar para calcular con precisión la elevación de la superficie del agua y la pendiente. Si la pendiente de la superficie del agua cambia rápidamente, entonces se deben usar tamaños de celda más pequeños para tener suficientes puntos de cálculo para describir el cambio de la superficie del agua, así como calcular las pérdidas de fuerza / energía que están ocurriendo en esa área. Mientras que los tamaños y formas celulares () pueden variar, la transición de la más grande de tamaños de celdas más pequeñas debe hacerse gradualmente para mejorar la precisión de cálculo. Una vez que se desarrolla una buena malla computacional, el usuario debe elegir un paso de tiempo computacional apropiado que funcione bien con la malla y el evento que se está modelando. Elegir un paso de tiempo adecuado es una función del tamaño de la celda y la velocidad del flujo que se mueve a través de esas celdas. HEC-RAS tiene dos conjuntos de ecuaciones que se pueden usar para 109

resolver el flujo que se mueve sobre la malla computacional, las ecuaciones de onda de difusión y las ecuaciones de Saint Venant (a menudo denominadas ecuaciones de aguas poco profundas, llamadas "Full Momentum" en el HEC- Interfaz RAS). En general, las ecuaciones de onda de difusión son más indulgentes numéricamente que las ecuaciones de Saint Venant. Esto significa que se pueden utilizar pasos de tiempo más largos con las ecuaciones de onda de difusión (que con las ecuaciones de Saint Venant), y aún así obtener soluciones numéricamente estables y precisas. Las siguientes son pautas para elegir un intervalo de cálculo para las ecuaciones de Saint Venant y las ecuaciones de onda de difusión:

Saint Venant Equations (full momentum):

𝐶=

𝑉∆𝑇 ≤ 1.0 (𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐶 = 3.0) ∆𝑋

O ∆𝑇 =

Donde:

∆𝑋 (𝑐𝑜𝑛 𝐶 = 3.0) 𝑉

C = Número de Courant V = Velocidad de onda de inundación (celeridad de onda) (pies/s) ΔT = Paso (s) de tiempo computacional (s) ΔX = Tamaño promedio de celda (pies)

Tamaño promedio de celda (pies)

𝐶=

𝑉∆𝑇 ≤ 2.0 (𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐶 = 5.0) ∆𝑋

O ∆𝑇 =

2∆𝑋 (𝑐𝑜𝑛 𝐶 = 2.0) 𝑉

Nota: Hay ocasiones en las que el método de onda de difusión deberá ejecutarse con un paso de tiempo que produciría un número de Courant de 1.0 o menos. Algunos ejemplos son: hidrografías que crecen muy rápidamente y rutas que cambian rápidamente los hidrogramas sobre un canal completamente seco.

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Selección práctica de pasos de tiempo: La forma de usar estas ecuaciones es encontrar el área (s) con altas velocidades y cambios rápidos en la superficie y velocidad del agua (con respecto al espacio y al tiempo). Tome el tamaño promedio de celda en esa área para ΔX. Ponga la velocidad máxima en esa área para V. El usuario necesitará estimar una velocidad máxima como primera aproximación para este cálculo antes de ejecutar el modelo, luego graficar las velocidades máximas de la carrera para hacer una mejor estimación. Seleccione un ΔT, de modo que el número de Courant (C) sea igual al valor sugerido (es decir, 1.0 para las ecuaciones de Saint Venant). Sin embargo, es posible que pueda salirse con un número de Courant tan alto como 3.0 para las ecuaciones de Saint Venant y 5.0 para las ecuaciones de Onda de Difusión, y aún así obtener resultados estables y precisos. Si el evento que se está modelando cambia gradualmente con el tiempo y el espacio, se pueden usar pasos de tiempo más largos (es decir, números de Courant que se acercan a los valores máximos listados). Si la onda de inundación que se está modelando cambia rápidamente con respecto al tiempo y al espacio, deberá usar un paso de tiempo más cercano a un número de Courant de 1.0 (es decir, C = 1.0) para las zonas de alta velocidad. Además, si ha comenzado el área 2D completamente seco, deberá usar un paso de tiempo basado en un número Courant de 1.0, para obtener un frente de humectación más preciso y estable. Nota: Los usuarios siempre deben probar la consistencia de su malla computacional y el paso de tiempo seleccionado. El principio de coherencia requiere una reducción de los pasos de espacio (cuadrícula) y tiempo para garantizar la convergencia de una solución. Si la cuadrícula se refina y el intervalo de tiempo se reduce simultáneamente, el método logrará la convergencia. El usuario siempre debe probar diferentes tamaños de celda (ΔX) para la malla computacional, y también diferentes pasos de tiempo computacional (ΔT) para cada malla computacional. Esto permitirá al usuario ver y comprender cómo el tamaño de celda y el paso de tiempo computacional afectarán los resultados de su modelo. La selección de ΔX y ΔT es un equilibrio entre lograr una buena precisión numérica y minimizar el tiempo de cálculo.

Realizando los cálculos Para ejecutar el modelo, abra la ventana Unsteady Flow Analysis. Haga un Plan seleccionando la geometría que contiene los datos combinados 1D y 2D, seleccione un archivo de flujo inestable para que se ejecute el evento y dele al Plan un Título y una ID corta. Establezca los siguientes elementos: qué programas ejecutar; la ventana de tiempo de simulación; y todas las configuraciones computacionales. Luego presione el botón Calcular para comenzar la ejecución. (La ventana debería ser similar a la Figura 4-2). Si no ha ejecutado previamente el preprocesador de área de flujo 2D (desde RAS Mapper), se realizará automáticamente primero al comienzo del proceso de flujo inestable. En el área Programs to Run, hay una casilla de verificación para la asignación de Floodplain (Floodplain Mapping). Si RAS Mapper se configuró correctamente, al incorporar un conjunto de datos de terreno y asociar ese terreno con archivos de geometría, entonces esta opción funcionará. Si esta opción está activada, después de que el programa haya completado los cálculos de flujo inestable y el procesamiento posterior, lo último que hará será ejecutar un proceso separado llamado "ComputeFloodMaps.exe" para generar una cuadrícula de profundidad (almacenada en el disco) de la inundación máxima que ocurrió en todos los lugares del modelo. Esta opción no es necesaria para el mapeo de inundación. Realmente solo es necesario si el usuario desea que el proceso de 111

cálculo de un mapa de Inundación almacenada se realice automáticamente al final de los cálculos de flujo inestable. La opción de mapeo de llanura de inundación (Floodplain Mapping) está desactivada de manera predeterminada porque el usuario puede realizar un mapeo de inundación dinámico y crear mapas de inundación estáticos (cuadrículas de profundidad almacenada) desde RAS Mapper, después de que se hayan completado los cálculos (este es el flujo de trabajo sugerido). El objetivo principal de esta opción es automatizar el proceso de cálculo de un mapa de inundación (cuadrícula de profundidad), para su uso en CWMS o HEC-WAT. En general, esta opción probablemente no se utilizará cuando se ejecute HEC-RAS en modo independiente. La opción de postprocesador proporciona una salida adicional (y detallada) para áreas 1D y solo es aplicable para conjuntos de datos 1D y conjuntos de datos 1D / 2D mixtos. La salida 2D se genera durante la ejecución de flujo inestable. En el área de Configuración computacional (Computational Settings), hay una nueva característica llamada Intervalo de salida de mapeo (Mapping Output Interval). Esta característica le permite establecer un intervalo de mapeo que se utilizará en RAS Mapper para crear mapas dinámicos (calculados sobre la marcha en la memoria y no almacenados en el disco), así como para realizar animaciones de los mapas de inundación. Cuando el usuario selecciona un intervalo específico (por ejemplo, 1 hora), se escribe un conjunto limitado de variables de salida hidráulica en un archivo de salida binario (HDF5) para todas las secciones transversales, áreas de almacenamiento y áreas de flujo 2D. Además, los valores máximos y mínimos que ocurrieron en todas las ubicaciones durante la ejecución también se escriben en este archivo. Este archivo lo utiliza RAS Mapper para realizar una asignación dinámica de los resultados. Hay algunas opciones adicionales de Salida de mapeo / HDF5 en el menú Opciones. Seleccione Opciones de salida (Output Options) ..., luego seleccione Parámetros de escritura HDF5 (HDF5 Write Parameters).

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Figura 4-2. Ventana de análisis de flujo inestable con la nueva función de mapeo de plano de inundación.

Una vez que el usuario presiona el botón Calcular (Compute), los motores computacionales de flujo inestable comenzarán a funcionar. Este proceso consiste en ejecutar: el preprocesador de geometría 2D (solo si es necesario); Preprocesador de geometría 1D; Cálculos de flujo inestable (1D / 2D combinados); el postprocesador 1D; y finalmente el proceso de Mapeo de llanuras de inundación (si estaba activado). En general, el usuario no necesita ejecutar el proceso de mapeo de Floodplain, a menos que esté tratando de automatizar el proceso de ejecutar un plan de flujo inestable, mapeo y proporcionar los resultados a otro proceso (como HEC-FIA). La asignación dinámica dentro de RAS Mapper se convertirá rápidamente en la principal forma de ver los resultados. Una vez que se logra un buen resultado, se puede crear una cuadrícula de profundidad estática (almacenada en el disco) desde RAS Mapper para enviarla a HEC-FIA (Análisis de impacto de inundación) o un programa SIG para su visualización y análisis.

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Progreso de cómputo, estabilidad numérica y contabilidad de volumen A medida que se ejecuta la simulación de flujo inestable, se proporciona información sobre el progreso de la ejecución, cuántas iteraciones usan los componentes 1D y 2D para resolver un paso de tiempo particular, y se escriben mensajes de estabilidad numérica en la ventana de Mensajes computacionales. Si algún elemento 1D o 2D (sección transversal, área de almacenamiento o celda 2D) no se resuelve dentro de la tolerancia numérica predefinida durante un paso de tiempo, se escribirá un mensaje en la ventana del mensaje. Este mensaje proporcionará información sobre qué sección transversal, área de almacenamiento o celda 2D tuvo la mayor cantidad de error numérico para ese paso de tiempo. Esta información puede ser muy útil para detectar problemas numéricos en el modelo. Si el modelo alcanza el número máximo de iteraciones durante varios pasos consecutivos, y los errores numéricos son significativos, entonces el usuario debe investigar esa área del modelo, durante el tiempo que el modelo tenía problemas. Además de la superficie del agua y el error numérico, las celdas 2D ahora también imprimen una bandera de convergencia. La siguiente es la definición de cada una de estas banderas de convergencia: Valor de bandera Blanco 1 2 3 4

Definición Convergido Fui a iteraciones máximas pero estaba convergiendo Fui a iteraciones máximas pero estaba divergiendo Fue al máximo ITER, divergiendo con WSEL positivo y negativo fue al máximo ITER, convergiendo con WSEL positivo y negativo

Además de los mensajes que aparecen en la ventana Mensajes de cálculo, se escribe un archivo de registro computacional en el disco durante la ejecución. Como mínimo, este archivo siempre contendrá una verificación de contabilidad de volumen para la simulación. La contabilidad de volumen se realiza para todo el modelo 1D / 2D y todos sus elementos. También se realiza una contabilidad de volumen separada para cada área de flujo 2D. Para ver el archivo de registro computacional, vaya al menú Opciones en la ventana Análisis de flujo inestable y seleccione View Computation Log File. Cuando se selecciona esta opción, el archivo de texto aparecerá en una ventana del Bloc de notas como se muestra en la Figura 4-3.

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Figura 4-3. Ejemplo de archivo de registro computacional con salida de contabilidad por volumen.

Como se muestra en la Figura 4-3, la contabilidad de volumen se muestra para todo el modelo primero, luego para cada Área de Flujo 2D individual. Los volúmenes se muestran en Acre-Pies para todos los elementos. El ejemplo en la Figura 4-3 muestra que el modelo general perdió 4.13 acres-pie de agua, lo que equivale a un error de volumen de 0.011% (muy bajo). El área de flujo 2D separada tenía una ganancia de flujo de 0.26 acres-pie, lo que equivalía a un error de volumen de 0.0075% (incluso más bajo).

Opciones de computación 2D y tolerancias Las opciones para controlar los cálculos 2D durante la ejecución están disponibles en el mismo editor que contiene las Opciones y configuraciones computacionales 1D. Seleccione Options | Calculation Options and Tolerances del menú para invocar la ventana que se muestra en la Figura 4-4. Este editor ahora tiene tres pestañas. La primera pestaña, etiquetada "General (1D Options)", son las opciones de cálculo de flujo inestable 1D originales. La segunda pestaña, denominada " 2D Flow Options", contiene las opciones de cálculo y las tolerancias para el módulo computacional 2D. La tercera pestaña, denominada "1D/2D Options" contiene opciones para controlar las iteraciones entre las conexiones hidráulicas 1D y 2D.

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Figura 4-4. Opciones de cálculo del área de flujo 2D y tolerancias.

Como se muestra en la Figura 4-4, hay varias opciones computacionales y tolerancias que se pueden configurar para el módulo 2D. Estas opciones se analizan a continuación. Usa los efectos de Coriolis: solo se usa en las ecuaciones de Saint Venant (ímpetu completo) Esta opción permite al usuario activar los efectos de la rotación de la Tierra en la solución (efecto Coriolis). Cuando esta opción está activada, el usuario debe ingresar la latitud del centro del área de flujo 2D en grados (este es el campo etiquetado Latitud para Coriolis en la tabla). Una latitud con un valor mayor que cero se considera que está en el hemisferio norte, y un valor menor que cero se considera en el hemisferio sur. Número de núcleos para usar en los cálculos:

todos disponibles (predeterminado)

El módulo computacional 2D HEC-RAS se desarrolló desde cero con el procesamiento paralelo en mente. Los cálculos HEC-RAS 2D utilizarán tantos núcleos de CPU como estén disponibles en su máquina (que es el modo predeterminado para la ejecución). Sin embargo, HEC-RAS ofrece la opción de establecer el número de núcleos que se utilizarán para los cálculos 2D. En general, se recomienda utilizar el valor predeterminado de "Todos disponibles". Sin embargo, el usuario puede querer experimentar con esto para un conjunto de datos específico para ver si acelerará o ralentizará los cálculos en función de un número específico de núcleos. El número ideal de núcleos para un problema determinado depende del tamaño y la forma (forma del área de flujo 2D). A medida que se usan más núcleos, el problema se divide en piezas más pequeñas, pero hay una sobrecarga en las comunicaciones entre las piezas. Por lo tanto, no es necesariamente cierto que un problema dado siempre se ejecute más rápido con más núcleos. Los conjuntos de datos más pequeños (áreas 2D con menos celdas) en realidad pueden ejecutarse más rápido con menos núcleos. Los conjuntos de datos grandes (áreas 2D con muchas celdas, es decir,> 100,000 celdas) casi siempre se ejecutarán más rápido con más núcleos, así que use todo lo que esté disponible.

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A continuación, en la Tabla 4-1 y la Figura 4-5, se muestran los resultados de probar algunos conjuntos de datos ejecutándolos con diferentes números de núcleos. Cada modelo se ejecutó varias veces con el número de núcleos establecido en: 1, 2, 4, 8 y 16 (Figura 4-5). Como puede ver, cuatro de los conjuntos de datos tuvieron mejoras de velocidad de hasta 8 núcleos, pero en realidad funcionaron más lentamente con 16 núcleos. Estos son conjuntos de datos más pequeños que van desde 10,000 hasta 80,000 celdas. Sin embargo, un conjunto de datos tuvo mejoras de velocidad hasta 16 núcleos. Este fue el conjunto de datos más grande, con 250,000 celdas. Se realizaron más ejecuciones para encontrar el número óptimo de núcleos para cada conjunto de datos, estos resultados se muestran en la Tabla 4-1.

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Tabla 4-1. Número óptimo de núcleos de CPU frente a número de celdas 2D

Figura 4-5. Número de núcleos de procesador frente a velocidad de cálculo.

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Theta (0.6 - 1.0):

1.0 (predeterminado)

Este es el factor de ponderación implícito que se utiliza para ponderar derivadas espaciales entre la línea de tiempo de la solución actual y la línea de tiempo calculada previamente. Theta de 1.0 (Predeterminado), usa solo la línea de tiempo resuelta actualmente para las derivadas espaciales. Esto proporciona la solución más estable, pero posiblemente con la pérdida de cierta precisión. Theta de 0.6, proporciona la solución más precisa de las ecuaciones, pero tiende a ser menos estable. En general, se ha descubierto que en la mayoría de las aplicaciones de eventos de escorrentía de inundación en ríos del mundo real, Theta de 1.0 dará aproximadamente las mismas respuestas que Theta de 0.6. Sin embargo, esto debe probarse para cada modelo debido a la geometría específica del sitio y la propagación de inundación, en lo que puede hacer una diferencia en los resultados. Calentamiento Theta (0.6 - 1.0):

1.0 (predeterminado)

Este es el valor de Theta (consulte la descripción anterior) que se utiliza durante los períodos de calentamiento y aceleración del modelo. Este valor de Theta solo se usa si el usuario ha activado la opción de calentamiento de flujo inestable o la Opción de aumento de condición de límite para áreas 2D. Tolerancia de la superficie del agua (pies):

0.01 (predeterminado)

Esta es la tolerancia de solución de superficie de agua 2D para el esquema de iteración. Si la solución de las ecuaciones da una respuesta numérica que tiene menos error numérico que la tolerancia establecida, entonces el solucionador termina con ese paso de tiempo. Si el error máximo es mayor que la tolerancia establecida, el programa iterará para obtener una mejor respuesta. El programa solo iterará hasta el número máximo de iteraciones establecido por el usuario. El valor predeterminado se establece en 0.01 pies según la experiencia en el uso del modelo para una variedad de aplicaciones. Tolerancia de volumen (pies):

0.01 (predeterminado)

Esta es la tolerancia de la solución de volumen de agua 2D para el esquema de iteración. El error de volumen se convierte en pies de error, tomando la elevación de la superficie del agua actualmente resuelta en la curva de elevación-volumen de la celda, luego calculando el cambio en la elevación de la superficie del agua en función del error de volumen actual en ese punto de la curva. Si la solución de las ecuaciones da una respuesta numérica que tiene menos error de volumen que la tolerancia establecida (en términos de pies), entonces el solucionador se hace con ese paso de tiempo. Si el error máximo es mayor que la tolerancia establecida, el programa iterará para obtener una mejor respuesta. El programa solo iterará hasta el número máximo de iteraciones establecido por el usuario. El valor predeterminado se establece en 0.01 pies según la experiencia en el uso del modelo para una variedad de aplicaciones. Número máximo de iteraciones (0-40):

20 (predeterminado)

Este es el número máximo de iteraciones que utilizará el solucionador al intentar resolver las ecuaciones (para obtener una respuesta que tenga un error numérico menor que la tolerancia especificada por el usuario en todas las ubicaciones en el dominio de malla computacional 2D). El valor predeterminado se establece en 20. Sin embargo, el usuario puede cambiarlo de 0 a 40. No se recomienda cambiar esto a menos que esté seguro de que cambiar el valor mejorará las posibilidades de que el modelo converja (es decir, aumente el valor) , o acelerar los cálculos sin causar errores significativos.

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Conjunto de ecuaciones: onda de difusión (predeterminado) o ecuaciones de Saint Venant (momento completo) El módulo computacional bidimensional HEC-RAS tiene la opción de ejecutar las ecuaciones de onda de difusión 2D o las ecuaciones 2D Saint Venant (Full Momentum) (a veces denominadas ecuaciones de aguas poco profundas 2D). El valor predeterminado es el conjunto de ecuaciones de onda de difusión 2D. En general, la mayoría de las aplicaciones de inundación funcionarán bien con las ecuaciones de onda de difusión 2D. El conjunto de ecuaciones de onda de difusión se ejecutará más rápido y es inherentemente más estable. Sin embargo, definitivamente hay aplicaciones en las que las ecuaciones 2D de Saint Venant deben usarse para una mayor precisión. La buena noticia es que es fácil probarlo en ambos sentidos y comparar las respuestas. Es simplemente una cuestión de seleccionar el conjunto de ecuaciones que desea y luego ejecutarlo. Cree un segundo archivo de Plan, use el otro conjunto de ecuaciones, ejecútelo y compárelo con el primer Plan para su aplicación. Condiciones iniciales Tiempo de aceleración (horas): el valor predeterminado es En blanco (no se utiliza) Esta opción se puede usar para aumentar la superficie del agua de una condición seca a una condición húmeda dentro de un área 2D (o desde una superficie de agua plana si se ingresó una elevación inicial de la superficie del agua). Cuando las condiciones de límite externas, como los hidrogramas de flujo y etapa (o alcances 1D), se conectan a un área 2D, el primer valor del flujo o etapa conectada puede ser demasiado alto (es decir, un flujo muy grande o una etapa mucho más alta que la elevación de la celda a la que está unido). Si el modelo comenzara de esta manera, una discontinuidad tan alta podría causar una inestabilidad del modelo. Esta opción le permite al usuario especificar un tiempo (en horas) para ejecutar los cálculos para el área de flujo 2D, mientras hace una transición lenta de los límites de flujo de cero a su valor inicial, y los límites de la etapa desde una elevación en seco hasta su elevación en húmedo inicial . El usuario especifica el tiempo total de aceleración de las condiciones iniciales (Initial Conditions Ramp up Time) en este campo (10 horas, por ejemplo). El usuario también debe especificar una fracción de este tiempo para aumentar las condiciones de contorno. Un valor de 0.5 significa que el 50% del tiempo de las Condiciones iniciales se utilizará para aumentar las condiciones de contorno a sus valores iniciales, el tiempo restante se utilizará para mantener constantes las condiciones de límite, pero permitir que el flujo se propague a través del flujo 2D área, dándole tiempo suficiente para estabilizarse a una buena condición inicial en todo el área de flujo 2D. El tiempo de aceleración para las condiciones de contorno se ingresa en la siguiente fila, que se denomina Fracción de aceleración de condición de límite (Boundary Condition Ramp up Fraction). Fracción de aumento de la condición límite (0 a 1.0): 0.5 (50%) Valor predeterminado Este campo coincide con el campo anterior Initial Conditions Ramp up Time. Este campo se usa para ingresar la fracción del tiempo de aceleración de las condiciones iniciales que se utilizará para aumentar las condiciones de límite del área de flujo 2D desde cero o seco, hasta su flujo o etapa inicial. Los usuarios pueden ingresar un valor entre 0.0 y 1.0, que representa la fracción decimal del tiempo de aceleración de las condiciones iniciales.

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Número de segmentos de tiempo (valor entero):

1 (predeterminado)

Esta opción permite al usuario establecer un paso de tiempo computacional para un área de flujo 2D que es una fracción del intervalo general de cálculo de flujo inestable. Por ejemplo, si el usuario ha establecido el intervalo de cálculo general de flujo inestable en 10 minutos, entonces establecer un valor de 5 en este campo (para un área 2D específica) significa que el intervalo de cálculo para ese área 2D será 1/5 del intervalo de cálculo general, que para este ejemplo sería de 2 minutos (por ejemplo, 10/5 = 2). Se pueden establecer diferentes valores para cada área de flujo 2D. El valor predeterminado es 1, lo que significa que el área de flujo 2D está utilizando el mismo paso de tiempo computacional que la solución general de flujo inestable (el usuario ingresa el Intervalo de cálculo en la ventana de análisis de flujo inestable). Coeficiente de mezcla de viscosidad Eddy: El valor predeterminado es en blanco (no se utiliza) El modelador tiene la opción de incluir los efectos de la turbulencia en el campo de flujo bidimensional. La turbulencia es la transferencia de impulso debido al movimiento caótico de las partículas de fluido a medida que el agua se contrae y se expande a medida que se mueve sobre la superficie y alrededor de los objetos. La turbulencia dentro de HEC-RAS se modela como un proceso de difusión de gradiente. En este enfoque, la difusión se proyecta como un coeficiente de viscosidad Eddy. Para activar el modelado de turbulencia en HEC-RAS, ingrese un valor para el coeficiente de mezcla de viscosidad Eddy para esa área de flujo 2D específica. Este coeficiente requiere calibración para llegar a un valor apropiado para una situación dada. El valor predeterminado en HEC-RAS es cero para este coeficiente, lo que significa que no se utiliza. El esquema numérico en HEC-RAS proporciona cierta difusión numérica automáticamente. Se puede obtener una difusión adicional utilizando la formulación Eddy Viscosity ingresando un valor mayor que cero en este campo. A continuación se presentan algunos valores para el coeficiente de mezcla (DT) que se han encontrado apropiados bajo ciertas condiciones (Tabla 4-2).

Tabla 4-2. Coeficientes de mezcla de viscosidad Eddy 𝑫𝑻

Intensidad de mezcla

0.11 a 0.26

Poca mezcla transversal

Geometría y superficie Canal recto Superficie lisa Meandros suaves

0.3 a 0.77

Mezcla transversal moderada Irregularidades superficiales moderadas Meandros fuertes

2.0 a 5.0

Mezcla transversal fuerte Superficie áspera

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Opciones de iteración 1D / 2D. El valor predeterminado es cero (lo que significa que esto no está activado) También hay algunas opciones para controlar las iteraciones 1D / 2D, que se pueden usar para mejorar los cálculos del flujo que pasa de un elemento 1D (área de alcance o almacenamiento) a un área de flujo 2D. Por defecto, esta opción está desactivada, y la mayoría de las conexiones 1D a 2D no necesitarán iteraciones. Sin embargo, cuando las condiciones hidráulicas 1D / 2D se sumergen mucho, o hay inversiones de flujo, o influyen en las etapas / flujos, entonces puede ser necesario iterar entre la solución 1D y la solución 2D para obtener una solución precisa y estable. Para activar la opción de iteraciones 1D / 2D, seleccione la pestaña "1D/2D Options". Luego configure las iteraciones máximas entre 1D y 2D (Maximum iterations between 1D and 2D), así como las tolerancias para controlar los criterios de convergencia. La iteración se puede establecer de 0 a 20, con cero, lo que significa que no realiza ninguna iteración adicional (este es el valor predeterminado). En general, use esta opción solo si tiene un problema de estabilidad en una conexión hidráulica 1D / 2D. Establezca el número de iteraciones 1D / 2D lo más bajo posible para obtener una respuesta estable entre una conexión 1D y 2D que tenga problemas de estabilidad. El número de iteraciones 1D / 2D hará que la solución completa se realice varias veces para cada paso de tiempo con el fin de obtener la convergencia deseada. Esto podría alargar drásticamente los tiempos de ejecución. Si el usuario activa esta opción, se sugiere comenzar con un valor bajo, como 3 más o menos. Si el problema de estabilidad aún existe con ese número de iteraciones, aumente el valor hasta que se logre una solución estable. Los criterios de convergencia para las iteraciones 1D / 2D consisten en una Tolerancia de la superficie del agua, Tolerancia de flujo (%) y una Tolerancia de flujo mínimo. La tolerancia de la superficie del agua actualmente solo se usa cuando un alcance 1D aguas arriba está conectado a un área de flujo 2D aguas abajo. En esta situación, se calcula la región 1D, luego la región 2D. Se reevalúa la supuesta elevación de la superficie del agua en el límite. Si la superficie del agua ha cambiado más que la Tolerancia de la superficie del agua, el programa iterará. Cuando la elevación de la superficie del agua en el límite ha cambiado menos que la tolerancia, la solución deja de iterar y pasa al siguiente paso de tiempo. La tolerancia de flujo (%) se utiliza para las siguientes conexiones 1D / 2D: estructura lateral; Conexión hidráulica SA / 2D (SA a 2D, o 2D a 2D); y el área de flujo 2D a la conexión 1D Reach. El valor predeterminado para la Tolerancia de flujo (%) es 0.1%. Si las iteraciones 1D / 2D están activadas, el flujo entre estos tipos de conexiones 1D / 2D se vuelve a calcular después de cada prueba para ver si ha cambiado más que la Tolerancia de flujo definida por el usuario (%). Si ha cambiado más que la tolerancia de flujo, entonces el programa itera. Una tolerancia complementaria a la Tolerancia de flujo, es la Tolerancia de flujo mínimo (cfs). El propósito de esta tolerancia es evitar que el programa itere cuando el flujo que pasa entre un elemento 1D y 2D es muy pequeño y no es significativo para la solución. Por ejemplo, puede haber una conexión desde un alcance 1D a un área de flujo 2D a través de una estructura lateral, en la cual el flujo bajo ciertas condiciones es muy bajo, por lo que el cambio real en el flujo de una iteración a la siguiente podría ser muy pequeño (pero el porcentaje de error es muy alto). Un flujo tan pequeño puede no tener importancia para la solución, por lo que no tiene sentido iterar la solución completa para mejorar este flujo pequeño entre los elementos 1D y 2D, y puede estar aumentando innecesariamente el tiempo de cálculo. En general, es una buena idea establecer un flujo mínimo al activar las iteraciones 1D / 2D. El valor predeterminado es 1 cfs, sin embargo, es muy probable que sea específico del modelo.

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Nuevas opciones computacionales 1D Se han agregado dos nuevas opciones computacionales de 1D solamente, y una opción existente se ha eliminado en HEC-RAS 5.0. Si el usuario selecciona la pestaña etiquetada General (Opciones 1D) en la ventana Opciones y tolerancias computacionales, verá el nuevo formato para estas opciones, así como las dos nuevas opciones. Las dos nuevas opciones de 1D son: 1. Número máximo de iteraciones sin mejora. Esta opción está desactivada de manera predeterminada, pero si el usuario la activa, supervisará el error numérico máximo calculado durante las iteraciones 1D, y si el error no mejora dentro del número especificado de iteraciones, entonces el solucionador 1D deja de iterar y continúa al siguiente paso de tiempo. Por ejemplo, supongamos que el número máximo predeterminado de iteraciones se establece en 20. Si el "Número máximo de iteraciones sin mejora" se establece en 5, durante cualquier paso de tiempo, si el esquema de iteración no continúa mejorando la solución numérica para 5 iteraciones seguidas se detendrá e irá al siguiente paso de tiempo, utilizando la iteración anterior que sea la mejor solución. En general, 5 es un buen número para comenzar con esta opción, pero el usuario puede intentar reducirlo. Esta opción mejorará la velocidad computacional para conjuntos de datos que se repiten mucho. Sin embargo, si lo enciende y establece el valor demasiado bajo, puede aumentar la inestabilidad del modelo. 2. Solucionador de ecuaciones 1D. Utilizamos un solucionador de soluciones de matriz llamado "Skyline" que utiliza la eliminación gaussiana para reducir el tamaño de la matriz. Se ha simplificado hacia los sistemas de ríos dendríticos, y es muy rápido. Sin embargo, a veces los modelos HEC-RAS pueden ser muy grandes y tener muchas interconexiones (bucles en la red de flujo o muchas áreas de almacenamiento interconectadas). Hemos agregado una opción para resolver la matriz 1D con el solucionador "PARDISO" que usamos en 2D. Este solucionador tiene la ventaja de poder usar múltiples núcleos. En experimentos en HEC, hemos encontrado que el solucionador Skyline Matrix es aún más rápido para sistemas dendríticos. Sin embargo, los modelos grandes con muchas estructuras laterales, áreas de almacenamiento y bucles en los alcances, pueden resolverse más rápidamente utilizando el solucionador PARDISO. Pruébelo para ver cuál funciona mejor en su conjunto de datos específico. No tenemos mucha experiencia en el uso de este solucionador en el lado 1D. A fin de utilizarlo en su propio riesgo. Es decir, no solo compare los tiempos de cálculo, también compare los resultados para asegurarse de que sean los mismos. Nota: Eliminamos la opción de “Convert 1D Energy Bridges to Cross Sections with Lids". Esta opción no se usó con frecuencia y, en algunos casos, causó problemas de estabilidad del modelo. Así que ahora todos los puentes se procesan previamente en una familia de curvas. Si esta opción se activó en su modelo, este cambio puede producir diferentes resultados calculados en las proximidades de ese puente.

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Motores computacionales de 32 y 64 bits HEC-RAS ahora tiene motores computacionales de 32 bits y 64 bits. Los motores computacionales de 64 bits pueden manejar conjuntos de datos de modelos más grandes y también funcionarán más rápido que los motores de 32 bits. El software ahora viene automáticamente con ambos conjuntos de motores computacionales. Los usuarios pueden controlar qué motores usar desde la ventana principal de HEC-RAS, seleccionando Options, luego Program Setup, luego Use 64-bit computational engines (cuando estén disponibles). Por defecto, el software vendrá con los motores computacionales de 64 bits seleccionados por defecto. Desmarque la opción "Use 64-bit computational engines" si desea que el programa use los motores computacionales de 32 bits. Nuestras pruebas no han mostrado diferencias entre los resultados de las versiones de 64 bits y de 32 bits. Sin embargo, sigue habiendo una posibilidad muy pequeña (por remota que sea) de que pueda haber una diferencia para algunos conjuntos de datos, especialmente un conjunto de datos que tiene problemas de estabilidad (o está al borde de tener un problema de estabilidad).

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CAPÍTULO 5

Visualización de la salida combinada 1D / 2D con RAS Mapper Una vez que el usuario ha completado una ejecución del modelo de flujo inestable, puede ver toda la salida 1D (gráficos y tablas) de la misma manera que antes, utilizando los gráficos y tablas tradicionales. Sin embargo, los resultados de salida 2D solo se pueden ver en RAS Mapper. Actualmente, el usuario puede visualizar áreas de inundación (y otros tipos de salida) en RAS Mapper para ríos, áreas de almacenamiento y áreas de flujo 2D al mismo tiempo. Para visualizar el resultado, seleccione GIS Tools| RAS Mapper en la ventana principal de HEC-RAS (o simplemente seleccione el botón RAS Mapper en la ventana principal de HEC-RAS). Aparecerá la ventana RAS Mapper que se muestra en la Figura 5-1. Nota: Este capítulo es una descripción general de RAS Mapper para ayudarlo a visualizar la salida 1D / 2D. Para obtener más detalles sobre RAS Mapper, consulte el Capítulo 20 en el manual principal del usuario de HEC-RAS.

Figura 5-1. Ventana RAS Mapper con salida combinada de inundación 1D / 2D mostrada

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Descripción general de las capacidades de salida del asignador RAS HEC-RAS Mapper se puede utilizar para desarrollar modelos de terreno y visualizar resultados de HEC-RAS en un formato basado en mapas. RAS Mapper tiene las siguientes capacidades:

1. Desarrollar modelos de terreno para usar en modelado 2D y visualizar resultados de modelos 1D / 2D. Los modelos de terreno se pueden desarrollar a partir de una o más fichas de terreno, y estas fichas pueden tener diferentes resoluciones de cuadrícula. 2. Desarrolle capas de cobertura terrestre para usar en la definición de los valores n de Manning para áreas de flujo 2D. 3. Se pueden generar varios tipos de resultados de la capa del mapa, tales como: profundidad del agua; elevaciones de la superficie del agua; velocidad; límite de inundación (shapefile); flujo (1D solo en este momento); profundidad por velocidad; profundidad por velocidad2; hora de llegada; duración de la inundación; y porcentaje de tiempo inundado. 4. Los resultados calculados del modelo se pueden mostrar dinámicamente sobre la marcha, o se pueden escribir en una capa de mapa / profundidad de mapa estático (almacenado en el disco). 5. Los resultados calculados del modelo pueden ser animados (mapeo dinámico) o mostrados para una instancia específica en el tiempo. 6. Los gráficos y las tablas de series temporales se pueden mostrar para la salida 1D y 2D directamente desde RAS Mapper, en cualquier ubicación donde haya un resultado de capa de mapa. Las gráficas y tablas de series de tiempo incluyen: elevación de la superficie del agua; profundidad; y velocidad (velocidades de nodo 2D, velocidades de cara promedio 2D y velocidades 1D). 7. Los usuarios pueden consultar cualquier valor de capa de mapa activo simplemente moviendo el puntero del mouse sobre el mapa. 8. Las imágenes web, los archivos de formas y las capas de puntos se pueden mostrar como capas de fondo detrás de los resultados calculados. 9. El usuario ahora puede hacer un modelo de terreno a partir de las secciones transversales (solo canal o secciones enteras), las líneas de río y banco, y la superficie de interpolación de la sección transversal. Las elevaciones entre las secciones transversales se interpolan usando la superficie de interpolación y las elevaciones de la sección transversal. Este modelo de terreno se puede combinar con otros datos de terreno (sobrebanco / llanura de inundación) para crear un nuevo modelo de terreno en el que los datos del canal / sección transversal ahora se queman en el modelo de terreno general. 10. Los usuarios ahora pueden crear líneas de perfil definidas por el usuario, luego solicitar varios tipos de salida a lo largo de esas líneas de perfil (es decir, WSE y terreno, velocidad, profundidad, etc.) 11. El usuario puede hacer zoom en un área de su modelo y luego almacenar esa ubicación como una vista definida por el usuario. Luego, puede hacer clic en cualquier vista de definición de usuario y saltará a esa ubicación y vista.

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Agregar capas de mapa de resultados para visualización Una vez que se completa una ejecución del modelo HEC-RAS, y se abre RAS Mapper, habrá una Capa de resultados que tiene el mismo nombre que el ID corto del plan HEC-RAS para esa ejecución (consulte la Figura 5-2 a continuación). Debajo de Results | Plan Short ID, será un árbol de resultados relacionados. De forma predeterminada, habrá una capa de Geometría, una capa de Profundidad, una capa de Velocidad y una capa WSE (elevación de la superficie del agua). La capa de Geometría contendrá las capas de Geometría de entrada HEC-RAS que se usaron en esa ejecución específica. La capa Geometría incluye subcapas de: River; Bank Line; River Edge Line; Junction; XS (cross sections); Storage Area; 2D flow area; XS Interpolation Surface, etc…Cualquiera o todas estas capas de Geometría se pueden activar para visualizar los elementos del modelo.

Figura 5-2. Se muestra el asignador RAS con capas de resultados predeterminadas.

Por defecto, después de una ejecución exitosa del modelo HEC-RAS, habrá tres capas de resultados llamadas Profundidad, Velocidad y Elevación. Estas capas se pueden usar para visualizar los resultados del modelo en un formulario de mapeo de inundación (por ejemplo, un mapa bidimensional de la geometría, con agua y otras capas encima). Las capas se calcularán y se mostrarán sobre la marcha, lo que significa que RAS Mapper lee el resultado del modelo calculado de un archivo, luego calcula el mapa en la memoria y lo muestra según sea necesario. El terreno subyacente utilizado para calcular las capas del mapa se basa en la escala de vista del mapa. Si el usuario se acerca, los datos base (sin procesar) se utilizarán para calcular las capas del mapa de inundación; sin embargo, si el 127

usuario se aleja, se usa una versión re-muestreada del terreno. Por lo tanto, las capas del mapa que se muestran pueden cambiar ligeramente en función de la escala a la que se acerca el usuario. Por defecto, las capas del mapa no son cuadrículas precalculadas almacenadas en el disco duro. Al calcular la capa del mapa sobre la marcha, el mapeo es en realidad más rápido y ocupa mucho menos espacio en disco. El usuario tiene la opción de crear una capa de mapa "Almacenado" (una cuadrícula de profundidad almacenada en el disco duro) si lo desea. Las cuadrículas "almacenadas" se basan en la capa de terreno sin procesar (más detallada) para calcular la cuadrícula. Hay otras capas de resultados disponibles para visualización, pero el usuario debe solicitar / crear una capa de resultados para mostrar. Para crear una nueva capa de resultados, haga clic con el botón derecho en el Nombre del plan deseado (que figura en la Capa de resultados) y seleccione la opción llamada Add new results map layer. Esta opción abrirá una ventana que le permitirá seleccionar un nuevo Tipo de mapa de resultados (consulte la Figura 5-3). Esta ventana también se puede mostrar seleccionando Tools | Manage Results Maps. Luego aparecerá el Administrador de mapas de resultados (Results Map Manager), y el usuario puede seleccionar Add New Map de cualquiera de los nombres de Plan enumerados en esa ventana para crear una nueva capa de mapa de resultados.

Figura 5-3. Ejemplo de la ventana Mapa de resultados utilizada para crear nuevas capas de mapa de resultados.

Como se muestra en la Figura 5-3, la nueva ventana de Results Map Parameter tiene tres secciones para seleccionar. A la izquierda está Map Type, donde el usuario selecciona el parámetro para mapear (crear una capa para). Actualmente, RAS Mapper permite al usuario crear 10 tipos de mapas diferentes (Tabla 5-1). Después de seleccionar un parámetro, la sección central de la ventana (Unsteady Profile) se utiliza para elegir el tipo de perfil: Máximo (etapa máxima en todas partes, independientemente del tiempo); Mínimo (etapa mínima en todas partes, independientemente del tiempo); o una fecha y hora específicas (resultados en esa instancia específica en el tiempo). Si un mapa se va a mostrar dinámicamente (se calcula en la memoria y se muestra sobre la marcha), no importa lo que se elija para el perfil, el usuario podrá visualizar dinámicamente todos los perfiles. Si un mapa necesita ser creado como un mapa estático (una cuadrícula de resultados o profundidad escrita en un archivo), el perfil específico elegido se usará para ese mapa estático.

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Tabla 5-1. Tipos de mapas actuales del mapeador RAS. Tipo de mapa

Descripción

Profundidad

Profundidades del agua calculadas a partir de la diferencia en la elevación de la superficie del agua.

Elevación de la superficie del agua

Elevaciones de la superficie del agua en todas las ubicaciones calculadas y elevaciones de la superficie del agua interpoladas espacialmente entre esas ubicaciones.

Velocidad

Velocidad en todas las ubicaciones calculadas y velocidad espacialmente interpolada entre esas ubicaciones.

Límite de inundación

Límite de inundación calculado a partir del contorno de profundidad cero de las profundidades de inundación para el perfil de superficie de agua seleccionado

Flujo (solo 1D)

Valores de flujo calculados en las secciones transversales 1D y valores de flujo interpolados entre secciones transversales. Esta opción solo está disponible para simulaciones 1D

Esfuerzo cortante

El esfuerzo cortante calculado como: (γ R Sf). Para las celdas 2D es el esfuerzo cortante promedio en cada cara, luego se interpola entre las caras. Para las secciones transversales 1D, la sección transversal se divide en segmentos definidos por el usuario, luego se calculan los valores promedio para cada segmento. Los valores se interpolan entre las secciones transversales utilizando la superficie de interpolación de la sección transversal.

Profundidad * Velocidad

Calculado como la profundidad hidráulica (profundidad promedio) multiplicada por la velocidad promedio en todas las ubicaciones calculadas e interpolada espacialmente entre esas ubicaciones. Para las celdas 2D, la profundidad hidráulica se calcula para cada cara, luego se multiplica por la velocidad promedio a través de esa cara. Para las secciones transversales 1D, la sección transversal se divide en segmentos definidos por el usuario, luego se calculan los valores promedio para cada segmento. Para corridas de flujo inestable, el valor Máximo es el máximo de profundidad por velocidad basado en el intervalo de mapeo del usuario, y no el intervalo de cálculo.

Profundidad * Velocidad2

Calculado como la profundidad hidráulica (profundidad promedio) multiplicada por la velocidad promedio al cuadrado en todas las ubicaciones calculadas e interpolada espacialmente entre esas ubicaciones. Para las celdas 2D, la profundidad hidráulica se calcula para cada cara, luego se multiplica por la velocidad media al cuadrado a través de esa cara. Para las secciones transversales 1D, la sección transversal se divide en segmentos definidos por el usuario, luego se calculan los valores promedio para cada segmento. El valor máximo es el máximo de profundidad multiplicado por la velocidad al cuadrado en función del intervalo de mapeo del usuario, y no el intervalo de cálculo.

Hora de llegada

Tiempo calculado (en horas o días) desde un tiempo específico en la simulación cuando la profundidad del agua alcanza una profundidad de inundación (umbral) especificada. El usuario puede especificar las unidades de tiempo, el tiempo de inicio y el umbral de profundidad.

Recesión

Tiempo calculado (en horas o días) desde un tiempo especificado en la simulación cuando la profundidad del agua retrocede por debajo de una profundidad de inundación (umbral) especificada. El usuario puede especificar las unidades de tiempo, el tiempo de inicio y el umbral de profundidad.

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Tipo de mapa

Descripción

Duración

Duración calculada (en horas o días) para la cual la profundidad del agua excede una profundidad de inundación especificada (umbral). El usuario puede especificar las unidades de tiempo, la hora de inicio y el umbral de profundidad. (Nota: RAS ignora múltiples eventos pico. Una vez que se alcanza un umbral de profundidad, la duración continúa hasta que la profundidad haya retrocedido por completo para el evento).

Porcentaje de tiempo inundado

La cantidad de tiempo que un área se inunda como un porcentaje del rango de tiempo de simulación total.

Corriente

La potencia de la corriente se calcula como el esfuerzo cortante promedio del tiempo de velocidad promedio. Para las celdas 2D es la velocidad promedio por el esfuerzo cortante promedio en cada cara, luego se interpola entre las caras. Para las secciones transversales 1D, la sección transversal se divide en segmentos definidos por el usuario, luego se calculan los valores promedio para cada segmento. Los valores se interpolan entre las secciones transversales utilizando la superficie de interpolación de la sección transversal.

Las capas del mapa de hora y duración de llegada requieren información adicional del usuario: si se deben escribir los resultados en horas o días; un umbral de profundidad (el valor predeterminado es cero, pero el usuario puede querer ingresar un valor más alto, como 0.5 o 1.0 pies); y, finalmente, los datos de inicio y el tiempo que se utilizará para la evaluación (este puede ser el inicio de un tiempo de advertencia, lo que haría que el cálculo del tiempo de llegada sea un tiempo de advertencia). Lo último que se debe seleccionar en la ventana Map Output Mode (Tabla 5-2). Map Output Mode es donde el usuario selecciona si el mapa será una capa dinámica, generada para la vista actual (en la memoria) o una capa de mapa almacenada (guardada en el disco). Las capas dinámicas se calculan sobre la marcha según sea necesario y se pueden animar a través de los pasos de tiempo de la solución. Los mapas dinámicos son los más útiles para visualizar los resultados. Los mapas almacenados solo deben crearse cuando el usuario desea crear una cuadrícula de profundidad u otro tipo de capa que deba escribirse en el disco duro. Otro programa puede usar una capa almacenada (por ejemplo, HEC-FIA para calcular daños o pérdida de vidas), o puede mostrarse en un SIG y usarse para otro propósito. Nota: La asignación dinámica utiliza un esquema piramidal para mostrar los mapas (al igual que Google). Debe acercarse para ver la inundación completa en detalle. A medida que se aleja, el software toma una capa de terreno más gruesa en la que 4 de las celdas de terreno originales se promedian en una sola celda (elevación promedio) y luego se hace un mapa de inundación a partir de eso. Si se aleja aún más, se toma una capa de terreno aún más gruesa (en función de la distancia que se aleja), luego se crea un mapa de inundación a partir de eso. Por lo tanto, cuanto más se aleja, más grueso es el terreno que se usa (es decir, más promediado). Esto se hace por la velocidad. No habría forma de que pudiéramos producir y mostrar los mapas sobre la marcha tan rápido sin hacer esto. Además, el mapeo dinámico se realiza con un TIN de superficie de agua inclinada, que luego se cruza con un TIN de la superficie del terreno, para encontrar la intersección de profundidad cero. Los mapas almacenados se hacen desde el nivel de terreno más detallado (Su terreno base). Sin embargo, los mapas almacenados son cuadrículas en las que se almacena una elevación de la superficie del agua (u otro valor de la capa de datos) por celda (el tamaño de la 130

celda se basa en los datos del terreno que se utilizan para crear el mapa). En última instancia, los mapas dinámicos y los mapas almacenados pueden mostrar algunas diferencias en el área inundada, dependiendo de su nivel de zoom y el tamaño de celda utilizado para crear su modelo de terreno.

Tabla 5-2. Modos de salida del mapa RAS Mapper. Modo de salida de mapa

Descripción

Dinámica

El mapa se genera para la vista actual dinámicamente en la memoria (RAM). Los resultados también pueden ser animados si hay múltiples perfiles para la variable. Raster

Capa de entidades de puntos

Almacenado Raster

Capa de entidades de puntos

Límite de polígono en valor

La salida cuadriculada se calcula en función del terreno asociado. Los valores se calculan en ubicaciones especificadas por un archivo de forma de punto. Para el tipo de mapa de Profundidad, los valores de elevación para comparar pueden provenir del Terreno Asociado, los Valores Z de los puntos o el uso de una columna para datos de elevación. El mapa calculado se almacena en el disco para un perfil específico. Los mapas almacenados no pueden ser animados. La salida cuadriculada se calcula en función del terreno especificado por el usuario y se almacena en el disco. El terreno asociado es el predeterminado. Los valores se calculan en ubicaciones especificadas por un archivo de forma de puntos y se almacenan en el disco. Para el tipo de mapa de Profundidad, los valores de elevación para comparar pueden desde el Terreno Asociado, los Valores Z desde los puntos o el uso de una columna para datos de elevación. Un límite es polígono se crea en el valor de contorno especificado almacenado en el disco. Esta es la opción predeterminada para el tipo de mapa Límite de inundación que utiliza la profundidad calculada en el contorno de profundidad cero.

Modos de representación del mapa Puede haber diferencias importantes en los valores calculados entre los resultados dinámicos y la información ráster almacenada. Los mapas dinámicos difieren en que son una superficie creada a través de la interpolación de valores; por lo tanto, a medida que el usuario mueve el mouse en la pantalla, se mostrará el valor interpolado para la ubicación correspondiente. Esto contrasta con la visualización de un ráster en un SIG típico donde el valor informado será el de toda la celda de la cuadrícula. Para obtener resultados de profundidad dinámicos, los valores informados al usuario en una ubicación de mapa específica pueden cambiar según el nivel de zoom. Esto se debe a que para el mapeo dinámico, el nivel de la pirámide del terreno utilizado para evaluar la elevación de la superficie del terreno depende de qué tan lejos el usuario haya acercado o alejado el mapa. Incluso si se amplía para que los datos base se utilicen para el análisis, los resultados del mapa no serán idénticos, especialmente en el límite de la llanura de inundación. Esto se debe a que para la cuadrícula de 131

profundidad almacenada la celda se considera húmeda o seca. Para un mapa dinámico, el límite de inundación se determina interpolando los valores de las elevaciones e intersectando la superficie del agua interpolada con las elevaciones del terreno interpoladas para el límite. El mapa dinámico, por lo tanto, dará como resultado un límite de llanura de inundación "suave". Un ejemplo de las diferencias entre la asignación dinámica y la asignación almacenada se muestra en la Figura 5-4.

Figura 5-4. Diferencias en los resultados de mapas dinámicos (límites suaves) y almacenados (cuadriculados).

Opciones de mapeo 2D RAS Mapper tiene dos opciones de Modo de renderizado sobre cómo se interpola y muestra la superficie del agua para los resultados del modelo 2D. Las opciones del Modo de renderizado (Render Mode) son trazar la superficie del agua como Pendiente (predeterminado) u Horizontal dentro de una celda 2D. El modo de procesamiento seleccionado afectará tanto el mapa dinámico como los resultados del mapa almacenado. Para seleccionar el Modo de renderizado, haga clic con el botón derecho en el nodo Resultados y elija Render Mode Options, o seleccione Render Mode Options en el menú Herramientas. En la Figura 5-5 se muestra una ilustración de los dos modos de representación, mientras que la Figura 5-6 muestra las diferencias espaciales debidas al modo de representación. Superficie del agua inclinada (predeterminado): el modo de representación de la superficie del agua inclinada traza la superficie del agua calculada al interpolar las elevaciones de la superficie del agua desde cada cara de celda 2D. Esta opción de conectar cada cara de celda proporciona una visualización para un mapa de inundación más continuo. El mapa de inundación más continuo, parece más realista; sin embargo, en algunas circunstancias también puede tener la apariencia de más agua o menos volumen de agua en las celdas 2D de lo que se calculó en la simulación. Este problema generalmente ocurre en terrenos empinados con grandes celdas de cuadrícula 2D. Este enfoque de la superficie del agua en pendiente es más útil cuando se muestran profundidades de inundación poco profundas en áreas de terreno empinado. Este es el modo de representación predeterminado. Sin embargo, los usuarios deben trazar con ambos modos de representación e inspeccionar de cerca las diferencias. Superficie del agua horizontal: el modo de representación de la superficie del agua horizontal traza la superficie del agua calculada como horizontal en cada celda del Área 2D. Esta opción llena cada celda 2D hasta la superficie del agua como se calcula en la simulación 2D. En áreas donde el terreno tiene un alivio significativo entre las celdas 2D, esta opción de trazado puede producir un "mosaico" de áreas inundadas aisladas al visualizar las profundidades de inundación. Estas áreas de inundación aisladas son más visibles en áreas de terreno empinado, utilizando grandes celdas de cuadrículas, con profundidades de inundación poco profundas. 132

Figura 5-5. Comparación de la representación de la superficie del agua en pendiente y horizontal para terrenos empinados.

Figure 5-6. Comparison of (a) sloping and (b) horizontal water surface mapping option for inundation depth.

Mapeo Dinámico Como se muestra en la Figura 5-7, habrá capas de resultados para cada Plan que se haya ejecutado. Para este ejemplo, debajo de la capa Resultados en el panel del lado izquierdo, hay resultados para un Plan llamado "Cuadrícula 2D de 50 pies". Debajo de la capa "Cuadrícula 2D de 50 pies" hay cuatro subcapas: Geometría, Profundidad, Velocidad y WSE (elevación de la superficie del agua). La capa de geometría representa los datos de geometría utilizados en la ejecución y escritos en el archivo de salida. Las otras capas (profundidad, velocidad y elevación) son capas de salida de mapeo dinámico. Cada nombre de capa es seguido por un conjunto de paréntesis. La siguiente información entre paréntesis describe qué cuadrícula actual se muestra en la gráfica. Dentro de los paréntesis podría haber una fecha y hora específicas, o máximo, o mínimo. Al hacer clic derecho en cualquiera de las capas de resultados (por ejemplo, Profundidad) se mostrará un menú contextual que 133

tiene varias opciones para esta capa de salida. Estas opciones son: Propiedades de capa; Editar parámetros del mapa; Zoom a la capa; Quitar capa; Mover capa; y Exportar mapa para usar en Google Map / Earth (Figura 5-7)

Propiedades de capa: esta opción permite al usuario controlar el aspecto de cada capa, como colores, rampas de color, colores y tipos de símbolos y líneas, estilos de relleno, etc. También contiene una pestaña llamada "Fuente" que proporciona información sobre la capa. , así como cuál es el nombre del archivo, dónde está almacenado, etc. Editar parámetros del mapa: esta opción permite al usuario editar o cambiar los parámetros de la capa del mapa. Zoom a la capa: esta opción amplía o reduce la imagen, de modo que las extensiones de la capa seleccionada son visibles. Eliminar capa: esta opción permite al usuario eliminar la capa de la ventana RAS Mapper. Mover capa: esta opción permite al usuario mover la capa hacia arriba o hacia abajo dentro de la lista de capas de RAS Mapper. Esto es importante, ya que algo que está más arriba en la lista (arriba) se trazará en la parte superior de las cosas que están más abajo en la lista (abajo), cuando se activan varias capas para mostrarlas. Cuando se selecciona esta opción, aparecerán varios submenús que permitirán al usuario mover una capa: Arriba; Hasta uno; Abajo uno; Fondo. El usuario también puede hacer clic izquierdo en una capa y arrastrarla hacia arriba y hacia abajo dentro de la lista de capas. Exportar mosaicos RAS para mapeo web: esta opción exportará la cuadrícula de profundidad a lo que se denomina un caché de mosaico (antes de hacer esto, el usuario debe configurar la proyección espacial utilizando la opción Establecer proyección para proyecto del menú Herramientas del 134

mapeador RAS). Un Tile Cache es una serie de archivos (256 x 256 píxeles) con diferentes resoluciones, escritos utilizando un esquema piramidal y en mosaico que cumple con las especificaciones de mapeo de Google (es decir, habrá varios directorios, cada uno representando una resolución diferente). Cuando se selecciona esta opción, aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 5-8.

Figura 5-8. Editor de opciones de caché de mosaico.

El usuario debe establecer el Nombre de archivo y la Carpeta en la que se desarrollarán estas subcarpetas y se almacenarán los mosaicos. Además, el usuario debe seleccionar el Nivel de caché que representará el nivel de mosaico más detallado (cuando se amplía). Si el usuario planea acercarse para obtener más detalles en el mapa, se debe seleccionar un nivel de caché más alto (tamaño de celda (píxel) más pequeño). Sin embargo, cuanto mayor sea el nivel de caché seleccionado, más tardará en generar esta caché de mosaico y mayor será el espacio de almacenamiento de archivos requerido. Además, el tamaño de esta celda (píxel) cambiará según la latitud del proyecto.

Animando Capas de Mapa Cualquier capa de mapa que sea "dinámica" se puede animar a tiempo. El control de animación se puede usar para animar una sola capa de mapa; múltiples capas de mapa dentro del mismo Plan; o múltiples capas de mapas de diferentes planes. Para animar una sola capa de mapa, active esa capa de mapa, luego conviértala en la capa de mapa activa (La capa se resaltará en un color Magenta). Una vez que se activa una capa y se convierte en la capa activa, se puede usar el control de animación en la parte superior de la ventana del mapa para animar esa capa a tiempo. El control de animación tiene un botón de reproducción, así como las opciones Máx. Y Mín. Para animar varias capas de mapa dentro del mismo Plan, active todas las capas de mapa deseadas dentro del Plan, luego seleccione el identificador del Plan para convertirlo en el Plan Activo (debe resaltarse en Magenta). Luego, use el control de animación para animar todas las capas de planes a tiempo juntas.

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Para animar múltiples capas de mapas de diferentes planes, active todas las capas de mapas deseadas para animarlas desde planes separados. Luego, seleccione la capa de resultados para activar todos los resultados (La capa de Resultados se resaltará en Magenta). Luego, use el control de animación para animar todas las capas de mapa activadas a tiempo. En la Figura 5-9 se muestra un ejemplo de animación de dos capas de Profundidad diferentes, desde diferentes planes. Mientras ambos planes tengan salida para la misma fecha y hora, se mostrarán. El software utiliza la capa más alta del árbol para decidir la ventana de tiempo y los pasos de tiempo disponibles para la animación. Si alguna de las otras capas de mapa que están activadas no tiene salida en ese punto específico en el tiempo, entonces simplemente no se muestra.

Figura 5-9. Barra de herramientas de mapeo dinámico / animación.

Como se muestra en la Figura 5-9, al animar la capa de Profundidad para un Plan (es) específico (s), el usuario tendrá la opción de seleccionar: Máx, Mín, o usar la barra deslizante para moverse a un punto específico en el tiempo durante el evento . Si se selecciona Máx., La inundación máxima que se produjo en cada ubicación del modelo (secciones transversales 1D, áreas de almacenamiento y malla 2D) se trazará para la cuadrícula de profundidad. Si se selecciona Min, se mostrará la profundidad mínima que se produjo en cada ubicación dentro del evento. Si el usuario selecciona el botón Reproducir (flecha verde del extremo derecho), el mapa (s) trazará automáticamente cada intervalo de salida de mapeo en secuencia (es decir, animado). La animación se puede detener seleccionando el botón Pausa. Si el usuario usa la barra deslizante, puede seleccionar una fecha y hora específicas, lo que resultará en mostrar el mapa de inundación para esa instancia específica en el tiempo. Los tiempos disponibles se basan en el intervalo de salida de mapeo especificado en la ventana de simulación de flujo inestable. El usuario también puede mantener presionada la flecha 136

derecha o la flecha izquierda en los extremos de la barra deslizante para animar el mapa, ya sea hacia adelante o hacia atrás en el tiempo. Tenga en cuenta que estos mapas se están creando sobre la marcha en la memoria. No existen en un archivo en el disco. Debido a que estos mapas se crean sobre la marcha, esto se conoce como mapeo dinámico (¡pruébalo, es divertido!). También es la mejor manera de visualizar los resultados del modelo desde una perspectiva de mapeo. Las versiones futuras de la herramienta de animación tendrán un botón Grabar, para que el usuario pueda reproducir la animación y grabarla en un archivo de video. Por ahora, si el usuario desea crear un archivo de película, use el software Snagit® (o un paquete de utilidad de captura de pantalla similar) para capturar la pantalla mientras anima los resultados de la inundación.

Crear mapas estáticos (almacenados) El usuario puede crear un mapa estático (mapa almacenado en el disco) en cualquier momento desde RAS Mapper seleccionando Herramientas | Elemento del menú Administrar mapa de resultados. Cuando se selecciona esta opción, aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 5-10

Figura 5-10. Ventana de mapeo de resultados.

Como se muestra en la Figura 5-10, este editor permitirá al usuario crear nuevas capas de mapa (Agregar Nuevo Mapa), así como generar mapas almacenados en un archivo (que puede usarse con HEC-FIA, o en un SIG, etc. ...) Para agregar una nueva capa de mapa de resultados, presione el botón etiquetado Agregar nuevo mapa ... para el Plan deseado desde el cual el usuario desea crear un mapa, se abrirá la ventana que se muestra en la Figura 5-11.

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Figura 5-11. Agregar nueva ventana de capa de mapa de resultados.

Esta ventana se describió anteriormente en la sección denominada Agregar capas de mapa de resultados para visualización. Esta ventana se puede usar para crear una capa de mapa dinámico, o crear un mapa estático marcando una de las opciones en la sección Almacenado (guardado en el disco), luego presionando el botón Agregar mapa en la parte inferior de la ventana (Figura 5- 11) Luego aparecerá una nueva capa en la ventana Manage Results Maps para el plan seleccionado, sin embargo, el estado de ese mapa se etiquetará como "Los archivos del mapa están desactualizados", lo que significa que el mapa almacenado aún no se ha creado. Para crear el mapa almacenado, primero resalte las capas que se crearán, luego presione el botón etiquetado Compute/Update Stored Maps en la esquina superior derecha (Figura 5-10). Esto iniciará el proceso de creación / actualización de mapas almacenados para todas las capas de mapas almacenadas que están desactualizadas (solo se crearán / actualizarán las capas resaltadas). Cuando se complete este proceso, habrá un subdirectorio dentro del directorio del proyecto etiquetado con el mismo nombre que la ID abreviada del plan RAS. Esta carpeta contendrá los resultados en un formato de archivo cuadriculado. RAS Mapper crea archivos en el formato de archivo GeoTIFF (Tiff geoespacial con extensión de archivo .tif). GeoTIFF es un archivo estándar y se puede usar directamente en ArcGIS 10 y superior y otros paquetes de software. El usuario simplemente puede arrastrar y soltar los archivos GeoTIFF en un proyecto ArcGIS. La última versión de HEC-FIA (versión 3.0 y superior) también utiliza el formato de archivo GeoTIFF para incorporar los resultados de HEC-RAS para el cálculo de daños por inundaciones y posibles pérdidas de vidas. Además, RAS Mapper crea un archivo con la extensión ".hdf" (archivo HDF5). El archivo .hdf contiene información para RAS Mapper sobre los archivos GeoTIFF. RAS Mapper también crea un archivo XML con la extensión ".vrt". El archivo .vrt es compatible con otro software GIS para visualizar archivos ráster. Si el usuario tiene más de una cuadrícula de terreno para el modelo Terrain, RAS Mapper también creará más de una cuadrícula de profundidad de salida. (es decir, los pone en mosaico). El archivo .vrt es solo un archivo de colección que describe los otros archivos y dónde viven espacialmente. Si el usuario arrastra ese archivo a un SIG, o lo importa, entonces trae todos los mosaicos como una sola colección en una capa, y el usuario puede tener todos los mismos atribuidos.

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Velocidad de trazado RAS Mapper ahora tiene la capacidad de trazar velocidades espaciales tanto para alcances de ríos 1D como para áreas de flujo 2D. La velocidad se traza con una paleta de colores que refleja la magnitud de la velocidad. Los usuarios pueden cambiar la paleta de colores, así como el rango de magnitud para trazar los colores. Los vectores de velocidad, que reflejan la dirección y la magnitud de la velocidad, se pueden agregar a la gráfica. Además, hay una opción para activar una visualización de rastreo de partículas, que permite una comprensión mucho mayor del campo de flujo de velocidad, tanto en magnitud como en dirección. Active la capa de salida de velocidad marcando la casilla a la izquierda de la capa. Desde allí, el usuario puede hacer que la capa Velocity sea la capa activa (resaltada en rosa) y seleccionar la herramienta Animación para animar todo el evento de inundación. Vea un ejemplo de diagrama de velocidad del modelo 2D en la Figura 5-12 a continuación.

Figura 5-12. Ejemplo de gráfico de velocidad basado en color

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Además del trazado de la velocidad del color, RAS Mapper tiene la opción de agregar vectores de velocidad y mostrar trazas de partículas en la parte superior de las capas del mapa. Para agregar vectores de velocidad, presione el botón Flechas de velocidad estática sobre la ventana del mapa. Esto activará las flechas de dirección de velocidad y magnitud. Para controlar la densidad de las flechas, seleccione el botón Configuración de velocidad sobre la ventana del mapa. Este botón mostrará la ventana que se muestra en la Figura 5-13 a continuación:

Figura 5-13. Parámetros del mapa de velocidad.

La ventana de configuración de los parámetros del mapa de velocidad (consulte la Figura 5-13) permite al usuario controlar el espacio entre flechas seleccionando un espacio (ancho de píxeles para el espacio entre flechas). Cuando se activan las flechas, se muestran en la dirección de la velocidad. La magnitud de la velocidad se refleja en el tamaño de las flechas (es decir, las flechas más grandes equivalen a una velocidad más alta). La Figura 5-14 muestra un diagrama de velocidad con flechas de magnitud / dirección activadas.

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Figura 5-14. Ejemplo de diagrama de velocidad con flechas de color y dirección / magnitud.

Otra opción extremadamente genial para el trazado de velocidad es la opción llamada Rastreo de partículas. Cuando esta opción está activada, el usuario verá lo que parecen ser partículas de agua que se mueven a través del campo de flujo. Esta es una visualización del movimiento de partículas de agua para mejorar la comprensión de la velocidad y la dirección del flujo. Para activar esta opción, presione el botón Rastreo de partículas sobre la ventana del mapa. Una vez que esta opción está activada, desde la ventana Parámetros del mapa de velocidad (Figura 5-13) el usuario puede cambiar los parámetros que controlan la visualización del rastreo de partículas. Estos parámetros son: Velocidad (Velocidad de movimiento de las partículas. La velocidad es una velocidad relativa, no es la velocidad real de las partículas); Densidad (densidad de las partículas); Ancho (qué tan gruesos aparecen); Vida útil (cuánto durará un rastro de partículas); y Anti-Aliasing (Sí proporciona líneas más suaves para las trazas de partículas, pero requiere más potencia de cómputo. No produce líneas de partículas que no son tan suaves, pero requiere mucha menos potencia de cómputo) El usuario puede activar y desactivar el Rastreo de partículas utilizando el F5 tecla (La ventana de trazado debe ser la ventana activa cuando se usa la tecla F5 para activar y desactivar el rastreo de partículas). Además, el usuario puede aumentar o disminuir la velocidad de las partículas (para mejorar la visualización), utilizando la tecla + para acelerar las partículas y la tecla - para reducir la velocidad de las partículas. El usuario también puede cambiar la densidad de las partículas. Si mantiene 141

presionada la tecla Cntrl y luego presiona la tecla +, aumentará la densidad de las partículas, mientras mantiene presionada la tecla Cntrl y luego la tecla - reducirá la densidad de las partículas. La opción de visualización de rastreo de partículas se puede activar sobre la parte superior de la gráfica de velocidad coloreada, o sobre la parte superior de las gráficas de profundidad y elevación. Esta opción es extremadamente útil para visualizar hacia dónde va el agua y la magnitud relativa de la velocidad. Pruébalo; ¡Es realmente divertido e informativo! En la Figura 5-15 se muestra un gráfico de ejemplo con la opción de seguimiento de partículas de velocidad activada y que se muestra en la parte superior de un gráfico de capa de profundidad.

Figura 5-15. Ejemplo de la opción de visualización de rastreo de partículas en la parte superior de una capa de profundidad.

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Consultar resultados del asignador RAS Cuando se muestra una capa de mapa en la ventana del mapa, se pueden consultar los resultados de ese mapa para mostrar el valor del punto simplemente moviendo el mouse sobre la capa del mapa. Para hacer esto, primero haga clic en la capa del mapa de resultados, para que sea la capa activa. Cuando se muestra una capa de mapa de resultados, al hacer clic en esa capa la etiqueta se convertirá en magenta en el árbol del directorio de capas. Una vez que se activa la capa de resultados deseada, y se establece en la capa activa, mueva el puntero del mouse sobre esa capa, y en todas partes el usuario mueva el puntero del mouse. El valor numérico de ese resultado se mostrará al lado del puntero del mouse. Vea el ejemplo a continuación en la Figura 5-16.

Figura 5-16. Ejemplo de consulta de un valor de la capa de mapa activa.

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Tablas y diagramas de salida de series temporales Cuando las capas de resultados están activadas para su visualización, el usuario también puede obtener diagramas y tablas de series de tiempo para esas capas de resultados. Si se muestra una capa de mapa de resultados, mueva el puntero del mouse sobre esa capa gráfica y luego haga clic con el botón derecho del mouse, aparecerá una ventana emergente con opciones de salida adicionales para mostrar diagramas de series de tiempo. Por ejemplo, si la capa del mapa de resultados "Profundidad" está activada, haga clic derecho en esa ventana del mapa sobre esa capa y una opción para trazar una "Serie temporal inestable" estará disponible en la ventana emergente. Cuando se selecciona esta opción, habrá un submenú para seleccionar los tipos de variables disponibles (es decir, Profundidad, WSE y Velocidad). Solo las capas de mapa que están activadas estarán disponibles para trazar. Además, si se activa más de uno del mismo tipo de capa de mapa para dos o más Planes, entonces todas esas capas de mapa aparecerán en el mismo diagrama de series de tiempo (Figura 5-17).

Figura 5-17. Ejemplo de diagrama de profundidad de series temporales de dos planes diferentes.

Si hay áreas de flujo 2D en el modelo, los resultados adicionales del modelo 2D en forma de diagramas y tablas de series de tiempo están disponibles. Para obtener resultados específicos del modelo 2D, primero active la cuadrícula del área de flujo 2D, desde la capa Geometría del plan deseado, que se enumera en la capa Resultados. Cuando se activa la cuadrícula del área de flujo 2D, haga clic con el botón derecho del mouse sobre ella, el menú emergente mostrará las opciones para trazar (Figura 5-18) las siguientes series de tiempo: Serie de tiempo de superficie de agua de celda 2D; Serie de tiempo de profundidad de agua de celda 2D; Serie de tiempo de velocidad de punto de cara 2D (esta es una velocidad de punto del punto de cara de celda más cercano cuando se selecciona); Serie de tiempo de velocidad perpendicular de cara 2D (el componente de la velocidad que es perpendicular a esta cara); 2D Time Shear Time Series (el esfuerzo cortante promedio en la cara de la celda que está más cerca del puntero del mouse cuando se selecciona); y las Tablas de propiedades (las tablas de propiedades de elevación de celda precalculadas frente a volumen y cara (elevación 144

frente a área, perímetro húmedo y rugosidad) que se utilizan en la solución de las ecuaciones). En la Figura 5-19 se muestra un ejemplo de diagrama de series temporales de elevación de la superficie del agua de la celda 2D de RAS Mapper.

Figura 5-18. Ejemplo que muestra opciones para mostrar los resultados de la serie de tiempo de salida del modelo 2D.

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Figura 5-19. Ejemplo de diagrama de hidrografía de serie temporal de una celda 2D.

Una vez que se traza una serie temporal desde RAS Mapper, también existe la opción de mostrar los resultados en una tabla. Los resultados tabulares se muestran seleccionando la pestaña Tabla en el diagrama de series de tiempo. Los usuarios pueden resaltar datos en la tabla y usar Ctrl-C para copiar la información resaltada en el Portapapeles de Windows. Además, al ver el diagrama, al hacer clic con el botón derecho aparece un menú emergente con las opciones para "Copiar valores al portapapeles" (que copia todos los datos) y para "Ampliar al máximo" los datos. Además, la rueda del mouse se puede usar para acercar y alejar el gráfico; mantener presionada la tecla Ctrl y usar el mouse permite medir en el diagrama; y mantener presionada la tecla "Z" y usar el mouse le permite al usuario dibujar una Ventana de Zoom; presionando la tecla Esc se ampliará al máximo.

Lineas de perfil HEC-RAS Mapper tiene la opción para que el usuario dibuje una línea en el mapa, asigne un nombre a esa línea y luego use esa línea para trazar los resultados que se activan en la parte superior de la línea. Para usar la opción de línea de perfil, el usuario debe seleccionar la pestaña Líneas de perfil en la parte inferior izquierda de la ventana del Mapeador HEC-RAS. Una vez que se selecciona esta 146

pestaña, hay un contenedor para las líneas de perfil definidas por el usuario, un botón + (agregar una línea de perfil) y un botón X (eliminar línea de perfil). Seleccione el botón + para agregar una nueva línea. La línea se puede dibujar como una línea multipunto en cualquier parte del mapa. Una vez que se dibuja la línea, se le pedirá que le dé un nombre único. Para trazar los resultados calculados por encima de una línea de perfil definida por el usuario, primero haga clic en el nombre de la línea de perfil en el cuadro del contenedor en la parte inferior izquierda de HEC-RAS Mapper (consulte la Figura 5-20). Esto activará esa línea. A continuación, haga clic derecho en la línea, aparecerá un menú emergente, del cual una vez que las opciones se etiqueten como " Profile Line: Profile line 1". Debajo de eso habrá una opción llamada "Unsteady Profile Plots", luego un submenú que contendrá todas las capas de datos disponibles que se pueden trazar como un gráfico de perfil. Seleccione la capa que desee, por ejemplo, WSE (Elevación de la superficie del agua). Una vez que se selecciona una capa de datos, el diagrama de perfil para esa capa de datos aparecerá en una ventana separada (Figura 5-21).

Figura 5-20. Línea de perfil activada y seleccionada para opciones de trazado.

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Figura 5-21. Ejemplo de línea de perfil Parcela de elevación de la superficie del agua (WSE)

Vistas definidas por el usuario HEC-RAS Mapper tiene la opción de permitir al usuario almacenar Vistas específicas. Las vistas son las extensiones actuales de la ventana de vista del mapa. Esta puede ser una característica muy útil cuando tienes un modelo grande. El usuario puede acercarse a un área de interés y luego almacenar esa vista con un nombre definido por el usuario. Luego vaya a otra área de interés y almacene esa vista, etc. Para usar la opción Vistas, seleccione la pestaña Vistas en la parte inferior izquierda de la ventana del Mapeador HEC-RAS. Amplíe la ubicación de interés y las extensiones exactas para las que desea guardar como vista. Presione la tecla + para guardar la vista. Se le pedirá al usuario que proporcione un nombre único para cada vista guardada. Una vez que haya guardado una o más vistas, simplemente haga clic en un nombre de vista en particular, y el mapa pasará automáticamente a esa extensión de vista.

Capas de mapa de fondo HEC RAS Mapper tiene varias opciones para incorporar otras capas / formatos de datos que se utilizarán como mapas de fondo debajo de los resultados calculados. Por ejemplo, se admiten los siguientes formatos de archivo: imágenes web; Archivos de forma ESRI; Archivos VRT (ráster virtual); Archivos GML (lenguaje de marcado geoespacial); y muchos otros formatos de archivo (actualmente se admiten 115 formatos de archivo). El tipo de archivo GML admitido es el formato "Características simples versión 3".

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Para usar la capacidad de imágenes web, primero configure el sistema de referencia espacial para el proyecto. Seleccione las herramientas | Establezca el elemento de menú Proyección para proyecto desde la barra de menú de RAS Mapper. Cuando se selecciona esta opción, aparecerá la ventana que se muestra en la Figura 5-22.

Figura 5-22. Editor para configurar el sistema de referencia espacial del proyecto RAS.

Para configurar el sistema de referencia espacial (sistema de coordenadas), busque y seleccione un archivo existente ".prj" (archivo de proyección ESRI) que contenga el sistema de coordenadas correcto. Si se instala ArcGIS 10 o inferior, el usuario puede buscar el directorio de ArcGIS que contiene una lista de todos los sistemas de coordenadas disponibles y seleccionar el apropiado. La ruta de directorio predeterminada donde ArcGIS 10 o anterior almacena una lista de todos los sistemas de coordenadas disponibles se enumera en el cuadro de texto "Archivo de proyección", que se muestra en la Figura 5-22. Para este ejemplo, se seleccionó "NAD 1983 State Plane Indiana East".

Imágenes web: Una vez que se establece el sistema de coordenadas correcto en RAS Mapper, la opción de imágenes web se puede usar seleccionándola en el menú Herramientas (o haciendo clic con el botón derecho en Capas de mapa y seleccione Agregar capa de imágenes web). Cuando se selecciona esta opción, aparecerá una ventana con la lista de servicios web disponibles para descargar imágenes basadas en web y capas de mapa (Figura 5-23). Seleccione una de las opciones disponibles y presione el botón OK. Cuando se selecciona un servicio web, RAS Mapper enviará los límites del área actualmente vista a ese servidor y solicitará las imágenes / datos del mapa. Una vez que se reciben los datos, se muestran en la pantalla. Estos datos no se guardan en el disco duro. Es solo para la visualización en tiempo real de las capas de imágenes y mapas. Cuando se usa esta opción, cada vez que el usuario acerca o aleja, o realiza una panorámica, realiza una nueva solicitud de datos, los recibe y luego los muestra. Vea un ejemplo de imágenes web utilizadas como capa de fondo en la Figura 5-24.

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Figura 5-23. Servicios de mapeo web disponibles en RAS Mapper

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Figura 5-24. Mapper RAS con imágenes web de fondo cargadas con una cuadrícula de profundidad de inundación superpuesta.

Otros formatos de capa de mapa Como se mencionó anteriormente, además de las imágenes web, RAS Mapper admite muchos formatos de archivo diferentes para mostrar capas de mapa. Algunos de los formatos más populares son: ESRI Shapefiles; GeoTIFF; MrSID; JPEG; Arco / Cuadrículas de información; Mapas de bits; NetCDF; USGS ASCII DEM; etc ... Para usar esta opción, haga clic derecho en Map Layers, luego seleccione la opción Add Map Data Layers. Aparecerá la ventana del explorador de archivos, lo que permite al usuario navegar hasta el archivo deseado y seleccionarlo. Ver Figura 5-25 a continuación:

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Figura 5-25. Ejemplo de selector de archivos para traer Capas de mapa que se utilizarán para la visualización de fondo.

Base de datos nacional del dique La última herramienta para discutir es el enlace a la National Levee Database (NLD). Si el usuario selecciona Importar NLD en el menú Herramientas de RAS Mapper, aparecerá una ventana como se muestra en la Figura 5-21. El usuario puede seleccionar consultar todos los diques y muros de contención que se encuentran dentro de la extensión de la vista actual (el área que se muestra en la pantalla cuando está totalmente alejada), o dentro de la vista de las capas de mapa seleccionadas. Una vez que se presiona el botón de consulta, el software llama a la NLD para toda su información. El NLD enviará una lista de vuelta a HEC-RAS y aparecerá una ventana en la pantalla con esa lista de diques / muros de contención (Figura 5-26).

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Figura 5-26. Lista de diques y muros de contención enviados a RAS desde el NLD.

El usuario luego selecciona qué información desea. Finalmente, el usuario presiona el botón Descargar, y luego se le pedirá que seleccione un directorio para almacenar los datos. Una vez que se selecciona un directorio, el software descargará una línea central 3D de dique, una línea central 3D de muro de inundación y un polígono del área protegida para cada uno de los diques enumerados en la ventana que se muestra en la Figura 5-26. Actualmente la información se almacena en un formato de archivo ".gml" (Lenguaje de marcado geoespacial). El siguiente paso para que HEC-RAS use estos datos es automatizar el proceso de convertirlos en una Estructura Lateral HEC-RAS para representar los diques y muros de inundación, así como usar el área protegida para límites de flujo 2D y / o área de almacenamiento. Esto no está disponible en la versión 5.0.

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Archivo de salida 2D (archivo binario HDF5) La salida para los cálculos del área de flujo 2D, así como parte de la salida 1D, está contenida en un archivo binario que está escrito en el formato de archivo HDF (Hierarchical Data Format) (The HDF Group, 2014). De manera similar a un documento XML, los archivos HDF se autodescriben y permiten a los usuarios especificar relaciones y dependencias de datos complejas. Sin embargo, a diferencia de los archivos XML, los archivos HDF pueden contener muchos tipos diferentes de datos y todos se almacenan en una forma binaria eficiente. Además, HDF permite el acceso directo a diferentes partes del archivo sin tener que analizar primero todo el contenido. Específicamente, estamos utilizando el formato de archivo HDF-5 (Versión 5 de HDF). Para ver y utilizar parte de la salida fuera de la interfaz HEC-RAS, el usuario puede acceder a ella directamente desde los archivos HDF. Se puede descargar un visor de archivos HDF gratuito de The HDF Group en la siguiente ubicación: http://www.hdfgroup.org/products/java/release/download.html

Descargue e instale la versión de Windows de 64 bits si tiene un sistema operativo de 64 bits. La versión de 64 bits puede leer archivos de 32 y 64 bits. Una vez que el visor de archivos HDF está instalado, puede abrir los archivos, ver su contenido, mostrar datos tabulares e incluso trazar resultados. En la Figura 5-27 se muestra un ejemplo de salida de archivo HDF de un modelo de ejecución HEC-RAS 1D / 2D. Como se muestra en la Figura 5-27, el usuario puede acceder a la salida de flujo inestable para las áreas 2D (así como a los objetos 1D) profundizando en los directorios ... Resultados / inestable / Salida / Bloques de salida / Salida base / Serie temporal inestable / Áreas de flujo 2D /, luego haciendo clic en el nombre de la carpeta del área de flujo 2D y el usuario puede ver toda la salida que se calculó y almacenó para esa área de flujo 2D específica. Los datos de series temporales de archivos HDF disponibles actualmente que se emiten para un área 2D son:

1. Profundidad: 2. Velocidad de la cara: 3. Nodo X Vel: 4. Nodo Y Vel: 5. Tensión de corte de la cara: 6. Superficie del agua:

profundidad del agua en cada una de las celdas (Ft o m) velocidad normal de la cara (el componente de la velocidad perpendicular a esa cara) (ft/s or m/s) El componente X del vector de velocidad en un Punto de Cara (ft/s or m/s) El componente Y del vector de velocidad en un Punto de Cara (ft/s or m/s) tensión de corte media sobre la cara (lb/ft2 or N/m2) elevación de la superficie del agua para cada celda (ft or m))

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Además de la salida de la serie temporal inestable, también hay salida resumida. El resultado resumido incluye:

1. Velocidad máxima de la cara: 2. Superficie de agua máxima: 3. Velocidad de cara mínima: 4. Superficie del agua Mín:

Velocidad máxima de la cara en toda el área 2D para cada paso de tiempo (ft/s or m/s) superficie de agua máxima en toda el área 2D cada paso de tiempo (pies o m) Velocidad de cara mínima en toda el área 2D para cada paso de tiempo (ft/s or m/s) Superficie mínima del agua en toda el área 2D en cada paso (pies o m)

NOTA: Las velocidades de nodo (Nodo X Vel y Nodo Y vel) no se escriben automáticamente en el archivo de salida HDF. HEC-RAS Mapper no necesita estas velocidades para realizar ninguno de los mapeos (puede calcular las velocidades de nodo sobre la marcha desde las velocidades normales de la cara). Si desea que estas velocidades salgan al archivo HDF, debe ir a la ventana "Análisis de flujo inestable", luego seleccionar "Opciones" y luego "Opciones de salida". Desde aquí, seleccione la pestaña denominada "Parámetros de escritura HDF5". Luego verifique la opción etiquetada "Escribir datos de velocidad en las ubicaciones de los nodos de la cara en mallas 2D".

Como puede ver mirando el formato del archivo, también hay una salida de series de tiempo en este archivo para los objetos 1D (secciones transversales, áreas de almacenamiento, estructuras laterales, estructuras en línea, etc.). Con el tiempo, toda la salida binaria HEC-RAS cambiará al formato de archivo HDF. Por ahora, los archivos tradicionales ".O ##" todavía se escriben y se utilizan para la salida de procesamiento posterior, que los usuarios pueden ver desde los gráficos y las tablas en la interfaz HEC-RAS. Incluso después de que HEC-RAS haya cambiado a usar HDF, HEC-RAS seguirá siendo totalmente compatible con DSS (importación de datos y resultados de resultados seleccionados por el usuario).

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Figura 5-27. Ejemplo de salida de archivo HDF del modelo HEC-RAS 1D / 2D Run

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CAPÍTULO 6 Flujo constante versus flujo inestable y modelado 1D versus 2D “¿Cuándo necesito un modelado de flujo inestable sobre un modelado de flujo constante? ¿Dónde debo usar las áreas de flujo 2D sobre el alcance del río 1D y / o las áreas de almacenamiento? Para responder las preguntas de Steady vs Unsteady Flow, y los enfoques de modelado 1D vs 2D, se requiere información adicional sobre el propósito del modelo y los datos disponibles. Cada sistema fluvial tendrá información específica del sitio que se debe considerar para responder las preguntas de flujo constante versus flujo inestable y modelado 1D versus 2D. La siguiente es una lista parcial de algunas de las cosas que el modelador debería tener en cuenta al intentar tomar una decisión de enfoque de modelado: 1. Descripción física de los canales de los ríos, áreas de llanuras de inundación, puentes / alcantarillas, otras estructuras hidráulicas, diques, caminos, etc. a los que se aplicará el modelo. 2. ¿Cuál es el tamaño, la longitud y la complejidad típicos de los sistemas a los que se aplicarán estos modelos? ¿Es un sistema fluvial de 1 milla, 10, 50, 100, 500 o 1000 millas? 3. ¿Cuál es la fuente y el nivel de precisión de los datos del terreno, los datos de la sección transversal y los datos de la estructura hidráulica? 4. ¿Cuál es el nivel general de precisión de la hidrología utilizada para conducir los modelos? 5. ¿Se usará este modelo para los estudios de tipo de Planificación, o se usará para el modelado y mapeo en tiempo real? 6. ¿Qué tipo de eventos (hidrología y condiciones límite) se utilizarán los modelos para analizar (Dambreak, inundaciones repentinas, eventos de escorrentía de lluvia normal, flujos constantes)? 7. ¿Cuál es la duración típica de un evento de inundación en este sistema fluvial? (1-3 días, 1semana, 1 mes, 6 meses, años) 8.

¿Hay aspectos únicos del sistema que afectarán significativamente los resultados calculados? Tales como: es el río influenciado por las mareas; ¿La velocidad y las direcciones del viento afectan las elevaciones de la superficie del agua? es el río afectado por hielo flotante o mermeladas de hielo; ¿tiende a haber problemas de escombros durante la inundación, y los escombros tienden a acumularse en las estructuras hidráulicas? se deberá abordar el sobreviraje de los diques, las brechas y el enrutamiento del flujo interior. ¿Hay algún puente o alcantarilla significativo que haga que el agua se acumule detrás de ellos durante eventos de inundación importantes, etc.?

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9. ¿Cuáles son los resultados requeridos del modelo (elevaciones de la superficie del agua, profundidades del agua, tiempos de llegada, velocidades promedio, velocidades detalladas en dos dimensiones en puntos específicos, etc.)? 10. ¿Cuál es el propósito del modelo y el nivel de precisión esperado requerido? 11. ¿Cuánto tiempo y dinero tienes para hacerlo? 12. ¿Qué experiencia tiene el modelador con el modelado 1D y / o 2D? Dicho esto, trataré de ofrecer una opinión teórica y una opinión de aplicación práctica a la pregunta planteada anteriormente.

Modelado de flujo constante versus inestable Los modelos de flujo constante, o incluso ejecutar un modelo de flujo inestable (1D o 2D) en un modo de flujo constante (flujo constante) generalmente no se deben usar cuando existen las siguientes situaciones en el sistema del río que se analiza (esta no es una lista exhaustiva): ▪ ▪

▪ ▪ ▪

El río está influenciado por las mareas, y la marea tiene un efecto significativo en el escenario del área de interés. Los eventos que se modelan son muy dinámicos con respecto al tiempo (es decir, olas de inundación Dambreak; inundaciones repentinas; sistemas fluviales en los que el flujo máximo aumenta muy rápidamente, se mantiene alto durante un tiempo muy corto y luego retrocede rápidamente). Se producen reversiones de flujo durante el evento. Los eventos dinámicos, como el sobrevoltaje y la ruptura de diques ocurren durante el evento. Sistemas fluviales extremadamente planos, donde la gravedad no es necesariamente la única fuerza impulsora significativa del flujo.

Además de los elementos específicos enumerados anteriormente, una aplicación exitosa de cualquier modelo de flujo constante requiere que los caudales ya hayan sido calculados con precisión por un modelo hidrológico o medidos por un conjunto completo y preciso de medidores de flujo. Si se usa un modelo hidrológico no solo para calcular la escorrentía de lluvia sobre la cuenca, sino también para realizar todo el enrutamiento dentro del sistema, entonces los caudales utilizados en el modelo de flujo constante son tan precisos como el modelo hidrológico podría calcular ellos. Por lo tanto, el uso de un modelo hidráulico de flujo constante se basa en el hecho de que un modelo hidrológico se consideró apropiado no solo para desarrollar la tasa de flujo de los cálculos de escorrentía de lluvia, sino también enrutar todos los flujos a través del sistema durante el evento. Por lo tanto, una gran parte de la decisión del modelado hidráulico de flujo constante versus flujo inestable se reduce a la pregunta: ¿es el enrutamiento del flujo de la corriente hidrológica lo suficientemente preciso como para producir tasas de flujo que puedan usarse en los modelos hidráulicos de flujo constante correspondientes? Incluso teniendo en cuenta todo lo que se indica anteriormente. Todavía hay muchas áreas en las que se puede usar un buen modelo hidrológico (uno que sea representativo de la cuenca y que haya sido

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bien calibrado) junto con un modelo hidráulico de flujo constante para realizar pronósticos y mapeos de ríos en tiempo real, con una precisión razonable. .

Modelado hidráulico 1D vs. 2D La cuestión del modelado hidráulico 1D versus 2D es una pregunta mucho más difícil que el flujo constante versus el flujo inestable. Definitivamente, hay algunas áreas donde el modelado 2D puede producir mejores resultados que el modelado 1D, y también hay situaciones en las que el modelado 1D puede producir resultados tan buenos o mejores que los modelos 2D ... con menos esfuerzo y requisitos computacionales. Desafortunadamente, hay una gran variedad de situaciones que se encuentran en un área gris, y uno podría enumerar los aspectos positivos y negativos de ambas metodologías para aplicaciones específicas. Aquí hay algunas áreas donde creo que el modelado 2D puede dar mejores resultados que el modelado 1D: ▪

▪

▪ ▪

▪ ▪

▪

Cuando se modela un área detrás de un sistema nivelado, y el dique se sobrepasa y / o se rompe, el agua puede ir en muchas direcciones. Si esa área interior tiene una pendiente, el agua viajará por tierra en muchas direcciones potenciales antes de llegar al punto más bajo del área protegida, y luego comenzará a estancarse y potencialmente sobrepasar y / o romper el dique en el extremo inferior del sistema. Sin embargo, si un área protegida es pequeña y, en última instancia, toda el área se llenará hasta una piscina nivelada, entonces el modelo 1D está bien para predecir la superficie final del agua y la extensión de la inundación. Bahías y estuarios en los que el flujo irá continuamente en múltiples direcciones debido a las fluctuaciones de las mareas y los flujos de los ríos que entran en la bahía / estuario en múltiples ubicaciones y horarios. Corrientes altamente trenzadas. Ventiladores aluviales: sin embargo, es muy discutible que cualquier modelo numérico pueda capturar un evento de inundación con precisión en un ventilador aluvial, debido a la naturaleza episódica de las evoluciones de flujo que pueden cambiar la dirección completa de los canales durante el evento. Flujo alrededor de curvas abruptas en las que se producirá una gran cantidad de súper elevación durante el evento. Planicies de inundación muy anchas y planas, de modo que cuando los flujos salgan al área del banco superior, el agua tomará múltiples caminos de flujo y tendrá diferentes elevaciones y velocidades de la superficie del agua en múltiples direcciones. Aplicaciones donde es muy importante obtener velocidades detalladas para la hidráulica del flujo alrededor de un objeto, como un pilar de puente o pilares de puente, etc.

Las siguientes son áreas en las que creo que el modelado 1D producirá resultados tan buenos o mejores que el modelado 2D para aplicaciones de pronóstico de inundaciones en tiempo real, con menos esfuerzo (tanto desde el desarrollo del modelo, la calibración y el punto de vista de la aplicación, como un tiempo computacional punto de vista):

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▪

▪ ▪

▪

▪

Ríos y llanuras aluviales en las que las direcciones y fuerzas de flujo dominantes siguen el camino general del flujo del río. En mi opinión, esto cubre muchos sistemas fluviales, pero obviamente es discutible sobre la importancia de que las velocidades y fuerzas laterales y verticales afecten las elevaciones de la superficie del agua calculadas y el límite de inundación resultante. Arroyos empinados que son altamente impulsados por la gravedad y tienen pequeñas áreas sobre el banco. Sistemas fluviales que contienen muchos puentes / cruces de alcantarillas, presas, presas y otras estructuras cerradas, diques, estaciones de bombeo, etc. y estas estructuras impactan las etapas calculadas y los flujos dentro del sistema fluvial. Todavía no he visto ningún modelo 2D que tenga un conjunto completo de módulos / capacidades de estructura hidráulica que puedan manejar la gama completa de situaciones de flujo hidráulico que pueden surgir en muchos de nuestros sistemas fluviales. Esta es un área en la que el estado actual de la técnica en los modelos 1D está muy por delante de los modelos 2D. Esta afirmación no significa que estas capacidades no puedan incorporarse en un modelo 2D, solo significa que no he visto un modelo 2D ampliamente utilizado que tenga un conjunto tan completo de capacidades. Sistemas fluviales de medianos a grandes, donde estamos modelando una gran parte del sistema (100 o más millas), y es necesario ejecutar pronósticos de períodos de tiempo más largos (es decir, pronósticos de 2 semanas a 6 meses). Incluso con los tremendos avances en la computación multiprocesador y la computación GPU (Unidades de Procesador de Gráficos), todavía hay limitaciones significativas de tiempo espacial y de simulación para lo que podemos usar efectivamente modelos 2D para el dominio de pronóstico en tiempo real. Obviamente, esto cambiará con el tiempo. Áreas en las que los datos básicos no admiten la ganancia potencial de usar un modelo 2D. Si no tiene batimetría detallada de canal y sobrebanco, o si solo tiene secciones transversales detalladas a distancias representativas separadas, muchos de los beneficios del modelo 2D no se obtendrán debido a la poca precisión de los datos del terreno.

Dicho todo esto, hay muchas áreas en las que será muy discutible la precisión relevante del uso de un enfoque de modelado 1D o 2D para una aplicación específica. Hay muchos aspectos a considerar, aparte de simplemente "¿Estoy resolviendo las ecuaciones completas de Saint Venant en una o dos dimensiones". Creo que hay lagunas de conocimiento en la comprensión de cuándo se debe usar 1D versus 2D, y hay lagunas de herramientas. Personalmente, creo que los modelos 1D / 2D combinados jugarán un papel importante en nuestros esfuerzos de modelado a corto plazo. Esta es un área donde las herramientas de modelado hidráulico deben mejorarse. También soy de la opinión de que la mayor parte de la incertidumbre y la capacidad de pronosticar con precisión las etapas y los flujos en los sistemas fluviales se debe principalmente a una mala estimación de las precipitaciones tanto espacial como temporal, y al modelado hidrológico, que a menudo incluye grandes porciones de áreas no reguladas en las que Se pudo realizar poca o ninguna calibración. En la mayoría de los casos, esto contribuye mucho más al error de pronóstico / modelado que cualquier diferencia que surja de las elecciones de modelos 1D versus 2D.

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APÉNDICE A

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APÉNDICE B

Formatos de archivo compatibles con el asignador RAS La siguiente es una lista de los formatos de archivo que se pueden importar actualmente en HEC RAS Mapper: VRT : Virtual Raster GTiff : GeoTIFF NITF : National Imagery Transmission Format RPFTOC : Raster Product Format TOC format ECRGTOC : ECRG TOC format HFA : Erdas Imagine Images (.img) SAR_CEOS : CEOS SAR Image CEOS : CEOS Image JAXAPALSAR : JAXA PALSAR Product Reader (Level 1.1/1.5) GFF : Ground-based SAR Applications Testbed File Format (.gff) ELAS : ELAS AIG : Arc/Info Binary Grid AAIGrid : Arc/Info ASCII Grid GRASSASCIIGrid : GRASS ASCII Grid SDTS : SDTS Raster DTED : DTED Elevation Raster PNG : Portable Network Graphics JPEG : JPEG JFIF MEM : In Memory Raster JDEM : Japanese DEM (.mem) GIF : Graphics Interchange Format (.gif) BIGGIF : Graphics Interchange Format (.gif)

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ESAT : Envisat Image Format BSB : Maptech BSB Nautical Charts XPM : X11 PixMap Format BMP : MS Windows Device Independent Bitmap DIMAP : SPOT DIMAP AirSAR : AirSAR Polarimetric Image RS2 : RadarSat 2 XML Product PCIDSK : PCIDSK Database File PCRaster : PCRaster Raster File ILWIS : ILWIS Raster Map SGI : SGI Image File Format 1.0 SRTMHGT : SRTMHGT File Format Leveller : Leveller heightfield Terragen : Terragen heightfield GMT : GMT NetCDF Grid Format netCDF : Network Common Data Format ISIS3 : USGS Astrogeology ISIS cube (Version 3) ISIS2 : USGS Astrogeology ISIS cube (Version 2) PDS : NASA Planetary Data System TIL : EarthWatch .TIL ERS : ERMapper .ers Labelled JPEG2000 : JPEG-2000 part 1 (ISO/IEC 15444-1) L1B : NOAA Polar Orbiter Level 1b Data Set FIT : FIT Image GRIB : GRIdded Binary (.grb) MrSID : Multi-resolution Seamless Image Database (MrSID) JP2MrSID : MrSID JPEG2000 MG4Lidar : MrSID Generation 4 / Lidar (.sid)

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RMF : Raster Matrix Format WCS : OGC Web Coverage Service WMS : OGC Web Map Service MSGN : EUMETSAT Archive native (.nat) RST : Idrisi Raster A.1 INGR : Intergraph Raster GSAG : Golden Software ASCII Grid (.grd) GSBG : Golden Software Binary Grid (.grd) GS7BG : Golden Software 7 Binary Grid (.grd) COSAR : COSAR Annotated Binary Matrix (TerraSAR-X) TSX : TerraSAR-X Product COASP : DRDC COASP SAR Processor Raster R : R Object Data Store MAP : OziExplorer .MAP PNM : Portable Pixmap Format (netpbm) DOQ1 : USGS DOQ (Old Style) DOQ2 : USGS DOQ (New Style) ENVI : ENVI .hdr Labelled EHdr : ESRI .hdr Labelled GenBin : Generic Binary (.hdr Labelled) PAux : PCI .aux Labelled MFF : Vexcel MFF Raster MFF2 : Vexcel MFF2 (HKV) Raster FujiBAS : Fuji BAS Scanner Image GSC : GSC Geogrid FAST : EOSAT FAST Format BT : VTP .bt (Binary Terrain) 1.3 Format LAN : Erdas .LAN/.GIS

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CPG : Convair PolGASP IDA : Image Data and Analysis NDF : NLAPS Data Format EIR : Erdas Imagine Raw DIPEx : DIPEx LCP : FARSITE v.4 Landscape File (.lcp) GTX : NOAA Vertical Datum .GTX LOSLAS : NADCON .los/.las Datum Grid Shift NTv2 : NTv2 Datum Grid Shift CTable2 : CTable2 Datum Grid Shift ACE2 : ACE2 SNODAS : Snow Data Assimilation System ARG : Azavea Raster Grid format RIK : Swedish Grid RIK (.rik) USGSDEM : USGS Optional ASCII DEM (and CDED) GXF : GeoSoft Grid Exchange Format HTTP : HTTP Fetching Wrapper NWT_GRD : Northwood Numeric Grid Format .grd/.tab NWT_GRC : Northwood Classified Grid Format .grc/.tab ADRG : ARC Digitized Raster Graphics SRP : Standard Raster Product (ASRP/USRP) BLX : Magellan topo (.blx) GeoRaster : Oracle Spatial GeoRaster Rasterlite : Rasterlite SAGA : SAGA GIS Binary Grid (.sdat) KMLSUPEROVERLAY : Kml Super Overlay XYZ : ASCII Gridded XYZ HF2 : HF2/HFZ heightfield raster

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PDF : Geospatial PDF OZI : OziExplorer Image File CTG : USGS LULC Composite Theme Grid E00GRID : Arc/Info Export E00 GRID ZMap : ZMap Plus Grid NGSGEOID : NOAA NGS Geoid Height Grids MBTiles : MBTiles IRIS : IRIS data (.PPI, .CAPPi etc)

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