Pérdidas de precipitación y cálculo P/Q en SWMM 5.0 Manuel Gómez Valentín ETS Ingenieros de...
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Pérdidas de precipitación y
cálculo P/Q en SWMM 5.0
Manuel Gómez Valentín
ETS Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Barcelona
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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Método de Horton
Expresión semiempírica
3 parámetros, fo, f∞,K
fo
f
tpt
f
t K o e ffff
)(
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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
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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
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Método de Green-Ampt
Seguimiento del frente de humedad en el suelo de la cuenca
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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
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Green - Ampt
Datos de introducción: 3 parámetros Mayor sentido físico Menor utilización en el campo
de la Hidrología Urbana
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Green-Ampt
Parámetros del modelo de infiltración
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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
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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
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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)(
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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
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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
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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
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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
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Características del medio urbano
• Medio urbano• Superficies
impermeables• Viviendas• Naves industriales• Calles y aceras
• Escasa presencia de zona verde
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Modelo de depósito en SWMM
Uso en diferentes modelos comerciales de dominio público como:
SWMM-RUNOFF (EPA
www.epa.gov)
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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).(
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RUNOFF
Ecuación de balance de masa
H
ho
i (t)
H
ho
i (t)
H
ho
i (t)
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Datos a introducir en SWMM
Menú de numerosos parámetros Simplificar al mínimo imprescindible
(Ha)
(m)
pozo
Salida
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SWMM - ejemplo
Cuenca de estudio Sensibilidad a los parámetros menos
“objetivos” Rugosidad Ancho W Pérdidas de precipitación
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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
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RUNOFF
Considerar la rugosidad como elemento de calibración. Asumir en principio W como elemento geométrico propio
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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