Metodología para el análisis de rotura de presas con aterramiento mediante simulación con fondo móvil

Los estudios de rotura de presas permiten evaluar la peligrosidad y el riesgo por inundación asociado a un posible fallo de estas estructuras. La legislación y documentos técnicos vigentes en España marcan el camino a seguir para la correcta clasificación de la presa en función del riesgo potencial que supone para la sociedad, la economía y el medioambiente. Sin embargo, existe un vacío en las recomendaciones a seguir cuando la presa a clasificar se encuentra parcial o totalmente aterrada de sedimentos. El presente documento tiene por objeto presentar una metodología para afrontar estudios de rotura de presas aterradas mediante simulación numérica conjunta de la formación de la brecha y el transporte de sedimentos (fondo móvil). La aplicación de esta metodología a un caso de estudio real ha permitido observar cómo el hidrograma tras la rotura considerando fondo móvil es sensiblemente diferente al obtenido por la metodología estándar que considera fondo fijo dentro del vaso.Peer ReviewedPostprint (published version

Modelación numérica bidimensional de la dinámica sedimentaria del río Ebro en Castejón

El objeto de este estudio consiste en la construcción y calibración de un modelo numérico para la simulación de la dinámica sedimentaria del tramo de río Ebro comprendido entre los puentes de la N-113 y de la autopista AP-15 en Castejón, para su posterior aplicación a otros tramos del mismo río. Se ha analizado numéricamente mediante el modelo Iber la dinámica sedimentaria del tramo del río cuyas batimetrías se obtuvieron durante las campañas anterior y posterior a las importantes avenidas que tuvieron lugar entre enero y marzo de 2015. Una vez incorporada la geometría del cauce al modelo, se han simulado los caudales circulantes en el período comprendido entre las dos batimetrías y la evolución del cauce así obtenida se ha comparado con la que muestra la diferencia entre ambas batimetrías, lo que ha permitido calibrar los parámetros del modelo. Mediante el modelo calibrado se dispone ahora de una herramienta que permite reproducir la dinámica sedimentaria de un tramo del río Ebro. Esta herramienta puede resultar útil para poder describir el comportamiento de otros tramos del mismo río.Postprint (published version

Comparasion of unidimensional and bidimensional flow models for earthen dam failures

El desarrollo de ordenadores cada vez más potentes y las recientes investigaciones en el campo de la hidroinformática hace posible la modelización del flujo en lámina libre en dos dimensiones producido por una rotura de una presa de materiales sueltos. En el presente trabajo se comparan los resultados obtenidos mediante el modelo unidimensional HEC-RAS y el bidimensional CARPA. La comparativa se hace analizando el efecto que tienen las hipótesis simplificadoras implícitas en el uso de la plataforma HEC-RAS de unidimensionalidad, no infiltración y existencia de flujo inicial, sobre los hidrogramas de caudal en una sección testigo situada aguas abajo del eje drenante. Los modelos utilizados reproducen el flujo de agua generado por una posible rotura de la balsa número 1 del sector 5 del canal Segarra-Garrigues en la cuenca del río Ebro en España.Peer ReviewedPostprint (published version

Simulación de rotura de presas aterradas con fondo móvil: caso de estudio

Los estudios de rotura de presas han permitido conocer la peligrosidad y el riesgo de inundación asociado a un posible fallo de estas estructuras. La legislación y documentos técnicos vigentes en España marcan el camino a seguir para la correcta clasificación de la presa en función del riesgo potencial que supone para la sociedad, la economía y el medioambiente. Sin embargo, estos documentos no indican cómo proceder cuando la presa a clasificar se encuentra parcial o totalmente aterrada de sedimentos. El presente documento tiene por objeto presentar una nueva metodología para afrontar estudios de rotura de presas aterradas mediante un modelo numérico que permita, al mismo tiempo, simular la formación de la brecha y el transporte de sedimentos. Esta metodología ha sido aplicada a una presa en el río Llobregat (Gironella, España). Se ha podido observar cómo el hidrograma tras rotura es mayor cuando se considera el fondo móvilPostprint (published version

Experimental characterization and two-dimensional hydraulic-hydrologic modelling of the infiltration process through permeable pavements

Permeable pavements are a common solution for wearing course layers in roads and urban areas. They are composed by highly porous materials with permeability several orders of magnitude above of the natural terrain. This work presents, on one hand, the experimental characterisation of the hydraulic behaviour of a permeable asphalt concrete wearing course layer and, on the other hand, the development and validation of a two-dimensional coupled hydraulic-hydrological distributed numerical model to reproduce the effect of the infiltration in the rainfall-runoff transformation and in the overland flow propagation processes. Experiments show linear and potential trends for permeability-hydraulic head relations when considering constant and variable hydraulic heads, respectively, reaching permeability up to 0.04 m/s for 1 m of hydraulic head. Experiments are reproduced numerically by incorporating new infiltration formulas, which consider the infiltration rate as a function of the hydraulic head, and a specific numerical scheme for properly dealing the mass conservation when negative values of the water depth may occur numerically due to high infiltration rates. This two-dimensional coupled hydraulic-hydrological distributed numerical model is a validated tool for simulating the effect of permeable pavements not only in the rainfall-runoff process, but also for the overland flow propagation.Peer ReviewedPostprint (published version

Combining synthetic and observed data to enhance machine learning model performance for streamflow prediction

Machine learning (ML) models have been shown to be valuable tools employed for streamflow prediction, reporting considerable accuracy and demonstrating their potential to be part of early warning systems to mitigate flood impacts. However, one of the main drawbacks of these models is the low precision of high streamflow values and extrapolation, which are precisely the ones related to floods. Moreover, the great majority of these models are evaluated considering all the data to be equally relevant, regardless of the imbalanced nature of the streamflow records, where the proportion of high values is small but the most important. Consequently, this study tackles these issues by adding synthetic data to the observed training set of a regression-enhanced random forest model to increase the number of high streamflow values and introduce extrapolated cases. The synthetic data are generated with the physically based model Iber for synthetic precipitations of different return periods. To contrast the results, this model is compared to a model only fed with observed data. The performance evaluation is primarily focused on high streamflow values using scalar errors, graphically based errors and errors by event, taking into account precision, over- and underestimation, and cost-sensitivity analysis. The results show a considerable improvement in the performance of the model trained with the combination of observed and synthetic data with respect to the observed-data model regarding high streamflow values, where the root mean squared error and percentage bias decrease by 23.1% and 38.7%, respectively, for streamflow values larger than three years of return period. The utility of the model increases by 10.5%. The results suggest that the addition of synthetic precipitation events to existing records might lead to further improvements in the models.This work was funded by the Grants PID2021-122661OB-I00 funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 and “ERDF A way of making Europe”, TED2021-129969B-C33 funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 and the “European Union NextGenerationEU/PRTR”, CEX2018-000797-S funded by MCIN/AEI /10.13039/501100011033, and the Generalitat de Catalunya through the CERCA Program.Peer ReviewedPostprint (published version