Existen distintos tipos de programas de simulación hidráulica entre los que se encuentran HecRas e Iber. En esta entrada te orientaremos sobre cuál elegir según el tipo de trabajo que se desees realizar.
En primer lugar, estableceremos la diferencia entre HecRas 1D e iber, y luego comentaremos algunas cosillas sobre HecRas 2D.
El programa iber realiza modelos bidimensionales para la simulación del flujo en lámina libre mientras que HecRas 1D realiza modelos unidimensionales en régimen permanente como en régimen variable.
Pero, ¿sabemos qué diferencia un modelo unidimensional de uno bidimensional?
En un modelo unidimensional (1D) se asume que una de las dimensiones prevalece sobre las otras dos. En el caso del cauce de un río o un canal, esta es la longitud. De este modo, al introducir la información hidráulica y topográfica, se asignan las características por secciones. Los resultados de la simulación arrojarán una altura de lámina de agua y velocidad por sección, esto es, sin considerar las variaciones en la distribución de la velocidad que se producen horizontal y verticalmente en una sección. Además, se asume que el flujo es perpendicular a la sección transversal. La discretización por tanto en un modelo unidimensional se realiza por secciones transversales, siendo por eso los programas rápidos en cuando al cálculo.
En un modelo bidimensional (2D) se considera que se producen variaciones en el plano horizontal. Sin embargo, las velocidades verticales se promedian y se asume un único valor. Los problemas de 2D se resuelven mediante ecuaciones diferenciales por lo que la discretización se realiza mediante el mallado de las superficies. Los métodos de cálculo son los métodos de elementos finitos y los métodos de diferencias finitas. Esto hace que el cálculo en este tipo de problemas sea más lento. En estos modelos, la rapidez de cálculo y precisión depende directamente del tamaño de la malla.
La elección de un tipo de modelo u otro depende por un lado del tipo de detalle que se precise y del tipo de problema así como el tiempo del que se disponga para el cálculo. Un modelo 2D es útil para flujos extendidos donde la variación vertical de la velocidad es pequeña, como puede ser, el caso de una rotura de presa. Estrictamente no es útil su uso para casos en los que la velocidad vertical es apreciable como puede ser un vertedero o un orificio sumergido. Sin embargo, un modelo en 1D es idóneo para representar cauces de ríos cuya anchura es despreciable con respecto a su longitud.
Hay situaciones en los que un modelo 1D producirá resultados iguales o mejores que un modelo 2D con menor esfuerzo a nivel de generación del modelo, en la calibración y tiempo de simulación.
Pero, además, ¡¡las últimas versiones de Hec Ras incorporan un módulo de cálculo de modelos en 2D que es prometedor!! Es verdad que es relativamente reciente y que aún no se ha ganado la confianza del mercado, pero es un programa muy potente que no para de mejorar. La principal ventaja que presenta frente a iber es la posible combinación de un modelo bidimensional con uno unidimensional, lo que optimizaría tiempo computacional al simplificar partes del modelo.
Sin embargo, iber es capaz de simular tramos con tuberías que a día de hoy no pueden simularse con HecRas 2D. También dispone de el módulo de turbulencia, el cual permite incluir las tensiones turbulentas en el cálculo hidrodinámico, pudiéndose utilizar para ello diferentes modelos de turbulencia para aguas someras con diferente grado de complejidad.
Además, tiene una capacidad de presentar los resultados más vistosa y más llamativa que HecRas, cosa que viste mucho a la hora de presentar un estudio.
Así que como conclusión, decir que ¡No es mejor uno que otro! Sino que depende mucho del tiempo disponible y tipo de problema a resolver. Lo más importante es pararse a analizar qué se quiere y cómo se quiere para determinar cuál utilizar.
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Interesante el tema.
Dos preguntas:
1.- ¿cuándo se considera despreciable el ancho del río con respecto a su longitud?
2.- ¿Para modelar la zona de inundación de un río de planicie qué modelo es mejor el 1D o el 2D?
Gracias.
Buenos días Alfredo,
Con respecto a las preguntas:
1. No hay un claro límite de cuándo se puede considerar despreciable el ancho del río frente a la longitud. Está muy claro en casos en los que hay grandes tramos con anchos pequeños (ej 1km de canal de 5 m de ancho). Pero ¿dónde está el límite? Según distintas bibliográficas consultadas, se puede despreciar el ancho frente a la longitud cuando esta es 20 veces superior a aquel.
2. Esto va a depender siempre de las particularidades del proyecto: objeto del estudio, tiempo disponible para realizarlo etc. y, por supuesto, las condiciones topográficas. El uso de un modelo unidimensional en lugar de uno bidimensional, tiene sobre todo la ventaja del ahorro de tiempo computacional. En el caso de los cauces, los resultados arrojados son prácticamente los mismos y las posibles diferencias existentes en los resultados no son nada significativas con respecto al tiempo de cálculo. Ahora bien, en el ejemplo que comentas: un modelo bidimensional va a ajustarse mejor en el caso de un río que desborda sobre una planicie. Además, existe la posibilidad con hecras 2D, de simular un modelo mixto, donde se mezclan tramos unidimensionales en aquellos sitios en los que interese ahorrar tiempo de cómputo con tramos bidimensionales.
Un artículo interesante sobre esto es «Uso de modelos uni-y bidimensionales en llanuras de inundación. Aplicación al caso del río Tajo en Talavera de la Reina: https://www.researchgate.net/publication/39425747_Uso_de_modelos_uni-_y_bidimensionales_en_llanuras_de_inundacion_Aplicacion_al_caso_del_rio_Tajo_en_Talavera_de_la_Reina
Un saludo!