IV Jornadas de Ingeniería del Agua La precipitación y los procesos erosivos Córdoba, 21 y 22 de Octubre 2015 D.24. Estudios de rotura de presas y balsas. El avance en las herramientas y técnicas disponibles para modelación de propagación de las avenidas y la asignatura pendiente de la rotura del dique F. Javier Caballero, Ricardo M. Monteiro, Rafael Morán, Miguel A. Toledo Departamento de Ingeniería Civil: Hidráulica, Energía y Medio Ambiente Grupo de Investigación en SEguRidad de Presas y Aliviaderos (SERPA) Universidad Politécnica de Madrid (UPM) E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos. C/ Profesor Aranguren s/n. 28040 Madrid, España Jesús Guerrero González Técnicas del Medio Ambiente y del Agua (TECMA S.A.) C/ Rodríguez San Pedro 42. 28015 Madrid, España 1. Antecedentes. justificación y objetivos Los estudios de propagación de avenidas generadas por rotura de presas han sufrido una evolución muy importante en el último lustro, tanto por la disposición de nuevas bases cartográficas, accesibles a todos a través de internet, como por la evolución de los métodos y el software de modelación de dichas propagaciones. Además existen hoy día una serie de disciplinas, herramientas e información complementaria que pueden aplicarse para facilitar la redacción de dichos estudios y simplificar la toma de decisiones, tanto para el ingeniero autor de los mismos como para la Administración competente de su aprobación. Debe destacarse que una gran cantidad de dicha información puede obtenerse de forma libre o gratuita. 2. Evolución de los modelos de propagación de avenidas Resulta evidente que uno de los mayores progresos realizados en los estudios de seguridad de presas y balsas en referencia a la propagación de las avenidas generadas por la simulación de sus roturas se ha producido con la generalización, en el último lustro, del empleo de los modelos bidimensionales o 2D, que han propiciado la obtención de zonas
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Estudios de rotura de presas y balsas. El avance en las ... · Entre las herramientas oficiales que puede servir de apoyo para la toma de esta decisión se encuentra el visor cartográfico
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IV Jornadas de Ingeniería del Agua La precipitación y los procesos erosivos Córdoba, 21 y 22 de Octubre 2015
D.24.
Estudios de rotura de presas y balsas.
El avance en las herramientas y técnicas disponibles
para modelación de propagación de las avenidas y la
asignatura pendiente de la rotura del dique
F. Javier Caballero, Ricardo M. Monteiro, Rafael Morán, Miguel A. Toledo Departamento de Ingeniería Civil: Hidráulica, Energía y Medio Ambiente
Grupo de Investigación en SEguRidad de Presas y Aliviaderos (SERPA)
Universidad Politécnica de Madrid (UPM)
E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos. C/ Profesor Aranguren s/n. 28040 Madrid, España
Jesús Guerrero González Técnicas del Medio Ambiente y del Agua (TECMA S.A.)
C/ Rodríguez San Pedro 42. 28015 Madrid, España
1. Antecedentes. justificación y objetivos
Los estudios de propagación de avenidas generadas por rotura de presas han sufrido una
evolución muy importante en el último lustro, tanto por la disposición de nuevas bases
cartográficas, accesibles a todos a través de internet, como por la evolución de los
métodos y el software de modelación de dichas propagaciones.
Además existen hoy día una serie de disciplinas, herramientas e información
complementaria que pueden aplicarse para facilitar la redacción de dichos estudios y
simplificar la toma de decisiones, tanto para el ingeniero autor de los mismos como para
la Administración competente de su aprobación.
Debe destacarse que una gran cantidad de dicha información puede obtenerse de forma
libre o gratuita.
2. Evolución de los modelos de propagación de avenidas
Resulta evidente que uno de los mayores progresos realizados en los estudios de
seguridad de presas y balsas en referencia a la propagación de las avenidas generadas por
la simulación de sus roturas se ha producido con la generalización, en el último lustro, del
empleo de los modelos bidimensionales o 2D, que han propiciado la obtención de zonas
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inundables más “realistas” que las obtenidas hasta entonces, gracias a la capacidad de
estos nuevos modelos de propagar el flujo de forma multidireccional.
Además, la metodología de cálculo de estos modelos, mediante polígonos sobre un
modelo digital del terreno (MDT) permite obtener resultados en toda la superficie
inundable, y no solo en una sección, pudiendo discernir mejor las zonas de riesgo
definidas en la Guía Técnica en función de la dupla calado-velocidad.
Esto ha permitido que muchas infraestructuras que originalmente pudieran haberse
clasificado en categoría A hayan sido finalmente clasificadas en categorías inferiores.
Así, los procedimientos de modelación empleados hasta hace no más de cinco-seis años se
ajustaban exclusivamente a las recomendaciones de la Guía Técnica para Clasificación de
Presas en Función del Riesgo Potencial (en adelante Guía Técnica), simulando, en el mejor
de los casos, la rotura de la presa y la propagación de la onda correspondiente mediante el
empleo de modelos unidimensionales como el DAMBRK o el FLDWAV, resultando estos los
más completos propuestos por la Guía Técnica para su empleo.
Sin embargo, la generalización en el mercado de los modelos bidimensionales como
INFOWORKS RS (o ICM versión más actual), GUAD 2D, IBER, etc. permitió, inicialmente,
simular la propagación de la onda de avenida generada por dicha rotura (cuyo hidrograma
se seguía obteniendo mediante los modelos anteriores), aspecto que se ha ampliado
recientemente con la inclusión de módulos de rotura de presas y balsas en dichos modelos.
Figura 1. Hidrograma de rotura de balsa obtenida con DAMBRK en hipótesis H1 e inundación
máxima obtenida con INFOWORKS en núcleo urbano (caudal punta de 11 m3/s)
Otra de las ventajas que presentan este tipo de modelos es su conexión con Sistemas de
Información Geográfica, ya que suelen ser compatibles con AutocadMap, ArcView y
MapInfo. En este aspecto, existen modelos, como INFOWORKS, en los que el GIS se
encuentra “embebido” en el modelo, el programa posee un motor GIS propio no siendo
necesaria la importación-exportación de archivos entre Modelo GIS y Modelo hidráulico
(como por ejemplo ocurre con el HEC-GeoRAS).
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En cualquier caso cualquiera de estos modelos permite la representación intuitiva de los
datos mediante vistas geográficas, secciones, perfiles longitudinales, tablas y gráficos
temporales, pudiendo acceder a .los datos de la simulación desde cualquier vista gráfica o
tabla del mismo.
Figura 2. Planta de calados en situación de inundación máxima y evolución del calado en sección del
núcleo urbano a lo largo de la propagación de la onda de rotura
3. Herramientas y técnicas complementarias disponibles para
su empleo
3.1. Herramientas disponibles en internet
3.1.1. Bases de datos cartográficos
Tradicionalmente, una cartografía adecuada ha resultado ser un elemento fundamental
para una correcta modelación de la propagación de una avenida. En la actualidad, con los
medios de modelación disponibles, la cartografía ha adquirido aún más protagonismo,
hasta el punto de que el mismo modelo con diferentes bases cartográficas de distinta
precisión puede arrojar resultados tan diferentes que provoquen una variación
significativa de la llanura inundable y por lo tanto, pueden encuadrar la infraestructura en
estudio en categorías en función del riesgo potencial diferentes.
Así, se encuentran disponibles de forma libre en las páginas web de infraestructura de
datos espaciales de las distintas Comunidades Autónomas diferentes modelos
cartográficos, entre los que se puede destacar el modelo digital del terreno (MDT)
obtenido a partir de la ortofoto del PNOA (Plan Nacional de Ortofotografía Aérea) con una
precisión de un punto por cada 5x5 m2.
En zonas con relieves más o menos pronunciados y con un adecuado apoyo de campo este
MDT suele ser suficiente para la modelación de la propagación de cualquier onda de avenida
generada por una rotura.
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Sin embargo, en zonas más llanas o con menor variación de cota el MDT 5x5 m2 puede no
ser suficiente si existe alguna zona conflictiva. En este sentido debe indicarse que el
Instituto Geográfico Nacional (en adelante IGN) posee un modelo de precisión de un
punto cada 2x2 m2 que abarca casi toda la España. Este modelo se encuentra sin tratar
pero con un procesado previo y un adecuado apoyo de campo arroja un MDT de elevada
calidad más que suficiente para cualquier estudio de propagación de avenidas.
Figura 3. Vista 3D de la cartografía 5x5 m2 empleada a la izquierda. A la derecha con ortofoto sobre
la misma
Este modelo ha sido empleado en la ejecución de los trabajos de modelación hidráulica
del Sistema Nacional de Cartografía de Zonas Inundables (SNCZI) en diversas cuencas
hidrográficas de este país, con resultados excelentes.
3.1.2. Otras bases de datos GIS para la definición del terreno
Además de las bases de datos cartográficas existen otras bases de datos en formato GIS de
mayor o menor utilidad en la realización en la ejecución de los modelos hidráulicos de
propagación.
Así, un aspecto que se debe conocer para la definición de cualquier modelo de
propagación hidráulica son las diferentes rugosidades del terreno tanto en el cauce como
en las márgenes del mismo. Para ello, se puede disponer, a través del IGN de los polígonos
de rugosidad del Corine Land Cover 2006.
Con estos elementos se crea una capa shape de usos del suelo y a la que se pueden
asignar diferentes rugosidades. Para ello se puede emplear la “Guía Metodológica para el
desarrollo del Sistema Nacional de Cartografía de Zonas Inundables” (MMARM, 2011) en
la cual se incluye una tabla que asocia los usos del suelo del CLC con un número de
Manning.
Otra base de datos en referencia a las rugosidades del terreno es el SIOSE (Sistema de
Información sobre Ocupación del Suelo de España) cuyo objetivo principal era generar una
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base de datos de Ocupación del Suelo para toda España a escala de referencia 1:25.000,
integrando la información disponible de las comunidades autónomas (CCAA) y la
Administración General del Estado (AGE).
El proyecto comenzó en el año 2005 con la generación del SIOSE2005, cuya producción
finalizó en 2009. Durante 2010 y 2011 se realizo una actualización de la base de datos
SIOSE o SIOSE2009.
3.1.3. El Sistema Nacional de Cartografía de Zonas Inundables (SNCZI)
Una de las cuestiones habituales a la hora de realizar un estudio de propagación de la
onda de avenida generada por una rotura ha sido tradicionalmente: ¿dónde “cortamos” el
estudio?
Entre las herramientas oficiales que puede servir de apoyo para la toma de esta decisión
se encuentra el visor cartográfico de zonas inundables del SNCZI, que resulta el eje central
de los trabajos puestos en marcha por el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio
Ambiente, siguiendo los principios de la Directiva 2007/60 sobre evaluación y gestión de
riesgos de inundación, y que se concibe como un instrumento de apoyo a la gestión del
espacio fluvial, la prevención de riesgos, la planificación territorial y la transparencia
administrativa.
El visor cartográfico del SNCZI permite a todos los interesados visualizar los estudios de
delimitación del Dominio Público Hidráulico (DPH) y los estudios de cartografía de zonas
inundables, elaborados por el Ministerio y aquellos que han aportado las Comunidades
Autónomas, así como los resultados del Mapa de Caudales Máximos realizado por el
CEDEX.
De esta formas podemos conocer los caudales de máxima crecida ordinaria (MCO)
“oficiales” en todos los cauces de la Península gestionados por el Estado de forma que se
podrá determinar el punto de finalización de cualquier estudio de propagación que se esté
realizando.
Además, puede resultar que el estudio de propagación de la onda de avenida generada
por la rotura de la infraestructura en estudio se lleve a cabo sobre un cauce que posea
resultados de zonas inundables del SNCZI (realizado para diversos periodos de retorno; 2,
5, 10, 50, 100 y 500 años) de forma que se puedan comparar las zonas inundables
obtenidas en dicho visor con las obtenidas en el estudio de rotura para caudales similares,
incluso adoptando los estudios “oficiales” del SNCZI en determinadas circunstancias.
Los usuarios pueden consultar la información del Dominio Público y Zonas Inundables a
través del enlace disponible en esta página, o directamente desde la URL: