Software especializado en cálculos hidráulicos en lámina libre

Este post trata sobre una pregunta que suelen realizar muchos alumnos y muchos profesionales que empiezan a trabajar en el sector de la Hidráulica. ¿Qué software es mejor o más recomendable para realizar cálculos hidráulicos en lámina libre (ríos, canales, etc.)?

Como ya supondréis y como normalmente ocurre para este tipo de preguntas, no hay una única respuesta, sino que depende de los objetivos, finalidades y requerimientos de cada usuario. Por ello, en este post se van a recomendar varios programas informáticos que realizan satisfactoriamente los cálculos hidráulicos, tanto gratuitos como de pago, que suele ser la siguiente pregunta que se suele realizar. Haré una breve reseña de cada uno de ellos, porque sino este post podría contener demasiada información. Para el que esté interesado en obtener más información de alguno de ellos, se puede pinchar en los iconos de cada programa que os permitirá acceder a las correspondientes páginas oficiales.

Entre los programas gratuitos se encuentran los siguientes:

HEC-RAS (Hydrological Engineering Center – River Analysis System), el “archiconocido”  y más veterano programa de modelización hidráulica desarrollado por la USACE. Es un programa de modelización hidráulica unidimensional compuesto por 4 tipos de análisis en ríos: modelización de flujo en régimen permanente, modelización de flujo en régimen no permanente, modelización del trasporte de sedimentos y análisis de calidad de aguas.

Nos permite simular flujos en cauces naturales o canales artificiales para determinar el nivel del agua por lo que su objetivo principal es realizar estudios de inundabilidad y determinar las zonas inundables. Consta de distintos módulos y extensiones que se han desarrollado a lo largo de los años para facilitar a los usuarios el desarrollo de los cálculos hidráulicos y poder trabajar con los resultados en GIS y CAD.

Hay que destacar que la última versión de este programa, HEC-RAS 5.0 realiza modelización hidráulica bidimensional, lo que ocurre es que todavía no he podido probar mucho esta nueva versión, ya que es bastante reciente, pero parece que los usuarios que lo han probado están bastante contentos.

IBER, es un modelo matemático bidimensional para la simulación del flujo en lámina libre y procesos de transporte en ríos y estuarios, desarrollado en colaboración por el Grupo de Ingeniería del Agua y del Medio Ambiente, GEAMA (Universidad de A Coruña, UDC) y el Instituto FLUMEN (Universitat Politècnica de Catalunya, UPC, y Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería, CIMNE), en el marco de un Convenio de Colaboración suscrito entre el CEDEX y la Dirección General del Agua. El modelo Iber surgió inicialmente como respuesta al interés mostrado por el Centro de Estudios Hidrográficos del CEDEX en disponer de una herramienta que facilite la aplicación de la legislación sectorial vigente en materia de aguas, especialmente en los requerimientos derivados de la Directiva Marco del Agua, la Instrucción de Planificación Hidrológica, la Directiva de Inundaciones o el Plan Nacional de Calidad de las Aguas.

El modelo Iber consta principalmente de 3 módulos de cálculos hidráulicos: un módulo hidrodinámico, un módulo de turbulencia y un módulo de transporte de sedimentos; a los que se han ido añadiendo otros módulos. Todos los módulos trabajan sobre una malla de volúmenes finitos formada por elementos triangulares o cuadriláteros. En el módulo hidrodinámico, que constituye la base de Iber, se resuelven las ecuaciones de aguas someras bidimensionales promediadas en profundidad, las denominadas ecuaciones de St. Venant 2D.

A partir de aquí, nombraré algunos programas de modelización hidráulica que son de pago, aunque alguno de ellos tienen versiones de prueba gratuitas o licencias académicas que son más baratas:

GUAD 2D, es un software desarrollado por la empresa INCLAM. Es un modelo bidimensional de simulación hidráulica diseñado para el análisis de ondas de avenida provocadas por la lluvia o por la destrucción gradual o espontánea de presas y muros de contención de grandes depósitos de agua. Se organiza en 3 módulos: GuadCreator, es el paso previo al Guad2D; Guad2D, es el módulo matemático que simula mediante algoritmos numéricos de volúmenes finitos; y el GuadView, con capacidades GIS permite el análisis de los resultados del cálculo.

A partir de las simulaciones obtenidas es capaz de representar láminas de nivel, calado y velocidad para ser visualizado y analizar los datos de cada una de las celdas de la simulación.

MIKE, es un paquete integrado de diferentes programas para realizar cálculos hidráulicos desarrollado por la empresa DHI. El primero y más conocido de estos programas es MIKE 11. Con el río como punto de partida, se puede utilizar MIKE 11 para el diseño, gestión y funcionamiento de ríos y sistemas de canales. Su análisis se puede ampliar para incluir transporte de sedimentos y calidad del agua. MIKE 11 también permite ampliar su estudio para incluir los procesos de la cuenca hidrográfica, tanto en un modelo simple de lluvia-escorrentía como en un modelo detallado de agua subterránea agua superficial, utilizando MIKE SHE. La utilización combinada de MOUSE y MIKE 11 permite la modelización más moderna de redes de saneamiento y aguas receptoras.

Por un lado, también cuenta con MIKE 21C que es un sistema de modelización curvilineal en dos dimensiones para la predicción de cambios morfológicos en ríos y estuarios. Por otro lado  también cuenta con MIKE 21 para la modelización de costas y zonas marinas. Y también han desarrollado MIKE FLOOD que es un sistema de modelización que acopla los modelos 1D y 2D MIKE 11 y MIKE 21  para análisis de inundaciones y avenidas.

SOBEK, es un paquete de modelización hidráulica desarrollado por Deltares. Es un software de modelización numérica 1D/2D de flujo en ríos, canales urbanos y/o rurales, tuberías; con capacidad de resolver las ecuaciones que describen el flujo no permanente, la intrusión salina, transporte de sedimentos, morfología y calidad del agua. En Sobek, se pueden simular y resolver problemas de cálculos hidráulicos en la gestión de ríos, como protección contra inundaciones, diseño de canales, sistemas de riego, calidad del agua, navegación y dragados.

Por no hacer eterno este post, nombraré algún programa más, pero sin extenderme en su descripción, por si alguno quiere investigar más sobre ellos. Estos modelos son: Infoworks (Innovyze), Flow3D (Flow Science), RiverFlow2D (Hydronia LLC) y Flo-2D (Flo-2D Software).

Autor: Miguel de Blas, profesor del Máster en Diseño, Construcción y Explotación de Obras Hidráulicas