Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales

Comparar dos metodologías de modelación de inundaciones fluviales: unidimensional (HEC-RAS) y bidimensional (RIVER2D), teniendo en cuenta la información disponible de la cuenca, hidrología y topografía.

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Universidad de los Andes 

Facultad De Ingeniería 

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

 
 
 

 

 

TESIS DE ESPECIALIZACIÓN 

INGENIERÍA DE SISTEMAS HÍDRICOS URBANOS 

 
 

Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D 

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D) 

 Caso de Estudio:  

Quebrada La Viga, Cali, Valle del Cauca. 

 

 

Preparado por: 

Ing. Oscar Darío Velásquez Mora 

 
 
 

Asesor: 

Ing.  Diego Páez 

 
 

Informe Final Tesis 

 
 
 
 

Bogotá, Febrero 26 de 2014 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

TABLA DE CONTENIDO 

 

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................................... 6

 

1

 

OBJETIVOS ....................................................................................................................................................... 7

 

1.1

 

OBJETIVOS .................................................................................................................................................... 7

 

1.1.1

 

Objetivo General .................................................................................................................................... 7

 

1.1.2

 

Objetivos Específicos ............................................................................................................................. 7

 

2

 

MARCO TEORICO ........................................................................................................................................... 8

 

2.1

 

M

ODELOS 

H

IDRÁULICOS

 .................................................................................................................................. 8

 

2.1.1

 

HEC-RAS 4.0.......................................................................................................................................... 8

 

2.1.2

 

River 2D ............................................................................................................................................... 10

 

3

 

METODOLOGÍA............................................................................................................................................. 13

 

3.1

 

DESCRIPCION

 

DEL

 

AREA

 

DEL

 

PROYECTO ........................................................................................... 13

 

3.1.1

 

Quebrada La Viga ................................................................................................................................ 13

 

3.1.2

 

Climatología ......................................................................................................................................... 13

 

3.1.3

 

Caracterización Morfométrica de la Micro-cuenca ............................................................................. 13

 

3.2

 

HIDROLOGÍA .............................................................................................................................................. 14

 

3.2.1

 

Parámetros Básicos ............................................................................................................................. 14

 

3.2.2

 

Análisis de Frecuencias ....................................................................................................................... 14

 

3.2.3

 

Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia ............................................................................................ 15

 

3.2.4

 

Hietograma de Diseño ......................................................................................................................... 16

 

3.2.5

 

Precipitación Efectiva .......................................................................................................................... 16

 

3.2.6

 

Número de Curva ................................................................................................................................. 17

 

3.2.7

 

Tiempo de Concentración .................................................................................................................... 17

 

3.3

 

CALCULO

 

DE

 

CAUDALES ........................................................................................................................ 19

 

3.3.1

 

Método del Hidrograma Triangular (Soil Conservation Service) ....................................................... 19

 

3.3.2

 

Resultados de los Caudales Método S.C.S 50 y 100 Años.................................................................... 20

 

4

 

RESULTADOS Y DISCUSION ...................................................................................................................... 22

 

4.1

 

M

ODELO 

HEC-RAS

 

4.1.0 .............................................................................................................................. 22

 

4.2

 

M

ODELO 

R

IVER

2D

 

0.95 ................................................................................................................................. 25

 

4.2.1

 

Modulo R2D_Bed ................................................................................................................................. 25

 

4.2.2

 

Modulo R2D_Mesh .............................................................................................................................. 26

 

4.2.3

 

Ejecución del Modelo River2D ............................................................................................................ 27

 

4.3

 

D

ISCUSIÓN DE 

R

ESULTADOS

 ........................................................................................................................... 29

 

5

 

CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 30

 

6

 

RECOMENDACIONES .................................................................................................................................. 31

 

8

 

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 32

 

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

ÍNDICE DE FIGURAS 

F

IGURA  

1.

 

E

SQUEMA DE  MODELOS HIDRÁULICOS UNIDIMENSIONAL 

(

X

),

 BIDIMENSIONAL 

(

X

,

Y

)

 Y TRIDIMENSIONAL 

(

X

,

Y

,

Z

). .................................................................................................................................................................. 6

 

F

IGURA  

2.

 

E

STRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE 

R

IVER 

2D. ....................................................................................... 11

 

F

IGURA  

3.

 

C

URVA 

I-F-D

 PARA LA ZONA  

S

UR 

-

 OCCIDENTE DE 

C

ALI

. ........................................................................... 16

 

F

IGURA  

4.

 

C

AUDAL PARA 

T

=

 

100

 AÑOS

 .................................................................................................................... 21

 

F

IGURA  

5.

 

M

ODELO 

D

IGITAL DE 

T

ERRENO  

G

ENERADO 

P

OR 

A

UTO

CAD

 

C

IVIL 

3D ..................................................... 22

 

F

IGURA  

6.

  

S

ECCIONES 

T

RANSVERSALES 

I

MPORTADAS EN 

HEC-RAS ......................................................................... 23

 

F

IGURA  

7.

  

V

ISTA 

E

VENTO DE 

I

NUNDACIÓN EN 

50

 AÑOS Y 

Q

 

=

 

1.48

 M

3

 

/

S

 .................................................................... 24

 

F

IGURA  

8.

 

V

ISTA 

E

VENTO DE 

I

NUNDACIÓN EN 

100

 AÑOS Y 

Q

 

=

 

1.84

 M

3

/

S

 ................................................................... 24

 

F

IGURA  

9.

 

A

RCHIVO 

G

ENERADO 

P

OR EL 

M

ODULO 

R2D_B

ED

 ..................................................................................... 26

 

F

IGURA  

10.

 

T

OPOGRAFÍA Y 

T

RIANGULACIÓN 

G

ENERADA POR EL 

M

ODULO 

R2D_M

ESH

. ............................................ 27

 

F

IGURA  

11.

 

M

ODELO 

R

IVER 

2D ................................................................................................................................... 28

 

F

IGURA  

12.

 

V

ISTA 

E

VENTO DE 

I

NUNDACIÓN EN 

50

 AÑOS Y 

Q

 

=

 

1.48

 M

3

/

S

 .................................................................. 28

 

F

IGURA  

13.

 

V

ISTA 

E

VENTO DE 

I

NUNDACIÓN EN 

100

 AÑOS Y 

Q

 

=

 

1.84

 M

3

/

S

 ................................................................ 29

 

 

 

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

ÍNDICE DE TABLAS 

T

ABLA 

1.

 

F

ACTORES DE FRECUENCIA PARA DIFERENTES TIEMPOS DE RETORNO

. .......................................................... 15

 

T

ABLA 

2.

 

P

RECIPITACIÓN TOTAL

 .................................................................................................................................. 16

 

T

ABLA 

3.

 

N

ÚMEROS DE CURVA DE ESCORRENTÍA PARA USOS DE TIERRA SUBURBANO Y URBANO

. ............................... 17

 

T

ABLA 

4.

 

V

ALORES DE 

CN,

 

C

OEFICIENTE DE ESCORRENTÍA 

(C

 

)

 Y N ADOPTADOS PARA LA QUEBRADA 

L

V

IGA

. ....... 18

 

T

ABLA 

5.

 

R

ESULTADOS DEL TIEMPO DE CONCENTRACIÓN 

(

T

C

)

 

 

Q

UEBRADA 

L

V

IGA

. ................................................ 19

 

T

ABLA 

6.

 

C

AUDALES POR EL MÉTODO 

S.C.S ................................................................................................................ 20

 

T

ABLA 

7.

 

C

ONFIGURACIÓN DE 

D

ATOS DE 

E

NTRADA 

T

OPOGRÁFICOS 

P

ARA EL 

M

ODULO 

R2D_B

ED

 ............................ 25

 

 

 

 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

ÍNDICE DE ECUACIONES 

E

CUACIÓN 

1.

 

E

CUACIONES DE 

S

AINT 

V

ENANT

. .............................................................................................................. 9

 

E

CUACIÓN 

2.

 

E

CUACIONES DE ENERGÍA

. ......................................................................................................................... 9

 

E

CUACIÓN 

3.

 

E

CUACIÓN DE PÉRDIDA DE ENERGÍA

. ....................................................................................................... 10

 

E

CUACIÓN 

4.

 

L

ONGITUD DEL CAUCE PROMEDIO

. .......................................................................................................... 10

 

E

CUACIÓN 

5.

 

C

ONTINUIDAD

. ....................................................................................................................................... 12

 

E

CUACIÓN 

6.

 

M

OMENTUM PROMEDIADA EN LA VERTICAL EN LA DIRECCIÓN X

. ........................................................... 12

 

E

CUACIÓN 

7.

 

M

OMENTUM PROMEDIADA EN LA VERTICAL EN LA DIRECCIÓN Y

. ........................................................... 12

 

E

CUACIÓN 

8.

 

D

ISTRIBUCIÓN DE TIPO 

1

 DEL VALOR EXTREMO

. ..................................................................................... 14

 

E

CUACIÓN 

9.

 

G

ENERACIÓN 

C

URVAS 

I.F.D

 

(F

ORERO Y 

F

RANCO

,

 

2003). ....................................................................... 15

 

E

CUACIÓN 

10.

 

T

IEMPO DE 

C

ONCENTRACIÓN 

-

  

O

NDA 

C

INEMÁTICA

 ............................................................................. 17

 

E

CUACIÓN 

11.

 

T

IEMPO DE 

C

ONCENTRACIÓN 

-

 

K

IRPICH

 ................................................................................................ 18

 

E

CUACIÓN 

12.

 

T

IEMPO DE 

C

ONCENTRACIÓN 

 

F

EDERAL 

A

VIATION 

A

DMINISTRATION

. ............................................... 18

 

E

CUACIÓN 

13.

 

C

AUDAL MÁX

.

 

 

S

OIL 

C

ONSERVATION 

S

ERVICE

. .................................................................................. 19

 

E

CUACIÓN 

14.

 

T

IEMPO 

P

ICO 

HI

DROGRAMA

.

 

 

S

OIL 

C

ONSERVATION 

S

ERVICE

. ............................................................ 20

 

 

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

INTRODUCCIÓN 

 
Un modelo hidrológico, busca representar los diferentes procesos involucrados en la distribución de la 
lluvia y la generación de caudales en una determinada cuenca. En la actualidad se dispone de una amplia 
variedad  de  modelos  los  cuales  han  sido  planteados  bajo  ciertas  hipótesis  cuyo  claro  entendimiento 
garantiza su correcto uso. En el presente trabajo se revisa y compara las metodologías de modelación de 
inundaciones en 1D (Hec-RAS) y 2D (River 2D). 
  
Al considerar  el análisis de  las bases  de  cada modelo, se  puede  determinar en qué  situaciones  resulta 
conveniente  utilizar  uno  u  otro,  como  así  también  identificar  sus  principales  potencialidades  y 
limitaciones,  y  en  función  de  ellas  establecer  las  necesidades  a  satisfacer  en  el  desarrollo  de  nuevos 
modelos compatibles con los datos disponibles de las cuencas locales. 
 
Muchos  estudios  de  mapeo  de  inundaciones  se  han  realizado  usando  modelos  hidrodinámicos 
unidimensionales  y  bidimensionales  (1D/2D).  Algunos  autores  indican  que  los  modelos  hidráulicos  2D 
son la tecnología de punta para la modelación de inundaciones.  
 
Sin  embargo,  éstos  modelos  tienen  la  desventaja  de  que  su  aplicación  está  limitada  por  los  altos 
requerimientos de datos, hardware y software. A su vez, los modelos 1D son ampliamente usados y dan 
resultados  precisos  en  el  cauce  principal  del  río,  pero  son  menos  exactos  para  modelar  el  flujo  de 
desbordamiento sobre las márgenes hacia las planicies adyacentes.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  1. Esquema de  modelos hidráulicos unidimensional (x), bidimensional (x,y) y tridimensional (x,y,z).

 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

1  OBJETIVOS 

1.1  OBJETIVOS  

1.1.1  Objetivo General 

 

Comparar  dos metodologías de modelación de inundaciones fluviales: unidimensional (HEC-RAS) 
y  bidimensional  (RIVER2D),  teniendo  en  cuenta  la  información  disponible  de  la  cuenca, 
hidrología y topografía.

 

 

1.1.2 

Objetivos Específicos 

 

 

Evaluar la aplicación de los modelos HEC RAS 4.1.0 y RIVER2D 0.95 en el análisis de un evento de 

inundación para diferentes tiempos de retorno en la quebrada La Viga. 
 

 

Comparar los resultados arrojados por los modelos en la modelación de un evento de inundación 
en la quebrada La Viga, y encontrar posibles ventajas y desventajas en el proceso de elaboración 
del modelo y el manejo que se debe hacer a los datos de entrada. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

2  MARCO TEORICO 

 
Alrededor del mundo hay un gran interés en la modelación de crecidas de ríos debido a los eventos de 
inundación extremos ocurridos en la última década. Al ser las inundaciones uno de los riesgos naturales 
más costosos, su análisis y prevención es un factor clave para las autoridades y organismos relacionados 
a los recursos hídricos. 
 
Los modelos de  hidráulica de ríos usados para la modelación de inundaciones pueden clasificarse como 
modelos  hidrodinámicos  1D  o  2D.  Los  modelos  hidrodinámicos  1D  son  ampliamente  usados,  estos 
modelos están basados en las ecuaciones de Saint Venant (leyes de conservación de la masa y momento) 
para  calcular  la  superficie  libre  del  agua  para  flujo  estacionario  y  no  estacionario  en  canales  abiertos. 
Estas  ecuaciones  diferenciales  parciales  se  resuelven  mediante  discretización  numérica,  usando 
frecuentemente  el  método  de  diferencias  finitas,  y  en  algunos  casos  mediante  elementos  finitos  o 
volúmenes finitos, en un esquema implícito. 
 
Por  otra  parte,  en  los  modelos  hidrodinámicos  2D,  las  ecuaciones  de  conservación  de  la  masa  y 
momento son expresadas en dos dimensiones y los resultados se calculan en cada punto de la malla en 
el dominio de solución. Los modelos 2D pueden resolverse usando el método de los elementos finitos. 
Muchos estudios de mapeo de inundaciones han sido realizados usando modelos hidrodinámicos 1D y 
2D. Algunos autores afirman que los modelos hidráulicos 2D son el estado del arte para la modelación de 
inundaciones. 
 
Aunque los modelos 1D son precisos en el cauce principal del río, éstos no son exactos para el flujo sobre 
los bancos, por ejemplo para la modelación de la onda de propagación desde el río hacia la llanura de 
inundación. Estos problemas no existen en los modelos 2D, sin embargo tienen la desventaja de requerir 
un mayor tiempo de implementación, y una alta demanda de datos y tiempo computacional. 
 

2.1  Modelos Hidráulicos  

2.1.1   HEC-RAS 4.0 

Este  programa  desarrollado  para  análisis  de  ríos  es  un  modelo  numérico  para  flujo  unidimensional 
permanente  y no permanente,  con transporte  de  sedimentos y con capacidad para trabajar con flujos 
mixtos,  subcríticos  y  supercrítico.  Sus  principales  limitaciones  son  asumir  lecho  rígido  y  flujo 
unidireccional,  por  lo  que  debe  ser  aplicado  con  cautela  en  ríos  aluviales  muy  erosionables  o  muy 
meandriformes; en estos casos puede ser recomendable recurrir a otro tipo de modelo más sofisticado. 
 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

Oscar Darío Velásquez Mora 

El  modelo  permite  realizar  análisis  de  flujo  unidimensional  permanente,  no  permanente,  cálculos 
hidrodinámicos de lecho móvil y transporte de sedimentos. HEC RAS resuelve las ecuaciones completas 
de Saint Venant para flujo no permanente unidimensional en canal abierto: 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 
Donde Q es el caudal total por el cauce, A (Ac, A

f

) las secciones transversales del flujo (en el canal y la 

llanura de inundación), Xc y X

f

 son las distancias a lo largo del canal y la llanura de inundación, P es el 

perímetro  mojado,  R  es  el  radio  hidráulico  (A/P),  n  es  el  valor  del  coeficiente  de  Manning  y  S  es  la 
pendiente  de  la  línea  de  fricción.  Φ  como  se  reparte  el  flujo  entre  la  llanura  de  inundación  y  el  canal 
principal de acuerdo a los coeficientes de transporte K

c

 y K

f

 
Con  el  fin  de  obtener  la  solución,  todas  estas  ecuaciones  son  discretizadas  usando  el  método  de 
diferencias finitas y se resuelven usando el método implícito de los cuatro puntos. 
 
Dentro de las bases teóricas para el cálculo de los perfiles de flujo unidimensionales, éstos son calculados 
de  una  sección  transversal  a  la  otra  resolviendo  la  ecuación  de  energía  mediante  un  procedimiento 
iterativo llamado el método del paso estándar. 

 
 
 
 

 

 

Ecuación 1. Ecuaciones de Saint Venant.

 

Ecuación 2. Ecuaciones de energía.

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

10 

Oscar Darío Velásquez Mora 

Donde he, es la pérdida de energía de una sección transversal a otra, la cual se calcula así: 

 

 
 
 
 

 

 

 

 

Donde L es la longitud promedio ponderada del cauce, C es el coeficiente de expansión y contracción y 
 

 

̅  es la pendiente de la línea de fricción.  

 

La longitud del cauce promedio se calcula por medio de: 

 

 

 
 
 

 

 
 
 

Donde  Lob,  Lch  y  Lrob  son  las  longitudes  entre  secciones  transversales  en  la  llanura  de  inundación 
izquierda,  canal  principal  y  llanura  de  inundación  derecha,  respectivamente;   

  

̅̅̅̅̅,   

  

̅̅̅̅̅,   

   

̅̅̅̅̅̅  es  el 

promedio aritmético de los cauces entre secciones transversales para la llanura de inundación izquierda, 
canal principal y llanura de inundación derecha, respectivamente. 
 

2.1.2  River 2D 

Es  un  modelo  hidrodinámico  bidimensional  de  elementos  finitos  (MEF)  promediado  en  profundidad 
desarrollado por la Universidad de Alberta en Canadá. Posee características únicas como su capacidad de 
representar flujo sub- y supercrítico. Algoritmos especiales de agua subterránea permiten una transición 
gradual  entre  agua  superficial  y  subterránea  en  los  bordes  del  río,  que  evitan  quiebres  bruscos  en  las 
fronteras.  El  software  consta  de  cuatro  módulos  complementarios,  los  cuales  son  R2D_Bed,  R2D_Ice, 
R2D_Mesh y el River 2D. 

Ecuación 3. Ecuación de pérdida de energía.

 

Ecuación 4. Longitud del cauce promedio.

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

11 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Este modelo está basado en las ecuaciones de Saint Venant expresadas en forma conservativa, las cuales 
son  un  sistema  de  tres  ecuaciones:  una  conservación  de  masa  y  dos  para  componentes  del  vector 
momentum. El modelo ha sido desarrollado para sistemas de ríos naturales con características especiales 
tales  como  modelación  de  transiciones  del  flujo  supercrítico  a  subcrítico,  coberturas  de  hielo  y  área 
mojadas variables. 
 
Para la discretización espacial River 2D usa una malla no estructurada flexible compuesta por elementos 
triangulares.  Los  métodos  de  elementos  finitos  usados  en  el  modelo  están  basados  en  la  formación 
residual  ponderada  Streamline  Upwind  Petrov  Galerking  (SUPG).  Mediante  esta  técnica  se  asegura  la 
estabilidad de la solución bajo todo el rango de condiciones de flujo, incluyendo subcrítico, supercrítico y 
transicional. Es así como se hace uso de una discretización conservativa completa, lo cual asegura que no 
se está perdiendo o ganando masa de fluido por encima del dominio modelado. Esto también permite la 
implementación de las condiciones de frontera como flujo naturales o condiciones forzadas. 

 

Las  ecuaciones  resueltas  por  el  modelo  River  2D  son  la  ecuación  de  continuidad  y  las  ecuaciones  de 
conservación de momentum en las direcciones X y Y. Estas ecuaciones no tienen una solución analítica

 

exacta,  pero  en  condiciones  iniciales  y  de  frontera  apropiadas  pueden  ser  resueltas  usando  técnicas 
numéricas, con el fin de encontrar el caudal y la altura de la lámina de agua en el tiempo y en el espacio.

  

Figura  2. Estructura y funcionamiento de River 2D.

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

12 

Oscar Darío Velásquez Mora 

La ecuación de continuidad es: 

 

 

 
 

 

La ecuación de momentum promediada en la vertical en la dirección x es: 

 

 

 
 

 
La ecuación de momentum promediada  en la vertical en la dirección y es: 

 
 
 
 

 
 

 

Donde  t  =  tiempo,  h  =  profundidad  del  agua,  (u,v)  =  velocidades  promedio en  las  direcciones  (x,y);  qx 
=uh= caudal en la dirección x por unidad de ancho; qy=vh=caudal en la dirección y por unidad de ancho; 
(Sox, Soy) = pendiente del lecho en las direcciones τxx, τxy, τyx, τyy = componentes del esfuerzo cortante 
turbulento horizontal; ρ = densidad del agua, g = aceleración de la gravedad. 

 

 
 

 

Ecuación 5. Continuidad. 

 

Ecuación 6. Momentum promediada en la vertical en la dirección x.

 

Ecuación 7.

 

Momentum promediada en la vertical en la dirección y.

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

13 

Oscar Darío Velásquez Mora 

3  METODOLOGÍA 

3.1  DESCRIPCION DEL AREA DEL PROYECTO         

3.1.1  Quebrada La Viga 

La  quebrada    se  encuentra  localizada  al  Sur  occidente  de  la  ciudad  de  Santiago  de  Cali  (Colombia),  y 
tributa  sus  aguas  al  Río  Pance,  a  través  del  canal  del  mismo  nombre  a  la  altura  de  la  Carrera  158  Y 
Avenida  Cañas  gordas.  Se  caracteriza  por  tener  cauces  cortos  y  áreas  de  drenaje  con  intermedia 
intervención  en  la  parte  constructiva.  En  los  alrededores  la  vegetación  de  sus  zonas  de  protección  es 
media, solo se encuentra pastos, arvenses y algunos arbustos de mediano tamaño. 
  
La quebrada Pancecito  capta  cerca de  34.44  ha, como parte de la cuenca de esta quebrada y continua 
recogiendo el agua lluvia del sector de Pance  en un área adicional de 56 ha, descargando finalmente en 
el Río Pance a su paso por la Avenida Cañas gordas.  La longitud aproximada de esta quebrada es de 340 
m. 

 

La pendiente de la cuenca hacia la parte media disminuye. Posteriormente, en la parte baja la pendiente 
es moderada y en el cauce se encuentran depósitos de material aluvial. 

 

3.1.2  Climatología 

La  cuenca  de  la  Quebrada  La  Viga,    presenta  una  precipitación  de  carácter  bimodal  teniendo  dos 
períodos secos y dos húmedos durante el año. Los períodos húmedos corresponden a los meses de Abril 
– Junio y Octubre – Diciembre, y los secos a los meses de Enero – Marzo y Julio – Septiembre. 
 

3.1.3  Caracterización Morfométrica de la Micro-cuenca 

La caracterización fisiográfica de la micro-cuenca se realizó con base en la información del topográfico en 
puntos específicos de la quebrada. 
 
La Quebrada  La Viga, posee una longitud total antes de entregar al río Pance de 368 m  y un área de 
34.994 ha, entregando al Río Pance  en sentido norte - sur. 
 
La zona objeto de este estudio se encuentra localizado en las coordenadas 111239.7448 E; 94174.1209 N  
A 111 481.6199 E; 94338.3563 N, con cota 1006.00 msnm, en promedio. 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

14 

Oscar Darío Velásquez Mora 

3.2  HIDROLOGÍA 

Para el chequeo de altura de agua en las secciones y perfil hidráulico se utilizó el caudal de diseño con 
una recurrencia media de 1 en 50 y 100 años. Para la aplicación de estos métodos es necesario conocer 
los parámetros fisiográficos y climáticos de la cuenca.  
 

3.2.1  Parámetros Básicos  

La aplicación de los métodos requiere el cálculo de parámetro físicos de la cuenca y las características de 
la lluvia como son la precipitación máxima en 24 horas, las curvas Intensidad  –  Frecuencia –  Duración, 
I.F.D., el patrón de distribución de la lluvia en el tiempo, el hietograma de precipitación y los valores de la 
lluvia en exceso. 

 

3.2.2  Análisis de Frecuencias 

En el análisis de frecuencia se aplicó la distribución de Valor Extremo tipo  (Gumbel ), en la cual se tomó 
la estadística de los valores de cada periodo de duración de la serie de excedencias y se calculó el factor 
de frecuencia mediante la fórmula: 

 
 

1

ln

ln

5772

.

0

6

T

T

K

T

 

Ecuación 8. Distribución de tipo 1 del valor extremo.

 

 

 

 

Donde: 
K

 

Factor de frecuencia. 

 periodo de retorno. 

 
 

Las  curvas  I-F-D  se  calcularon  para  periodos  de  retorno  de  5,  10,  20,  50  y  100  años,  los  factores  de 
frecuencia se consignan en la Tabla 1.

 

 

 

 

 

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

15 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

Tabla 1. Factores

 de frecuencia para diferentes tiempos de retorno. 

 

Tiempo de Retorno 

(Tr

Factor de Frecuencia 

(K

T

0.719 

10 

1.305 

20 

1.866 

50 

2.592 

100 

3.137 

Fuente: Forero y Franco 2003

 

 

3.2.3  Curvas Intensidad-Duración-Frecuencia 

Para la revisión y cálculo hidrológico de las cuencas del estudio se usó la ecuación I.F.D. propuesta por 
(Forero y Franco 2003). 
 
Esta ecuación general para la zona en Sur, se calculó haciendo un promedio ponderado entre las áreas 
de influencia de cada estación en la zona. 

827

.

0

134

.

0

)

782

.

11

(

1493

t

Tr

I

 

Ecuación 9. Generación Curvas I.F.D (Forero y Franco, 2003).

 

 
Donde: 

Intensidad 

Tr 

Periodo de retorno 

Tiempo de concentración 

 
Las estaciones que se tuvieron en cuenta para la realización de la curva IFD de la zona sur occidental de 
Cali fueron la estación Universidad del Valle,  que constituyen una red meteorológica que cubre el área 
urbana y suburbana. Esta  estación presenta registros que en promedio alcanzan períodos de 32 años, 
factor  que  implica  suficiente  representatividad  de  las  muestras.    La  Figura  3.    presenta  la  curva 
Intensidad – Frecuencia – Duración para el Sur occidente de Cali. En ésta, la intensidad se presenta en 
mm/hora y la duración en minutos, incluye los periodos de recurrencia 1: 5, 1: 10, 1: 20, 1: 50 y 1: 100. 

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

16 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

Figura  3. Curva

 I-F-D para la zona  Sur - occidente de Cali. 

3.2.4  Hietograma de Diseño 

Muestran los hietogramas de diseño de 1.5 horas utilizando del método de Keifer and Chu o hietrograma 
de  Chicago,  para  una  tormenta  con  periodo  de  retorno  (Tr)  de  2,  5,  10  25  y  50  años,  utilizando  un 
coeficiente de avance de tormenta de r = 0.3 típico para Cali.  

 
 

Tabla 2. Precipitación total 

 

Periodo de retorno 

Precipitación total (mm) 

2.33 años 

68.33 

5 años 

76.54 

10 años 

84.16 

25 años 

95.6 

50 años 

105.1 

100 años 

115.1 

 

3.2.5 

Precipitación Efectiva 

La  determinación  de  la  precipitación  efectiva  se  realizó  a  partir  del  hietograma  de  precipitación  de 
diseño realizado por el método de la intensidad instantánea (Chicago) a partir de curvas I.F.D base para 
la zona occidental de Cali realizado por Forero y Franco (2003) con la abstracción de perdidas utilizando 
la metodología del SCS (USA). 

FIGURA. 7. CURVAS IFD OBTENIDAS A PARTIR DE LA DISTRIBUCION DE GUMBEL I

ZONA SUROCCIDENTAL

20

40

60

80

100

120

140

160

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

DURACION DE LA LLUVIA (minutos)

IN

T

E

N

S

ID

A

D

 (

mm

/h

o

ra

)

Tr=5 años

Tr=10 años

Tr=20 años

Tr=50 años

Tr=100 años

Nueva Ecuación

                    1493,51Tr

0,134

i(mm/h)=  --------------------

                   (t+11,782)

0,827

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

17 

Oscar Darío Velásquez Mora 

3.2.6 

Número de Curva 

Para determinar el volumen de escurrimiento, es necesario estimar del valor del número adimensional 
de  curva  CN,  el  cual  depende  de  características  de  la  cuenca  tales  como  uso  de  la  tierra,  condiciones 
permeabilidad  del  suelo  y  condiciones  de  humedad  de  la  cuenca  en  el  momento  de  ocurrir  la 
precipitación. 
 
En las zonas objeto de estudio la cobertura vegetal varía sustancialmente de un área a otra, debido a la 
alta  tasa de intervención antrópica, es por esta razón, que para la cuencas de la Quebrada La Viga se 
asume Grupo AMC II, Grupo Hidrológico del suelo B, y CN = 66 . Este dato se extrajo de la tabla creada 
por  el  SCS  de  los  EE.UU.,  (1964)  donde  se  encuentran  los  números  de  curva  de  escorrentía  para  usos 
selectos  de  tierra  agrícola,  suburbana  y  urbana  ajustados  a  las  cuencas.  La  Tabla  3

,

  muestra  algunos 

valores de CN. 

 

Tabla 3. Núm

eros de curva de escorrentía para usos de tierra suburbano y urbano. 

 

Uso de la tierra 

Grupo hidrológico de suelos 

Áreas impermeables: 

98 

98 

98 

98 

Parqueaderos pavimentados, techos, 
Autopistas , etc.(Excluyendo derecho a vía) 

98 

98 

98 

98 

Tierra Incluyendo derecho de vía 

72 

82 

87 

89 

Calles y caminos pavimentados 

98 

98 

98 

98 

Bosques, troncos delgados, cubierta pobre 

45 

66 

77 

83 

 

3.2.7 

Tiempo de Concentración 

Se denomina como el tiempo requerido por una gota de agua para fluir desde el punto más remoto de la 
cuenca hasta el punto de interés.  
 
En este proyecto el tiempo de concentración (tc) se calculó utilizando diferentes ecuaciones, tales como: 

 

Onda cinemática 
 
 





3

.

0

4

.

0

6

.

0

6

.

0

93

.

0

S

i

n

L

t

C

 

Ecuación 10. Tiempo de Concentración -  Onda Cinemática

 

 

 

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

18 

Oscar Darío Velásquez Mora 

Donde: 

Longitud del flujo superficial (pie) 

Coeficiente de rugosidad de Manning 

Intensidad de lluvia (plg/h) 

Pendiente promedio del terreno (pie/pie)

 

 

Kirpich 
 

385

.

0

77

.

0

*

*

0078

.

0

S

L

T

c

 

 

Ecuación 11. Tiempo de Concentración - Kirpich

 

 

 

  

 

 
Donde: 

Longitud del canal desde aguas arriba hasta la salida (pie) 

Pendiente promedio de la cuenca (pie/pie) 

-  Federal Aviation Administration 

33

.

0

5

.

0

1

.

1

8

.

1

S

L

C

t

C

 

Ecuación 12. Tiempo de Concentración – Federal Aviation Administration.

 

 

Donde: 
t

C  

Tiempo de concentración (min). 

Longitud del flujo superficial = 1148 pie 

Pendiente de la superficie =  1.71 % 

Coeficiente de escorrentía del método racional = 0.60 

 

Tabla 4.

 

Valores de CN, Coeficiente de escorrentía (C ) y n adoptados para la quebrada La Viga.

 

 

Descripción 

Valor 

CN 

60 

Coeficiente escorrentía (C )método Racional 

0.6 

Coeficiente de Manning (n) 

0.015 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

19 

Oscar Darío Velásquez Mora 

En la Tabla 5, se presenta el cálculo de los tiempos de concentración por las diferentes metodologías. 

 

Tabla 5. Resultados

 del tiempo de concentración (t

c

) – Quebrada La Viga. 

 

Método para estimar t

c

 - Q. La Viga 

 

Tr: 10 años 

Tr: 100 años 

F.A.A 

6.6 

41.6 

KERBYS 

15 

55.6 

KIRPICH 

3.9 

20.2 

 
 
Se  tomó  como  parámetro  de  diseño  el  tiempo  de  concentración  (t

c

)  calculado  con  el  promedio  de 

KERBYS,  KIRPICH,  F.A.A;  debido  a  que  estas  ecuaciones  se  desarrollan  a  partir  del  análisis  de  onda 
cinemática  de  escorrentía superficial  en  superficies  desarrolladas. En  el modelo  de  onda  cinemática  la 
cuenca  se  representa  como  un  plano  inclinado  con  una  rugosidad  promedio  de  las  rugosidades  que 
conforman su superficie  (techos, pavimentos, patios). En el caso de  la  Quebrada  La Viga,  se  asume  un 
coeficiente de rugosidad de Manning igual a 0.04.   

 

3.3  CALCULO DE CAUDALES 

 

3.3.1  Método del Hidrograma Triangular (Soil Conservation Service) 

El histograma de diseño se calcula una vez se conozcan la profundidad de la precipitación P, la duración 
T

d

, la longitud de la base y la altura. 

 
Para el cálculo del hidrograma como una representación triangular adaptada para Colombia. 

 

p

T

PE

A

Q

*

*

191

.

0

max

 

Ecuación 13. Caudal máx. – Soil Conservation Service.

 

 

 

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Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

20 

Oscar Darío Velásquez Mora 

Donde: 

máx

 

Caudal máximo  

Área de la cuenca 

PE 

Precipitación efectiva 

T

p

 

Tiempo pico del hidrograma. 

6

.

0

*

2

c

r

p

T

T

T

 

Ecuación 14. Tiempo Pico HIdrograma. – Soil Conservation Service.

 

 

 
Donde: 
T

Duración de la lluvia efectiva 

T

Tiempo de concentración 

 

En la Tabla 6, se resume los caudales para un área de 10 hectáreas aguas arriba de la zona de estudio, con 
15 minutos de tiempo de concentración y las precipitaciones de la Tabla 2. 

 

3.3.2  Resultados de los Caudales Método S.C.S 50 y 100 Años 

El  caudal  máximo,  se  evaluó  por  los  dos  métodos  mencionados  anteriormente  para  una  frecuencia 
media de 1:50 y 1:100 años, aunque  el área de  ambas micro cuencas es  menor a 1.0 Km

2

,  se  adoptó 

como caudal de diseño el arrojado por el hidrograma unitario del SCS, debido a que este método tiene 
en cuenta parámetros que el método racional omite; además el método racional arroja como resultado 
caudales muy altos, lo cual implicaría estructuras demasiado grandes y costosas. 
  
Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 6, para periodos de retorno de 50  y 100 años. 

 

Tabla 6. Caudales por el método S.C.S 

 

Área 

Hectárea 

Tc, min. 

Tr, años 

CN 

Caudal, m

3

/s 

0.3494 

34.94 

41.6 

50 

0.7 

1.48 

0.3494 

34.94 

41.6 

100 

0.7 

1.84 

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

21 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0

5

10

15

20

(m

³/

s

)

T (h)

Figura  4. Caudal para Tr = 100 años 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

22 

Oscar Darío Velásquez Mora 

RESULTADOS Y DISCUSION  

4.1  Modelo HEC-RAS 4.1.0 

Para  la  generación  del  modelo  en  el  programa  HEC-RAS  4.1.0,  se  utilizó  la  información    topográfica  e 
hidrológica de la zona de estudio a modelar.  

El primer paso fue cargar las coordenadas X, Y, Z, en el programa Civil CAD 3D, el cual permite crear el 
Modelo Digital de Terreno de la quebrada. Una vez generada la superficie, se procede a dibujar el eje de 
alineamiento o eje principal del cauce de la quebrada, dicho eje se traza en sentido contrario al flujo. 

Luego  de  generado  dicho  eje,  se  procede  a  crear  las  secciones  trasversales,  que  para  este  caso  se 
trazaron cada 20 metros a lo largo del eje principal y con un ancho de 20 metros a la izquierda y derecha 
de dicho eje. 

Por  último,  se  procede  a dibujar  el  límite  del canal principal,  o sea  el  limite  donde  el  flujo  permanece 
habitualmente  en  el  canal,  ésta  información  se  puede  obtener  del  levantamiento  topográfico  o  de 
imágenes satelitales. 

Una  vez  realizado  estos  pasos,  el  programa  AutoCAD  Civil  3D,  tiene  un  comando  para  exportar  la 
geometría de la quebrada a HEC-RAS, creando un archivo con extensión *.geo  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  5. Modelo Digital de Terreno

  

Generado Por AutoCAD Civil 3D

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

23 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Luego de cargar la información de la geometría de la quebrada con sus respectivas secciones y rugosidad 
de 0.015 para el fondo de la quebrada y 0.04 para el margen derecho e izquierdo, el paso siguiente es 
cargar la información de caudales. 

Para  éste  caso  se  asumió  un  estado  de  flujo  permanente,  y  los  caudales  introducidos  fueron  los 
obtenidos para una periodo de retorno de 50 y 100 años: 1.48 m

3

/s y 1.84 m

3

/s, respectivamente, y para 

las condiciones de contorno, se utilizó en el campo de profundidad normal, la pendiente aguas arriba y 
aguas debajo de la quebrada la cual es de 0.01. 

El régimen de flujo utilizado para la simulación fue combinado, ya que se utilizaron datos aguas arriba y 
aguas debajo de la pendiente de la quebrada. 

 

Figura  6.  Secciones Transversales Importadas en HEC-RAS

 

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Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

24 

Oscar Darío Velásquez Mora 

En la figura 7 y 8, se muestran los resultados arrojados para evento de precipitación con un tiempo de 
retorno de 50 y 100 años, con unos caudales de 1.48 m

3

/s  y 1.84 m

3

/s; respectivamente. Se asumió flujo 

permanente.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  8. Vista Evento de Inundación en 100 años y Q = 1.84 m

3

/s 

Figura  7.  Vista Evento de Inundación en 50 años y Q = 1.48 m

/s

 

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Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

25 

Oscar Darío Velásquez Mora 

4.2  Modelo River2D 0.95 

El  modelo  hidráulico  River2D,  consta  de  cuatro  módulos  complementarios:  R2D_Bed,  R2D_Ice, 
R2D_Mesh  y  el  River  2D.  Para  la  ejecución  del  modelo,  dichos  módulos  deben    ser  ejecutados 
secuencialmente. 

4.2.1  Modulo R2D_Bed 

Con ayuda del programa Autocad Civil 3D, se exportaron los puntos X, Y, Z del plano topográfico de la 
quebrada  a un archivo *txt, el cual debe estar ordenado como se muestra en la Tabla 7. 

 

Tabla 7. Configuración de Datos de Entrada Topográficos Para el Modulo R2D_Bed 

 

 

 

 

 

 

Se debe adicionar luego de la última línea de datos, el comando “No more nodes”, para que el modulo 
R2D_Bed pueda cargar correctamente las coordenadas. Una vez realizado esto, se puede abrir el archivo 
*.txt en el R2D_Bed generando la nube de puntos que conforman el canal y el terreno adyacente. 

En  este  modulo,  adicionalmente  se  debe  configurar la  rugosidad  de  fondo y  también  crear  la  frontera 
computacional. Dicha frontera es la zona donde se han presentado inundaciones o donde se espera que 
llegue la inundación con el caudal a modelar. El trazado de la frontera computacional se hace en sentido 
contrario  a  las  manecillas  del  reloj  y  a  través  de  los  nodos,  terminando  en  el  mismo  nodo  donde  se 
empezó el trazado. 

En  la  Figura  9,  se  muestra  el  archivo  que  se  genera  una  vez  terminado  estos  pasos  en  el  modulo 
R2D_Bed. 

 

ID 

Rugosidad 

10911.685480  968987.989221  1001.692508  0.040000 

10914.476234  968988.285408  1001.702493  0.040000 

10914.992251  968988.340173  1001.700000  0.040000 

10929.951815  968989.927854  1001.606254  0.040000 

10931.114110  968990.051211  1000.801863  0.040000 

10931.573784  968990.099996  1000.812106  0.040000 

10932.475959  968990.195746  1000.832207  0.040000 

No more nodes. 

 

 

 

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Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

26 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.2  Modulo R2D_Mesh 

Este  modulo  permite  la  generación  y  edición  de  la  malla  computacional  que  finalmente  servirá  de 
entrada al modelo hidráulico River2D. Este paso para algunos autores es considerado el “Arte Negro” de 
la modelación bidimensional, ya que el objetivo es elaborar una malla suficientemente refinada en áreas 
importantes manteniendo tiempos razonables de solución. (Arbeláez, J., 2010). 

Los pasos a seguir son los siguientes:  

Primero  se  carga  el  archivo  *.bed,  generado  en  el  Modulo  R2D_Bed,  luego  se  discretiza  la  frontera 
computacional que  para este  caso se  escogió un valor de  5,  después se  especifican las condiciones  de 
frontera de entrada y salida. Para la frontera de entrada el programa pide el caudal para la frontera de 
entrada y  la cota de lámina de agua para la frontera de salida. Para el periodo de retorno de 50 años el 
caudal  de  entrada  es  de  1.48  m

3

/s  y  la  cota  de  lámina  de  agua  a  la  salida  de  1001.08  msnm.  Para  el 

periodo de retorno de 100 años el caudal de entrada es de 1.84 m

3

/s y la cota de lámina de agua a la 

salida de 1001.12 msnm. 

Figura  9. Archivo Generado Por el Modulo R2D_Bed

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

27 

Oscar Darío Velásquez Mora 

Luego se llena el interior de la frontera computacional con nodos, el método escogido fue el “Uniform 
Fill” con un valor de 3. Los nodos generados son triangulados  las veces que se desee hasta obtener un 
patrón  de  densidad  de  llenado  que  para  éste  caso,  el  valor  de  QI  fue  de  0.36.  Los  valores  típicos 
aceptados están entre 0.15 y 0.5 (Arbeláez, J. 2010).  

Una vez obtenida una malla computacional aceptable, el archivo se graba en formato *.cdg. Al grabar el 
archivo  generado  en  este  formato,  el  programa  pregunta  la  cota  de  lamina  de  agua  en  la  frontera  de 
entrada, dicho valor se obtuvo de los datos arrojados por el HEC-RAS, el cual fue de 1006.41 msnm, para 
la condición de 50 años y 1006.45 msnm, para la condición de 100 años. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.3  Ejecución del Modelo River2D 

Para  ejecutar  el  programa  River2D,  se  debe  abrir  el  archivo  generado  en  el  Modulo  R2D_Mesh  con 
extensión *.cdg.  En la Figura 11,  se puede observar dos fronteras distintas: la frontera computacional 
en rojo y el borde de agua en color azul, también se aprecia la frontera de entrada en color verde aguas 
arriba del cauce y la frontera de salida aguas abajo en color azul.  

 

 

Figura  10. Topografía y Triangulación Generada por el Modulo R2D_Mesh.

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

28 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El  modelo  fue  ejecutado  para  flujo  permanente,  en  la  Figura  12  y  13,  se  muestran  los  resultados 
arrojados para un evento de precipitación con un tiempo de retorno de 50 y 100 años, con unos caudales 
de 1.48 m

3

/s  y 1.84 m

3

/s; respectivamente. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  12. Vista Evento de Inundación en 50 años y Q = 1.48 m

3

/s 

Frontera de Entrada 

Frontera Computacional 

Borde de Agua 

Frontera de Salida 

Figura  11. Modelo River 2D

 

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.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

29 

Oscar Darío Velásquez Mora 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3  Discusión de Resultados 

En el evento de inundación para 50 años, en el programa HEC-RAS muestra dos huellas de inundación; 
una  más  marcada  entre  las  secciones  40  a  100  y  otra  más  leve  entre  las  secciones  200  a  la  280, 
comparando  este  resultado  con  el  arrojado  por  el  programa  River  2D,  se  puede  observar  que  dicho 
comportamiento  se  repite  aproximadamente  desde  el  mismo  punto  a  ambos  lados  de  la  banca  de  la 
Quebrada La Viga y con tendencia desbordarse sobre su margen derecha. 

Para  el  evento  de  inundación  de  100  años,  en  el  programa  HEC-RAS  muestra  ahora  tres  huellas  de 
inundación; las dos mencionadas anteriormente entre las secciones 40 a 100 y 200 a la 280, y la tercera 
huella  aparece  entre  las  secciones  320  a  360,  comparando  este  resultado  con  el  arrojado  por  el 
programa River 2D, se puede observar que dicho comportamiento se repite aproximadamente desde el 
mismo punto a ambos lados de la banca de la Quebrada La Viga y con tendencia desbordarse sobre su 
margen derecha al final del tramo de estudio. 

 

 

 

Figura  13. Vista Evento de Inundación en 100 años y Q = 1.84 m

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

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Oscar Darío Velásquez Mora 

5  CONCLUSIONES 

 
Los  resultados  arrojados  por  este  trabajo,  concluyen  que  el  modelo  HEC  RAS  4.0,  resulto  ser  más 
amigable  y  eficiente  desde  el  punto  de  vista  computacional,  además  permite  varias  maneras  de 
introducir  la  información  topográfica  de  la  zona  de  estudio,  lo  cual  es  muy  importante  a  la  hora  de 
modelar los datos de entrada hidrológicos. 
 
Aunque,  de  acuerdo  con  varios  autores,  dicho  modelo  es  limitado  cuando  se  quiere  representar 
inundaciones, al no poder simular la difusión lateral de las ondas de crecida, y el manejo por secciones 
de la topografía y no como una superficie. A pesar de esto, el modelo HEC-RAS, arrojó una aproximación 
apropiada de las zonas de posible inundación de las zonas de estudio, la cual se pudo comparar con el 
mostrado por River 2D. 
 
El modelo River 2D, permite modelar con mayor precisión el comportamiento de flujo en la llanura de 
inundación,  pero  computacionalmente,  demanda  más  tiempo  de  cálculo  y  el  manejo  de  los  datos  de 
topografía se debe hacer lo más parecido posible a la realidad, ya que el módulo R2D_MESH, donde se 
genera la malla computacional que  sirve  de  entrada para el modelo hidráulico River 2D, en el caso de 
este proyecto se debió hacer varios ensayos hasta llegar superficie lo más cercano a la realidad. 
 
Con  la  adecuada  información  topográfica,  hidrológica  e  hidráulica,  los  modelos  hidráulicos  son  una 
herramienta de alta confiabilidad para el análisis de  eventos de inundación y que sus resultados estén 
acordes con la realidad y sirvan para la correcta planificación y toma de decisiones a las autoridades de 
cada región. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

.

(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

.

Cauca. 

 

 

 

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Oscar Darío Velásquez Mora 

6  RECOMENDACIONES 

Para  el  proceso  de  obtención  de  una  representación  topográfica  adecuada,  en  el  modelo  River 2D,  se 
recomienda el uso de batimetrías del cauce detalladas acompañadas de programas para la obtención de 
un Modelo Digital del Terreno. 
 
Al diseñar la malla computacional en el módulo R2D_Mesh, es necesario ser muy cuidadoso a la hora de 
elaborar una malla suficientemente refinada en áreas importantes manteniendo tiempos razonables de  
solución. 
 
En el modelo HEC-RAS, se recomienda desarrollar técnicas apropiadas para el trazado e interpolación de 
las secciones transversales, en casos de ríos de geometría compleja.  

 

 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Comparación de Metodologías de Modelación de Inundaciones Fluviales en 1D      

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(HEC-RAS) y 2D (RIVER 2D). Caso de Estudio: Quebrada La Viga, Cali, Valle del 

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Cauca. 

 

 

 

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Oscar Darío Velásquez Mora 

8  BIBLIOGRAFÍA 

Ahmad,  S.,  S.P.  Simonovic,  1999.  Comparison  of  one-dimensional  and  two-dimensional  hydrodynamic 
modeling approaches for Red river basin. Natural Resources Institute,. University of Manitoba, Canada. 

Arbeláez,  J.,  (2010).  Evaluación  de  Herramientas  Informáticas  para  el  Análisis  de  Amenaza  por 
inundaciones, Tesis de  Grado. Bogotá: Universidad de los Andes. 

Castro,  L,.  &  Willems,  P.,  (2011).Desempeño  de  Modelos  Hidráulicos  1D  y  2D  para  la  simulación  de 
inundaciones, Revista de la DIUC 

Echeverry,  J.,  (2012).  Aproximaciones  Metodológicas  para  el  Análisis  de  Amenaza  por  Eventos  de 
Inundación, Tesis de  Grado. Bogotá: Universidad de los Andes. 

Forero, R., & Franco, D. (2003). Estudio Hidrológico E Hidrodinámico Del Sistema De Drenaje Pluvial De La 
Zona Sur occidental En Santiago De Cali Mediante La Simulación numérica,  Universidad del Valle. 

Horrit,  M.,  &  Bates,  P.  (2002).  Evaluatión  of  1D  and  2D  numerical  models  for  prediting  river  flood 
inundation. Journal of Hydrology, 87-99. 

Hydrologic Engineering Center. (2010) Hec RAS User´s Manual. Davis CA: US Army Corps of Engineers. 

Steffler,  P.M.,  &  Blackburn,  J.  (2002).  River  2D:  Two-dimensional  depth  average  model  of  river 
hydrodynamicx  and  fish  habitat.  Introduction  to  depth  averaged  modeling  and  user´s  manual. 
Edmonton: Universidad de Alberta. 

 

 

 

 

 

 

 

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