{"id":94783,"date":"2009-03-07T00:00:00","date_gmt":"2009-03-07T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/simulacion-numerica-bidimensional-de-procesos-hidrologicos-e-hidraulicos-sobre-lecho-irregular-deformable\/"},"modified":"2009-03-07T00:00:00","modified_gmt":"2009-03-07T00:00:00","slug":"simulacion-numerica-bidimensional-de-procesos-hidrologicos-e-hidraulicos-sobre-lecho-irregular-deformable","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/hidrologia\/simulacion-numerica-bidimensional-de-procesos-hidrologicos-e-hidraulicos-sobre-lecho-irregular-deformable\/","title":{"rendered":"Simulaci\u00f3n num\u00e9rica bidimensional de procesos hidrol\u00f3gicos e hidr\u00e1ulicos sobre lecho irregular deformable"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Alberto Serrano Pacheco <\/strong><\/h2>\n<p>La simulaci\u00f3n num\u00e9rica tiene como objetivo ofrecer informaci\u00f3n \u00fatil acerca de un problema determinado y para conseguirlo es necesario encontrar o desarrollar el modelo matem\u00e1tico que mejor represente el proceso f\u00edsico estudiado. Cuando se asume que un modelo matem\u00e1tico puede aproximar bien la realidad de ese proceso se debe de buscar la herramienta matem\u00e1tica que mejor resuelva la ecuaci\u00f3n o sistema de ecuaciones que lo componen. Un buen m\u00e9todo num\u00e9rico debe de resolver con exactitud el modelo matem\u00e1tico en casos con soluci\u00f3n exacta. S\u00f3lo as\u00ed es posible determinar la validez del modelo matem\u00e1tico cuando se aplica a un caso real.  en la primera parte de esta tesis el problema f\u00edsico de inter\u00e9s es la hidrodin\u00e1mica del flujo de l\u00e1mina libre con fondo  deformable para la simulaci\u00f3n de procesos hidrol\u00f3gicos e hidr\u00e1ulicos.  Estos fen\u00f3menos son de especial inter\u00e9s desde del punto de vista medioambiental y de la gesti\u00f3n de los recursos h\u00eddricos. El conjunto de aspectos a tener en cuenta si se decidiera buscar un modelo de gesti\u00f3n integrada que no excluyera ninguno es inabarcable hoy en d\u00eda. Incluso en este trabajo, centrado en desarrollar una herramienta que contempla los fen\u00f3menos m\u00e1s importantes, es necesario apoyarse continuamente en relaciones emp\u00edricas dada la gran cantidad de informaci\u00f3n necesaria, que puede ser geomorfol\u00f3gica, atmosf\u00e9rica, usos del suelo, entre otros.  simplificadamente, se puede decir que cuando se produce un evento de precipitaci\u00f3n, parte del agua es absorbida por la vegetaci\u00f3n, otra se infiltra en el terreno y  otra se almacena en irregularidades que se encuentran en el terreno. Si la totalidad del agua retenida no se evapora y se produce una aportaci\u00f3n continuada, el agua fluye hacia las zonas m\u00e1s bajas de la cuenca hidrol\u00f3gica, dando lugar a zonas de remanso y produciendo una erosi\u00f3n. La erosi\u00f3n producida por esta escorrent\u00eda puede da\u00f1ar la integridad estructural de los suelos dependiendo de los usos del suelo, la pendiente, la intensidad y las precipitaciones entre otros factores. La ocurrencia de lluvias intensas causa el aumento de los caudales en los cauces que constituyen la red de drenaje natural de la cuenca.  Estos aumentos de caudal son conocidos como crecidas y, eventualmente, pueden alcanzar grandes dimensiones, en forma de riadas que causan da\u00f1os en las riberas.  Para implementar medidas de prevenci\u00f3n y mitigaci\u00f3n de las crecidas es necesario el conocimiento de la magnitud, la evoluci\u00f3n, el tiempo y la probabilidad de ocurrencia todos los eventos involucrados.  para la estimaci\u00f3n de la relaci\u00f3n precipitaci\u00f3n-escorrent\u00eda se han desarrollado modelos que faciliten la obtenci\u00f3n de valores del caudal en un cauce a partir de informaci\u00f3n de precipitaci\u00f3n disponible. La clasificaci\u00f3n de los diferentes modelos de simulaci\u00f3n hidrol\u00f3gica depende de la forma en que estos modelos consideran la estructura espacial de la cuenca, la estructura espacial de la red de drenaje, la manera en que consideran la variabilidad espacial de la precipitaci\u00f3n, las caracter\u00edsticas de la cuenca y el car\u00e1cter distribuido de los resultados. Existen dos clasificaciones: los modelos agregados y los modelos distribuidos conceptuales o f\u00edsicos.    los modelos agregados, como $hec-hms$, son aquellos en los cuales la cuenca se divide en diferentes subcuencas y se trata como un conjunto de elementos. Generan un hidrograma a la salida de cuenca, que se obtiene mediante la agregaci\u00f3n de hidrogramas definidos para cada subcuencas. Los modelos distribuidos conceptuales, como $topmodel$, establecen un esquema conceptual para la producci\u00f3n y se apoyan en la discretizaci\u00f3n para considerar la variabilidad espacial de los datos de la precipitaci\u00f3n y de los par\u00e1metros de la cuenca. Estos modelos son extremadamente simples y no incluyen procesos f\u00edsicos.  los modelos modelos distribuidos f\u00edsicos toman en cuenta en el an\u00e1lisis hidrol\u00f3gico la interacci\u00f3n entre el flujo superficial y el subterr\u00e1neo, fundamental en el an\u00e1lisis hidrol\u00f3gico, ya que el flujo subterr\u00e1neo constituye un aporte al flujo superficial cuando el nivel fre\u00e1tico esta cercano al nivel superficial. Existe un amplio abanico de posibilidades a la hora de escoger el modelo que represente los flujos.   en el campo de la irrigaci\u00f3n con avances de agua lentos, donde la infiltraci\u00f3n consume una gran parte del volumen del agua. Diferentes autores resuelven le flujo superficial mediante el modelo de onda difusiva. Igualmente analizaron el acoplamiento de flujo superficial\/subsuperficial en modelos promediados en la vertical, aplicando el esquema tvd-maccormack a las ecuaciones de aguas poco profundas para el flujo superficial y el esquema est\u00e1ndar de maccormack para la resoluci\u00f3n de las ecuaciones de boussinesq para acu\u00edferos confinados.  durante el proceso de escorrent\u00eda en un evento de precipitaci\u00f3n se puede presenta el proceso de erosi\u00f3n\/sedimentaci\u00f3n donde es de especial inter\u00e9s la concentraci\u00f3n de los sedimentos que viajan superficialmente. Se han desarrollado diferentes modelos de deposici\u00f3n y erosi\u00f3n para el flujo superficial durante eventos de precipitaci\u00f3n, unos basados en principios f\u00edsicos y otros de base emp\u00edrica. Cite{lopes1988} presentaron un modelo de procesos de sedimentaci\u00f3n para su aplicaci\u00f3n en peque\u00f1as cuencas, basado en principios f\u00edsicos en estado estacionario. Experimentalmente se han determinado el tama\u00f1o m\u00e1ximo transportado de part\u00edcula de sedimento por una l\u00e1mina muy peque\u00f1a de agua para caracterizar el transporte en laderas. Estos experimentos fueron realizados incluyendo el impacto del sobre la superficie del suelo, ya que puede constituir una fuente de sedimentos importante. Las relaciones entre el proceso de sedimentaci\u00f3n, el flujo superficial y el flujo subsuperficial mostraron la complejidad de los fen\u00f3menos y su dependencia de las propiedades del suelo. El uso del suelo es una variable de gran relevancia.   en la segunda parte de esta tesis el problema f\u00edsico de inter\u00e9s es el deslizamiento de materiales en laderas. Adem\u00e1s de generar crecidas, las precipitaciones intensas pueden llegar a generar condiciones de humedad en el suelo capaces de provocar deslizamientos o flujos de lodos.  Estos flujos causan grandes da\u00f1os estructurales, entre otros, si se producen cerca de asentamientos humanos.  Los flujos generados se describen con leyes reol\u00f3gicas que dependen de las caracter\u00edsticas del material que se encuentra fluyendo, con una densidad variable en el espacio y en el tiempo.  Estos flujos de lodo o deslizamientos pueden llegar a ser m\u00e1s destructivos que las inundaciones, ya que su capacidad de arrastre es mucho mayor que la del flujo de agua.    los deslizamiento representan uno de las amenazas m\u00e1s destructivas en la naturaleza.  Estos fen\u00f3menos est\u00e1n asociados no s\u00f3lo debido a la gran cantidad de material involucrado si no tambi\u00e9n al da\u00f1o potencial de crecidas cuando ocurren cerca de grandes masas de agua.  Las ondas generadas por los deslizamientos en estas masas de agua puede ser m\u00e1s violentas y devastadores que las causados por eventos meteorol\u00f3gicos de inundaci\u00f3n.  En esta parte del trabajo est\u00e1 centrada en el inter\u00e9s de modelar este tipo de ondas mediante una t\u00e9cnica num\u00e9rica capaz de resolver las ecuaciones que las gobiernan.  un modelo de flujo superficial con un coste computacional aceptable y con una capacidad aceptada para capturar los fen\u00f3menos esenciales involucrados  son las ecuaciones de aguas poco profundas. Las ecuaciones de masa y momento, m\u00e1s la ecuaci\u00f3n del lecho pueden resolverse desacopladamente de una forma secuencial, definiendo el movimiento del fondo externamente y como una funci\u00f3n conocida. La masa deslizante se considera r\u00edgida en este caso y con propiedades f\u00edsicas uniformes.   otra posibilidad es describir los fen\u00f3menos involucrados asumiendo que el flujo se compone de dos capas de fluidos incompresibles e inmiscibles, con un capa de lodo altamente concentrada en la zona inferior y otra capa de agua limpia en la zona superior. El movimiento de ambas capas queda gobernado por un modelo de presi\u00f3n hidrost\u00e1tica, basado en las ecuaciones bidimensionales para aguas poco profundas. El movimiento de la ladera se caracteriza asumiendo que el material que la compone se comporta con una reolog\u00eda semejante al modelo de bingham. En esta configuraci\u00f3n el modelo ha de ser especialmente cuidadoso con los t\u00e9rminos fuente que aparecen fruto de la estatificaci\u00f3n y del modelo de viscosidad.                                el modelado num\u00e9rico de flujos de superficie libre con transporte de sedimentos, involucrando flujo transitorio y dominios variables en el tiempo, es un reto para la comunidad cient\u00edfica. En la tercera parte de esta tesis se estudia este fen\u00f3meno de gran importancia en la hidr\u00e1ulica fluvial. El transporte de sedimentos es de vital importancia en la conservaci\u00f3n, desarrollo y utilizaci\u00f3n de los recursos suelo y agua. Uno de los principales inconvenientes que presenta el estudio del transporte de sedimentos es que dicho fen\u00f3meno es dif\u00edcil de observar en entornos naturales, ya que los efectos de sedimentaci\u00f3n\/erosi\u00f3n se producen en escales temporales grandes. Resulta complicado y costoso realizar estudios de casos reales en laboratorios mediante modelos a escala. La simulaci\u00f3n num\u00e9rica aparece como una herramienta eficiente y necesaria.  existe un n\u00famero de trabajos previos que involucran el lecho m\u00f3vil en el contexto de las ecuaciones de navier-stokes promediadas en la vertical. Cite{olsen1999} extrapol\u00f3 los resultados obtenidos con una malla de c\u00e1lculo bidimensional describiendo tridimensionalmente el flujo, incluyendo la ecuaci\u00f3n de convecci\u00f3n\/difusi\u00f3n para la concentraci\u00f3n del sedimento.   diferentes autores han abordado este problema mediante la aproximaci\u00f3n num\u00e9rica del sistema formado por las ecuaciones de aguas poco profundas y la ecuaci\u00f3n de exner para el transporte de sedimentos.  Hudson propuso cinco formulaciones diferentes del problema, cuya soluci\u00f3n se aproxima mediante distintos esquemas num\u00e9ricos: versi\u00f3n adaptada del esquema de lax-fredrichs, esquema cl\u00e1sico de lax-wendroff, esquema de mccormarck, esquema de roe, as\u00ed como esquemas de alto orden que verifican la propiedad tdv (total variation dimishing).   la experimentaci\u00f3n realizada en la \u00faltima d\u00e9cada en este campo ha supuesto una revoluci\u00f3n en la definici\u00f3n de los par\u00e1metros que definen el  transporte dando lugar a una nueva generaci\u00f3n de relaciones de cierre para el sistema de ecuaciones diferenciales.  Las ecuaciones que describen los flujos  transportados (en el lecho o suspendidos) pueden formularse utilizando modelos m\u00e1s complejos, que a diferencia de los modelos tradicionales,  incluyen la variabilidad de la densidad en el espacio y en el tiempo  y modelos de presi\u00f3n que incluyen la distribuci\u00f3n del  material  siguiendo modelos multicapa en la vertical. La generaci\u00f3n de nuevos y complejos sistemas de ecuaciones ha dado lugar a  la necesidad de desarrollar nuevas herramientas computacionales que ayuden a la soluci\u00f3n de manera precisa y r\u00e1pida de estos fen\u00f3menos.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Simulaci\u00f3n num\u00e9rica bidimensional de procesos hidrol\u00f3gicos e hidr\u00e1ulicos sobre lecho irregular deformable<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Simulaci\u00f3n num\u00e9rica bidimensional de procesos hidrol\u00f3gicos e hidr\u00e1ulicos sobre lecho irregular deformable <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Alberto Serrano Pacheco <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Zaragoza<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 03\/07\/2009<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Pilar Garc\u00eda Navarro<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: elena V\u00e1zquez cend\u00f3n <\/li>\n<li>ignacio Villanueva lacabrera (vocal)<\/li>\n<li>Javier Burguete tolosa (vocal)<\/li>\n<li>Santiago Beguer\u00eda portugues (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Alberto Serrano Pacheco La simulaci\u00f3n num\u00e9rica tiene como objetivo ofrecer informaci\u00f3n \u00fatil acerca de un problema determinado 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