Efficient reservoir modelling for flood regulation in the Ebro river (Spain)

The vast majority of reservoirs, although built for irrigation and water supply purposes, are also used as regulation tools during floods in river basins. Thus, the selection of the most suitable model when facing the simulation of a flood wave in a combination of river reach and reservoir is not direct and frequently some analysis of the proper system of equations and the number of solved flow velocity components is needed. In this work, a stretch of the Ebro River (Spain), which is the biggest river in Spain, is simulated solving the Shallow Water Equations (SWE). The simulation model covers the area of river between the city of Zaragoza and the Mequinenza dam. The domain encompasses 721.92 km2 with 221 km of river bed, of which the last 75 km belong to the Mequinenza reservoir. The results obtained from a one-dimensional (1D) model are validated comparing with those provided by a two-dimensional (2D) model based on the same numerical scheme and with measurements. The 1D modelling loses the detail of the floodplain, but nevertheless the computational consumption is much lower compared to the 2D model with a permissible loss of accuracy. Additionally, the particular nature of this reservoir might turn the 1D model into a more suitable option. An alternative technique is applied in order to model the reservoir globally by means of a volume balance (0D) model, coupled to the 1D model of the river (1D-0D model). The results obtained are similar to those provided by the full 1D model with an improvement on computational time. Finally, an automatic regulation is implemented by means of a Proportional-Integral-Derivative (PID) algorithm and tested in both the full 1D model and the 1D-0D model. The results show that the coupled model behaves correctly even when controlled by the automatic algorithm. © 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland

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

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

Estudio de soluciones para mitigar inundaciones en el río Ebro mediante simulación numérica

En el siguiente trabajo se realiza un análisis de distintas posibles mitigaciones relacionadas con esquemas numéricos usando modelos 1D y modelos simplificados de inundaciones en el tramo medio del río Ebro. A su vez, se implementan algoritmos PID como herramientas de control en el embalse que se encuentra en este tramo. <br /

Estudio de soluciones para mitigar inundaciones en el tramo medio del río Ebro mediante simulación numérica

En este trabajo se realiza un estudio de posibles soluciones para mitigar las inundaciones que tienen lugar cíclicamente en el tramo medio del río Ebro mediante simulación numérica. El problema se ha abordado con una herramienta computacional desarrollada en el área de Mecánica de Fluidos llamada Riverflow que resuelve el flujo de superficie libre 2D. Como posibles medidas de mitigación se proponen escenarios de limpieza de vegetación del cauce imponiendo diferentes coeficientes de rozamiento de Manning que reflejan la pérdida de energía por rozamiento, uso de zonas de inundación controlada para intentar retrasar tiempo y pico de llegada del máximo de la onda de caudal del hidrograma de avenida y construcción de nuevas motas en zonas que se quieren proteger y evitar que se vean afectadas por la inundación. En todas estas situaciones se parte de un modelo digital de terreno (MDT) de la zona (Castejón de Ebro-Zaragoza), se construye una malla de cálculo adecuada y calibrada con inundaciones recientes y se analiza la respuesta del río a un hidrograma de avenida en términos de altura de agua, velocidad, área máxima inundada y evolución temporal de calado en puntos sonda a lo largo de cauce y llanuras, para poder obtener cuál sería la mejor de las opciones propuestas de cara a mitigar estos sucesos en el futuro. Los resultados y conclusiones se muestran en la memoria y anexos de este trabajo así como a través de vídeos en el portal de Youtube

Desarrollo de un modelo de control óptimo de flujos transitorios en lámina libre basados en adjuntos

El ajuste y control de las estructuras hidráulicas son un aspecto cotidiano para la conservación de determinados valores de nivel y caudal que permitan satisfacer las necesidades de la agricultura, ganadería y la producción de energía hidroeléctrica; así como también para la laminación de crecidas que pueden suponer un peligro para regiones aguas abajo. La evolución temporal y espacial de eventos de avenida en ríos se simula frecuentemente bajo la hipóesis de aguas poco profundas. Esta clase de eventos permite la aproximación en la sección transversal, conformando modelos unidimensionales precisos en los resultados proporcionados. A su vez, estructuras hidráulicas como es el caso de un embalse permiten el uso de modelos hidrológicos, los cuales evitando el cálculo de algunas variables hidráulicas obtienen una elevada eficiencia computacional. El siguiente trabajo tiene como objetivo principal el desarrollo e implementación de un método de control basado en variables adjuntas que permita mantener un determinado valor del nivel en un embalse mediante la modificación de la altura de la presa, usando modelos para el flujo unidimensionales e hidrológicos. Se realiza un análisis de sensibilidad para verificar la capacidad del método implementado mediante casos simplificados, para posteriormente estudiar un dominio real, el comprendido en el tramo de río Ebro entre Caspe y Mequinenza, caracterizado por conformar el embalse de Mequinenza.<br /

Optimized Digital Twin for Flood Forecasting in the Ebro River

Year after year, floods cause high losses in several regions along the Ebro River. Therefore, it is necessary to develope tools based on numerical simulations to foresee the negative effects of these phenomena. Different strategies are proposed towards a digital twin of the river reach.Año tras año, las inundaciones causan en varios tramos del río Ebro numerosos daños y pérdidas. Por tanto, es necesario desarrollar herramientas basadas en simulación numérica que permitan preveer los efectos negativos de estos eventos. Se desarrolla así un modelo digital del Río Ebro para la previsión de inundaciones haciendo uso de diferentes estrategias

Implementación de un modelo de cálculo para la simulación numérica del flujo en una instalación solar térmica

Actualmente existen modelos que simulan la parte térmica de una instalación solar y, a su vez, otros que se centran en el análisis de pérdidas de carga en instalaciones de tuberías. Sin embargo, raramente se lleva a la práctica un análisis conjunto de ambos fenómenos. En este trabajo se realiza un desarrollo del modelo necesario para la simulación completa de una instalación solar atendiendo, no sólo a los términos de temperatura, sino también a los de cantidad de movimiento del flujo, pudiendo realizar análisis de pérdidas de carga y de energía. En primer lugar, se realiza una revisión bibliográfica donde se parte de las ecuaciones de conservación que gobiernan el comportamiento de un flujo (masa, cantidad de movimiento y energía) para llegar a las ecuaciones de un sistema presurizado en régimen transitorio. Posteriormente es necesario establecer unas hipótesis que lleven a modelo simplificado que permita despreciar los fenómenos poco relevantes para hacer más sencillo el cálculo, llegando a un modelo unidimensional. Finalmente, se escoge un método numérico para la resolución de las mismas. En concreto, se escoge un esquema en volúmenes finitos. Cuando la metodología está establecida se programa, en lenguaje C, un problema sencillo que comprueba el correcto tratamiento de las ecuaciones. Posteriormente, se procede a introducir en el modelo las componentes propias de una instalación solar térmica teórica para su resolución y se compara con valores estimados por otros software

Flow structure in a compound channel: benchmarking 2D and 3D numerical models

The benchmarking test of 2D and 3D numerical models on a compound channel flow with a rectangular-shaped main channel and a rectangular-shaped floodplain was carried out by the IAHR Working Group on Compound Channels. The selected test case is the flume experiment by Nezu and Tominaga (1991). Nine depth-averaged 2D models and four 3D models participated in the benchmark. In the 2D models, the depth-averaged streamwise velocity profiles in the lateral direction were compared. In the 3D models, velocity components in three directions as well as the distribution of the turbulence kinetic energy in a cross-section were compared. Through the comparison, the applicability and limitations of each model are highlighted and discussed with regard to the model characteristics.Konferencija je održana na daljinu (on-line), bez fizičkog prisustva i sav materijal se nalazi na web-stranici organizatora skupa