Propuesta de modelamiento bidimensional para la estimación del tamaño de malla y el tiempo computacional en canales anchos de 100 metros usando IBER 2.5.2 y hecras 5.0.7

Abstract

Esta investigación se basa en el análisis hidrodinámico de 20 escenarios de un canal ancho de 100 metros mediante la modelación numérica con la finalidad de estimar un tamaño de malla y un tiempo computacional adecuado para cada uno, además evaluar el comportamiento de los diferentes métodos de los modelos hidrodinámicos los cuales han sido previamente identificados como objetos de estudio. Los estudios hidrológicos y la modelación en diferentes dimensiones (1D y2D), contribuyen a resultados más veraces y a una evaluación de hipótesis más real ante el comportamiento de un flujo. La geometría para los escenarios del canal fue elaborada en el programa AutoCAD Civil 3D. Éstos se crearon asignando características de caudal, pendiente y rugosidad, según parámetros similares a los ríos que encontramos en la costa del Perú. Los cuales fueron el caudal: 500 m³/s, 1000 m³/s, 1500 m³/s, 2000 m³/s; la pendiente: 0.003m/m, 0.005m/m, 0.007m/m, 0.009m/m; y la rugosidad: 0.023, 0.030, 0.035. Cuando nos referimos a un canal se puede trabajar con un esquema unidimensional, sin embargo, cuando se emplean características de un río, el esquema a utilizar es el bidimensional. Para esto, las ecuaciones empleadas para la ejecución y evaluación del modelo son las siguientes, la ecuación de la energía, las ecuaciones de Saint-Venant (2D) y la Onda Difusa, donde la primera es para el modelamiento unidimensional y los dos siguientes es para el modelamiento bidimensional. En esta investigación se ejecutó el modelo numérico aplicado para las simulaciones en Iber 2.5.2. (2D) y HEC-RAS 5.0.7 (1D y 2D). Como resultado final, se obtienen datos de tamaño de malla y tiempo computacional para cada uno de los 20 escenarios en ambos softwares, así como el análisis de cada modelo hidrodinámico en estudio donde se contrasta ambas simulaciones, de esta manera se evalúan las posibles aplicaciones que tienen, que sustentan diferentes capacidades como método de mallado, condiciones de contorno e importación de datos.

This research is based on the hydrodynamic analysis of 20 scenarios of a channel with a width of 100 meters through numerical modeling in order to estimate a mesh size and an adequate computational time for each one, and also evaluate the behavior of the different hydrodynamic model methods which have been previously identified as objects of study. Hydrological studies and modeling in different dimensions (1D and 2D) contribute to more truthful results and a more realistic hypothesis evaluation of the behavior of a flow. The geometry for the channel scenes was developed in the AutoCAD Civil 3D program. These were created by assigning characteristics of flow, slope and roughness, according to parameters similar to the rivers that we find on the coast of Peru. Which were the flow: 500 m³/s, 1000 m³/s, 1500 m³/s, 2000 m³/s; the slope: 0.003m/m, 0.005m/m, 0.007m/m, 0.009m/m; and roughness: 0.023, 0.030, 0.035. When we refer to a canal, it is possible to work with a one-dimensional scheme, however, when characteristics of a river are used, the scheme to use is the two dimensional one. For this, the equations used for the execution and evaluation of the model are the following, the energy equation, the Saint-Venant equations (2D) and the Diffuse Wave, where the first one is for one-dimensional modeling and the next two are for two-dimensional modeling. In this research, the numerical model applied for the simulations in Iber 2.5.2 was executed. (2D) and HEC-RAS 5.0.7 (1D and 2D). As a final result, mesh size and computational time data are obtained for each of the 20 scenarios in both software, as well as the analysis of each hydrodynamic model under study where both simulations are contrasted, in this way the possible applications that they have, which support different capabilities such as meshing method, boundary conditions and data import