Ingeniería Fluvial: La geometría en HEC-RAS

¿Conoces los modelos de simulación hidráulica HEC-RAS? Hoy hablamos sobre Ingeniería Fluvial y, en concreto, sobre la geometría en este software de uso tan extendido.

La geometría en HEC-RAS la componen fundamentalmente un conjunto de secciones transversales, espaciadas a una determinada distancia, y dispuestas a lo largo de un eje que viene a representar la dirección principal de la corriente…

Estas secciones no son más que perfiles transversales del cauce o canal, los cuales, con mayor o menos detalle, van a representar la geometría general del sistema fluvial a escala real. Las secciones deberán ser suficientemente representativas del cauce a modelizar, y en ellas deberá reflejarse tanto el lecho del cauce como sus llanuras de inundación.

Por otro lado, deberán tener una extensión longitudinal suficiente para “contener” todo el flujo que vaya a transcurrir a través de ellas y evitar errores.

Otra consideración fundamental, derivada de la hipótesis de unidimensionalidad con la que trabaja HEC-RAS, es la necesidad de que estas secciones transversales sean perpendiculares a la dirección principal del flujo tanto en el canal principal del río como en sus llanuras de inundación. De esta manera los resultados obtenidos irán en consonancia con la forma de funcionar del programa y las soluciones obtenidas se aproximarán más a la realidad.

En la imagen siguiente podemos observar un posible esquema de distribución en planta de las secciones transversales a lo largo del cauce a modelizar. Las secciones, delineadas en trazo verde, son perpendiculares al flujo y se han extendido lo suficiente para poder abarcar toda el área susceptible de ser afectada por las aguas desbordadas.

Esquema de distribución en planta de secciones a lo largo de un cauce. Fuente: HEC-GeoRAS. User´s Manual

Las secciones podrán ser introducidas manualmente por el usuario o de forma automatizada empleando herramientas GIS (HEC-GeoRAS). Según las características geométricas del cauce o canal a modelizar, necesitaremos mayor o menor detalle geométrico en los perfiles transversales.

En las siguientes imágenes podemos observar dos tipos de secciones transversales: la primera es la sección de un canal, introducida manualmente y en la que han bastado unos pocos puntos para construirla. Como puede verse, en ella se aprecian tanto el fondo del canal como sus paredes laterales, es una representación simple.

Sección transversal de un canal en HEC-RAS

La segunda sección representa el perfil transversal de un cauce natural en el que, como puede observarse, el grado de detalle requerido ha sido mucho mayor. El número de puntos que componen la sección es significativamente mayor y, en este caso, se ha empleado la aplicación HEC-GeoRAS para construirla (podría haberse introducido también de manera manual, pero el proceso hubiera sido más largo y tedioso).

Sección transversal de un cauce natural en HEC-RAS

Para introducir secciones en HEC-RAS es necesario disponer de la suficiente información cartográfica, la cual puede venir en forma de archivos CAD de curvas de nivel, modelos digitales del terreno en formato Raster o TIN… Esta información, en muchos de los casos, es económicamente lo más costoso de obtener, aunque finalmente su coste vendrá dado en función del grado de precisión de la información y que a su vez vendrá marcado por el nivel de detalle que queramos darle a nuestro proyecto.

Representación cartográfica de un río y sus llanuras de inundación en formato CAD

Representación cartográfica de un río y sus llanuras de inundación en formato TIN

Representación cartográfica de un río y sus llanuras de inundación en formato Raster

Como se comentaba anteriormente, para poder caracterizar por completo el río o canal que queremos modelizar, será necesario introducir un número suficiente de secciones transversales dispuestas a lo largo del eje del río.

Más adelante y, en la siguiente entrega, veremos una serie de recomendaciones en cuanto al número de secciones necesarias a introducir en el modelo (dato que viene ligado al espaciamiento entre secciones), posición de las mismas y orientación de las mismas, extensión…

En la imagen siguiente se muestra un esquema en planta de lo que resultaría una vez introducidos los perfiles transversales a lo largo del cauce. Como puede apreciarse es posible “quebrar” en planta las secciones, para buscar siempre la perpendicularidad de las mismas respecto a la dirección del flujo, y así cumplir con la hipótesis básica de unidimensionalidad.

Representación en planta sobre ortofotografía de secciones transversales a lo largo del eje del río

El programa HEC-RAS, una vez se han introducido todas las secciones, nos va a poder mostrar un perfil longitudinal del fondo de cauce y canal. Este perfil estará conformado por cada uno de los puntos bajos de cada sección transversal.

Por otro lado, el programa nos va a permitir también visualizar la geometría introducida por medio de un visor 3D. Con él podremos ver el conjunto de secciones transversales, alineadas a lo largo del eje del cauce, con diferentes perspectivas tridimensionales.

Esta posibilidad que ofrece el programa es ciertamente útil, pues va nos va a ofrecer una visión global de la geometría tanto a nosotros mismos, como usuarios del programa, como a técnicos supervisores si introducimos estas vistas en una memoria o reporte.

En la siguiente entrega veremos: