Manual Básico de programa Hec ras 4.0

MAESTRIA: INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS UNA-PUNO
JOHNNY JARA RAMOS Página 1
Manual Básico del PROGRAMA HEC-RAS 4.0
1. Introducción
El modelo Hec-Ras, ha sido desarrollado por el Centro de Ingeniería
Hidrológica (Hydrologic Engineering Center) del Cuerpo de Ingenieros de la
Armada de los EE.UU. (US Army Corps of Engineers). La aplicación del
programa Hec-Ras, es la modelación hidráulica en régimen permanente y no
permanente de cauces abiertos, ríos y canales artificiales.
2. Desarrollo de un Modelo Hidráulico
Para desarrollar el modelo hidráulico de un cauce, canal o río, deben
completarse los siguientes pasos:
• Crear un proyecto nuevo
• Introducir los datos geométricos
• Introducir los datos hidráulicos: caudal y condiciones de contorno
• Crear un plan seleccionando una geometría y unos datos hidráulicos y
ejecutar la simulación
• Ver los resultados
3. Ejecutar el Programa
Al ejecutar el programa, es posible que aparezca la siguiente ventana:
La versión 4 de HEC‐RAS requiere ajustar el sistema Windows a inglés. El
cambio es sencillo, pero en el resto de los programas aparecerán los
decimales y los formatos de fecha al modo americano: Panel de
control/Configuración regional y de idioma/Inglés (Estados Unidos)
Una vez solucionado el problema con la configuración regional, aparecerá la
pantalla principal del programa.

3.1. Cambiar el sistema de unidades
• Seleccionar Options/Unit system (US Customary/SI)
 Aparecerá la ventana
• Seleccionar la opción System Internacional (Metric System).
• Si seleccionamos también “Set as default for new projects”, todos los
nuevos proyectos que se creen serán con unidades del sistema
internacional.
• OK para aceptar
Nos avisa que esa opción sólo configura el sistema de unidades pero NO
CONVIERTE las unidades de un proyecto abierto.
3. Comenzar un Proyecto Nuevo
Para comenzar a trabajar es necesario crear un proyecto nuevo,
seleccionando File/New Project

• Crear carpeta del nuevo proyecto, colocando un nombre en “Title” y un
nombre en “File Name”, con la extensión .prj.
• OK para aceptar.
• Aparecerá una ventana que pregunta si se quiere crear un proyecto
con el nombre y título dados. Avisa que el proyecto está configurado
para trabajar con System Internacional (Metric System).
• Aceptar.
4. Introducir datos geométricos
5.1. Crear el tramo
• Seleccionar Edit/Geometric Data o bien el icono
• Para comenzar a trabajar, es necesario crear en esta ventana el
esquema del río o cauce de tramo a tramo.
• Para ello activar el icono “River Reach” dentro de la ventana
“Geometric Data”.
• El puntero del ratón se convertirá en un lápiz. Dibujar un tramo de
cauce, haciendo clic en un punto para definir el extremo de aguas
arriba y dos clics en otro punto para definir el extremo de aguas abajo
del tramo
• También podemos hacer quiebres en el esquema, definiendo puntos
intermedios con un solo clic del ratón. Recordar que aunque dibujemos
una curva en nuestro esquema, el programa calcula siempre flujo 1-D.
• Cuando definamos el extremo de aguas abajo aparece una ventana
donde debemos introducir el nombre del río (hasta 32 caracteres) y el
nombre del tramo (hasta 12 caracteres).

• OK para aceptar.
5.2. Introducir datos de secciones transversales
• En la ventana “Geometric Data” seleccionar el icono “Cross Section”

• Aparece una nueva ventana: Cross Section Data. Esta es
fundamental: aquí introduciremos la forma transversal del cauce y
otros datos básicos para la calidad del resultado.
5.2.1. Crear una nueva sección transversal
• Para introducir la primera sección transversal, seleccionar Options/Add
a new Cross Section
• Aparecerá una ventana pidiendo un identificador para la sección
transversal
• Introducir un número que representará su posición relativa con
respecto a las demás secciones, por ejemplo 4.
• Se recomienda que sea un punto kilométrico o una referencia
fácilmente reconocible en un mapa. El orden como se ordenan las
secciones es aguas arriba las que tienen número mayor y aguas abajo
las que tienen número menor.
• Si se desea se puede incluir una descripción en el campo
“Description”.
5.2.2. Geometría del cauce
• En la misma ventana Cross Section Data, escribimos en las dos
columnas de la izquierda: en la primera columna (Station) la distancia
desde la margen izquierda, en la segunda columna (Elevation) la cota
del fondo del cauce en ese punto (Ojo: NO profundidades, sino cotas o
alturas desde cualquier punto de referencia).
• Cada vez que cliquemos sobre “Apply Data” los datos serán
introducidos y representados en el espacio de la derecha.
5.2.3. Distancia hasta la sección siguiente
En la misma ventana Cross Section Data, en el cuadro Downstream Reach
Lengths indicamos las distancias desde esta sección a la inmediata siguiente
aguas abajo, que en este caso es 500, LOB es la distancia entre las
márgenes izquierdas, ROB entre las márgenes derechas, y Channel distancia

a lo largo del centro del canal. Lógicamente, si indicamos los tres valores
iguales, los dos perfiles transversales consecutivos aparecerán paralelos.
5.2.4. Acotación del canal principal
Estos puntos definen la parte de la sección que puede considerarse como
canal principal. El resto de la sección se considerará como llanura de
inundación.
Se introducen dos valores de distancias en horizontal, en este ejemplo hemos
escrito 6 y 18 La distancia 6 coincide con unos de los puntos que habíamos
introducido previamente, pero la 18 no; por eso, tras introducir ese valor, el
programa pregunta si queremos crear ese punto, decimos que Sí, y le
adjudicará una cota interpolada al punto 18, que aparece como una nueva
línea de datos en la tabla de la izquierda.
Cliquemos el botón “Apply Data” y los dos puntos que acotan el canal principal
aparecen en rojo ( ) en el dibujo.
5.2.5. Valores “n” de Manning y coeficientes de contracción/expansión
Cliquemos en los signos que aparecen al lado, se presentan en pantalla
las tablas de valores del coeficiente de Manning, para elegir el adecuado.
El programa utiliza los coeficientes de contracción/expansión para determinar
las pérdidas de energía entre dos secciones contiguas. Los autores para una
transición gradual aconsejan 0.1 (contracción) y 0.3 (expansión), mientras que
en las proximidades de un puente pueden ser, respectivamente de 0.3 y 0.5 o
mayores, por la mayor pérdida de energía.
Después de todo el trabajo realizado, la ventana Cross Section Data aparece
así:
5. Otras secciones transversales
Para preparar otra sección debemos repetir todo lo que hemos hecho en la
primera (puntos 5.2.1 a 5.2.5 anteriores). Pero si la segunda sección es muy

similar a la primera, podemos duplicarla, y en la copia obtenida elevar las cotas
de acuerdo con la pendiente observada en el campo, por ejemplo vemos que
la sección de aguas abajo está a 500 m y como el canal tiene una pendiente
de 0,002, se encuentra a -1 m más abajo que la que hemos introducido. El
procedimiento sería el siguiente:
•En la ventana Cross Section Data, seleccionamos Options/Copy Current
Cross Section
•Introducimos el número identificador de la posición relativa de la sección
(River Station), (En este caso, 3).
Se creará una sección transversal idéntica que la anterior a una distancia de
500 m. Para aumentar la cota de toda la sección:
• Seleccionamos Options/Adjust Elevations e introducimos la cantidad en
metros que queremos subir o bajar la sección transversal (En este caso, -1).
De vuelta en la ventana Cross Section Data, Cliquemos en el botón “Apply
Data” y en el dibujo aparecerá la sección con sus nuevas cotas.

De la misma forma realizamos para la sección 2:
De la misma forma realizamos para la sección 1:

En la ventana Cross Section Data, en el cuadro Downstream Reach Lengths
indicamos las distancias desde esta sección a la inmediata siguiente aguas
abajo, que en este caso es 0, ya que esta sección “1” va a ser la primera (es
decir, no tiene ninguna aguas debajo de ella).
6. Interpolar secciones transversales
Como deseamos obtener datos de la lámina de agua en este canal cada 10 m,
interpolaremos secciones transversales cada esa distancia.
• En la ventana “Geometric Data”, seleccionamos Tools/XS interpolation.
Aparecen 2 opciones: “Within a Reach” (dentro de un tramo) y “Between 2
XS’s” (Entre 2 secciones transversales.
Con la opción “Within a Reach” aparece una ventana donde podemos elegir río
(River), tramo (Reach), sección de aguas arriba (Uptream Riv Sta), sección de
aguas abajo (Downstream Riv Sta), distancia máxima entre secciones
transversales (Maximum distance between XS’s) y elegir el número de
decimales a usar en la distancia final entre secciones.

Cada sección interpolada aparece con un asterisco (*) luego del número de
identificación. Todas las características de las secciones se interpolan,
incluyendo el coeficiente n de Manning.
En cualquier momento se puede cambiar la interpolación, para lo cual es
necesario borrar la anterior seleccionando el icono correspondiente en las
ventanas de interpolación.
• Si las secciones que definen nuestro canal están muy juntas como para
verlas todas a la vez en la ventana de datos geométricos, podemos hacer un
acercamiento, seleccionando View/Zoom in y definiendo a continuación una
ventana con el ratón.
Aparecerá en la esquina superior izquierda un pequeño plano de situación de
la zona acercada.
7. Crear el nuevo tramo
A continuación creamos un tramo nuevo seleccionando el icono “River Reach”
en la ventana “Geometric Data”, dibujándolo tal como lo hicimos antes, desde

aguas arriba hacia aguas abajo y con doble clic un poco arriba de la sección
donde queremos introducir la confluencia.
Nos pedirá un nombre de río y de tramo.
Luego nos preguntará si queremos introducir una confluencia (junction) aguas
abajo de tal sección transversal.
Como al introducir una unión, el tramo de cauce queda dividido en 2 tramos,
uno aguas arriba y otro aguas abajo, nos pedirá el nombre del nuevo río y
tramo.
Luego nos pedirá que introduzcamos el nombre de la confluencia entre los
tramos “PRIMER TRAMO” y “TERCER TRAMO”.

Ahora creamos una nueva sección transversal para el segundo tramo del rio
grande, seguimos el mismo procedimiento anterior realizado para el primer
tramo del rio grande:
Como la segunda sección es muy similar a la primera, podemos duplicarla, y
en la copia obtenida elevar las cotas de acuerdo con la pendiente observada
en el campo, por ejemplo vemos que la sección de aguas abajo está a 500 m y
como el canal tiene una pendiente de 0,001, se encuentra a -0.5 m más abajo
que la que hemos introducido. Seguimos el mismo procedimiento anterior
realizado para el primer tramo del rio grande:

De la misma forma realizamos para la sección 2.0:

A continuación interpolamos el segundo tramo para obtener datos de la lámina
de agua en este canal cada 10 m.
Antes de continuar, es conveniente situar las confluencias entre secciones.
Haciendo un click sobre la confluencia aparecerá un menú y seleccionando
“Edit Junction” podemos editar las características de la confluencia o en el
botón . Para centrar la confluencia entre las secciones 2 y 2.02,
cambiamos la distancia entre la unión y los tramos de aguas arriba y aguas
abajo de la unión.

Con lo que quedará la confluencia posicionada de la siguiente manera:
9. Caudales
En la ventana principal de HEC‐RAS, Cliquemos el botón , o
seleccionamos Edit/Steady Flow Data.

En primer lugar hay que indicar el número de “perfiles” (Profiles) que hay que
calcular. Con “perfiles” se refiere a diversas hipótesis de cálculo que deseamos
plantear simultáneamente, para varios caudales. Es necesario al menos un
dato de caudal para cada tramo y cada perfil.
En nuestro ejemplo, hemos indicado (arriba) 4 perfiles, que aparecen
inicialmente como PF1, PF2, PF3 y PF4. Posteriormente, los hemos
renombrado como 5 años, 10 años, 20 años y 50 años, (supongamos que se
trata de caudales de retorno para esos periodos). El cambio de esos nombres
se hace en el menú Options/Edit Profile Names. Para cada uno de los cuatro
“perfiles” introducimos un dato de caudal (en m
3
/s).
Los datos de caudal se introducen comenzando aguas arriba para cada tramo.
Cuando se introduce un caudal en el extremo superior (aguas arriba), el
programa supone el mismo caudal para el resto de secciones dentro de ese
tramo del río, aunque pueden cambiarse en cada sección.
En nuestro ejemplo, hemos indicado el caudal para la sección 2 (ver en la
figura anterior: ), que es la sección que está situada aguas arriba,
así que el programa supondrá que por la sección 1 (aguas abajo) pasa el
mismo caudal.
9.1. Condiciones de contorno
Por ejemplo, en nuestro canal deseamos la lámina de agua para varios
caudales en m
3
/s que entran en el extremo de aguas arriba (sección 2). Las
condiciones de contorno de aguas arriba será de profundidad normal con la
pendiente del canal (S =0,001), y las condiciones de contorno de aguas abajo
son de profundidad crítico.
En la ventana en que introducimos los datos de caudales es necesario
especificar las “condiciones de contorno”, haciendo un click en “Reach
Boundary conditions”, aparece una nueva ventana.
Pueden introducirse condiciones para todos los perfiles a la vez o uno a uno.
En este caso conviene seleccionar la opción de todos los perfiles a la vez (Set
boundary for all profiles), completar las condiciones de aguas arriba y aguas
abajo y luego seleccionar la opción de un perfil por vez (Set boundary for one
profile at a time). Con ello logramos que todos los perfiles tengan las mismas
condiciones.
HEC‐RAS necesita esta información en cada tramo para establecer el nivel del
agua inicial en ambos extremos del tramo del río: aguas arriba y/o aguas
abajo. En un régimen subcrítico sólo se necesita en el extremo de aguas abajo

(downstream); en régimen supercrítico, sólo es necesario aguas arriba
(upstream), y si se va a calcular en un régimen mixto (por variaciones del
caudal), se necesitaría en ambos extremos del tramo.
Existen cuatro posibilidades (ver los botones de la figura de arriba):
Alturas de la superficie del agua conocidas (Known Water Surface
Elevations). El usuario debe introducir la altura del agua para cada uno de los
perfiles que se van a calcular.
Profundidad crítica (Critical Depth). Con esta opción, el usuario no tiene que
introducir nada. El programa calcula la profundidad crítica para cada uno de los
perfiles y la utilizará como condición de contorno.
Profundidad Normal (Normal Depth). En este caso, el usuario debe introducir
el pendiente de la línea de energía (egergy slope) que se utilizará para calcular
la profundidad normal en ese punto (ecuación de Manning). Si no se conoce
ese dato, se puede sustituir por la pendiente del agua o la pendiente del fondo
del cauce.
Curva de gastos (Rating Curve). En esta opción debemos introducir una serie
de parejas de valores nivel‐caudal.
10. Ejecución del modelo
Para realizar una simulación hidráulica del cauce es necesario crear un plan
que incorpore un fichero de datos de geometría y otro de datos hidráulicos.
• Para ello, seleccionamos Run/Steady Flow Analysis o bien el icono
• Lo que aparece en esta ventana como “Plan” es el conjunto de condiciones
elegidas para efectuar la computación (geometría, caudal, régimen). En el
menú File se puede guardar este “Plan” (Save Plan) o comenzar uno nuevo
(New Plan).
• Seleccionamos un fichero de datos geométricos y uno de datos hidráulicos
de entre los existentes.
• Seleccionamos el régimen del flujo que se espera encontrar (Subcrítico,
Supercrítico o Mixto). Si no estamos seguros se recomienda usar la opción
“Mixed”, pero debemos tener en cuenta que esta opción exige condiciones de
contorno aguas arriba y aguas abajo
• Ejecutamos la simulación seleccionando “Compute”
Una vez ejecutada la simulación correctamente, se mostrará la siguiente
ventana

• Seleccionar “Close” para cerrar la ventana.
11. Ver los resultados
Una vez ejecutada la simulación correctamente, se pueden ver los resultados
de varias maneras.
Dentro del menú “View” se tienen las siguientes opciones, que son accesibles
también a través de iconos:
• Ver las secciones transversales (Cross-Sections)
• Ver los perfiles de las láminas de agua (Water Surface Profiles)
• Ver gráficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil (General Profile
Plot)
• Ver curvas altura-caudal de cada perfil (Rating Curves)
• Ver dibujos en perspectiva (X-Y-Z Perspective Plots)
• Ver hidrogramas de caudal y calado (sólo cuando se ejecutan simulaciones
con flujo no
permanente) (Stage and Flow Hydrographs)
• Ver gráficas de propiedades hidráulicas (Hydraulic Property Plots)
• Ver tablas de detalle (Detailed Output Table)
• Ver tabla de resumen (Profile Summary Table)
• Ver resumen de errores, avisos y notas (Summary Err, Warn, Notes)
• Ver datos en formato DSS (DSS Data)
11.1. Secciones transversales
• En el menú “View” o seleccionando el icono correspondiente aparece la
ventana:

En el menú “Options” existen muchas posibilidades para personalizar esta
gráfica como por ejemplo:
• Elegir el Plan
• Elegir el Perfil
• Ver o no secciones interpoladas
• Elegir las variables para ver
• Si hemos seleccionado la opción “Flow Distribution Locations” para ver la
distribución del flujo en horizontal, debemos seleccionar en la ventana “Cross
Section”, Options/Velocity Distribution” e introducir un criterio para mostrar los
colores.
11.2Perfiles de las láminas de agua
ventana:

De nuevo en el menú “Options” tenemos todo tipo de posibilidades similares a
las que tenemos con las secciones transversales. Es posible incluso hasta
cambiar la escala de ambos ejes.
11.3. Gráficas de varios parámetros a lo largo de todo el perfil
ventana:
Podemos elegir ver gráficas estándar seleccionando entre las opciones del
menú “Standard Plots”, entre las cuales tenemos:
• Velocidad (Velocity)
• Caudal (Flow)
• Área de la sección transversal (Area)
• Coeficiente de Manning ponderado (Weighted n)
• Número de Froude (Froude #)
• Calado hidráulico (Hydraulic Depth)
• Tensión de corte (Shear)
• Área de la superficie (Surface Area)
• Volumen de agua (Volume)
• Potencia del flujo (Stream Power)
Podemos también definir gráficas personalizadas eligiendo cualquier
parámetro calculado del problema. En todas las gráficas podemos elegir
también la opción de verlo en formato tabla, seleccionando la pestaña “Table”.
11.4. Ver curvas caudal-calado de cada perfil
ventana:

Aquí se nos presentan las mismas posibilidades de la ventana “Cross Section”.
11.5. Ver dibujos en perspectiva
ventana:
Aquí, en el menú “Options” también podemos seleccionar el plan, el perfil
(incluso varios o todos), hacer acercamientos, animaciones, etc. En la ventana
podemos configurar la vista cambiando el ángulo horizontal (Rotation Angle) o
el ángulo vertical (Azimuth Angle)
11.6. Ver tablas de detalle
ventana:

Aquí se ve un resumen de los parámetros hidráulicos de cada una de las
secciones, con las opciones de incluir los mensajes de error, avisos y notas en
la misma ventana y cambiar el sistema de unidades para la visualización.
11.7. Ver tabla de resumen
ventana:
Aquí, en principio aparece una tabla estándar, pero pueden elegirse entre 21
de ellas o configurar nuestra propia tabla. También nos permite elegir ver las
secciones interpoladas o no.

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