Two-layer model for the numerical simulation of oil spills over coastal flows

A one-dimensional (1D) numerical model for the simulation of oil spills in coastal flows is studied. A two-layer eulerian model is implemented. The main advantage of this model is the capability of solving the evolution of the oil layer, computing the oil depth and the velocity field

Finite Volume Non-hydrostatic Pressure Model for the Simulation of Landslides

A Finite Volume (FV) numerical scheme previously designed for the hydrostatic Shallow Water Equations (SWE) is extended to compute non-hydrostatic pressure (NHP) in order to simulate dispersive waves. These waves are usually generated by landslides and are of importance in coastal alarm systems. The model is validated in 1D comparing with laboratory measurements and the results highlight the importance of  including the NHP terms in the model to achieve a good agreement between numerical and experimental results.A Finite Volume (FV) numerical scheme previously designed for the hydrostatic Shallow Water Equations (SWE) is extended to compute non-hydrostatic pressure (NHP) in order to simulate dispersive waves. These waves are usually generated by landslides and are of importance in coastal alarm systems. The model is validated in 1D comparing with laboratory measurements and the results highlight the importance of  including the NHP terms in the model to achieve a good agreement between numerical and experimental results

Simulación numérica de la inyección de sedimentos en el Delta del río Ebro

Los cambios en la morfología fluvial aguas abajo de la presa de Flix, en el Delta del Ebro, durante la segunda mitad del siglo XX, muestran la pérdida de áreas sedimentarias activas. La falta de sedimento, la reducción de las crecidas y la subida del nivel del mar, debida al cambio climático, amenazan la subsistencia de este ecosistema. Por ello, se han llevado a cabo pruebas piloto de inyección de sedimentos puntuales (Proyecto LIFE Ebro-Admiclim). Nuestro objetivo ha consistido en simular numéricamente, con el programa RiverFlow2D, la eficacia de esta propuesta (prueba B2 del proyecto) y lanzar otras propuestas alternativas que pudieran ser más efectivas. Se han obtenido resultados y se han comparado entre ellos para diferentes tipos de escenarios en los que se contempla una inyección de sedimentos puntual y en diferentes puntos (hasta tres), localización de la inyección (tramo superior, medio e inferior) y caudales de agua y sedimentos adecuados. Los resultados de las simulaciones indican en primer lugar que el flujo de agua es determinante en la circulación y posterior deposición de sedimentos; en segundo lugar, que la localización de la inyección de sedimentos es crucial para que ésta llegue a la zona de interés; y por último que es necesario realizar medidas para poder calibrar la herramienta de cálculo y así mejorar la precisión de los resultados antes de proceder a la inyección real de sedimentos

Análisis hidrológico del embalse de Barasona (Huesca) durante el periodo 2000-2018

En este trabajo se recoge el análisis hidrológico que se ha llevado a cabo en el embalse de Barasona (Huesca) durante el periodo 2000-2018 enfocándolo a conocer la respuesta de la capacidad de este embalse frente a factores meteorológicos (precipitación y temperatura), demanda de agua y producción hidroeléctrica. El objetivo fundamental se centra en conseguir un buen estudio empírico de las observaciones realizadas durante los últimos años para posteriormente realizar una predicción de los efectos del Cambio Global sobre la capacidad de almacenamiento de este embalse. Para ello se ha contado con los datos diarios de caudal y altura de agua durante el periodo 2000-2015 de los ríos Ésera e Isábena que son los que nutren al embalse, cedidos por el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). También con los datos diarios de temperaturas, precipitaciones, entradas y salidas de agua y producción hidroeléctrica del embalse, cedidos por la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) durante el periodo 2000-2018. En primer lugar se ha realizado un análisis anual de temperaturas, precipitaciones, caudales y alturas de agua en los ríos y en el embalse, demandas destinadas al canal de Aragón y Cataluña, río y central hidroeléctrica, así como producción energética y capacidad de almacenamiento del embalse. En segundo lugar se ha realizado un estudio de las mismas variables durante todo el periodo tomando como dato el valor medio anual para poder analizar la tendencia anual a lo largo de todo el periodo de estudio. Posteriormente se han calculado algunos parámetros específicos de caracterización del embalse como son el déficit, la garantía volumétrica de capacidad de almacenamiento, así como el índice de escasez en épocas de sequía; por ser estos periodos complicados los que podrían producirse con más asiduidad en un contexto de Cambio Global

Estudio hidráulico del riesgo de inundación en el meandro de ranillas: modelos de simulación numérica

[ES] En este trabajo se muestran los resultados obtenidos al aplicar técnicas de modelización numérica en flujos de lámina libre. Se aplica a la simulación de la evolución de la onda producida por una avenida extraordinaria en un tramo de meandro del río Ebro cercano a la ciudad de Zaragoza con la finalidad de estudiar la variación del flujo frente a modificaciones del cauce.García Navarro, P.; Brufau, P.; Murillo, J.; Zorraquino, C. (2003). Estudio hidráulico del riesgo de inundación en el meandro de ranillas: modelos de simulación numérica. Ingeniería del agua. 10(2):115-125. https://doi.org/10.4995/ia.2003.2578OJS115125102Abbott M. B. (1992). Computational Hydraulics. Ashgate, Aldershot, U.K.Brufau P. y P. García Navarro (2000) Two-dimensional dam break flow simulation. Int. J. Num. Meth. Fluids, 33:35-57.Brufau P. y P. García Navarro (2001) Modelo de simulación bidimensional de transitorios en aguas superficiales: Aplicación a roturas de presa Ingeniería Civil, 121.Casulli.V. (1990) Semi-implicit finite difference methods for the two dimensional shallow water equations. J. Comp. Phys., 86:56-74.Cunge, J.A., F.M. Holly y A. Verwey. (1980) Practical aspects of computational river hydraulics. Pitman Pub. Inc.Estrela T. y L. Quintas. (1996) El modelo de flujo bidimensional GISPLANA. CEDEX Ingeniería Civil, 104:13-21.Fread D.L. (1985). Channel routing. Hidrological forecasting. M. G. Anderson and T.P. Burt, eds., Jhon Wiley and Sons Ltd. N.Y.García R. y R.A. Kahawita. (1986) Numerical solution of the St. Venant equations with the MacCormack finite difference scheme. Int. J. Num. Meth. Fluids, 6:259-274.García-Navarro P. y F. Alcrudo (1995). Simulación de flujo transitorio en cauces naturales. Ingeniería del Agua. 2 (1).Katopodes N. y T. Strelkoff. (1978) Computing two dimensional dam break flood waves. ASCE J. Hyd. Eng., 104:1269-1288.Quecedo M., M.Pastor, MªIsabel Herreros y J.A. Fernández-Merodo (2001), Simulación de ondas de avenida causadas por roturas de presas, Ingeniería Civil, 121.Vázquez Cendón M.E. (1994) Estudio de esquemas descentrados para su aplicación a las leyes de conservación hiperbólicas con términos fuente. Tesis Doctoral, Univ.de Santiago de Compostela.Villanueva I., P. García-Navarro y V. Zorraquino (1999) Validación experimental de un modelo computacional uni-dimensional para el cálculo de ondas de avenida, Ingeniería del Agua, 6(1)

Calibración del coeficiente de rugosidad del flujo en un canal abierto mediante análisis experimental y numérico

El coeficiente de rugosidad es un parámetro de difícil cuantificación en los modelos de flujo de lámina libre basados en aproximaciones de aguas poco profundas. Se utiliza para cuantificar la pérdida de energía del flujo por rozamiento. Habitualmente, en condiciones turbulentas, suele asociarse un valor único de rugosidad a cada material del lecho. En este trabajo se desea evaluar la dependencia del coeficiente de rugosidad con el caudal y con la configuración geométrica del cauce.<br /

Cuantificación de la infiltración durante una inundación en el tramo Castejón de Ebro – Zaragoza del río Ebro mediante simulación numérica

Las inundaciones constituyen uno de los riesgos medioambientales que con más frecuencia y severidad ocurre actualmente debido al cambio climático. Para ayudar en la prevención de las mismas y asesorar a los organismos públicos y privados en la elaboración de los planes de emergencia por inundaciones es necesario el uso de modelos de simulación precisos. Hasta ahora la simulación de inundaciones en ríos siempre se ha realizado sobre lecho impermeable, dejando abierta la cuestión de si la infiltración de agua en el suelo supone una cantidad relevante a tener en cuenta en este proceso. Para responder a esta cuestión, en este trabajo, se va a modelizar no sólo el comportamiento del flujo de agua sobre la superficie del terreno, sino que también se va a cuantificar la cantidad de agua infiltrada bajo el suelo, con el fin de conocer el volumen de agua que se transporta aguas abajo en un evento de avenida en un caso real en el que se dispone de medidas para poder calibrar los resultados numéricos. Por proximidad, y disponibilidad de medidas, se ha elegido como caso real de prueba un tramo del río Ebro que discurre entre Castejón de Ebro y Zaragoza. Con este objetivo, y bajo la hipótesis del modelo de aguas poco profundas que describe el movimiento del flujo de agua en un río, se ha usado un modelo de simulación 2D (Riverflow2D) que resuelve, mediante un método de volúmenes finitos de primer orden en tiempo y espacio, todas las variables del flujo en cada punto y en cada tiempo de simulación. Este programa además incorpora dos modelos de infiltración (Horton y Green - Ampt) que van a ser explorados. Se han analizado algunos eventos de avenida, con características diferentes en cuanto a duración de hidrograma y caudal máximo alcanzado, sucedidos en los años 2003, 2008, 2013, 2015 y 2018. A la vista de los resultados numéricos obtenidos, podemos afirmar que la infiltración es un proceso relevante a tener en cuenta en la simulación de inundaciones. Las simulaciones realizadas con modelo de infiltración se ajustan mejor a las medidas observadas en las estaciones de aforo. Entre los dos modelos de infiltración explorados consideramos que el modelo de Green - Ampt es el más preciso; aunque en este caso en concreto las diferencias entre los dos modelos de infiltración son casi inapreciables.<br /

Estudio de la influencia de la forma y tamaño de hidrogramas en la simulación 2D de inundaciones en el tramo medio del río Ebro

La simulación de inundaciones es un problema de actualidad que preocupa tanto a la sociedad en general, como a los técnicos y administraciones públicas. Durante los últimos años se ha tomado conciencia de que el riesgo por inundación debe ser un factor crucial a tener en cuenta en cualquier planificación territorial enfocada a la seguridad de personas y bienes. El análisis del riesgo de inundación sólo se puede realizar a través de la simulación numérica. Para ello, se necesitan datos que, a menudo, no se encuentran disponibles. La situación ideal sería disponer del hidrograma de avenida antes de que esta ocurra para poder realizar la predicción de las consecuencias o realizar los cálculos a tiempo real. Esta última opción aún no es posible, aunque con la aceleración de los cálculos cada vez se encuentra más cerca; y la primera tampoco es posible ya que por más que se conozcan las variables meteorológicas con bastante precisión, no se puede disponer del hidrograma de avenida con suficiente antelación. Por ello, en este trabajo, se realiza un estudio exhaustivo de diferentes formas y tamaños de hidrogramas, en función de la duración y el caudal máximo que éstos alcanzan. De esta manera, observamos la evolución del transporte de estos hidrogramas a través del cauce y sus consecuencias. En particular, se ha realizado la simulación numérica del tramo medio del río Ebro (Castejón de Ebro-Zaragoza), mediante un programa computacional en 2D llamado RiverFlow2D. Previamente, la información se procesa en un programa de gestión de información geográfica llamado QGIS. A la vista del análisis de los resultados obtenidos en 18 casos simulados, podemos afirmar que hidrogramas de larga duración en el tiempo apenas modifican su forma al llegar al final del dominio de cálculo y son los que mantienen el caudal máximo durante todo su recorrido. Sin embargo, en el caso de que la duración de la avenida sea corta, la forma del mismo, en Zaragoza, cambia drásticamente, presentando una gran laminación y tardando más tiempo en llegar; e incluso pueden aparecer varios picos siendo que sólo uno había sido impuesto en la cabecera del río

A Simulation Based Optimal Control System For Water Resources

Nowadays, the increasing demand of water resources has become one of the most relevant issues when water supply must be guaranteed as in the case of irrigation comunities. It becomes difficult to provide the predictive optimal behavior of regulation structures when the regime of the flow is changing in time and, moreover, when this regulation modifies the hydraulic conditions of the structure. One of the most widely used solution for control is PID. The disadvantages of PID control are the difficulties in the presence of non-linearities as well as the PID parameters tuning. Taking into account previous works about sluice gate formulation and its hydraulics, an equivalent formulation is going to be applied to obtain the control signal for the gate. This will make possible to build a system that allows the optimal control of the gate in order to obtain, for instance, a desired volume of water in the least time possible with the minimum water loss. In this work, a reformulation of the problem is analyzed and then, an equivalent the control is applied to sluice gate flow to obtain a simulation based control system and a near real-time solution is explored using adjoint variable formulation

Análisis hidrológico del embalse de Barasona (Huesca) durante el periodo 2000-2018

En este trabajo se recoge el análisis hidrológico que se ha llevado a cabo en el embalse de Barasona (Huesca) durante el periodo 2000-2018 enfocándolo a conocer la respuesta de la capacidad de este embalse frente a factores meteorológicos (precipitación y temperatura), demanda de agua y producción hidroeléctrica. El objetivo fundamental se centra en conseguir un buen estudio empírico de las observaciones realizadas durante los últimos años para posteriormente realizar una predicción de los efectos del Cambio Global sobre la capacidad de almacenamiento de este embalse. Para ello se ha contado con los datos diarios de caudal y altura de agua durante el periodo 2000-2015 de los ríos Ésera e Isábena que son los que nutren al embalse, cedidos por el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). También con los datos diarios de temperaturas, precipitaciones, entradas y salidas de agua y producción hidroeléctrica del embalse, cedidos por la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) durante el periodo 2000-2018. En primer lugar se ha realizado un análisis anual de temperaturas, precipitaciones, caudales y alturas de agua en los ríos y en el embalse, demandas destinadas al canal de Aragón y Cataluña, río y central hidroeléctrica, así como producción energética y capacidad de almacenamiento del embalse. En segundo lugar se ha realizado un estudio de las mismas variables durante todo el periodo tomando como dato el valor medio anual para poder analizar la tendencia anual a lo largo de todo el periodo de estudio. Posteriormente se han calculado algunos parámetros específicos de caracterización del embalse como son el déficit, la garantía volumétrica de capacidad de almacenamiento, así como el índice de escasez en épocas de sequía; por ser estos periodos complicados los que podrían producirse con más asiduidad en un contexto de Cambio Global