- Simulación numérica de generación y evolución de flujos granulares geofísicos y su impacto en masas de agua
- Generación de una herramienta informática de control óptimo de compuertas en redes de canales para sistemas de riego
- Cuantificación y modelado del balance de agua y sales del suelo y su influencia sobre las comunidades de halófitos en los agro-ecosistemas del semi-árido aragonés bajo diferentes escenarios del cambio climático
- Gestión y control de zonas inundables para minimizar los impactos medioambientales de las crecidas de los ríos. Aplicación a la cuenca pirenaica
- 1D and 2D numerical models coupling for a flood simulation in the Tiber river
Simulación numérica de generación y evolución de flujos granulares geofísicos y su impacto en masas de agua
Participantes: Universidad de Zaragoza
Duración: 2011-2014
Financiación: Ministerio de Economia y Competitividad
La finalidad de este proyecto es el desarrollo de herramientas de calidad para la simulación predictiva de flujos granulares geofísicos y su impacto en masas, sistemas de gran importancia por su efecto potencial en el medio ambiente y su alta capacidad modeladora del paisaje. Es posible representar los procesos involucrados mediante la simulación numérica. El desarrollo de herramientas predictivas con base física nos permite avanzar en el conocimiento desde diferentes ángulos, como la iniciación de los procesos de fluidificación del lecho, la modificación de la geometría del lecho y el transporte de materiales. Es destacable el hecho de que a la complejidad en la descripción del flujo se ha de sumar siempre el efecto transitorio. El objetivo final de este trabajo es el desarrollo de métodos numéricos que resuelvan el conjunto de procesos involucrados, y que permitan predecir el comportamiento del material proporcionado en los deslizamientos y roturas de presa y sus efectos, mediante conclusiones extraídas a través de una simulación numérica fiable con capacidad predictiva. La hidrodinámica en este tipo de sistemas puede ser descrita por un modelo de flujo superficial que forma un conjunto de ecuaciones no lineal hiperbólico. Estas ecuaciones se deducen promediando en la vertical la ecuación de conservación de la masa y las ecuaciones de Navier-Stokes para flujo incompresible. Haciendo uso de las definiciones de los promedios de las variables, la profundidad de la lámina de agua es una variable dependiente del espacio y el tiempo. Dentro de la columna vertical de se pueden distinguir tres capas. Una capa de baja o alta densidad, dependiendo de la materia en suspensión y gravas o derrubios transportados, otra con mayor densidad, donde se encuentran el lodo o fango y el fondo, deformable. Cada fenómeno a analizar presenta una estructura de capas debido a una diferencia interna que provoca la aparición de estratos de densidad variable. Para este caso particular es habitual suponer que la densidad de la capa superior es mucho menor que la densidad de la capa inferior. Cada capa puede modelizarse de formas diversas y es necesario plantearlas para ver cual de ellas representa más fidedignamente la realidad. La experiencia precedente del grupo en investigación de sistemas de ecuaciones resueltos de forma matemáticamente acoplada (no secuencial) ha dado lugar a numerosos avances en la tecnología de la simulación numérica en casos complejos. Estos resultados previos auguran el avance de la investigación para situaciones más complejas en las cuales diferentes dominios con propiedades o características no homogéneas, como la capa de lodos, fondo rígido y superficies de agua, deben interactuar entre sí, no solo transfiriendo cantidad de momento, sino además, masa, en los diferentes procesos de erosión, sedimentación y aporte por colapso geomorfológico.
Generación de una herramienta informática de control óptimo de compuertas en redes de canales para sistemas de riego
Participantes: Universidad de Zaragoza
Duración: 2011-2014
Financiación: Ministerio de Economia y Competitividad
En nuestro país el mayor consumidor de agua dulce es el regadío. Con más de 3,2 millones de hectáreas de superficie regada su consumo está por encima del 80% de la demanda total de los recursos hídricos. En la actualidad se ha alcanzado ya una plena conciencia del problema vital que representa tratar el agua como un elemento de gran valor. En el ámbito del consumo humano se establecen campañas de orientación al ahorro. Las nuevas instalaciones y redes se construyen con este objetivo y las antiguas se adaptan con el mismo fin en el llamado plan de modernización de regadíos. Parece lógico plantear que cualquier metodología aplicada a optimizar los consumos es fundamental por el gran peso en demanda sobre el total de los recursos hídricos que este sector exige. En el proyecto se van a desarrollar herramientas de control óptimo de la conservación del volumen de agua en canales de distribución basados en la innovación mediante algoritmos para sistemas dinámicos no lineales. El correcto funcionamiento de las estructuras de control de los canales es un problema abierto después de décadas de investigación y desarrollo. Se desarrollará una metodología robusta y eficiente para el control óptimo que será la base de los elementos de control de compuertas que permitan un control rápido y fiable de las características del flujo. Los canales están progresando en la implementación de elementos de control que permitan reducir la mano de obra necesaria para la regulación y aumentar la calidad de servicio. Con el objetivo fundamental puesto en desarrollar una herramienta computacional que gestione el control de compuertas, la formulación resultante se discretizará con las técnicas numéricas utilizadas para el flujo del agua en canales, en las que se tiene experiencia. Se utilizarán técnicas de volúmenes finitos de tipo descentrado tanto para la simulación del sistema de ecuaciones de flujo como para el del sistema adjunto. En ambos se aprovechará la experiencia ganada en el tratamiento de los términos fuente. Los objetivos son ampliar el conocimiento tecnológico del funcionamiento de las compuertas que regulan el control de las redes de canales, establecer una buena base matemática con fundamentos físicos que caracterice el comportamiento del flujo en canales y compuertas, desarrollar un algoritmo de optimización no lineal de regulación del flujo en canales y validar el modelo de simulación con casos sencillos, casos test obtenidos de la literatura y medidas de casos reales.
Cuantificación y modelado del balance de agua y sales del suelo y su influencia sobre las comunidades de halófitos en los agro-ecosistemas del semi-árido aragonés bajo diferentes escenarios del cambio climático
Participantes: Universidad de Zaragoza, Estacion Experimental Aula Dei (CSIC), Instituto Pirenaico de Ecologia (CSIC)
Duración: 2012-2013
Financiación: La Caixa-Gobierno de Aragón
El objetivo general de este proyecto ha sido estudiar el comportamiento de los halófitos como exportadores de sales en los agroecosistemas semiáridos de Aragón y desarrollar un modelo eco-hidrológico para poder predecir las tendencias futuras de estos sistemas en condiciones de mayor aridez debido al cambio climático. Los resultados obtenidos de este estudio deberán permitir cuantificar la cantidad de sales que es posible exportar del sistema mediante un provechamiento ganadero y en última instancia diseñar estrategias de recuperación de suelos degradados por salinidad a partir de la capacidad extractora y acumuladora de sales del suelo de los halófitos autóctonos. Nuestra participacion incluyó la formulación e implementación de un modelo matemático y numérico para la simulación acoplada del flujo superficial y subsuperficial de agua y el crecimiento y reproducción de vegetación de regiones semiáridas. Las capacidades del modelo permiten transformar la lluvia en una distribución espacial y temporal del agua tanto en la superficie como en el subsuelo, generando así condiciones realistas de humedad para el establecimiento y crecimiento de la vegetación. El modelo de crecimiento y reproducción de la vegetación ha sido acoplado al modelo de flujo. Esta estrategia de acoplamiento permite simular el crecimiento de la vegetación en función de la humedad local disponible, así como simular el consumo de agua por parte de la vegetación para su supervivencia y crecimiento. Dado las diferentes escalas temporales entre flujo de agua y crecimiento de la vegetación, se ha adoptado una estrategia de acoplamiento anidado, en el que el flujo superficial se resuelve a una escala temporal muy fina, el flujo subsuperficial a una escala media, y el crecimiento de vegetación a larga escala. Este acoplamiento permite también definir la profundidad del sistema radicular de la vegetación, lo que posibilita estudiar la interacción de distintos tipos de vegetación sobre los recursos hídricos. El modelo acoplado se encuentra en proceso de validación con casos test bajo condiciones controladas (test con solución analítica y casos experimentales) mostrando una buena respuesta. Se ha garantizado la conservación de agua global, la cual es el primer indicador de calidad.
Gestión y control de zonas inundables para minimizar los impactos medioambientales de las crecidas de los ríos. Aplicacion a la cuenca pirenaica
Participantes: Universidad de Zaragoza, Confederacion Hidrografica del Ebro, ENIT (Tarbes), UPC (Barcelona), CACG (Francia)
Duración: 2011-2012
Financiación: Comunidad de Trabajo de los Pirineos. Gobierno de Aragón
Este proyecto tratará de una gestión multi-nivel del recurso agua, poniendo en juego los aspectos de toma de decisiones a corto y medio plazo a los que hay que adaptarse según las fluctuaciones de la oferta y la demanda. Para ser predictivo, un método de gestión ha de contar con el conocimiento del estado de los recursos y satisfacer la demanda en función de los contratos de consumo establecidos y de las previsiones de las extracciones y de las aportaciones. La anticipación y la reacción han de estar combinadas para asegurar una gestión adecuada del agua. El control de estos recursos hidrográficos requiere desarrollar modelos dinámicos representativos del comportamiento de los sistemas hidráulicos en superfície libre, tal como rios y canales, en presencia de aportaciones de lluvia y de consumos industriales, agrícolas o de agua potable. Es posible gracias a las técnicas de simulación visualizar la incidencia de un modelo de gestión. Consecuentemente, los escenarios de gestión pueden ser establecidos a priori para definir los planes de acción principalmente en caso de crisis por una disminución de los recursos o un evento de lluvia violenta y localizada sobre una parte de la cuenca. Con este fin se podran considerar diferentes niveles de crisis.
1D and 2D numerical models coupling for a flood simulation in the Tiber river
Participantes: Universidad de Zaragoza, Universita La Sapienza di Roma
Duración: 2007-2008
Financiación: Acciones Integradas España-Italia, Ministerio de Educación y Ciencia
Flood wave propagation along rivers is significantly influenced by the storage capacity of floodplains and river beds. In order to correctly reproduce the reduction of the peak discharge along the water course, the inundation of floodplains must be carefully simulated. In order to map the flood prone areas, it is common practice to apply 1D mathematical models to simulate the propagation of flood waves in long reaches. This schematization results acceptable if the width of the floodplain is comparable with the main channel width, but if the bottom valley is very wide, a simulation by means of a 2D mathematical model could be more appropriate. However, the application along the water course (30-40 km long) of a fully 2D model could result very burdensome since rarely digital elevation models (DEM) are available with sufficient detail to reproduce river bathymetry. In this case a coupled simulation of both 1D and 2D models seems useful. In this way, the propagation in the main channel will be simulated by means of a 1D model and the inundation of the riverside will be simulated by means of a 2D model. However, the two models cannot be applied in cascade since the water depth in the floodplain influences the water exchanges between main channel and riverside. The aim of this research is to develop and apply to a case study a coupled simulation of both 1D and 2D model in order to simulate in a more correct way the storage capacity of the bottom valley, to compare the results obtained by means of a coupled simulation with those obtained by means of a fully 1D model and to identify the limits of application of 1D models.
