IV Jornadas de Ingeniera del Agua La precipitacin y los procesos erosivos Crdoba, 21 y 22 de Octubre 2015

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Estudios de rotura de presas y balsas.

El avance en las herramientas y tcnicas disponibles

para modelacin de propagacin de las avenidas y la

asignatura pendiente de la rotura del dique

F. Javier Caballero, Ricardo M. Monteiro, Rafael Morn, Miguel A. Toledo Departamento de Ingeniera Civil: Hidrulica, Energa y Medio Ambiente

Grupo de Investigacin en SEguRidad de Presas y Aliviaderos (SERPA)

Universidad Politcnica de Madrid (UPM)

E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos. C/ Profesor Aranguren s/n. 28040 Madrid, Espaa

Jess Guerrero Gonzlez Tcnicas del Medio Ambiente y del Agua (TECMA S.A.)

C/ Rodrguez San Pedro 42. 28015 Madrid, Espaa

1. Antecedentes. justificacin y objetivos

Los estudios de propagacin de avenidas generadas por rotura de presas han sufrido una

evolucin muy importante en el ltimo lustro, tanto por la disposicin de nuevas bases

cartogrficas, accesibles a todos a travs de internet, como por la evolucin de los

mtodos y el software de modelacin de dichas propagaciones.

Adems existen hoy da una serie de disciplinas, herramientas e informacin

complementaria que pueden aplicarse para facilitar la redaccin de dichos estudios y

simplificar la toma de decisiones, tanto para el ingeniero autor de los mismos como para

la Administracin competente de su aprobacin.

Debe destacarse que una gran cantidad de dicha informacin puede obtenerse de forma

libre o gratuita.

2. Evolucin de los modelos de propagacin de avenidas

Resulta evidente que uno de los mayores progresos realizados en los estudios de

seguridad de presas y balsas en referencia a la propagacin de las avenidas generadas por

la simulacin de sus roturas se ha producido con la generalizacin, en el ltimo lustro, del

empleo de los modelos bidimensionales o 2D, que han propiciado la obtencin de zonas

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inundables ms realistas que las obtenidas hasta entonces, gracias a la capacidad de

estos nuevos modelos de propagar el flujo de forma multidireccional.

Adems, la metodologa de clculo de estos modelos, mediante polgonos sobre un

modelo digital del terreno (MDT) permite obtener resultados en toda la superficie

inundable, y no solo en una seccin, pudiendo discernir mejor las zonas de riesgo

definidas en la Gua Tcnica en funcin de la dupla calado-velocidad.

Esto ha permitido que muchas infraestructuras que originalmente pudieran haberse

clasificado en categora A hayan sido finalmente clasificadas en categoras inferiores.

As, los procedimientos de modelacin empleados hasta hace no ms de cinco-seis aos se

ajustaban exclusivamente a las recomendaciones de la Gua Tcnica para Clasificacin de

Presas en Funcin del Riesgo Potencial (en adelante Gua Tcnica), simulando, en el mejor

de los casos, la rotura de la presa y la propagacin de la onda correspondiente mediante el

empleo de modelos unidimensionales como el DAMBRK o el FLDWAV, resultando estos los

ms completos propuestos por la Gua Tcnica para su empleo.

Sin embargo, la generalizacin en el mercado de los modelos bidimensionales como

INFOWORKS RS (o ICM versin ms actual), GUAD 2D, IBER, etc. permiti, inicialmente,

simular la propagacin de la onda de avenida generada por dicha rotura (cuyo hidrograma

se segua obteniendo mediante los modelos anteriores), aspecto que se ha ampliado

recientemente con la inclusin de mdulos de rotura de presas y balsas en dichos modelos.

Figura 1. Hidrograma de rotura de balsa obtenida con DAMBRK en hiptesis H1 e inundacin

mxima obtenida con INFOWORKS en ncleo urbano (caudal punta de 11 m3/s)

Otra de las ventajas que presentan este tipo de modelos es su conexin con Sistemas de

Informacin Geogrfica, ya que suelen ser compatibles con AutocadMap, ArcView y

MapInfo. En este aspecto, existen modelos, como INFOWORKS, en los que el GIS se

encuentra embebido en el modelo, el programa posee un motor GIS propio no siendo

necesaria la importacin-exportacin de archivos entre Modelo GIS y Modelo hidrulico

(como por ejemplo ocurre con el HEC-GeoRAS).

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En cualquier caso cualquiera de estos modelos permite la representacin intuitiva de los

datos mediante vistas geogrficas, secciones, perfiles longitudinales, tablas y grficos

temporales, pudiendo acceder a .los datos de la simulacin desde cualquier vista grfica o

tabla del mismo.

Figura 2. Planta de calados en situacin de inundacin mxima y evolucin del calado en seccin del

ncleo urbano a lo largo de la propagacin de la onda de rotura

3. Herramientas y tcnicas complementarias disponibles para

su empleo

3.1. Herramientas disponibles en internet

3.1.1. Bases de datos cartogrficos

Tradicionalmente, una cartografa adecuada ha resultado ser un elemento fundamental

para una correcta modelacin de la propagacin de una avenida. En la actualidad, con los

medios de modelacin disponibles, la cartografa ha adquirido an ms protagonismo,

hasta el punto de que el mismo modelo con diferentes bases cartogrficas de distinta

precisin puede arrojar resultados tan diferentes que provoquen una variacin

significativa de la llanura inundable y por lo tanto, pueden encuadrar la infraestructura en

estudio en categoras en funcin del riesgo potencial diferentes.

As, se encuentran disponibles de forma libre en las pginas web de infraestructura de

datos espaciales de las distintas Comunidades Autnomas diferentes modelos

cartogrficos, entre los que se puede destacar el modelo digital del terreno (MDT)

obtenido a partir de la ortofoto del PNOA (Plan Nacional de Ortofotografa Area) con una

precisin de un punto por cada 5x5 m2.

En zonas con relieves ms o menos pronunciados y con un adecuado apoyo de campo este

MDT suele ser suficiente para la modelacin de la propagacin de cualquier onda de avenida

generada por una rotura.

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Sin embargo, en zonas ms llanas o con menor variacin de cota el MDT 5x5 m2 puede no

ser suficiente si existe alguna zona conflictiva. En este sentido debe indicarse que el

Instituto Geogrfico Nacional (en adelante IGN) posee un modelo de precisin de un

punto cada 2x2 m2 que abarca casi toda la Espaa. Este modelo se encuentra sin tratar

pero con un procesado previo y un adecuado apoyo de campo arroja un MDT de elevada

calidad ms que suficiente para cualquier estudio de propagacin de avenidas.

Figura 3. Vista 3D de la cartografa 5x5 m2 empleada a la izquierda. A la derecha con ortofoto sobre

la misma

Este modelo ha sido empleado en la ejecucin de los trabajos de modelacin hidrulica

del Sistema Nacional de Cartografa de Zonas Inundables (SNCZI) en diversas cuencas

hidrogrficas de este pas, con resultados excelentes.

3.1.2. Otras bases de datos GIS para la definicin del terreno

Adems de las bases de datos cartogrficas existen otras bases de datos en formato GIS de

mayor o menor utilidad en la realizacin en la ejecucin de los modelos hidrulicos de

propagacin.

As, un aspecto que se debe conocer para la definicin de cualquier modelo de

propagacin hidrulica son las diferentes rugosidades del terreno tanto en el cauce como

en las mrgenes del mismo. Para ello, se puede disponer, a travs del IGN de los polgonos

de rugosidad del Corine Land Cover 2006.

Con estos elementos se crea una capa shape de usos del suelo y a la que se pueden

asignar diferentes rugosidades. Para ello se puede emplear la Gua Metodolgica para el

desarrollo del Sistema Nacional de Cartografa de Zonas Inundables (MMARM, 2011) en

la cual se incluye una tabla que asocia los usos del suelo del CLC con un nmero de

Manning.

Otra base de datos en referencia a las rugosidades del terreno es el SIOSE (Sistema de

Informacin sobre Ocupacin del Suelo de Espaa) cuyo objetivo principal era generar una

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base de datos de Ocupacin del Suelo para toda Espaa a escala de referencia 1:25.000,

integrando la informacin disponible de las comunidades autnomas (CCAA) y la

Administracin General del Estado (AGE).

El proyecto comenz en el ao 2005 con la generacin del SIOSE2005, cuya produccin

finaliz en 2009. Durante 2010 y 2011 se realizo una actualizacin de la base de datos

SIOSE o SIOSE2009.

3.1.3. El Sistema Nacional de Cartografa de Zonas Inundables (SNCZI)

Una de las cuestiones habituales a la hora de realizar un estudio de propagacin de la

onda de avenida generada por una rotura ha sido tradicionalmente: dnde cortamos el

estudio?

Entre las herramientas oficiales que puede servir de apoyo para la toma de esta decisin

se encuentra el visor cartogrfico de zonas inundables del SNCZI, que resulta el eje central

de los trabajos puestos en marcha por el Ministerio de Agricultura, Alimentacin y Medio

Ambiente, siguiendo los principios de la Directiva 2007/60 sobre evaluacin y gestin de

riesgos de inundacin, y que se concibe como un instrumento de apoyo a la gestin del

espacio fluvial, la prevencin de riesgos, la planificacin territorial y la transparencia

administrativa.

El visor cartogrfico del SNCZI permite a todos los interesados visualizar los estudios de

delimitacin del Dominio Pblico Hidrulico (DPH) y los estudios de cartografa de zonas

inundables, elabora