pérdidas de precipitación y cálculo p/q en swmm 5.0 manuel gómez valentín ets ingenieros de...

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

Area

Q q max

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 RacionalMétodo Racional

Aplicación según un tamaño límite

de cuenca (A < 1 Km2) Q(t) hidrograma de caudal

Proporciona más informaciónProporciona más información Q máximo Q(t), subida y bajada del hidrograma Volumen de escorrentía

Necesidad de usar modelos de simulaciónNecesidad 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

HortonHorton Green Ampt Número de Curva Green Ampt Número de Curva

PérdidasPP netabruta

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

fo

f

tpt

f

t K o e ffff

)(

Concepto de tiempo de inicio de escorrentía Instante en que la lluvia acumulada es igual a

la infiltración acumulada

tpt

I

fo

ftp

t

f

p pt t

dtftI0 0

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

aanetabruta FIPP

Número de curva del SCS (NRCS)

Hipótesis propuesta por el método del SCS

Introducen el concepto de Capacidad máxima de retención de cuenca “S’’

abruta

netaa

IP

P

SF

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

SIPIP

Pabruta

abrutaneta

2)(

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

SIa 2.0

25425400

CNS

Proceso de aplicación del CN

Para obtener la lluvia neta: CNCN 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

StP StP

SIPIP

tPbruta

bruta

abruta

abrutaneta 8.0)(

)2.0)(()()(

22

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

• 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

H

ho

i (t)

nIo

hoHWQ 3/5).( H

ho

i (t)

nIo

hoHWQ 3/5).( H

ho

i (t)

nIo

hoHWQ 3/5).(

RUNOFF

Ecuación de balance de masa

H

ho

i (t)

H

ho

i (t)

H

ho

i (t)

Datos a introducir en SWMM

Menú de numerosos parámetros Simplificar al mínimo imprescindible

(Ha)

(m)

pozo

Salida

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