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APROXIMACIÓN AL DRENAJE DUAL URBANO MEDIANTE EPA SWMM 5.0

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APROXIMACIÓN AL DRENAJE DUAL URBANO MEDIANTE EPA SWMM 5.0 - PowerPoint PPT Presentation


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APROXIMACIÓN AL DRENAJE DUAL URBANO MEDIANTE EPA SWMM 5.0. Rodrigo Concha Jopia. Barcelona, 5 diciembre 2007. Presentación.

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aproximaci n al drenaje dual urbano mediante epa swmm 5 0

APROXIMACIÓN AL DRENAJE DUAL URBANO MEDIANTE EPA SWMM 5.0

Rodrigo Concha Jopia

Barcelona, 5 diciembre 2007

presentaci n
Presentación

* Problemática del Drenaje Dual Urbano* Aspectos de modelación del Drenaje Dual* Herramienta de cálculo: EPA SWMM 5.0* Consideraciones y Simulación del Drenaje Dual con EPA SWMM 5.0* Conclusiones

slide3

Problemática del Drenaje Dual Urbano

El viejo y recurrente problema de las inundaciones en medios urbanos…

Flujo en calles

Salida de pluviales hacia la superficie

qu es el drenaje dual urbano

Problemática del Drenaje Dual Urbano

¿Qué es el Drenaje Dual Urbano?

Drenaje urbano considerando los flujos simultáneos que se producen en la superficie del medio urbano y en la red de drenaje sub-superficial, además de la “interacción” entre estos flujos

Inundación vía pozos

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Problemática del Drenaje Dual Urbano

Puntos de intercambio de flujo (interacción) entre los flujos de aguas pluviales: sumideros, imbornales o rejas de captación pozos de la red de alcantarillado

Rejas de captación

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Problemática del Drenaje Dual Urbano

Mejor aproximación al fenómeno de las inundaciones en medios urbanos…

¡Metodologías convencionales entregan escasa información sobre este fenómeno!

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Modelación del Drenaje Dual

Flujo simultáneo en dos “capas”: superficial y subterránea

Interacción entre el flujo superficial y el flujo en la red de alcantarillado

slide8

Modelación del Drenaje Dual

Flujo simultáneo en dos “capas”: superficial y subterránea

* Aproximaciones tipo 1D/1D ó 2D/1D ( flujo superficial/flujo en alcantarillado* Resolución de las ecuaciones de Saint Venat en 1D y 2D para caracterizar los flujos

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Modelación del Drenaje Dual

Interacción bi-direccional entre el flujo superficial y el flujo en la red de alcantarillado

Fase1Flujo libre hacia la red de alcantarillado

Fase 2Flujo “sumergido” hacia la red de alcantarillado

Fase 3Flujo hacia la superficie ( por ejemplo, hacia una calle)

slide10

Modelación del Drenaje Dual

Flujo desde la superficie hacia la red de alcantarillado: VERTEDERO

Sin embargo,…

slide11

Modelación del Drenaje Dual

Experiencias realizadas en la UPC para caracterizar la captación de flujo mediante rejas…

Captación de la reja en función de su EFICIENCIA HIDRÁULICA

eficiencia hidr ulica

Modelación del Drenaje Dual

Eficiencia hidráulica
  • E : eficiencia
  • Q: caudal de paso (l/s)
  • y: calado (mm)
  • A , B: coeficientes característicos de la reja
generalizaci n de la ecuaci n potencial para otras rejas no ensayadas previamente

Modelación del Drenaje Dual

Generalización de la ecuación potencial para otras rejas no ensayadas previamente

Los parámetros característicos (A, B) pueden obtenerse a partir de la geometría de las rejillas (numero de barras longitudinales, transversales, diagonales, área de huecos, longitud, ancho, etc.)

slide14

Modelación del Drenaje Dual

Generalización de la ecuación potencial a través de la hipótesis de velocidad uniforme en la sección transversal del flujo

  • Ecuación para una típica calle del barrio del Eixample de Barcelona
  • Ecuación para una típica calle del barrio de Gràcia de Barcelona
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Modelación del Drenaje Dual

Flujo desde la red de alcantarillado hacia la superficie: ORIFICIO

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Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

SWMM 5.0 es un modelo numérico que permite simular el comportamiento hidrológico, hidráulico y de calidad de un sistema de drenaje urbano

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Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

Cronología de EPA SWMM…

  • 1971 - SWMM I (M&E, UF, WRE)
  • 1975 - SWMM II (UF)
  • 1981 - SWMM 3 (UF & CDM)
  • 1983 - SWMM 3.3 (PC Version)
  • 1988 - SWMM 4 (UF & CDM & OSU)
  • 2004 – SWMM 5 (EPA & CDM)
slide18

Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

Nueva versión es más “amigable”

slide19

Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

Escorrentía superficial: depósito no lineal

slide20

Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

Propagación del flujo: tres opciones pero la mejor es…

Dynamic Wave

resolución de las ecuaciones completas de Saint Venant del flujo no permanente UNIDIMENSIONAL (1D)

Ecu. de

Continuidad

Ecu. de

Momentum

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Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

Reguladores del flujo: vertederos, orificios,…

Ecuaciones para cálculo del caudal por vertederos

Orificio Parcialmente sumergido

OrificioTotalmente sumergido

slide22

Herramienta de cálculo:EPA SWMM 5.0

Nuevo elemento regulador incorporado: OUTLET

Tabla h v/s Q

ó

Permite aplicar la función potencial obtenida (UPC) para la caracterización de las rejas

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Surface Gutter (NN)

Zp(NN,1)

Zp(NN,2)

Conduit (N)

JN

JN+1

Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Consideraciones

  • Esquema NO DEBE PERDER flujo (salida del flujo de la red de alcantarillado representado en el esquema)
  • Utilización de las propuestas de captación de flujo obtenidas en laboratorio (UPC)
  • Distinción entre una reja de captación y un pozo (hidráulicamente)
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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Ejemplo de simulación: tramo de calle

Colector de 0.5 (m)

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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

  • Pendiente transversal acera: 1%
  • Pendiente transversal media calzada: 2%
  • Nacera: 0.020; Ncalzada: 0.016
  • Lluvia de proyecto de Barcelona (Tr=10)
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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Características de la reja de captación

Dirección del flujo

slide29

Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Representación de la captación: rejas mediante Vertederos

Determinación de L

slide30

Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Representación de la captación: rejas mediante Outlets

Tabla h v/s Qcapt

slide31

Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Representación de la transferencia de flujo desde la red hacia la superficie: rejas y pozos mediante Orificios

Coeficiente de descarga C ????

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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Discretización de las áreas aportantes: acera y media calzada

Variabilidad espacial de la transformación lluvia-escorrentía

Cada rejilla capta el flujo proveniente desde aguas arriba

slide33

Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Esquema en SWMM 5.0 de una red de drenaje dual

Pozos

Calle

Rejillas (Q+)

Rejillas (Q-)

Colector

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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Datos usados en las simulaciones

  • Cada tramo de conducto/calle tiene 25 m
  • t = 10 s
  • Tiempo simulado: 3 hr
  • Resolución de las ecuaciones de Saint Venant completas
  • Hidrogramas de entrada en la cabecera del esquema (tanto en la calle como en el colector)
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Consideraciones y simulación conEPA SWMM 5.0

Resultados: Niveles en la calle

Calados en puntos de intercambio de flujo para So=5%

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Conclusiones y futuros estudios

  • Se ha desarrollado una nueva metodología para el estudio del flujo dual en redes de drenaje urbano
  • Esta metodología de representar la entrada y salida mediante elementos distintos asegura patrones de flujo estables
  • Representación de rejillas mediante Outlets entrega mayor estabilidad numérica en los resultados
  • Flujo en calle puede ser mejor representado utilizando un modelo 2D
  • Futuro estudio experimental de la transferencia de flujos entre la superficie y la red de drenaje
  • Determinar coeficientes de descarga de Vertederos y Orificios en base a experimentación ¡NO VALORES TABULADOS!
  • Posible acople a modelo CARPA..????