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Title: Evaluation of 1D hydraulic models for the simulation of mountain fluvial floods: a case study of the Santa Bárbara River in Ecuador
Other Titles: Evaluación de modelos hidráulicos 1D para la simulación de inundaciones fluviales de montaña: un estudio de caso del río Santa Bárbara en Ecuador
Authors: Timbe Castro, Edison Patricio
Timbe Castro, Luis Manuel
Pinos Flores, Juan Andres
metadata.dc.ucuenca.correspondencia: Pinos Flores, Juan Andres, juan.pinosf@ucuenca.edu.ec
Keywords: 1D model
digital elevation model
flooding
inundation modeling
water surface elevation
Issue Date: 2019
metadata.dc.ucuenca.volumen: vol. 14
metadata.dc.source: Water Practice and Technology
metadata.dc.identifier.doi: 10.2166/wpt.2019.018
metadata.dc.type: ARTÍCULO
Abstract: 
River flooding is a key topic for water managers because of social and economic losses it can cause. The complex topography and dynamics of mountain rivers has limited the analysis of their behavior during flood events (e.g., sediment transport, flooding). This study aims to test the performance of three hydraulic 1D models (HEC-RAS, MIKE 11, and Flood Modeller) to estimate inundation water levels for a mountain river. The evaluation of these models was performed considering steady state conditions through 10 scenarios, i.e. five discharge return periods, and two types of cross sections data (a) type I, a detailed field survey complemented with information extracted from DEM, derived from LiDAR; and (b) type II, cross sections exclusively derived from the DEM. The research was conducted for a reach of 5 km of the Santa Bárbara River, with an average slope of 0.25%. HHEC-RAS model results for cross sections type I, were previously validated and therefore used as reference for comparison between other models and scenarios. The goodness-of-fit between models was measured based on the Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient (EF). The main goal of the current study was to determine the variability of inundation level results compared with a validated model as reference, using the same input data for the three modeling packages. Our analysis shows that, when using cross section type I, the evaluated modeling packages yield similar results (EF were between 0.94 and 0.99). On the other hand, the goodness of fit decreased when using type II data, with an average EF of 0.98 (HEC-RAS), 0.88 (Flood Modeller) and 0.85 (MIKE 11) when compared to the reference model. The authors conclude that it is highly recommend for practitioners to use geometric data type I instead of type II in order to obtain similar performance in the tested models. Only HEC-RAS type II has the same performance as type I models (average EF of 0.98).
Description: 
Las inundaciones causadas por ríos es un tema clave para los administradores del agua debido a las pérdidas sociales y económicas que pueden causar. La compleja topografía y dinámica de los ríos de montaña ha limitado el análisis de su comportamiento durante las inundaciones (por ejemplo, transporte de sedimentos, inundaciones). Este estudio tiene como objetivo probar el rendimiento de tres modelos hidráulicos 1D (HEC-RAS, MIKE 11 y Flood Modeller) para estimar los niveles de inundación de un río de montaña. La evaluación de estos modelos se realizó considerando condiciones de estado estacionario a través de 10 escenarios, esto es, cinco períodos de retorno de descarga y dos tipos de datos de secciones transversales: (a) tipo I, levantamiento topográfico detallado complementado con información extraída de DEM, derivada de LiDAR; y (b) tipo II, secciones transversales derivadas exclusivamente del DEM. La investigación se realizó en 5 km del río Santa Bárbara, con una pendiente promedio de 0.25%. Los resultados del modelo HEC-RAS para secciones transversales tipo I se validaron previamente y, por lo tanto, se utilizaron como referencia para la comparación entre otros modelos y escenarios. La bondad de ajuste entre los modelos se midió con base en el coeficiente de eficiencia (EF) del modelo Nash-Sutcliffe. El objetivo principal del presente estudio fue determinar la variabilidad de los resultados del nivel de inundación en comparación con un modelo validado como referencia, utilizando los mismos datos de entrada para los tres paquetes de modelado. Nuestro análisis muestra que, cuando se usa la sección transversal tipo I, los paquetes de modelado evaluados arrojan resultados similares (EF estuvo entre 0.94 y 0.99). Por otro lado, la bondad del ajuste disminuyó al usar datos de tipo II, con un EF promedio de 0.98 (HEC-RAS), 0.88 (Flood Modeller) y 0.85 (MIKE 11) en comparación con el modelo de referencia. Los autores concluyen que es muy recomendable que los profesionales utilicen datos geométricos de tipo I en lugar de tipo II para obtener un rendimiento similar en los modelos probados. Solo el HEC-RAS tipo II tiene el mismo rendimiento que los modelos tipo I (EF promedio de 0.98).
URI: http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/33844
https://doi.org/10.2166/wpt.2019.018
metadata.dc.ucuenca.urifuente: http://www.iwaponline.com/wpt/
ISSN: 1751-231X
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