Ventajas de los modelos hidráulicos bidimensionales

Las ventajas de los modelos hidráulicos bidimensionales respecto a la modelización unidimensional (1D), son significativas, ya que permiten que las condiciones de flujo varíen en dos dimensiones en lugar de una, tienen menos simplificaciones internas y requieren un número significativamente menor de suposiciones por parte del modelador.

Los modelos bidimensionales calculan los resultados hidráulicos en ubicaciones dentro de una malla que cubre toda la extensión geográfica de un río y una llanura de inundación. ¿Qué ventajas presentan los modelos hidráulicos bidimensionales como Iber? Las repasamos a continuación.

1. ¿Qué son los modelos hidráulicos bidimensionales?

   Los modelos hidráulicos bidimensionales no son especialmente nuevos, ya que se utilizan desde hace más de 25 años en la hidráulica. Sin embargo, los antiguos modelos 2D requerían usuarios muy experimentados y se utilizaban normalmente en proyectos complejos. Hoy en día, los avances en la informática y en los programas de modelización hidráulica 2D, junto con la mayor accesibilidad de los datos y la llegada al mercado de programas como Iber, hacen que el modelado 2D sea cada vez más popular en el mundo de la modelización de inundaciones.

   A modo de resumen, un modelo hidráulico es una representación digital de un río u otra vía fluvial que se utiliza para analizar el comportamiento hidráulico del sistema. Como es lógico, es imposible reproducir exactamente el mundo real en nuestros ordenadores, por ello tenemos que realizar ciertas simplificaciones.

   Los modelos bidimensionales, como principal simplificación del mundo real, suponen una única velocidad media en la dimensión vertical (profundidad). Esta simplificación interna reduce significativamente la complejidad numérica del problema resultante, produciendo problemas numéricos más manejables.

2. Ventajas de los modelos bidimensionales

   Aunque el objetivo de cualquier modelo hidráulico es simular con la mayor exactitud posible las condiciones reales de flujo, los modelos 2D, donde se engloba Iber, tienen varias ventajas sobre los modelos hidráulicos unidimensionales. Cualquier modelo se basa en suposiciones y simplificaciones que la persona que realiza el modelo (modelador) debe conocer y comprender. Si de alguna manera se quebrantan las suposiciones y se ignoran las limitaciones de los modelos, probablemente se obtenga como resultado una representación inexacta de las condiciones hidráulicas reales. Es necesario conocer las debilidades y fortalezas de los modelos hidráulicos con los que trabajamos.

   Ventajas de los modelos bidimensionales:

   • Menos suposiciones a la hora de crear el modelo hidráulico y menos juicios de valor por parte del usuario producen resultados que son más representativos de las condiciones reales.
   • Para el público no experto, los modelos bidimensionales ofrecen una representación gráfica más intuitiva de los resultados.
   • Representación precisa de condiciones complejas, incluyendo amplias llanuras de inundación, canales sinuosos, canales múltiples, curvas y confluencias, cruces de puentes/carreteras, vías fluviales con mareas y socavación de puentes, entre otras muchas condiciones.
   • Los modelos bidimensionales pueden proporcionar representaciones hidráulicas realistas de las condiciones de flujo en diferentes resoluciones a lo largo del mismo modelo.

3. ¿Cuándo utilizamos los modelos bidimensionales?

   Los modelos 2D deben utilizarse cuando los patrones de flujo son complejos y los supuestos del modelo 1D se vulneran significativamente. Los modelos 2D suelen proporcionar representaciones más precisas de la distribución del flujo, la distribución de la velocidad, la elevación de la superficie del agua, la magnitud de la velocidad, la dirección de la velocidad, la profundidad del flujo y el esfuerzo cortante.
   La utilización de los modelos 2D evita muchas de las suposiciones requeridas por sus homólogos 1D y, como resultado, proporcionan una representación más precisa de las condiciones hidráulicas encontradas en el mundo real. Además, el alto contenido gráfico de los modelos 2D facilita a los modeladores la comunicación de sus resultados y conceptos.
   Los modelos 1D son los más adecuados para los caudales dentro de un canal regular y cuando los caudales de las llanuras de inundación son menores. Para condiciones de crecidas extremas, los modelos 1D suelen proporcionar resultados precisos para anchos de llanura de inundación entre estrechos y moderados.

4. Conclusión

   Debemos tener presente que no se puede asumir que los modelos bidimensionales son mejores simplemente porque requieren más datos y presentan ciertas ventajas. La principal ventaja de los modelos 2D sobre los modelos 1D es que, sobre el papel, proporcionan predicciones más precisas fuera del rango de calibración de los modelos 1D, especialmente en caudales elevados en ríos trenzados.
   Sin duda, hay algunas áreas en las que la modelización 2D puede producir mejores resultados que la modelización 1D, y también, hay situaciones en las que la modelización 1D puede producir resultados tan buenos o mejores que los modelos 2D con menos esfuerzo y requisitos computacionales. Desgraciadamente, hay una gran variedad de situaciones que caen en una zona gris, en las que cada tipo de modelo tiene sus ventajas y difícilmente se puede generalizar, ya que cada caso es muy distinto.