Modelos numéricos de simulación de aguas poco profundas

Continuando en la línea del post anterior, vamos a ahondar un poco más en los programas informáticos que permiten simular el flujo en aguas poco profundas. Con estas letras no pretendemos mostrar cada uno de los modelos existentes -es imposible-, pero sí daros una idea de algunos de los más utilizados.

Obtención de diversas variables hidráulicas mediante modelización numérica bidimensional (fuente: propia)

Antes de comenzar a enumerar modelos, aclaremos algunos conceptos:

• Este tipo de programa se le suele llamar "modelo numérico" (o símplemente "modelo") por la sencilla razón que requieren de métodos numéricos para poder resolver las ecuaciones que gobiernan el movimiento del flujo. Sin entrar en detalle, estas ecuaciones son un sistema de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que no son resolubles analíticamente, por lo que se requiere de algún método numérico para resolverlas (de ahí su nombre).
• Los métodos numéricos que se emplean para resolver las ecuaciones son una aproximación a la solución exacta. Este punto es fundamental para entender que lo que el modelo numérico nos muestra no es la verdad absoluta. Además, en función de qué técnicas se empleen para resolverlas, estas ecuaciones pueden no ser conservativas y tener infinitas soluciones, o incluso no converger nunca.

Modelos comerciales

En este apartado listamos los modelos numéricos en los que "tan solo" hay que clicar un botón. Es decir, no es necesario introducir código fuente por parte del usuario.

• Flo-2D. Programa de simulación de especializado en inundaciones urbanas, por lo que incorpora la red de drenaje y la posibilidad de utilizar datos pluviométricos. Es un programa de pago.
• FLUMEN. Acrónimo de "FLUvial Numerical ENgine", es una programa de simulación sencillo. Has ido diseñado para plataformas Linux, no se encuentra integrado en un único paquete y requiere de licencia comercial.
• GUAD2D. Programa español diseñado para la evaluación de ondas de crecida. Se trata de un programa bastante sencillo, tanto en su manejo como en los resultados que proporciona. Su uso está sujeto a licencia comercial.
• HEC-RAS. Este programa es una referencia mundial, integrado en un solo paquete y además gratuito. Creado por el US Army Corps Engineers, permite en la actualidad realizar simulaciones uni-dimensionales (1D) y bi-dimensionales (2D) de diferentes procesos hidráulicos, morfológicos y de calidad de aguas (solo disponible para Windows).
• HIVEL2D. Programa diseñado para el estudio de canales cuyo flujo tiene una componente claramente 2D. Aunque no es necesario programar, no se encuentra integrado en una única interfaz.
• HYDRO AS-2D. Modelo comercializado desde Alemania que permite realizar estudios hidráulicos e hidrológicos. Es de pago.
• InfoWorks2D. Paquete totalmente integrado para el análisis de flujos 1D y 2D, incluido el drenaje urbano. Es un programa de pago que puede realizar cálculos con tarjeta gráfica.
• MIKE. Uno de los programas de pago más populares por su versatilidad y enormes capacidades. Siendo MIKE Flood el software destinado al análisis de inundaciones, hay diferentes paquetes que permiten evaluar procesos morfológicos y de calidad de aguas.
• RiverFlow2D. Completo software para sistema operativo Windows. Incluye procesos hidráulicos, hidrológicos, transporte de sedimentos, contaminantes, etc., pero su distribución es bajo coste de licencia.
• RiverGIS. No se trata de un programa de cálculo como tal, sino de un aplicativo para el sistema de información geográfica QGIS. Trabaja en base a HEC-RAS.
• SHR model. Otro modelo americano (desarrollado por la US Bureau of Reclamation) que permite la obtención de un escaso número de variables hidráulicas.
• xp2D. Programa comercial que permite realizar análisis hidráulicos en superficie y en la red de alcantarillado de manera acoplada. También incluye un módulo de cálculo hidrológico.

Modelos investigación

Aquí mostraremos modelos que, aún siendo comerciales, tiene una clara componente de investigación, por lo que su desarrollo está muy ligado a los más recientes avances en modelización numérica en aguas poco profundas.

• BASEMENT. Modelo suizo para la simulación hidráulica y de procesos morfológicos en ríos. Es un modelo gratuito y que funciona en Windows y Linux, pero no es una herramienta integrada en un único software.
• BreZo. Modelo desarrollado por el Grupo de Hidráulica Computacional de la Universidad de California (EEUU), y que es el sucesor de diversos modelos (sin nombre), tanto unidimensionales como bidimensionales. Paralelizado en multi-cores, podía emplear hasta 512 procesadores a la vez (en 2010) con su versión Parrezo. Actualmente parece que esta línea de desarrollo no continua.
• CARPA. Código creado para la simulación de flujos mediante la integración de secciones 1D y áreas 2D. Fue desarrollado por la Universitat Politècnica de Catalunya, y es una de las bases del programa IBER.
• CCHE2D. CCHE es un paquete de programas informáticos para la simulación de diferentes procesos hidráulicos. Es gratuito, pero no se encuentra completamente integrado.
• i-RIC. Software americano nacido de la unión de otros dos módulos de cálculo (USGS y FHRDP Research Center). Se enfoca al estudio hidráulico y transporte de sedimentos en ríos.
• IBER. Herramienta de distribución libre nacida para el cálculo de áreas inundables, pero que en la actualidad dispone de diversos módulos para la evaluación de roturas de presas, transporte de sedimentos, calidad de aguas y procesos hidrológicos. El modelo sigue en continuo desarrollo, y va incorporando nuevos módulos de cálculo gracias a su vinculación científica.
• IPH-A. Modelo brasileño con algo de soleram pero que realiza el cálculo de la hidrodinámica en aguas poco profundas igual que los demás. Se encuentra limitado a mallas rectangulares.
• MODCEL. Programa de de cálculo bidimensional diseñado específicamente para inundaciones urbanas, de modo que incorpora también la la red de drenaje.
• openLISEM. Paquete malayo que engloba diferentes procesos hidráulicos e hidrológicos. Al ser de código abierto, es necesario programar para realizar simulaciones.
• ORSA2D. Programa de cálculo hidrodinámico que nació para el cálculo de inundaciones urbanas. Actualmente tiene diversos módulos de cálculo.
• PARFLOOD. Es un modelo bidimensional que realiza cálculos hidráulicos directamente en tarjetas gráficas (GPU), reduciendo de manera sustancial los tiempos de cálculos. El modelo está destinado para un uso no-comercial y en colaboración con los desarrolladores.
• LISFLOOD-FP. Es un paquete de cálculo hidráulico desarrollado por la Universidad de Bristol (UK) que ha servido de base a otro modelos, tanto comerciales como de investigación.
• SSIIM. Programa noruego enfocado a la enseñanza y a la investigación en los campos de la hidráulica, la hidráulica fluvial y el transporte de sedimentos. Es de código abierto.
• SHYFEM. Programa desarrollado por el equipo ISMAR de Italia. Al ser "opensource" el usuario puede adaptarlos a sus necesidades.
• TELEMAC. Creado por un compendio de socios (muchos de ellos universidades y entes públicos), es un programa de simulación que requiere de conocimientos de programación.
• TURBILLON. Herramienta para la simulación de flujo turbulentos en 2D. Desarrollado en base al amplio conocimiento de diversos investigadores de la Universidad da Coruña. Es uno de los precursores de IBER.
• STAV-2D. Programa desarrollado por nuestro vecinos portugueses que está muy enfocado al transporte de sedimentos. Incluye modelos conceptuales de transporte de sedimentos multicapa, es decir, que tiene en cuenta la estratificación del lecho.

Como se puede comprobar, hay multitud de modelos. Seguro que nos descuidamos de alguno, por lo que os animo a dejar un comentario en post. Si habéis utilizado alguno de estos programas (o los que agreguéis), podéis dejar un comentario valorándolo.