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Tema 6. Mallado a partir de información georeferenciada - Caso Bisbal

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Tema 6: Mallado a partir de información georeferenciada – Caso Bisbal

Creación de geometría y mallas a partir de ficheros SIG. Importación de uso de suelos a partir de bases de datos georeferenciadas.

Planteamiento del proyecto

• Vamos a realiza el estudio hidráulico de un tramo del río Bisbal.• Para una avenida de periodo de retorno de 500 años.• En el proyecto el río empieza cruzando un puente.• Aguas abajo discurre al lado de un centro poblado.• Para terminar desemboca en el mar.• El río está semi encauzado.• Se necesita saber si para la avenida de estudio se inundará el centro

poblado.• Y en caso se inunde verificar un muro de protección.

Datos del proyecto

• En datos del proyecto disponemos de los siguientes 6 archivos:

Ortofoto de la zona de estudio

Modelo digital de

elevación de la zona de

estudio (topografía)

Modelo digital de

elevación del muro de

protección del centro poblado

Avenida de estudio, para Tr=500 años en formato

Datos del proyecto

Ortofoto• La ortofoto consta de 2 archivos.• La foto propiamente dicha en

formato “jpg” y la georeferencia en formato “jgw”.

• La foto tiene pintado un polígono rojo, indica el tamaño del modelo digital de elevación (topografía) que tenemos de la zona de estudio.

• La línea celeste representa el muro de protección.

Datos del proyecto

Modelo digital de elevación• Es la topografía del terreno en formato RASTER y está guardado como

ASCII raster.

El raster está compuesto por 355 columnas y 677 filas y cada celda tiene 1

metro de lado

Cotas de cada una de las celdas del raster

Datos del proyecto

Modelo digital de elevación• Si abrimos el raster con un editor o visualizador de SIG, tenemos:

Datos del proyecto

Modelo digital de elevación del muro• El MDE del muro se vería así, abriendo con cualquier visualizador de SIG

(como ArcGIS).

Datos del proyecto

Modelo digital de elevación del muro• Si vemos el muro sobre la topografía tenemos:

Datos del proyecto

Archivo “Caudales.xls”• Archivo en formato Excel donde se guarda el hidrograma de estudio para

ser utilizado como condición de entrada.

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Pasos a seguir

1. Iniciar el programa Iber2. Cargar la ortofoto3. Crear la geometría4. Depurar la geometría5. Asignar condiciones iniciales6. Asignar condiciones de entrada7. Asignar condiciones de salida8. Asignar la rugosidad9. Criterios de mallado10. Generar la malla

11. Editar la cota de la malla12. Asignar Datos del Problema13. Lanzar el cálculo14. Visualización de resultados15. Agregar el muro de protección16. Malla con muro17. Lanzar la simulación del muro18. Ver resultados de la simulación

del muro

Iniciar el programa Iber

• Iniciamos el programa Iber.• Y guardamos el proyecto con el nombre “Bisbal”.

Cargar la ortofoto

• Vamos a poner la ortofoto como imagen de fondo para trabajar sobre la foto.

• Utilizamos el menú “Vista → Imagen de fondo → Tamaño real…”.

Cargar la ortofoto

Crear la geometría

• Para desarrollar este proyecto vamos a crear la geometría construyendo 5 polígonos que encierren las 5 zonas bien definidas que tenemos en el proyecto.

Zona inundable 1

Zona Urbana

Zona inundable 2

Cauce del río

Crear la geometría

• Vamos a crear el polígono de la “Zona urbana”, hacemos un zoom de la zona urbana.

• Seleccionamos la herramienta “Crear línea”. Como se hizo en el ejemplo del codo (Capítulo 3).

• Creamos la primera línea sin salir del recuadro rojo, porque el MDE solo lo tenemos dentro del recuadro rojo.

Crear la geometría

• Para terminar el polígono debemos hacer el último punto sobre el primer punto creado.

• Es importante este paso para poder cerrar el polígono.

Crear la geometría

• Saldrá la ventana de juntar punto para preguntarnos si el punto que existe (el primer punto creado), será el mismo que el que vamos a crear (el último punto).

• Indicamos que junte (clic sobre “Juntar”), para cerrar el polígono.

Crear la geometría

• Vamos a generar la superficie del polígono que acabamos de crear. Con la herramienta “Crear Superficie NURBS”

• Para ello seleccionamos todos los lados del polígono y pulsamos la tecla escape.

• Aparecerá un polígono en el interior de color fucsia.

• En caso no se forme la superficie. Se debe a que el polígono que hemos creado no está cerrado. Es decir los puntos comunes entre dos líneas son dos puntos diferentes, como se comentó en el Tema 3.

Crear la geometría

• Ahora toca crear el polígono de la “zona Inundable 1”.

• Para ello hacemos un zoom de la zona.

• Empezamos a trazar el polígono sobre un punto en común con el polígono de la “zona urbana”.

Crear la geometría

• Debemos tener cuidado con pulsar el punto sobre el ya existente o muy cerca del él, para hacer que sean el mismo punto. En caso de que no se haga así, se creará otro punto y más adelante tendremos problemas con la simulación porque no habría continuidad en las superficies.

• Cuando pulsemos debe mostrarse la ventana “Juntar punto”, en caso de que no salga esta ventana significa que no hemos pulsado cerca al punto.

• Por lo tanto hay que pulsar “Escape” y hacerlo otra vez.

Crear la geometría

• También podemos seleccionar el menú contextual (clicando con el botón derecho del ratón sobre la pantalla) y seleccionar “Juntar Ctrl-a”.

• Esto sirve para crear puntos sobre uno existente, si no pulsamos sobre uno existente no se creará nada.

• En este caso nos sirve para crear el primer punto común a la geometría anterior.

Crear la geometría

• Para crear los siguientes puntos hay que desactivar el modo “Juntar”, de lo contrario no podremos crear otros puntos nuevos.

• Para ello utilizar el mismo menú contextual (clicando con el botón derecho del ratón sobre la pantalla).

Crear la geometría

• Creamos los demás puntos del polígono y acabamos en el otro punto común con el polígono de la “zona urbana”.

• Es muy importante NO crear otra línea sobre el lado común entre polígonos.

Crear la geometría

• Vamos a crear la superficie del polígono que acabamos de crear, para ello vamos a utilizar el Menú de Búsqueda.

Crear la geometría

• Clicamos sobre cualquier lado del polígono recién creado.

Crear la geometría

• Ahora debemos crear la superficie del cauce del río.• Hacemos un zoom en la parte superior del río.• Creamos un punto sobre el ya existente y vamos dibujado las otras líneas.

Crear la geometría

• Si la pantalla se ha acabado y necesitamos seguir dibujando pulsamos sobre el botón “Desplazamiento dinámico”

• O bien, con la combinación Mayúsculas + clic derecho.

• El cursor cambiará a esta forma:• Ya podemos desplazarnos sobre la pantalla y con la rueda del ratón

acercarnos o alejarnos con un Zoom.• Al pulsar “Escape”, una sola vez, podremos seguir dibujando.• De esta manera terminamos el dibujo.• Recordar que NO hay que volver a dibujar los lados comunes.

Crear la geometría

• La geometría del “Cauce del río” debería quedar algo así:

Crear la geometría

• Con los mismo pasos creamos la geometría de la “zona inundable 2”.

Crear la geometría

• De igual forma, creamos la geometría y superficie de la “zona de la playa”.

Depurar la geometría

• Cuando revisamos la geometría creada puede ser que encontremos errores como un punto fuera del recuadro o muy dentro.

• Esto lo podemos solucionar moviendo el punto al sitio correcto.

• Para ello utilizamos el menú “Geometría → Edición → Mover punto”.

Después de pichar sobre el menú “mover punto” seleccionamos el punto que

queremos mover

Cambiará la forma del cursor, entonces

seleccionamos el punto a donde se va mover

Se moverá el punto y se adaptarán las geometrías de las que forma parte

• Después de revisar la geometría y depurar los puntos .

• Quitamos la fotografía de fondo.

• Tendríamos la siguiente geometría:

Asignar Condiciones Iniciales

• La condición inicial asumiremos todo seco (calado = 0), esta misma condición la pondremos a todas las superficies.

• Usamos el menú “Datos → Hidrodinámica → Condiciones Iniciales”.

• Verificamos que el parámetro “Agua” tenga seleccionado “Calado” y en la casilla calado esté “0.0”.

• Pulsamos a “Asignar” y seleccionamos todo el modelo.

NOTA: a partir de Iber 2.0, se toma como condición inicial “calado cero” por defecto.

• Para verificar que la condición inicial esté correctamente puesta y con el valor seleccionado.

• Entramos a “Dibujar → Colores”.

• Se observa que todas las superficies están coloreadas.

• Abajo a la derecha se muestra la leyenda.

• Si alguna de la superficies no estuviese coloreada, significa que no tiene condición inicial.

• Para salir pulsamos “Terminar” y “Cerrar”.

• A partir de la versión Iber 2.0, se toma como condición inicial “calado cero” como opción por defecto si no se indica lo contrario. Esto no permite visualizar la condición inicial, pero en la pantalla de “Ver Información del proceso…” nos muestra lo siguiente:

Asignar Condición de Entrada

• Para asignar la condición de entrada vamos al menú “Datos → Hidrodinámica → Condiciones de Contorno”.

• En la venta “Análisis 2D” seleccionamos una entrada de “Caudal Total” en Régimen “Crítico/Subcrítico”.

• Abrimos el archivo “Caudales.xls” para copiar el hidrograma de entrada.

• Seleccionamos la tabla de caudales (enmarcado en rojo) y copiamos al portapapeles los valores del hidrograma.

• En la ventana “Análisis 2D” desplegamos la tabla de caudales clicando sobre la flecha que está a la derecha de la tabla.

• Seleccionamos la fila de valores hasta que se ponga azul y pegamos los valores con las teclas “Ctrl+V”.

• O pegamos con el menú contextual, clicando con el botón derecho del ratón, en el menú contextual, pulsamos sobre “Pegar”.

• Después de pegar los valores del hidrograma de estudio podemos ver la gráfica del hidrograma pulsando el botón

• Pulsamos sobre “Asignar”

• y seleccionamos la línea superior de la zona del río:

Asignar Condición de Salida

• En la ventana “Análisis 2D” en “Salida 2D” seleccionamos una Condición del Flujo “Subcrítico”, debido a que la salida es al mar y la pendiente del río es baja.

• Al salir al mar conocemos que la cota de salida debe ser “cero”, despreciamos las mareas, porque la lluvia tiene corta duración.

• Entonces la salida debe ser Tipo “Nivel Dado”.

Asignar Condición de Salida

• Asignamos la condición de salida a la línea inferior de la geometría de la playa.

• No se olviden ir guardando el proyecto a menudo.

Recuperar la condición de contorno

• Si tenemos la necesidad de verificar por ejemplo el hidrograma que hemos puesto como condición de entrada.

• Vamos al menú “Datos → hidrodinámica → Condición de contorno”.• En la ventana "Análisis 2D" no se puede ver los valores de las condiciones

de entrada que se han asignado.

• Iber tiene la opción de recuperar o transferir los valores de las condiciones que se han impuesto.

• Pulsamos en el botón "Entidades" y luego seleccionamos el tipo de condición que queremos recuperar.

• Puede ser sólo las Entradas o Todas las Condiciones.• Pulsamos "Entradas 2D".

• En una ventana se mostrarán todas las líneas que tengan asignado alguna condición de entrada .

• En nuestro caso sólo hay una línea.• Seleccionamos la línea (se pondrá de color azul).• Y pulsamos el botón "Transferir" para cargar estos valores en la ventana de

las condiciones de entrada.• Finalmente cerramos esta ventana.

• En la ventana de las condiciones de entrada se verá el hidrograma que se ha puesto.

• Estos valores pueden ser utilizados para verificar los valores que se han asignado o asignar a otra línea la misma condición o modificar algún valor y volver a asignar a la línea o líneas.

Asignar la Rugosidad

• Asignar uso del Suelo de la zonas “Cauce Río” y “Playa ”.

Seleccionamos como uso de suelo “rio” para el cauce del río y la playa

Pulsamos “Asignar → Superficie”

• Selección de las superficies:

Seleccionamos la geometría de la zona “Cauce del río”

Y la geometría de la zona “Playa”

• Asignar uso del Suelo de la “Zona Urbana”.

Seleccionamos como uso de suelo “residencial”

Asignamos a la geometría de la “Zona Urbana”

• Asignar uso del Suelo a la “Zona Inundable 1” y “Zona Inundable 2”.

Seleccionamos como uso de

suelo “pradera”

Asignamos a la geometría de la zona inundable 1

Y a la geometría de la zona inundable 2

• Vamos a verificar la asignación de los usos de suelo que hemos puesto.

Leyenda de los usos de suelo asignado

Borrar condiciones

• Iber permite borrar una o varias condiciones.• En el botón “Desasignar” se muestran 4 opciones:

– Entrada/Salida 2D entidades → borra entidades de entrada o salida– Todos los Entrada 2D → borra entidades de entrada y salida– Todos los Análisis 2D → borra todas las entidades de Análisis 2D– Todas las Condiciones → borra todas las condiciones (Análisis 2D, rugosidad,

condición interna…)• La herramienta “Desasignar” funciona tanto en los elementos de la

geometría como en los de la malla.• Su funcionamiento es igual que “Asignar”.

NOTA: durante su ejecución, no se muestran las entidades con condiciones. Se recomienda usar “Dibujar” para ver qué entidades tienen valor.

Criterios de mallado

• A cada una de las geometrías vamos a asignar un criterio de mallado, para que cuando se genere la malla se dividan en un número de elementos de un tamaños asignado.

• Por ejemplo, el río y la playa necesitan una malla media para estudiar el curso del agua. Por lo tanto, lo mallaremos con elementos de 6 m de lado.

• La zona urbana necesita malla más fina para describir mejor la topografía de las casas y calles ya que los cambios son más abruptos, por lo tanto usaremos elementos de 4 m.

• Mientras que las zonas inundables no necesitan mucho detalle haremos que los elementos de la malla sean de 15 m.

• Vamos a mallar la geometría de forma “No estructurada” con elementos de un tamaño que definiremos con el siguiente menú.

• Se entiende como malla no estructurada, a la malla cuyos elementos no siguen un orden establecido y claro de filas y columnas.

• En la ventana que sale se fija el tamaño de los elementos que se formará al crear la mallar.

• Para el río y la playa ponemos un 6.

• Después de pulsar “Asignar”.

• Seleccionamos las superficies del río y de la playa.

• Finalmente la tecla “Escape” para confirmar la asignación.

• Nuevamente se mostrará la “Ventana de entrada de valor”.

• Ponemos “4”, que es el tamaño que asignaremos a los elementos del “zona urbana”.

• Pulsamos “Asignar”.• Seleccionamos la superficie de la

“zona urbana”.• “Escape”.• y luego “Cerrar”.

• Podemos verificar que los criterios de mallado asignados son los correctos.

• Se muestra pintado en colores los tamaños de elemento que se crearán en cada geometría.

• Se observa que las zonas inundables no tienen definido el tamaño de elemento.

• Su tamaño lo definiremos al crear la malla.

Generar la malla

• Generamos la malla con el menú “Malla → Generar malla…”.

Generar la malla

• En la ventana “Generación de malla” ponemos 15 en la casilla de «Entrar el tamaño de los elementos a generar».

• Este valor no afecta a las geometrías que tienen definido un tamaño de elemento como criterio de mallado.

• Sólo afectaría a las zonas inundables.

• Pulsamos «Aceptar» para que inicie el mallado.

Generar la malla

• Cuando se termina de hacer la malla se muestra una ventana donde se indica la cantidad y la forma de los elementos de la malla.

• Pulsamos “Ver malla” para que se muestre la malla.

Generar la malla

• Así debería quedar nuestra malla de cálculo.

• Con elementos de diferentes tamaños.

• Cuyos tamaños hemos definido de acuerdo a nuestras necesidades.

• En función de la topografía y el interés del análisis hidráulico del proyecto.

Editar la Cota de la Malla

• Cuando hemos construido la geometría en ningún momento hemos puesto la cota del terreno, ni a la geometría ni a la malla.

• Si hacemos una visualización en 3D del modelo con la herramienta “Rotación libre”

• Vemos diferentes vistas de la malla, donde se ve un plano liso con cota “cero”.

• A la malla le vamos a asignar una elevación que corresponde al terreno, desde el MDE que tenemos en formato ASCII.

• Con el menú:

• En la ventana “Leer archivo ASCII” seleccionamos de la carpeta de datos de Bisbal el archivo “bisbal.txt”.

• Pulsamos “Abrir”.

• Automáticamente cada elemento tomará la cota correspondiente al MDE.• Si lo giramos adecuadamente podremos ver esto.

Asignar Datos del Problema

• Asignamos los datos de la simulación con el menú:

• En la ventana “Datos”, en la pestaña “Parámetros de Tiempo”, rellenamos como tiempo de máxima simulación 7600 segundos y 60 segundos el intervalo de resultados.

• Iber da la posibilidad de definir los resultados que se mostrarán.• En la pestaña «Resultados» se muestra una lista de tipos de resultados

que Iber puede brindar.• Algunas ya vienen seleccionadas por defecto estas se pueden

deseleccionar y/o agregar otros más.

• Marcamos “Peligrosidad”.• Para obtener como resultados el mapa de peligrosidad, para clasificar la

zonas urbana según la misma.

Lanzar el Cálculo

• Lanzamos el cálculo con el menú “Calcular”.

• Y vemos el proceso con el menú “Ver Información proceso…”.

Lanzar el Cálculo

• Cuando termina el cálculo pasamos al “Postproceso”.

Visualización de Resultados

• Para obtener el mapa de inundación, se debe ver el mapa de máximos calados en el último paso de tiempo.

• Ponemos la ventana de resultados de la siguiente forma.

Mapa de máximos calados• El mapa de máximos calados reúne los calados máximos que han ocurrido

en cada elemento de cálculo hasta ese instante de tiempo.

• Independiente del momento de ocurrencia.

• En cada elemento tenemos el calado máximo, por lo tanto, en el último paso de tiempo será el calado máximo absoluto o el calado máximo que ha llegado durante la avenida.

Mapa de máximos calados• Se observa que para esta avenida

la zona urbana sufre inundaciones de más de un metro de calado.

Mapas de Peligrosidad• Los mapas de peligrosidad se obtienen en función de los criterios de

riesgo que se adopten.

• Estos criterios de riesgo pueden variar según la normativa de cada país, incluso en cada provincia o ciudad.

• El criterio de riesgo significa definir la magnitud del calado y la velocidad del fluido para definir si nos encontramos en una zona de peligrosidad alta o moderada o sin peligrosidad.

Mapas de Peligrosidad• El criterio de riesgo está en función del calado máximo, porque determina

el nivel de inundación y el alcance de los daños en función de la altura del agua.

• También está en función de la velocidad del agua, porque está asociado a los arrastres que sufren una persona u objeto al caer al suelo.

• Finalmente el producto de la velocidad por el calado es un parámetro que define la inestabilidad de peatón y, por tanto, la peligrosidad de la inundación.

Mapas de Peligrosidad• Iber grafica el mapa de peligrosidad según la Normativa Española que está

estipulado en la Real Orden 9/2008 por la que se modifica el Real Decreto del Dominio Público Hidráulico.

Mapas de Peligrosidad• Vamos a visualizar el mapa de

peligrosidad máxima.• En la ventana de “Visualizar

Resultados” elegimos analizar “Mapas de Peligrosidad”.

• Y seleccionamos “Máxima Peligrosidad”.

• Ponemos el último instante de cálculo (Paso: 7620) para que sea muestra la máxima peligrosidad ocurrida en toda la simulación.

Mapas de Peligrosidad• Tenemos el mapa de máxima

peligrosidad, dividido en 3 zonas, alta, moderada y baja.

Agregar el Muro de Protección

• Para proteger la zona urbana se va a poner un muro de protección en la margen derecha del río.

• Regresamos al preproceso con el botón “Cambiar entre pre y postproceso”.

• Guardamos el proyecto con otro nombre “Bisbal_muro”.

• Quitamos la imagen de fondo y giramos la malla para tener una perspectiva que podamos ver la zona del muro.

• Para modificar la malla en la zona del muro utilizamos la misma herramienta que utilizamos para asignar cota a la malla.

• Pero esta vez asignaremos la nueva cota a los elementos que forman el muro, solo modificando la elevación de aquellos elementos de la zona del muro, sin afectar al resto.

NOTA: esta operación introduce solo las nuevas elevaciones en las coordenadas que describa el archivo MDE. No modifica el resto.

• Seleccionamos el ASCII raster que corresponde al muro “muro.txt” y pulsamos «Abrir».

Malla con Muro

• Para regresar a la vista que teníamos antes utilizamos el botón “Vista anterior”.

• Donde podemos ver que se ha agregado el muro .

Malla con Muro

• Para ver mejor el muro, vamos a poner una Iluminación suave, esto lo podemos hacer con el menú contextual o con la barra de menú.

Malla con Muro

• Vista la malla con iluminación suave y girada convenientemente, se observan agujeros en el muro:

Malla con Muro

• Se presentan estos agujeros porque los elementos de la malla son grandes con respecto al ancho del muro, para solucionarlo se debe dividir los elementos de la malla en esa zona.

• Para ver mejor los elementos de la malla cambiamos a iluminación “Plana” en lugar de “Suave”.

Malla con Muro

• Se debería ver de esa manera, donde se marcan los elementos de la malla:

Malla con Muro

• Para dividir los elementos de la malla utilizamos el menú:

Malla con Muro

• Seleccionamos los elementos que queremos dividir, es decir, donde hay agujeros.

• Después de seleccionar la superficie seleccionada se pone color rojo.

Malla con Muro

• Pulsamos escape y veremos que los elementos seleccionados se han dividido.

• Hacemos esta misma operación con las otras partes del muro que tengan agujeros.

Malla con Muro

• Para que los elementos divididos cojan la cota del muro es necesario volver a “Asignar la elevación desde el archivo” desde el archivo del MDE del muro “muro.txt”, como se explicó anteriormente.

Malla con Muro

• Para que los elementos divididos cojan la cota del muro es necesario volver a “Asignar la elevación desde el archivo” del MDE del muro “muro.txt”.

Malla con Muro

• Se debería ver el muro completo:

Lanzar la simulación del muro

• Lanzamos el cálculo con el menú “Calcular”.

Ver resultados de la simulación del muro

• Vemos los calados máximos en el último instante de tiempo.

• Se observa que la zona urbana no tiene inundaciones debido a la protección del muro.

Cerrar Iber y seguir calculando

• Cuando lanzamos un cálculo cuya simulación puede tardar mucho tiempo (horas o incluso días) es posible cerrar el programa Iber pero que siga calculando.

• Para esto cerramos Iber, ya sea pulsando el icono de la parte superior derecha.

Cerrar Iber y seguir calculando

• Saldrá un ventana que nos indica que hay un proceso en ejecución y si queremos terminarlo.

• Si pulsamos "SI" cerrará Iber y se matará la simulación.• Si pulsamos "No" cerrará Iber, pero la simulación continuará.

• Posteriormente podremos abrir normalmente Iber y ver los resultados de la simulación.

Conclusiones

• Hemos creado la geometría manualmente a partir de puntos, líneas y superficies, todo a cota cero, sin incluir la cota del terreno.

• Cada superficies de la geometría representa un determinado uso de suelo (zona urbana, rio, playa, etc).

• Después se ha creado la malla no estructurada con tamaño de elemento definido y diferente para cada superficie según la necesidad.

• La malla se le ha modificado la cota a partir del modelo digital de elevación de la zona.

• Redefinimos el tamaño de elemento para con aquellas geometrías más precisas.

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