211 research outputs found
Decisin support system for risk assessment and management of floods
The objective of the RAMFLOOD project is to develop and validate a new decision support system (DSS) for the risk assessment and management of emergency scenarios due to severe floods. The DSS combines environmental and geo-physical data from earth observation, with advanced computer simulation and graphical visualisation methods and artificial intelligence techniques, for generating knowledge contributing to the risk prevention of floods and the design of effective response actions maximising the safety of infrastructures and human life
3D numerical analysis of flow characteristics in an open – channel bend
[ES] El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en un canal curvo influenciado por la presencia de un vertedero y una compuerta. La simulación numérica se realizó utilizando el software de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) basado en el método de volúmenes finitos (FVM) – OpenFOAM. En el modelo numérico la turbulencia se trata con la metodología RANS (k–ε, k–ω, y RNG k–ε) y se usa el método VOF (Volume of Fluid) para la captura de la superficie libre del agua. Los resultados numéricos obtenidos se evalúan al compararlos con los valores experimentales de calado en diferentes puntos dentro del dominio. Los valores de calado se midieron haciendo uso de sensores de nivel de agua y limnímetros. De esta manera, los resultados numéricos tridimensionales obtenidos son utilizados para analizar las líneas de corriente, las componentes de velocidades y los flujos secundarios.[EN] In this paper, three-dimensional numerical analysis of flow field patterns in an open channel bend influenced by a weir and a sluice gate is presented. The simulation was performed using the open source computational fluid dynamics (CFD) solver based on finite volume method (FVM) – OpenFOAM. Turbulence is treated using Reynolds-Averaged Navier Stokes equations (RANS) approach (i.e., k–ε, k–ω, y k–ε(RNG)), and the volume of fluid (VOF) method is used to simulate the air-water interface. The numerical results are assessed against experimental data (water depth) at different points within the domain. Water depths were measured by means of water level sensors and limnimeters. Therefore, the three-dimensional numerical results obtained are used to analyze streamlines, components of velocities, and secondary flows.Este trabajo fue posible gracias al financiamiento de la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) del gobierno de la República del Ecuador a través de la beca doctoral del primer autor. Asimismo, los autores desean expresar su gratitud al Instituto de Investigación FLUMEN por facilitar sus instalaciones de laboratorio.Sánchez-Cordero, E.; Gómez, M.; Bladé, E. (2020). Análisis numérico 3D de las características del flujo en un canal curvo. Ingeniería del agua. 24(3):157-168. https://doi.org/10.4995/ia.2020.12276OJS157168243Celik, I., Ghia, U., Roache, P., Freitas, C. 2008. Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD Applications. 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Optimization of the Floodplain Encroachment calculation with hydraulic criteria
[ES] La legislación española actual exige que en los estudios de inundabilidad se delimite la Zona de Flujo Preferente (ZFP), compuesta por envolvente de la Zona de Inundación Peligrosa (ZIP) y la Vía de Intenso Desagüe (VID). La delimitación de la VID es compleja, subjetiva, y no tiene solución única. Habitualmente se determina mediante la restricción de la zona disponible para el flujo, estrechando la zona que ocupa la avenida de 100 años de periodo de retorno, es decir, no permitiendo el flujo en las zonas más alejadas del eje del río. En el presente trabajo se analiza el concepto de VID, y se muestra cómo, en algunos casos, el método anterior no es el mejor, en especial en presencia de zonas de flujo desconectadas o en casos en los que el flujo puede tener una componente transversal importante. Finalmente, se presenta una metodología para la definición de una VID con el mayor sentido físico posible, mediante modelización numérica bidimensional.[EN] The current Spanish legislation requires flood risk assessment studies to determine the Preferential Flow Zone (ZFP), which consists of the union of the Hazardous Flood Area (ZIP) and the Intense Flow Path (VID). The definition of the VID is complex, subjective, and has no unique solution. It is usually determined by subsequently restricting the area available for flow, narrowing the area that initially occupies the flood of a 100-year return period, and controlling the increase in water depth this floodplain restriction causes. In this work the concept of VID is analysed, and it is shown how, in some cases, the common previous method is not the best, especially in the presence of disconnected flow zones or in cases where the flow may have an important transverse component. Finally, a methodological proposal is presented for the definition of a VID with physical sense, using two-dimensional numerical modelling.Sanz-Ramos, M.; Bladé, E.; Escolano, E. (2020). Optimización del cálculo de la Vía de Intenso Desagüe con criterios hidráulicos. Ingeniería del agua. 24(3):203-218. https://doi.org/10.4995/ia.2020.13364OJS203218243ACA. 2003. Recomanacions tècniques per als estudis d'inundabilitat d'àmbit local. Guia Tècnica, Agència Catalana de l'Aigua. Generalitat de Catalunya. Març 2003. [online] Available from: http://www.gencat.net/aca.ACA. 2007. Planificació de l'Espai Fluvial. Estudis d'inundabilitat en l'àmbit del projecte PEFCAT - Memòria específica Conca de La Muga.Anta Álvarez, J., Bermúdez, M., Cea, L., Suárez, J., Ures, P., Puertas, J. 2015. Modelización de los impactos por DSU en el río Miño (Lugo). Ingeniería del agua, 19(2), 105-116. https://doi.org/10.4995/ia.2015.3648Arcement, G.J., Schneider, V.R. 1989. 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Numerical modelling of river inundations
[ES] La modelización numérica del flujo de agua en ríos es una herramienta que ayuda a dar respuesta a la legislación vigente europea y española referida a riesgo de inundación. Los modelos numéricos disponibles actualmente se encuentran en constante evolución. Mientras hace una década la modelización unidimensional era prácticamente la única alternativa, en el presente se han generalizado los modelos bidimensionales y se empiezan a utilizar los tridimensionales. Gracias a las actuales herramientas SIG, los resultados de la modelización numérica se pueden combinar con datos georreferenciados para realizar una cuantificación sistemática del riesgo de inundación. En este proceso existen aún una serie de desafíos como la consideración de los caudales sólidos y sus efectos en la morfología del cauce, una correcta descripción del flujo en puentes y estructuras, la integración de modelos hidrológicos con los modelos hidráulicos para una mejor consideración de las condiciones de contorno, y finalmente la optimización de las herramientas para disminuir los tiempos de cálculo actuales.[EN] At the present time there is a strong demand from policy makers for reliable predictions of the effects of climate and land use changes on inundation risk, in order to meet the targets specified in the EU Water Framework Directive. Numerical models are a valuable predictive tool to support decision-making related to the implementation of water and flood risk management strategies. While a decade ago one-dimensional modelling was the most commonly used tool in inundation studies, at the present time the application of two-dimensional models to river inundation modelling is generalized. Combined with GIS tools, the water depth and velocity results of a 2D model can be efficiently combined with land use data in order to quantify the potential damages caused by a certain inundation. Nevertheless, in order to improve the reliability of the numerical predictions, a number of challenges should be addressed in current models, as: modelling the interaction between hydrodynamics, solid loads, and morphologic changes during extreme flood events; a correct characterisation of head losses and flow through bridges with complex geometries; the integration of hydrological and hydraulic models for a better consideration of boundary conditions; and the implementation of efficient parallelization techniques in order to reduce the computational time and increase the scale of the problems which can be addressed with 2D and 3D models.Bladé, E.; Cea, L.; Corestein, G. (2014). Modelización numérica de inundaciones fluviales. Ingeniería del agua. 18(1):71-82. https://doi.org/10.4995/ia.2014.3144OJS7182181Bladé, E., Cea, L., Corestein, G., Escolano, E., Puertas, J., Vázquez-Cendón, E., Dolz, J., and Coll, a. (2014). "Iber: herramienta de simulación numérica del flujo en ríos." 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3D numerical analysis of a dam - break using VOF method and LES turbulence model
[EN] In this paper, three-dimensional numerical analysis of dam-break flow pattern in a laboratory-scale is reported. The simulation was performed using the open source computational fluid dynamics (CFD) solver based on finite volume method (FVM) – OpenFOAM. Turbulence is treated using large eddy simulation (LES) approach. The free surface is tracked using the Volume of Fluid method (VOF). The numerical results are assessed against published experimental data. Water depth and pressure measures are used to validate the numerical model. The results demonstrate that the 3D numerical configuration satisfactorily reproduces the temporal variation of these variables with correct trends and high correlation with the experimental values.[ES] El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en una rotura de presa a escala de laboratorio. La simulación se realizó utilizando el software de dinámica de fluidos computacional (CFD) basado en el método de volúmenes finitos (FVM) – OpenFOAM. En el modelo numérico la turbulencia es tratada con la metodología LES (Large Eddy Simulation) y el método VOF (Volume of Fluid) es usado para la captura de la superficie libre del agua. Los resultados numéricos obtenidos se comparan con datos experimentales publicados haciendo uso de las variables de calado y presión. Los resultados muestran que la configuración del código numérico 3D es capaz de reproducir satisfactoriamente la variación temporal de las variables en estudio, con tendencias correctas y una alta correlación con los valores experimentales.Este trabajo fue posible gracias al apoyo financiero otorgado por la Secretaría Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) del Gobierno de la República del Ecuador a través de la beca doctoral del primer autor.Sánchez-Cordero, E.; Boix, J.; Gómez, M.; Bladé, E. (2018). Análisis numérico 3D de una rotura de presa utilizando el método VOF y el modelo de turbulencia LES. Ingeniería del Agua. 22(3):167-176. doi:10.4995/ia.2018.9374SWORD167176223Ancey, C., Iverson, R. M., Rentschler, M., Denlinger, R. P. (2008). An exact solution for ideal dam-break floods on steep slopes. Water Resources Research, 44(1), 567-568. https://doi.org/10.1029/2007WR006353Aricò, C., Nasello, C., Tucciarelli, T. (2007). 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Iber — River modelling simulation tool
Para dar respuesta a los requerimientos en materia de aguas definidos en las directrices, reglamentos y recomendaciones existentes en la legislación española, los cuales están mayoritariamente basados en directivas europeas, se ha desarrollado una herramienta de modelización numérica del flujo de agua en lámina libre en 2 dimensiones. La herramienta, llamada Iber, combina un módulo hidrodinámico, un módulo de turbulencia y un módulo de transporte de sedimentos, y utiliza el método de volúmenes finitos para resolver las ecuaciones correspondientes. Al módulo de cálculo se le ha adaptado una interfaz que se basa en el software de preproceso y posproceso GiD, desarrollado por CIMNE. El resultado es una herramienta de modelización numérica del flujo de agua y sedimentos en ríos y estuarios, que utiliza esquemas numéricos avanzados especialmente estables y robustos en cualquier situación pero especialmente adecuados para flujos discontinuos y, en concreto, para cauces torrenciales y regímenes irregulares.The recent requirements of Spanish regulations and directives, on their turn based on European directives, have led to the development of a new two dimensional open channel flow modelling tool. The tool, named Iber, combines a hydrodynamic module, a turbulence module and a sediment transport module, and is based in the finite volume method to solve the involved equations. The simulation code has been integrated in a pre-process and post-process interface based on GiD software, developed by CIMNE. The result is a flow and sediment modelling system for rivers and estuaries that uses advanced numerical schemes, robust and stable, which are especially suitable for discontinuous flows taking place in torrential and hydrologically irregular rivers.Peer Reviewe
Saint Venant’s equations for dense-snow avalanche modelling
[ES] La creciente preocupación por los riesgos naturales, como las avalanchas de nieve, ha propiciado el desarrollo de modelos numéricos ad hoc como una herramienta de soporte para su análisis y evaluación. Los modelos existentes para simulación de aludes se basan en la conservación de la masa y de la cantidad de movimiento, que son unas ecuaciones similares a las ecuaciones de Saint Venant para agua con diferencias sólo en los términos de fricción (modelo reológico). Este documento muestra las posibilidades de estas ecuaciones para simular avalanchas de placa-densa y el tratamiento numérico realizado en Iber. Se ha empleado una nueva metodología para equilibrar el término fuente y el vector de flujo evitando así oscilaciones espurias y movimientos no reales, y que modifica la pendiente de fondo en base a los parámetros del fluido y así detener su movimiento. La herramienta se ha probado en dos casos de estudio para analizar el comportamiento del fluido en función de los parámetros del mode[EN] The growing concern about natural hazards, such as snow avalanches, has led to the development of ad hoc numerical models as a support tool for their analysis and evaluation. Existing models for avalanche simulation are based on the conservation of mass and the momentum, which are similar equations to the Saint Venant equations for water with differences only in terms of friction (rheological model). This document shows the possibilities of these equations to simulate dense-slab avalanches and the numerical treatment carried out in Iber. A new methodology has been used to balance the source term and the flow vector to avoid spurious oscillations and unreal movements, modifying the bottom slope based on the fluid parameters and thus stop its movement. The tool has been tested in two case studies to analyse the behaviour of the fluid depending on the parameters of the rheological model.Sanz-Ramos, M.; Bladé, E.; Torralba, A.; Oller, P. (2020). Las ecuaciones de Saint Venant para la modelización de avalanchas de nieve densa. Ingeniería del agua. 24(1):65-79. https://doi.org/10.4995/ia.2020.12302OJS6579241Adewale, F.J., Lucky, A.P., Oluwabunmi, A.P., Boluwaji, E.F. 2017. Selecting the most appropriate model for rheological characterization of synthetic based drilling mud. Int. J. Appl. Eng. Res., 12, 7614-7629.Ancey, C. 2006. Dynamique des avalanches. École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne (Suisse).Ancey, C., Gervasoni, C., Meunier, M. 2004. Computing extreme avalanches. Cold Reg. Sci. Technol., 39, 161-180. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2004.04.004Anderson, J.D. 1995. Computational Fluid Dynamics: The basis with applications, 6th Ed. ed. McGraw-Hill, Inc. London.Barbolini, M., Issler, D. 2006. Avalanche Test Sites and Research Equipment in Europe An Updated Overview. SATSIE Project Team. Accesible at http://satsie.ngi.no/docs/satsie_d08.pdf.Bartelt, P., Bühler, Y., Christen, M., Deubelbeiss, Y., Salz, M., Schneider, M., Schumacher, L. 2017. RAMMS: Avalanche User Manual. WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF.Bartelt, P., Salm, B., Gruber, U. 1999. Calculating dense-snow avalanche runout using a Voellmy-fluid model with active/passive longitudinal straining. J. Glaciol., 45, 242-254. https://doi.org/10.3189/S002214300000174XBartelt, P., Valero, C.V., Feistl, T., Christen, M., Bühler, Y., Buser, O. 2015. Modelling cohesion in snow avalanche flow. J. Glaciol., 61, 837-850. https://doi.org/10.3189/2015JoG14J126Beguería, S., W. J. Van Asch, T., Malet, J.P., Gröndahl, S. 2009. A GIS-based numerical model for simulating the kinematics of mud and debris flows over complex terrain. Nat. Hazards Earth Syst. 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Monografía CIMNE no 97, Junio 2006.Blagovechshenskiy, V., Eglit, M., Naaim, M. 2002. The calibration of an avalanche mathematical model using field data. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 2, 217-220. https://doi.org/10.5194/nhess-2-217-2002Cea, L. 2005. An unstructured finite volume model for unsteady turbulent shallow water flow with wet-dry fronts: numerical solver and experimental validation. Tesis Dr. Universidad da Coruña.Cea, L., Puertas, J., Vázquez-Cendón, M.E. 2007. Depth averaged modelling of turbulent shallow water flow with wet-dry fronts. Arch. Comput. Methods Eng., 14, 303-341. https://doi.org/10.1007/s11831-007-9009-3Chaudhry, M.H. 2008. Open-channel flow: Second Edition, Open-Channel Flow: Second Edition. Springer Science+Business Media, LLC. https://doi.org/10.1007/978-0-387-68648-6Christen, M., Bartelt, P., Gruber, U. 2002. AVAL-1D: An avalanche dynamics program for the practice, in: International Congress Interpraevent. Pacific Rim, 14-18 October 2002, Matsumoto, Japan, pp. 715-725.Christen, M., Bartelt, P., Gruber, U., Issler, D. 2001. AVAL-1D - numerical calculations of dense flow and powder snow avalanches. Swiss Federal Institute for Snow and Avalanche Research, Davos, Switzerland. Technical report.Christen, M., Kowalski, J., Bartelt, P. 2010. RAMMS: Numerical simulation of dense snow avalanches in three-dimensional terrain. Cold Reg. Sci. Technol., 63, 1-14. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2010.04.005Deardorff, J.W. 1970. A numerical study of three-dimensional turbulent channel flow at large Reynolds numbers. J. Fluid Mech., 41, 453-480. https://doi.org/10.1017/S0022112070000691Dent, J.D., Lang, T.E. 1983. A biviscous modified Bingham model of snow avalanche motion. Ann. Glaciol., 4, 42-46. https://doi.org/10.3189/S0260305500005218Fischer, J.T., Kofler, A., Fellin, W., Granig, M., Kleemayr, K. 2015. Multivariate parameter optimization for computational snow avalanche simulation. J. 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Análisis numérico 3D de una rotura de presa utilizando el método VOF y el modelo de turbulencia LES
El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en una rotura de presa a escala de laboratorio. La simulación se realizó utilizando el software de dinámica de fluidos computacional (CFD) basado en el método de volúmenes finitos (FVM) – OpenFOAM. En el modelo numérico la turbulencia es tratada con la metodología LES (Large Eddy Simulation) y el método VOF (Volume of Fluid) es usado para la captura de la superficie libre del agua. Los resultados numéricos obtenidos se comparan con datos experimentales publicados haciendo uso de las variables de calado y presión. Los resultados muestran que la configuración del código numérico 3D es capaz de reproducir satisfactoriamente la variación temporal de las variables en estudio, con tendencias correctas y una alta correlación con los valores experimentales
Numerical-experimental assessment of the hysterical behaviour of the macrophytes roughness coefficient
[EN] The associated problems with the massive growth of macrophytes in the Lower Ebro, has led authorities and managers to explore the possibilities to minimize their negative effects on the water ecosystem and associated water uses by removing them by means of controlled floods. The main goal of the present work is to evaluate the hydraulic behaviour of the macrophytes through numerical simulation (Iber model) and its comparison with field data, in order to design the most efficient flushing flows. For this purpose, roughness coefficient – water depth relations (constant, variable and variable with hysteresis) were used to calibrate the numerical model with field data. It was observed that the best fit occurred the variable type with hysteresis curves (different ascent and descent branches) were used.[ES] La problemática asociada al crecimiento masivo de macrófitos en el Bajo Ebro ha llevado a autoridades y gestores a examinar la posibilidad de paliar los efectos negativos que producen sobre el sistema hídrico, y los usos del agua, mediante la realización de avenidas controladas periódicas que provoquen su remoción. El presente trabajo tiene como objetivo principal evaluar el comportamiento hidráulico de los macrófitos mediante simulación numérica (modelo Iber) y su comparación con datos de campo, con el fin de explorar las mejores opciones posibles para diseñar avenidas controladas más eficaces. Para ello se han empleado diferentes relaciones entre el coeficiente de rugosidad y la altura de agua bajo tres enfoques distintos (constante, variable y variable con histéresis) a fin de calibrar el modelo numérico con los datos de campo. Se ha podido observar que el mejor ajuste se produce cuando dichas curvas son de tipo variable con histéresis (diferente rama de subida que de bajada).Los autores agradecen a ENDESA GENERACIÓN (UPH Ebro-Pirineos) el acceso a los datos de las avenidas controladas, a ENDESA S.A. (Cambio Climático, Biodiversidad, I+D+i ambiental y Recursos Hídricos) la financiación de la primera campaña de campo y los trabajos de modelización numérica (Instituto Flumen, 2016), al Grupo Especial de Actividades Subacuáticas de la Guardia Civil su colaboración en la primera campaña de campo y al Grupo de Investigación de Dinámica Fluvial RIUS (Universidad de Lleida) los datos batimétricos y topográficos facilitados.Sanz-Ramos, M.; Bladé, E.; Niñerola, D.; Palau-Ibars, A. (2018). Evaluación numérico-experimental del comportamiento histérico del coeficiente de rugosidad de los macrófitos. Ingeniería del Agua. 22(3):109-124. doi:10.4995/ia.2018.8880SWORD109124223Arcement, G. J. J. y Schneider, V. R., 1989. 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Large wood transport as significant influence on flood risk in a mountain village
An important issue that is not considered in most flood risk assessments in mountain villages in Spain is the transport of solids associated with the flood flow, in this case, large wood transport. The transport and deposition of this wood in urban areas may be a potentially worse hazard than the flood flow itself. Despite its importance, large wood is a key ecological element in rivers, so removing it could be an unsuccessful approach. Therefore, efforts are needed in the better understanding of wood transport and deposition in streams. To analyse this process, scenario-based 2D hydrodynamic flood modelling was carried out. Since flood risk assessment has considerable intrinsic uncertainty, probabilistic thinking was complemented by possibilistic thinking, considering worst-case scenarios. This procedure obtained a probabilistic flood map for a 500-year return period. Then, a series of scenarios was built based on wood budget to simulate wood transport and deposition. Results allowed us to identify the main infrastructures sensitive to the passing of large wood and simulate the consequences of their blockage due to wood. The potential damage was estimated as well as the preliminary social vulnerability for all scenarios (with and without wood transport). This work shows that wood transport and deposition during flooding may increase potential damage at critical stream configurations (bridges) by up to 50% and the number of potentially exposed people nearby these areas by up to 35%
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