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Módulo HYDSIM de RHABSIM para la Simulación Hidráulica de superficies libres y velocidades

La simulación hidráulica en PHABSIM requiere una calibración previa del modelo a partir de los datos observados. Una vez calibrado, el modelo simula las condiciones hidraúlicas para un rango establecido de caudales. El módulo HYDSIM de RHABSIM incorpora un conjunto potente de algoritmos para simular superficies libres y velocidades en régimen permanente.

Para la simulación de superficies libres dispone del modelo IFG4 de regresión logarítmica, el modelo MSQ con la ecuación de Manning para flujo uniforme y el modelo WSP con el método del "Paso Estándard" para flujo gradualmente variado.

Para la simulación de las velocidades en cada celda, RHABSIM dispone del modelo de 1-velocidad utilizando la ecuación de Manning, el modelo de Regresión a partir de las velocidades observadas y el modelo de simulación a partir de la Profundidad. En función de las características hidráulicas del tramo, el usuario puede seleccionar las opciones más adecuadas de cada modelo de simulación.

La calibración de supeficies libres y velocidades puede realizarse independientemente en cada sección transversal. De esta forma, el modelo empleado para la simulación en las pozas puede ser diferente del empleado en los rápidos. Y si en una de las secciones sólamente se tiene una observación de velocidades puede utilizarse el modelo 1-velocidad, mientras que si en otra se tiene más observaciones puede emplearse el modelo de regresión. 


Calibración de las Superficies Libres (SL)

La pantalla inferior muestra el ajuste logarítmico empleado en el método IFG4 con la opción Dual. El usuario puede ver fácilmente los datos, la extrapolación de la recta de regresión y la interacción con otras rectas. El programa genera un completo informe con los cálculos estadísticos de la regresión (coeficientes A y B, varianza, desviación típica y coeficiente de variación).

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En la siguiente pantalla se muestra el gráfico del ajuste de regresión logarítmico con el modelo IFG4 en las cuatro secciones de estudio con valores extrapolados. El usuario puede modificar cualquiera de los datos utilizados en la regresión (profundidad, caudal y cota de caudal nulo) cambiando los valores en la tabla original o directamente con el ratón arrastrando cualquier punto hasta la posición deseada.

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La calibración del modelo de Manning (MSQ) utiliza una hoja de cálculo y un gráfico interactivo. Existe una amplia gama de opciones disponibles como el empleo de la ecuación de Manning o la de Chézy; el ajuste del parámetro Beta en función del radio hidráulico, el caudal o el substrato; el empleo del radio hidraúlico referido a la cota de caudal nulo (adecuado en las pozas) y el cálculo del radio hidráulico ponderado por la superficie. El usuario puede elegir el caudal utilizado en la calibración y seleccionar las secciones transversales en las que aplicar el método.

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La siguiente pantalla muestra el completo gráfico empleado en la calibración del modelo MSQ, cuya precisión y escala pueden modificarse. El gráfico puede mostrarse como una curva o como una recta logarítmica (log-log). Si alguna sección se desborda durante la calibración, el programa es capaz de detectar el problema. Las condiciones críticas de flujo también pueden mostrarse. El coeficiente Beta y el caudal empleado en la calibración pueden seleccionarse directamente en el gráfico. El gráfico permite comparar el modelo MSQ con el IFG4 (si se ha utilizado previamente).

hyd_msq1.gif

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El modelo del "Paso Estándard" (WSP) realiza una simulación en flujo subcrítico utilizando la ecuación de la conservación de la energía comenzando por la primera sección aguas abajo. A partir de los valores de referencia de esta primera sección (que está calibrada), la ecuación se aplica entre dos secciones consecutivas en sentido ascendente.

La siguiente pantalla muestra los valores de los coeficientes de rugosidad del tramo. RHABSIM permite introducir dichos valores directamente y también calcularlos para cada sección o entre dos secciones. El programa ofrece la posibilidad de bloquear cualquier valor del coeficiente de Manning.

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Una vez calculados los coeficientes de Manning del tramo, el usuario puede calibrar las superficies libres y sus coeficientes de modificación de la rugosidad (CMR). Dichos valores se pueden introducir directamente o calcularse automáticamente.

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Una vez calibradas las superficies libres, RHABSIM general un informe detallado con la información hidráulica utilizada. A continuación se muestra el informe de una sección transversal.

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Calibración de Velocidades

Los modelos y parámetros empleados en la calibración de cada sección transversal se seleccionan en una tabla. Los modelos disponibles son: 1-Velocidad cuando se tiene una única observación de velocidades o se tienen varias observaciones pero se quiere utilizar solamente una (generalmente la de mayor caudal), el modelo de Regresión cuando se tienen dos o más observaciones y el modelo de ajuste por la profundidad cuando no se tiene ninguna observación.

El algoritmo empleado puede ser el Coeficiente de Rugosidad de Manning (N) o el Factor de Distribución de la Velocidades (FDV). El usuario puede especificar las opciones referentes al Coeficiente de Rugosidad, al máximo valor del Coeficiente B de regresión y a los parámetros de Control de Beta de igual forma que en PHABSIM.

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La pantalla siguiente muestra la hoja de cálculo utilizada para obtener el valor del Coeficiente de Rugosidad de Manning o del Factor de Distribución de Velocidades en cada celda. La hoja de cálculo incluye todas las opciones y parámetros empleados en la simulación: modelo de simulación, algoritmo de cálculo, valores observados de velocidades, parámetro Beta, máximo valor de B en la regresión y valor máximo y mínimo de N. Adicionalmente, el programa permite introducir directamente los valores de N y comparar los resultados de ambas alternativas.

En parte inferior de la hoja de cálculo se muestra el caudal dado, el caudal calculado a partir de las velocidades observadas y el caudal calculado a partir de las velocidades simuladas. El Factor de Ajuste de la Velocidad (FAV) se calcula como el cociente entre el caudal dado y el caudal calculado con las velocidades simuladas.

El usuario puede observar un gráfico con las velocidades observadas y las velocidades calculadas de forma simultánea para juzgar la conveniencia del método elegido y de los valores de N asignados a cada celda.  Si existiesen variaciones ilógicas en los valores de las velocidades simuladas, el usuario podría ajustar el valor del N de cada celda.

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RHABSIM ofrece una completa información de los valores del Factor de Ajuste de la Velocidad (FAV). En la siguiente tabla se muestran los FAV correspondientes a cada caudal de calibración para una sección transversal determinada. Cuando se utiliza el método Dual (modelo IFG4 para superficies libres) aparece una columna adicional con los valores de los Caudales Duales.

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En la siguiente pantalla se muestra un gráfico con los valores del VAF correspondientes a cada caudal para todas las secciones transversales del tramo. Cuando se manejan muchas secciones, el usuario puede elegir el grupo que desea ver.

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RHABSIM genera gráficos e informes completos mostrando el resultado de la calibración hidráulica. El usuario puede observar las curvas de gasto (SL/Q), el perfil longitudinal del tramo con todas las superficies libres, el perfil longitudinal del tramo con una sóla superficie libre, el gráfico de FAV (como el de arriba) y finalmente un gráfico completamente configurable de la sección transversal con las superficies libres y las velocidades utilizadas en la calibración.

El siguiente gráfico muestra una sección transversal con las superficies libres y las velocidades correspondientes a los caudales utilizados en la calibración y la información hidráulica de un caudal seleccionado. El gráfico puede mostrar las superficies libres y las velocidades conjuntamente, únicamente las superficies o las velocidades, y todos los caudales utilizados o solamente uno. Adicionalmente se puede mostrar instántaneamente la diferencia que se obtiene en la simulación cuando se consideran las celdas centradas o entre dos verticales.

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El siguiente gráfico es un perfil longitudinal del tramo con todas las superficies libres, generado con el módulo Windows de RHABSIM.

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En el siguiente gráfico se muestra una sección transversal incluyendo las superficies libres y las velocidades utilizadas en la calibración, generado con el módulo Windows de RHABSIM.

HYDSIM XS graph

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Muchas gracias por visitar la página web del módulo HYDSIM de RHABSIM para la simulación hidráulica de superficies libres y velocidades.

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