Pérdidas de precipitación y cálculo P/Q en SWMM 5.0

1. Pérdidas de precipitación y cálculo P/Q en SWMM 5.0 Manuel Gómez Valentín ETS Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos Barcelona

2. Particularidades derivadas del hecho urbano • Escala de trabajo: espacial (Ha) y temporal (horas o minutos) • Gran producción de caudal específico • Con meteorología de tipo mediterráneo, para T=10 años, q = 12 – 17 m3/s/Ha

3. Efectos de la urbanización • Mayor volumen de escorrentía • Mayor rapidez en el movimiento del agua en superficie • Mayor caudal punta • Avance del instante de caudal punta • Deterioro de la calidad del agua

4. Efectos de la urbanización • Aumento de impermeabilidad aumento del coeficiente de escorrentía • Importante efecto en la respuesta en caudal de las superficies impermeables directamente conectadas a la red de drenaje

5. Metodologías de estudio • Q máximoMétodo Racional Aplicación según un tamaño límite de cuenca (A < 1 Km2) • Q(t) hidrograma de caudal • Proporciona más información • Q máximo • Q(t), subida y bajada del hidrograma • Volumen de escorrentía • Necesidad de usar modelos de simulación   

6. Lluvia neta • Balance de masa • Interceptación escasa • Evapotranspiración poco importante • Depresiones del terreno charcos • Infiltración Según el % de impermeabilidad Se estima con métodos empíricos o semiempíricos Horton Green Ampt Número de Curva

7. Pérdidas en SWMM • Modela 3 tipos de pérdidas • Evaporación • Almacenamiento en depresiones • Infiltración • Todas las subcuencas deben utilizar los mismos modelos de pérdidas • Elección del modelo según el nivel de conocimiento de las cuencas urbanas

8. Evaporación • Modelación a escala diaria • Útil para estudios de simulación continuada • Para estudios de eventos de lluvia aislados, o en fase de diseño, poco aplicada

9. Almacenamiento en depresiones • Representar las pérdidas por irregularidades de la cuenca (charcos) • Elemento a veces de calibración / validación • Normalmente utilizarlo como función de pérdidas exclusiva en la parte impermeable • Para la parte impermeable, recurrir a otras funciones (infiltración)

10. Pérdidas por infiltración • Aplicables a la parte permeable • Elegir el método según el nivel de información de la cuenca de estudio • A mayor nivel de información, usar modelos de más parámetros, y viceversa • Recomendación: Aplicar en este orden: • CN • Horton • Green-Ampt

11. f fo f t tp Método de Horton • Expresión semiempírica • 3 parámetros, fo, f∞,K

12. Concepto de tiempo de inicio de escorrentía • Instante en que la lluvia acumulada es igual a la infiltración acumulada I t tp f fo f t tp

13. Horton • Datos en SWMM 5.0, menú de subcuenca • 3 Parámetros • Datos drying time (días para recuperarse el terreno) • Máx Volume (Volumen máximo almacenable) • Datos de cuenca

14. Método de Green-Ampt • Seguimiento del frente de humedad en el suelo de la cuenca

15. Green-Ampt • Modelación del frente de avance la humedad • Utiliza 3 parámetros: • Déficit de humedad, diferencia entre el valor máximo (igual a la porosidad del terreno) y el existente al inicio de la lluvia • Permeabilidad del terreno • Tensión de sorción En realidad son 4, pues el primer valor es composición de otros 2 que se suelen evaluar por separado

16. Green - Ampt • Datos de introducción: 3 parámetros • Mayor sentido físico • Menor utilización en el campo de la Hidrología Urbana

17. Green-Ampt • Parámetros del modelo de infiltración

18. Número de curva del SCS (NRCS) • Desarrollo por parte del Servicio de Conservación de Suelos, a partir de datos de sus cuencas • Plantean una ecuación de conservación de la masa • Pbruta Precipitación total acumulada • PnetaPrecipitación neta acumulada • IaAbstracción inicial • Fa Pérdidas acumuladas después de iniciada la escorrentía

19. Número de curva del SCS (NRCS) • Hipótesis propuesta por el método del SCS • Introducen el concepto de Capacidad máxima de retención de cuenca “S’’

20. Número de curva del SCS (NRCS) • Combinando la hipótesis del SCS con la ec. de conservación de la masa • Expresión que proporciona la lluvia neta en base a dos parámetros, S Ia

21. Número de curva del SCS (NRCS) • Reducción del número de parámetros • Acotar el rango de variación del parámetro S {0 ,} • Introduce la variable Número de Curva, CN {0,100} • Q = f(P bruta, CN) Q función 1 parámetro P bruta es dato

22. Proceso de aplicación del CN Para obtener la lluvia neta: • CN f ( tipo de suelo, ocupación en superficie) Valor tabulado (Tabla de doble entrada) • En zona urbana CN ,90 ó más Aplicación: Según tipo de suelo, elegir CN Pbruta(t) Lluvia bruta acumulada hasta t Pneta(t) Lluvia neta acumulada hasta t

23. CN en SWMM 5.0 • Modelo en general de 3 parámetros • CN, Ia, % impermeabilidad • Impermeabilidad en el menú de la cuenca • Utilización de las tablas CN, tipo y usos del suelo

24. CN en SWMM 5.0 • Ejemplo de aplicación y análisis de sensibilidad de los parámetros • Aplicar CN en la parte permeable • Sobre la impermeable no se aplicarán pérdidas • Entre 90 y 100 varía poco • A medida que se rebaja el CN, la escorrentía desciende de forma muy notable

25. Características del medio urbano • Medio urbano • Superficies impermeables • Viviendas • Naves industriales • Calles y aceras • Escasa presencia de zona verde

26. Modelo de depósito en SWMM • Uso en diferentes modelos comerciales de dominio público como: • SWMM-RUNOFF (EPA www.epa.gov)

27. RUNOFF (SWMM) • Modelo mixto depósito / onda cinemática • Depósito cuyo caudal de salida cumple una relación de tipo calado normal

28. RUNOFF • Ecuación de balance de masa

29. Datos a introducir en SWMM • Menú de numerosos parámetros • Simplificar al mínimo imprescindible Salida pozo (Ha) (m)

30. SWMM - ejemplo • Cuenca de estudio • Sensibilidad a los parámetros menos “objetivos” • Rugosidad • Ancho W • Pérdidas de precipitación

31. SWMM ancho W • Estimar W como el ancho de aportación de caudal de la cuenca • Adaptarse lo más fielmente posible a la realidad física de la cuenca • Si no, W parámetro de calibración • Función del nivel de detalle estuadiado

32. RUNOFF • Considerar la rugosidad como elemento de calibración. Asumir en principio W como elemento geométrico propio

33. Análisis de sensibilidad de los parámetros • Ciertos parámetros influyen más o menos en la respuesta de la cuenca • Ejemplo de cálculo, sobre la respuesta en caudal de una subcuenca cualquiera • Ejecutar SWMM 5.0