Curso de Generación de Modelos Hidráulicos con HEC-RAS

Los estudios de inundabilidad se realizan para evaluar la capacidad que tiene un cauce de soportar un determinado caudal, con propósito de evitar o disminuir daños producidos por posibles inundaciones. De este modo, en base a sus resultados es posible el diseño de estructuras orientadas a adecuar los cursos de aguas en su paso por las zonas urbanas; así como delimitar, mediante ordenación territorial, las zonas que se han determinado inundables.

Ahora bien: a la hora de estudiar el tramo de un río para descubrir el nivel que alcanzaría el agua en caso de inundación, deberemos responder a multitud de preguntas: ¿qué altura alcanzará la lámina de agua? ¿En qué extensión? ¿Qué circunstancias se tienen que dar para que se produzca un aumento en el nivel del agua? Se trata de cuestiones técnicas en cuyo análisis es necesario tener en cuenta múltiples factores, tales como la forma del cauce, su pendiente o sus materiales. Todo ello se complica más, si cabe, de existir puentes, canalizaciones u otro tipo de obras en el cauce; o, incluso, si el objetivo del estudio de inundabilidad es, precisamente, el de averiguar qué ocurriría si estas existieran.

Se trata, en definitiva, de preguntas de gran complejidad que se deberán resolver con nivel de precisión muy elevado. Para ello, son de gran ayuda los sistemas informáticos. En este sentido, la herramienta de software más usada para responderlas es HEC-RAS (acrónimo de Hydrological Engineering Center – River Analysis System), un programa de modelización hidráulica unidimensional que permite realizar simulaciones bidimensionales para tener una mayor evidencia del comportamiento hidráulico. Con HEC-RAS es posible simular flujos en cauces naturales o canales artificiales a través de cuatro tipos de análisis:

• Modelización de flujo en régimen permanente.
• Modelización de flujo en régimen no permanente.
• Modelización del trasporte de sedimentos.

• Análisis de calidad de aguas.

  HEC-RAS dentro de los softwares GIS

  Se trata de una herramienta de software GIS, es decir, de gestión de sistemas de información geográfica. Por ello, integra y relaciona múltiples componentes orientados a la organización, almacenamiento, manipulación, análisis y modelización de información geográfica, siempre orientados a la modelización hidráulica. HEC-RAS es, además, una aplicación gratuita, por lo que su uso es generalizado. Asimismo, al ser una herramienta de código libre, se introducen novedades y mejoras de forma continua, por lo que su proceso de actualización es constante.

Dado que el manejo de HEC-RAS es fundamental para la realización de estudios de inundabilidad, este curso guiará a su alumnado para descubrirlo desde cero. Partiendo de una introducción a los entornos GIS en general, y al modelado hidráulico, el temario pronto se sumerge en el software en particular, así como en su uso para la modelización hidráulica, incidiendo particularmente en cuestiones tales como el flujo en régimen permanente y no permanente y el transporte de sedimentos. Al hacerlo, además, se aprenderá acerca de las limitaciones inherentes a estos tipos de simulación; con incidencia, asimismo, en el aprendizaje acerca del modelo computacional desarrollado por el programa para resolver los modelos. Tras ello, se profundizará en materias más técnicas estudiando el paquete Geo-R, un conjunto de herramientas de análisis geoestadístico en R, un lenguaje de programación de alto nivel mediante el cual es posible predecir la distribución espacial de variables continuas asociadas a fenómenos cuantificables, con aplicaciones directas en el campo de la hidrología.

De este modo, tras la realización de este curso el alumno será capaz de emplear HEC-RAS para sus trabajos de modelización hidráulica, pues habrá adquirido competencias técnicas en el manejo de esta potente herramienta de alta demanda en el mercado laboral.

Este curso otorga a sus alumnos competencias relacionadas con la modelización hidráulica de gran demanda en el mercado laboral. Al término del mismo, el profesional será capaz de:

• Manejar HEC-RAS para la modelización de flujos en cauces artificiales y naturales, sean de régimen permanente o no permanente
• Trabajar con el paquete Geo-R para realizar tareas de análisis geoestadístico

Para la realización de este curso es necesario tener conocimientos o experiencia en el campo de la ingeniería, y recomendable tener competencias relacionadas con lenguajes de programación de alto nivel.

1. Fundamentos básicos de cartografía
   1. Introducción
   2. Representación de la tierra sobre el plano
      1. Proyecciones cartográficas
      2. Escala cartográfica
   3. Tipos de mapas
      1. Según la escala
      2. Según el propósito
   4. Elementos de un mapa
   5. Representación de datos
      1. Dimensiones
      2. Nivel de medida
      3. Distribución
   6. Simbolización cartográfica
      1. Representación de datos cualitativos
      2. Representación de datos cuantitativos
2. Sistemas de información geográfica (GIS)
   1. Introducción
   2. Funcionamiento de GIS
      1. La información geográfica
      2. Funciones y objetivos de GIS
      3. Tipos de software
   3. Representación de superficies
      1. Redes triangulares (TIN)
      2. Superficies ráster
      3. Diferencias entre ráster y TIN
   4. Pendiente y aspecto
      1. Pendiente
      2. Aspecto
      3. Sombreado de colinas
   5. Isolíneas
   6. Visibilidad de las superficies
      1. Línea de vista
      2. Viewshe
   7. Camino de inclinación
   8. Redes triangulares (TIN)
      1. Estructura de una TIN
      2. Creación de una TIN
      3. Triangulación y topología
      4. Triangulación de Delaunay
      5. Modelado de elementos de superficie
      6. Superficies funcionales
   9. Formatos de información geográfica
      1. Vectorial
      2. Ráster
   10. Autocad map
3. Introducción al modelado hidráulico
   1. Introducción
   2. Características de los modelos hidrológicos
      1. Concepto de modelo hidrológico
      2. Tipo y clasificación de los modelos
      3. Desarrollo y procedimiento de aplicación de los modelos hidráulicos
   3. Modelos de flujo (escorrentía)
      1. Características de los modelos de flujo
      2. Aplicaciones de los modelos de flujo
      3. Descripción de algunos modelos de flujo
   4. Modelos de transporte
      1. Características de los modelos de transporte
      2. Aplicaciones de los modelos de transporte
      3. Descripción de algunos modelos de transporte
   5. Conclusión
4. Presentación de HEC-RAS. Componentes y características
   1. Introducción
   2. Aplicaciones de HEC-RAS
   3. Ventajas de HEC-RAS
      1. Capacidades y ventajas de la modelización de flujo en 2D con HEC – RAS
      2. Limitaciones actuales de la modelización en 2D con HEC – RAS
      3. Zonas bidimensionales analizadas con las últimas versiones de HEC – RAS
   4. Análisis de los componentes de un río
      1. Perfiles de flujo en flujo constante
      2. Simulación de flujo no estacionario
      3. Transporte de Sedimentos
      4. Análisis de la calidad del agua
   5. Almacenamiento de datos y gestión
   6. Gráficos y reportes
   7. Instalación de HEC – RAS
   8. Ejecución del programa y principales funciones
      1. Menú File (archivo)
      2. Menú Edit (editar)
      3. Menú Run (ejecutar)
      4. Menú View (ejecutar)
      5. Menú Options (opciones)
      6. Menú GIS Tools (Herramientas GIS)
      7. Help (ayuda)
   9. Desarrollo de un modelo hidráulico
5. Modelización en HEC-RAS
   1. Introducción
   2. Modelización bidimensional
   3. Datos geométricos
      1. Creación del tramo
      2. Datos de secciones transversales
   4. Parámetros hidráulicos
   5. Simulación para flujo permanente
   6. Visualización de resultados
      1. Sección transversal
      2. Perfil longitudinal
6. Simulación de Puentes y Culverts
   1. Introducción
   2. Puentes
      1. Tipos de puente atendiendo a la tipología estructural
      2. Tipos de puente tendiendo al proceso constructivo
   3. Conducciones y tubos bajo obras lineales
      1. Tablero
      2. Tuberías
7. Análisis de tramos con bifurcaciones
   1. Introducción
   2. Bifurcaciones
   3. Las bifurcaciones en HEC-RAS
      1. Diseño de los tramos con bifurcaciones
      2. Condiciones hidráulicas para régimen permanente
   4. Conclusiones
8. Simulación de rotura de presas e inundaciones
   1. Introducción
   2. Presas y embalses
      1. Presas de materiales sueltos
      2. Presas de fábrica
   3. Rotura o fallo de una estructura de contención
   4. Modelización de presas y roturas en hec-ras
      1. Presa
      2. La rotura
   5. Conclusiones
9. El entorno estadístico R
   1. Introducción
   2. Lenguaje de programación R
   3. El nacimiento de R
   4. Trabajo en el entorno estadístico R
      1. R como calculadora
      2. Estructura de datos
      3. Gráficos en R
   5. Conclusiones
10. Análisis geoestadístico en R: paquete Geo-R
    1. Introducción
    2. Contrastes estadísticos
       1. Contraste de hipótesis
       2. Estadístico de contraste
       3. Contrastes no paramétricos
    3. Análisis geoestadístico
    4. Geoestadística y paquetes de R
    5. Conclusiones y resumen