Columna de opinión de Nikky Leiva Leiva, ingeniera de proyectos de la Unidad de Ingeniería y Desarrollo del INH y encargada de Género de la institución. Es ingeniera civil en Obras Civiles de la Universidad Técnica Federico Santa María y actualmente cursa el Magíster en Gestión del Agua, de la misma casa de estudios.
Columna de opinión de Nikky Leiva Leiva, ingeniera de proyectos de la Unidad de Ingeniería y Desarrollo del INH y encargada de Género de la institución. Es ingeniera civil en Obras Civiles de la Universidad Técnica Federico Santa María y actualmente cursa el Magíster en Gestión del Agua, de la misma casa de estudios.
La evolución de la ingeniería hidráulica durante las últimas décadas ha estado marcada por el desarrollo paralelo de nuevas capacidades experimentales y herramientas computacionales de alto desempeño. En este contexto, la modelación hidráulica híbrida, entendida como la integración de modelos físicos a escala reducida con modelos numéricos, se ha consolidado como una metodología de referencia para el estudio de fenómenos hidráulicos complejos y para el diseño de obras de infraestructura de alto impacto económico, ambiental y social.
Los avances en capacidad de cómputo, técnicas de simulación tridimensional y procesamiento masivo de datos han ampliado considerablemente el campo de aplicación de la modelación numérica. Actualmente es posible analizar grandes extensiones territoriales, evaluar múltiples escenarios hidrológicos e hidráulicos y simular procesos altamente variables en tiempos de cálculo cada vez menores. Sin embargo, existen fenómenos donde la interacción entre el flujo, las estructuras y el transporte de sedimentos presenta niveles de complejidad que aún requieren validación experimental para reducir la incertidumbre de los resultados.
Validación del modelo físico y modelo matemático del embalse Ancoa vs. la crecida del 26 de junio de 2023.El U.S. Army Corps of Engineers (USACE) reconoce que existen problemas de ingeniería para los cuales la combinación de modelación física y numérica constituye la estrategia más adecuada, denominando este enfoque como hybrid modelling. Entre estas aplicaciones destacan el diseño de vertederos, obras portuarias, estructuras disipadoras de energía, protección de riberas y problemas asociados a socavación, donde la representación física permite complementar las de las simulaciones computacionales, entregando parámetros de calibración y disminuyendo las incertidumbres.
De manera similar, HR Wallingford y la International Association for Hydro-Environment Engineering and Research (IAHR) han promovido el concepto de composite modelling, señalando que ambos enfoques no deben entenderse como metodologías competitivas, sino complementarias. Sus investigaciones concluyen que la integración entre modelos físicos y numéricos permite resolver problemas que difícilmente podrían abordarse mediante una única herramienta, incrementando la calidad de los resultados, disminuyendo la incertidumbre y optimizando los procesos de diseño.
En una estrategia de modelación híbrida, ambas metodologías interactúan de manera continua durante el desarrollo del estudio. Los modelos numéricos permiten caracterizar las condiciones iniciales y de borde, explorar rápidamente numerosas alternativas de diseño y analizar escenarios futuros asociados, por ejemplo, al cambio climático o a eventos extremos.
Posteriormente, los modelos físicos posibilitan observar directamente el comportamiento hidráulico de las soluciones seleccionadas, validar los resultados numéricos y estudiar procesos altamente tridimensionales, como la generación de turbulencia, la aireación del flujo, el impacto del oleaje, la interacción flujo-estructura, la estabilidad de elementos de protección y el transporte de sedimentos.
A su vez, la información experimental obtenida en laboratorio constituye un insumo de gran valor para calibrar y validar modelos numéricos avanzados, mejorando su capacidad predictiva y aumentando la confiabilidad de las simulaciones posteriores.
El INH ha incorporado nuevas tecnologías para fortalecer aún más este enfoque integrado, generando bases de información topográfica y batimétrica de alta calidad mediante la utilización de escáneres láser, levantamientos LiDAR, drones fotogramétricos, sensores ópticos de alta resolución, e instrumentación a través de sistemas de adquisición automática de datos, técnicas de procesamiento de imágenes, impresión 3D, router CNC y la inversión en plataformas de computación de alto desempeño (HPC), lo que ha permitido reducir los tiempos de construcción de modelos, aumentar la precisión geométrica y mejorar la calidad de la información utilizada tanto en la experimentación física como en la simulación numérica.
En este escenario, la modelación hidráulica híbrida representa una evolución natural de las herramientas tradicionales de la ingeniería hidráulica. Este enfoque resulta especialmente relevante en proyectos donde una decisión de diseño puede implicar importantes inversiones y donde la reducción de la incertidumbre constituye un factor determinante para garantizar la seguridad, resiliencia y sostenibilidad de la infraestructura hidráulica.
