Flujos de trabajo comunes de simulación de inundaciones

Una capa de simulación de inundación define un escenario que se ejecutará en un área de interés dentro de una escena. La capa especifica los volúmenes de agua entrante provenientes de la lluvia, los puntos de origen del agua y las profundidades iniciales del agua, y puede incorporar otros elementos que redirigen el agua, como canales, barreras y propiedades de infiltración. Cada simulación se ejecuta afrontando el terreno y las entidades de la escena para poder usar la visibilidad de capa, consultas de definición y superficies de elevación anteriores y posteriores para investigar numerosos escenarios. Este tema describe flujos de trabajo de ejemplo que muestran la forma en que se puede utilizar la simulación de inundaciones.

Todos los escenarios de simulación de inundaciones requieren que usted cree una escena que contenga el mundo 3D sobre el que se moverá el agua. Esto incluye una superficie de elevación del suelo y cualquier elemento vectorial 3D importante que afecte al flujo del agua, como edificios y muros de presas. Se recomienda encarecidamente revisar cuidadosamente la superficie de elevación para eliminar anomalías y errores que afecten al flujo del agua, como puentes, automóviles o árboles que podrían haber sido capturados en un DEM creado a partir de LIDAR. Al ejecutar la simulación de inundación, esta utilizará el contenido de la escena directamente, tal como se muestra.

Nota:

Los resultados analíticos mostrados por la simulación se pueden exportar como rásteres temporales para su uso posterior en flujos de trabajo SIG, como hacer mapas, identificar áreas de interés y generar informes.

Modelar una tormenta usando tasas de precipitación que varían con el tiempo

Un escenario sencillo consiste en modelar cómo fluirá y se acumulará el agua procedente de la lluvia dentro de un área de interés. Este escenario se puede ejecutar en cualquier lugar de la escena, ya sea en modo de vista local o global. Comience con una escena que contenga capas relevantes, como una superficie de suelo y edificios, y navegue con la cámara hasta la ubicación que desea analizar.

1. Asegúrese de que haya una escena 3D activa.
2. En el grupo Flujos de trabajo de la pestaña Análisis, expanda la galería de plantillas desplegable Simulación y seleccione la opción predefinida Precipitaciones .

   La barra de herramientas de simulación para definir el área de interés aparece en la parte inferior de la escena 3D, y la herramienta de creación Ubicación centrada está activa de forma predeterminada, pero se puede utilizar cualquiera de las herramientas de creación.

3. Haga clic en el centro del área de estudio deseada, mueva el ratón hacia afuera, pulse la tecla R para abrir el control Radio, establezca el valor en 2000 m y pulse Intro.
4. En la barra de herramientas de simulación, haga clic en el botón Creación de simulación en área .

   Se agrega una nueva capa de simulación a la escena en la categoría Simulaciones del panel Contenido.

5. Haga clic en la pestaña Simulación para revisar las propiedades actuales de la capa de simulación.

   Nota:

   • El Tamaño de celda es de 1 metro.
   • La Duración es de 1 hora.
   • Las Precipitaciones/hora son de 40 mm.

6. En la pestaña Simulación, en el grupo Configuración, establezca el valor de Duración en 00:30:00 (30 minutos).
7. En el grupo Compilar, haga clic en el botón Ejecutar .

   Los valores de elevación se extraen del contenido visible en la escena, el valor de tiempo Actual empieza a avanzar y el agua comienza a moverse y acumularse dentro del área de interés. Mueva la cámara dentro y alrededor de la escena para observar más de cerca el movimiento del agua.

8. Haga clic en el botón Pausa en el grupo Reproducción.

   El valor de tiempo Actual deja de avanzar y el movimiento del agua se detiene.

9. En el panel Contenido, haga clic derecho en la capa de simulación y haga clic en el botón Configuración para abrir el panel Configurar simulación.
10. En la tabla Tasa de precipitación, haga clic en Dividir.
11. En la primera fila, establezca el valor de Tasa en 5 y las Unidades/hora en pulgadas (pulg).
12. En la segunda fila, establezca el valor de Tasa en 0,5 pulgadas.
13. Vuelva a hacer clic en Dividir.
14. Establezca la Tasa para esta nueva tercera fila en 0,1 pulgadas.
15. Haga clic en Aplicar.
16. En el grupo Compilar de la pestaña Simulación, haga clic en el botón Ejecutar .

    La simulación se ejecuta con precipitaciones extremas durante 15 minutos, seguidas de una reducción del caudal de agua durante los 15 minutos restantes a medida que pasa la tormenta hipotética.

17. Una vez que la simulación se haya reproducido por completo, haga clic en los botones Paso atrás y Paso adelante en el grupo Reproducción de la cinta Simulación para moverse y explorar los momentos almacenados en caché para la simulación.
18. Si lo desea, exporte el análisis a datos ráster haciendo clic en el botón Resultados del análisis en el grupo Exportar de la pestaña Simulación.
19. En el panel Exportar simulación, configure la Ubicación en una carpeta en su equipo local.
20. Haga clic en Exportar.

Ahora tiene una representación visual de dónde fluye y se acumula el agua durante una tormenta breve pero violenta. Puede seguir experimentando con diferentes tasas de precipitación y otras áreas de interés. Los datos ráster exportados se pueden utilizar con herramientas de geoprocesamiento estándar, como la caja de herramientas Análisis ráster y las funciones de geoprocesamiento Superposición, para comprender mejor la gravedad y el alcance del impacto.

Modelar la ventilación controlada de una presa

En este escenario, utilizará un punto de fuente de agua para crear una ubicación específica donde se agrega el flujo de agua a la simulación. Esto resulta útil para muchos casos de uso, como ventilar una presa a un ritmo determinado, representar una tubería de agua rota o modelar la llegada de agua desde regiones aguas arriba del área de interés.

1. Asegúrese de que haya una escena 3D activa.
2. En el grupo Flujos de trabajo de la pestaña Análisis, expanda la galería de plantillas desplegable Simulación y seleccione la opción predefinida Fuente de agua .

   La barra de herramientas de simulación para definir el área de interés aparece en la parte inferior de la escena 3D, y la herramienta de creación Ubicación centrada está activa de forma predeterminada, pero se puede utilizar cualquiera de las herramientas de creación.

3. Haga clic en el centro del área de estudio deseada, mueva el ratón hacia afuera y haga clic de nuevo para establecer la extensión general.

   Sugerencia:

   La parte delantera del muro de una presa, o una posición en su aliviadero, son buenos candidatos para esta ubicación, aunque el análisis se puede realizar en cualquier lugar.

4. En la barra de herramientas de simulación, haga clic en el botón Creación de simulación en área .

   Se agrega una nueva capa de simulación a la escena en la categoría Simulaciones del panel Contenido. Contiene un único punto de fuente de agua en su centro.

5. Haga clic en la pestaña Simulación para revisar las propiedades actuales de la capa de simulación.

   Nota:

   • El Tamaño de celda es un factor de la extensión.
   • La Duración es de 1 hora.
   • Las Precipitaciones/hora son de 40 mm.

6. En la pestaña Simulación, en el grupo Configuración, establezca el valor de Duración en 00:12:00 (12 minutos).
7. En el grupo Región, haga clic en Modificar .

   Aparecen los manipuladores de selección. Si no son visibles, haga clic en el botón Acercarse a la simulación para ver toda el área de interés.

8. Utilice los controladores de edición en pantalla para mover el área de interés de modo que el punto de la fuente de agua esté cerca del borde del área de simulación, pero aún dentro, para incluir más flujo de agua aguas abajo esperado.
9. En la barra de herramientas de simulación, haga clic en el botón Creación de simulación en área .

   La vista se actualiza para reflejar este nuevo límite de área de interés.

10. En el panel Contenido, expanda la lista de subelementos para ver los nodos en el grupo Fuentes de agua.
11. Haga clic derecho en Fuente de agua 1 y haga clic en Modificar .

    Aparece la superposición de modificación, titulada Fuente de agua 1.

12. En la superposición, cambie el valor de Tasa a 200 y haga clic en la marca de verificación verde para aplicar el cambio.
13. En el grupo Compilar de la pestaña Simulación, haga clic en el botón Ejecutar .

    El agua empieza a emerger del lugar a una velocidad de 200 metros cúbicos por segundo.

    Nota:

    Las fuentes de agua se manejan como una sola celda. Para una simulación de tamaño de celda de 1 metro, se aplica un caudal de 200 metros cúbicos por segundo como una columna de agua alta en un solo metro cuadrado de espacio. Para una adición de agua menos drástica, agregue múltiples puntos de fuentes de agua cercanas y configure cada uno para que contenga una fracción del caudal total requerido.

14. Una vez que la simulación se haya reproducido por completo, use los botones Paso atrás y Paso adelante en el grupo Reproducción para moverse y explorar los momentos almacenados en caché para la simulación.
15. Si lo desea, exporte el análisis a datos ráster haciendo clic en el botón Resultados del análisis en el grupo Exportar.
16. En el panel Exportar simulación, configure el ajuste Ubicación en una carpeta en su equipo local.
17. Haga clic en Exportar.

Ahora tiene una representación visual de dónde fluirá el agua desde la ubicación del punto de fuente de agua. Puede seguir experimentando con diferentes caudales y otras ubicaciones, incluida la adición de múltiples puntos de fuente de agua. Los datos ráster exportados se pueden utilizar con herramientas de geoprocesamiento estándar, como la caja de herramientas Análisis ráster y las funciones de geoprocesamiento Superposición, para comprender y explicar mejor hacia dónde se moverá el agua desde su ubicación inicial.

Revisar los futuros potenciales de un estado parcialmente inundado

En este escenario, utilizará un ráster de profundidad del agua en estado inicial para cargar agua en la superficie y luego simular futuros potenciales a partir de ese estado. Esto puede resultar útil para escenarios hipotéticos, como modelar un posible estallido de un dique o comparar los resultados de las predicciones de lluvia en el peor y el mejor de los casos. Este escenario requiere un ráster de profundidad del agua, que podría modelarse de diversas formas. Una opción es calcular la diferencia de la superficie de elevación entre el terreno y una elevación fija, como llenar una presa, o usar el resultado de otra ejecución de simulación, como el resultado de un escenario de simulación de lluvia o los niveles de agua pronosticados por otro motor de simulación de inundaciones

El siguiente ejemplo muestra los resultados exportados del escenario de tormenta fuerte ejecutado anteriormente y utilizará su estado final como punto de partida para dos nuevas simulaciones. La capa de simulación original todavía está en la escena activa, y el ráster de análisis de estado final exportado también se agregó a la escena.

Dos futuros potenciales: a la izquierda, el resultado más favorable con solo una lluvia ligera, y a la derecha, el resultado menos favorable con fuertes lluvias y un canal que simboliza el desbordamiento de la presa.

Crear el escenario más favorable

Empiece ejecutando el escenario más favorable.

1. En el panel Contenido, haga clic derecho en la capa de simulación existente y haga clic en Copiar .
2. Haga clic derecho en el nodo de la categoría Simulaciones y haga clic en Pegar .
3. Haga doble clic en la nueva capa de simulación y cámbiele el nombre a Escenario más favorable.
4. Haga clic derecho en la capa Escenario más favorable y haga clic en Configuración .
5. En el panel Configurar simulación, haga clic derecho en el encabezado de la fila en la tabla Tasa de precipitación y haga clic en Eliminar todas las filas.
6. Haga clic en Incorporar para agregar una nueva fila.
7. En la nueva fila, defina los siguientes valores:
   • Duración: 00:15:00
   • Tasa: 2
   • Unidades/hora: mm

   En el escenario más favorable, la tasa de precipitación se mantendrá estable en un lento nivel de 2 milímetros por hora.

8. Bajo el encabezado Nivel de agua inicial, elija la capa ráster de análisis de estado final de la galería desplegable.

   Se enumeran todos los rásteres del panel Contenido.

9. Haga clic en Aplicar.
10. En la pestaña Simulación, en el grupo Compilar, haga clic en el botón Ejecutar .

    Se añade agua a la superficie del estado final de la simulación original a una velocidad de 2 milímetros por hora.

Crear el escenario menos favorable

Ahora que se ha ejecutado el escenario más favorable, se debe repetir el proceso para el menos favorable.

1. En el panel Contenido, haga clic derecho en la capa de simulación Escenario más favorable y haga clic en Copiar .
2. Haga clic derecho en el nodo de la categoría Simulaciones y haga clic en Pegar .
3. Haga doble clic en la nueva capa de simulación y cámbiele el nombre a Escenario menos favorable.
4. Haga clic derecho en la capa Escenario menos favorable y haga clic en Configuración .
5. En el panel Configurar simulación, en la tabla Tasa de precipitación, actualice el valor de Tasa a 25.

   En el escenario menos favorable, la tasa de precipitaciones se mantendrá alta, a un nivel de 25 milímetros por hora.

   Hay otros factores que también podrían estar en juego en el escenario menos favorable, como la liberación parcial o total de agua de un dique o presa. Las brechas en áreas que contienen agua se pueden modelar como elementos de canal. Otra posibilidad es el colapso de un puente o el bloqueo de un arroyo, que pueden modelarse como elementos de barrera. Agregar uno o más de estos elementos a una capa de simulación puede proporcionar aún más variaciones para explorar futuros potenciales.

6. Haga clic en Aplicar.
7. En la pestaña Simulación, en el grupo Compilar, haga clic en el botón Ejecutar .

   Al igual que en la simulación anterior, se agrega agua a la superficie del estado final de la simulación original, pero esta vez se agrega agua a una velocidad de 25 milímetros por hora.

Ahora tiene representaciones visuales comparativas de cómo se moverá el agua desde un estado inicial determinado utilizando parámetros de escenarios más y menos favorables. Puedes seguir experimentando con más futuros alternativos, como el modelado de sacos terreros como barreras o la inclusión del flujo aguas arriba como puntos de fuente de agua. Para todas las opciones que se exportan a rásteres, los datos exportados se pueden utilizar con herramientas de geoprocesamiento estándar, como la caja de herramientas Análisis ráster y las funciones de geoprocesamiento Superposición, para comparar y contrastar un conjunto de futuros posibles.