Master

Estudio de la vulnerabilidad de una red de drenaje mediante el método de Monte Carlo

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MODELO DE SIMULACIÓN SWMM

Se presentan a continuación las principales características y el funcionamiento del modelo matemático para simulación de procesos hidrológicos e hidráulicos en zona urbana SWMM. Este es el programa empleado para el desarrollo de esta tesina y que también fue utilizado enestudios y tesinas anteriores para el análisis de la cuenca de la Riera Roja en Sant Boi de Llobregat.

4.1

INTRODUCCIÓN

Storm Water Management Model (SWMM) es una aplicación gestionada por el U.S. Environmental Protection Agency (EPA) y respaldada técnicamente por la Universidad de Oregón, capaz de reproducir los fenómenos de escorrentía urbana y combinar fenómenos asociados a aguasresiduales.
Su versión 4.4h, usada en el desarrollo de esta tesina, carece de entorno gráfico, pero está programada en lenguaje FORTRAN, y el código disponible abiertamente en Internet, siendo un modelo de referencia y de programación robusta. Se trata de un programa validado por la experiencia de los años que lleva en el mercado, por las aplicaciones que ya se han realizado con el mismo y por lascontinuas mejoras en su esquema de funcionamiento (SWMM 5.0 dispone de entorno Windows y salidas gráficas, pero ha sido reprogramado en lenguaje C++). SWMM simula la respuesta de la cuenca partiendo de datos de precipitación) y otros parámetros meteorológicos y la caracterización del sistema: subcuencas, conducciones, almacenamiento, etc., resolviendo así el problema hidrológico, en superficie, ehidráulico en las conducciones. El programa está dividido en varios módulos: los computacionales, que son Runoff, Transport, Extran, y Storage/Treatment; y los de servicio: Executive, Rain, Temp, Graph y Statistics. Puesto que en ningún caso se han considerado los efectos de la nieve, muy poco frecuentes en la zona, ni de calidad de aguas o simulación continua, los módulos que centran la atención delestudio son RUNOFF, para el proceso de transformación lluvia – escorrentía y EXTRAN (Extended Transport), para el cálculo hidráulico de los conductos.

Modelo de simulación SWMM

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Estudio de la vulnerabilidad de una red de drenaje mediante el método de Monte Carlo

El bloque Executive se utiliza para control de los bloques computacionales, de manera que pueden utilizarse los dos módulos,RUNOFF y EXTRAN, mediante un solo archivo de entrada.
4.2 MÓDULO RUNOFF

Este módulo tiene por función simular los fenómenos de transformación lluvia – escorrentía de una cuenca y la entrada de hidrogramas en la red de drenaje. Para ello, la cuenca se divide en un número determinado de subcuencas, cada una de las cuales genera su propia escorrentía que acaba introduciendo a la red por undeterminado punto o nodo de entrada, que equivale a un imbornal en la mayoría de casos. El bloque RUNOFF se usa para el cálculo de la escorrentía producida por la lluvia en cada una de las subcuencas en las que se decide dividir la cuenca, y su salida de resultados, en forma de hidrogramas de entrada en ciertos puntos, puede ser usada por los siguientes módulos, en particular, por EXTRAN. Por este motivo,la correcta preparación de los datos de este bloque es decisiva, pues se transmitirá a los siguientes. Los cálculos de la escorrentía están basados en un modelo de depósitos modificado con la onda cinemática. El modelo divide cada subcuenca en una zona permeable sin retención superficial, otra impermeable sin retención y una última zona permeable con retención, en función de los porcentajes deimpermeabilidad y de retención introducidos. La escorrentía es generada aproximando el funcionamiento de cada una de estas zonas a un depósito no lineal esquematizado en la Figura 4.

Figura 4.

Esquema de cálculo del módulo RUNOFF de SWMM (en unidades americanas). Fuente: (Huber & Dickinson, 1992).

El caudal de salida responde a la siguiente ecuación:
Q= donde
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