Los controles de aguas pluviales son estructuras diseñadas para retener, retrasar o infiltrar agua en su recorrido hasta la desembocadura del sistema. Debido a su naturaleza específica, se representan de forma diferente en el motor en comparación con las uniones o las bocas de alcantarilla y las conexiones.
El análisis de los controles de aguas pluviales en InfoDrainage se basa en los métodos LID (desarrollo de bajo impacto) de SWMM5, pero estos métodos se han ampliado para proporcionar funciones adicionales (consulte la nota de la parte inferior de esta página).
Los métodos LID de SWMM5 se describen con todo detalle en el capítulo 6 del Manual de referencia, volumen III — Calidad del agua de la EPA.
Un control de aguas pluviales puede estar compuesto por varias capas interconectadas con diferentes propiedades. A continuación se muestra un boceto de la representación de capas en los métodos LID de SWMM5:
|
|
La capa de superficie se utiliza en los controles de aguas pluviales que tienen un área de estanque: biorretención, estanque o paular. También se utiliza para representar el almacenamiento en el depósito y la cámara. Además, se utiliza para almacenar las inundaciones de los controles de aguas pluviales que no tengan un área de estanque. La capa de suelo se utiliza solo en la biorretención. La capa de almacenamiento se utiliza en la biorretención, el pozo seco, la zanja de infiltración, el pavimento poroso y el paular con zanja. |
Las conexiones se pueden acoplar a cualquier capa de un control de aguas pluviales. Esto se aplica tanto a las conexiones entrantes, ya sea a través de un tragante o una conexión directa (un tragante sin restricciones), como a las conexiones salientes, ya sea a través de una salida o una conexión directa (salida de descarga libre).
La eliminación de contaminantes se puede especificar en cada capa.
Capas de un control de aguas pluviales
Un control de aguas pluviales puede estar compuesto por un máximo de tres capas. Estas capas pueden intercambiar agua en función de flujos de entrada y descargas individuales y la capacidad disponible.
Capa de superficie
La capa de superficie puede recibir agua entrante, almacenar o infiltrar agua y liberar agua (la evapotranspiración no está disponible actualmente).
La infiltración se calcula con una velocidad de filtración constante. Si la capa siguiente está llena, el agua no puede infiltrarse hacia abajo, por lo que se seguirá acumulando en la capa de superficie.
Se puede especificar una velocidad de infiltración diferente para la base y para los lados de la capa de superficie (aunque la infiltración lateral elimina agua del sistema).
La forma de la capa de superficie se puede personalizar de dos maneras:
- En los controles de aguas pluviales de estanque y depósito, la forma de la capa de superficie se puede especificar en forma de curva de profundidad-área.
- En la biorretención y el paular, se pueden especificar los taludes laterales.
Capa de suelo
La capa de suelo puede recibir agua entrante, almacenar o infiltrar agua y liberar agua (la evapotranspiración no está disponible actualmente). La capa de suelo solo está disponible en el control de aguas pluviales de biorretención.
El agua que se encuentra dentro de la capa de suelo se considera distribuida uniformemente dentro de la capa (vertical y horizontalmente). El contenido de agua de la capa de suelo está restringido por los tres parámetros siguientes:
- Porosidad: es en efecto el contenido máximo de agua de la capa.
- Capacidad de campo: es el contenido de agua después de que el suelo se haya drenado completamente, es decir, el agua ya no puede infiltrarse porque las fuerzas matriciales con el medio del suelo superan la gravedad. Sin embargo, el agua restante sigue estando disponible para las plantas y puede evaporarse.
- Punto de desvanecimiento: es el contenido de agua por debajo del cual el agua no está disponible para las plantas. Aquí se asume que el punto de desvanecimiento permanente es el valor más bajo posible del contenido de agua.
La tasa de percolación a través de la capa de suelo se calcula mediante la ecuación de Darcy.
Para ayudar al usuario a definir los valores de los parámetros del suelo, hay una serie de tipos de suelo predefinidos disponibles. Si es necesario, se pueden definir valores definidos por el usuario.
| Tipo de suelo | Capacidad de campo (%) | Punto de desvanecimiento permanente (%) |
| Arena | 6,2 | 2,4 |
| Loam |
23,2 |
11,6 |
| Arcilla | 37,8 | 26,5 |
| Arenoso-franco | 10,5 | 4,7 |
| Arcilloso-franco | 19,0 | 8,5 |
| Franco-arcilloso | 31,0 | 18,7 |
| Arcilla arenosa | 32,1 | 22,1 |
| Arcilla limosa | 37,1 | 25,1 |
Estos valores se toman de la sección 5.5 del Manual de referencia, volumen I — Hidrología de la EPA.
Capa de almacenamiento
La capa de almacenamiento puede recibir agua entrante, almacenar o extraer agua y liberar agua (la evapotranspiración no está disponible actualmente).
El agua se acumula en la base de la capa de almacenamiento hasta la altura especificada (es decir, tiene un comportamiento diferente que en la capa de suelo). En la capa de almacenamiento solo se puede utilizar la porosidad para describir el material.
La capa de almacenamiento puede extraer agua del control de aguas pluviales, ya sea a través de la base de la capa, a través de los lados o de ambos. La extracción se calcula mediante una velocidad de filtración constante (las velocidades de la base y los lados son diferentes).
Se puede especificar un desagüe subterráneo en Biorretención, Pavimentación porosa, Zanja de infiltración y Paular con zanja. El desagüe subterráneo se caracteriza por el diámetro y la altura por encima de la base, un coeficiente de fricción y el número de barriles. El caudal de un desagüe subterráneo se calcula mediante la ecuación de Manning o la ecuación de Colebrook-White, y es la diferencia de cabezal entre la elevación del agua en la capa y el extremo aguas abajo del desagüe subterráneo lo que controla el caudal. El desagüe subterráneo se puede utilizar como alternativa a las salidas habituales (véase a continuación) para extraer agua de la capa de almacenamiento.
Inundación
Cuando la capa de superficie se llena por encima de su capacidad nominal (debido a que el caudal de entrada supera el valor de descarga durante un período prolongado o a que la capa inferior impide cualquier infiltración), se considera que se encuentra en estado de inundación.
El agua inundada se almacena en un área igual al área superior de la capa de superficie, excepto en los casos en los que el bombeo del control de aguas pluviales sea inferior a la elevación de excedencia, como puede ocurrir en depósitos, almacenamientos en celdas y cámaras, en cuyo caso se utilizará el área de plano máxima.
El volumen de inundación se puede visualizar en los resultados del control de aguas pluviales. De forma similar a lo que ocurre en una boca de alcantarilla, el agua de inundación puede volver a la capa de superficie en una fase posterior si vuelve a tener capacidad.
Tragantes y salidas
Los tragantes y las salidas que se pueden utilizar para las uniones también se pueden utilizar para los controles de aguas pluviales y funcionan de la misma forma.
Una salida se enlaza a una capa determinada en función de la elevación de rasante de la salida y las elevaciones base respectivas de las capas del control de aguas pluviales. Los tragantes se enlazarán a la capa superior, a menos que el destino del tragante se modifique mediante una biorretención o un paular con zanja. A diferencia de SWMM5 estándar, los tragantes o las salidas se pueden acoplar a cualquier capa.
Tenga en cuenta que en el caso de que un caudal de entrada acceda a una capa subsuperficial y, por alguna razón, el agua no pueda moverse hacia abajo (por ejemplo, si la capa inferior está llena o la velocidad de filtración es cero), la capa se llenará progresivamente y, finalmente, el agua se podrá mover hacia la capa superior.
Las salidas utilizan la elevación de agua de la capa en cuestión para calcular el cabezal que controla el caudal. Además de este detalle, las salidas funcionan como se describe en la sección Salidas.
Tiempo de desplazamiento y caudal de entrada lateral
El tiempo que tarda el agua en desplazarse verticalmente de una capa a la siguiente, o en exfiltrarse, se captura mediante los cálculos realizados en tiempos determinados de los caudales entre capas y la actualización periódica del contenido de agua en cada capa. Como se ha indicado anteriormente, la tasa de percolación a través de la capa de suelo se calcula mediante la ecuación de Darcy. Por otra parte, el agua que llega a la capa de almacenamiento cae instantáneamente en la parte inferior de la capa.
Esta representación del recorrido vertical se considera adecuada, pero el recorrido horizontal del agua se ignora en los métodos LID de SWMM5. Se presupone que cualquier cantidad de agua que se introduzca en una capa se distribuye de forma uniforme al instante. Esto es adecuado para la capa de superficie de un estanque o en una capa de almacenamiento con un grado elevado de porosidad. Sin embargo, este proceso no captura el tiempo que tarda el agua en moverse a lo largo de un paular largo con una vegetación densa, o a través de una capa de almacenamiento con un grado bajo de porosidad.
Para solucionarlo, se divide un control de aguas pluviales con un tiempo de retención horizontal en una serie de unidades LID secundarias con conexiones entre ellas para capturar el tiempo de desplazamiento. En la capa de superficie, el agua se enruta horizontalmente como en un vínculo normal, en cuyo caso la rugosidad Manning o Colebrook-White es el parámetro clave que influye en el tiempo de desplazamiento. Por otra parte, en las capas de suelo y almacenamiento, el enrutamiento horizontal se calcula mediante la ecuación de Darcy, en cuyo caso la conductividad es el parámetro clave que influye en el tiempo de desplazamiento.
Un control de aguas pluviales se divide en entre dos y cinco objetos LID secundarios, según la longitud del control.
El software informa del resultado medio de los identificadores LID secundarios, lo que puede hacer que la interpretación de los resultados sea más compleja cuando la conductividad es baja o la rugosidad es alta en sistemas grandes. Los tragantes se conectan al primer LID secundario (a menos que el caudal de entrada lateral esté activado), y las salidas se conectan al último LID secundario. Suponiendo que tenga lugar una situación simple de entrada de agua en el tragante, el agua debe haber viajado hasta el último LID secundario para poder salir del control de aguas pluviales. Como se realiza un promedio entre los LID secundarios, la profundidad del agua (para la capa en cuestión) puede ser cero en el último LID secundario (es decir, no tener descarga) mientras que la profundidad media en el control de aguas pluviales puede ser significativa.
Para los controles de aguas pluviales en los que se utiliza un caudal de entrada lateral, el caudal de entrada se distribuye equitativamente entre los LID secundarios para que se distribuya a lo largo de la longitud del control de aguas pluviales.
Contaminantes
Las concentraciones de contaminantes se calculan en cada capa en cada intervalo de tiempo de cálculo, aunque actualmente los resultados del control de aguas pluviales muestran solo la concentración media en todas las capas. Las concentraciones en una capa determinada se calculan de forma similar a un nodo de almacenamiento, es decir, teniendo en cuenta la concentración en el volumen almacenado actualmente, la carga entrante (caudal de entrada externo o caudal de entrada de otra capa), la carga eliminada a través de las salidas, el desagüe subterráneo y la exfiltración, así como el efecto de la evaporación.
La eliminación de contaminantes se puede especificar en cada capa, no solo en la capa de almacenamiento, como en la norma SWMM5. El método de eliminación y la velocidad de eliminación se pueden especificar de forma independiente para cada contaminante de cada capa.
Con el método Porcentaje de eliminación se elimina un porcentaje definido de la carga entrante en cada intervalo de tiempo de cálculo.
La opción Descomposición de primer orden elimina una cantidad calculada de la masa contaminante contenida en la capa en cada intervalo de tiempo de cálculo. La masa de contaminante eliminada se calcula mediante una ecuación exponencial, véase aquí.
Información:
Lista de funciones que se han ampliado más allá de las funciones de los LID de SWMM5:
- Caudal de entrada en cualquier capa.
- Salida conectada a cualquier capa.
- A la capa de superficie se le puede asignar una curva de área-profundidad y una curva de profundidad-perímetro para representar una forma compleja.
- Infiltración lateral.
- Paular con zanja
- Tiempo de desplazamiento y caudal de entrada lateral.
- Profundidad inicial en la capa de superficie.
- Concentraciones de contaminantes calculadas en cada capa.
- La eliminación de contaminantes se puede especificar en cada capa.
Para permitir que los controles de aguas pluviales se analicen como parte de la red hidráulica, los métodos personalizados de LID hidráulicos se ejecutan como parte del análisis hidráulico (con uniones y conexiones), a una escala de tiempo mucho más detallada que en el caso de los métodos de LID de cuenca vertiente (que se ejecutan como parte del análisis hidrológico).