Numerical and experimental modeling of extreme flood waves and inundation zones
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2010
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Abstract
Actualmente, el aumento en la frecuencia de crecidas rápidas y extremas causadas por lluvias invernales, vaciamiento de lagos o tsunamis, hace necesario el cuantificar las variables hidrodinámicas asociadas, como altura de aguas y velocidad, con el objeto de evaluar sus consecuencias y poder elaborar planes de acción adecuados. Este tipo de eventos puede ser modelado utilizando las ecuaciones de aguas someras, las que son comúnmente usadas para describir la dinámica de escurrimientos abiertos, como ríos, lagos o el flujo en zonas cercanas a la línea de costa. El objetivo de esta tesis es obtener una herramienta robusta capaz de representar crecidas rápidas y extremas sobre topografías complejas. Se ha desarrollado una versión extendida en coordenadas curvilíneas del modelo SURF WB (Marche et al., 2007), inluyendo términos fuente asociados a pendiente y a fricción de fondo.
El modelo numérico tiene la habilidad de capturar shocks, manejar la interface seco-mojada y preservar los estados estacionarios. Varios casos de validación han sido simulados, incluyendo geometrías compejas, topografía fuertmente variable y línea de costa móvil, econtrándose excelentes resultados al comparar con soluciones analíticas, de laboratorio y otras soluciones numéricas. Además, se llevaron a cabo experiencias de vaciamiento de estanque en laboratorio, sobre un modelo físico de río a escala 1:60 para probar las habilidades del nuevo modelo al simular un evento extremo sobre topografía real.
Este documento presenta el desarrollo compelto del modelo numérico y los casos de validación aplicados. Los detalles de la experiencia de laboratorio y los resultados de la simulación hecha con el modelo son también mostrados. Los resultados obtenidos muestran que el modelo es una herramienta robusta capaz de representar los procesos de inundación y mejoras son obtenidas al utilizar una discretización ajustada a la forma del dominio de estudio.
El modelo numérico tiene la habilidad de capturar shocks, manejar la interface seco-mojada y preservar los estados estacionarios. Varios casos de validación han sido simulados, incluyendo geometrías compejas, topografía fuertmente variable y línea de costa móvil, econtrándose excelentes resultados al comparar con soluciones analíticas, de laboratorio y otras soluciones numéricas. Además, se llevaron a cabo experiencias de vaciamiento de estanque en laboratorio, sobre un modelo físico de río a escala 1:60 para probar las habilidades del nuevo modelo al simular un evento extremo sobre topografía real.
Este documento presenta el desarrollo compelto del modelo numérico y los casos de validación aplicados. Los detalles de la experiencia de laboratorio y los resultados de la simulación hecha con el modelo son también mostrados. Los resultados obtenidos muestran que el modelo es una herramienta robusta capaz de representar los procesos de inundación y mejoras son obtenidas al utilizar una discretización ajustada a la forma del dominio de estudio.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2010