Modelización hidráulica a partir de datos LiDAR en el río Miera

Abstract

RESUMEN: Se ha de realizar el estudio de inundabilidad de los ríos que circulan por un municipio a efecto de la ordenación del territorio del mismo. En el presente trabajo fin de grado se ha realizado este estudio para un tramo del río Miera a su paso por el municipio de Liérganes, en la comunidad autónoma de Cantabria, y en uno de sus afluentes, el arroyo Porquerizas. El tramo de estudio está comprendido entre el núcleo de Rubalcaba y el barrio Calgar. Se ha considerado que la modelización es adecuada utilizando 77 perfiles transversales. Para la obtención de los datos cartográficos del terreno se ha partido de un vuelo LiDAR, formado por nubes de puntos clasificados. Indicar que en una tercera parte del tramo de estudio el río discurre a lo largo de un núcleo urbano, encajado con constricciones laterales, desarrollándose el resto en zonas de padrerías, con una pendiente media de un 0,8%. Por la margen izquierda discurre paralela y cercana al río la vía de comunicación CA-162. El cauce de nuestro tramo de estudio no es constante, se alternan dos tipos de superficies. El primero está compuesto por afloramientos rocosos, con rocas bastante grandes y pesadas, y el segundo está sobre un lecho de rocas más pequeñas y de cantos rodados. Entre los elementos singulares se destaca la presencia de 5 puentes, de variada tipología, y 3 azudes. En cuanto a la vegetación está constituida por mezcla de árboles y arbustos. Además, por detrás de la vegetación de la margen derecha se encuentran praderías. El objetivo que se plantea es la determinación, con la mejor aproximación posible, de la zona inundable generada por el río Miera, para períodos de retorno de 500, 100, 50, 25, 10 y 5 años. Los programas utilizados para la modelización son HEC-GeoRAS y HEC-RAS. Para la aplicación del HEC-RAS, es necesario el conocimiento de los siguientes datos: geometría del cauce, realizada a través de HEC-GeoRAS, coeficientes de rugosidad, caudal de avenida y condiciones de contorno. La situación que se ha considerado para realizar el estudio se basa en la geometría establecida mediante perfiles transversales, y los datos hidráulicos correspondientes a un único supuesto. La realización de estos cálculos permite analizar la situación del cauce actual, en las zonas de interés, para los diferentes caudales de avenida. En las conclusiones obtenidas, destacar que el conjunto de datos LiDAR utilizado no ha resultado tan completo como se indicaba en las especificaciones en cuanto a cobertura y bondad de la clasificación. Por este motivo se ha tomado la decisión de formar el modelo digital de terreno a partir de las alineaciones creadas en base a la nube de puntos y los perfiles de control, creándose así un modelo de terreno discreto y no continuo como se pretendía. Indicar también que la obtención de los valores de rugosidad de Manning, necesarios para el cálculo hidráulico, se ha realizado de forma continua en base a la cartografía a escala 1:5.000 autonómica. Además ha sido necesaria la obtención de la cuenca vertiente en el punto de interés, situado en el extremo aguas abajo de la zona de trabajo, para obtener los caudales de los distintos períodos de retorno. Esta delimitación se hizo por varios métodos para contrastar valores, los cuales han sido coherentes. En relación a los resultados del estudio hidráulico se presentan las siguientes conclusiones. Para el caudal de avenida de 500 años de período de retorno se producen inundaciones entre las cuales cabe destacar aguas arriba del Azud-1 y del Azud-2, así como la inundación que afecta a la estación depuradora, situada en el perfil 14. Para el caudal de avenida de 100 años de período de retorno se reduce la extensión lateral de las zonas inundadas con respecto a la del caso anterior, las situaciones conflictivas para T=500 años se siguen manteniendo pero con menor rango de peligrosidad y de posibles causas de daños. Por último para el caudal de avenida de 5 años de período de retorno, se reduce la cota de la lámina de agua, por lo que las manchas de inundación se ven disminuidas en su extensión lateral con respecto a los dos casos mencionados antes.

ABSTRACT: It has to make the flooding study for rivers in the township to do the spatial planning in the area. In this final project, the flooding study has been made for a stretch in the Miera river in Liérganes township, in Cantabria. The stretch is contained between Rubalcaba and neighbourhood Calgar. The modelling has been considered appropriate using 77 cross profiles. To obtain cartographical data for terrain, it has based on a LiDAR flight, the flight is form by classified point clouds. Indicate that 1/3 of the stretch flow through the city centre, the river flow fitted with side constraints, the rest of the stretch flow through meadows, the river has an average slope of 0,8%. On the left bank, the road CA-162 runs parallel and near the river. The riverbed in the study stretch is not continuous, it has alternated two types of surfaces. First, the riverbed is compound with big and heavy rocks, and second the riverbed is compound with smaller rocks and boulders. Some special elements are 5 bridges with different typology and 3 weirs. As for vegetation, it is form with a mix of trees and shrubs. As well as, behind the right bank vegetation there are meadowlands. The objective is to get the inundation area which is generated by the Miera river, for return periods of 500, 100, 50, 25, 10 y 5 years. Programs used to model are HEC-GeoRAS y HEC-RAS. To implementation of HEC-RAS is necessary to know the following information: riverbed geometry, which is made in HEC-GeoRAS, roughness coefficients, flood flows and boundary conditions. The situation which has been considered for the study is base on the cross profiles geometry and hydraulic data related to an only assumption. The realization of these calculations allow for analyze the situation of the current riverbed, for different flood flows. In the conclusions, emphasize that the LiDAR data used has not been as full as stated in the specifications related to coverage and classification. For this reason it has taken the decision to form the digital terrain model from alignments which are form based on the point cloud and control profiles, creating a discrete model instead of continuous. Indicate too, that obtaining of roughness Manning values, which are necessaries to do the hydraulic calculation, it has been done in continuous form in base on autonomous cartography in scale 1:5.000. In addition, it has been necessary obtaining of basin in the point of interest, which is situated at the downstream end of the study area, to obtain the flood flows. This process it has been done twice and both results are coherent. Regarding the hydraulic study results, the following conclusions are presented. As for the flood flow of 500 years, it has been produced floods which include upstream of weir 1 and 2, as well as the flooding that affects the water treatment plant located in the profile 14. As for the flow of 100-year-flood return period, it has reduced the side expanse of the flood area is reduced relative to the previous case. The troubled situations for the previous flow are still maintained but with less danger and range of possible causes of damage. Finally, regarding the flow of 5-year-flood return period, it has reduced the elevation of the water surface, so the flood spot decreases in its lateral extension relative to the previous case above.