Rotura de Presa Con IBER

Proyecto Fin de Carrera “DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA DE

ELABORACIÓN DE LOS ESTUDIOS DE ROTURA DE BALSA PARA LA EVALUACIÓN DE PELIGROSIDAD PELIGROSIDAD CON LA HERRAMIENTA IBER. DESARROLL DESARROLLO O DE UN EJEMPLO EJEMPLO COMPLETO COMPLETO ”  

MEMORIA Autor/es

Joaquín Joaquín Borruel Borruel Capdevila Capdevila Director/es

Luís Díaz Susana García Asín

INGENIERO AGRÓNOMO Escuela Politécnica Superior Huesca 2017 Repositorio de la Universidad de Zaragoza  –  Zaguan http://zagu http://zaguan.unizar.e an.unizar.ess

ÍNDICE FIGURAS FIGURA 1. Casos de altura de la balsa en función del terreno...................................................... 7 FIGURA ! Casos es"eciales de consideración de altura de la balsa .............................................. # FIGURA $! %olu&en &o'ili(able ..................................................................................................... ) FIGURA *! +&bito de a"licación a"li cación ................................................................ ................................... 1, FIGURA -! Cuencas idro/r0ficas  Co&unidades Autóno&as .................................................... 1 FIGURA 2! Co&"etencias en e n función de la ubicación ubi cación res"ecto del Do&inio 34blico 5idr0ulico ... 1$ FIGURA 7! Co&"etencias  6r/anos Co&"etentes "or Co&unidades Autóno&as ...................... 1$ FIGURA #! Gr0ficos en función del calado  la 'elocidad Gua 89cnica ........................................ 1FIGURA ). Es:ue&a /eneral "roceso obtención "ro"uesta de clasificación ............................... , FIGURA 1,! ;odelo 1onas definidas &ediante "ol/onos cerrados ?/eo&etras@ FIGURA 12. Geo&etras  su"erficies sobre ortofoto ................................................................... $* FIGURA 17. ;allado no estructurado trian/ular con diferentes ta&aos de &alla se/4n (onas $FIGURA 1#. Geo&etras R8IN ....................................................................................................... $7 FIGURA 1). ;allado coincidente coinci dente con el raster ;DE con erra&ienta GDAB ............................... $) FIGURA ,. Condición inicial cota en el interior de la balsa ......................................................... *, FIGURA 1 Condición de salida del &odelo en el contorno de la &alla ....................................... * FIGURA  Asi/nación de usos de suelo ....................................................................................... *$ FIGURA $ .Rotura de for&a t ra"e(oidal "ro/resi'a ................................................................... ** FIGURA *.Es:ue&a breca de rotura /eo&etra tra"e(oidal Gua 89cnica ............................... *FIGURA -. Es:ue&a /eo&etra breca  ee /eneratri(. Re"resentación en Iber ..................... *FIGURA 2. Defor&ación de la &alla de c0lculo c0lc ulo "ara la e'olución de la for&ación de la breca *2 FIGURA 7 Ee&"lo de &a"a /enerado con Iber de calados &0i&os ........................................ -, FIGURA #. Criterios de "eli/rosidad ................................................................. ........................... -1 FIGURA )! Ee&"lo de &a"a de "eli/rosidad se/4n RD),,# .................................................. -1 FIGURA $,. Ee&"lo de /r0fico de &0i&os de ni'el de a/ua en una sección ........................... - FIGURA $1. Sonda de e 'olución de calado a lo lar/o del tie&"o en un "unto ............................. -$ FIGURA $ 5idro/ra&as en dos secciones diferentes d iferentes del terreno ................................................ -$

ÍNDICE 8ABAS 8ABA 1 8abla orientati'a de la Gua 89cnica 89cnic a "ara 'alorar los daos ......................................... 17

ÍNDICE 1

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................................. 1

2

OBJETIVOS ..................................................................................................................................................... 2

3 3.1 3.2 3.3

REVISIÓN LEGISLACIÓN Y NORMATIVA EN MATERIA DE CLASIFICACIÓN Y SEGURIDAD EN BALSAS ................. 3 Antecedentes legislación en materia de seguridad de presas y embalses ........................ .................... ................. 3 Normativa aplicable balsas .................................................................................................................................... 4 Real Decreto 9/2!" de 11 de enero" por el #ue se modi$ica el Reglamento del Dominio %&blico 'idr(ulico" aprobado por el Real Decreto !49/19!)" de 11 de abril ............................................................................ ) 3.3.1 De$iniciones ......................................................................................................................... ) 3.3.2 *mbito de aplicación. +lasi$icación de balsas .................................................................... 1 3.3.3 +ategor,as .......................................................................................................................... 11 3.3.4 *mbito competencial- ........................................................................................................ 11 3.3. Distribución de responsabilidades ..................................................................................... 14 3.4 u,a 0cnica para la +lasi$icación de %resas en unción del Riesgo %otencial ...................... .................... ........... 14 3. Normativa y legislación en la +omunidad Autónoma de Aragón en materia de seguridad de embalses" presas y balsas. ....................................................................................................................................................... 1! 3..1 ey 1/214 de Aguas y R,os de Aragón. ........................................................................... 1! 3..2 orrador Decreto del obierno de Aragón por el #ue se aprueba el Reglamento regulador de clasi$icación y registro de presas" embalses y balsas competencia de la Administración de la +omunidad Autónoma de Aragón ............................................................................. 1! 4

Descr!c"# $e %& 'e()$)%)*+& !r)!,es(& !&r& %& e%&-)r&c"# $e %)s es(,$)s $e &e#$& $e )#$& $e r)(,r& $e -&%s& !&r& s, c%&s/c&c"# ........................................................................................................................ 20 4.1 5s#uema general .................................................................................................................................................. 2 4.2 6elección del mtodo de modeli7ación ................................................................................................................ 21 4.3 85R ...........................................................................................................................5rror: ;arcador no de$inido. 4.3.1 5s#uema del proceso con 85R .......................................................................................... 2< 4.4 5stablecimiento de escenarios de rotura ............................................................................................................. 2! 4. Delimitación de la 7ona de estudio ...................................................................................................................... 29 4.) De$inición de la geometr,a- +reación de geometr,as y super$icies y mallado. ...................... .................... ........... 3 4.).1 +rear geometr,as y super$icies para 7onas"" mallado y elevar la malla a travs del raster de ;D0.................................................................................................................................... 32 4.).2 +rear super$icies R08N a travs del raster de ;D0 y mallado estructurado coincidente con el R08N ................................................................................................................................ 3< 4.).3 +rear super$icies directamente del raster de ;D0 y mallado coincidente con este raster =importar DA> ................................................................................................................. 39 4.< +ondiciones iniciales ............................................................................................................................................ 4 4.! +ondiciones de contorno =entrada y salida> ......................................................................................................... 4 4.!.1 +ondicion de entrada ......................................................................................................... 41 4.!.2 +ondiciones de salida ......................................................................................................... 41 4.9 Rugosidad y usos del suelo ................................................................................................................................... 42 4.1 De$inición de la brec?a de rotura ......................................................................................................................... 44 4.11 %ropagación de la onda de rotura. +(lculo y simulación ..................................................................................... 4< 4.11.1 Datos del problema .......................................................................................................... 4< 4.11.2 +(lculo y simulación ......................................................................................................... 49 4.12 %ostproceso.@isuali7ación de resultados .............................................................................................................  4.12.1 ;apas de inundación y peligrosidad ................................................................................  4.12.2 6ecciones" sondas de evolución en el tiempo en un punto dado" ?idrogramas. .............. 2 4.12.3 5portación de resultados en $ormato RA605R ..................... ........................ ................. .. 3 

EJEMLO DE ALIACIÓN SIMULACIÓN DE LA ONDA DE AVENIDA OR ROTURA DE LA BALSA DE RIEGO ...... 4



CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 

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BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 

1 INTRODUCCIÓN a nueva normativa de seguridad de presas" embalses y balsas" ?ace necesaria la clasi$icación de balsas de riego en base a su riesgo potencial en caso de rotura. %ara ello es necesario el conocimiento de la normativa" los criterios de clasi$icación y seguir una metodolog,a para el c(lculo de la onda de avenida del agua en caso de rotura. a normativa anteriormente" se centraba en presas" sin considerar el caso de balsas de riego. 5n el Real Decreto 9/2!" de 11 de enero" por el #ue se modi$ica el Reglamento del Dominio %&blico 'idr(ulico" aprobado por el Real Decreto !49/19!)" de 11 de abril =Real Decreto 9/2! en adelante> se incorporan las balsas como obBeto de la normativa" incluyendo un nuevo t,tulo en el dedicado a la Cseguridad de las presas" embalses y -&%s&s. as balsas de riego #ue sobrepasen ciertas dimensiones" deber(n ser registradas y clasi$icadas en base a unos criterios de seguridad basados en posibles a$ecciones a vidas ?umanas" in$raestructuras y a$ecciones medioambientales" siendo necesaria la participación de tcnicos $ormados al respecto y #ue elaboren estudios ?idr(ulicos e ?idrodin(micos de la onda de avenida en el caso de rotura del di#ue o presa. a competencias en materias de seguridad en estas balsas ser(n de la Administración eneral del 5stado en unos casos" y en otros estar(n tras$eridas a las Administraciones Autonómicas. a legislación en el caso de #ue el órgano competente sea la +omunidad Autónoma de Aragón" est( pendiente de aprobación" propuesto en un borrador de Decreto en el aEo 21) del obierno de Aragón por el #ue se aprueba el Reglamento regulador de la clasi$icación el registro de presas embalases y balsas =orrador de Decreto del . A en adelante>. a descripción de la metodolog,a presentada en este 0rabaBo in de +arrera puede ser aplicable para los casos en los #ue sea necesario registro y clasi$icación de la balsa en la Administración eneral del 5stado" y tambin para los casos #ue el registro sea del (mbito competencial del obierno de Aragón" en el caso de #ue se aprobara el borrador y pasara a ser obligatorio el registro de las mismas. 6e recomiendan di$erentes mtodos de c(lculo de la onda de avenida para la clasi$icación en la u,a 0cnica para la +lasi$icación de %resas en unción del Riesgo %otencial =u,a 0cnica en adelante>. Adoptaremos una metodolog,a y estrategias basadas en modelos completos bidimensionales con la ?erramienta in$orm(tica 8ber. 1

8ber es un modelo matem(tico bidimensional para la simulación del $luBo en l(mina libre y procesos de transporte en r,os y estuarios" desarrollado en colaboración por el rupo de 8ngenier,a del Agua y del ;edio Ambiente" 5A;A =Fniversidad de A +oruEa" FD+> y el 8nstituto F;5N =Fniversitat %olitGcnica de +atalunya" F%+" y +entro 8nternacional de ;todos Numricos en 8ngenier,a" +8;N5>. 5ste modelo matem(tico puede resolver la simulación numrica necesaria para la elaboración de in$ormes de peligrosidad y las propuestas de clasi$icación de las balsas.

2 OBJETIVOS 5l obBeto general de este 0rabaBo in de +arrera" es describir las pautas a seguir a la ?ora de reali7ar un estudio de clasi$icación de balsas usando la ?erramienta in$orm(tica 8ber para simular la rotura y as, desarrollar una metodolog,a de trabaBo #ue solucione de manera e$iciente la reali7ación de dic?os estudios considerando la evaluación de la peligrosidad seg&n normativa actual nacional" mapas de inundación" elaboración de planes de emergencia etcH As, mismo" tambin se pretende reali7ar una revisión de la legislación actual en la materia y presentar una interpretación aclaratoria de los criterios de clasi$icación. 5l trabaBo incluir(Revisión de la normativa actual sobre seguridad y clasi$icación de balsas y planes de emergencia. Descripción de metodolog,a para la reali7ación de la simulación de la rotura de balsa usando 8ber. Abordando todas las $ases del estudio" desde la recopilación de datos topogr($icos" la correcta alimentación de datos de entrada en el so$tIare espec,$ico" interpretación de resultados arroBados por la aplicación" mapas de inundación.

Aplicación de la sistem(tica desarrollando un caso completo" calculando la rotura de la balsa" preparación de mapas de inundación" interpretación de los resultados.

2

3 REVISIÓN LEGISLACIÓN Y NORMATIVA EN MATERIA DE CLASIFICACIÓN Y SEGURIDAD EN BALSAS

3.1  Antecedentes e!"s#c"$n en %#te&"# de se!'&"d#d de (&es#s ) e%*#ses 0oda la normativa de seguridad de embalses se ?ab,a centrado eclusivamente en las presas. a evolución ?istórica de la normativa de presas provenida de la Administración 'idr(ulica ?a estado in$luenciada y dictaminada a lo largo de los tiempos por los tres aspectos siguientesJ J J

a evolución y desarrollo de la tcnica y la tecnolog,a. %or eigencias y condicionantes de la sociedad. %or acontecimientos catastró$icos su$ridos.

+omo consecuencia directa de la %R6A de Ribadelago" @ega de de 0era" en 1.99 se creó la Fnidad de @igilancia de %resas as, como la +omisión de Normas de randes %resas" la cual elaboró en 1.9) las Normas 0ransitorias para randes %resas #ue en 1.9)2 se trans$ormaron en la 8nstrucción para el %royecto" +onstrucción y 5plotación de randes %resas" la cual $inalmente $ue aprobada por Krden ;inisterial del entonces ;inisterio de Kbras %&blicas con $ec?a de 31 de mar7o de 19)<" y #ue a&n sigue siendo vigente ?oy en d,a para unas determinadas presas. 5n 1.9!2 tras la rotura de la presa de 0ous" se dió origen a la implantación del %rograma de 6eguridad de las %resas del 5stado y m(s tarde" en 1.99)" a la publicación del Reglamento 0cnico sobre 6eguridad de %resas y 5mbalses =R06%5>" aprobado por K.;- de 12 de mar7o de 1.99)" teto tambin vigente ?oy en d,a par unas determinadas presas y embalses. 5ste Reglamento 0cnico asume en su integridad todo lo dispuesto por la Directri7 (sica de %lani$icación de %rotección +ivil ante el Riesgo de 8nundaciones =D%%+R8>" aprobada por Acuerdo de +onseBo de ;inistros de 9 de diciembre de 1.994 y cuya resolución de 31 de enero de 199 $ue publicada en el K5 de 14 de $ebrero de 199. a Directri7 (sica de %lani$icación de %rotección +ivil ante el Riesgo de 8nundaciones" da respuesta al Art. ! de la ey 2/19!" de 21 de enero sobre %rotección +ivil" en el #ue se ?ab,a previsto la elaboración de la Norma (sica de %rotección +ivil" aprobada por l Real Decreto 4
5n esta Directri7 se introduce la plani$icación de emergencias ante el riesgo de rotura o aver,a grave de presas" y se dispone la obligatoriedad de proceder a la clasi$icación de las presas en $unción del riesgo potencial y la elaboración de %lanes de 5mergencia de %resas" para a#uellas clasi$icadas en categor,as A y . inalmente el <imo teto vigente en la actualidad se encuentra en el Real Decreto 9/2!" de 11 de enero por el #ue se modi$ica el Reglamento de Dominio %&blico 'idr(ulico aprobado por el Real Decreto !49/19!)" de 11 de abril =.K.5. 1) enero 2!>" en el cual se ?a incorporado un nuevo 0,tulo @88 dedicado a la seguridad de las presas" embalses y balsas. As, pues" los tetos vigentes en la actualidad sonJ8nstrucción para el proyecto" construcción y eplotación de grandes presas =19)<> JReglamento tcnico sobre seguridad de presas y embalses =199)> JReal Decreto 9/2! por el #ue se modi$ica el Reglamento del Dominio %&blico 'idr(ulico =2!> JDirectri7 b(sica de plani$icación de protección civil ante el riesgo de inundaciones =199>

+ada presa y embalse" en $unción de su titularidad o aEo de construcción se encuentra suBeta a una u otra norma.

3.2 N+&%#t",# #("c#*e *#s#s a 5L D5 AFA6 =Real Decreto egislativo 1/21" de 2 de Bulio" por el #ue se aprueba el teto re$undido de la ey de Aguas> en el Art,culo 123 bis dice #ue con la $inalidad de proteger a las personas" al medio ambiente y a las propiedades" el obierno regular( mediante Real Decreto las condiciones esenciales de seguridad #ue deben cumplir las presas y embalses" estableciendo las obligaciones y responsabilidades de sus titulares" los procedimientos de control de la seguridad" y las $unciones #ue le corresponden a la Administración p&blica. %or medio del Real Decreto 9/2!" se aEade un cap,tulo al Reglamento del Dominio %&blico 'idr(ulico en el #ue se determinan las condiciones esenciales de seguridad #ue deben cumplir las presas y embalses" y las balsas" estableciendo las obligaciones y responsabilidades de sus titulares" los procedimientos de control de las seguridad las $unciones #ue corresponden a la Administración p&blica" con la $inalidad de proteger a las personas" el medio ambiente y a las propiedades. %or primera ve7 se incluyen las balsas en este tipo de normativas 4

5n este nuevo cap,tulo se dispone de la elaboración de unas Normas 0cnicas de 6eguridad de %resas y 5mbalses. 5l art,culo 3)4 dispone la elaboración de tres Normas 0cnicas de 6eguridad" a aprobar mediante Real Decreto" previo in$orme de la +omisión 0cnica de 6eguridad de %resas =a&n no constituida> y de la +omisión de Normas para randes %resas =actuali7ada en 211 y posteriormente creada en 21> as Normas 0cnicas deben establecer las eigencias m,nimas de seguridad de las presas y balsas" gradu(ndolas seg&n su clasi$icación" y determin(ndose los estudios" comprobaciones y actuaciones a reali7ar y cumplimentar en cada una de las diversas $ases de la vida de la presa o balsa. 6er(n de obligado cumplimiento para todo el territorio nacional" y sustituir(n a la vigente 8nstrucción y al a&n vigente Reglamento. 6on las siguientesJ

%ara clasi$icación de las presas y la elaboración e implantación de los planes de emergencia

J

%ara el proyecto" construcción y puesta en carga de presas y llenado de embalses

J

%ara la eplotación" revisiones de seguridad y puesta $uera de servicio

Desde Bulio 211 se dispone de los borradores correspondientes" tras un largo periodo de elaboración" consultas y participación" pero a&n no se ?an aprobado 5n temas de protección civil" la normativa aplicable a balsas es Directri7 (sica de %lani$icación de %rotección +ivil ante el Riesgo de 8nundaciones.



3.3 Re# Dec&et+ -2//0 de 11 de ene&+ (+& e 'e se %+d""c# e Re!#%ent+ de D+%"n"+ 45*"c+ 6"d&7'"c+ #(&+*#d+ (+& e Re# Dec&et+ 08-1-09 de 11 de #*&" 5n este cap,tulo se eponen los conceptos contenidos en el Real Decreto" necesarios para abordar el estudio de inundabilidad para el proceso de clasi$icación de las balsas.

3.3.1 De"n"c"+nes BALSA Kbra ?idr(ulica consistente en una estructura arti$icial destinada al almacenamiento de agua" situada $uera del cauce" y delimitada total o parcialmente por un di#ue de retención. Muedan epresamente ecluidas otras in$raestructuras ?idr(ulicas" como canales" depósitos" etcH A e$ectos de seguridad" los di#ues de cierre de las balsas son presas" y las balsas son embalses. ALTURA DE LA BALSA a altura de la balsa =art,culo 3<> se de$ine como la di$erencia de cota entre el punto m(s baBo de la cimentación del talud eterior del di#ue de cierre y el punto m(s alto de la estructura resistente. %ero se pueden tener dudas sobre el concepto de lo #ue es el punto m(s baBo y cual es la estructura resistente. %or#ue lo #ue $inalmente tenemos es un di#ue compuesto de tierras compactadas apoyadas sobre el terreno #ue tambin son tierras y el terreno en conBunto con el di#ue puede $ormar lo #ue estamos denominando estructura resistente.

)

FIGURA 1. Casos de altura de la balsa en función del terreno

Debido a #ue las balsas son estructuras construidas mediante la acumulación de tierras sobre un terreno" se nos pueden presentar varios casos =8FRA 1> 5n el primer caso #ueda claro #ue la balsa no ?a de ser clasi$icada puesto #ue ? . 5l segundo caso genera dudas de por dónde podr,a romper y si podr,a producirse un desli7amiento del terreno por debaBo del di#ue. 5n el tercer caso se observa #ue la balsa s, ?a de ser clasi$icada. a altura interior de la balsa en menos ? m" pero la eterior '" #ue es la #ue de$ine en el Real Decreto como altura de balsa" es mayor de  m.

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FIGURA 2: Casos especiales de consideración de altura de la balsa

5l primer caso =8FRA 2>" aplicando la legislación del Reglamento Del Dominio %&blico 'idr(ulico" no debe ser clasi$icada" pues ?m. %ero O#u pasa si ?ay viviendas #ue se pueden ver a$ectadas por la rotura del di#ueP Aun#ue en este caso no es necesario presentar una propuesta de clasi$icación $rente a la Administración" no se debe olvidar legislación como el +ódigo +ivil o el +ódigo %enal. 5n caso de rotura y de #ue se produBeran a$ecciones aguas abaBo" el titular podr,a tener una responsabilidad civil" e incluso penal en caso d #ue se produBeran muertes. %or ello los titulares de las balsas no deben olvidar sus obligaciones en materia de seguridad aun#ue ?mJRedacción de un proyecto de construcción. J5Becución correcta de las obras y control de calidad de la eBecución JDurante la $ase de eplotación disponer de medios ?umanos" materiales y e#uipos mec(nicos necesarios para mantener y conservar las instalaciones y eplotar adecuadamente las instalaciones. 5n el segundo caso" se deben estudiar todas las posibilidades de rotura" ya sea de la propia estructura o del terreno" y ?abr,a #ue considerar ' como altura de balsa" incluyendo la parte de terreno por donde podr,a romper el conBunto $ormado por el di#ue y el terreno" puesto #ue no podemos desligar la parte de terreno #ue act&a reteniendo aguas de la estructura completa del di#ue. 5l tercer caso" no tiene duda" la altura de la balsa ser,a ' =may&scula>

!

VOLUMEN DE LA BALSA Y VOLUMEN MOVILI6ABLE 5l volumen o capacidad de embalse" en el caso de balsas" seg&n el criterio del *rea de 6eguridad de 8n$raestructuras" es el volumen correspondiente al ;(imo Nivel Normal o ;(imo Nivel de 5plotación. 6e adopta este criterio ya #ue el Real Decreto 9/2! no presenta una de$inición clara de este concepto.

FIGURA 3: Volumen moili!able

Fn concepto importante a la ?ora del c(lculo de la avenida por rotura es el concepto de volumen movili7able =8FRA 3>. A e$ectos de aplicación a la rotura de balsas" solamente se computar( el volumen de agua embalsada #ue se movili7ar,a en caso de $allo o rotura" siendo la altura a considerar la correspondiente a dic?o volumen. 6i disponemos de un aliviadero en condiciones #ue es pr(cticamente imposible #ue se atas#ue por pl(sticos o ramas ca,das en la balsa" podremos considerar una altura de volumen movili7able #ue ser,a igual al ;(imo Nivel de 5plotación =;N5> m(s la altura provocada por las m(imas aportaciones de lluvia =?abitualmente de periodo de retorno de  aEos>. 5n caso de #ue tengamos un aliviadero #ue nos genere dudas sobre su posible atascamiento deberemos considerar altura de volumen movili7able ?asta coronación. %ara evitar dudas al respecto" la pr(ctica ?abitual a la ?ora de anali7ar el volumen movili7able" es considerar siempre el volumen #ue se generar,a por el llenado 9

de la balsa ?asta coronación. 5l criterio adoptado por la 6ubdirección eneral de 8n$raestructuras y 0ecnolog,a es #ue como pr(ctica ?abitual el c(lculo se ?aga con el nivel de agua ?asta coronación. 5n las balsas contiguas se considerar( un volumen movili7able conBunto" puesto #ue podr,amos separar con muros para compartimentar vol&menes de menos de 1. m3 y as, no tener #ue cumplir la norma sobre clasi$icaciones y planes de emergencia.

3.3.2  :%*"t+ de #("c#c"$n. C#s""c#c"$n de *#s#s *mbito de aplicación del Real Decreto 9/2!A#uellas clasi$icadas como grandes presas- altura superior a 1 m y las #ue" teniendo una altura comprendida entre 1 y 1 metros" tengan una capacidad de embalse superior a 1 ?ectómetro c&bico. A#uellas #ue" aun no siendo grandes presas" tengan una altura superior a  metros o capacidad de embalse mayor de 1. metros c&bicos" y sean clasi$icadas en las categor,as A o  en $unción de su riesgo potencial =8FRA 4>. 0odas las balsas #ue tengan una capacidad de embalse superior a 1. metros c&bicos" o cuyo di#ue de cierre tenga una altura superior a  metros" debe clasi$icarse y registrarse. 5ste registro y propuesta de clasi$icación es responsabilidad del titular.

FIGURA ": #mbito de aplicación

1

3.3.3 C#te!+&;#s 5l art,culo 3! del Reglamento del D%' sobre clasi$icación de las presas y embalses determina #ue las balsas se clasi$ican en las siguientes categor,as en $unción del riesgo potencial #ue pueda derivarse de su posible rotura o $uncionamiento incorrectoC&(e*)r+& A alsas cuya rotura o $uncionamiento incorrecto puede a$ectar gravemente a n&cleos urbanos o servicios esenciales" as, como producir daEos materiales o medioambientales muy importantes C&(e*)r+& B alsas cuya rotura o $uncionamiento incorrecto puede ocasionar daEos medioambientales o materiales importantes o a$ectar a un n&mero reducido de viviendas C&(e*)r+& C alsas cuya rotura o $uncionamiento incorrecto puede producir daEos materiales de moderada importancia y solo incidentalmente prdida de vidas ?umanas. os criterios de clasi$icación son cualitativos" no cuanti$ican. 5l elemento esencial para la clasi$icación es relativo a la población y a las vidas ?umanas. a Directri7 y dem(s normativa de$inen a esta población en posible riesgo de una $orma cualitativa" seg&n la a$ección potencial sea de tipo grave a n&cleos urbanos =categor,a A>" a$ecte a un n&mero reducido de viviendas =categor,a > o pudiera a$ectar solo incidentalmente a vidas ?umanas =categor,a +>. +omo consecuencia debe partirse de #ue el elemento principal es la a$ección potencial a las vidas ?umanas" por lo #ue este es el primer aspecto #ue debe ser considerado en el proceso. os criterios de clasi$icación de$inidos en las distintas normas =Directri7 (sica de %lani$icación de %rotección +ivil" el Reglamento 0cnico sobre 6eguridad" el Reglamento del D%'> son idnticos y tienen un car(cter descriptivo general" por lo #ue el ;inisterio de ;edio Ambiente desarrolló la G,+& T7c#c& !&r& %& C%&s/c&c"# $e res&s e# F,#c"# $e% Res*) )(e#c&% =apartado 3.4 de este +ap,tulo>

3.3.8  :%*"t+ c+%(etenc"#< R.D- 9/2! Art,culo 3). +ompetencias en materia de seguridad. a Administración eneral del 5stado es competente en materia de seguridad en relación a las presas" embalses y -&%s&s s(,&$)s e# e% D)'#) 8-%c) 9$r:,%c) 11

e# %&s $e'&rc&c)#es ;$r)*r:/c&s #(erc)',#(&r&s" as, como cuando constituyan in$raestructuras de inters general del 5stado" siempre #ue le corresponda su eplotación. as +omunidades Autónomas designar(n a los órganos competentes en materia de seguridad en relación con las presas" embalses y balsas situados en el Dominio %&blico 'idr(ulico cuya gestión les corresponda" y en todo caso en relación con las presas" embalses y balsas ubicados $uera del Dominio %&blico 'idr(ulico. Nos encontramos con una realidad $,sica y otra administrativa" teniendo cuencas intracomunitarias =8FRA >.

FIGURA $: Cuencas %idro&r'ficas ( Comunidades Autónomas

Dentro de estas cuencas" adem(s pueden encontrarse las balsas dentro o $uera del Dominio %&blico 'idr(ulico. 5n $unción de esto" se establece el órgano competente =8FRA6 ) L <>

12

FIGURA ): Competencias en función de la ubicación respecto del *ominio +,blico -idr'ulico

FIGURA : Competencias ( /r&anos Competentes por Comunidades Autónomas

13

3.3.= D"st&"*'c"$n de &es(+ns#*""d#des 5l titular es el responsable de la seguridad de las balsas y de sus instalaciones. Kbligaciones del titularJ J

J

6olicitar su clasi$icación y su registro =art,culo 3)<> Disponer de los medios ?umanos y materiales necesarios para garanti7ar el cumplimiento de sus obligaciones en materia de seguridad =3)).1> +umplir las normas tcnicas de seguridad =3)).1>

A la administración competente le correspondeJ

J

5l control de la seguridad de la balsa =conBunto de actuaciones #ue deben reali7ar las administraciones p&blicas competentes para veri$icar el cumplimiento por parte del titular de los diversos re#uisitos establecidos en materia de seguridad de presas y embalses Aprobar la clasi$icación de la presa =art,culo 3)2.2>

3.8 G';# T>cn"c# (#&# # C#s""c#c"$n de 4&es#s en F'nc"$n de R"es!+ 4+tenc"# os criterios de clasi$icación de$inidos en las distintas normas =Directri7 (sica de %lani$icación de %rotección +ivil" el Reglamento 0cnico sobre 6eguridad" el Reglamento del D%'> son idnticos y tienen un car(cter descriptivo general" por lo #ue el ;inisterio de ;edio Ambiente desarrolló la G,+& T7c#c& !&r& %& C%&s/c&c"# $e res&s e# F,#c"# $e% Res*) )(e#c&%. +on esta u,a se pretend,a dar un desarrollo a los criterios #ue permitiera emitir las resoluciones de clasi$icación de presas con criterios m(s obBetivos" de $(cil aplicación y ?omogneos para todas las presas. 6e consideró tambin conveniente plantear con car(cter orientativo una metodolog,a general de aplicación #ue $acilitase todo el proceso. De a#u, nacieron unos criterios #ue a d,a de ?oy siguen vigentes y #ue siguen aplic(ndose para la determinación de las categor,as de riesgo. %ero desde a#uel entonces =199)> las tcnicas de modeli7ación y simulación de eventos de rotura ?an avan7ado sustancialmente" por lo #ue en algunos aspectos se ?a #uedado obsoleta. As, mismo" las $órmulas planteadas en esta u,a se basan en el estudio de eventos ocurridos principalmente en grandes presas y #ue no tienen una aplicación tan clara en el caso de las balsas" #ue suelen por lo general poseer estructuras menos esbeltas. Adem(s" las presas se encuentran ubicadas en un cauce y su c(lculo est( in$luido por el $luBo ?idr(ulico del r,o. 14

A pesar de todo ello" a d,a de ?oy es el meBor instrumento o$icial para intentar ?omogenei7ar y tender ?acia la obBetividad de la clasi$icación de presas y balsas. os criterios para la clasi$icación se basan en a$ecciones a n&cleos urbanos =vidas ?umanas>" a$ecciones a servicios esenciales" daEos materiales y daEos medioambientales. A/ecc)#es & #8c%e)s ,r-&#)s A$ección grave- a$ección a m(s de  viviendas ?abitadas y #ue represente un riesgo en $unción del calado y velocidad del agua A$ección a un n&mero reducido de viviendas- cuando a$ecta entre 1 y  viviendas ?abitadas. %rdida incidental de vidas ?umanas- no se consideran a e$ectos de la clasi$icación 6e considerar( tambin grave la a$ección a (reas de acampada estables" 7onas en #ue se produ7can ?abitualmente aglomeraciones" etcH

FIGURA 0: Gr'ficos en función del calado ( la elocidad Gua cnica

5stas $iguras son un tanto con$usas y no parece #ue sea un criterio aplicable de manera general.

1

6er,a meBor aplicar el art,culo 9 del Reglamento del Dominio %&blico 'idr(ulico #ue de$ine la 7ona donde se puedan producir graves daEos durante una avenida sobre personas y los bienes cuando se cumpla alguna de estas condicionesMue el calado sea superior a 1. m Mue la velocidad sea superior a 1. m/s Mue el producto de ambas variables sea superior a . m2/s

A/ecc)#es & serc)s ese#c&%es. A#uellos de los #ue dependan al menos 1. ?abitantes y #ue no pueda ser reparado de $orma inmediata> J J J J J

Abastecimiento y saneamiento 6uministro de energ,a 6istema sanitario 6istema de comunicaciones 6istema de transportes

D&<)s '&(er&%es =FIGURA >? J J J J J

A#uellos soportados por terceros cuanti$icables en trminos económicos DaEos a la industria y a pol,gonos industriales DaEos a las propiedades r&sticas DaEos a cultivos DaEos a las in$raestructuras

1)

A45A 1 abla orientatia de la Gua cnica para alorar los da6os

Respecto a las carreteras" como regla general #ue una carretera nacional del estado con una alta 8;D" una autov,a" #ue sea seriamente a$ectada" ser( categor,a A o . a red $erroviaria de Alta @elocidad" #ue es un elemento muy sensible" cuando se ve a$ectada" clasi$icamos como A. 5l resto de la red $erroviaria ser( A"  o + en $unción de $recuencias de trenes y viaBeros y los daEos previstos en las estructuras. D&<)s 'e$)&'-e#(&%es ienes declarados de 8nters +ultural" %ar#ues Nacionales" %ar#ues Naturales" especies protegidasHetc

5n la u,a se indican adem(s las $ormulaciones para el estudio de la onda de avenida" los datos b(sicos para el estudio" as, como los documentos a incluir en la propuesta de clasi$icación.

1<

3.= N+&%#t",# ) e!"s#c"$n en # C+%'n"d#d A't$n+%# de  A&#!$n en %#te&"# de se!'&"d#d de e%*#ses (&es#s ) *#s#s. 3.=.1 Le) 1/2/18 de A!'#s ) R;+s de A&#!$n. a ley 1/214 de 2< de noviembre" de Aguas y R,os de Aragón tiene por obBeto regular las competencias de la +omunidad Autónoma sobre las aguas y r,os de Aragón" tanto las de car(cter eclusivo" como a#uellas otras #ue puedan ser eBercidas por la +omunidad Autónoma mediante trans$erencia" en las #ue se incluye el registro de seguridad de presas y embalses y balsas de Aragón. 5sta ley prev la creación de un Registro en el #ue se inscribir(n todas las presas" embalses y balsas cuya competencia corresponda a la +omunidad Autónoma y remite la determinación de su contenido" organi7ación y normas de $uncionamiento al desarrollo en v,a reglamentaria" asignando la competencia para su gestión al 8nstituto Aragons del Agua.

3.=.2 B+&&#d+& Dec&et+ de G+*"e&n+ de A&#!$n (+& e 'e se #(&'e*# e Re!#%ent+ &e!'#d+& de c#s""c#c"$n ) &e!"st&+ de (&es#s e%*#ses ) *#s#s c+%(etenc"# de # Ad%"n"st&#c"$n de # C+%'n"d#d A't$n+%# de A&#!$n 5l Decreto =sin aprobar> tiene como obBeto regular la clasi$icación" registro y acreditación de entidades colaboradoras para el eBercicio de las competencias de la +omunidad Autónoma de Aragón en materia de seguridad de presas embalses y balsas. as competencias #ue corresponden a la +omunidad Autónoma se atribuyen al 8nstituto Aragons del Agua #ue eBercer( sobre las instalaciones las $unciones de aprobación de la clasi$icación" inspecciones" aprobación de las normas de eplotación y planes de emergencia y velar por el cumplimiento de las normas" entre otras $unciones. a necesidad de coordinar la normativa autonómica con la estatal y simpli$icar la regulación" este Decreto no incluye de$iniciones de conceptos =presa" balsa" embalse" altura" titular" clasi$icación de presas" normas tcnicas de seguridad" suBetos obligadosHetc> remitiendo epresamente al Reglamento de Dominio %&blico 'idr(ulico. 5n el Decreto se indica #ue a la solicitud de clasi$icación" acompaEar(n los documentos #ue $undamenten la propuesta con$orme a la Cu,a 0cnica de +lasi$icación de presas en $unción del riesgo potencial

1!

Respecto a los planes de emergencia y normas de eplotación" las balsas clasi$icadas como A o  deber(n presentar una ve7 obtenida la correspondiente clasi$icación" un %lan de 5mergencia con$orme a lo previsto en el 5p,gra$e< del %lan 5special de %rotección +ivil de 5mergencias por 8nundaciones en la +omunidad Autónoma de Aragón" aprobado por Decreto 23
19

8 DESCRI4CIÓN DE LA METODOLOG?A 4RO4UESTA 4ARA LA ELABORACIÓN DE LOS ESTUDIOS DE AVENIDA DE ONDA DE ROTURA DE BALSA 4ARA SU CLASIFICACIÓN 8.1 Es'e%# !ene&# 5n la 8FRA 1 se es#uemati7a el proceso propuesto por la u,a 0cnica para obtener una propuesta de clasi$icación de balsa. 5stos pasos" podemos reali7arlos con las ?erramientas ingenieriles #ue consideremos m(s adecuadas para cada caso 560A5+8;85N0K D5 56+5NAR8K6 D5 RK0FRA

D58N8+8QN D5 A R5+'A D5 RK0FRA

655++8QN D5 FN ;KD5K

+ARA+05R8A+8QN D5 A 5K;50RSA D5 +AF+5

D58;80A+8QN D5 *R5A D5 560FD8K

D505R;8NA+8QN D5 K6 F6K6 L RFK68DAD56 D5 6F5K 5NQ;5NK6 K+A56

%RK%AA+8QN D5 A KNDA D5 RK0FRA. +(lculo simulación

D58;80A+8QN D5 A6 *R5A6 D5 8NFNDA+8QN %K05N+8A

5608;A+8QN D5 A5++8KN56

%RK%F560A D5 +A05KRSA- A"  o +

FIGURA 7. 8s9uema &eneral proceso obtención propuesta de clasificación

2

8.2 Seecc"$n de %>t+d+ de %+de"@#c"$n 5s importante seleccionar bien el mtodo de estudio de la $ormación y propagación de la onda de avenida para obtener resultados $iables. a u,a 0cnica propones los siguientes mtodos-

J J J J J

;todo completo. ;odelos ?idr(ulicos completos. ;todo simpli$icado de modeli7ación. ;todo mito ?idrológico T?idr(ulico ;todo simpli$icado de mtodos envolventes 5l buen Buicio ingenieril

5l mtodo completo con modelos ?idr(ulicos completos" es muy preciso y considera las caracter,sticas reales del movimiento en rgimen variable de la propagación de onda de rotura" as, como los posibles e$ectos de las secciones ?idr(ulicas agua abaBo en la propagación agua arriba del movimiento. %or ello" en general" es el mtodo recomendable para un an(lisis detallado. 0enemos #ue tener en cuenta #ue si nuestro caso re#uiere de alta precisión" deberemos asistir a los mtodos completos de modeli7ación. 6i re#uiere menos precisión" los mtodos simpli$icados nos pueden resultar v(lidos. %ero ?oy en d,a" la capacidad de c(lculo de nuestros e#uipos in$orm(ticos y la disponibilidad de di$erentes modelos en el mercado" tanto de pago como gratuitos" ?acen el uso de estos muc?o m(s $(cil y recomendable. Dentro de estos modelos completos encontramosM)$e%)s ,#$'e#s)#&%es 1@D %ara cauces bien de$inidos modelos unidimensionales. 5n un modelo 1D" la de$inición geomtrica en $unción del numero y tra7ado de las secciones. os resultados dependen de la pericia del usuario. Fn r,o se representa como una serie de secciones repartida a lo largo de un eBe" de manera #ue en un modelo 1D el $luBo se supone en la dirección del eBe =perpendicular a la sección> y se obtiene un &nico valor de cota de agua y velocidad en toda la sección. =8FRA 11>

21

FIGURA 1: ;odelo 1<* a la i!9uierda. ;odelo 2<* a la derec%a

M)$e%)s -$'e#s)#&%es 2@D %ara llanuras de inundación" valles sinuosos" etc es recomendable usar modelos bidimensionales. 5n caso de cambios muy bruscos en las secciones o llanuras de inundación amplias" donde eista un $luBo bidimensional acusado y sea necesario estudiar con m(s detalle las condiciones de propagación de onda. 5n los modelos 2D" la geometr,a se representa en 3D mediante arc?ivos ;D0 o de$inidos por el usuario. os resultados dependen menos de la discreti7ación utili7ada. os resultados b(sicos son cota de agua y la velocidad del agua en las dos direcciones ?ori7ontales del espacio ="y> =8FRA 11> . 5l desarrollo de los modelos bidimensionales se Busti$ica para superar algunas limitaciones de los modelos unidimensionales. 'ay disponibles di$erentes aplicaciones in$orm(ticas para tal propósito =modelos unidimensionales y bidimensionales>" adem(s tienen implementadas la $ormación y evolución de la brec?a de rotura. 5n la metodolog,a propuesta en este 0rabaBo in de +arrera seleccionamos el mtodo completo reali7ando una modeli7ación ?idr(ulica completa con la aplicación 8ber" #ue se describe en el siguiente cap,tulo.

22

8.3 I*e& 8ber es una ?erramienta de modeli7ación bidimensional del $luBo en l(mina libre en aguas poco pro$undas" es decir" para calcular niveles de agua y velocidades en r,os" estuarios" canales" llanuras de inundación" obras ?idr(ulicasH Resuelve el calado y la velocidad con un módulo de c(lculo de ?idrodin(mica. Algunas de las capacidades de este so$tIare son el uso de mallas irregulares para poder optimi7ar la representación geomtrica y el tiempo de c(lculo" la importación de geometr,as y mallas de gran variedad de $ormatos. 5mplea es#uemas numricos robustos" sin problemas de convergencia" #ue permiten calcular $luBos con resaltos ?idr(ulicos y $rentes de onda. %ermite considerar rugosidad variable y puede considerar el e$ecto de distintos tipos de estructuras como compuertas" vertederos" puentes" obras de drenaBeH Adem(s se puede simular la $ormación de una brec?a en una presa o di#ue =8FRA 12>

FIGURA 11: formación de la brec%a de rotura con deformación de la malla

5l módulo de ?idrodin(mica para obtener el calado y la velocidad" resuelve unas ecuaciones #ue se deducen de dos leyes $,sicas de conservación elementalesJ+onservación de la masa J+onservación de la cantidad de movimiento =la segunda ley de NeIton aplicada a un $luido> 5stas leyes $,sicas se traducen en unas epresiones matem(ticas #ue son las ecuaciones de Navier T 6toUes" #ue gobiernan el movimiento de un $luido en las tres dimensiones del espacio. De las ecuaciones de NavierJ6toUes se deducen las ecuaciones de aguas someras" tambin conocidas como ecuaciones de 6aint @enant en dos dimensiones" #ue son las ecuaciones b(sicas #ue resuelve el módulo ?idrodin(mico de 8ber.. 23

as variables #ue intervienen son las siguientesJ?- calado o pro$undidad de la l(mina de agua J#- caudal espec,$ico en dirección V J#y- caudal espec,$ico en dirección L J7b- cota de $ondo Jg- constante universal gravitatoria JWb"- componente V de la tensión tangencial #ue eBerce el $ondo JWb"y- componente L de la tensión tangencial #ue eBerce el $ondo JX densidad del agua 6iendo 6 la pendiente =variación de la cota de $ondo> y por otro lado" la disipación de energ,a por $ricción con el $ondo se puede obtener a partir de la pendiente motri7 6$ como-

24

5stas ecuaciones de $orma compacta sin considerar el e$ecto de las tensiones turbulentas #uedar,an de la siguiente manera-

a primera ecuación indica #ue si los caudales cambian de un punto a otro" el calado en un punto $iBo deber( variar con el tiempo. a segunda y la tercera ecuaciones indican como var,an los caudales en $unción de las $uer7as #ue act&an" #ue sonJ J J J

uer7as de inercia uer7as de presión uer7as de gravedad =a travs de la pendiente de $ondo> uer7as de ro7amiento con los contornos

5stas ecuaciones son un sistema de ecuaciones di$erenciales" en derivadas parciales" ?iperbólico y no lineal. %ara resolverlas se re#uiere una geometr,a con su rugosidad de $ondo" unas condiciones iniciales y unas condiciones de contorno +onviene recordar #ue las velocidades calculadas representan las componentes ?ori7ontales de la velocidad promediada en la pro$undidad" es decir" 8ber no aporta in$ormación sobre la componente vertical de la velocidad ni in$ormación sobre la distribución vertical de velocidades.

2

as $uer7as de ro7amiento se incluyen a travs del trmino de pendiente motri7" y esta se eval&a con la $órmula de ;anning. Fna buena estimación de n es $undamental para obtener unos buenos resultados-

Dondeu y v son las componentes de la velocidad en las direcciones  e y respectivamente n el coe$iciente de rugosidad de ;anning ? la altura del agua 6 pendiente motri7 6e re#uieren conocimientos b(sicos de ?idr(ulica" dominando conceptos como la $órmula de ;anning" el n&mero de roude" rgimen supercr,tico y subcr,tico" epresiones de c(lculo de compuertas vertedero." etcH para modeli7ar los sistemas e interpretar de manera correcta los resultados. 5l an(lisis teórico de estas ecuaciones se puede encontrar en libros de ?idr(ulica como +?audr?ry =2<>.

2)

8.3.1 Es'e%# de (&+ces+ c+n I*e& 5legido el modelo 8ber" resolveremos los pasos para los estudios de clasi$icación con esta ?erramienta" #uedando el es#uema del proceso tal y como se muestra en la siguiente $igura =8FRA 13>560A5+8;85N0K D5 56+5NAR8K6 D5 RK0FRA

D58;80A+8QN D5 *R5A D5 560FD8K

+R5A+8QN D5 5K;50SA6 L 6F%5R8+856

D58N8+8QN D5 +KND8+85KN56 D5 5N0RADA L 6A8DA D5 ;KD5K" 5N FN+8QN D5 56+5NAR8K6 D5 RK0FRA

D86+R508A+8QN ;AADK

D5

AR5A

D5

560FD8K.

55@A+8QN D5 05RR5NK

D58N8+8QN D5 68NFAR56

R5+'A

L

55;5N0K6

DA0K6 D5 %RK5;A L +*+FK

%K60%RK+56K- 5AKRA+8QN D5 ;A%A6 D5

5608;A+8QN D5 A5++8KN56

%RK%F560A D5 +A05KRSA- A"  o +

FIGURA 12: 8s9uema proceso de elaboración de estudio para la clasificación de balsa con Iber

2<

os pasos en roBo" ser(n resueltos dentro del entorno de la aplicación. 5l establecimiento de escenarios de rotura" la estimación de a$ecciones y la propuesta de categor,a se reali7ar(n a criterio del calculista o proyectista. 5n los siguientes apartados" se describen los pasos a seguir y la in$ormación" datos y criterios de c(lculo necesarios. No se abordar(n los aspectos concretos de maneBo del so$tIare" por eistir manual de usuario propio de la aplicación y #uedar $uera del obBeto de este 0rabaBo in de +arrera.

8.8 Est#*ec"%"ent+ de escen#&"+s de &+t'&# 6e contemplan tres escenarios de rotura. 5n general ser( su$iciente considerar dos escenarios etremos" denominados '1 y '2R)(,r& s# &e#$& =91?. Nivel de embalse en su m(imo nivel normal de eplotación. R)(,r& e# s(,&c"# $e &e#$& =92?. Nivel del embalse en coronación 6ituación de avenida para balsas se considera #ue est( entrando el m(imo caudal de aportación por la obra de entrada ya sea un bombeo" un canal" una tuber,a de descargaH" coincidente con las m(imas precipitaciones esperadas. 5n $unción de los riesgos" y de su valoración económica" ?abr,a #ue escoger un tiempo de periodo de retorno para el $enómeno tormentoso" pero lo ?abitual es tomar el correspondiente a un per,odo de retorno de  aEos. %ara el c(lculo del escenario '2 en el caso de balsa" sumariamos al caudal generado por la rotura el caudal m(imo de aportación en $orma de ?idrograma plano. 6i usamos un modelo completo" indicaremos la entrada de agua en el punto del embalse. R)(,r& e#c&$e#&$& =#) !r)ce$e !&r& -&%s&s?. a rotura encadenada de balsas es un caso etraEo #ue rara ve7 se presenta. 5n caso de darse" ?abr,a #ue calcular la avenida producida por la rotura encadenada. 5n la balsa de aguas arriba supondr,amos los dos escenarios de rotura '1 y '2 calcul(ndose las ondas de rotura y su propagación ?asta la balsa de aguas abaBo" #ue supondremos llena ?asta su nivel normal de eplotación. 6e pueden dar dos casos" #ue la balsa de abaBo absorba la avenida producida por la rotura o #ue se desborden las aguas por coronación producindose tambin la rotura de la segunda. 'abr,a #ue sumar el e$ecto de la avenida primera y los vol&menes de agua acumulados.

2!

5n un primer lugar" calcular,amos la onda de propagación para el escenario '1. 6i en este caso" se obtiene categor,a A" la clasi$icación ya est( $undamentada. 6i simulando el escenario '2" la clasi$icación no sube de categor,a" la categor,a es la resultante. 5n el caso de subir de categor,a" se considerar( la m(ima categor,a. %ara balsas no es necesario calcular los daEos incrementales =la di$erencia de daEos de la onda de rotura respecto a los producidos por la m(ima avenida ordinaria del r,o> por no encontrarse la instalación en el cauce de un r,o. DA0K6 N5+56AR8K6ocali7ación" geometr,a" dimensiones del embalse para anali7ar posible punto de rotura. @olumen evacuable por rotura. Nivel de coronación y de nivel normal de eplotación. +audal de entrada =tuber,a de llenado" canalH>.

8.= De"%"t#c"$n de # @+n# de est'd"+ %ara delimitar la 7ona de estudio" es importante la inspección del terreno con visitas a campo y la observación de im(genes areas" cartogra$,a y registros de instalaciones y servicios de la 7ona. 5l l,mite de estudio debe ser Busti$icado. %odemos acotar la 7ona de estudio si nos encontramos elementos a$ectado #ue directamente conducen a categor,a A" si encontramos la desembocadura en el mar u otro embalse #ue absorba la onda de avenida" o si aguas abaBo ya no encontramos viviendas ni bienes ni servicios. 6e recomienda en esta $ase" elaborar un listado de posibles a$ecciones" en este orden de importanciaJ J J J

A$ecciones a n&cleos urbanos" viviendas y vidas ?umanas A$ecciones a servicios esenciales DaEos materiales DaEos medioambientales

5s primordial tambin estudiar las obstrucciones del cauce y $enómenos locales" tipo una carretera en mitad de la llanura de inundación en la #ue se #uedan retenidas las aguas debido a #ue su obra de drenaBe transversal no est( diseEada para esos eventos.

29

DA0K6 N5+56AR8K6 8magen area georre$erenciada. %ara la 7ona de Aragón podemos descargarlas en el portal de 8D5ARAKN =idearagon.aragon.es> del obierno de Aragón istado de posibles a$ecciones a travs de inspecciones de campo" inspecciones de las im(genes y otros registros de in$raestructuras e instalaciones en la 7ona %RK+56K 5N 8ber +argaremos la imagen georre$erenciada a tamaEo natural y observaremos ?asta donde dibuBaremos las geometr,as #ue de$inir(n el (rea de estudio.

8.9 De"n"c"$n de # !e+%et&;#< C&e#c"$n de !e+%et&;#s ) s'(e&"c"es ) %##d+. %ara de$inir la geometr,a de la 7ona de estudio usaremos in$ormación topogr($ica e in$ormación de di$erenciación de 7onas" estructuras" edi$icios" in$raestructuras etcH %ara modeli7ar toda esta in$ormación en 8ber podemos optar por varias opciones 0enemos #ueD58N8R 5K;50RSA6

A68NAR 6F%5R8+856 A A6 5K;50RSA6

D86+R508AR A6 6F%5R8+856- ;AADK

DAR 55@A+8QN A A6 5N08DAD56 FIGURA 13: ;odeli!ación de la &eometra de la !ona de estudio

;odeli7aremos el terreno a travs de las siguientes entidadesGEOMETRÍAS- as geometr,as son delimitaciones de espacios #ue nos permiten di$erenciar 7onas =di$erentes usos del suelo" in$raestructuras" elementosH>. as geometr,as deben ser pol,gonos cerrados $ormados por puntos unidos por l,neas. Fna 7ona puede estar de$inida por una geometr,a o bien ya discreti7ada cuando coincida la geometr,a con la malla SUERFICIES  basadas en las geometr,as. as geometr,as se trans$orman es super$icies. 6eg&n el mtodo usado" generaremos las geometr,as y las super$icies al 3

mismo tiempo" o bien tendremos #ue asignar las super$icies de las geometr,as epresamente. MALLA- a malla es una discreti7ación del modelo" #ue se genera a partir de la geometr,a" dividiendo el dominio en una serie de elementos =triangulares o cuadril(teros> planos. 6i las es#uinas de estos elementos les asignamos elevación" se convierten en planos inclinados y todos Buntos pueden representar la curvatura en el espacio del terreno. 0odas las condiciones #ue asignemos en la geometr,a =coe$icientes de $ricción" condiciones de contorno" condiciones iniciales"H> ser(n importadas autom(ticamente a la malla &nicamente en el momento de creación de la malla. as ecuaciones ?idr(ulicas se resolver(n para cada una de la celdas de la malla. +uanto m(s $ina es la malla" los c(lculos son m(s precisos por#ue la malla se parecer( m(s a la geometr,a real del terreno" pero el tiempo de c(lculo y el tamaEo de los arc?ivos de resultados se incrementan. as propiedades asignadas a la geometr,a dibuBada las ?ereda la malla" pero tambin es posible cambiar las propiedades de malla. 5l mallado puede ser;alla 560RF+0FRADA- elementos regulares. ;alla NK 560RF+0FRADA- la malla cuyos elementos no siguen un orden establecido y claro entre $ilas y columnas ni una orientación concreta.

ELEVACION DEL TERRENO- 5n alg&n momento" daremos in$ormación de elevación del terreno" generalmente a partir de $ic?eros 86 o raster de modelo digital de elevado =raster ;D5> Al $inal" tenemos #ue obtener un terreno discreti7ado en pe#ueEas super$icies en 3D" y cada uno de estas ret,culas" podr(n tener asignadas caracter,sticas como rugosidad o condiciones de nivel de cota de agua" o condiciones de entrada o salida. 5n primer lugar" en el caso de modelo de rotura de balsa" de$iniremos la geometr,a de la balsa. %odemos obtener esta modeli7ación de di$erentes manerasJ J J

+rear geometr,as" super$icies" mallado y elevar la malla a travs del raster de ;D5. +rear super$icies R08N a travs del raster de ;D5 y mallado coincidente con esta geometr,as . +rear super$icies directamente del raster de ;D5 y mallado coincidente con este raster =importar DA.> 31

8.9.1 C&e#& !e+%et&;#s ) s'(e&"c"es (#&# @+n#s %##d+ ) ee,#& # %## # t&#,>s de &#ste& de MDT GEOMETRÍAS Y SUERFICIES 5n primer lugar se crean geometr,as con la ?erramienta de dibuBo construyendo pol,gonos cerrados cuidando de no duplicar l,neas ni puntos #ue encierren las di$erentes 7onas del (rea de estudio =7onas de campo de cultivo" 7ona urbana" edi$icios" bos#ueH> #ue deseemos di$erencias porYY#ue tengan di$erente rugosidad YY#ue #ueramos m(s detalle de c(lculo = mas celdas de mallado para el c(lculo> un aguBero en el mallado de c(lculo =por eBemplo un edi$icio o algo por lo #ue no vaya a pasar el agua por encima> 0ambin dibuBaremos geometr,as para in$raestructuras especiales para de$inir por eBemplo la presa o di#ue de la balsa o para representar un puente" pilonesH..

5stas geometr,as pueden dibuBarse directamente o bien importar un dibuBo +AD a travs de un arc?ivo Y. d$ con coordenadas georre$erenciadas =8FRA 1>.

FIGURA 1". +lano de !ona de inundación en Autocad= !onas ( edificios.

5stos pol,gonos #ue crean geometr,as deben ser depurados y colapsados para no tener duplicidades 5n base a estos pol,gonos" se crear(n las super$icies. 32

5n la 8FRA 1) se observa los pol,gonos importados de +AD y los aEadidos y retocados para representar las 7onas.

5n la 8FRA 1< se observa los pol,gonos con sus super$icies representados sobre la orto$oto. 5n $ucsia se dibuBan las super$icies asociadas =este tra7o es representativo de #ue en ese espacio ?ay una super$icie" la super$icie cubre todo el interior del pol,gono representado en a7ul.

FIGURA 1$. >onas definidas mediante pol&onos cerrados ?&eometras@

33

FIGURA 1). Geometras ( superficies sobre ortofoto

GEOMETRÍA Y SUERFICIES DE LA BALSA %ara modelar la balsa de$iniremos el talud interior =7ona moBada> y talud eterior de la 7ona de salida a travs de pol,gonos cerrados a los #ue les asignaremos super$icies para luego mallarlas. os pol,gonos #ue la de$inan" podemos dibuBarlos manualmente o importar la geometr,a de un arc?ivo d$ . 6er( necesario un reto#ue del dibuBo de los pol,gonos" colapsar puntos y l,neas etc para adecuar una buena generación de super$icies y mallado. +on el $in de no tener super$icies demasiado curvas #ue" una ve7 malladas" #ue pueden dar problemas de condicionamiento" dividiremos los taludes internos mediante l,neas para de$inirlos con super$icies mas pe#ueEas

6i las l,neas se importan con cota" podremos mallar estas super$icies y tendremos modelada la balsa en 3D. MALLADO Fna ve7 de$inidas las super$icies" se debe discreti7ar el dominio de c(lculo" mallando dic?as super$icies.

34

0odas las condiciones #ue asignemos en la geometr,a =coe$icientes de $ricción" condiciones de contorno" condiciones iniciales"H> ser(n importadas autom(ticamente a la malla &nicamente en el momento de creación de la malla. A cada una de las 7onas se les puede asignar un tamaEo y criterios de mallado di$erente. 5n 7onas m(s sensibles de a$ecciones o de detalle asignaremos tamaEo de elementos de la malla m(s pe#ueEos p e#ueEos y en 7onas con menos detalle" m(s grandes. %ara esta $orma de modeli7ar" se recomienda ?acer un mallado no estructurado triangular variando el tamaEo por 7onas =8FRA 1!>. 5l tamaEo del mallado debe ser co?erente con el tamaEo de resolución del ;D5 #ue usemos.

FIGURA 1. ;allado no estructurado trian&ular con diferentes tama6os de malla se&,n !onas

ELEVACIÓN DE LA MALLA 6e asigna cota a los elementos de malla a travs de un $ic?ero raster ;D5. %odemos combinar di$erentes raster ;D5 con di$erentes resoluciones. %or eBemplo una resolución de  m para la 7ona de inundación y otro de 1 m para la 7ona de la balsa y di#ue o para las 7onas de población. p oblación.

3

6i la geometr,a dibuBada tiene cota" por eBemplo indicada manualmente o #ue las l,neas importadas del arc?ivo Yd$ sean 3D" la malla tomar( esta in$ormación y la ?eredar( de las super$icies. 5sto puede ser &til para super$icies con pendiente uni$orme. %odemos combinar in$ormación de elevación del terreno de las l,neas 3d de un arc?ivo d$ #ue de$ina por eBemplo la balsa" con la importación de in$ormación del raster ;D5 para el terreno de inundación" tratando cada in$ormación en capas di$erentes. DA0K6 N5+56AR8K6Jeometr,a dibuBada bien manualmente o importada de un $ic?ero Y.d$ georre$erenciado. JRasters del ;odelo Digital de 5levación. %ara el terreno de la +omunidad Autónoma de Aragón" tenemos disponible la descarga de estos estos $ic?eros con resolución  metros en el portal de 8D5ARAKN 8D5ARAKN =idearagon.aragon.es> del obierno de Aragón. %odemos obtener ;D5 con resolucion 1 m" o generar nuestros propios ;D5 con ?erramientas 86 . 6e pueden combinar di$erentes raster ;D5 en el mismo modelo" con di$erentes resoluciones. AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 85R Fsaremos las ?erramientas de dibuBo de 8ber y la ?erramienta de importar d$ para dibuBar los pol,gonos de las 7onas +rearemos super$icies NFR6 dentro de esos pol,gonos 6e indica el tamaEo de malla super$icie por super$icie y se aplica la ?erramienta generar malla. 6i la malla no ?ereda cotas de las super$icies" elevaremos la malla con la ?erramienta ;alla- elevar malla desde arc?ivo. =Arc?ivo ;D5>

3)

8.9.2 C&e#& s'(e&"c"es RTIN # t&#,>s de &#ste& de MDT ) %##d+ est&'ct'&#d+ c+"nc"dente c+n e RTIN 6e crea la geometr,a compuesta por puntos" l,neas y super$icies autom(ticamente a partir del modelo digital de elevación. %ara ello se utili7a la metodolog,a R08N #ue consiste en dividir la super$icie del terreno en tri(ngulos rect(ngulos de di$erentes tamaEos. 5stos tri(ngulos son planos inclinados. A mayor n&mero de tri(ngulos es mayor la aproimación de la geometr,a con la topogra$,a" pero mayor tiempo de c(lculo y simulación. os tri(ngulos R08N =8FRA 19> se acomodan adecuadamente para representar representar la topogra$,a del terreno. 5n este caso se crean cientos de super$icies =en el caso anterior se crean unas cuantas super$icies Ca mano>

FIGURA 10. Geometras RI

a desventaBa de este mtodo est( en #ue se $orman tri(ngulos de tamaEos muy di$erentes y puede di$icultar #ue no de m(s detalle de c(lculo en 7onas #ue nos interesen. %or este motivo no es recomendable para el estudio de rotura de balsa

MALLADO  MALLADO   eneraremos un mallado coincidente con la geometr,a R08N. Mueremos #ue cada tri(ngulo sirva sirva como elemento de malla. a malla ser( estructurada ya #ue cada super$icie tendr( una sola división en cada lado.

3<

DA0K6 N5+56AR8K6JRaster del ;odelo Digital de 5levación. %ara el terreno de la +omunidad Autónoma de Aragón" tenemos disponible la descarga de estos $ic?eros con resolución  metros en el portal de 8D5ARAKN =idearagon.aragon.es> del obierno de Aragón. %odemos obtener ;D5 con resolucion 1 m" o generar nuestros propios ;D5 con ?erramientas 86 AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 85R Fsaremos la ? erramiente 8ber- R08N +rear R08N Debemos indicar los siguientes par(metros -

5l R08N se #ueda almacenado en un arc?ivo .d$ %ara generar la malla" usaremos la ?erramienta 8ber - enerar ;alla por 6uper$icie

3!

8.9.3 C&e#& s'(e&"c"es d"&ect#%ente de &#ste& de MDT ) %##d+ c+"nc"dente c+n este &#ste& "%(+&t#& GDAL +on la ?erramienta DA se genera la geometr,a y una malla estructurada autom(ticamente. 6e utili7a la malla de c(lculo regular de elementos cuadrados =8FRA 2> DA es una librer,a destinada a importar geometr,as y mallas directamente de una gran variedad de $ormatos ?abituales de los ;odelos Digitales del 0erreno. 0ambin se pueden importar raster en $ormato Arcis =Y.ad$> " sin necesidad de convertirlo a teto previamente.

FIGURA 17. ;allado coincidente con el raster ;*8 con %erramienta G*A5

DA0K6 N5+56AR8K6JRaster del ;odelo Digital de 5levación. %ara el terreno de la +omunidad Autónoma de Aragón" tenemos disponible la descarga de estos $ic?eros con resolución  metros en el portal de 8D5ARAKN =idearagon.aragon.es> del obierno de Aragón. %odemos obtener ;D5 con resolucion 1 m" o generar nuestros propios ;D5 con ?erramientas 86 AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 85R %odemos indicar el incremento para indicar la precisión. 6i doblamos el valor de la precisión del raster" disminuriamos una cuarta parte el n&mero de elementos de malla. 5s decir" una precisión de raster de 1 m" si indicamos incremento 2" disminuimos la precisión y pero tambin disminuimos el numero de elementos =mayor velocidad de c(lculo>.

39

8. C+nd"c"+nes "n"c"#es a condición inicial es la cantidad de agua #ue ?ay en el modelo cuando se inicia la simulación" 'ay #ue indicar la altura del agua #ue ?ay en el modelo al iniciar la simulación. 5n las super$icies internas de la balsa" debemos con$igurar una condición inicial de cota igual a la cota de agua igual al nivel de agua en la balsa en el escenario de rotura #ue #ueramos anali7ar.

FIGURA 2. Condición inicial cota en el interior de la balsa

DA0K6 N5+56AR8K6 JNivel del agua en la balsa el escenario a anali7ar AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 8ber 8ber" si no indicamos nada" tomar( como nivel de agua inicial  =terreno seco> %odemos introducir este valor como cota =cota de la l(mina de agua> o nivel =altura respecto del suelo>

8.0 C+nd"c"+nes de c+nt+&n+ ent&#d# ) s#"d# 8ber" por de$ecto" siempre considera a todas las l,neas de borde como paredes verticales de altura inde$inida por donde no puede entrar ni salir agua. %ara #ue entre agua al modelo" es necesario asignar una o m(s l,neas de contorno la condición de entrada. 5s posible asignar m(s de una condición de entrada y en m(s de un lugar. De la misma manera" para #ue salga el agua del modelo es necesario asignar una o m(s l,neas de contorno la condición de salida.

4

8.0.1 C+nd"c"+n de ent&#d# 6e puede incorporar la condición de entrada de 3 $ormasJ J J

caudal total- caudal en $orma de ?idrograma. 6e asigna esta condición a las l,neas de contorno donde consideremos entra el caudal caudal espec,$ico- el caudal se introduce por unidad de anc?o =m3/s/m> cota de agua- se asigna una condición de cota de agua cuando la entrada de agua viene condicionada por el nivel n una 7ona adyacente

0ambin ?ay #ue de$inir el rgimen del $luBo cuando entra en el modelocr,tico/subcr,tico o supercr,tico. roudeZ1 roude[1 roude1

luBo 6F%5R+RS08+K luBo +RS08+K luBo 6F+RS08+K

Rgimen r(pido Rgimen lento

%ara la simulación de onda de avenida por rotura de balsa" no tenemos condiciones de entrada" a no ser #ue se incorpore agua en la 7ona de inundación por medio de barrancos o cauce de r,o o cual#uier otro tipo de aporte de agua a la 7ona. 5l agua #ue se incorpora al modelo" vendr( dada por la ?erramienta brec?a #ue calcular( el caudal generado por la rotura del di#ue. 6i #ueremos anali7ar el escenario de rotura" considerando adem(s el caudal de llenado de la balsa" podemos entonces con$igurar una condición de entrada en la 7ona de llenado de la balsa con el caudal de llenado constante a lo largo del tiempo de simulación =?idrograma plano>.

8.0.2 C+nd"c"+nes de s#"d# 5s necesario indicar por donde saldr( el agua del modelo" de lo contrario se almacenar( como si $uera un depósito. 'ay dos opciones de con$iguracióno

o

Rgimen supercrticoBcrtico- las condiciones ?idr(ulicas en las salida depender(n de lo #ue ocurre aguas arriba =dentro del modelo>" por lo #ue no ?ay #ue asignar ning&n par(metro Rgimen subcrtico- se necesita de$inir la condición de salida" esto es necesario por#ue ?ay in$luencia del tramo aguas abaBo. a salida puede serJ vertedero para cuando #ueramos representar una estructura ?idr(ulica de laminación 41

J nivel dado- la cota del agua en la l,nea de salida del modelo J curva de gasto o una curva de gasto M cuando en la salida del modelo ?ay una estructura ?idr(ulica y conocemos el caudal de salida en $unción del calado %ara la salida del modelo en la simulación de onda de avenida" lo ?abital ser( una salida del modelo supercr,tica/cr,tica asignada a todo el contorno de la 7ona de estudio =8FRA 22>" a no ser #ue la salida del modelo sea la entrada al mar u otro gran embalse.

FIGURA 21 Condición de salida del modelo en el contorno de la malla

8.- R'!+s"d#d ) 's+s de s'e+ a rugosidad del cauce o llanura de inundación depender( principalmente del terreno" suelo #ue lo $orma" pendiente y vegetación. a rugosidad en 8ber" se asigna a travs del coe$iciente de ;anning. Asignaremos a cada super$icie o elemento de malla el valor el coe$iciente de ;anning correspondiente 0enemos varias gu,as o documentos tcnicos o$iciales a los #ue asistir para estimar un valor =@en 0e +?oI" 199!> adem(s de unos valores sugeridos por 8ber en $unción de usos de suelo =8FRA 23>.

42

FIGURA 22 Asi&nación de usos de suelo

DA0K6 N5+56AR8K6 5studio de los usos del suelo de la 7ona. 'abr( #ue di$erenciar cultivos" terreno de materiales" bos#ue" suelo desnudo" urbanoH..y asignar a cada uso de suelo un valor de coe$iciente de ;anning AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 85R %odemos asignar de manera autom(tica el coe$iciente de ;anning para estudios de gran etensión y detallados" si tenemos esta in$ormación en un 68. 8ber tiene ?erramientas para importar esta in$ormación y aplicar el valor del coe$iciente en cada punto V"L almacenado en el 86.

43

8.1/De"n"c"$n de # *&ec# de &+t'&# 5n las presas de materiales sueltos" como suele ser en las balsas" la rotura se produce de $orma progresiva en el tiempo =8FRA 24>.

FIGURA 23 .Rotura de forma trape!oidal pro&resia

a u,a 0cnica para estos casos" propone una geometr,a de rotura trape7oidal" con las siguientes $órmulas para calcular el tiempo de rotura y el anc?o medio =roe?lic?" D.+. 19!<>-

Dóndeb =m> anc?ura media de la brec?a @= 'm3> @olumen embalsado ?=m> pro$undidad de la brec?a" ?asta el contacto con el cauce en el pie del talud.

Dónde0 =?oras> tiempo de $ormación de la brec?a =tiempo #ue tardar( en generarse> @= 'm3> @olumen embalsado ?=m> pro$undidad de la brec?a" ?asta el contacto con el cauce en el pie del talud. as $órmulas est(n basadas en eperiencias de grandes presas" #ue tienen en cuenta solo variables de altura de presa y el volumen embalsado. 6e ec?a en $alta un an(lisis m(s pro$undo de este aspecto pues ?abr,a #ue tener en cuenta $actores tan importantes como los materiales #ue compone el di#ue y su $orma constructiva. %ero a d,a de ?oy es el &nico documento tcnico o$icial del #ue disponemos. 0ambin podemos a$irmar #ue estos son unos par(metros conservadores y #ue nos dan una $iabilidad $rente a las medidas preventivas $rente a posibles riesgos. 44

a $ormación de la brec?a #ue se reali7a por la u,a 0cnica sigue el siguiente es#uema =8FRA 2>-

FIGURA 2".8s9uema brec%a de rotura &eometra trape!oidal Gua cnica

5n la actualidad eisten diversos modelos #ue simulan el $enómeno de $ormación y progresión de la brec?a con $orma trape7oidal as, como los caudales generados. %ara aplicar estos modelos necesitaremos la altura de la brec?a" el volumen" y tambin la de$inición del un eBe generatri7 de la misma. =8FRA 2)>

FIGURA 2$. 8s9uema &eometra brec%a ( ee &eneratri!. Representación en Iber

4

a elección del eBe de rotura #ueda a criterio del usuario" pero el punto m(s cr,tico siempre ser( en la dirección pre$erente del $luBo en la 7ona de estudio 8ber tiene incorporado un módulo de rotura de balsa #ue sigue la metodolog,a de la u,a 0cnica 5spaEola =+lasi$icación de presas en $unción del riesgo potencial> y #ue nos permite anali7ar la ola de avenida y la $ormación de la brec?a en la malla =8FRA 2<>

FIGURA 2). *eformación de la malla de c'lculo para la eolución de la formación de la brec%a

5l mtodo incorporado consiste en resolver las ecuaciones de 6aint @enant considerando una geometr,a variable" a partir de unas condiciones iniciales. as condiciones iniciales se impondr(n el nivel de agua en el embalse. a malla de c(lculo ir( evolucionando con el tiempo para reproducir la de$ormación del terreno al $ormarse la brec?a. DA0K6 N5+56AR8K6 J @olumen evacuable en el escenario de simulación J +otas de coronación y base de la balsa =? de la brec?a> J ,nea generatri7 =dos puntos" interior y eterior de la balsa>

4)

8.114&+(#!#c"$n de # +nd# de &+t'&#. C7c'+ ) s"%'#c"$n 8.11.1 D#t+s de (&+*e%# Antes de iniciar la simulación" debemos indicar los datos del problema. as opciones de c(lculo son relativas a los es#uemas numricos. os par(metros de tiempo =opciones relativas a la integración temporal de las ecuaciones de 6t.@enant y a la salida de resultados> sonJ

I#s(&#(e #c&%- $iBa el valor de la variable tiempo al comen7ar la simulación. 6implemente implica un K$$set en el valor de dic?a variable" pero no a$ecta al proceso de c(lculo ni a los resultados

J

Te'!) ':') $e s',%&c"#- es el valor de la variable tiempo para el cual se $inali7a el c(lculo. 5l tiempo total de simulación ser( la di$erencia entre el tiempo m(imo de simulación y el instante inicial

J

I#(er&%) $e res,%(&$)s- indica cada cu(nto tiempo se escriben resultados en el $ic?ero de resultados" 8ber no escribe el valor de las variables de c(lculo en cada paso de tiempo de c(lculo" ya #ue generar,a $ic?eros de un tamaEo ecesivamente grande.

J

I#cre'e#() $e (e'!) ':')- iBa el m(imo valor del incremento de tiempo #ue utili7a el programa para integrar en tiempo las ecuaciones de $luBo. 5sto es simplemente un valor m(imo. 5l valor #ue realmente utili7a el programa es el m,nimo entre este valor y el valor calculado a partir de la condición +.

Ktros par(metrosJ

N,'er) $e !r)ces&$)res- numero de procesadores #ue eBecutar( el c(lculo.

J

Es,e'& #,'7rc)- se puede elegir entre es#uemas numricos para reali7ar la discreti7ación espacial de las ecuaciones de $luBo =orden 1" orden 2 e ?idrológico> 5l es#uema de primer orden es m(s estable pero menos preciso #ue el es#uema de orden 2. 5n la misma malla" el es#uema de orden 2 proporciona resultados m(s precisos

J

CFL C)#$c"# $e C),r&#(  Fre$rc;s@Le. 5ste par(metro establece una restricción sobre el paso de tiempo utili7ado para reali7ar la integración temporal de las ecuaciones de $luBo. 5ste valor debe ser in$erior a 1. +uanto mayor sea el valor de + menos tiempo tardar( en eBecutarse el c(lculo pero 4<

pueden aparecer problemas de convergencia en el proceso de resolución de ecuaciones.

6i se usa orden 2" se aconseBa un valor de +[.4. 6i se observan problemas de convergencia en la solución se puede disminuir el valor del +. 6i los problemas persisten baBando por debaBo de .3" probablemente la causa sea otra. 8ntervalo de tiempo" ser( el valor menor entre el intervalo m(imo y el obtenido con esta $órmula. J

L+'(e sec)@')&$)- iBa el umbral #ue determina cu(l es el calado l,mite a partir del cual se considera #ue un elemento est( seco. a de$inición de elementos secos permite reducir el tiempo de c(lculo ya #ue en los elementos secos se reali7an muc?as menos operaciones #ue los elementos #ue ya ?ay agua. 0ambin evitamos inestabilidades numricas derivadas de la eistencia de calados próimos a cero. Fn valor pe#ueEo proporcionar( resultados m(s precisos" pero en geometr,as muy irregulares con mallas gruesas pueden surgir inestabilidades. Fn valor ra7onable para problemas de ingenier,a $luvial es .1 metros

J

M7()$) $e sec&$)- 'ace re$erencia al algoritmo utili7ado cuando un elemento pasa de tener un valor de calado superior al l,mite secoJmoBado o a un valor in$erior. 6i en un paso de tiempo un elemento de la malla tiene un calado muy pe#ueEo podr,a" en el siguiente paso de tiempo" pasar a tener un calado negativo. 5ste problema es m(s probable #ue se produ7ca a medida #ue disminuimos el valor de la tolerancia secoJmoBado. %ara evitar esto podemos incrementar el l,mite secoJmoBado pero no es conveniente puesto #ue puede introducir errores importantes en la solución. Ktro recurso es ?acer igual a cero el calado en todos los elementos en los #ue en alg&n momento del c(lculo se produ7ca un calado negativo. 5sta solución tampoco es conveniente ya #ue se estar,a introduciendo agua de manera arti$icial en el dominio de c(lculo" por lo #ue se perder,a la propiedad de la conservación de la masa. %ara ello 8ber tiene implementados tres mtodos de secado di$erentes" todos ellos garanti7an la conservación de la masa de agua. o +or defecto- si en un elemento el calado es negativo" se considera seco y se guarda el valor de calado negativo como un d$icit de volumen de agua. %ara #ue dic?o elemento vuelva a estar moBado" debe de llenarse previamente ese d$icit de volumen de agua proveniente de los elementos adyacentes 4!

o

o

-idroló&ico- recomendado para problemas de trans$ormación lluviaJ escorrent,a. 8stricto- impide #ue se produ7can calados negativos disminuyendo el paso del tiempo utili7ado en la integración temporal. %reciso y conserva la masa de agua" pero el tiempo de c(lculo puede incrementarse considerablemente.

DA0K6 N5+56AR8K6 %recalcular los par(metros de tiempo necesarios. AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 85R %ara #ue 8ber modelice la brec?a de rotura ?ay #ue activar la opción $ormación de brec?a. ;arcar las opciones en resultados de Cvector de calado y Cpeligrosidad RD/9 2! C =esta nos permitir( elaborar mapas autom(ticamente con los criterios de peligrosidad indicados el el Real Decreto>.

8.11.2 C7c'+ ) s"%'#c"$n Fna ve7 lan7ado el c(lculo" el tiempo de resolución puede variar en $unción del caso y del e#uipo in$orm(tico desde unos pocos minutos" ?asta ?oras. +on$orme va calculando" podemos seguir la evolución en una ventana #ue va mostrando algunas variables del proceso muestra el proceso AFNA6 8ND8+A+8KN56 %ARA 5 F6K D5 85R Kbservar las variables del proceso mientras se va eBecutando. 6i vemos anomal,as podemos abortar el proceso antes de consumir tiempo de c(lculo sin resultados $iables.

49

8.124+st(&+ces+.V"s'#"@#c"$n de &es't#d+s 8.12.1 M#(#s de "n'nd#c"$n ) (e"!&+s"d#d A partir de los resultados de calados y velocidad se pueden obtener los mapas de inundación" #ue son la representación gr($ica de los valores de estas dos variables en distintos instantes de tiempo. =8FRA 2!> 5stos mapas de inundación se pueden ver directamente en la inter$a7 de 8ber o se pueden eportar los resultados para tratarlos en un entrono 68. %ara la obtención de los papas de peligrosidad los resultados ?idr(ulicos =calados y velocidades> deben ser procesados con alg&n criterio de peligrosidad. 8ber incorpora ?erramientas para este proceso" aun#ue se puede reali7ar mediante otro programa a partir de los resultados eportados 6eg&n el Real Decreto 9/2!" establece como 7ona en la #ue se pueden producirse daEos graves sobre las personas y los bienes" a#uella #ue se cumple uno o m(s de los siguientes criterios- =8FRA 29> J J J

#ue el calado sea superior a 1 m #ue la velocidad sea superior a 1 m/s #ue velocidad  calado sea superior a . m2/6

FIGURA 2 8emplo de mapa &enerado con iber de calados m'Dimos



FIGURA 20. Criterios de peli&rosidad

8ber crea el mapa de peligrosidad autom(ticamente seg&n este criterio del Real Decreto. =8FRA 3>

FIGURA 27: 8emplo de mapa de peli&rosidad se&,n R*7B2

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8.12.2 Secc"+nes s+nd#s de e,+'c"$n en e t"e%(+ en 'n ('nt+ d#d+ "d&+!&#%#s. 5ste tipo de gr($icos nos servir(n para documentar las a$ecciones en los puntos con$lictivos. 5 gr($ico de secciones =per$iles transversales>" podemos representar el nivel m(imo de agua en una sección del terreno" ilustrando as, la a$ección del calado de agua en un determinado lugar. =8FRA 31> as sondas de evolución del nivel en el tiempo =8FRA 32>" nos indican como ?a evolucionado e nivel de agua en el tiempo en un determinado punto de la malla. +on este gr($ico podemos estimar los tiempos #ue tarda en llegar la avenida" &tiles en la elaboración de los planes de emergencia. os ?idrogramas =$igura 33> nos indican la evolución del caudal en una sección" sirviendo para obtener caudales punta y tiempos de avenida. 0ambin podemos gra$icar per$iles longitudinales a travs de la ?erramienta Ccorte poligonal 2D

FIGURA 3. 8emplo de &r'fico de m'Dimos de niel de a&ua en una sección

2

FIGURA 31. Eonda de eolución de calado a lo lar&o del tiempo en un punto

FIGURA 32 -idro&ramas en dos secciones diferentes del terreno

8.12.3 E(+&t#c"$n de &es't#d+s en +&%#t+ RASTER 8ber elabora mapas autom(ticamente" pero podemos adem(s eportar los resultados en $ormato raster para elaborar mapas con ?erramientas 68 y as, poder usar esta in$ormación con otra #ue tengamos almacenada o por eBemplo mapear resultados de otros indicadores calculados. %ara los mapas de a$ecciones en detalle" deberemos ?acer un tratamiento detallado de las variables en el terreno" y disponer de esta in$ormación en $ormato raster ser( muy &til.

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= EJEM4LO DE A4LIACIÓN< SIMULACIÓN DE LA ONDA DE  AVENIDA 4OR ROTURA DE LA BALSA DE RIEGO +omo eBemplo de aplicación de las estrategias para solucionar el estudio de avance de $rente de onda por rotura para la clasi$icación de las balsas" se ?a desarrollado un caso completo de con el programa 8ber. 6e trata de una balsa de riego con una capacidad de <. m3 " represada por materiales sueltos con altura de ! m desde el $ondo del barranco de evacuación ?asta el nivel de m(imo de eplotación. %uesto #ue la altura es mayor a cinco metros" es susceptible de ser registrada y obligación del titular de reali7ar una propuesta de clasi$icación =seg&n Real Decreto !/29> a balsa se encuentra próima a un n&cleo urbano" locali7(ndose 7onas de ?uertos y casetas de recreo cerca" as, como una carretera nacional" por lo #ue se debe anali7ar las a$ecciones en estas 7onas. a balsa se encuentra en la +omunidad Autónoma de Aragón y adem(sJen la cuenca del 5bro =intracomunitaria> Jno se encuentra en el Dominio %&blico 'idr(ulico Jla gestión y propiedad no es p&blica %or todo esto" el órgano competente en cuanto al control de la seguridad en presas y embalses y responsable del registro es el obierno de Aragón =seg&n Real Decreto !/29>. 5l Decreto #ue regula estas competencias y obligaciones en la +omunidad Autónoma de Aragón" est( en $ase de borrador pendiente de aprobación. 5 registro y clasi$icación" por a?ora" no es obligatorio para esta balsa" pero la tomamos como eBemplo de aplicación de la metodolog,a" como anticipo a la aprobación del borrador. a estrategia de elaboración del an(lisis de rotura de balsa ser,a la misma" si por eBemplo" la basa se encontrar en Dominio %ublico 'idr(ulico y el registro y clasi$icación $uera responsable la Administración eneral del 5stado. 5n este caso" si ser,a obligatorio su registro y clasi$icación seg&n el Real Decreto !/29. 5l eBemplo se desarrolla en el AN5VK 8 de este 0rabaBo in de +arrera.

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9 CONCLUSIONES 5l c(lculo del avance de $rente de onda con modelos bidimensionales m(s $iable y preciso #ue otros mtodos para casos de llanuras de inundación irregulares 5l aprovec?amiento de datos cartogr($icos y 68" Bunto con la disponibilidad de so$tIare y e#uipos in$orm(ticos" ?ace #ue el uso de esos modelos sea m(s $actible. 5l so$tIare 8ber incorpora las ?erramientas necesarias para la elaboración de los estudios para la propuesta de clasi$icación de embalses" presas y balsas. 5s de gran importancia la comprensión de los mtodos de c(lculo y $ormulaciones #ue resuelve 8ber para llegar a unos resultados $iables" as, como la capacidad de interpretación de los mismos 5l mallado del dominio de estudio" ser( clave a la ?ora de ?acer una simulación e$iciente. 0amaEos de malla inadecuados nos arroBar(n resultados no $iables y pueden no ?acer e$iciente nuestro trabaBo de simulación.

T&#() !)r %& #)e$&$ $e %& #)r'&(& c)') !)r %)s &r&$)s '7()$)s  ;err&'e#(&s  $&()s $s!)#-%es &-)r$&r %& e%&-)r&c"# $e %)s es(,$)s !&r& %& c%&s/c&c"# $e -&%s&s e# /,#c"# $e s, !e%*r)s$&$ !,e$e ser ,#& (&re& c)#/,s&  ,e #)s ;&*& !er$er (e'!). L& e!)sc"# $e %& #)r'&(& %& $escr!c"# $e %&s es(r&(e*&s  'e()$)%)*+& !r)!,es(& ,#() c)# ,# es(,$)  !r:c(c& $e% ,s) $e% !r)*r&'& I-er #)s /&c%(&# e% !r)ces) $e e%&-)r&c"# $e %)s #/)r'es !&r& %&s !r)!,es(&s $e c%&s/c&c"#.

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