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

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

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

¿Qué 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

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

Problemática del Drenaje Dual Urbano Mejor aproximación al fenómeno de las inundaciones en medios urbanos… ¡Metodologías convencionales entregan escasa información sobre este fenómeno!

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

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

Modelación del Drenaje Dual Interacción bi-direccional entre el flujo superficial y el flujo en la red de alcantarillado Fase1 Flujo libre hacia la red de alcantarillado Fase 2 Flujo “sumergido” hacia la red de alcantarillado Fase 3 Flujo hacia la superficie ( por ejemplo, hacia una calle)

Modelación del Drenaje Dual Flujo desde la superficie hacia la red de alcantarillado: VERTEDERO Sin embargo,…

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 hidráulica Modelación del Drenaje Dual Eficiencia hidráulica E : eficiencia Q: caudal de paso (l/s) y: calado (mm) A , B: coeficientes característicos de la reja

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.)

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

Modelación del Drenaje Dual Flujo desde la red de alcantarillado hacia la superficie: ORIFICIO

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

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)

Herramienta de cálculo: EPA SWMM 5.0 Nueva versión es más “amigable”

Herramienta de cálculo: EPA SWMM 5.0 Escorrentía superficial: depósito no lineal

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

Herramienta de cálculo: EPA SWMM 5.0 Reguladores del flujo: vertederos, orificios,… Ecuaciones para cálculo del caudal por vertederos Orificio Parcialmente sumergido OrificioTotalmente sumergido

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

Opción de EPA SWMM 5.0 para considerar la inundación superficial Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Opción de EPA SWMM 5.0 para considerar la inundación superficial No realista!!!

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Surface Gutter (NN) Zp(NN,1) Zp(NN,2) JN JN+1 Conduit (N)

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 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)

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Ejemplo de simulación: tramo de calle Colector de 0.5 (m)

Consideraciones y simulación con EPA 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)

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Características de la reja de captación Dirección del flujo

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Representación de la captación: rejas mediante Vertederos Determinación de L SLOPE % CW 5 2.72 1 2.10 0.1 1.35

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Representación de la captación: rejas mediante Outlets Tabla h v/s Qcapt

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Representación de la transferencia de flujo desde la red hacia la superficie: rejas y pozos mediante Orificios Coeficiente de descarga C ????

Consideraciones y simulación con EPA 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

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Esquema en SWMM 5.0 de una red de drenaje dual Pozos Calle Rejillas (Q+) Rejillas (Q-) Colector

Consideraciones y simulación con EPA 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)

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Resultados: Hidrogramas

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Resultados: Hidrogramas

Consideraciones y simulación con EPA SWMM 5.0 Resultados: Niveles en la calle Calados en puntos de intercambio de flujo para So=5%

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..????