Informatica en ciencias del agua

Objetivos

Adquirir habilidades para desarrollar soluciones de software, para la lectura, procesamiento y escritura de información típica en las aplicaciones en Recursos Hídricos y Saneamiento, a través del lenguaje de programación Python.

Contenidos mínimos

• Introducción a la Computación Científica: La Computación Científica. Los lenguajes de programación de la Computación Científica. El lenguaje Python. Python como calculadora. Tipos de datos básicos. Gestión de paquetes. Expresiones Lógicas y Operadores. Variables y Estructuras Básicas de Datos. Variables y asignación. Cadenas y listas. Introducción a los arrays de Numpy. Casos de aplicación.
• Fundamentos de la Programación Estructurada: Funciones. Conceptos básicos. Definición de funciones. Ejecución y operación de funciones. Funciones lambda. Estructuras de decisión. La instrucción if-else. Formas compactas. Estructuras de repetición. Ciclos for. Ciclos while. Casos de aplicación.
• Entrada y salida de información: Funciones de entrada y salida estándar. Ingreso de información por teclado. Lectura de secuencias por teclado. Entradas con requisitos. Salida de información por pantalla. Control del número de decimales. Lectura y escritura de archivos. Archivos de texto. Escritura de archivos de texto. Lectura de archivos de texto. Lectura y escritura de arrays. Archivos csv. Escritura de archivos csv. Lectura de archivos csv. Otras librerías. Gráficos científicos. El paquete MatPlotLib. La interface Pyplot. Gráficos 2D. Gráficos 3D. Gráficos paramétricos. Gráficos de dispersión. Superficies. Isolíneas. Casos de aplicación.

Hidráulica de canales con HEC - RAS

Objetivos

Desarrollar modelos de flujo a superficie libre, estacionario y gradualmente variado, mediante la herramienta de software HEC-RAS.

Contenidos mínimos

• Revisión de conceptos de Hidráulica a superficie libre: Flujo a superficie libre. Propiedades geométricas e hidráulicas. Flujo crítico. Flujo uniforme. Flujo gradualmente variado. Flujo rápidamente variado. Condiciones de contorno. Obras de arte: alcantarillas y puentes. Estructuras hidráulicas: vertederos y compuertas.
• Desarrollo de un proyecto en HEC-RAS: Datos geométricos. Datos de caudal. Plan. El entorno gráfico de HEC-RAS. El trabajo con proyectos. Ingreso de datos geométricos. Esquema. Secciones. Singularidades: alcantarillas y puentes. Ingreso de datos de caudal y condiciones de contorno. Definición de un plan en HEC-RAS. Cálculo. Visualización de resultados: gráficos y tabulares. Otras capacidades de HEC-RAS.
• Casos de aplicación: Modelado hidráulico de un canal prismático. Modelado hidráulico de un tramo de río. Modelado hidráulico de un puente. Modelado hidráulico de una alcantarilla. Modelado hidráulico de compuertas y vertederos.

Hidrología de eventos con HEC - HMS

Objetivos

Implementar modelos hidrológicos agregados de simulación de eventos, a nivel de cuenca, mediante la herramienta de software HEC-HMS.

Contenidos Mínimos

• Revisión de conceptos de Hidrología Superficial: El ciclo del Agua. Cuenca hidrográfica. Distribución espacial y temporal de la precipitación. Tipos de escorrentía: directa, subsuperficial y base. Factores que afectan la generación de escorrentía. Métodos para estimar la escorrentía: ecuaciones de transformación y modelos hidrológicos. Infiltración y Percolación. Procesos de infiltración y percolación en suelos y terrenos. Factores que influyen en la capacidad de infiltración. Métodos de estimación de la tasa de infiltración: curvas de capacidad de infiltración, ecuaciones empíricas y modelos matemáticos. Hidrogramas y Análisis de Caudales. Concepto de hidrograma y sus componentes. Métodos para generar hidrogramas: método racional, SCS-CN.
• Desarrollo de un proyecto en HEC-HMS: Nociones de HEC-HMS. Ventana de definición del proyecto. Explorador de cuenca. Escritorio de trabajo. Editor de componentes. Registro de mensajes. Fases de trabajo en HEC-HMS. Componentes de un proyecto en HEC-HMS.
• Casos de aplicación: Modelo de cuenca básica. Métodos: de pérdidas, de transformación lluvia caudal, de traslado de crecidas. Carga de mapas base. Delimitación de cuencas y obtención automática de parámetros morfométricos. Cálculo de tiempos de concentración, calculadora de HEC-HMS. Precipitaciones: una estación, polígonos de Thiessen, interpolación. Resultados en formato espacial. Mapas de lluvias. Introducción a la calibración: automática, semiautomática. Ingreso de datos espaciales: CN, Green y Ampt, precipitaciones. Embalses y obras de descarga: alcantarillas, orificios, vertederos, bombas.

Sistemas de información geográfica con QGIS

Objetivos

Gestionar Sistemas de Información Geográfica mediante la herramienta de software QGIS, con énfasis en las aplicaciones vinculadas a las Ciencias del Agua.

Contenidos Mínimos

• Fundamentos de los SIG: Conceptos básicos de SIG: definición, componentes y aplicaciones. Fundamentos de cartografía digital: proyecciones, coordenadas y sistemas de referencia. Principales software SIG. Uso de datos geoespaciales: raster, vector, imágenes satelitales y datos LiDAR. Introducción al análisis espacial: operaciones de overlay, buffer, interpolación y análisis de redes.
• Captura y Edición de Datos Geoespaciales: Captura de datos: GPS, digitalización de mapas y bases de datos geográficas. Edición y actualización de datos geoespaciales: creación y modificación de atributos, topología y validación de datos. Integración de datos: importación y exportación de formatos de datos geoespaciales.
• Técnicas de análisis espacial: Análisis de proximidad: cálculo de distancias, áreas de influencia y análisis de cercanía. Análisis de superficie: interpolación, modelos digitales de elevación, curvas de nivel, mapas de pendientes. Modelado hidrológico. Delimitación de cuencas. Mapas de acumulación y de dirección de drenaje. Extracción de la red de drenaje.
• Desarrollo de un caso de aplicación en QGIS: El entorno QGIS. Cargar información geoespacial. Recortar y reproyectar capas. Análisis del terreno. Delimitación de la cuenca. Mapas de la cuenca y de la red de drenaje. Herramientas de GRASS GIS. La composición de mapas en QGIS.

Redes de agua potable con EPANET

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de desarrollar modelos de redes de agua potable en particular y de flujos presurizados en general, mediante la herramienta de software EPANET.

Contenidos mínimos

• Revisión de conceptos de hidráulica de redes: Componentes de una red de distribución de agua: tuberías, válvulas, bombas, depósitos. Parámetros hidráulicos: caudal, velocidad, pérdida de carga, presión. Criterios de diseño de redes de agua potable: demanda, presiones mínimas y máximas, caudales de diseño. Métodos de dimensionamiento de tuberías: Hazen-Williams, Manning, Darcy-Weisbach. Selección de equipos y materiales para redes de agua potable.
• Desarrollo de un proyecto en EPANET: El programa EPANET: comandos. Ventana principal de EPANET. Menú principal. Barra de botones. Abrir y guardar archivos. Elementos constitutivos de la red. Propiedades. Ingreso de datos. Instalación de EPANET. El modelo de red. El trabajo con proyectos. El trabajo con objetos. El trabajo con mapas. Análisis de redes. Obtención de resultados. Impresión y copiado de resultados. Importar y exportar resultados.
• Casos de aplicación: Análisis de una red simple. Análisis de un sistema de bombeo. Análisis de una red bajo múltiples escenarios. Análisis de una red con válvulas. Análisis de calidad de agua en una red de agua potable. Desarrollo de un ejemplo completo en EPANET.

Cálculo numérico en ciencias del agua

Objetivos

Utilizar y aplicar librerías de cálculo numérico del lenguaje Python (Numpy, Scipy) para el desarrollo de soluciones de software a problemas típicos de las Ciencias del Agua.

Contenidos mínimos

• Introducción al Cálculo Numérico: Conceptos fundamentales. Definiciones de error. Tipos de errores numéricos. Errores de redondeo. Errores de truncamiento. Error numérico total. Bibliotecas de cálculo numérico en Python.
• Resolución numérica de ecuaciones y sistemas de ecuaciones: Resolución numérica de ecuaciones no lineales. Planteo del problema. Tolerancia. Iteración de punto fijo. Búsqueda de raíces en Python. Raíces de polinomios. Operaciones matriciales en Python. Sistemas de ecuaciones lineales. Solución de sistemas de ecuaciones lineales en Python. Inversión de matrices. Valores propios y vectores propios. Casos de aplicación.
• Interpolación y aproximación de funciones: Interpolación lineal. Interpolación polinomial. Interpolación con splines. Regresión por mínimos cuadrados. Regresión lineal. Casos linealizables. Regresión polinomial. Casos de aplicación.
• Diferenciación e integración numérica: El problema de la diferenciación numérica. Diferencias finitas divididas. Diferenciación numérica en Python. Diferenciación numérica de datos irregularmente espaciados. Aproximaciones de orden superior. El problema de la integración numérica. Reglas del trapecio y de Simpson. Funciones de Python para integración numérica. Casos de aplicación.

Flujo no estacionario con HRC - RAS

Objetivos

Implementar modelos de flujo no estacionario en cauces naturales (tránsito de onda dinámica) mediante la herramienta de software HEC-RAS.

Contenidos mínimos

• Revisión de conceptos de Hidráulica a superficie libre e Hidrodinámica: Conceptos fundamentales. Ecuaciones de Saint-Venant. Clasificación de los modelos de tránsito distribuido. Relaciones dinámicas de profundidad-caudal. Modelo implícito de onda dinámica. Solución por diferencias finitas.
• Flujo impermanente en HEC-RAS: El módulo de flujo impermanente en HEC-RAS. Tránsito dinámico de crecidas con HEC-RAS.
• Casos de aplicación: Desarrollo de un ejemplo en HEC-RAS de tránsito dinámico de crecidas. RAS Mapper. Uso. Capacidades. Desarrollo de un ejemplo de flujo impermanente en HEC-RAS utilizando RAS Mapper.

Hidrología de procesos continuos con SWAT+

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de implementar modelos hidrológicos de simulación continua en cuencas hidrográficas, mediante la herramienta de software SWAT+.

Contenidos mínimos

• Elementos de Hidrología de procesos continuos: El ciclo hidrológico y sus componentes. Procesos hidrológicos. Precipitación. Escorrentía. Infiltración. Evapotranspiración. Percolación. Flujo base. Análisis de cuencas hidrográficas, balances hídricos y régimen de caudales.
• El modelo SWAT+: El modelado hidrológico. Historia de SWAT. El modelo SWAT+. La interfaz QSWAT+. Instalación y requerimientos.
• Caso de aplicación: Presentación del problema. Preparación de la información. Desarrollo del modelo. Aplicación del modelo. Otros aspectos de SWAT+.

Drenaje pluvial urbano con SWMM

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de implementar modelos de simulación de sistemas de drenaje pluvial urbano, mediante la herramienta de software EPA-SWMM.

Contenidos mínimos

• Elementos de Hidrología Urbana: Conceptos básicos y particularidades de la hidrología en entornos urbanos. Desafíos y problemáticas asociadas al manejo de aguas pluviales en áreas urbanas. Diseño y funcionamiento de sistemas de drenaje pluvial en áreas urbanas. Causas y consecuencias de las inundaciones en ciudades. Estrategias y medidas para prevenir y mitigar inundaciones urbanas. Diseño de sistemas de alcantarillado pluvial, reservorios de detención y estaciones de bombeo. Planificación de obras hidráulicas para controlar el flujo de aguas pluviales.
• El modelo SWMM: El programa SWMM: comandos. Ventana principal de SWMM. Menú principal. Barra de botones. Abrir y guardar archivos. Elementos constitutivos de la red. Propiedades. Ingreso de datos. Instalación de SWMM. El modelo de red. El trabajo con proyectos. El trabajo con objetos. El trabajo con mapas. Análisis de redes. Obtención de resultados. Impresión y copiado de resultados. Importar y exportar resultados.
• Caso de aplicación: Desarrollo de un ejemplo completo en SWMM. Sistemas de bombeo. Análisis de un sistema de bombeo en SWMM. Estudio de un caso real.

Flujo subterráneo con MODFLOW

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de implementar modelos de flujo subterráneo a través de la herramienta de software MODFLOW, su interfaz gráfica ModelMuse y su visualizador MODPATH.

Contenidos mínimos

• Fundamentos de Hidráulica Subterránea: Conceptos geológicos básicos de aplicación en hidrología subterránea. Los acuíferos o embalses subterráneos. Acuíferos libres y confinados. Teoría elemental del flujo del agua en los medios porosos. Principios generales del movimiento del agua en medios porosos. Ley de Darcy. Valores y determinación de la porosidad y de la permeabilidad. Ecuaciones diferenciales del flujo subterráneo. Resolución de las ecuaciones diferenciales del flujo y problemas asociados. Movimiento del agua en los medios porosos no saturados.
• MODFLOW: El programa MODFLOW. Representación del dominio. Celdas. Capas. Condiciones iniciales y de contorno. El programa ModelMuse. Instalación y descripción de ModelMuse. ModelMuse: menú Grid y menú Data. Menú Object y menú Navigation. Menú View y menú Customize. MODFLOW6: grupos de capas, tiempo, control de salida, opciones. Confinamiento de celdas y capas. MODFLOW6: paquetes y programas, parámetros. Instalación de MODPATH. MODPATH estático y dinámico. Visualización de resultados.
• Casos de aplicación: Instalación de MODFLOW. Ejemplo. Crear el modelo. Introducir la discretización espacial. Introducir la discretización temporal. Asignar los datos. Definir las condiciones de contorno. Ejecutar el modelo. Visualizar los resultados. Analizar el balance. Conceptos y operaciones básicos con ModelMuse. Los conjuntos de datos, las fórmulas y los objetos. Configuración vertical de objetos. Interacción entre conjuntos de datos, fórmulas y objetos. Métodos de interpolación. Inclusión de límites abiertos, ríos, recarga, pozos y drenes. Caso de estudio. Recopilación y análisis de la información disponible. Construcción y diseño del modelo. Ejecución, balance y calibración del modelo. Utilización del modelo.

Ecuaciones diferenciales en ciencias del agua

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de plantear modelos matemáticos basados en ecuaciones diferenciales y de utilizar y aplicar librerías de cálculo numérico del lenguaje Python (Numpy, Scipy, Scikit-fdiff) para su solución a los problemas típicos de las Ciencias del Agua.

Contenidos mínimos

• Resolución numérica de ecuaciones diferenciales: Ecuaciones diferenciales ordinarias. Reducción del orden. El problema de valores iniciales de primer orden. Problemas de contorno. Funciones de Python para resolver problemas de valores iniciales y de contorno. Ecuaciones diferenciales en derivadas parciales. Solución en diferencias finitas. Funciones de Python para resolver EDPs.
• Aplicaciones de las ecuaciones diferenciales y modelado: Principios del modelado matemático. Los modelos matemáticos y el método científico. Sistemas. Modelos. Parámetros. Variable de estado. Términos fuente. Clasificación de los modelos matemáticos. Modelos estacionarios e inestacionarios. Modelos agregados y distribuidos. Modelos de base física, conceptuales y empíricos. Modelos determinísticos y estocásticos. Etapas del modelado. Calibración. Validación. Simulación. Modelado con ecuaciones diferenciales. Modelado con EDOs de primer orden. Modelado con sistemas de EDOs de primer orden. Otros modelos basados en EDOs. Modelos basados en ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

Flujo bidimensional con HEC - RAS

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de implementar modelos de flujo bidimensional en cauces naturales mediante la herramienta de software HEC-RAS.

Contenidos mínimos

• Fundamentos de la Hidrodinámica Bidimensional: Introducción. Hipótesis. Ecuaciones fundamentales: deducción. Condiciones de borde e iniciales. Soluciones numéricas. El método de los volúmenes finitos (MVF): fundamentos. Discretización espacial y temporal. Condición de convergencia.
• Hidrodinámica bidimensional con HEC-RAS: HEC-RAS 6. Capacidades. Modelado integrado 1D/2D. Limitaciones del modelado 2D. Pasos en el desarrollo de un modelo 2D en HEC-RAS 6. Desarrollo de un ejemplo de aplicación 2D en HEC-RAS.
• Aspectos avanzados: Modelos integrados 1D-2D. Estrategias de modelado. Conexión de áreas 2D y elementos 1D. Desarrollo de un ejemplo de aplicación. Modelado del terreno. Trabajo en RAS Mapper. Uso de múltiples modelos digitales de elevación. Uso de secciones transversales para mejorar el modelo de terreno. Desarrollo de un ejemplo de aplicación. Estructuras hidráulicas en áreas 2D. Tipos. Vinculación con la malla de VF. Limitaciones actuales. Estructura tipo vertedero. Casos de aplicación. Modelos aplicables. Desarrollo de un ejemplo de aplicación. Estructura tipo alcantarilla. Casos de aplicación. Desarrollo de un ejemplo de aplicación.

Gestión de la reducción del riesgo por inundaciones urbanas con modelos 2D

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de desarrollar las tres componentes esenciales de la gestión de la reducción del riesgo por inundaciones: inventario hidrológico, monitoreo hidrometeorológico a tiempo real y simulación de escenarios actuales y futuros de eventos extremos con un modelo hidrológico e hidrodinámico en 2D; y adquiera destrezas para construir mapas de peligrosidad y riesgo que sirvan para la configuración de Protocolos barriales de actuación ante emergencias por inundación.

Contenidos mínimos

• Introducción a la Gestión de programas de reducción del riesgo por inundaciones (PRRI): Preparación del inventario hidrológico (infraestructura hidráulica, modelos digitales de terreno, uso del suelo, mapas de rugosidad, entre otros). Bases de configuración de un monitoreo a tiempo real con fines de detección temprana y a tiempo real de eventos extremos: definición y presentación del Índice de severidad de tormentas (IST). Simulación de eventos extremos por medio de modelos hidrológicos e hidrodinámicos acoplados con la finalidad de producir mapas de peligrosidad (producto de velocidad x profundidad) y de riesgo (producto de vulnerabilidad x peligrosidad). Construcción de Protocolos Barriales en QGIS a partir de información básica del PRRI y la herramienta Administrador de Composiciones y Atlas. Caso de estudio: PRRI La Plata.
• Caso de aplicación: Evacuación de excedentes en un parque industrial con sendas de cañerías, desagües subterráneos, balsas de acumulación y estaciones de bombeo. Uso de la versión académica de FLO2D como plug-in de QGIS para la construcción de mapas de peligrosidad. Ensamble con el modelo SWMM para la simulación de sistemas de evacuación subterránea y de estaciones de bombeo a balsa de acumulación.

Transporte de masa en medios porosos con MODPATH, MT3D y SUTRA

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de diseñar y construir modelos de sistemas de transporte en aguas subterráneas, a través de las herramientas de software MODPATH, MT3DMS y SUTRA y la interfaz gráfica ModelMuse, para la solución de problemas de contaminación de suelos y acuíferos.

Contenidos mínimos

• El transporte de masa en medios porosos: Introducción. Modelos matemáticos en Hidrogeología. Simulación del transporte advectivo en un medio poroso. Ecuación del transporte advectivo. Simulación del transporte advectivo-dispersivo. Ecuaciones del transporte advectivo-dispersivo. Ecuación del transporte con reacciones químicas sencillas. Simulación de flujo y transporte de densidad variable.
• Las herramientas de software: El código MODPATH. Introducción al código MODPATH. MODPATH bajo el entorno ModelMuse. El código MT3D. Introducción al código MT3D. MT3D bajo el entorno ModelMuse. El código SUTRA. Introducción al código SUTRA. SUTRA bajo el entorno ModelMuse.

Introducción a la dinámica de fluidos computacionales

Objetivos

Que el estudiante, al finalizar el curso, adquiera la habilidad de implementar modelos simples de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) a través de la herramienta de software OpenFOAM, en su integración con FreeCAD a través del workbench CFD-OF.

Contenidos mínimos

• Revisión de conceptos de Mecánica de los Fluidos: El flujo y su descripción matemática. Leyes de conservación. La ecuación de continuidad. La ecuación de momentum. La ecuación de energía. Tensiones viscosas. Las ecuaciones de Navier-Stokes. Simplificaciones de las ecuaciones de Navier-Stokes. Turbulencia. Modelos de turbulencia. Ecuaciones de Navier-Stokes promediadas según Reynolds (RANS). Viscosidad de torbellino. Modelo κ-ε. Simulación de Grandes Vórtices (LES).
• OpenFOAM: Introducción a OpenFOAM como herramienta de simulación numérica de dinámica de fluidos computacional (CFD). Estructura y funcionamiento de OpenFOAM. Solucionadores. Malladores. Postprocesamiento. Exploración de modelos físicos como turbulencia, transferencia de calor y reacciones químicas. Aplicación de OpenFOAM en problemas de flujo en tuberías, aerodinámica, transferencia de calor y mezcla de fluidos. Uso de preprocesadores para generación de mallas y configuración de simulaciones. Análisis de resultados y visualización de datos utilizando herramientas de postprocesamiento.