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• Análisis numérico 3D de una rotura de presa utilizando el método VOF y el modelo de turbulencia LES

  E. Sánchez-Cordero, J. Boix, M. Gómez, E. Bladé

  Ingeniería del agua (2018). Vol. 22 (3), pp. 167-176

  
  

  Abstract

  El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en una rotura de presa a escala de laboratorio. La simulación se realizó utilizando el software de dinámica de fluidos computacional (CFD) basado en el método de volúmenes finitos (FVM) – OpenFOAM. En el modelo numérico la turbulencia es tratada con la metodología LES (Large Eddy Simulation) y el método VOF (Volume of Fluid) es usado para la captura de la superficie libre del agua. Los resultados numéricos obtenidos se comparan con datos experimentales publicados haciendo uso de las variables de calado y presión. Los resultados muestran que la configuración del código numérico 3D es capaz de reproducir satisfactoriamente la variación temporal de las variables en estudio, con tendencias correctas y una alta correlación con los valores experimentales.

  Abstract
  El presente trabajo muestra un análisis numérico 3D del comportamiento del flujo de agua en una rotura de presa a escala de laboratorio. La simulación [...]

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• Modelación numérica de flujo mixto en conductos cerrados con esquemas en volúmenes finitos

  J. Aragón, E. Bladé

  Tecnología y ciencias del agua (2017). Vol. VIII (3), pp. 127-142 (Preprint)

  
  

  Abstract

  En este trabajo se presenta un modelo numérico para la simulación de flujo mixto (flujo en lámina libre y flujo en presión) en conductos cerrados a través de las ecuaciones de Saint Venant en una dimensión para flujo en lámina libre y con el método de la ranura de Preissmann para considerar el flujo en presión. Para la resolución de las ecuaciones se emplea el método de los volúmenes finitos con un esquema de alta resolución. El esquema utilizado es el método de Godunov con el Riemann solver de Roe de primer orden de precisión, más unas correcciones de segundo orden para obtener el esquema de alta resolución WAF-TVD. El flujo mixto es un fenómeno bastante común en colectores pluviales, túneles, tuberías de obras de toma de instalaciones hidroeléctricas, llenado/vaciado de tuberías, colectores de almacenamiento, etcétera. La entrada en carga en los conductos se puede generar desde el extremo aguas abajo, desde el extremo aguas arriba y por ambos extremos simultáneamente, siendo la primera la más común y, por lo tanto, la evaluada en este trabajo. Para demostrar la actuación del modelo, éste se aplica a un caso de referencia y a dos ensayos de laboratorio existentes en la literatura técnica. Los resultados obtenidos muestran que el modelo numérico es capaz de reproducir los experimentos con buena precisión. Con ello se demuestra que el modelo es idóneo para simular flujo en lámina libre en régimen lento, rápido y transcrítico (de lento a rápido y de rápido a lento), y flujo mixto.

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  En este trabajo se presenta un modelo numérico para la simulación de flujo mixto (flujo en lámina libre y flujo en presión) en conductos cerrados [...]

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• IberWQ: new simulation tool for 2D water quality modelling in rivers and shallow estuaries

  L. Cea, M. Bermudez, J. Puertas, E. Bladé, G. Corestein, E. Escolano, A. Conde, B. Bockelmann-Evans, R. Ahmadian

  Journal of hydroinformatics (2016). Vol. 18 (5), pp. 816-830

  
  

  Abstract

  The model computes the spatial and temporal evolution of several species and variables which are relevant for the evaluation of the environmental status of rivers and estuaries, including: Escherichia coli, dissolved oxygen, carbonaceous biochemical oxygen demand, organic nitrogen, ammoniacal nitrogen, nitrate–nitrite nitrogen, water temperature and salinity. A depth-averaged transport equation is solved for each variable with a mass conservative unstructured finite volume solver. IberWQ is fully coupled to the hydrodynamic module of the software Iber, a freeware simulation tool for solving the 2D shallow water equations. Both models are integrated in the same windows graphical environment, including several tools which allow the user to generate unstructured meshes adapted to the site topography, define spatially variable input parameters and visualize model outputs. We present four application examples to illustrate the possibilities of the software for the dynamic simulation of water quality in rivers and estuaries.

  Abstract
  The model computes the spatial and temporal evolution of several species and variables which are relevant for the evaluation of the environmental status of rivers and estuaries, [...]

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• A simple and efficient unstructured finite volume scheme for solving the shallow water equations in overland flow applications

  L. Cea, E. Bladé

  Water Resources Research (2015). Vol. 51 (7), pp. 5464-5486

  
  

  Abstract

  This paper presents the Decoupled Hydrological Discretisation (DHD) scheme for solving the shallow water equations in hydrological applications involving surface runoff in rural and urban basins. The name of the scheme is motivated by the fact that the three equations which form the two-dimensional shallow water system are discretised independently from each other and thus, the numerical scheme is decoupled in a mathematical sense. Its main advantages compared to other classic finite volume schemes for the shallow water equations are its simplicity to code and the lower computational cost per time step. The validation of the scheme is presented in five test cases involving overland flow and rainfall-runoff transformation over topographies of different complexity. The scheme is compared to the finite volume scheme ofRoe [1986], to the simple inertia formulation [Bates et al., 2010], and to the diffusive wave model. The test cases show that the DHD scheme is able to compute subcritical and supercritical flows in rural and urban environments, and that in overland flow applications it gives similar results to the second order scheme of Roe with a lower computational cost. The results obtained with the simple inertia and diffusive wave models are very similar to those obtained with the DHD scheme in rural basins in which the bed friction and topography dominate the flow hydrodynamics but they deteriorate in typical urban configurations in which the presence of supercritical flow conditions and small scale patterns boost the relevance of the inertial terms in the momentum equations

  Abstract
  This paper presents the Decoupled Hydrological Discretisation (DHD) scheme for solving the shallow water equations in hydrological applications involving surface runoff in [...]

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• Avances en el análisis del material leñoso en ríos: incorporación, transporte e influencia en el riesgo por inundaciones

  V. Ruiz-Villanueva, A. Díez-Herrero, J. Bodoque, E. Bladé

  Cuaternario y geomorfología (2015). Vol. 29 (3-4), pp. 7-33

  
  

  Abstract

  El transporte y depósito de restos de vegetación en los ríos (troncos o árboles completos, ramas y raíces, material leñoso en general) puede agravar las consecuencias de los eventos de avenida e inundación e incrementar su peligrosidad potencial. Este material puede afectar especialmente a infraestructuras como drenajes, puentes, etc., que intersectan ríos en cuencas montañosas forestadas. Una práctica muy extendida y aceptada hasta hace pocos años ha sido la extracción sistemática de este material leñoso de los cauces como medida de prevención. Sin embargo, se ha demostrado que esta práctica puede resultar inútil (el material es transportado y depositado tras cada inundación), e incluso no beneficiosa para el equilibrio natural del sistema fluvial a largo plazo. Por lo tanto, es necesario gestionar la presencia del material leñoso en los ríos, e integrar su estudio en los análisis de peligrosidad y riesgo por inundación. Sin embargo, en España existen escasos trabajos en los que el material leñoso haya sido objetivo fundamental de estudio y, por tanto, tampoco existe demasiada bibliografía relacionada con esta temática. En este trabajo, se presenta una exhaustiva revisión de los principales métodos empleados para evaluar la peligrosidad de las avenidas e inundaciones que incorporan material leñoso. Asimismo, se propone una metodología integral para estudiar esta carga de detritos leñosos en ríos. En primer lugar, hay que caracterizar la dinámica de incorporación de este material a los cauces. Para ello, es necesario establecer las áreas contribuyentes que pueden aportar el material a los cursos de agua y los procesos que lo incorporan. De este modo, es posible estimar el volumen de madera potencialmente disponible, para lo cual se presenta un modelo numérico que permite la simulación del transporte de carga leñosa junto con la hidrodinámica. Asimismo, se analiza la incidencia de la carga flotante en la peligrosidad y el riesgo por inundaciones. Esta propuesta metodológica se ha puesto en práctica en diversos ríos de la Sierra de Gredos (Sistema Central), presentándose una síntesis de algunos de los resultados principales obtenidos. Como conclusión fundamental, se puede afirmar que una correcta gestión de los ríos requiere a su vez de una apropiada gestión de la vegetación de ribera y el material leñoso transportado y depositado en los mismos; y esta gestión debe encontrar el compromiso para mantener las buenas condiciones ecológicas, reduciendo en lo posible los potenciales riesgos

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  El transporte y depósito de restos de vegetación en los ríos (troncos o árboles completos, ramas y raíces, material leñoso en general) [...]

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• Large wood transport as significant influence on flood risk in a mountain village

  V. Ruiz-Villanueva, J. Bodoque, A. Díez-Herrero, E. Bladé

  Natural Hazards (2014). Vol. 74 (2), pp. 967-987

  
  

  Abstract

  An important issue that is not considered in most flood risk assessments in mountain villages in Spain is the transport of solids associated with the flood flow, in this case, large wood transport. The transport and deposition of this wood in urban areas may be a potentially worse hazard than the flood flow itself. Despite its importance, large wood is a key ecological element in rivers, so removing it could be an unsuccessful approach. Therefore, efforts are needed in the better understanding of wood transport and deposition in streams. To analyse this process, scenario-based 2D hydrodynamic flood modelling was carried out. Since flood risk assessment has considerable intrinsic uncertainty, probabilistic thinking was complemented by possibilistic thinking, considering worst-case scenarios. This procedure obtained a probabilistic flood map for a 500-year return period. Then, a series of scenarios was built based on wood budget to simulate wood transport and deposition. Results allowed us to identify the main infrastructures sensitive to the passing of large wood and simulate the consequences of their blockage due to wood. The potential damage was estimated as well as the preliminary social vulnerability for all scenarios (with and without wood transport). This work shows that wood transport and deposition during flooding may increase potential damage at critical stream configurations (bridges) by up to 50 % and the number of potentially exposed people nearby these areas by up to 35 %.

  Abstract
  An important issue that is not considered in most flood risk assessments in mountain villages in Spain is the transport of solids associated with the flood flow, in this case, [...]

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• Modelización numérica de zonas fluviales inundables

  E. Bladé, L. Cea, G. Corestein

  Ingeniería del agua (2014). Vol. 18 (1), pp. 71-82

  
  

  Abstract

  La modelización numérica del flujo de agua en ríos es una herramienta que ayuda a dar respuesta a la legislación vigente europea y española referida a riesgo de inundación. Los modelos numéricos disponibles actualmente se encuentran en constante evolución. Mientras hace una década la modelización unidimensional era prácticamente la única alternativa, en el presente se han generalizado los modelos bidimensionales y se empiezan a utilizar los tridimensionales. Gracias a las actuales herramientas SIG, los resultados de la modelización numérica se pueden combinar con datos georreferenciados para realizar una cuantificación sistemática del riesgo de inundación. En este proceso existen aún una serie de desafíos como la consideración de los caudales sólidos y sus efectos en la morfología del cauce, una correcta descripción del flujo en puentes y estructuras, la integración de modelos hidrológicos con los modelos hidráulicos para una mejor consideración de las condiciones de contorno, y finalmente la optimización de las herramientas para disminuir los tiempos de cálculo actuales.

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  La modelización numérica del flujo de agua en ríos es una herramienta que ayuda a dar respuesta a la legislación vigente europea y española [...]

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• Two dimensional modelling of large wood transport during flash floods

  V. Ruiz-Villanueva, E. Bladé, A. Díaz-Herrero, J. Bodoque, M. Sánchez-Juny

  Earth surface processes and landforms (2014). Vol. 39 (4), pp. 438-449

  
  

  Abstract

  Large woody material (LW) transported by rivers may be entrapped at critical stream geometry configurations (e.g. bridges) and therefore dramatically increase the destructive power of floods. This was the case in a Spanish mountain river where a flood event with a high degree of LW transport took place in 1997. The aim of this study was to simulate a bridge clogging process and reconstruct the wood deposit patterns, modelling individual pieces of wood moving with the water flow and interacting among them and with the bridge. A two dimensional numerical model was developed to simulate the transport of LW and its effect on hydrodynamics. Different scenarios for the wood transport rate allowed us to study the influence of inlet boundary conditions on bridge clogging. For the studied event, the scenario which best reproduced the bridge clogging effect and flood characteristics was one in which 60% of the total wood entered before the peak discharge. This dropped to 30% at the peak itself, and finally fell to 10% during the recession curve. In addition, the accumulation patterns of LW along the reach were computed and compared with post-event field photographs, showing that the model succeeded in predicting the deposition patterns of wood and those areas prone to form wood jams.

  Abstract
  Large woody material (LW) transported by rivers may be entrapped at critical stream geometry configurations (e.g. bridges) and therefore dramatically increase the destructive [...]

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• Two-dimensional numerical modeling of wood transport

  V. Ruiz-Villanueva, E. Bladé, M. Sánchez-Juny, B. Martí-Cardona, A. Díez-Herrero, J. Bodoque

  Journal of Hydroinformatics (2014). Vol. 16 (5), pp. 1077-1096

  
  

  Abstract

  The transport of wood material in rivers has been the subject of various studies in recent years. Most research has focused on the ecological and geomorphologic role of wood, its recruitment processes and spatial distribution in streams. In this study, we focused on wood transport dynamics, and we have developed a numerical model to simulate wood transport coupled with a two-dimensional (2D) hydrodynamic model. For this purpose, wood drag forces were incorporated as additional source terms into the shallow water equations, which are solved together with wood transport by using the finite volume method. This new tool has been implemented as a computational module into ‘Iber’, a 2D hydraulic simulation software. The new module analyzes the initial motion threshold of wood based on the balance of forces involved in the wood's movement, and computes the position and velocity of differently shaped logs using a kinematic approach. The method also considers the interaction between the logs themselves and between the logs and the channel walls or boundaries. Flume experiments were used in a straight channel with obstructions to validate the model's capacity to accurately reproduce the movement of floating logs.

  Abstract
  The transport of wood material in rivers has been the subject of various studies in recent years. Most research has focused on the ecological and geomorphologic role of wood, [...]

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• Large wood in rivers and its Influence on flood hazard

  V. Ruiz-Villanueva, A. Díez-Herrero, J. Bodoque, E. Bladé

  Cuadernos de investigación geográfica (2014). Vol. 40 (1), pp. 229-246

  
  

  Abstract

  In terms of flood hazard, the presence of large wood (logs, trees, branches and roots) in rivers may aggravate the consequences of flood events. This material may affect infrastructures such as bridges, weirs, etc., especially those intersecting forested mountain rivers. Until recently, a widely accepted practice was to systematically remove wood debris from river channels as a preventive measure. However, studies have shown that this practice may be useless as the material is transported and deposited after each flood and may even not benefit the long term natural balance of the river ecosystem. Therefore, the presence of this woody material in rivers must be managed and included in flood hazard and risk analysis. In this paper we present a comprehensive methodological approach to study the role of large wood in rivers, with a focus on flood hazard. First, to understand the dynamics of wood recruitment, the contributing areas delivering wood to the streams have to be delineated and the recruitment mechanisms studied. Thus, an estimate can be obtained of the potential volume of deliverable wood. To analyse wood transport we present a numerical model, which allows simulates the behaviour of individual pieces of wood together with hydrodynamics. Finally, we analyse the impact of wood on the magnitude of flood events (in terms of water level, flow velocity or flooded areas), using as an example a flood which occurred in December 1997 in the Sierra de Gredos. The results allowed us to reproduce the wood deposit patterns during the event and to reconstruct the bridge blockage. This caused the upstream water level to rise by up to 2 meters and reduced the flow velocity, which favoured debris and sediment deposits. Consequently, the effects of flooding were equivalent to those of a greater magnitude event. This increase in the flood hazard has been numerically quantified.

  Abstract
  In terms of flood hazard, the presence of large wood (logs, trees, branches and roots) in rivers may aggravate the consequences of flood events. This material may affect infrastructures [...]

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