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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Pesquisas Hidráulicas
Grupo de Pesquisa em Desastres Naturais
Relatório Técnico GPDEN Nº 11
Guía práctico de modelación de flujo de detritos con KANAKO-2D
Maurício Andrades Paixão Itzayana González Ávila
Fernando Campo Zambrano Masato Kobiyama
www.ufrgs.br/gpden
Porto Alegre, octubre de 2020
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1. INTRODUCCIÓN
Flujos de detritos son fenómenos naturales con elevado poder destructivo,
gobernados por la gravedad y compuestos por la mezcla de agua, aire y sedimentos
(TAKAHASHI, 2007). Jakob y Hungr (2005) comentaron que los flujos de detritos son
uno de los movimientos de masa más peligrosos debido a la elevada velocidad del flujo
y de las grandes distancias que ellos puedenalcanzar.
Los flujos de detritos presentan un alto potencial causador de desastres, de modo
que la sociedad necesita implementar medidas preventivas adecuadas a fin de reducir el
riesgo de desastre. Tales medidas pueden ser estructurales o no-estructurales, siendo las
medidas estructurales las obras de ingeniería y las no-estructurales la zonificación de
amenaza y la simulación de escenarios posibles. Nishiguchi et al. (2011) comentaron
que la simulación computacional ha sido utilizada en las tentativas de reproducir el
comportamiento de flujos de detritos y zonificar áreas susceptibles a la ocurrencia de
estos fenómenos.
El simulador Kanako-2D, propuesto por Nakatani et al. (2008), fue desarrollado
inicialmente para evaluar la influencia de embalses en la propagación de flujos de
detritos. Sin embargo, actualmente el simulador es utilizado también para la
zonificación de áreas susceptibles. El Kanako-2D utiliza simulaciones en 1D en la
propagación del flujo en el canal, y simulación 2D en el abanico aluvial, donde ocurre la
deposición. La propagación del flujo en el Kanako es simulada a partir del canal de
transporte.
El presente trabajo tiene el objetivo de orientar usuarios en todas las etapas
necesarias para ejecutar correctamente el simulador Kanako-2D, sirviendo como guía en
todas las etapas de procesamiento.
2. FLUJOS DE DETRITOS
Los flujos de detritos son un de los tipos de movimientos de masa más
peligrosos, una vez que pueden alcanzargrandes distancias, con altas velocidades y
elevado poder destructivo. En términos de geomorfología, los flujos de detritos son
caracterizados bajo tres aspectos principales: zona de iniciación, zona de transporte y
zona de deposición (Figura 1).
La zona de iniciación es el local donde ocurre el aporte inicial de sedimentos al
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flujo. La zona de transporte es una zona de transición, en que sedimentos son
incorporados al flujo y son transportados aguas abajo. La zona de deposición es el lugar
donde los sedimentos se depositan. Aunque sea posible distinguirlos esquemáticamente
las tres zonas principales de un flujo de detritos, diferenciarlas en campo es
extremamente difícil y los métodos conocidos hasta el presente momento (e.g.
Takahashi, 2007) aún no son completamente establecidos en la comunidad científica.
Figura 1 – esquema ilustrativo de flujos de detritos (Fuente: Hussin, 2011)
Según Takahashi (2007), la iniciación de un flujo de detritos puede ocurrir a
partir de tres distintas situaciones:
i) Movilización de sedimentos del lecho de un canal que, al ser
movilizados, aumentan la concentración de sólidos en el agua y la
densidad del fluido, transformándose en flujos de detritos;
ii) Deslizamientos que, al convergieren para el canal, propagan sus
sedimentos;
iii) Ruptura de embalses
Según el IRDR (2014), los flujos de detritos pueden ser leñosos, rocosos o de
lodo. Según Kobiyama et al. (2015), la realidad brasilera indica una grande presencia de
detritos leñosos, aquellos cuyas contribuciones de la vegetación es muy elevada en la
propagación del flujo.
Es importante decir que, aunque haya diversos tipos de flujos de detritos, la
presente guía está considerando la modelación de flujos de detritos que ocurren a partir
de deslizamientos que, al convergieren para el canal, se transforman en flujos de detritos.
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3. KANAKO-2D
El Kanako-2D utiliza un modelo integrado entre 1D y 2D. En la zona de
transporte son utilizadas simulaciones numéricas computacionales unidimensionales
visando reproducir las variaciones causadas por flujos de detritos en el lecho móvil del
canal. Es en esta etapa que son evaluados diferentes tipos de presas de control de erosión.
En el abanico aluvial la simulación implementa ecuaciones bidimensionales, buscando
delimitar el alcance y la mancha de inundación causada por el flujo.
El simulador fue propuesto por Nakatani et al. (2008) para evaluar el efecto de
distintos tipos de embalses(grid, cerrada o hendidura) en la contención de flujos de
detritos en el canal, o sea, en la zona de transporte. En su primera versión, solamente
ecuaciones unidimensionales estaban disponibles. En su versión bidimensional, el
simulador considera el flujo a partir de su entrada en el canal con ecuaciones 1D y la
propagación y deposición del flujo en el abanico aluvial en 2D.
El Kanako-2D utiliza ecuaciones de continuidad, momentum, deformación del
lecho, erosión/deposición y tensiones de cizallamiento en el lecho basadas en el modelo
propuesto por Takahashi y Nakagawa (1991).Este modelo, a su vez, utiliza la teoría del
fluido dilatador, un fluido no-newtoniano en el cual el flujo se mantiene por acción de
fuerzas repulsivas causadas por las colisiones de las partículas, lo que justificaría un bloc
siendo cargado en un flujo de detritos y no sufriendo sedimentación como normalmente
se observa en un bloc más pesado que el agua.
La ecuación de la continuidad para el volumen total puede ser descrita como:
iy
vh
x
uh
t
h=
+
+
(1)
La ecuación de la continuidad para determinar el flujo de detritos en la k-esima
posición de la partícula es:
C*iy
hvC
x
huC
t
hCk
kkk=
+
+
(2)
Las ecuaciones de momentum en x e y son:
hg
y
vv
x
vu
t
v xwx
−=
+
+
sin (3)
hg
y
vv
x
vu
t
v ywy
−=
+
+
sin (4)
5
Las alteraciones en la elevación de la superficie del lecho son descritas por:
0=+
i
t
z (5)
Donde h es la altura del flujo; u es la velocidad en la dirección x; v es la velocidad en la
dirección y; Ck es la concentración de sedimentos en la k-esima posición de la partícula;
z es la altitud del lecho; t es el tiempo; i es la velocidad de erosión o deposición; ik es la
velocidad de erosión o deposición en la k-esima posición; g es la gravedad; ρ es la masa
específica intersticial del fluido; θwx y θwy son los gradientes del flujo superficial en las
direcciones x e y; C* es la concentración de sedimentos por volumen en la camada del
lecho móvil; y τx y τy son las tensiones de cizallamiento en el lecho en las direcciones x e
y.
La visión general de Kanako-2D puede ser observada en la Figura 2.
Figura 2 – Visión general de Kanako-2D.
La descripción más detallada del funcionamiento del modelo puede ser
encontrada en Nakatani et al. (2008).
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Debido al Kanako-2D utilizar un modelo que integra las partes uni y
bidimensional, su modelación es separada en zonas de transporte (informaciones sobre el
canal de propagación, 1D) y en zona de deposición (informaciones sobre el abanico
aluvial, 2D). Por lo tanto, son necesarias informaciones sobre el canal y sobre el abanico
aluvial. El Kanako-2D no simula la zona de iniciación.
4. PROCEDIMIENTOS
Los procedimientos descritos en esta guía son basados en tres etapas:
preprocesamiento, procesamiento y posprocesamiento. El preprocesamiento consiste en
el preparo de los archivos para la simulación, mientras el procesamiento consiste en la
simulación y el posprocesamiento es referente al tratamiento de los resultados.
Para una modelación asertiva, es necesario la disposición de un DEM data con
adecuada resolución. Se recomienda pixeles con resolución de 5 x 5 m al menos. Cuanto
menor el tamaño del pixel, mejores serán los resultados. Se recomienda que sean
realizados trabajos en campo para delimitación de las cicatrices de deslizamientos, de la
zona de transporte y de la zona de deposición. Los trabajos en campo permiten la
calibración del simulador Kanako-2D para el área de interés. Dado el caso que no haya
la posibilidad de realizar trabajos en campo, se sugiere la utilización de imágenes
satelitales con buena resolución para estimación de las tres zonas.
NOTA: el Kanako-2D permite la modificación de los parámetros de entrada a partir de
su interfaz gráfica, sin embargo, esta interfaz presenta un error para matrices mayores
que 100 x 100 pixeles. En esta guía, para la inserción de los parámetros de entrada,
vamos utilizar la modificación de los archivos complementares que el simulador utiliza.
NOTA: El Kanako-2D sigue el padrón de puntuación americano. Se recomienda que
antes de empezar a trabajar con los archivos para manipulación en el simulador se
modifique el padrón de puntuación en su computador, cambiando la coma em símbolo
de agrupamiento de dígitos y el punto final en símbolo decimal (Win 8.1 o superior:
Painel de Control > Reloj, Idioma y Región > Alterar formatos de fecha, hora o número
> Configuraciones Adicionales)
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a. Preprocesamiento
Considerando que las cicatrices de los deslizamientos que generaron flujos de
detritos, la zona de transporte y la zona de deposición ya están delimitadas, es necesario
realizar un recorte en el DEM data, en software de geoprocesamiento, que incluya la
zona de deposición. Este recorte debe ser una matriz rectangular (Aij, con i líneas y j
columnas), donde las líneas de la matriz deben ser perfectamente horizontales, así como
las columnas deben ser perfectamente verticales. El recorte debe ser exportado en
formato de texto (.ASCII) a fin de se obtener un archivo con las informaciones del
terreno en la zona a cual el flujo de detritos se depositará. El Kanako-2D realiza
cálculos en matrices hasta 499x499 pixeles, pero en matrices mayores que 100x100
pixeles el simulador presenta un error gráfico donde no es posible ver la evolución del
flujo gráficamente en buena calidad. Sin embargo, el simulador sigue funcionando y los
resultados serán generados apropiadamente.
Figura 3 – Recorte del DEM data que engloba la zona de deposición
El archivo exportado (Figura 4) contiene la información del número de
columnas (“ncols”), número de líneas (“nrows”), las coordinadas de la parte inferior
izquierda del recorte (“xllcorner” y “yllcorner”), tamaño de célula (“cellsize”) y pixeles
con errores (“NODATA_value”). Este archivo contiene informaciones que también será
útiles después de las simulaciones con Kanako-2D debiendo, por lo tanto, ser salvo
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separadamente de los demás archivos.
Figura 4 – archivo texto con informaciones topográficas de la zona de deposición
El archivo con informaciones del terreno servirá como base de datos para los
archivos auxiliares del modelo. El simulador Kanako-2D es constituido de 1 ejecutable
(.exe) y 4 archivos de texto (.dat):
• defaultwk: es el archivo en que son inseridos todos los parámetros de
simulación del simulador. En este archivo también son inseridas informaciones
sobre las secciones transversales de la zona de transporte (1D) y el hidrograma
de sedimentos de entrada del flujo
• wadako2-id: matriz Aij con i número de líneas y j número de columnas,
llenadas con 1 o 0. El numero 1 significa que aquel pixel debe ser calculado,
mientras el 0 significa que aquel pixel no debe ser calculado. En términos
prácticos, buscamos que todo el area 2D sea calculado, así que creamos una
matriz Aij solamente con números 1. Así, todos los pixeles son considerados y,
dado el caso que el calculo indique que un determinado pixel no deba ser
utilizado, la respuesta será numérica para esta situación.
• wadako2-z: matriz Aij con i número de líneas y j número de columnas
proveniente del recorte del DEM data, excluida las informaciones de
encabezamiento (número de líneas, columnas, coordinadas, etc). Este archivo
trae informaciones de la superficie del terreno.
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• wadako2-zs: matriz Aij con i número de líneas y j número de columnas. Este
archivo se refiere al lecho fijo, o sea, a la camada rocosa bajo la superficie. Una
vez que se conoce el espesor del suelo, es posible disminuir de la matriz
“wadako2-z”. Se recomienda realizar la operación entre matrices con Excel,
MatLAB o software de geoprocesamiento.
Nota: todas las matrices obligatoriamente deben tener las mismas dimensiones
(considerando una matriz Aij, todas deben poseer i líneas y j columnas). Además, se
debe tener en cuenta que el límite del Kanako-2D es 499 líneas x 499 columnas.
Se recomienda que las matrices sean verificadas en el software NotePad++,
editor de texto con recursos de lenguajes de programación. El sistema separador decimal
utilizado en Kanako-2D es el punto. Los archivos y también los computadores donde
serán realizadas las simulaciones de los flujos de detritos deben estar en el sistema
americano de numeración.
El archivo “defaultwk” tiene los parámetros numéricos de simulación y
parámetros referentes a las características del flujo de detritos y del terreno. Cuando a
los parámetros numéricos y del terreno, tenemos los principales:
• time interval of calculation (sec): deben ser utilizados valores bajos (0.01-0.1s)
para evitar divergencia de solución y causar erros numéricos catastróficos, en las
cuales la solución puede no existir o no ser físicamente posible.
• simulation continuance time (sec): esta es la cantidad de segundos que el
simulador debe calcular. Es recomendable tener una idea del tiempo de duración
de un suceso real para no subestimar o superestimar el tiempo de simulación. Se
recomienda al menos 1800 s.
• time interval of output result data (sec): interval de tiempo en que serán
mostrados los resultados en el archivo final. Caso el objetivo sea acompañar las
velocidades del flujo, se recomienda utilización de intervalos cortos. Caso el
objetivo sea acompañar la erosión/sedimentación al fin del proceso y en
algunos instantes intermediarios, se aumenta el tiempo de output. Normalmente
intervalos de 30s son suficientes para evaluaciones generales.
• Parameter using in 2D área:
• inflow direction [muki](deg): considerando el eje x como la dirección esperada
del flujo, este parámetro indica la inclinación con que el flujo ingresa en el área
2D. Varia entre +90º y -90º.
• inflow center axis in 2D área[jc]: posición del pixel central, en la primera línea
de la matriz, en la cual ocurrirá la propagación del flujo.
• interval of 2D-x / 2D-y calculation points (m): este parámetro expresa las
dimensiones, en metros, de cada pixel.
• number of calculation points in 2D-x direction: este parámetro representa el
número de líneas del recorte hecho en el DEM data que incluye la posible zona de
deposición.
• number of calculation points in 2D-y direction: representa el número de columnas
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del recorte hecho en el DEM data que incluye la posible zona de deposición.
• River channel data:
• number of calculation points in 1D: representa el número de secciones
transversales estimadas o medidas en campo referentes al canal (zona de
transporte) en que el flujo se propaga como 1D.
• interval of calculation points in 1D (m): distancia horizontal entre cada sección
transversal conocida.
• River shape: condiciones topográficas de las secciones transversales conocidas.
El número de secciones debe ser igual al “number of calculation points”
• hydrograph: representa el hidrograma a ser propagada en el canal. Existen
diversos métodos para estimación del formato del hidrograma, siendo que el más
utilizado es el hidrograma triangular de Whipple con tiempo de ascensión como
1/3 del tiempo total del suceso y caudal pico estimado por el método de
Rickenmann (1999).
NOTA: en esta guia desconsideramos la simulación con presencia de presas a lo largo
del canal, así que el parámetro Existance of dam [0:No;1:Yes] debe ser configurado en
0.
Con relación a los parámetros referentes a las características del flujo, Paixão et
al. (Submetido) realizó una revisión bibliográfica y generó una faja de variación de cada
uno de los parámetros (Tabla 1) considerados en la simulación con Kanako-2D. Para
comprensión de las condiciones físicas de funcionamiento del simulador, consultar
Nakatani et al. (2008).
Tabla 1 – faja de variación de los parámetros referentes a las características del flujo de detritos (Fuente:
Paixão et al., submetido)
Parámetro Rango de valores Default Kanako
Masa específica del lecho (kg/m³) 2100 - 2700 2650
Masa específica de la fase fluida (kg/m³) 1000 – 1500 1000
Concentración de la capa móvil (m³/m³) 0.50 – 0.80 0.65
Coeficiente de rugosidad de Manning 0.025 – 0.700 0.03
Coeficiente de tasa de erosión 0.0001 – 0.100 0.0007
Diámetro de sedimentos 0.01 – 10 0.45
Ángulo de fricción interna (º) 22 – 45 37
Además, Paixão (2017) realizó un análisis de sensibilidad del Kanako-2D,
indicando que parámetros como “masa específica del lecho”, “ángulo de fricción interna”
y “diámetro de los sedimentos” son parámetros sensibles en el simulador. Los parámetros
más sensibles son justamente aquellos que deben ser medidos en campo o variados a
priori a fin de calibrar y validar el Kanako-2D para la región de interés.
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b. Procesamiento
Después de preparar los archivos de inicialización, es tiempo de ejecutar
Kanako-2D. Al abrir el ejecutable, el simulador automáticamente lee las informaciones
de los archivos “defaultwk”, “wadako2-id”, “wadako-2-z” y “wadako2-zs”. Es posible
verificar las condiciones geométricas de la parte 1D y, de antemano, observar si hay
alguna incongruencia en el canal.
En la parte derecha es posible inserir manualmente algunos parámetros y
modificar geometrías. Sin embargo, estas alteraciones no están contempladas en esta
guía, una vez que ya hicimos las operaciones que traen informaciones necesarias del
terreno.
Figura 5 – Visión general del Kanako-2D.
Al presionar “Start” la simulación empieza a rodar. Es posible acompañar el
andamiento del hidrograma en la parte “Supplied hydrograph” y, al insertar puntos de
control en el archivo “Defaultwk”, acompañar la evolución del flujo en estos puntos
(Figura 6). Es posible también acompañar la propagación en el flujo en la zona 2D a
través de la interfaz gráfica que abre en una ventana auxiliar (Figura 7). Sin embargo,
esta interfaz solo queda disponible para grids de hasta 100x100 pixeles. Para grids
mayores (Kanako-2D realiza simulaciones hasta 499x499 pixeles), aparecerá un error
en esta interfaz. Sin embargo, los resultados son computados normalmente.
12
Figura 6 – Visualización de la simulación y de los puntos de control insertados en la parte
1D.
Figura 7 – Visualización de la simulación en la parte 2D.
Al terminar la simulación, toda la parte gráfica de acompañamiento de los
resultados desaparecerá de la pantalla. Sin embargo, basta presionar en “save results”
and “save Q” y guardar los archivos generados.
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c. Pós-procesamiento
El archivo generado (.DAT) presentará resultados de la parte 1D y de la parte 2D
en el mismo archivo. En la parte 1D los resultados serán presentados en secuencia por el
número del punto de la sección transversal en cada intervalo de tiempo. En la parte 2D
serán presentados, para cada intervalo de tiempo, matrices en secuencia para cada
parámetro. En ambos los resultados son dispuestos en la siguiente orden: profundidad
del flujo, concentración, velocidad, altura de la superficie del lecho, espesor de
sedimentación (Figura 8).
Figura 8 – archivo de resultados do Kanako-2D
La figura 8 presenta resultados apenas para el inicio (t = 0s) y el final (t =
1800s) del período de simulación, sin embargo, esto puede ser modificado en el archivo
defaultw según lo que fue presentado anteriormente.
Normalmente los datos más utilizados se refieren al espesor de sedimentación
(“sedimentation thickness”). Las matrices de resultados presentan el mismo número de
líneas y columnas que los archivos wadako-id, wadako-zs, wadako-z y el recorte del
DEM data hecho en software de geoprocesamiento en la etapa de procesamiento. Para
retornar con la matriz resultante del parámetro deseado en un software de
geoprocesamiento se debe sustituir los resultados de la simulación en el archivo de
texto (.ASCII) de la matriz del recorte del DEM data. Con eso, se importa la matriz para
un software de geoprocesamiento y se puede visualizar los resultados de la simulación.
Fue desarrollada una rutina de programación para extraer los datos del archivo
de resultados de la simulación (Paixão et al., 2017). Esta rutina esta descrita en el final
de la guía y disponible en el sitio de GPDEN (www.ufrgs.br/gpden). Esta rutina permite
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separar automáticamente todos los resultados de la simulación con Kanako-2D para
cada intervalo de tiempo calculado, lo que permite un procesamiento más rápido de los
resultados de la simulación para todos los parámetros calculados.
La Figura 9 muestra un ejemplo de aplicación del simulador Kanako-2D en la
región de São Vendelino,RS, Brasil.
Figura 9 – Simulación de escenario con utilización de Kanako-2D.
A partir de la calibración del modelo y de simulaciones de distintos escenarios
es posible realizar la zonificación de amenaza de áreas susceptibles a flujos de detritos.
Se recomienda que la calibración sea hecha con base en un evento conocido en una
determinada cuenca. En casos que la cuenca es fuertemente afectada por flujos de
detritos, la validación puede ser hecha a partir de la asertividad del modelo en describir
los sucesos que ya pasaron pero que no fueron utilizados para la calibración.
5. RUTINA DE PROGRAMACIÓN
Fue desarrollada una rutina de programación para facilitar la extracción
organizada de datos contenidos en el archivo de resultados de la simulación con
Kanako-2D. La rutina fue desarrollada y testada para los casos en que la simulación no
presenta presas de control de erosión, así que es posible que la utilización de la rutina
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en casos con presencia de presas presente errores inesperados. Para la ejecución de la
rutina se utiliza un software de computación numérica de su preferencia.
La rutina es compuesta por 3 archivos: CopyDataValues, Create_ASC_files e
CreateTXT, los cuales deben estar en una misma carpeta para funcionamiento correcto
del proceso. Estos archivos están disponibles en formato texto al fin de este trabajo
técnico y también disponible en el sitio de GPDEN (www.ufrgs.br/gpden) en forma de
archivos .m que pueden ser ejecutados en software de computación numérica o
modificados con un editor de texto.
Para la ejecución de la rutina, inicialmente se configura en el archivo
Create_ASC_files los datos de la simulación:
• Beginning data:
• filename: dirección del archivo de resultado (.dat).
• folder: dirección donde se desea guardar los archivos finales ya
con el encabezamiento y en formato .ASCII.
• Informaciones de encabezamiento (deben ser las mistas del
recorte del DEM data):
▪ Ncols: número de columnas;
▪ Nrows: Número de líneas;
▪ Xllcorner: Coordinada X inferior izquierda;
▪ yllcorner : Coordinada Y inferior izquierda;
▪ cellsize: tamaño de la celula;
• Informaciones del 1D:
• nSections: número de secciones transversales utilizadas en el 1D;
• Informaciones del 2D:
• nrows: número de líneas;
• ncols: número de columnas;
• Informaciones de las simulaciones:
• time: tempo total de simulación, debe ser utilizado el mismo
valor que el utilizado en simulation continuance time, en el
defaultwk.
• increment: incremento de tiempo en el cual la simulación
generará resultado, debe ser el mismo valor que el utilizado en
time Interval of output result data, en el defaultwk.
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Después de configurado el archivo Create_ASC_files es necesario reemplazar las
comas por espacios simples en todo el archivo de resultado del Kanako-2D (puede ser
hecho en un programa de texto utilizando la función Replace). Por fin, basta ejecutar la
rutina con algún software de computación numérica. Los otros dos archivos
(CopyDataValues y CreateTXT) son archivos auxiliares que no deben ser modificados.
6. CONSIDERACIONES FINALES
La simulación computacional es una herramienta importante en la modelación
de flujos de detritos, la cual puede contribuir fuertemente para la zonificación de áreas
susceptibles, forneciendo subsidio a una medida no-estructural para la prevención de
desastres. El simulador Kanako-2D sigue presentando una buena asertividad en la
modelación de flujos de detritos y, por ser un software libre, su utilización debe ser más
incentivada en Sudamérica. Diversos desastres relacionados a flujos de detritos podrían
ter sido evitados caso la población tuviera acceso a una zonificación de peligro, por
ejemplo.
Así, la presente guía puede auxiliar usuarios, gestores y tomadores de decisión
sobre protección y defensa civil a mejorar la zonificación de áreas susceptibles a flujos
de detritos en Latinoamérica. De este modo, la zonificación puede ser más ágil,
ayudando a evitar sucesos de nuevos desastres a partir de medidas no-estructurales.
La teoría de los flujos de detritos es bastante compleja con base en hidráulica,
hidrología, mecánica de los suelos, geomorfología y reología. Eso se debe porque el
fenómeno es bastante complejo y difícil de ser medido.
A veces no es sencillo encontrar un ejemplo real de suceso de flujo de detritos y,
por eso, el estudio por medio de la modelación computacional puede ser extremamente
útil en la gestión de desastres asociados a flujos de detritos. Como el simulador
Kanako-2D es gratuito y libremente obtenido en la internet, puede ser recomendado
para estudios en Latinoamérica.
7. REFERENCIAS
IRDR — Integrated Research on Disaster Risk. Peril Classification and Hazard
Glossary. Beijing: Integrated Research on Disaster Risk, 2014. 24p. (IRDR DATA
Publication No. 1).
17
JAKOB, M; HUNGR,O. (eds.) Debris-flow hazards and related phenomena. Berlin:
Springer-Verlag, 2005. 739p
KOBIYAMA, M.; MICHEL, G.P.; ENGSTER, E.C.; PAIXAO, M. A. Historical analyses
of debris flow disaster occurrences and of their scientific investigation in Brazil. Labor
&Engenho, v.9, p.76-89, 2015.
MICHEL, G.P. ; KOBIYAMA, M. Mapeamento de áreas susceptíveis a fluxos de
detritos por meio de modelagem computacional. In: LADWIG, N.I.; SCHWALM, H.
(Org.) Planejamento e gestão territorial: Hidrografia e sustentabilidade.
Florianópolis: Insular, 2016. p.71-89.
NISHIGUCHI, Y.; UCHIDA, T.; ISHIZUKA, T.; SATOFUKA, Y.; NAKATANI, K.
Numerical simulation for run out process of large-scale debris flow focused on fine
sediments behaviors – application for debris flow triggered by a deep catastrophic
landslide. Journal of Japan Society of Erosion Control, v. 64, n. 3, p. 11 – 20, 2011.
NAKATANI, K.; WADA, T.; SATOFUKA, Y.; MIZUYAMA, T. Development of
“Kanako 2D (Ver.2.00),” a user-friendly one- and two-dimensional debris flow simulator
equipped with a graphical user interface. International Journal of Erosion Control
Engineering, v.1, p.62-72, 2008.
PAIXAO, M. A. Análise de sensibilidade do modelo de fluxos de detritos – KANAKO-
2D. 2017. 98 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e
Saneamento Ambiental, Porto Alegre, BR/RS.
PAIXAO, M. A.; KOBIYAMA, M.; FUJITA, M.; NAKATANI, K. Sensitivity analysis of
debris flow using Kanako-2D. International Journal of Erosion Control Engineering,
p.1-10, submetido.
PAIXAO, M. A.; MICHEL, R.D.L.; KOBIYAMA, M.; RICHIT, L.A.; BARRAGAN,
M.L.M.; MICHEL, G.P. Guia prático de modelagem de fluxo de detritos com utilização
do modelo Kanako-2D. Porto Alegre: GPDEN/IPH/UFRGS, 2017, 25p. (Trabalho
Técnico GPDEN. No. 05)
TAKAHASHI, T.; NAKAGAWA, H. Prediction of Stony Debris Flow Induced by
Severe Rainfall. Journal of the Japan Society of Erosion Control Engineering, v.44,
n.3, p.12-19, 1991. TAKAHASHI, T. Progress in debris flow modeling. In: SASSA, K.; FUKUOKA, H.;
WANG, F.; WABG, G. (eds.) Progress in landslide science. Heidelberg: Springer-Verlag,
2007. p.60-77.
18
8. Apéndice 1.
A continuación están los archivos, en formato de texto que compone el código
de programación para extraer los datos presentes en el archivo de resultados de la
simulación con Kanaco-2D.
Tabla 1. Archivo: CreateTXT
function [ ] =CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,FileName,A)
[n,m]=size(A);
fileID = fopen(FileName,'w'); % 'w' means 'write'
% PRINT THE HEADER TO '.ASC' FILE
fprintf(fileID,'%s\n',Ncols);
fprintf(fileID,'%s\n',Nrows);
fprintf(fileID,'%s\n',xllcorner);
fprintf(fileID,'%s\n',yllcorner);
fprintf(fileID,'%s\n',cellsize);
fprintf(fileID,'%s\n',NODATA_value);
% COPY THE VALUES OF SOME MATRIX
for i = 1:n
for j=1:m
fprintf(fileID,'%.4f ',A(i,j));
end
fprintf(fileID,'\n');
end
fclose(fileID);
end
19
Tabla 2 Archivo: Create_ASC_files
% This function read a general txt file to formulate txt file of
% information producted in KANAKO-2D
clear all
%-----------------------------------------------------------------------
----
% Beginnig data
%-----------------------------------------------------------------------
----
%-----------------------------------------------------------------------
----
filename='C:\kanako\extractor\sao_vendelino.dat'; % may contain the
address if lies in different folder
folder = 'C:\ kanako\extractor\asc_files'; % have to contain the address
were you want save the 'asc' files
%Create the header on .asc output file
Ncols = 'ncols 157';
Nrows = 'nrows 482';
xllcorner = 'xllcorner 465942.45983414';
yllcorner = 'yllcorner 6752600.075';
cellsize = 'cellsize 2.5';
NODATA_value = 'NODATA_value -9999';
%-----------------------------------------------------------------------
----
% 1D vectors
nSections=5; % complete with Section Number of 1D Simulation
%-----------------------------------------------------------------------
----
% 2D Matrix
% Dimensions of each matrix ( flow depth, concentration, velocity x and
% y-directions, surface altitude, sedeimentation thickness)
nrows=482;
ncols=157;
% Number of simulated steps
Time=1800;
% Increment of simulated steps
Increment=60;
%% Initialize variables.
NumberSteps=Time/Increment+1;
nLayers=NumberSteps;
u=(nSections+1)*nLayers+1;% 'nSections+1' is the number of lines of
results 1D for one section + headline for each step and ....+1; its to
head line 1D simulation
%% Post processing for unimportable data.
%--------------- Pre-Allocating imported array to matrix ---------------
20
------------------------------------------------
FlowDepth = zeros(nrows,ncols,NumberSteps); % Pre-allocation of
Matrix of Flow Depth
Concentration = zeros(nrows,ncols,NumberSteps); % Pre-allocation of
Matrix of Concentration
xVelocity = zeros(nrows,ncols,NumberSteps); % Pre-allocation of
Matrix of Velocities at x-deirection
yVelocity = zeros(nrows,ncols,NumberSteps); % Pre-allocation of
Matrix Velocities at y-deirection
BedSurfAltitude = zeros(nrows,ncols,NumberSteps); % Pre-allocation of
Matrix Bed Surface Altitude
Sedeimentation = zeros(nrows,ncols,NumberSteps); % Pre-allocation of
Matrix Sedeimentation Thickness
%-----------------------------------------------------------------------
------------------------------------------
%------- Legend to 'k' --------
% <1> - FlowDepth
% <2> - Concentration
% <3> - xVelocity
% <4> - yVelocity
% <5> - BedSurfAltitude
% <6> - Sedeimentation
for k=1:6 % complete each matrix of Flow depth, Concentration, x and y-
Velocity, etc....
%-----------------------------------------------------------------------
------------------
%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
%---------------- Complete for FLOW DEPTH matrix -----------------------
---------------
if k==1 % <1> - FlowDepth; Copy all matrices of FlowDepth
for var=1:nLayers
startRow = u+1+(((var-1)*nrows)+var)*k+1;
dataArray = CopyDataValues(filename,startRow, nrows);
for i=1:nrows
for j=1:ncols
x = dataArray{:, j}; % x receive the value os variable of each
columns of matrix
FlowDepth(:,j,var) = x;
end
end
clearvars dataArray
end
end
%-----------------------------------------------------------------------
------------------
%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
%---------------- Complete for CONCENTRATION matrix --------------------
21
------------------
if k==2 % <2> - Concentration; Copy all matrices of Concentration
for var=1:nLayers
b= u+2+(k-1)*(nrows*NumberSteps)+(k-1)*NumberSteps+((var-
1)*nrows)+var;
startRow =b;
dataArray = CopyDataValues(filename,startRow, nrows);
for i=1:nrows
for j=1:ncols
x = dataArray{:, j}; % x receive the value os variable of each
columns of matrix
Concentration(:,j,var) = x;
end
end
clearvars dataArray
end
end
%-----------------------------------------------------------------------
------------------
%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
%--------------Complete for x-VELOCITY matrix --------------------------
------------------
if k==3
for var=1:nLayers
startRow = u+2+(k-1)*(nrows*NumberSteps)+(k-
1)*NumberSteps+((var-1)*nrows)+var;
dataArray = CopyDataValues(filename,startRow, nrows);
for i=1:nrows
for j=1:ncols
x = dataArray{:, j}; % x receive the value os variable of each
columns of matrix
xVelocity(:,j,var) = x;
end
end
clearvars dataArray
end
end
%-----------------------------------------------------------------------
------------------
%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
%--------------Complete for Y-VELOCITY matrix --------------------------
------------------
22
if k==4
for var=1:nLayers
startRow = u+2+(k-1)*(nrows*NumberSteps)+(k-
1)*NumberSteps+((var-1)*nrows)+var;
dataArray = CopyDataValues(filename,startRow, nrows);
for i=1:nrows
for j=1:ncols
x = dataArray{:, j}; % x receive the value os variable of each
column of matrix
yVelocity(:,j,var) = x;
end
end
clearvars dataArray
end
end % end of if-statament
%-----------------------------------------------------------------------
------------------
%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
%--------------Complete for BEDSURFALTITUDE matrix --------------------
------------------
if k==5
for var=1:nLayers
startRow = u+2+(k-1)*(nrows*NumberSteps)+(k-
1)*NumberSteps+((var-1)*nrows)+var;
dataArray = CopyDataValues(filename,startRow, nrows);
for i=1:nrows
for j=1:ncols
x = dataArray{:, j}; % x receive the value os variable of each
columns of matrix
BedSurfAltitude(:,j,var) = x;
end
end
clearvars dataArray
end
end
%-----------------------------------------------------------------------
------------------
%XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXX
%--------------Complete for SEDEIMENTATION matrix ----------------------
----------------------
23
if k==6
for var=1:nLayers
startRow = u+2+(k-1)*(nrows*NumberSteps)+(k-
1)*NumberSteps+((var-1)*nrows)+var;
dataArray = CopyDataValues(filename,startRow, nrows);
for i=1:nrows
for j=1:ncols
x = dataArray{:, j}; % x receive the value os variable of each
columns of matrix
Sedeimentation(:,j,var) = x;
end
end
clearvars dataArray
end
end
end % end of Layer allocating of each Variable Matrix
%% Create '.ASC' Files
% more info on: <http://www.mathworks.com/help/matlab/matlab_prog/string-
evaluation.html>
% about folder creation:
<https://www.mathworks.com/matlabcentral/answers/76627-while-using-save-command-
i-wanna-choose-directory-which-files-can-be-saved-into-it>
if exist(folder, 'dir') == 0
% Make folder if it does not exist.
mkdir(folder);
end
for k=1:6
if k==1
for i=1:nLayers
n = (i-1)*Increment; % preffix of time step map
FileName = sprintf('FlowDepth%d.asc',n); % add type
preffix to file name
fullFileName = fullfile(folder, FileName);
A=FlowDepth(:,:,i); % receive the matrix of values;
CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,fullFileName,A);
end
end
if k==2
for i=1:nLayers
n = (i-1)*Increment; % preffix of time step map
FileName = sprintf('Concentration%d.asc',n); % add type
preffix to file name
fullFileName = fullfile(folder, FileName);
A=Concentration(:,:,i); % receive the matrix of values;
CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,fullFileName,A);
end
end
if k==3
24
for i=1:nLayers
n = (i-1)*Increment; % preffix of time step map
FileName = sprintf('xVelocity%d.asc',n); % add type
preffix to file name
fullFileName = fullfile(folder, FileName);
A=xVelocity(:,:,i); % receive the matrix of values;
CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,fullFileName,A);
end
end
if k==4
for i=1:nLayers
n = (i-1)*Increment; % preffix of time step map
FileName = sprintf('yVelocity%d.asc',n); % add type
preffix to file name
fullFileName = fullfile(folder, FileName);
A=yVelocity(:,:,i); % receive the matrix of values;
CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,fullFileName,A);
end
end
if k==5
for i=1:nLayers
n = (i-1)*Increment; % preffix of time step map
FileName = sprintf('BedSurfAltitude%d.asc',n); % add type
preffix to file name
fullFileName = fullfile(folder, FileName);
A=BedSurfAltitude(:,:,i); % receive the matrix of values;
CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,fullFileName,A);
end
end
if k==6
for i=1:nLayers
n = (i-1)*Increment; % preffix of time step map
FileName = sprintf('Sedeimentation%d.asc',n); % add type
preffix to file name
fullFileName = fullfile(folder, FileName);
A=Sedeimentation(:,:,i); % receive the matrix of values;
CreateTXT(Ncols,Nrows, xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value,fullFileName,A);
end
end
end
25
Tabla 3 Archivo: CopyDataValues
function [dataArray] = CopyDataValues(filename,startRow, nrows)
%Copy direct from txt file the corresponding matrix
formatspec = '%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f
%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%
10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%1
0.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10
.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.
8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8
f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f
%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%
10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%1
0.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10
.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.
8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8
f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f
%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%
10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%1
0.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10
.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.
8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8
f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f
%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%
10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%1
0.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10
.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.
8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8
f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f
%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%
10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%1
0.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10
.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.
8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8
f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f
%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%
10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%1
0.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10
.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.8f%10.
8f%10.8f%10.8f%10.8f%f%[^\n\r]';
endRow = nrows+startRow-1;
% Open the text file.
fileID = fopen(filename,'r');
% Read columns of data according to format string.
% This call if based on the structure of the file used to generate this
% code. If an error occurs for a different file, try regenerating the
code
% from the Import Tool.
textscan(fileID, '%[^\n\r]', startRow-1, 'ReturnOnError', false);
dataArray = textscan(fileID, formatspec, endRow-startRow+1, 'Delimiter',
'', 'Whitespace', '', 'EmptyValue' ,NaN,'ReturnOnError', false);
% Close the text file.
fclose(fileID);
end
