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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS -1- UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA DEPARTAMENTO DE RECURSOS DE AGUA Y TIERRA ESCUELA DE POST GRADO PROGRAMA DE DOCTORADO Y MAESTRIA EN RECURSOS HIDRICOS DIA MUNDIAL DEL AGUA “Afrontando la Escasez del Agua” II CURSO NACIONAL DE HIDROLOGÍA Del 21 al 24 de Marzo del 2007 HEC-GeoRAS VERSIÓN 3.1 Una extensión para soporte de HEC-RAS usando ArcView Manual Básico de Referencia Por: Msc. Cayo Ramos Taype Ing. Jose Arapa Quispe Marzo 2007 INTRODUCCIÓN

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

-1-

UNIVERSIDAD

NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

DEPARTAMENTO DE RECURSOS DE AGUA Y TIERRA

ESCUELA DE POST GRADO

PROGRAMA DE DOCTORADO Y MAESTRIA EN RECURSOS HIDRICOS

DIA MUNDIAL DEL AGUA

“Afrontando la Escasez del Agua”

II CURSO NACIONAL DE HIDROLOGÍA Del 21 al 24 de Marzo del 2007

HEC-GeoRAS VERSIÓN 3.1

Una extensión para soporte de HEC-RAS usando ArcView

Manual Básico de Referencia

Por: Msc. Cayo Ramos Taype Ing. Jose Arapa Quispe

Marzo 2007

INTRODUCCIÓN

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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El presente manual se ha elaborado para II Curso Nacional de Hidrología 2007,

para aplicar el modelo HEC GEORAS en el modelamiento de cauces naturales,

apoyado en sistemas de Información Geográfica (ArcView).

El manual esta organizado en dos partes, el primero es una explicación sucinta

del fundamento teórico del modelo y la segunda parte presenta en manera

detallada todos los pasos seguidos para realizar la simulación con el objetivo

de que este documento sirva de guía a cualquiera que esté interesado en

realizar simulaciones con herramientas GIS.

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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1.- BASES TEORICAS PARA EL CÁLCULO DEL FLUJO UNIDIMENSIONAL APLICANDO EL MODELO HEC-GEORAS

1.1 GENERALIDADES Se describe las bases teóricas para el cálculo de perfiles de superficie de agua

unidimensional. Este manual esta limitado básicamente a discusiones acerca

del calculo d perfiles de superficie de agua en flujo uniforme, cuando el flujo es

no uniforme y transporta sedimentos los cálculos son mas complejos.

HEC RAS es capaz de realizar cálculos para perfiles de superficie de agua

unidimensional para flujo uniforme y gradualmente variado en canales

naturales o artificiales. Pueden ser calculados los perfiles de superficie de agua

de regimen de flujo subcritico, supercritico y regimen de flujo mixto. Los topicos

discutidos en esta sección incluye: ecuaciones para calcular el perfil básico;

subdivisión de las secciones transversales para el calculo de la conducción,

componentes de Manning para el canal principal; coeficiente de velocidad

ponderada alfa; evacuación de las perdidas por fricción, perdidas por

contracción y expansión; procedimiento computacional; determinación de la

profundidad critica; aplicaciones de las ecuaciones de momento y y limitaciones

del modelo de flujo uniforme.

1.1.1 Aplicaciones El programa tiene varias aplicaciones, siendo las principales:

• Determinar mapas o áreas de inundación

• Estudios de protección de avenidas

• Modelar cambios en los perfiles de agua en canales debido a

mejoramientos

• Rotura de presas

• Defensa ribereña, otros.

1.1.2 Reseña Histórica El HEC-RAS y su antecesor, el HEC-2, utilizan el método del paso estándar

para el cálculo de los niveles de agua en cada sección transversal. Para ésto

es necesario conocer las secciones transversales, la distancia entre las

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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secciones transversales, el coeficiente de Manning en cada porción de cada

sección transversal, el caudal de diseño y las condiciones de borde.

Si el flujo es sub-critico, la condición de borde a usar es aguas abajo, si el flujo

es supercritico, la condición de borde a usar es aguas arriba. En un tramo sólo

es necesario conocer una condición de borde, a menos que el flujo sea mixto.

En este caso, se debe contar con una condición de borde aguas arriba y otras

aguas abajo.

1.1.3 Nuevas Opciones Tiene una opción para inspeccionar datos contenida en un archivo HEC-DSS

se agregó también. Esta opción permite al usuario plotear gráficamente o

tabular datos contenidos en DSS. Cuenta con curvas internas de clasificación

que define una curva de clasificación a cualquier sección transversal. Durante

los cálculos, el programa tomará la superficie del agua de la curva de

clasificación y calcula un valor. Y el número de perfiles permitido se ha

aumentado desde 15 a 100. Permite exportar líneas de superficie de las

secciones transversales al archivo GIS. El usuario puede girar el gráfico en

tres dimensiones mientras se observa la imagen ampliada de una parte del

sistema fluvial. La versión vieja automáticamente bloqueaba cuando se

intentaba esto.

1.1.4 Limitaciones Así como se ha mejorado en muchos aspectos, el Hec Ras 3.1.3 todavía tiene

limitaciones, como por ejemplo, sólo trabaja con flujo estacionario por lo que no

permite definir un hidrograma de crecida. Falta la rutina para calcular la

socavación, no visualiza el resultado de dos o más planes simultáneos ni

observar el número de estación en la vista XYZ.

El HEC-RAS con los datos de entrada permite simular las curvas de remanso,

desarrollado bajo las siguientes premisas:

1. Flujo permanente

2. Flujo Gradualmente Variado

3. Flujo unidimensional

4. Pendiente suave

5. Condiciones de borde: el canal es rígido

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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La salida del programa abarca la siguiente información:

a. Secciones transversales del canal y los niveles de agua

b. Perfiles longitudinales

c. Curvas tirante vs. caudal

d. Perspectivas X, Y, Z

e. Tablas de nivel de agua, velocidad media, número de Froude, etc.

2.0 FUNDAMENTO TEORICO HEC-RAS, es capaz de realizar cálculos para perfiles de superficie de agua

unidimensional para flujo uniforme y gradualmente variado en canales

naturales o artificiales. Los perfiles pueden ser calculados para régimen de flujo

subcrìtico, supercrítico y mixto. El HEC-RAS (River Analysis System ) es un

programa cuya principal función es la delineación de planicies de inundación,

es decir, calcular el nivel del agua en cada sección transversal del tramo de un

río o canal artificial.

2.1 Método de Paso Directo

El método del paso directo se basa en la ecuación de la energía y es un

proceso iterativo para el cálculo del perfil de la superficie del flujo. Se debe

tener en cuenta las siguientes premisas:

o No existe variación de caudal en el tramo. Si existe variación de caudal,

debe dividirse el canal en tramos que transporte el mismo caudal.

o La pendiente del cauce es pequeña (menor a 10°)

o La pendiente de la línea de energía puede calcularse usando la ecuación

de Manning.

o El flujo es gradualmente variado (no ocurre una disipación violenta de

energía).

o El flujo es permanente.

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 1: La energía en la sección 2 es igual a la energía en la sección 1 más las

pérdidas por fricción Sf ∆x. En esta figura no se han incluido las pérdidas por

expansión / contracción.

En la actual versión el flujo puede ser permanente o no permanente. Además

de calcular los niveles en cada sección, el HEC-RAS tiene la capacidad de

calcular la socavación en los elementos de apoyo de un puente para el diseño

de la cimentación de los mismos.

Permite considerar en los cálculos los efectos de diversos tipos de obstrucción

y mejoras en las zonas de inundación tales como diques, puentes, cunetas y

alcantarillas, presas y otras estructuras, es aplicable a la gestión de llanuras de

inundación y estudios de seguridad ante avenidas, en cuanto permite evaluar

las intromisiones en las zonas inundables.

2.2 Ecuación Para Calcular el Perfil de Flujo El perfil de superficie de agua es calculado para una sección determinada, a

través de la solución de la ecuación de energía o Bernoulli, mediante un

proceso iterativo, cuya ecuación es:

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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En el que y1, y2 es la profundidad de agua de la sección transversal; z1, z2 la

elevación desde el fondo del lecho principal; v1, v2 coeficientes ponderados de

velocidad; g la aceleración y hc la pérdida de altura de energía por fricción y

pérdidas por contracción o expansión. El valor de α se usará en los cálculos

que intervenga la energía y en su defecto β en los cálculos que intervenga la

cantidad de movimiento.

La pérdida de carga (he) entre dos secciones transversales es causada por

pérdidas en contracción y expansión, y cuya ecuación es la siguiente:

Donde:

L = Longitud del tramo ponderado por medio de descarga.

Sf = Pendiente por fricción representativa del plano.

C = Coeficiente de pérdida por expansión o contracción

2.3 Cálculo de Subdivisión de Canales Compuestos La determinación de la conducción total y el coeficiente de velocidad para una

sección se requiere que el flujo sea subdividido en unidades para que la

velocidad esté uniformemente distribuida. El HEC-RAS, subdivide el flujo en

áreas sobre los bancos usando la entrada de la sección transversal “n” valores

de puntos abiertos, cada subdivisión es calculada mediante la ecuación de

Manning:

nSRAQ

21

32

⋅=

El cálculo del factor de cada subdivisión es:

gvyzhy

gvz c 22

222

221

211

1αα

++=+++

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

gV

gV

CLSfhe2

22

2 2222 αα

3/2486.1 ARn

K =2/1KSfQ =

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Donde:

K = Factor de conducción en la subdivisión

n = “n” de Manning en la subdivisión

A = Area hidráulica en a subdivisión

R = Radio Hidráulico en la subdivisión

El programa totaliza las conducciones incrementadas sobre los bancos y

obtiene una conducción sobre el banco izquierdo y sobre banco derecho. La

conducción del cauce principal es normalmente calculado como una simple

conducción elemental.

Para la determinación del coeficiente de Manning para la sección compuesta

nc, el canal es dividido en N partes, cada uno con un perímetro mojado

conocido Pi y un coeficiente de rugosidad ni.

Fórmula de Kutter

Donde:

nc = Coeficiente de rugosidad compuesto

P = Perímetro mojado del canal principal entero

Pi = Perímetro mojado de subdivisión I

ni = Coeficiente de rugosidad de subdivisión

2.4 Altura de Energía Cinética Media Debido a que el software Hec-Ras es un programa de perfiles de superficie de

agua unidimensional, solamente una simple superficie de agua y por lo tanto

una simple energía media será calculada en cada sección transversal. Para

una elevación de superficie de agua dada, la energía media es obtenida por

cálculo de flujo de energía ponderada desde las tres subestaciones de una

sección transversal.

3/25.1*

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡= ∑

PniPi

nc

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.5 Perdida por Fricción

La pérdida por fricción en Hec- Ras es evaluada como el producto de Sf

promedio y L, donde el primero es la pendiente de fricción representativa para

un tramo y L es definido por la ecuación.

La pendiente de fricción en cada sección transversal es calculada mediante la

siguiente ecuación de Manning:

2.6 Perdidas por Contracción y Expansión

Se evalúan pérdidas por cambios en la sección transversal por flujo subcrítico.

La pérdida por contracción y expansión en Hec-Ras son evaluadas por la

siguiente ecuación:

C = coeficiente de contracción o expansión

El programa asume que una contracción está ocurriendo cada vez que la altura

de velocidad río abajo es mayor que a altura de velocidad río arriba.

Igualmente cuando la altura de velocidad de río arriba es mayor que la altura

de velocidad río abajo, el programa asume que una expansión está ocurriendo.

2.7 Aplicación de la Ecuación de Momentum Es empleada en situaciones donde el flujo es rápidamente variado. Esto incluye

régimen de flujo mixto: saltos hidráulicos, hidráulica de puentes y confluencia

de ríos.

Siempre que la superficie del agua pase a través de un tirante critico, la

ecuación de energía no se puede aplicar. Los efectos de obstrucciones como

puentes, barrajes, alcantarillas pueden ser considerados en los cálculos.

KQSf

2

=

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡−=

gV

gVCho

222211 αα

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 2: Aplicación del principio de Momentum

La ecuación de momentum es derivada de la segunda ley de movimiento de

Newton

)(* momentoencambionAceleracióMasaFuerza =

∑ ⋅= amFx

Aplicando la segunda ley de Newton del movimiento a un cuerpo de agua

encerrado por dos secciones transversales de movimiento 1 a 2 (Figura 2), la

siguiente expresión para el cambio del movimiento sobre una unidad de tiempo

puede ser escrito:

xfx VQFWPP Δ⋅⋅=−+− ρ12

Donde:

P =Presión hidrostática en la posición 1 y 2.

Wx =Fuerza debido al agua en la dirección x.

Ff =Fuerza debido por perdida por fricción de 1 a 2.

Q =Descarga

ρ =Densidad del agua

∆Vx =Variación de velocidad desde 2 a 1 en la dirección x

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.- APLICACIÓN DEL MODELO HEC-GEORAS

2.1. Introducción Al presente manual se adjunta la información de campo levantado del río

Rimac correspondiente a un tramo de 5 Km aguas abajo del puente boca

negra, que servirá de base para realizar la aplicación del modelo HEC-

GeoRAS.

2.1.1 Software utilizado Para este trabajo se ha utilizado el siguiente software:

• HEC-RAS 3.1.1

• ArcView GIS 3.2

• HEC-GeoRAS 3.1.1

HEC-GeoRAS es una extensión para usar con ArcView específicamente

diseñada para procesar datos georeferenciados para usar posteriormente con

HEC-RAS.

HEC-GeoRAS crea un archivo para importar a HEC-RAS datos de geometría

del terreno incluyendo cauce del río, secciones transversales, etc. Información

sobre estructuras hidráulicas –puentes, etc- no puede importarse desde

ArcView mediante HEC-GeoRAS y debe añadirse a la simulación desde

HECRAS.

Posteriormente los resultados obtenidos de tirante y velocidades se exportan

desde HEC-RAS a ArcView y pueden ser procesados para obtener mapas de

inundación y riesgo.

HEC-GeoRAS 3.1 está diseñado para utilizarse con la versión 3.2 de ArcView

GIS o superior, el cual debe incorporar la extensión 3D Analyst 1.0. Aunque no

es estrictamente necesaria, la extensión Spatial Analyst hace más rápidas las

operaciones de post-proceso de datos.

HEC-GeoRAS solo funciona con Windows 95/98/NT/2000/XP. Para poder

aprovechar todas las funciones de HEC-GeoRAS 3.1 se requiere su uso con

HEC-RAS 3.1.

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.1.2 Resumen de los pasos a realizar Se detallan a continuación a modo de resumen los pasos a seguir para realizar

una simulación de cauces naturales con las herramientas descritas en el

apartado anterior. A lo largo del presente manual se desarrollan todos los

puntos que aparecen en el siguiente listado:

PRE PROCESO:

1. Crear archivo ArcView.

2. Añadir un Modelo Digital del Terreno en formato TIN (Triangulated Irregular

Network).

3. Dibujo del cauce.

4. Dibujo de “banks”: delimitación del cauce principal.

5. Dibujo de “flowpaths”: zonas por donde prevemos que le circulará

preferentemente tanto por el cauce principal como por las llanuras de

inundación.

6. Creación de secciones transversales.

7. Creación de cauce 3D a partir del cauce que hemos creado en planta con la

TIN.

8. Creación de secciones transversales 3D (de forma análoga).

9. Crear archivo para exportar a HEC-RAS.

CÁLCULO CON HEC-RAS:

10. Importar geometría desde HEC-RAS.

11. Editar los datos necesarios para el cálculo en régimen permanente

(condiciones de contorno, caudal de entrada, duración de la simulación,

etc.).

12. Realizar simulación con HEC-RAS.

13. Exportar resultados de HEC-RAS a ArcView.

POST-PROCESO:

14. Abrir el fichero de resultados desde ArcView.

15. Crear mapas de inundación.

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.2 Creación de un archivo ArcView Al abrir ArcView nos aparece la ventana siguiente, donde podemos elegir entre

abrir un archivo existente, abrir un archivo en blanco o abrir un nuevo archivo

directamente con una nueva vista:

Figura 1 Creación archivo ArcView (1/2)

Si abrimos el programa con la opción “as a blank project” (como un proyecto en

blanco) nos aparecerá la siguiente pantalla:

Figura 2 Creación de archivo ArcView (2/2)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Lo primero para empezar a trabajar con ArcView es asegurarnos que las

extensiones que necesitamos están activadas:

Figura 3 Activación de extensiones (1/2)

Vista de las diferentes extensiones:

Figura 4 Activación de extensiones (2/2)

Una vez comprobado que todas las extensiones están activas creamos una

nueva vista. Del menú de iconos de la izquierda seleccionamos “Views” y luego

“New”.

Ahora tenemos una nueva vista creada y abierta, que por defecto se llama

“View1”:

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 5 Creación nueva vista ArcView

Para editar las propiedades de la nueva vista hemos de entrar en la opción:

View →¨Properties

Figura 6 Edición vista de ArcView

Aquí podemos renombrar nuestra vista (en el ejemplo que se adjunta la vista se

ha llamado “Rimac”) y asignar las unidades en las que vamos a trabajar con

nuestros archivos de terreno, etc. (normalmente metros).

Figura 7 Edición vista de ArcView

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.3 Obtención de un MDT en formato TIN HEC-GeoRAS requiere un modelo digital del terreno (MDT) en forma de TIN

(Triangulated irregular network).

En este trabajo se ha obtenido una TIN a partir de un archivo de puntos

taquimetritos en coordenadas UTM, Los puntos a emplearse deben estar en

3D, es decir deben tener cotas. Se puede utilizar también archivos CAD que

tengan curvas de nivel.

En caso de disponer directamente de una TIN pueden obviarse los pasos

previos para su obtención que aquí se menciona.

1. Convertir el archivo de CAD (normalmente AutoCAd o MicroStation) a

formato dxf.

En este paso hay que ser especialmente cuidadosos y perder un tiempo si

es necesario en dejar el dibujo lo más “limpio” posible: lo ideal es dejar el

dibujo solo con curvas de nivel, sin números ni textos, ya que estos

elementos dificultan la creación de una buena TIN.

2. Importar desde ArcView el archivo de (*.shp) Para añadir “capas” a nuestro

proyecto hemos de usar la orden Add Theme (Añadir tema):

Figura 8 Añadir información a la vista de ArcView

Una vez clicamos en Add Theme hemos de buscar nuestro archivo (en nuestro

caso puntos.shp y taquim.shp):

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 9 Añadir archivo dxf a la vista de ArcView

El siguiente paso es convertir el shape en una TIN. Para ello hemos de utilizar

la opción Surface →¨Create TIN from Features.

Figura 10 Creación de TIN a partir de shapefile (1/3)

Nos aparecerá una ventana en la que hemos de seleccionar “Elevation” dentro

del menú “Height source”:

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 11 Creación de TIN a partir de shapefile (2/3)

ArcView nos preguntará por el nombre que queremos dar a la TIN y dónde

queremos guardarla:

Figura 12 Creación de TIN a partir de shapefile (3/3)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Una vez creada la TIN tendrá un aspecto similar a éste:

Figura 13 Vista de TIN

Tener activa la TIN es poco recomendable ya que lleva mucho tiempo cargar

su imagen. De cara a trabajar es mucho más recomendable tener como fondo

de imagen el “shape” que hemos creado con el terreno.

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.4 Creación de archivo de intercambio para importar a HEC-RAS Para crear el archivo de intercambio para importar datos a HEC-RAS

básicamente hemos de seguir el menú “preRas” en el orden de arriba hacia

abajo.

El primer paso es la creación del cauce de nuestro río:

Figura 14 Dibujo del cauce (1/3)

Se nos pedirá el nombre que queremos dar al archivo y dónde queremos

guardarlo:

Figura 15 Dibujo del cauce (2/3)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Lo siguiente es la creación del cauce mediante el dibujo de una poli línea.

Figura 16 Dibujo del cauce (3/3)

El siguiente paso es la creación de los “banks”, que delimitará el cauce

principal frente a las llanuras de inundación. Hemos de ser cuidadosos en este

punto ya que la posición donde pongamos los “banks” tendrá una repercusión

en el cálculo de la rugosidad, ya que HEC-RAS trata de diferente forma al

cauce principal que a las llanuras de inundación. Se da el caso que una misma

sección con los mismos coeficientes de rugosidad obtendría una rugosidad

media diferente colocando los “banks” en distintas posiciones.

Figura 17 Dibujo de “banks”

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Detalle de cauce (azul) y banks (rojo):

Figura 18 Vista de “banks”

Lo siguiente es la creación de los “Flowpaths”, que indican las zonas por donde

preveemos que el agua circulará preferentemente por el cauce principal y las

dos llanuras de inundación. Los “Flowpaths” serán utilizados por HEC-GeoRAS

para determinar las distancias entre secciones tanto en el cauce principal como

en las llanuras de inundaciones.

Figura 19 Dibujo de “flowpaths”

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Detalle de “Flowpaths”:

Figura 20 Vista de “flowpaths”

El próximo paso es la creación de las secciones transversales. La elección de

los puntos donde ubicaremos las mismas debe tener en cuenta los siguientes

aspectos:

• Debemos recoger información de puntos singulares como por ejemplo

estrechamientos.

• La separación de las secciones estará en función de la uniformidad de la

geometría: a más uniformidad más distancia entre secciones.

• En los sitios donde preveamos una inestabilidad en el flujo (p.e cambio

brusco en el fondo del lecho) nos interesará obtener secciones con poca

separación entre ellas ya que eso influirá positivamente en la estabilidad

del modelo. Si no hacemos esto podemos posteriormente añadir

secciones interpoladas pero la información no ajustará tanto a la

realidad.

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 21 Creación de secciones transversales

Detalle de secciones transversales (“XS Cut Lines”):

Figura 22 Vista de secciones transversales

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Hasta ahora hemos dibujado el cauce, los banks, los Flowpaths y las secciones

transversales, pero todos ellos son dibujos en 2D.

Para pasar la información a HEC-RAS necesitamos tener información en 3D.

Hec-GeoRAS genera un cauce y unas secciones transversales en 3D

siguiendo los pasos que se detallan en las figuras que aparecen a

continuación.

Figura 23 Creación de cauce 3D (1/3)

Figura 24 Creación de cauce 3D (2/3)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 25 Creación de cauce 3D (3/3)

Figura 26 Creación de secciones transversales 3D (1/2)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Figura 27 Creación de secciones transversales 3D (2/2)

Para configurar todos los datos necesarios para la creación del archivo para

importar a HEC-RAS hemos de seleccionar preRas →¨Theme Setup:

Figura 28 Configuración archivo para importar geometría a HEC-RAS (1/3)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Nos aparecerá la siguiente ventana, donde hemos de especificar el TIN que

usaremos, el nombre del archivo que crearemos y hemos de asegurarnos que

los archivos de cauce, secciones transversales, banks... sean correctos.

Figura 29 Configuración archivo para importar geometría a HEC-RAS (2/3)

Una vez comprobado todo hemos de seleccionar preRas →¨Generate RAS GIS

Import File.

Figura 30 Configuración archivo para importar geometría a HEC-RAS (3/3)

Ya tenemos nuestro archivo listo para ser importado desde HEC-RAS.

Page 29: Modelo Hec Georas-Arcview

II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.5 Simulación de cauces naturales con HEC-RAS 2.5.1 Importar geometría desde ArcView Desde HEC-RAS hemos de entrar en Edit →¨Geometric Data y posteriormente

en File →¨Import Geometric Data →¨GIS Format.

Figura 31 Importar geometría desde HEC-RAS (1/4)

Nos aparecerá la siguiente pantalla, donde hemos de elegir entre SI (sistema

de unidades internacional) y US (unidades estados unidos).

Figura 32 Importar geometría desde HEC-RAS (2/4)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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En el siguiente paso hemos de elegir el río y tramo que queremos importar.

Figura 33 Importar geometría desde HEC-RAS (3/4)

La última ventana que nos aparece antes de importar la geometría nos permite

configurar algunos parámetros como el número de decimales que queremos en

las secciones, etc. Podemos dejarlo todo como está por defecto y el programa

funcionará correctamente.

Figura 34 Importar geometría desde HEC-RAS (4/4)

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Una vez importada, la geometría tendrá un aspecto similar a este:

Figura 35 Vista de geometría importada desde HEC-RAS

Es posible interpolar las veces que sea necesario, en este caso se ha optado

por interpolar secciones con una distancia máxima de 50 metros, obteniendo la

siguiente geometría:

Figura 36 Geometría con secciones interpoladas

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II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.5.2 Simulación del tramo del río Rimac El siguiente paso es configurar los datos para la simulación en régimen

permanente: Edit →¨Steady Flow Data…

Figura 37 Configuración simulación en régimen permanente

Nos aparecerá la pantalla siguiente, donde hemos de fijar las condiciones de

contorno y las condiciones iniciales. En este caso se ha fijado como condición

de contorno aguas arriba y abajo una entrada de caudal constante de 100 m3/s

y una pendiente de un 0.2% aguas abajo y aguas arriba para el cálculo del

tirante en ese punto con la fórmula de Manning.

Figura 38 Condiciones de contorno y caudal de entrada (1/2)

Page 33: Modelo Hec Georas-Arcview

II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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Una vez fijadas las condiciones de contorno hemos de configurar los

parámetros necesarios para una simulación en régimen permanente:

Run →¨Steady Flow Analysis.

Figura 39: Selección de calculo de perfiles

Figura 40: Opción de ejecución de calculo mixto

Figura 41: Proceso de cálculo sin errores

Page 34: Modelo Hec Georas-Arcview

II Curso Nacional de Hidrología 2007 Aplicación del Modelo HEC-GEORAS

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2.5.3 Resultado del modelo HEC-HMS

Figura 42: Vista tridimensional del flujo en el cauce

Figura 43 Sección transversal con el nivel de flujo

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Figura 44: Tabla con características hidráulicas por secciones

Figura 45 Resultado de la simulación, Perfil longitudinal

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2.6 Exportar resultados de HEC-RAS a ArcView Para crear el archivo de intercambio de datos entre HEC-RAS y ArcView

hemos de seleccionar File →¨Export GIS Data:

Figura 5.58 Exportar datos de HEC-RAS a ArcView (1/2)

En el paso siguiente hemos de dar nombre al archivo de salida y especificar

donde se va a guardar el fichero. También hemos de seleccionar qué archivos

de salida queremos importar a ArcView de todos los que hayamos creado

durante la simulación y especificar si queremos importar también los datos de

velocidad (por defecto los datos de velocidad no se exportan):

Figura 5.59 Exportar datos de HEC-RAS a ArcView (2/2)

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Una vez creado el fichero de intercambio HEC-RAS →¨ArcView abrimos este

último y clicamos en postRas →¨Theme Setup:

Figura 5.60 Importar datos desde ArcView (1/5)

Nos aparecerá la ventana siguiente, donde hemos de especificar:

o Nombre del archivo de intercambio de HEC-RAS del que queremos

obtener la información.

o TIN que vamos a usar (normalmente la misma que hemos usado durante

la creación del archivo para importar a HEC-RAS).

o Directorio donde vamos a guardar los datos de salida: es importante poner

solo el nombre del directorio, no la ruta entera (p.e. en el caso que

queramos guardar los datos en C:\Demo\Post solo hemos de poner Post).

o Es importante que todas las carpetas de la ruta no contengan más de

ocho caracteres y no contengan espacios ya que esto puede dar lugar a

problemas con ArcView.

o Por último debemos dar una medida (en las unidades del proyecto,

normalmente metros) con la que queremos la precisión de salida de datos

(mapas de tirante y velocidades). Es importante no excederse con la

precisión si no es imprescindible ya que si no todos los cálculos para

mapas de tirante y velocidades tardarán mucho tiempo en crearse.

Figura 5.61 Importar datos desde ArcView (2/5)

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Una vez todo configurado clicamos en postRAS →¨Read RAS GIS Export File.

Figura 5.62 Importar datos desde ArcView (3/5)

Figura 5.62 Importar datos desde ArcView (4/5)

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Figura 5.62 Edición y vista de plano de inundación (5/5)