En este p´arrafo se muestra como utilizar SWMM 5.0 para estudiar una calle que sufre con
una cierta frecuencia inundaciones y que presenta unos par´ametros hidr´aulicos (velocidad y/o calado) no aceptables. La calle presenta, en fase de diagnosis, las caracter´ısticas resumidas en la tabla siguiente:
Captaci´on de escorrent´ıa. Modelaci´on mediante SWMM 5.0 111
Tabla 3: Caracter´ısticas geom´etricas de la calle objeto de estudio
El sistema de drenaje superficial de la calle cuenta con unos imbornales tipo E413 (figura
11) colocados con un espaciamiento intermedio L entre rejillas de 200 m con una disposici´on
sim´etrica con respecto al eje geom´etrico de la calle.
Figura 11: Imbornal tipo E413
Se requiere rehabilitar hidr´aulicamente esta calle para que cumpla los criterios de riesgo asociados a escorrent´ıa superficial admitidos por la Administraci´on P´ublica. Para una lluvia de dise˜no con periodo de retorno de 10 a˜nos (ver figura 12), la misma Administraci´on requiere estos est´andares:
vmax = 1.5 m/s
ymax = 0.10 m
El dise˜no de un nuevo sistema de drenaje superficial pasa por unas fases:
Estudios de la eficiencia hidr´aulica de los elementos de drenaje superficial
Estudio del comportamiento hidr´aulico de la cuenca objeto de estudio en fase de diagnosis para lluvias con periodo de retorno de 10 a˜nos
Elecci´on de los criterios de riesgo para las calles objeto de estudio
Dise˜no del sistema de captaci´on seg´un los criterios de riesgo elegidos para una lluvia con periodo de retorno de 10 a˜nos y comprobaci´on del comportamiento hidr´aulico de las calles para una lluvia con periodo de retorno de 100 a˜nos
112 Tema 5
Figura 12: Lluvia de dise˜no
En este caso ya conocemos los criterios de riesgo que el sistema de captaci´on deber´a cumplir. El primer paso ser´a entonces estudiar la eficiencia hidr´aulica de todos los elementos de captaci´on presentes en el sistema. En este ejemplo s´olo se tiene la reja E413 y habr´a que estudiarla para la geometr´ıa de calle dada en la tabla 3.
Se desarrolla, entonces, una tabla de c´alculo similar a la tabla 2 que luego se utilizar´a para introducir los datos en SWMM 5.0 caracterizando hidr´aulicamente la reja.
Despu´es de conocer los datos de lluvia y los datos caracter´ısticos sobre la eficiencia hidr´aulica de la rejilla, introducimos los mismos en el modelo.
En particular, una vez creado e identificado el proyecto (EJEMPLO CALLE L=200m.INP)
introducimos en Time Series la lluvia de la figura 12 y los datos hidr´aulicos de la reja
considerando los elementos de drenaje como nodos dividers, si utilizamos el modelo de onda
cinem´atica para la propagaci´on del flujo. Los datos de la tabla caudal de paso / caudal
captado (inflow / outflow) (en m3/s) se introducen como se indica en la figura 13 y pueden
ser representados gr´aficamente (ver figura 14).
Debido a la simetr´ıa de la calle y del sistema de drenaje con respecto al eje de la calzada,
podemos considerar s´olo la mitad de la misma calzada y representar los planos de aceras y
calzadas como subcuenca en el modelo. En particular llamaremos a las subcuencas representantes de las aceras con los ID: A1, A2, A3, A4 A5, mientras que las subcuencas representantes de las calles ser´an: C1, C2, C3, C4, C5. Los tramos de calles se representan con los c´odigos: T1, T2, T3, T4, T5, mientras los dividers con D1, D2, D3, D4, D5. Para introducir la secci´on transversal de la cuneta (figura 15), tendremos que definir la secci´on en categories:
Captaci´on de escorrent´ıa. Modelaci´on mediante SWMM 5.0 113
Figura 13: Tabla de caracterizaci´on hidr´aulica de la rejilla E413
Figura 14: Gr´afica caudal de paso / caudal captado para la rejilla E413
114 Tema 5
Despu´es de haber introducido estos datos se puede construir el modelo generando
gr´aficamente las subcuencas, los tramos de calle, las rejas, los desag¨ues y luego caracteriz´andolos. En particular un divider siempre debe tener una conexi´on a otro nodo para el flujo derivado (en nuestro caso captado), as´ı se crean los conductos ficticios 6, 7, 8, 9, 10 y los outfalls Out1, Out2, . . . , Out6. La esquematizaci´on final, se muestra en la figura 16.
Figura 16: Esquematizaci´on de la calle objeto de estudio en SWMM 5.0.
Espaciamiento L=200 m
Antes de realizar la simulaci´on, se deben definir las opciones de c´alculo del programa. En particular hay que definir el m´etodo de propagaci´on (en este caso eligiendo el modelo de onda cinem´atica), las fechas y tiempos de simulaci´on, los intervalos temporales de c´alculo para las simulaciones de transformaci´on lluvia-escorrent´ıa y de propagaci´on de los hidrogramas y paralelamente los par´ametros para la visualizaci´on de los resultados.
Una vez acabadas estas tareas, se pueden calcular y visionar los resultados en:
report −→ status
En este resumen de resultados tendremos que fijarnos sobretodo en los apartados Link flow summary y Depth flow summary.
Este report nos proporciona informaci´on sobre los valores m´aximos de caudales, calados y velocidades en los tramos de calle (ver tabla 4).
En particular, si queremos conocer sobre el desarrollo de los calados en la ´ultima rejilla, (punto hidrol´ogicamente m´as desfavorable), utilizamos el Time Series Plot (ver figura 17).
Analizando estos resultados en relaci´on a los criterios de riesgo adoptados en este ejemplo, se puede notar que mientras el criterio del calado m´aximo se cumple en todos los nodos, el de la velocidad se incumple en todos los tramos de calles. Habr´a que modificar el sistema de captaci´on
Captaci´on de escorrent´ıa. Modelaci´on mediante SWMM 5.0 115
Tabla 4: Valores m´aximos de los par´ametros Q, v, y para un espaciamiento
L=200m de la reja E413.
Figura 17: Evoluci´on del calado en la ´ultima rejilla
en la calle para que ambos criterios sean satisfechos. Las opciones posibles que tenemos en estos casos son dos:
1. Disminuir el espaciamiento entre las rejillas
2. Colocar, en lugar de la reja existente, otra estructura de captaci´on.
Elaboramos entonces dos escenarios de actuaci´on. Seg´un el primer escenario, tendremos que cambiar el espaciamiento L entre las rejillas. Eso quiere decir variar el modelo cambiando los siguientes par´ametros en base al valor de L:
´
Area de las subcuencas Ancho de las subcuencas
116 Tema 5
Longitud de los links T (tramos de calles) Cota de los pozos
Considerando un espaciamiento entre las rejillas L = 50 m la simulaci´on de prognosis dar´a los siguientes resultados en t´erminos de caudales y velocidades en los tramos y de calados en los nodos:
Tabla 5: Valores m´aximos de los par´ametros Q, v, y para un espaciamiento L=50m
de la reja E413
A la vista de los resultados, los criterios de seguridad se cumplen con un espaciamiento entre rejillas de 50 m. Se puede observar que el caudal de estabilizaci´on en este caso se alcanza a los 150 m de calle. Se podr´ıa buscar un espaciamiento ´optimo en t´erminos econ´omicos (menor n´umero de rejillas) simulando la calle para espaciamientos m´as grandes y acercando los par´ametros hidr´aulicos a los valores l´ımites. En este caso se ha doblado el n´umero inicial de imbornales.
El segundo escenario de actuaci´on se basa sobre la opci´on de colocar una estructura de
drenaje superficial distinta a la rejilla E413, sin cambiar el espaciamiento. Debido a los altos valores de las velocidades, para aumentar la eficiencia hidr´aulica de captaci´on en los nodos, ser´ıa conveniente colocar unas rejas m´as grandes (macro-rejas) o un conjunto de rejillas. En este caso se opta para colocar una estructura de captaci´on formada por dos macro-rejas cuyas
curvas de eficiencia se han estudiado experimentalmente. La tabla de captaci´on en SWMM 5.0
de esta estructura (E1021) para la geometr´ıa de la calle objeto de estudio y su gr´afica caudal de paso / caudal captado (inflow / outflow) (en m3/s) se representan en las figuras 18 y 19, respectivamente. En este caso tendremos que cambiar s´olo la curva caracter´ıstica del elemento de captaci´on (divider ) y asociarla a cada nodo de la cuneta. Realizando la simulaci´on de este ulterior escenario obtenemos los siguientes resultados:
Tabla 6: Valores m´aximos de los par´ametros Q, v, y para un espaciamiento
Captaci´on de escorrent´ıa. Modelaci´on mediante SWMM 5.0 117
Observando los resultados de esta ´ultima simulaci´on, se nota que la segunda actuaci´on representa una muy buena soluci´on para los tramos de calles intermedios (valores de velocidad aproximadamente iguales a 1.4 m/s), pero seguimos teniendo una velocidad demasiado alta en correspondencia del primer nodo (a los 200 m de calle). Habr´ıa entonces que colocar un elemento de captaci´on en la primera subcuenca para cumplir el criterio de riesgo de velocidad m´axima.
Figura 18: Tabla de captaci´on de la estructura E1021
118 Tema 5
7.
Conclusiones
En este cap´ıtulo se ha presentado el modelo SWMM 5.0 como una herramienta para estudiar el comportamiento hidr´aulico de la escorrent´ıa generada en una calle. El software puede ser utilizado para el dise˜no del sistema de captaci´on de una calle, teniendo en cuenta unos criterios de riesgo asociados a la escorrent´ıa urbana producida durante un evento de lluvia.
SWMM 5.0 permite el an´alisis conjunto del flujo en calles y en la red de alcantarillado,
considerando las interacciones entre ambas partes. El uso de nodos dividers o bien de links adimensionales tipo outlets, son los medios, juntos a un elevado nivel de detalle en la discretizaci´on de la cuenca, para alcanzar estos objetivos.
8.
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