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
q 
Q max
Area

Con meteorología de tipo mediterráneo, para
T=10 años, q = 12 – 17 m3/s/Ha
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 Racional
Aplicación según un tamaño límite
de cuenca (A < 1 Km2)
Q(t) hidrograma de caudal
 Proporciona más información




Q máximo
Q(t), subida y bajada del hidrograma
Volumen de escorrentía
Necesidad de usar modelos de simulación
Lluvia neta

Balance de masa Pbruta  Pneta  Pérdidas

Interceptación
escasa
Evapotranspiración
poco importante
Depresiones del terreno
charcos
Infiltración
Según el % de impermeabilidad



Se estima con métodos empíricos o semiempíricos
Horton
Green Ampt
Número de Curva
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

f
f  f  ( fo  f ) e
fo
f
tp

3 parámetros, fo, f∞,K
t
K t
Concepto de
tiempo de inicio de escorrentía
Instante en que la lluvia acumulada es igual a
la infiltración acumulada

I
tp
tp
t
f
 I  t  
0
fo
f
tp
t
tp
0
f  dt
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  Pneta  I a  Fa




Pbruta Precipitación total acumulada
Pneta Precipitación neta acumulada
Ia
Abstracción inicial
Fa Pérdidas acumuladas después de iniciada la escorrentía
Número de curva del SCS (NRCS)

Hipótesis propuesta por el método del SCS
Fa
S


Pneta
Pbruta  I a
Introducen el concepto de Capacidad
máxima de retención de cuenca “S’’
Número de curva del SCS (NRCS)

Combinando la hipótesis del SCS con la ec.
de conservación de la masa
Pneta 

( Pbruta  I a )
2
Pbruta  I a  S
Expresión que proporciona la lluvia neta en
base a dos parámetros, S Ia
Número de curva del SCS (NRCS)

Reducción del número de parámetros
I a  0 .2 S


Acotar el rango de variación del parámetro S {0 ,}
Introduce la variable Número de Curva, CN {0,100}
S 
25400
 254
CN

Q = f(P bruta, CN)
P bruta es dato
Q función 1 parámetro
Proceso de aplicación del CN
Para obtener la lluvia neta:
 CN
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
Pneta ( t ) 
Pbruta(t)
Pneta(t)
( Pbruta  I a )
2
Pbruta  I a  S

( Pbruta ( t )  0 . 2 S )
Pbruta ( t )  0 . 8 S
Lluvia bruta acumulada hasta t
Lluvia neta acumulada hasta t
2
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
www.epa.gov)
(EPA
RUNOFF (SWMM)


Modelo mixto depósito / onda cinemática
Depósito cuyo caudal de salida cumple una
relación de tipo calado normal
i (t)
Q  W .( H  ho )
H
5/3
Io
n
ho
RUNOFF

Ecuación de balance de masa
i (t)
H
ho
Datos a introducir en SWMM


Menú de numerosos parámetros
Simplificar al mínimo imprescindible
Salida
pozo
(Ha)
(m)
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

Descargar

Lluvia neta. Tiempo de concentración