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Resumen La ocurrencia de deslizamientos está relacionada con unos factores que condicionan y otros que detonan los procesos de remoción en masa. Este trabajo contribuye a cuantificar la influencia de la geomorfología en la estabilidad de taludes como factor condicionante por medio de un análisis basado en el método de elementos finitos con un modelo constitutivo elastoplástico. Los análisis se realizaron a través de la simulación numérica de 9 modelos de taludes en tres dimensiones. Se obtuvo la variación espacial del tensor de esfuerzos y sus componentes por medio de las invariantes donde se refleja la influencia de la geoforma y el régimen de flujo en la estabilidad. Finalmente se calcula un indicador de falla potencial que cuantifica de manera unificada la influencia del esfuerzo de confinamiento y los esfuerzos de corte en el talud para determinar zonas de mayor susceptibilidad a la falla. Abstract Landslide occurrence is associated with some conditioning factors and triggering landslide processes. This research contributes to quantify the influence of geomorphology as a conditioning factor in slope stability, via analysis based on a finite element method with an elastoplastic constitutive model. The analysis performs through a numerical simulation with nine three-dimensional slope models. The spatial variation of the stress tensor and its components were obtained by the invariants that reflect the influence of the geoform and flow regime in slope stability. Finally, the authors calculated an index potential failure that quantifies, in a unified manner, the influence of the confinement pressure and shear stress in the slope to determine a susceptibilty failure area.

Contexto: Se ha observado que la modelacíon de sistemas socio-ecolígicos complejos a partir de simulaciones basadas en agentes, tienen la ventaja de integrar diferentes procesos, escalas, variables y la posibilidad de generar escenarios con actores en el marco de procesos de modelacion participativa. Método: Se diseña una herramienta computacional para la planificacíon y apoyo a los procesos de toma de decision relacionados con la gestíon de los recursos hídricos, específicamente para el caso de las inundaciones en la ecorregíon de la Mojana (Colombia). Son desarrollados talleres de participacíon social relacionados con creencias, valores, redes sociales y resiliencia. Resultados: El modelo tiene dos componentes: el primero representa la hidrodinámica de las inundaciones por medio de la plataforma numérica ISIS 2D; el segundo, en relacíon con los aspectos sociales de la regíon , se maneja a través de modelado de sistemas de agentes. Ambos sistemas están integrados en la plataforma NetLogo. Conclusiones: La modelacíon integrada de sistemas socio-ecolígicos complejos permite visualizar el comportamiento de la poblacíon y los recursos naturales en un territorio, contribuyendo al diseño de políticas y los procesos educativos con la participacíon de diferentes disciplinas y actores. Trabajos futuros, pueden enfocarse en la modelacíon regional y el análisis del impacto producido por el uso de estas herramientas. Context: It was observed that the modeling of complex socio-ecological systems based on AgentBased Simulations has the advantage of allowing the integration of different processes, scales, variables and the possibility to generate scenarios with actors in the context of the modeling with stakeholders. Method: A computational tool for planning and support of decision-making processes related with water resources management, specifi- cally in the case of floods in the Mojana ecoregion (Colombia) is designed along with social participation workshops related with beliefs, values, social networks and resilience. Results: The model has two components: the first one represents the hydrodynamic of flooding by means of the numerical platform ISIS 2D. The second one, regarding the social aspects of the region, is handled via agent systems modeling. Both schemes are integrated into the NetLogo platform. Conclusions: The integrated modeling of complex socio-ecological systems allow us to visualize the behavior of the population and the natural resources in a territory, contributing to the design of policies and educational processes involving different disciplines and actors. Future work will focus on regional modeling and the analysis of the impact produced by the use of these tools.

Este artículo presenta los resultados de una investigación que busca establecer la relación entre las variables de calidad de agua y las variables hidrometeorológicas en un embalse tropical. La hidroeléctrica "La Miel I", localizada en Colombia, fue utilizada como caso de estudio. Se emplearon análisis estadísticos aplicando técnicas univariadas y multivariadas así como también, herramientas de modelación estocásticas basadas en vectores auto-regresivos. Para el análisis se usaron cinco puntos de monitoreo de calidad de agua y dos estaciones hidro-meteorológicas ubicadas dentro del área de estudio. Los resultados obtenidos de los análisis permitieron establecer que las series de tiempo de calidad de agua no presentan una distribución normal contrario a las series de tiempo hidro-meteorológicas. Los análisis de correlación mostraron una cercana relación entre la calidad del agua y la hidro-meteorología, específicamente en variables como la precipitación, el caudal, la temperatura del aire y el brillo solar. El análisis de componentes principales permitió identificar que la fortaleza de las relaciones entre los parámetros de calidad de agua y la hidrometeorología cambia dependiendo de la localización del punto de monitoreo. Finalmente, La implementación del modelo de vectores auto-regresivos mostró unas métricas de desempeño menores que uno para el pronóstico de oxígeno disuelto utilizando series de tiempo hidrometeorológicas y de calidad de agua como entrada. This article presents the results of an investigation that seeks to establish the relationship between water quality variables and hydrometeorological variables in a tropical reservoir. "La Miel I" hydroelectric plant, located in Colombia, is used as case study. Statistical analysis was used applying univariate and multivariate techniques as well as stochastic modeling tools based on vector autoregression. For the analysis, five water quality monitoring sites and two hydrometeorological monitoring stations located inside the study area were used. The results obtained from the analyzes allow establishing that the water quality time series do not present a normal distribution unlike the hydrometeorological series. The correlation analysis showed a close relationship between water quality and hydrometeorology, specifically in variables such as precipitation, flow rate, air temperature, and solar brightness. Principal component analysis allowed us to identify that the strength of the relationships between water quality and hydrometeorology change depending on the location of the monitoring site. Finally, the implementation of the vector auto-regression model showed performance metrics lower than one for the dissolved oxygen forecast using hydrometeorological and water quality time series as input Magíster en Hidrosistemas Maestría https://orcid.org/0000-0002-8756-9886 Aguirre-Duran, Cesar

ilustraciones La socavación local en pilas de puentes es un proceso físico complejo debido a que el comportamiento del campo de flujo alrededor de la pila es tridimensional con procesos turbulentos, acción de flujos secundarios y estructuras vorticosas difíciles de predecir, todo esto actuando en un lecho que puede ser variable en el tiempo y en el espacio. Esta complejidad dificulta el desarrollo de modelos matemáticos y numéricos que tengan un grado aceptable de precisión, ahora bien, los modelos que permiten representar el proceso de la socavación local con esta precisión son costosos computacionalmente, lo que los vuelve imprácticos en los ejercicios habituales de ingeniería. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación es construir un modelo numérico que permita representar la socavación local en pilas de puentes con un costo computacional moderado y sin comprometer su precisión. Para ello el modelo se basó en las ecuaciones bidimensionales de aguas someras y se le incluyó el efecto asociado a los flujos secundarios que se presentan alrededor de la pila. A partir de los resultados de un modelo tridimensional hidrodinámico se propone una parametrización de estos flujos secundarios que está en función del número de Froude, la profundidad del flujo y el diámetro de la pila. Adicionalmente, se propone un esfuerzo de corte modificado que tiene en cuenta tanto los flujos horizontales como los flujos secundarios o verticales. El modelo numérico que se propone en esta investigación se implementó en el solver morfodinámico Sisyphe y fue acoplado con el solver hidrodinámico Telemac2D. Finalmente, el modelo se validó con resultados reportados en la literatura de un canal de laboratorio de sección transversal rectangular, esta validación reveló que el modelo está en la capacidad de reproducir la profundidad de socavación en equilibrio al frente de la pila, al igual que este reprodujo relativamente bien el hueco de socavación, a excepción de la zona aguas abajo donde se presentó subestimación de las profundidades de socavación. Local scour in bridge piers is a complex physical process because flow field behavior around the pile is three-dimensional with turbulent processes, secondary flow action and vortex structures that are difficult to predict, all this acting on a bed that can be variable in time and space. This complexity makes it difficult to develop mathematical and numerical models that have an acceptable degree of precision, however, the models that allow representing the local scour process with this precision are computationally expensive, which makes them impractical in normal engineering exercises. Therefore, the objective of this research is to construct a numerical model that allows to represent the local scour in bridge piers with a moderate computational cost and without compromising its precision. For this, the model was based on the two-dimensional equations of shallow waters and the effect associated with the secondary flows that occur around the pile was included. Based on the results of a three-dimensional hydrodynamic model, a parameterization of these secondary flows is proposed, which is a function of Froude number, depth flow and diameter of the pile. Additionally, a modified shear stress is proposed that considers both horizontal flows and secondary or vertical flows. Numerical model proposed in this research was implemented in the Sisyphe morphodynamic solver and was coupled with the Telemac2D hydrodynamic solver. Finally, the model was validated with results reported in the literature of a rectangular cross-sectional laboratory channel, this validation revealed that the model can reproduce the equilibrium depth of scour in at the front of the pile, just like this reproduced the scour hole relatively well, except for the downstream area where scour depths were underestimated. Maestría Magíster en Ingeniería - Recursos Hidráulicos Hidráulica Fluvial

Esta tesis presenta el modelo hidrológico e hidráulico acoplado para el complejo sistema del Río Magdalena como un paso importante hacia la gestión del río basada en el conocimiento. El río Magdalena es el más largo de Colombia, drena una cuenca de 257,000km2 en la que habitan 38 millones de personas. La toma de decisiones con respecto a la gestión del recurso hídrico en Colombia, no siempre se basó en un conocimiento sólido del sistema fluvial en su conjunto, sino en observaciones en un número limitado de ubicaciones. Para facilitar la transición hacia un proceso de toma de decisiones basado en el conocimiento, el Centro de Investigaciones del Río Magdalena ha llevado a cabo el programa de modelación permanente del río Magdalena para mejorar la comprensión de este sistema fluvial. Dentro del programa de modelación permanente del río Magdalena se construyó un modelo hidráulico en SOBEK de la cuenca media y baja del río Magdalena (900 kilómetros) con un componente unidimensional que representa el sistema de canal principal y un componente bidimensional para las llanuras de inundación y otras áreas inundables, el cual fue acoplado externamente a un modelo hidrológico conceptual distribuido como wflow que representa el flujo de los tributarios. Esta modelación acoplada fue utilizada para reproducir el comportamiento observado en la cuenca media y baja del río Magdalena durante el período de tiempo comprendido entre el 1/1/2010 y el 31/03/2011. Adicionalmente, se identificaron los parámetros más influyentes en los resultados a partir de análisis de sensibilidad e incertidumbre. Este esfuerzo de modelación ha revelado falencias en la información disponible. El acople de modelación desarrollado puede ser utilizado en diferentes escenarios de modelación en el río Magdalena y/o puede ser replicado en otros ríos y/o considerar en la inclusión de otros temas de interés, tales como calidad de agua, transporte de sedimentos, modelamiento de hábitat acuático, entre otros. Abstract. This thesis presents the coupled hydrological and hydraulic model of the complex Magdalena River system, as an important step towards knowledge - based river management. Magdalena River is the largest river of Colombia. It drains a catchment of 257,000 km 2 and is home to 38 million people. The decision making with respect to water management in Colombia has not alway s been based on so li d knowledge of the river system as a whole, but rather on observations at a limited number of locations. To facilitate a transition towards a more knowledge - based decision - making process, Magdalena River Research Center has conducted th e Magdalena River permanent modelling program in order to improve their understanding of this river system. Whitin the Magdalena River permanent modelling program a hydraulic model in SOBEK for the midlle and low basin of Magdalena river (900 kilometers) with a one - dimensional component that represents the main channel system and a two - dimensional component for the floodplains and other inundation areas externally coupled to a conceptual distributed hydrological model as wflow that represent the discharge s in tributaries was constructed. Th is coupled modelling was used to reproduce the behavior of middle and low Magdalena River in the time period between 1/1/2010 and 3/31/2011. Furthermore, the most influential parameters were identified with sensitivity a nd uncertainty analysis. This modeling e ffort has revealed gaps in available data. The coupled mode l ling developed can be used in different modeling scenarios in the Magdalena River and/or can be replicated in other rivers and/or be consider ed to the inclu sion of other topics of interest, such as water quality, sediment transport, aquatic habitat modelling , among others. Maestría

Several recent advances have been made on the development of numerical simulations for the flow dynamics on the hyporheic zone of rivers, and generally, for the interaction of a channel flow over a permeable bed, where the mixing of surface and subsurface water is evident. This work has taken into account a revision of the different conceptual, numerical and experimental applications of these advances, identifying their different assumptions and simplifications, such as one-dimensional models of velocity fluctuation and coupled models of turbulent and laminar flow regimes. Special interest is shown in i) how the interface between the turbulent surface flow and the laminar flow in the porous media is managed, ii) the impacts of the imposed boundary conditions on the velocity and pressure fields and iii) the implementation of this model to idealized geometries for high-mountain river-beds. Consequently, a numerical model has been proposed and implemented in OpenFOAM® adopting the existence of pressure and velocity fluctuations coming from the turbulent surface flow of an idealized river, assuming a continuous computational domain containing both surface and porous flows, and characterizing the porous river bed using an apparent viscosity as a continuous space that represents the tortuosity of the flow inside the porous matrix. With this configuration, these simulations executed: 1) a flow over a permeable bed in order to visualize and quantify the dissipation of the velocity when entering into the porous bed, as well as to characterize the flow path within the hyporheic zone; 2) a multiphase flow simulation finding the free surface location of a flow in a flume with a permeable bed with sand river geometries, adapting a transport equation simulating a dye tracer that penetrates the porous bed. For both cases, the results suggest that, in order to correctly represent the flow over a permeable bed, the values of the apparent viscosity must be higher than the value calculated from Higashino’s deduction by at least three orders of magnitude. In addition, results suggest that the calculated velocity and pressure fields are clearly affected by the location and type of the boundary conditions imposed to the computational domain on the zone. From the multiphase flow simulation, the transport simulation of the dyed surface water was compared to a laboratory physical model reported in the literature. The results from this comparison insinuate that the proposed model is able to represent the interaction between the turbulent surface water flow and the groundwater inside a porous bed, finding that for the same orders of magnitude of the previous case, an hyporheic zone can be identified between 0.07cm and 0.12cm under the streambed dunes top. Resumen: Múltiples avances se han realizado para la simulación numérica de la hidrodinámica en la zona hiporreica de ríos, y en general para la interacción del flujo superficial sobre un lecho permeable, donde la mezcla del agua superficial y el agua subterránea es evidente. Este trabajo ha tenido en cuenta una revisión de diferentes aproximaciones conceptuales, modelos numéricas y físicos implementados, en los cuales se ha identificado sus suposiciones y simplificaciones, como modelos unidimensionales de para la disipación de fluctuaciones de velocidad o modelos acoplados de regímenes laminares y turbulentos. Un interés especial existe en i) la manera en la que es considerada la interfaz en la que el flujo turbulento pasa a un régimen laminar, ii) en las condiciones de borde adoptadas para los campos de presión y velocidad y iii) la implementación del modelo para casos con geometrías idealizadas de lechos de ríos de alta montaña. De esta manera, un modelo numérico ha sido propuesto e implementado en el paquete computacional OpenFOAM® en el cual se ha considerado la existencia de fluctuaciones en los campos de velocidad y presión generadas por la turbulencia del flujo superficial, adoptando un único dominio computacional que contiene ambas regiones de flujo a superficie libre y flujo subterráneo, en el cual se ha caracterizado el lecho poroso usando una viscosidad aparente que permite la continuidad de la solución y que representa la tortuosidad de un flujo en una matriz porosa. Las simulaciones ejecutadas fueron: i) un flujo sobre un lecho permeable en el cual se visualiza y cuantifica la disipación de la velocidad al entrar en el lecho poroso, caracterizando las líneas de flujo dentro de la zona hiporreica; ii) una simulación multifase con la cual se ubicó la superficie libre del flujo de agua sobre un lecho permeable compuesto por una secuencia de dunas de arena, adaptando una ecuación de transporte adicional para simular un trazador que penetra el lecho poroso. Para ambos casos se ha encontrado que el orden de magnitud de la viscosidad aparente calculado de ecuaciones propuestas en la literatura subestima el valor que este parámetro difusivo debe tener para representar correctamente el lecho permeable. Finalmente, una serie de conclusiones son hechas con respecto a las diferentes condiciones de borde evaluadas, la naturaleza de la zona de transición de las fluctuaciones turbulentas de los campos de velocidad y presión entre los subdominios superficial subterráneo, y los resultados que fueron encontrados de este modelo. Maestría

En la planeación y desarrollo de centrales hidroeléctricas, las obras de regulación son importantes para la regulación de los niveles del embalse y control en eventuales crecientes. Este trabajo se centra en la comprensión hidrodinámica del vertedero de descarga de fondo de la hidroeléctrica la Vegona localizada en Honduras, a partir de la modelación numérica con la herramienta computacional de uso libre OpenFOAM, cuyos resultados son comparados con datos parametrizados el modelo físico a escala reducida 1:45. El entendimiento hidrodinámico de este tipo de vertederos tiene un papel económico importante dentro de los costos de una hidroeléctrica, permitiendo mantener un equilibrio en el transporte de los sedimentos, control en las descargas, y adicional cuentan con mejores coeficientes de descarga que optimizan los costos de la central. Para la construcción del modelo numérico se implementó método VOF para hacer seguimiento de la superficie libre del agua dividiendo el flujo en dos fases, para el cierre turbulento se dio uso del modelo de dos ecuaciones k ?. Posteriormente se realizó un análisis de sensibilidad a las constantes del modelo de turbulencia para dos aperturas de compuerta (10% y 100%), donde se encontró que la velocidad y la presión son sensibles a la modificación de las constantes C2? y C?. Adicionalmente, se desarrolló un proceso de calibración con los resultados obtenido del análisis de sensibilidad, donde se encontró reducciones aceptables del error entre las salidas del modelo numérico y los datos del modelo físico para un punto de interés, concluyendo que para realizar un buen ejercicio de calibración, es necesario tener mediciones del modelo a escala lo largo de toda la estructura, evaluando el desempeño del modelo numérico a lo largo de todo el dominio computacional. No obstante, mediante el ajuste de los parámetros del modelo de turbulencia es posible obtener mejores resultados en zonas de interés a lo largo del canal de descarga. In the planning and development of hydroelectric plant, the spillways are important for regulation level of reservoir and growing s control. This work talks about of understand spillway s hydrodynamic with bottom s discharge of Vegona hydroelectric locate in Honduras, since numerical simulation with free Software OpenFOAM, whole results are compared with parameterized data physical scale model 1:45. The hydrodynamic understanding of this type of spillways has an important economic role within the costs of a hydroelectric plant, allowing to maintain a balance in the sediments transport, discharge control, and further it has a better discharge coefficients that optimize the costs of the plant. For the construction of the numerical model, VOF method was implemented to track the free surface of the water dividing flow in two-phases, for the turbulent closure two equations k- ?. Model was used Subsequently, a sensitivity analysis was performed using the parameters of the turbulence model for two gates opening (10% and 100%), where was found that the velocity and pressure are sensitive to changes of the parameters C2? and C?. Additionally, a calibration process is developed with the results obtained from the sensitivity analysis, Where, the reduction acceptable error was found between the outputs of the numerical model and physical data model for a point of interest, Concluding that for a good calibration exercise, is necessary having model scale measurements throughout the whole structure, evaluating the performance of the numerical model along of the whole computational domain. However, by adjusting the model parameters of turbulence is possible to obtain better results in areas of interest along the discharge channel.F Magíster en Ingeniería Civil Maestría

Se propuso un modelo numérico hidrodinámico para estudiar la disipación de las fluctuaciones de velocidad en la interacción agua/sedimento (flujo hiporreico) basado en un método penalizado de multidomino espectral (SMPM, por sus siglas en inglés). El modelo se basó en las ecuaciones de Navier-Stokes asumiendo flujo unidimensional, incompresible e hidrostático, dando como resultado una ecuación tipo Burgers. La discretización espacial para la ecuación de gobierno es realizada con SMPM que consiste en la colocación de multidominios basado en subdominios discontinuos conectados por un término de penalidad. La discretización temporal se maneja con una técnica de alto orden de pasos de tiempo fraccionados. Un filtro espectral es usado para estabilizar cuando oscilaciones indeseadas aparecen en la solución. La condición de contorno en la interfaz agua/sedimento se asumió como un pulso de velocidad sinusoidal. Se diseñan dos escenarios con 3 casos, cada uno a diferentes velocidades de escalas U y viscosidades cinemáticas aparentes υ. El primer escenario (E1) contiene que la velocidad inicial en el sedimento es igual a 1 cm/s. El segundo escenario (E2) cambia la velocidad inicial en el sedimento por 0 cm/s. En ambos escenarios la velocidad inicial es igual a la velocidad promedio del pulso. La velocidad de escala U varía en 0.1 cm/s, 1 cm/s y 10 cm/s para los dos escenarios. La viscosidad cinemática aparente es modificada para cada caso de estudio desde 0.001 〖cm〗^2⁄s hasta 1 〖cm〗^2⁄s aumentando el orden decimal 3 veces. Finalmente se presenta 24 configuraciones, de las cuales 12 identifican la profundidad donde se acepta la ley de Darcy (todos en E1), 8 son inconsistentes a la física del flujo en medio poroso y 4 tienen una atenuación por encima del 95%. La presencia de procesos turbulentos es evaluada calculando la viscosidad turbulenta υ_T mediante la técnica del coeficiente de autocorrelación para las fluctuaciones de velocidad. A medida que los valores de υ_T fueran menores a la viscosidad molecular υ_m se rechaza al no tener sentido físico. Los resultados arrojaron que existe turbulencia en los casos en que la velocidad de escala es de U=10 cm/s. Abstract. A hydrodynamic model, based on a spectral multidomain penalty method (SMPM), is proposed to study the dissipation of the velocity fluctuations at the hyporheic zone. The model is based on the one dimensional Navier Stokes equations, assuming incompressibility and a hydrostatic approximation. The spatial discretization of the governing equations is done via the SMPM that is a multidomain collocation approach based on discontinuous non-overlapping subdomains that are connected by a penalty term that ensures stability of the solution by imposing weak continuity at the subdomain interfaces. The temporal discretization of the equations is handled with a high-order fractional time step technique. A spectral filter is used to stabilize the solution when spurious oscillations appear. A sinusoidal pulse is imposed at the water/sediment interface as a boundary condition. Two scenarios with tree cases are designed, each at different scales velocities U and apparent kinematic viscosities. The first stage (E1) has initial velocity in the sediment equal to 1 cm/s. The second stage (E2) changes the initial velocity in sediment for 0 cm/s. In both stages the initial velocity is equal to the average velocity of the pulse. The scale velocity U is altered by 0.1 cm/s, 1cm/s and 10 cm/s for all the stages. The apparent kinematic viscosity is modified for each case from 0.001 cm2/s to 1 cm/s increasing the decimal order 3 times. Finally, 24 configuration are presented, 12 identify the depth where Darcy’s law are accepted (all on E1), 8 are inconsistent with the physical of flow through porous and 4 have an attenuation above 95%. Maestría

Con base en la teoría de aguas someras, este trabajo presenta la modelación numérica de flujos de material desagregado. Esta teoría se basa en la mecánica de medios continuos, perspectiva Euleriana, con la que se tiene un conjunto de ecuaciones, una de masa y dos de momentum. Los términos fuente contienen las fuerzas de los sólidos y el fluido encargados de la disipación de la energía. Para relacionar los esfuerzos verticales y horizontales de los sólidos se utiliza un coeficiente lateral de tierras regularizado, con el fin de mantener la estabilidad en la solución. Para la discretización espacial se utilizó un método de precisión de alto orden llamado método penalizado de multidominios espectrales. Esta técnica se basa en el método de colocación aplicado a múltiples subdominios rectangulares. La conexión entre subdominios se realiza mediante un término de penalización que asegura la estabilidad de la solución mediante la imposición de una continuidad débil en las interfaces de subdominio. Para conservar en orden de precisión se utilizó un método de Runge-Kutta de preservación de estabilidad fuerte. Debido a la presencia de oscilaciones de Gibbs es necesario utilizar un filtro espectral. El caso de estudio es una avalancha granular, básicamente una mezcla de sólidos y aire que desciende por un canal rectangular de pendiente variable. Los resultados numéricos se validan con mediciones experimentales dadas por Denlinger e Iverson (2001). Los resultados predicen de forma adecuada el experimento y otras simulaciones numéricas. Magíster en Hidrosistemas Maestría