UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y ARTES DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERIA TOPOGRAFICA E HIDROLOGIA HIDROLOGIA
TRABAJO: L
ANALISIS HIDRAULICO DEL RIO COATÁN DEL KM 14+000 AL KM 16+000 POR SIMULACION EN HEC - RAS
CATEDRÁTICO: ING PEDRO ESTRADA GONZALES
ASIGNATURA: HIDROGRAFIA
ALUMNO: LUIS MANUEL MEZA SANCHEZ
SEMESTRE: 8° SEMESTRE HIDROLOGO
LUGAR Y FECHA: TUXTLA GUTIERREZ CHIAPAS, MAYO DEL 2014
ANALISIS HIDRAULICO DEL RIO COATÁN DEL KM 14+000 AL KM 16+000 Para hacer el análisis hidráulico para determinar los niveles de aguas máximas y ejes hidráulicos para crecidas de períodos p eríodos de retorno 5, 10, 20, 50, 100, 10 0, 200, 500 y 1000 años, para las las diferentes condiciones de avenidas presentes en el rio Coatán en Tapachula, Chiapas. Para esto se necesitó de un levantamiento topográfico del rio Coatan, para obtener de las secciones transversales. Se procedió a realizar el análisis de datos levantados levan tados en campo, para este proceso proc eso se utilizó el programa AUTOCAD con la extensión de CIVILCAD. Se trazó el eje del rio, se marcó las estaciones a cada 100 metros con la rutina Menú CivilCAD >Altimetría >Altimetría > eje de proyecto > marcar y Se exportaron las secciones transversales desde la paquetería de AUTOCAD Y CIVILCAD. Para esto se seleccione la rutina para importar puntos, del Menú CivilCAD> Puntos > Terreno > Importar, Al hacerlo, aparecerá una caja de diálogo.
Seleccione el tipo de archivo EST OFF ELEV, luego OK. Al desaparecer la caja de diálogo aparecerá otra donde deberá seleccionar se leccionar el archivo rio coatan localizado en
el directorio D, seleccionamos el archivo y se acepta los valores predeterminados para distancia máxima y ángulo mínimo de triangulación y listo. Al finalizar tenemos esto:
Pero para que el HEC-RRAS procese las secciones estas se convertirán en un formato txt. Luego en un formato scv. Este procese se realiza como sigue: Del Menú CivilCAD> Altimetría > Secciones >Terreno >Punto> Reporte, Al hace rlo, aparecerá una caja de diálogo.
El segundo cuadro en la opción No.de líneas por hojas anotamos: 0 para que esta lo ponga en una sola hoja le damos ok a todas las opciones y lo direccionamos para su guardado.
El resultado será:
A este archivo se le sustituirá las comas por nada y los + por nada, en edición> reemplazar.
Se continua con el Excel el cual este nos dará un formato svc.para su proceso en HEC-RAS. Este proceso consiste en: Abrir en la paquetería office Excel, en archivo> abrir, nos parecerá el dialogo de la figura siguiente, le damos todos los archivos y buscamos el archivo txt.
Almonte de abrir nos preguntara con que características se abrirá, esto será delimitados, ok> tabulación y espacio ok. Abierto el archivo, editamos los datos quedando de la siguiente manera:
Sucesivamente este archivo se guardara en el formato csv (delimitado por coma), al terminar pasamos al programa HEC-RRAS.
Introducción a HEC RAS. El programa HEC RAS (River Analysis System) ha sido desarrollado por el Hydrologic Engineering Center del U.S. Army Corps of Engineers, de los Estados Unidos, siendo uno de los modelos hidráulicos más utilizados en la modelización hidráulica de cauces. El programa se descarga gratuitamente.
El objetivo del presente ejemplo es realizar un análisis básico del flujo en un tramo de río, concretamente el río coatan a su paso por el municipio de Tapachula. Dentro de este análisis, se verán las distintas advertencias de cálculo proporcionadas por HEC RAS definirán distintas actuaciones que pueden realizarse para intentar resolver los problemas de convergencia del modelo. Las principales actuaciones que se presentarán en este ejemplo son tanto la de interpolar secciones transversales como la de realizar el análisis en distintos regímenes de flujo.
Operaciones previas. Símbolo decimal. HEC-RAS necesita que el separador de números decimales sea un punto, en lugar de la coma, por lo que será lo primero que comprobaremos. En WINDOWS, pinchamos en el icono MI PC, PANEL DE CONTROL, CONFIGURACION REGIONAL.
Pestaña NUMERO: Poner PUNTO como separador decimal.
Pestaña MONEDA: Poner PUNTO como separador decimal.
Inicio del programa HEC-RAS. Cuando se instala el programa HEC-RAS automáticamente se crea un grupo de programas denominado HEC y un icono llamado HEC-RAS. Suele aparecer en el menú de inicio bajo la sección “Programas”. El usuario también tiene la opción de crear un icono en el escritorio que tiene la siguiente apariencia.
El programa trabaja por defecto con el sistema inglés, por lo que hay que cambiarlo. Esta operación se puede realizar para un trabajo, o predefinirlo para todos los trabajos. Una vez abierto HEC-RAS, seleccionando el menú OPTIONS:
Creación del proyecto. Una vez definido las unidades adecuadas, procedemos a crear nuestro proyecto. Desde el menú File, seleccionamos New Project, y en la esquina inferior derecha aparece el Botón Create Folder. Pulsamos en él y creamos el directorio en el que se guardara y con el nombre deseado Posteriormente, damos a nuestro proyecto un título.
Después el programa nos informa de que va a crear este proyecto en el directorio señalado yen unidades internacionales. Una vez creado el proyecto, en la pantalla principal aparece en el item PROJECT, el título del proyecto y la ubicación del archivo.
Introducción de los datos geométricos. El siguiente paso para desarrollar el modelo de flujo estacionario (Steady flow) en el programa HEC-RAS es introducir los datos geométricos. Para ello damos clic en el icono edit/Enter geometric data de la página principal,
Damos clic en file> importar geometry data> SCV.
Nos parece esta pantalla en la cual buscaremos el archivo CSV. (Rio Coatán) que se creó con anterioridad
En esta pantalla aceptamos los resultados automáticamente.
Se elige el sistema de unidades, será el SI (métric) units, le damos next
Editamos el nombre del rio quedando como se muestra en la imagen, y clic en next
En la opción inport River elegimos River 1, en impor Reach la opción Reach 1 y automáticamente aparecerá el nombre del rio (rio Coatán. Al terminar le damos clic en finished- import data.
Aquí tenemos el eje del rio y las secciones importadas.
Procedemos a poner las variables que el HEC – RAS necesita Para hacer los cálculos, el primero es el coeficiente de Manning, el cual se optendra de la tabla siguiente: Coeficientes de manning
El coeficiente en este caso será 0.04 Para insertar el coeficiente de manning en el HEC –RAS, en la pantalla de geometric, damos clic en tables>Manning n or k values, aparecerá la siguiente pantalla:
En esta pantalla se anotara el valor de n de manning, se selecciona n#1, n#2, y n#3, las cuales son los tres valores de la sección, dar clip en set values en el cual se anotara el valor antes mencionado, al terminar le damos ok. En la misma pantalla se anotaran las longitudes de la sección transversal del rio esto es, en dar clip en table >reach longths, aparecerá esta pantalla en la cual seleccionamos las opciones LOB, Channel y ROB, damos clic en set values, en esto anotamos la longitud de sección que será de 100 m. al terminar clic en ok.
Para analizar las secciones transversales y editarlas, damos clic en closs section, nos aparecerá la siguiente pantalla.
En la opción jump to the graphical y nos aparecerá la pantalla siguiente:
En la cual podemos analizar y editar una por una las secciones transversales al terminar guardamos lo avanzado, en file save> geometric data, alterminar Cerramos esta pantalla.
Datos de flujo en régimen variado o estacionario. Una vez descrito físicamente en el apartado anterior, el tramo de estudio, vamos a continuación a describir los datos del flujo que necesita HEC-RAS. En la pantalla principal damos clip en edit/ Enter steady flow data:
Y aparecerá esta pantalla.
En la opción enter/ edit number of profile, se anotara el número de tiempos de retorno que utilizaremos en este caso será de 8 (Tr = 5, 10, 20, 50, 100, 200,500 y 1000). Igual se editan los gastos a cada tiempo de retorno.
Los nombres de los perfiles (PF1, PF2, PF3, PF4, ETC) pueden ser cambiados por otros más significativos, por ejemplo T= 50 años, T=100 años, y T=500 años en el menú OPTIONS: EDIT PROFILE NAMES. Una vez seleccionados los caudales, debemos introducir las condiciones de contorno, pulsando el botón: REACH BOUNDARY CONDITIONS.
Damos clic en la opción known w.s; en parte izquierda de la pantalla se anotara la pendiente de la corriente principal por cada tiempo de retorno en ente caso es 0.0047, al terminar damos clic en ok y Posteriormente guardamos estos datos en FILE: SAVE FLOW DATA debiendo dar una descripción de los datos de flujo.
Simulación. Desde el menú principal, seleccionando RUN: STEADY FLOW ANALYSIS, entramos en el menú de simulación:
En FILE, seleccionamos NEW PLAN, nos pide una descripción, RIO COATÁN y un Short ID, que no es más que un nombre de identificación del plan, plan 2 A continuación, seleccionamos el tipo de régimen, mixed, y presionamos el botón de compute.
Se abrirá una ventana de MS-DOS, que al final nos indicará que el programa ha acabado correctamente. Salvamos el plan y cerramos el editor. Ya estamos en condiciones de ver los resultados.
Resultados. El programa ya ha calculado los niveles de la lámina de agua en nuestro tramo de estudio para cada uno de los caudales de cálculo. No obstante, estos resultados deben ser revisados, puesto que puede ser que aparezcan regímenes distintos al supuesto o que el programa necesite más secciones transversales para asegurar un cálculo más preciso. Estas observaciones las podemos encontrar en: VIEW SUMMARY ERR, WARN, NOTES.O en el siguiente icono:
Vamos a proceder a ver los resultados obtenidos.HEC-RAS proporciona los datos de dos modos: Forma gráfica:
Secciones transversales.
Perfiles longitudinales.
Perspectivas 3D.
Curvas X-Y.
Forma de tabla:
Tablas detalladas en secciones transversales
Tablas simplificadas para perfiles.
Tablas personalizadas.
A todas estas salidas, se accede desde el menú VIEW o los iconos del menú principal.
Datos en forma gráfica: Cabe destacar, que dentro de cada salida, en el menú OPTIONS, es donde se eligen que resultados se desean ver, así como los colores y estilo de las líneas, texto que aparece en los ejes, etc.
Perfiles
Podemos observar los perfiles de cada gasto medios (línea azul) y máximos de cada tiempo de retorno (línea verde)
Vista 3 dimensión
Secciones
14+000
14+100
14+200
14+300
14+400
14+500
14+600
14+700
14+800
14+900
15+000
15+100
15+200
15+300
15+400
15+500
15+600
15+700
15+800
15+900
6+000
En las secciones se puede observar, tanto las secciones del terreno natural (línea negra), los limites medios de gasto (línea azul) y los gastos máximos (línea verde) por cada tiempo de retorno. En la cual podemos observar que algunas secciones se desbordan con un gasto mayor de tiempo de retorno mayor. Es por ello que se propone un desazolve del rio para evitar inundaciones a hacia poblados cercanos
Datos en forma de tablas
Tablas de las secciones transversales Presentan información muy detallada para cada una de las secciones y para cada caudal de cálculo. A continuación, se presenta la tabla de la sección para el caudal correspondiente al periodo de retorno
Los resultados más importantes, pueden ser: E.G.Elev (m): Altura de energía. W.S.Elev (m): Altura de la lámina de agua. E.G.Slope : Pendiente de la línea de energía. Q Total (m3/s): Caudal total en la sección. Top Width(m): Ancho de la superficie libre del flujo en la sección.
Tablas simplificadas para perfiles.
Donde: Q Total (m3/s): Caudal total en la sección. Min Ch El (m): Cota inferior del cauce en la sección. W.S.Elev (m): Altura de la lámina de agua. Crit W.S. (m): Cota del calado crítico. E.G.Elev (m): Altura de energía. E.G.Slope : Pendiente de la línea de energía. Vel Chnl (m/s): Velocidad del agua en el cauce.
Flow Area (m2): Superficie mojada en la sección. Top Width(m): Ancho de la superficie libre del flujo en la sección. Froude # Chl: Número de Froude.
