Estudio de modelos de avalancha usando esquemas de volúmenes finitos bien balanceados
DOI:
https://doi.org/10.21703/0718-281320233306Palabras clave:
Avalanchas, Desastres naturales, Ecuaciones de Saint Venant, Volúmenes finitos bien balanceados, Reconstrucción hidrostáticaResumen
Las avalanchas son desastres naturales con importantes consecuencias humanas y económicas en todo el mundo. Chile, un país montañoso, es particularmente susceptible a estos eventos. En este estudio, empleamos una técnica numérica basada en el sistema de ecuaciones diferenciales de Saint-Venant y el método de volúmenes finito bien balanceado con reconstrucción hidrostática para analizar el comportamiento de las avalanchas de nieve, teniendo en cuenta la topografía y la fricción descritas por la reología del modelo de Voellmy-Salm. La avalancha de Rigopiano en Italia sirve como caso de estudio para probar y validar nuestra estrategia, demostrando el potencial del modelo para simular eventos de avalanchas del mundo real. El modelo numérico se explica detalladamente y los resultados para el caso de avalancha real se presentan visualmente, mostrando una estrecha alineación con los datos de campo y las estimaciones de la literatura. En conclusión, destacamos los hallazgos clave, enfatizamos la importancia de seguir investigando en el modelado de avalanchas y sugerimos las posibles aplicaciones de estos modelos para la gestión del riesgo de avalanchas en regiones como Chile.
Referencias
Audusse, E., Bouchut, F., Bristeau, M.O., Klein, R. and Perthame, B.T. (2004). A fast and stable well-balanced scheme with hydrostatic reconstruction for shallow water flows. SIAM Journal on Scientific Computing 25(6), 2050-2065.
Bocchiola, D., Galizzi, M., Bombelli, G.M. and Soncini, A. (2018). Mapping snow avalanches hazard in poorly monitored areas. The case of Rigopiano avalanche, Apennines of Italy. Natural Hazards and Earth System Sciences (discussion), 1-31.
Bouchut, F. (2004). Nonlinear stability of finite volume methods for hyperbolic conservation laws and well-balanced schemes for sources. Birkhäuser Verlag, Basel, Switzerland.
Bouchut, F., Fernández-Nieto, E.D., Koné, E.H., Mangeney, A. and Narbona-Reina, G. (2021). Dilatancy in dry granular flows with a compressible μ(I) rheology. Journal of Computational Physics 429, 110013.
Dafermos, C.M. (2000). Hyperbolic conservation laws in continuum physics. Springer, Berlin, Germany.
de’ Michieli Vitturi, M., Esposti Ongaro, T., Lari, G. and Aravena, A. (2019). IMEX_SfloW2D 1.0: a depth-averaged numerical flow model for pyroclastic avalanches. Geoscientific Model Development 12(1), 581-595.
Ferziger, J.H., Peric, M. and Street, R.L. (2002). Computational methods for fluid dynamics. Springer Cham, Switzerland.
Fjordholm, U.S., Mishra, S. and Tadmor, E. (2011). Well-balanced and energy stable schemes for the shallow water equations with discontinuous topography. Journal of Computational Physics 230(14), 5587-5609.
Frigo, B., Bartelt, P., Chiaia, B., Chiambretti, I. and Maggioni, M. (2021). A reverse dynamical investigation of the catastrophic wood-snow avalanche of 18 January 2017 at Rigopiano, Gran Sasso National Park, Italy. International Journal of Disaster Risk Science 12, 40-55.
Issler, D. (2020). The 2017 Rigopiano avalanche—dynamics inferred from field observations. Geosciences 10(11): 466, 1-34.
Kurganov, A. and Petrova, G. (2007). A second-order wellbalanced positivity preserving central-upwind scheme for the Saint-Venant system. Communications in Mathematical Sciences 5(1), 133-160.
Popov, V.L. (2010). Contact mechanics and friction. Springer Berlin Heidelberg, Germany.
Pudasaini, S.P. and Hutter, K. (2007). Avalanche dynamics: dynamics of rapid flows of dense granular avalanches. Springer Berlin, Heidelberg, Germany.
Ramírez, L. and Mery, J. (2007). Las avalanchas en Chile: efectos y sistemas de control. Revista de la Construcción 6(1), 48-63.
Salm, B. (1993). Flow, flow transition and runout distances of flowing avalanches. Annals of Glaciology 18, 221-226.
Savage, S.B. and Hutter, K. (1991). The dynamics of avalanches of granular materials from initiation to runout. Part I: Analysis. Acta Mechanica 86, 201-223.
Schweizer, J., Bartelt, P. and van Herwijnen, A. (2015). Snow avalanches. In Snow and Ice-Related Hazards, Risks, and Disasters, J.F. Shroder, W. Haeberli and C. Whiteman (eds.), Academic Press, Elsevier, 346–395.
Voellmy, A. (1955). Über die Zerstörunskraft von Lawinen (on the destructive force of avalanches). Schweizerische Bauzeitung 73, 212-217.
Zugliani, D. and Rosatti, G. (2021). TRENT2D: An accurate numerical approach to the simulation of two-dimensional dense snow avalanches in global coordinate systems. Cold Regions Science and Technology 190, 103343.
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