Post on 04-Nov-2018
1.Introducción a Iber
2.Nuevos módulos hidráulicos
3.Desarrollos de interfaz
4.Integración con hidrología
- desarrollos implementados
- en proceso de validación
5.Calidad de aguas
6.Líneas actuales
Introducción
Iber es una herramienta de simulación bidimensional del flujo en ríos y estuarios
(GiD)
(CARPA)
(Turbillón)
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Carga en suspensión
Carga de fondo
HIDRODINÁMICA
Velocidad
Tirante
TURBULENCIA
Viscosidad turbulenta
Energía turbulenta y disipación
Módulos de cálculo básicos
Introducción
Ecuaciones (hidráulica): aguas someras 2D
Conservación de la masa
Conservación de la cantidad de movimiento
Resolución numérica: volúmenes finitos
Esquema descentrado (Roe)
Malla irregular
t
U F H
iV
,2in
,1in
,4in
,3in
y
x
Introducción
Resultados principales:
Evolución del tirante
Evolución del caudal
Otros resultados hidrodinámicos:
velocidad, tensión de fondo, Nº de
Froude, peligrosidad capacidad de
arrastre, valores máximos…
Introducción
Módulos adicionales:
Puentes, compuertas, vertederos, obras de drenaje
Efecto del viento
Transporte de sedimentos (fondo y suspensión)
Hidrología: Lluvia, pérdidas
Otros resultados :
velocidad, tensión de fondo, Nº de Froude, peligrosidad, capacidad de
arrastre, valores máximos, caudal sólido. Concentración, erosión,
sedimentación, viscosidad turbulenta, energía cinética turbulenta,…
Introducción
1.Introducción a Iber
2.Nuevos módulos hidráulicos
3.Desarrollos de interfaz
4.Integración con hidrología
- desarrollos implementados
- en proceso de validación
5.Calidad de aguas
6.Líneas actuales
Tramos a presión: Ranura de Preissman
Nuevas capacidades hidrodinámicas
• Ecuaciones del flujo en lámina libre
• Velocidad y pérdidas cómo en flujo a presión
• Celeridad de la onda en función del ancho de ranura
• Si existe flujo por superficie, igual velocidad abajo que
arriba (!)
1.Introducción a Iber
2.Nuevos módulos hidráulicos
3.Desarrollos de interfaz
4.Integración con hidrología
- desarrollos implementados
- en proceso de validación
5.Calidad de aguas
6.Líneas actuales
zu
zdz0u
z0d
I
L
B
H
D
Sección rectangular
Sección circular
Q=1
n∙ A ∙ Rh
2/3 ∙ I1/2
Q
Culverts o alcantarillas
Desarrollos de interfaz - preproceso
Roturas de presas
El inicio de la brecha puede darse por:• Tiempo: instante de tiempo de la simulación• Cota: altura de agua referenciada sobre z = 0 metros
Desarrollos de interfaz - preproceso
Estructuras en malla:• Diques• Puentes
Desarrollos de interfaz - preproceso
Valor cota superior puente
Facilitar el mallado para RTIN:
Tabla caudal líquido – caudal sólido para condición de contorno de transporte de sedimentos
Desarrollos de interfaz - preproceso
Desarrollos de interfaz - postproceso
Nuevas opciones de análisis de resultados:
Acceso a salida en formato raster
Creación de secciones y perfiles
Obtención automática de secciones y perfiles de máximos
Gráfica de lámina en sección o perfil en un instante
Hidrogramas
Geometría actual
Geometría
propuesta
Cota de agua (actual)
Cota de agua (propuesta)
Comparación de hidrogramas
Desarrollos de interfaz - postproceso
Superpósición y cálculo de gráficas
1.Introducción a Iber
2.Nuevos módulos hidráulicos
3.Desarrollos de interfaz
4.Integración con hidrología
- desarrollos implementados
- en proceso de validación
5.Calidad de aguas
6.Líneas actuales
Hidrología – v 2.0.2.
Situación a julio de 2013:
Nuevos desarrollos::• Método de secado• Relleno de depresiones
Si Velemento<Dt·Sqsalida t· t·+Dt·
• Secado normal: calado negativo(inestabilidades si h pequeño)
• Secado estricto: reducción Dt
(aumento tiempo de cálculo)
• Secado hidrológico: reducción caudal de salida del elemento(Tiempo de cálculo aumenta menos)
Hidrología – v 2.0.2.
Secado hidrológico:
ewd
ewd
h<0
0<h<ewd
h=0
ewd
𝑄′𝑜𝑢𝑡 =
𝑉𝑜𝑙
∆𝑡
Hidrología – v 2.0.2.
Relleno de depresiones:
Las zonas deprimidas de la malla se rellenan para evitar acumulaciones de agua (‘Fill sinks’)
Hidrología – próxima versión
Lluvia móvil
Lectura de intensidad de lluvia a partir de serie temporal de archivos en formato raster
Hidrología – próxima versión
Algunas veces se observan inestabilidades
Especialmente para caudales bajos
Hidrología – próxima versión
Esquema desacoplado. EcuacionesEcuaciones estándar:
Juntando término gravitatorio con pendiente de fondo:
yxS
2b,2 b
x x x y
2b,2 b
y x y y
hUhUhM
t x y
τzhU hU hU U gh
t x 2 y x
τzhU hU U hU gh
t x y 2 y
x
y
hg
hg
yxS
2x y b,sx x
2
y x y y b,s
hUhUhM
t x y
hU U τzhU hUgh
t x y x
hU hU U hU τzgh
t x y y
x
y
Hidrología – próxima versión
Esquema desacoplado. Esquema numérico
Discretización centrada para la pendiente de la lámina de aguaRedefinición flujo numérico y discretización descentrada:
yxS
2x y b,sx x
2
y x y y b,s
hUhUhM
t x y
hU U τzhU hUgh
t x y x
hU hU U hU τzgh
t x y y
x
y
1
22
2
3
ij x x y y
x yxij x y
x y y
ij x y
F q n q n
q qqF n n
h h
q q qF n n
h h
1 1
2 2
, ,
3 3
, ,
0 0
ij ij i ij ij j
ij ij x i ij ij ij x j ij
ij ij y i ij ij y j
F h F h
F q if F q if
F q F q
ij x x y y ijU n U n
i
jFij
Hidrología – próxima versión
Esquema desacoplado
• Esquema mucho mas simple, y eficiente en tiempo de cálculo
• Sin inestabilidades• Poco preciso para patrones hidráulicos complejos
1.Introducción a Iber
2.Nuevos módulos hidráulicos
3.Desarrollos de interfaz
4.Integración con hidrología
- desarrollos implementados
- en proceso de validación
5.Calidad de aguas
6.Líneas actuales
Calidad de aguas
Objetivos de un modelo de calidad
Herramienta para estudiar la evolución de la contaminación
provocada por vertidos urbanos o industriales en el medio receptor
Toma de decisiones ante vertidos
accidentales.
Definición de medidas de actuación en
caso de accidente y gestión de
accidentes en tiempo real
Diseño de saneamientos basados
en la protección del medio receptor
Comprobar y dimensionar redes de
saneamiento dando cumplimiento a la
legislación de calidad de aguas
TEMPERATURA
HIDRODINÁMICA
TURBULENCIA
CALIDAD DE AGUAS
SALINIDAD
Relación con otros módulos de cálculo
Oxígeno disuelto, Cíclo del nitrógeno, DBO, Coliformes
Calidad de aguas
y d,yd,xxC
h U C FF h U C h C S h
t x y x y
Ecuación de transporte por convección-difusión 2D (promediada en profundidad)
AdvecciónDifusión
Dispersión
Turbulencia
Oleaje
Corrientes secundarias
Reacción
Corrientes
Concentración
Hidrodinámica 2D
Modelo turbulencia
Modelo oleaje
6 ecuaciones adicionales: Tª, S, OD, DBO, N, CF
Calidad de aguas
Nitrógeno orgánico
Oxígeno disuelto
Nitratos
Amonio
Temperatura
DBOC
Temperatura
Patógenos
Biodegradación
Amonificación
Nitrificación
Desnitrificación
Reaireación
Demanda de
oxígeno por el
sedimento
Sedimentación
Sedimentación
Salinidad
RadiaciónMuerte
Turbidez
Salinidad
Temperatura
Relación entre distintos términos de reacción
Calidad de aguas
• Impuesta por el usuario (serie temporal)
• Calculada mediante ecuación de conservación
Temperatura
yxe T
j j
hU T hU T hT ThΓ S
t x y x x
T rad,in rad,out cond evap
w pw
1S Q Q Q Q
C
Qrad,in Radiación solar neta de onda corta
Radiación atmosférica neta de onda larga
Qrad,out Radiación de onda larga emitida por el agua
Qcond Flujo de calor por conducción
Qevap Flujo de calor por evaporación/condensación
radiación total (W/m2)
Tagua
Tagua + Taire + viento
Tagua + Taire + viento + humedad
Calidad de aguas
Temperatura
solar inc t cq =q a a (1 - albedo) (1 - sombra)
48
atm aire aireq 11,7 10 T 0,6 + 0,031 e 0,97
8 4
br aguaq 0.97 11.7 10 T
2
cond viento7m agua aireq 0.47 (19 0.95 v ) T -T
2
evap viento,7m agua aireq = (19 + 0.95 v ) (e - e )
agua
agua
17.27(T -273)
237.3+(T -273)
agua e = 4.596 e
0.15
viento,z viento,zw
w
zv = v
z
17.27( 273)
237.3 ( 273)
sat,airee 4,596
aire
aire
T
Te
aire sat,airee =e humedad
B
dAlbedo = A α2
c La = 1 - 0.65 C
fac-n (0.128-0.054 log m) m
ta e
1.253
1m
sin 0.15( 3.885)d
incq =2823 sinα
sin (sin sin cos cos cos )
hora πτ 180
4 180
Calidad de aguas
Temperatura
lectura de serie temporal detemperatura
opciones numéricas
difusión molecular y número Schmidt (difusión turbulenta)
variables atmosféricas
desactivar / calcular / leer
Calidad de aguas
Salinidad
desactivar / calcular / leer
difusión molecular ynúmero Schmidt (difusión turbulenta)
opciones numéricas
lectura de serie temporalde salinidad
Calidad de aguas
Coliformes
3 modelos de degradación
• T90 impuesto por el usuario (serie temporal)
• Mancini (radiación, temperatura, salinidad, extinción luz)
• Canteras (radiación, temperatura, salinidad, extinción luz)
yxe C
j j
hU C hU C hC ChΓ S
t x y x x
C degS = k C
e ck h(T - 293) 0deg
e c
Ik (0.8 0.02 S) 1.07 (1 e )
k h
(Mancin)
Calidad de aguas
Coliformes
activar / desactivar
difusión molecular ynúmero Schmidt (difusión turbulenta)
modelo de degradación bacteriana
opciones numéricas
Calidad de aguas
Nitrógeno
Nitrógeno orgánico
Amonio
Nitratos
(Tagua - 293)
Norg amonificacion org orgS = - k 1,047 N N sNv
h
+4
(Tagua - 293) (Tagua - 293) +
amonificacion org nitrificacion n 4NHS = k 1,047 N - k 1,083 F NH
-3
(Tagua - 293) + (Tagua - 293) -
nitrificacion n 4 desnitrificacion dn 3NOS = k 1,083 F NH - k 1,045 F NO
Calidad de aguas
1.Introducción a Iber
2.Nuevos módulos hidráulicos
3.Desarrollos de interfaz
4.Integración con hidrología
- desarrollos implementados
- en proceso de validación
5.Calidad de aguas
6.Líneas actuales
Líneas de trabajo
Líneas de trabajo actuales:
• Transporte de sedimentos con mezclas (granulometría no uniforme)
• Modelización hidrológica continua (recarga de acuífero, aportación al caudal base)
• Optimización del cálculo:
• Paralelización para cálculo en GPUs y
multiprocesadores
• Formato ráster
Gracias por su atención !!
www.iberaula.es
www.flumen.upc.edu