Cálculo hidráulico mediante SWMM 5.0

Manuel Gómez ValentínETS Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona

Tipo de flujo en la red de drenaje Lámina libre, según el criterio de

diseño No permanente, variación de todos

los parámetros hidráulicos (calado, caudal o velocidad) a lo largo del tiempo

Movimiento no permanente

Aproximación más completa Reflejo más aproximado de la realidad Mayor complejidad de cálculo Poco utilizado en general en España,

por desconocimiento y por falta de datos

Necesidad de utilizar un modelo de simulación

Flujo no permanente

Consideraciones que solo se pueden tener en cuenta en régimen permanente Laminación de caudales No unicidad entre calado y caudal Volumen del hidrogramaQ

y

Aproximaciones con flujo permanente

Se asume un flujo permanente particularizado para el caudal máximo de paso M. Permanente uniforme M. Permanente gradualmente variado

Un flujo permanente no se puede aplicar en caso de cálculo de depósitos

SWMM

Modelo completo de cálculo de redes Programa de la EPA Univ. Oregón Versión básica (MS-DOS) vía Web Bloques:

RUNOFF EXTRAN, etc.

Versión SWMM 5.0

Nueva versión en entorno Windows (Noviembre 2004)

Interface similar al de otros programas EPA, como EPANET

Versión de dominio público Redes de tamaño ilimitado

http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htm Versión en español

http://www.gmmf.upv.es/descargas/manualSWMM.pdf

Mov. Permanente en SWMM 5.0

Estimación para casos simplificados Estimación con régimen

permanente uniforme Sólo útil para predimensionar

no para calcular la red

Flujo no permanente

Conservación de la masa

Equilibrio de fuerzas

0

xv

bA

x

yv

t

y

0)(

fo II gx

yg

xv

vtv

SWMM 5.0 : opciones de cálculo

Menú “Simulation options”

SWMM 5.0 : opciones de cálculo

Onda cinemática Adecuada para conductos de gran

pendiente No atenúa los hidrogramas de caudal (si

lo hace en los resultados, es debido a problemas numéricos)

No considera las condiciones de contorno aguas abajo

Más estable numéricamente

SWMM 5.0 :opciones de cálculo

Onda difusiva Adecuada para conductos de cualquier

pendiente Atenúa los hidrogramas de caudal Considera las condiciones de contorno aguas

abajo Menor tiempo de cálculo, pero no supone un

gran ahorro Opción a considerar de nuevo, en casos de

inestabilidades de cálculo

Comparación de fuerzas actuantes

Importancia relativa de las fuerzas para conductos de diferentes pendientes

Reg. No permanente en SWMM 5.0

Escribe las ecuaciones en términos Q,y

Reg. No permanente en SWMM 5.0

Ecuaciones en cada conducto, combinación de C. masa y C. cantidad movimiento

Reg. No permanente en SWMM 5.0

Discretización ecuaciones, con un esquema explícito

Esquema de cálculo con estabilidad condicionada

Elegir un intervalo de tiempo de estudio ∆t adecuado

Reg. No permanente en SWMM 5.0

Ecuaciones en cada nudo: C. masa

Beneficios del uso del régimen no permanente

Mejor aproximación de la realidad Diseños más ajustados y

económicos Datos de entrada: hidrogramas Q(t)

y datos físico geométricos de la red Nivel de calidad en los datos de Nivel de calidad en los datos de

entrada para obtener buenos entrada para obtener buenos resultadosresultados

Capacidad de SWMM 5.0

Cálculo de redes malladas y arborescentes

Permite todo tipo de flujos Modela entrada en presión Análisis gráfico de resultados en la

nueva versión Incorpora un número de condiciones

de contorno y elementos especiales suficiente

La red está dividida en JUNCTIONS / nodes y CONDUITS / Links

Junctions, pozos de registro Conduits, tramo entre pozos Simular toda la red en base a estos elementos Un solo dato por pozo

o conducto, por lo que para conductos largos, se añadirán pozos ficticios

Modelación en SWMM 5.0

Adición de elementos “auxiliares” para acabar de representar el comportamiento de la red Reguladores de flujo Outlets

Modelación en SWMM 5.0

Diferentes opciones: Orificios Vertederos Flow dividers

Elementos muy sensibles desde el punto de vista de la estabilidad del cálculo y que habrá que verificar

Reguladores de flujo SWMM 5.0

SWMM – Depósitos: Q salida

Orificios de salida, dos tipos: DE FONDO LATERAL

Orificios

SWMM – Orificios

Orificios de salida, dos tipos: DE FONDO LATERAL

SWMM – Depósitos: Q salida Vertederos, 4

tipos: RECTANGULAR TRAPECIAL TRIANGULAR LATERAL

Vertederos

SWMM – Vertederos Vertederos, 4

tipos: RECTANGULAR TRAPECIAL TRIANGULAR LATERAL

2/3)( od hHLCQ

SWMM - Depósitos

Interfaz muy intuitiva y sencilla

Hietograma Subcuencas Nudos Salidas de la red Divisores flujo Depósitos Conductos Bombas Orificios Vertederos Salidas controladas Etiquetas

SWMM - Depósitos

Incluye un elemento específico para modelar el depósito STORAGE UNIT

SWMM - Depósitos

Detalles del depósito: CurvaAltura / superficie en planta

SWMM – Depósitos Bombeo

Posibilidad de incluir bombeos dentro de la red

4 posibilidades de definir el funcionamiento

SWMM – bombeos

SWMM –Bombeo

Ejemplo, conexión del bombeo definido por cotas de agua en el pozo

SWMM – Outlets

Permiten representar elementos con una ley de comportamiento hidráulico propio

Caudales impuestos por el usuario

Time Series FCB_A8aDEPOSIT

Elapsed Time (hours)20191817

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Compuertas: Leyes de control

Posibilidad de incluir compuertas de salida del depósito

Definir una ley de aberturas mediante la opción CONTROL RULES

Hay que comprobar cuál es la ley de control más adecuada: simulaciones con SWMM 5.0

Control rules

Aplicable a aberturas de compuertas, altura de vertedero (presa inflable) orificios de área variable, bombeos variables, etc

Editar con formato según SWMM

Modelos comerciales basados en SWMM

XP-SWMM PC-SWMM MIKE-SWMM HYSTEM-EXTRAN Otros

Ejemplo de cálculo

Cálculo de una porción de red con un depósito de retención

Revisión de algunos problemas de tipo numérico que pueden aparecer