Efficient explicit finite volume schemes for the shallow water equations with solute transport

This work is concerned with the design and the implementation of efficient and novel numerical techniques in the context of the shallow water equations with solute transport, capable to improve the numerical results achieved by existing explicit approaches. When dealing with realistic applications in Hydraulic Engineering, a compromise between accuracy and computational time is usually required to simulate large temporal and spatial scales in a reasonable time. With the aim to improve the existent numerical methods in such a way to increase accuracy and reduce computational time. Three main contributions are envisaged in this work: a pressure-based source term discretization for the 1D shallow water equations, the analysis and development of a Large Time Step explicit scheme for the 1D and 2D shallow water equations with source terms and the numerical coupling between the 1D and the 2D shallow water equations in a 1D-2D coupled model. The first improvement roughly consists of exploring the pressure and bed slope source terms that appear in the 1D and 2D shallow water equations to discretize them in an intelligent way to avoid extremely reductions in the time step size. On the other hand, the implementation of a Large Time Step scheme is carried out. In order to relax the stability condition associated to explicit schemes and to allow large time step sizes, reducing consequently the numerical diffusion associated to the original explicit scheme. Finally, two 1D-2D coupled models are developed. They are demonstrated to be fully conservative and are able to approximate well the results obtained by a fully 2D model in terms of accuracy, while the computational effort is clearly reduced. All the advances are analysed by means of different test cases, including not only academic configurations but also realistic applications, in which the numerical results achieved by the new numerical techniques proposed in this work are compared with the conventional approaches

Solute Transport Control at Channel Junctions Using Adjoint Sensitivity

Water quality control and the control of contaminant spill in water in particular are becoming a primary need today. Gradient descent sensitivity methods based on the adjoint formulation have proved to be encouraging techniques in this context for river and channel flows. Taking into account that most channels and rivers include junctions with other branches, the objective of this study is to explore the adjoint technique on a channel network to reconstruct the upstream boundary condition of the convection-reaction equation. For this purpose, the one-dimensional shallow water equations and the transport equation for a reactive solute are considered. The control is formulated through the gradient-descent technique supplied with a first-order iterative process. Both the physical and the adjoint equations are supplied with suitable internal boundary conditions at the junction and are numerically solved using a finite volume upwind scheme. The results reveal that the adjoint technique is capable of reconstructing the inlet solute concentration boundary condition in an acceptable number of iterations for both steady state and transient configurations using a downstream measurement location. It was also observed that the reconstruction of the boundary condition tends to be less effective the further away the measurement station is from the target

Factores que permiten que el Fondo Social Michiquillay Promueva proyectos de desarrollo sostenibles que cumplan con las expectativas de la población de la zona de influencia del proyecto minero Michiquillay

El Fondo Social Michiquillay - FSM, se crea a partir del Decreto Legislativo Nº 996, que busca fomentar la participación de agentes privados en los programas de carácter social, simplificando y agilizando el gasto en las poblaciones del área de influencia en donde se desarrollen los proyectos promovidos, a través del financiamiento de proyectos de desarrollo sostenibles. Es en este contexto, que se percibe una preocupación de la población ubicada en la zona de influencia de FSM sobre la celeridad con la cual se atiende sus pedidos de proyectos; así mismo, debido a los cambios a partir de la salida de la empresa Minera Anglo American Michiquillay a fines del 2014 como socio del FSM y a la incorporación de ProInversión como socio transitorio a partir de marzo de 2015; lo que ha generado expectativa en la población sobre trasparencia, participación, priorización y ejecución de proyectos de desarrollo sostenibles. Por otro lado, la representación de los pobladores de las comunidades ante el FSM, es asumida en algunos casos por directivos que no residen en la comunidad de manera permanente, y en otros casos, desconocen la normativa que rige al FSM para el financiamiento de los proyectos solicitados, lo que origina se perciba una inoperancia del FSM para la atención de sus necesidades y prioridades a través de proyectos. A partir de la Gerencia Social, que es una de las disciplinas que busca mejorar la calidad de vida de las poblaciones más vulnerables, reflexionando antes, durante y después de una intervención, es que se planteó identificar ¿Cuáles son los factores que permiten que el Fondo Social Michiquillay promueva proyectos de desarrollo sostenibles que cumplan con las expectativas de la población de la zona de influencia del proyecto Minero Michiquillay?, con el fin de proponer y mejorar la intervención del FSM a favor de la población que se encuentra en su ámbito de intervención. La identificación de los factores se realizó mediante el análisis de los mecanismos implementados por el FSM para la participación de los comuneros en los procesos de desarrollo, conociendo sus percepciones y expectativas sobre el FSM; así como, se identificó y analizó el proceso de planificación y gestión de los proyectos financiados por el FSM, a partir del estudio de caso del proyecto Viviendas Saludables en el Sector Quinuamayo Bajo. Producto de la investigación, se identificó que estos factores no se están cumpliendo de acuerdo a la expectativa de la población y a parámetros técnicos, ocasionando un malestar razonable en la población debido a la poca celeridad para atender sus necesidades o problemática; así mismo, a que el FSM no dispone de instrumentos de planificación y gestión, que le permita organizar de manera racional en el tiempo y en base a sus lineamientos y prioridades, la ejecución de proyectos a favor de la población de su ámbito de intervención. Por lo cual se ha planteado como propuesta, la elaboración de un diagnóstico participativo de las comunidades, el cual permitirá identificar la problemática y potencialidades de la población, permitiéndoles elaborar sus Planes de Desarrollo Concertado, que les facilite orientar y dirigir su propio desarrollo en el corto, mediano y largo plazo. Sumado a esto, el FSM contaría con estos instrumentos para elaborar su plan estratégico y planes operativos, a fin de implementar proyectos que cumplan con la expectativa de la población.Tesi

Implant treatment for a patient with aggressive periodontitis associated to diabetes mellitus. Clinical case report. Surgical phase

ABSTRACTDiabetes mellitus is a chronic degenerative disease characterized by a set of metabolic disorders and presence of hyperglycemia. When analyzing the effect of diabetes on implants, bone remodeling process alteration and deficient mineralization have been observed: these factors result in poorer bone integration. The aim of the present study was to describe surgical and implant treatment conducted in order to re-establish function and esthetics of a patient's periodontal and general circumstances. Resulting ridge (flange) preservation as well as elevation of the maxillary sinus achieved a suitable flange to place implants, by means of a tomographic surgical guide in preparation for further rehabilitation of implant-supported prostheses. As a conclusion we might propose that late diagnosis of aggressive periodontitis can lead to edentulism in young patients, which could be solved with endo-osseous implants

Algoritmos de regulación en flujos transitorios bidimensionales

El uso de métodos numéricos para predecir la forma de la lámina de agua o las variaciones de caudal en caso de flujos tanto estacionarios como no estacionarios es, hoy en día, una práctica necesaria dentro de la tecnología hidráulica moderna, ya que ofrece la posibilidad de evaluar, de una forma no muy costosa, la respuesta de los sistemas hidráulicos frente a una gran variedad de situaciones prácticas. En particular, la simulación numérica de flujos transitorios permite acceder, entre otras cosas, a la predicción de tiempos de tránsito de las ondas, alcanzados por los valores máximos en distintos puntos del dominio de cálculo. Esta información es esencial para el diseño de estrategias de prevención y puede ser combinada con algoritmos de regulación y optimización. Los problemas que acarrean las grandes precipitaciones y las consiguientes inundaciones es un tema de interés creciente en los últimos años. Grandes pérdidas económicas y sociales son las principales consecuencias que traen consigo estas inundaciones. Para poder actuar de una manera efectiva contra esto, una opción es la utilización de áreas de inundación controlada para almacenar la mayor parte de la crecida y devolver el agua al río una vez haya finalizado. Esto es, por otra parte, un reto, debido a que la aplicación de estos conceptos a cuencas urbanizadas que fueron desarrolladas hace mucho tiempo con zonas bajas ocupadas por infraestructura industrial, comercial y residencial se antoja muy complicada. El trabajo consiste en familiarizarse con modelos de simulación transitoria para flujos bidimensionales existentes en el grupo de investigación, recopilar información de elementos y algoritmos de regulación, establecer un caso test de aplicación y programar la combinación de ambos elementos para ensayar su potencial utilidad

Análisis y diseño de sistemas presurizados de riego por aspersión

La modernización de los sistemas de riego se ha convertido en una de las prácticas más habituales dentro de la agricultura en España. Los agricultores buscan aumentar la producción de sus productos además de minimizar gastos. El objetivo de este trabajo es diseñar dos redes de riego presurizadas orientadas a la modernización de dos parcelas localizadas en Sádaba (Zaragoza). Para elegir la instalación que se coloca en cada sistema se realiza un análisis del funcionamiento y características del sistema, explorando la posibilidad de instalación de riego de media presión y baja presión. Para la elección mas adecuada se diseñarán redes de riego, analizando su sectorización y realizando cálculos los hidráulicos necesarios para satisfacer las demandas de presión y caudal. Una vez satisfechos los requerimientos técnicos se evaluarán los costes a largo plazo

Programación de un modelo de cálculo inverso para optimización de fenómenos de transporte

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el desarrollo de una herramienta de regulación y optimización de flujos con transporte, por medio de modelos basados en variables adjuntas y técnicas de gradiente descendente. También se aplica el modelo a una confluencia de canales.<br /

Desarrollo de una herramienta de interpolación geométrica de cauces para simulación 1D y 2D de flujo en ríos

Los modelos de flujo superficial han constituido un campo de investigación muy activo recientemente. Estos modelos son de gran interés para la simulación de eventos de inundación en rios y así evaluar la respuesta frente a una gran variedad de situaciones prácticas. En este tipo de modelos, la información topográfica y batimétrica es fundamental para la adecuada descripción del terreno, y constituye una de las mayores fuentes de incertidumbre y error en las simulaciones. Los modelos de flujo 1D y 2D son los más utilizadosen este contexto. La principal ventaja de los modelos 1D es su bajo costo computacional, a costa de no poder representar ni resolver correctamente las llanuras de inundación ni los flujos que desbordan del cauce principal. Por otra parte los modelos bidimensionales sí son capaces de simular los flujos que se producen en las llanuras de inundación, con una calidad dependiente de la representación topográfica, tanto de la información como de su discretización en una malla computacional. Los modelos bidimensionales sin embargo, acarrean consigo un mayor coste computacional. La técnica LIDAR (Light Detection and Ranging) permite la obtención de información topográfica de una forma barata, rápida y confiable, con alta resolución espacial en las tres dimensiones. A partir de dicha información, es posible crear modelos digitales del terreno (DTM) que representan el relieve con una gran fidelidad. Sin embargo, el LIDAR no es capaz de medir el terreno debajo de la superficies de agua, por lo cual resulta necesario contar con fuentes de información alternativas para conocer la batimetría del cauce, imprescindible para la simulación hidráulica. Aunque es posible obtener superficies batimétricas con tecnologia SONAR, tradicionalmente la información batimétrica se ha obtenido realizando estudios topográficos de los cauces de los rios. Esto genera secciones transversales que proporcionan valiosa información acerca de la forma del cauce, aunque escasa y no exenta de error. A diferencia de la información LIDAR, las secciones transversales proveen información de utilidad exclusiva para los modelos unidimensionales. Para realizar simulaciones bidimensionales es necesario reinterpretarla y complementarla. En el mejor de los casos, se cuenta con ambas fuentes de información, consistentes y sistemáticas, que es posible combinar para subsanar así sus deficiencias individuales. El objetivo de este trabajo consiste en desarrollar una estrategia precisa, fiable y eficiente capaz de, a partir de la información disponible (LIDAR sin batimetría y/o secciones transversales), generar un DTM que incluya la totalidad del dominio a través de técnicas de interpolación geométrica ( splines cúbicos y de Hermite) que respeten criterios hidráulicos. La técnica es validada por medio de simulaciones 1D y 2D en geometrías sintéticas así como sobre un tramo del río Ebro. Se evalúa la calidad de la interpolación geométrica, así como su efecto sobre variables de control hidráulicas y en términos de caudales y niveles superficiales simulados

Un modelo computacional de simulación de la dispersión de contaminantes en agua

En este Trabajo de Fin de Grado se han analizado varios modelos de dispersión para solutos pasivos en flujos transitorios de agua, familiarizándose así con algunas de las técnicas utilizadas en la resolución de este tipo de problemas. Para ello, previamente se ha estudiado la formulación del problema del transporte de un soluto pasivo en agua y realizado un análisis de sensibilidad al esquema numérico y malla de cálculo. Por último se han estudiado algunas técnicas de simulación y realizado un análisis de sensibilidad al modelo de dispersión

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