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

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

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

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

Metodologías de estudio Q máximo Método 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   

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

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

Green-Ampt Parámetros del modelo de infiltración

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 Pneta Precipitación neta acumulada Ia Abstracción inicial Fa Pérdidas acumuladas después de iniciada la escorrentía

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

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

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

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

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

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

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

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

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

RUNOFF Ecuación de balance de masa

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

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

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

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

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