Cómo hacer un estudio de avenidas sólo con software libre

Hace poco me di cuenta que en la mayoría de los proyectos de hidrología o hidráulica superficial en los que estoy trabajando utilizo casi exclusivamente software libre. Sí, me refiero a PROGRAMAS GRATIS. A continuación quería comentar una serie de programas que puedes descargar gratis y con los cuales se pueden abarcar casi todas las fases en los estudios de hidrología e hidráulica de un proyecto medioambiental o de obra civil.

QGIS

QGIS o Quantum GIS, es el primer programa de la lista porque al ser un GIS nos permitirá analizar todos los datos del terreno, ya sea topografía como cálculo de áreas de cuencas vertientes o importación de capas de usos de suelo, es decir, nos permite analizar y procesar los datos de partida.

Visualización de una ortofoto en QGIS

Este programa fue desarrollado por la Fundación OSGeo y aunque se trata de software libre sin ánimo de lucro, el programa ya es ampliamente usado en proyectos en todo el mundo. Además, poco a poco, las extensiones de otros programas de pago se han ido adaptando a QGIS, tales como QRAS, de la que hablaremos más adelante.

Visualización de una zona de inundación utilizando la extensión QRAS

El programa se puede descargar de la página oficial de QGIS, cuyo enlace os pongo a continuación:

https://www.qgis.org/es/site/

Este programa permite tratar archivos georreferenciados tipo raster o en formato texto así como archivos vectoriales tales como shape o TIN, por lo que junto a las bases gratuitas de datos geográficos (las cuales podéis consultar en las webs de Instituciones públicas como el Instituto Geográfico Nacional, etc.), podéis construir vuestro propio modelo del terreno y estudiar los tipos de suelo, geología, e incluso hidrología.

HEC HMS

Una vez hemos obtenido y procesado los datos de partida y tenemos un modelo de terreno, podemos pasar a estudiar las precipitaciones y construir un modelo hidrometeorológico mediante HEC HMS.

HEC HMS es un programa creado hace tiempo por el cuerpo de ingenieros del ejército Estadounidense y permite crear un modelo hidrometeorológico con el que obtener los hidrogramas de avenida en un punto.

Para ello, introducimos las características de la cuenca (obtenidos mediante QGIS) así como los datos de precipitaciones, las cuales se pueden obtener de forma gratuita en diferentes páginas gubernamentales y se pueden obtener los hidrogramas de avenida en un punto. Por cierto, podéis encontrar información sobre bases de datos hidrometeorológicos en:

DESCARGA DE DATOS CLIMATOLÓGICOS EN EUROPA

Fuentes para descargar gratuitamente datos hidrológicos de España y América Latina.

Esquema de una cuenca y sus subcuencas y el hietograma de precipitaciones en una de ellas.

Una vez introducidos, podemos sacar el hidrograma de avenidas en un punto, para analizarlo después con otros programas de cálculos hidráulicos.

Salidas de resultados de HEC HMS

El programa puede descargarse gratis de la página oficial del mismo, cuyo enlace dejo a continuación:

http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/downloads.aspx

HEC RAS

Bueno, ya tenemos el modelo de terreno y el hidrograma de avenidas, es hora de montar nuestro modelo hidráulico, y para ello nada más sencillo que el programa más conocido de cálculos hidráulicos, HEC RAS, desarrollado por el cuerpo de ingenieros del ejército Estadounidense, al igual que el HEC HMS.

Este programa no sólo es el más popular, sino que es el más conocido por ingenieros civiles en todo el mundo y muchas veces es requerido en los términos de referencia ciertos contratos de licitación.

HEC RAS puede hacer modelos hidráulicos unidimensionales y bidimensionales, en régimen uniforme o variable, a partir de una geometría, uno o varios caudales de entrada y unas condiciones de contorno.

Aún así, a mi gusto, es un programa especialista en modelos unidimensionales, pudiendo comprobar múltiples hipótesis a la vez y con tiempos de simulación de unos pocos segundos, ideal para el dimensionamiento de estructuras (en los que necesitas realizar varias simulaciones) o para modelos de cauces definidos y pocos meandros.

Resultados de un cálculo en HEC RAS

HEC RAS se puede descargar en el siguiente enlace:

http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/downloads.aspx

Es importante destacar la utilidad de las extensiones GoeRAS o QRAS, las cuales permiten generar la geometría del modelo en HEC RAS a partir de los modelos digitales del terreno generados en el GIS.

Plana de inundación usando HEC Ras y GeoRAS

GeoRAS es la extensión gratuita de ArcGIS que permite crear modelos en HEC RAS, y se puede para diferentes versiones de ArcGIS en:

http://downloads.esri.com/archydro/HecGeoRAS/

Para los que no tenemos ArcGIS y siguientdo la tónica de este artículo, podemos bajarnos QRAs, la versión de GeoRAs para QGIS en:

https://plugins.qgis.org/plugins/Qgis2Ras/

IBER

IBER es el otro programa gratuito de cálculos hidráulicos que está cogiendo fuerza y ya es conocido y utilizado en gran cantidad de proyectos internacionalmente.

Este software está especializado en modelos hidráulicos bidimensionales, por lo que no se puede usar para cálculos hidráulicos rápidos, pero por ahora, en mi opinión, supera en capacidad, usabilidad y precisión a la versión bidimensional de HEC RAS, la cual es reciente y seguramente esté en proceso de perfeccionamiento.

La comparación de IBER y HEC RAS se puede ver en otros posts de este mismo blog.

Vista de un modelo de inundaciones realizado con IBER

Recomiendo el uso de IBER para modelos más complejos, en régimen variable, de varios cauces o de cauces planos y poco confinados, rotura de balsas, etc. Es decir, modelos por lo general más complicados.

Vista tridimensional del modelo IBER

IBER se puede descargar en la página oficial del programa, cuyo enlace os dejo a continuación:

http://iberaula.es/modelo-iber/descarga

Programas para cálculos puntuales

Bueno, ya hemos hablado de programas que pueden realizar cálculos complejos o manejar grandes cantidades de información, a continuación presentaré un par de programas que realizan cálculos sencillos pero que son de gran utilidad para comprobar algún cálculo nuestro o dimensionar alguna estructura rápidamente.

El primero es HCANALES, un programa que nos permite calcular el calado en régimen uniforme en canales de diferentes formas, lo que nos es útil sobre todo para dimensionar canales de sección circular, o calcular el calado crítico en una sección de forma rápida.

Vista del programa HCANALES

El programa se puede descargar en el siguiente enlace:

https://hcanales.programas-gratis.net/

Por último, un programa útil y sencillo para todos aquellos que trabajéis en proyectos de protección de riberas es el RIVER, el cual nos permite calcular no sólo las propiedades hidráulicas de un cauce o canal de tierra, sino que nos permite calcular la erosión del cauce y dimensionar los diques de protección para evitar inundaciones en las zonas colindantes.

Ejemplo de un dique de escollera con RIVER

El programa se puede descargar en el siguiente enlace:

http://www.irhperu.com/programas/river-diseo-de-defensas-ribereas-ana

Tras leer todo esto, podemos ver que se pueden realizar complejos estudios de hidrología e hidráulica completamente con software libre, perfectos para ofertas técnicas y estudios de factibilidad de obras hidráulicas, diseño de obras de drenaje, estudios de riesgos por inundación, etc.

CONCLUSIONES

Mi resumen final es que tenemos las herramientas para realizar estudios completos de hidrología e hidráulica superficial, así que solo necesitamos lo más importante: el conocimiento.

En este blog seguiremos colgando información útil relacionada con software útil en ingeniería civil y medioambiental, aunque si queréis saber más sobre el uso de estas herramientas no dudéis en contactar con TYC GIS y explorar sus ofertas de cursos online.

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