Qom 3D

Niveles alcanzado en calle vs volúmenes de lluvia.

En tiempo de ejecución para cada sumidero se almacenan niveles alcanzados en calle, caudales y volúmenes de agua salida. Entonces, un postproceso permite contrastar niveles de anegamiento con el hietograma de lluvias. Un punto de vista de situación actual y evaluar a futuro acciones a tomar. Esta imagen se desarrolló con los registros almacenados por Qom3D y procesados por R. En abscisas el tiempo transcurrido, en ordenada izquierda los niveles de anegamiento en metros y en ordenada derecha las intensidades de lluvias. Cada trazado de polilíneas representan los niveles temporales en cada punto de ubicación de los sumideros.  

Validación del modelo numérico. Análisis expos. 

Luego de la corrida del modelo considerando eventos de lluvias, migración de escurrimiento a zonas bajas, salida de caudales a través de sumideros, puede observarse como saldo temporal a las zonas anegadas en las microcuencas urbanas. Fenómeno dependiente de las intensidades de lluvias y sus volúmenes.

Fenómeno en hidrología urbana y cuencas interconectadas.

• Cuando la lluvia disminuyó y el caudal aumenta luego de descender pasando por un máximo, significa que ese caudal no proviene de la lluvia local registrada en el hietograma, sino que llega desde otras cuencas como escorrentías retardadas.

• Este análisis es útil porque permite identificar contribuciones externas, evaluar tiempos de concentración, y detectar retardos hidráulicos en sumideros, colectores o canales.

Con el gráfico tenemos:

1. La lluvia en barras representa los mm locales en tiempo real.

2. Las curvas de caudal muestran la respuesta hidráulica de cada sumidero.

3. Las líneas punteadas desde cada Qmax hasta la lluvia van a permitir ver exactamente si un máximo está sincronizado con la lluvia o es rezagado.

En otras palabras, se puede distinguir:

• Reacción directa a lluvia local → Qmax ocurre durante la lluvia.

• Contribución externa / retardos → Qmax ocurre después de la lluvia.

Es una herramienta muy poderosa para análisis de hidrodinámica urbana o flujos acoplados entre cuencas.

Imagen de la cuenca urbana analizada visualizando el MDT y los anegamientos.

En el Modelo Digital del Terreno (MD) se representa en 3D la topografia del area de estudio, el escurrimiento superficial que se logra generar con el modelo numérico 2D. Esto es una captura de pantalla en tiempo de ejecución del software. 

Imagen de la cuenca urbana analizada con anegamiento de calles

Del MDT se representa en 3D la topografia del area de estudio, el escurrimiento superficial que se logra generar con el modelo numérico 2D, se puede representar trasladando los niveles a una imagen de fondo de la ciudad. Esto es una captura de pantalla en tiempo de ejecución del software.

Red de drenaje subterráneo

Se proyecta la red de drenaje en otra capa. Como es una red 3D, para facilitar el entramado se puede recurrir a algún sistema CAD. En el archivo CAD que se genere se asocian las entidades de líneas 3D y textos a los datos de nodos y conductos del modelo 1D de SWMM. Qom3D genera desde el archivo CAD un nuevo archivo de estructura *.inp con formato SWMM. También con el GUI del SWMM puede editarse este archivo que es nativo de el.

Ejido urbano con red de drenaje

Imagen del MDT que permite identificar por relieve las manzanas y las calles.  La representación del ejido urbano a través de los polígonos ayudará  también a controlar que los sumideros están bien ubicados en las calles. Porque? porque los excedentes del agua de lluvia que transitan por las calles son captados por los sumideros y los volúmenes de agua que no se introducen en ellos escurren hacia aguas abajo a otros sumideros y/o terminando en anegamientos locales temporales.

En ejecución y escondiendo la capa del MDT se observa la Red de Drenaje

En la anterior imagen se ve el trazado de la red 1D, en esta imagen se aprecian los conductos con los niveles del fluido alcanzados. Los sumideros en los extremos a niveles de calle indican la salida de los caudales desde el modelo 2D hacia la entrada al modelo 1D.

Representación del escurrimiento superficial en el MDT y la red de drenaje  enterrada por debajo.

Solo para mostrar que van juntos en el cálculo hidrológico-hidrodinámico 2D y 1D y que se reúne la  la condición Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) para un delta de tiempo en el cálculo.

Dos imágenes  producto de definir una sección en tiempo de ejecución.

Los niveles alcanzados en la calle, están definidos por los tamaños y tipos de sumidero y por las condiciones de los parámetros introducidos en el modelo 2D. Respecto al modelo 1D por los tamaños, niveles, estados y características de los conductos de la red 1D y las condiciones de bordes.

3 imágenes de fondo de un mismo fenomeno tiempo-espacio.

Con un evento de precipitación de 30mm en 45 minutos se observa a traves de la simulación numérica, un nivel de anegamiento de 0,27m por encima del sumidero S04-XXX7 ubicado en una avenida. La ubicación visual está en un rectángulo de color amarillo. La primera imagen muestra solamente anegamientos en las calles sin fondo de contraste,  las ubicaciones de los sumideros, así también el trazado de la red de drenaje.

La segunda imagen tiene el fondo del MDT y la tercera imagen tiene de fondo una imagen satelital del tipo Google Earth ambos con el mismo evento descrito anteriormente y mismo punto de vista.

Desnivel abrupto en un canal con 2 disipadores e energía distintos, colchón de agua y sobreelevacio-nes en bloques (rápida).

Hidrodinámica 2D simulando una rápida de 4 m entre altura y fondo del canal, tendiendo 32m de largo y 7m de ancho. En el sector de amortiguamiento tipo colchón de agua hay 2 sumideros que propician salida de agua reduciendo caudales en 0.5m3/s de los 2.5m3/s de entrada. Se representan vectores de velocidades y perfiles transversales y longitudinal.

Edificio con Mitigador de caudales.

Demostración del software Qom3D en una parcela de 10m x 30m de largo donde existe un edificio en altura con un desnivel en el frente por un local de menor altura. En el fondo, un patio donde está el mitigador de caudales que sirve como concepto demostrativo funcional y físico (aunque este es rudimentario). Consiste de un piletón al aire libre donde recibe el agua de lluvia del techo y de la pared trasera en todo su ancho y altura. Los colores blanco a azules indican de menor a mayor profundidad del agua. 

Enlace al artículo matemático base del motor Qom-3D 

CONAGUA 2.013

Aprovechando las tecnologías actuales disponibles provenientes de la industria de los videojuegos y aplicaciones 3D para propósito general se presenta un software de nivel alfa desarrollado con un lenguaje de programación express que permite hacer uso de la computación heterogénea GPU + CPU orientado a resolver problemas de hidráulica e hidrología. El módulo de simulación numérica utilizado es hidrodinámico, de segundo orden, robusto, bien balanceado y destinado a resolver el sistema Saint-Venant en dos dimensiones (2D) para la solución de aguas poco profundas. Permite preservar estados estacionarios como lagos en reposo, pasar de áreas secas a húmedas y viceversa, preserva el cálculo garantizando la positividad de la profundidad del fluido y puede aplicarse a problemas con fuertes cambios de pendientes en zonas cercanas a las variaciones bruscas de fondo sin que manifieste oscilaciones en la solución. Estas características dentro de un entorno gráfico con entrada alternativa a través de un gamepad infieren una herramienta de diseño amigable y didáctica.

CONAGUA 2.017 XXVI Congreso Nacional del Agua QOM, MODELO HIDROLÓGICO SIMPLE PARA ABSTRAER VOLÚMENES DE LLUVIA CONAGUA 2017. CÓRDOBA, ARGENTINA, 2017 

 Modelo numérico hidrológico llamado Qom, tiene como propósito separar y cuantificar los volúmenes de pérdidas y excesos del agua de lluvia caída en una cuenca hidrográfica. La percepción conceptual simplificada del modelo permite reproducir de manera simple aquellos fenómenos físicos intervinientes del complejo ciclo hidrológico. Los resultados se convalidan matemáticamente mediante tres parámetros calibrables y funciones exponenciales que relacionan la evapotranspiración, el agua almacenada en superficie, el agua almacenada en el suelo con los procesos de infiltración y percolación. Qom considera humedad antecedente, es aplicable a cuencas urbanas y rurales, para suelos permeables e impermeables, en dos capas determina los escurrimientos (uno superficial y otro de napa) y considera eventos de lluvias simple y continuo para series de tiempo prolongados de varios años, incluyendo períodos secos y húmedos con registros espaciados en tiempo de minutos hasta un día. La finalidad de este trabajo es contribuir con la predicción de hidrogramas, por lo cual, para los escurrimientos directos, Qom requiere asociarlo a algún modelo de atenuación y tránsito

2.020 Validaciones y Calibraciones de Qom (modelo hidrológico)

La calibración eficiente de modelos hidrológicos permite a los expertos evaluar eventos pasados en cuencas hidrográficas, así como describir nuevos escenarios y predecir posibles inundaciones futuras. Una dificultad en este contexto es la necesidad de ajustar un gran número de parámetros en el modelo para reducir los errores de predicción. En este trabajo, abordamos este problema con dos aportes complementarios. Primero, proponemos un nuevo modelo hidrológico lluvia–escorrentía concentrado, denominado Qom, caracterizado por un conjunto limitado de variables de decisión continuas asociadas con la humedad del suelo y la escorrentía directa. Qom permite separar y cuantificar el volumen de pérdidas y excesos del agua de lluvia que cae en una cuenca hidrográfica, mientras que se utiliza el modelo de Clark para determinar los hidrogramas de salida.