Los programas de simulación de drenaje urbano a veces se denominan métodos de área-tiempo. Estos métodos se basan en las precipitaciones que se producen principalmente en cuencas vertientes pavimentadas y en la escorrentía generada a través de la red de tuberías. Las ecuaciones de escorrentía urbanas utilizadas se basan en el procedimiento de Wallingford (o se pueden sustituir otros valores). Estos métodos se han concentrado tradicionalmente en la parte de la escorrentía que es "instantánea" o rápida. Esta escorrentía es importante en los emplazamientos desarrollados, ya que contribuye más a los caudales máximos. El procedimiento de Wallingford no fue diseñado para su uso en emplazamientos con menos del 20 % pavimentado.
La escorrentía de los emplazamientos no desarrollados o rurales es más lenta. El método utilizado tradicionalmente para desarrollar hidrogramas de escorrentía a partir de estos emplazamientos ha sido el método de hidrograma de unidades. También requiere lluvia y una relación de escorrentía para generar caudales y, por esa razón, se denomina método de escorrentía de lluvia. Existen similitudes con los métodos de zona horaria urbana y es posible definir las variables del procedimiento Wallingford para dar resultados similares, pero depende en gran medida de la experiencia del ingeniero. Sin embargo, a medida que se dispone del método de hidrograma de unidades y se ha llevado a cabo una investigación exhaustiva sobre su utilización en los emplazamientos rurales, Innovyze ha aplicado el método para permitir que los ingenieros utilicen un enfoque más apropiado de las cuencas vertientes no desarrolladas (o partes de una cuenca vertiente que están en gran medida poco desarrolladas).
Independientemente de si la cuenca vertiente es urbana o rural, el tiempo de respuesta del emplazamiento es muy importante. Cuanto más rápido alcance la escorrentía, más alto será el caudal máximo. En los drenajes urbanos, estos tiempos de respuesta se expresan como Tiempo de concentración o Área-tiempo. En el hidrograma de unidades se utilizan variables de terminología, como Tiempo para llegar a su máximo y Tiempo de retardo, para definir un tiempo de respuesta de cuencas vertientes. Más importante aún, el método de hidrograma de unidades tiene ecuaciones calibradas para determinar el tiempo de respuesta en cuencas vertientes no desarrolladas. Esto se puede predecir a partir de las características de la cuenca vertiente o, si existen datos calibrados, los métodos para determinar el retardo se detallan en el manual FEH.
La otra variable que es importante en todos los cálculos de drenaje es el porcentaje de escorrentía. En los métodos de drenaje urbanos, el porcentaje de modelo de escorrentía se centra en el porcentaje de área pavimentada, ya que es fundamental. Sin embargo, los modelos rurales prestan más atención a las características del suelo y los métodos hidrograma de unidades FSR y FEH tienen ecuaciones más adecuadas para cuencas vertientes en gran parte sin pavimentar. Es posible que los ingenieros de drenaje urbanos se sorprendan por el grado de escorrentía predicho por los modelos de hidrograma de unidades FSR y FEH, pero deben recordar que la escorrentía suele ser durante un período mucho más largo, es decir, los emplazamientos rurales tienen un tiempo de respuesta mucho más largo.
El método de hidrograma de unidades puede utilizarse en cuencas vertientes parcialmente urbanizadas y, en este caso, puede haber un solapamiento con el enfoque de simulación urbana. Sin embargo, en estos casos, determinar cuál es el mejor método es una cuestión de criterio y no existe una regla estricta.
El FEH recomienda que, si la variable URBEXT supera 0,5 (Volumen 4, capítulo 9.3), no se utilice el método de hidrograma de unidades. Esto no es de gran ayuda, ya que implica que el emplazamiento está muy desarrollado y que se debe tomar el enfoque habitual de drenaje urbano. Si el emplazamiento está en gran parte alcantarillado y contiene infiltraciones y estructuras de almacenamiento, es probable que el enfoque de simulación urbana normal sea más preciso.
Los métodos para predecir los caudales máximos de inundación mediante métodos estadísticos difieren en varios aspectos del método de hidrograma de unidades. En primer lugar, no son métodos de escorrentía de lluvia, ya que no están directamente relacionados con los eventos de lluvia. Se derivan del análisis estadístico de los caudales de cuencas vertientes. Por supuesto, los caudales se han generado a partir de eventos de lluvia, pero el análisis se basa en los caudales resultantes. En segundo lugar, solo generan caudales máximos, que no se pueden utilizar para simulaciones ni cálculos de volumen. Sin embargo, estos picos deben estar relacionados con el caudal máximo generado por el hidrograma de unidades y, por ello, se pueden utilizar para calibrar el hidrograma de unidades.
Los problemas asociados con la determinación de las escorrentías rurales son similares a los de las escorrentías urbanas. Las dos variables principales son el factor de escorrentía y el tiempo para llegar a su máximo. Es obvio que cuanto mayor sea el factor de escorrentía (asociado con la urbanización y el suelo), mayor será la escorrentía. Además, cuanto menor sea el tiempo para llegar al máximo, mayor será el caudal de inundaciones, lo que también se verá influido por la urbanización. Si un emplazamiento ha mejorado el drenaje o aumentado la urbanización, el tiempo para llegar al máximo se acortará y el caudal máximo de inundación también aumentará. Esto puede no resultar evidente al aplicar las fórmulas generales y puede que sea necesario modificar el tiempo para llegar al máximo. Si hay datos calibrados disponibles, se puede medir el tiempo de retardo y esta información se debe utilizar en lugar de la fórmula general del tiempo para llegar al máximo.
El método ReFH2 es el método más reciente y, como tal, se puede utilizar si el emplazamiento se puede identificar en el servicio web FEH y el software ReFH2 se instala en el mismo equipo que InfoDrainage. El documento Ciria SuDS Manual (capítulo 24, C753, 2015) recomienda el uso de esta metodología como metodología preferida para el hidrograma de unidades, aunque también proporciona orientación sobre la idoneidad de otros métodos.
InfoDrainage activará el software ReFH2 para generar y devolver un resultado adecuado. Puede encontrar instrucciones sobre el método de cálculo que utiliza ReFH2 en el informe técnico de ReFH en: http://files.hydrosolutions.co.uk/refh2/ReFH2_Technical_Report.pdf.
El hidrograma de unidades triangulares instantáneas de los métodos FSR y FEH se ha sustituido por un triángulo enroscado. La ecuación de Tiempo para llegar a su máximo se ha modificado y se ha introducido una variable de caudal base. La ecuación de partición también se ha modificado y se basa en un modelo de pérdida derivado del Modelo distribuido de probabilidad (PDM) desarrollado por Moore.
Tenga en cuenta que la metodología ReFH2 debe utilizarse ahora en lugar de ReFH, aunque esto se ha dejado en el software para permitir el análisis de resultados históricos.
El manual Flood Estimation Handbook, volumen 4, puede consultarse para un análisis exhaustivo de las diferencias entre FSR y FEH.
El método FEH se basa estrechamente en el método FSR. La mayor diferencia es que el modelo de lluvia FEH puede producir resultados significativamente diferentes para la generación de lluvia FSR. Sin embargo, como se explica más adelante, el método FSR se puede utilizar en el software con cualquier lluvia, incluidos los archivos de lluvia generados mediante el modelo de lluvia FEH.
El enfoque de FSR implementado en el software es el que se modifica en el documento de IoH 124 para cuencas vertientes pequeñas (menos de 25 km2). Tiene la ventaja de que la mayoría de las variables son fácilmente comprensibles y están disponibles. Si es un nuevo usuario del enfoque de hidrograma de unidades, puede ayudar a entender cómo funciona el método FSR e identificar las variables comparables en los métodos FEH y ReFH.
Los enfoques ReFH2, ReFH y FEH se basan en los datos derivados digitalmente disponibles en FEH CD. Puede ser difícil obtener datos de una cuenca vertiente pequeña desde el CD, y es importante comprobar los datos con un levantamiento del emplazamiento local. Si el contorno de una cuenca vertiente de un río se encontrara a unos metros de distancia, no habría gran diferencia con una cuenca vertiente de 300 km2, pero podría ser muy importante para una cuenca vertiente de 50 ha adyacente a ese contorno.
Los métodos ReFH2 y ReFH se pueden utilizar si el emplazamiento se puede identificar en FEH CD o el servicio web de FEH. Sin embargo, las cuencas vertientes pequeñas pueden presentar dificultades particulares y la elección de variables puede ser más importante que la elección de métodos. La metodología ReFH2 aborda específicamente este problema de escala mediante el uso de ecuaciones de "escala de trazado" y estas se utilizan en el análisis de ReFH2 que se activa con InfoDrainage cuando se examinan áreas más pequeñas.
Para verificar el modelo, se debe buscar información local sobre los cursos de agua existentes y la capacidad de O.D.T., y la frecuencia de excedencia. Se debe buscar cualquier dato medido disponible en el emplazamiento o en emplazamientos adyacentes. Para obtener más información sobre el funcionamiento del método de escorrentía de lluvia, consulte el documento R&D Technical Report FD1913/TR y el volumen 4, capítulo 7 del manual FEH.
El período de retorno de un evento de inundación depende de una serie de factores. Si un evento de inundación viene provocado por una combinación de terreno saturado o cubierto de nieve con una elevación de agua normalmente alta en el agua de recepción y una lluvia moderada, el período de retorno del evento será significativamente mayor que el período de retorno de la lluvia solamente.
Los modelos hidrológicos de escorrentía de lluvia que contienen los documentos FSR y FEH suelen utilizar una lluvia con un período de retorno de 81 años en combinación con otros factores para generar un caudal de inundación de 50 años para las cuencas vertientes rurales. La relación entre el período de retorno de la lluvia y el pico de caudal de inundación se detalla en la siguiente tabla:
| Período de retorno máximo de inundación (en años) | 2,33 | 10 | 30 | 50 | 100 | 1000 |
| Período de retorno de lluvia (años) | 2 | 17 | 50 | 81 | 140 | 1000 |
(Basado en la Tabla FEH 4.3.1, capítulo 4, página 44).
Sin embargo, los modelos de drenaje urbanos como el procedimiento de Wallingford presuponen que el período de retorno del caudal y la lluvia son iguales.
El informe Ciria sobre el diseño de depósitos de almacenamiento para inundaciones (libro 14, Ciria, página 41, 1996) utiliza el mismo supuesto en su ejemplo de diseño, que utiliza un método de FSR actualizado en una cuenca vertiente parcialmente urbanizada.
En RFSS 5 se informó de que se habían realizado más trabajos sobre cuencas vertientes parcialmente urbanizadas, lo que sugería que esas cuencas vertientes eran menos variables en respuesta a la situación y que el período de retorno de la lluvia podría considerarse igual al período de retorno de la inundación. Por lo tanto, FEH recomienda que, para las cuencas vertientes urbanizadas en más del 25 % (URBAN > 0,25 o URBEXT > 0,125), el período de retorno de la lluvia se establezca en el mismo período de retorno de la inundación de diseño y que el perfil de lluvia estival sea el adecuado. En las cuencas vertientes rurales con menos urbanización, la tabla FEH 4.3.1 debe utilizarse junto con el perfil de invierno de las lluvias. Si URBEXT >0,5, es probable que la cuenca vertiente se pueda alcantarillar y se debe modelar como un modelo de drenaje urbano.
Para mantener la coherencia, cuando el modelo genera automáticamente un análisis de período de retorno en un emplazamiento (que puede contener elementos de análisis de escorrentía de procedimientos FEH y Wallingford), se utilizan las mismas aguas pluviales en todo el modelo y, de acuerdo con el supuesto FEH para cuencas vertientes parcialmente urbanizadas, se presupone que el período de retorno de la lluvia y la escorrentía es el mismo. Los hidrogramas rurales se pueden generar por separado y añadir al modelo si los supuestos anteriores no se aplican a un emplazamiento determinado. También se puede especificar un factor de reducción de área diferente para los métodos de hidrograma urbano y de unidades (entrada FSR/FEH). De esta forma, se puede ejecutar y ajustar un evento de aguas pluviales de 81 años de período de retorno mediante el valor de ARF de la red a un período de retorno equivalente de 50 años, y esta configuración permitiría que se ejecutaran a la vez diferentes períodos de retorno.
No existe una correlación directa entre los períodos de retorno de lluvia y los períodos de retorno de escorrentía en los métodos FEH y FSR. En las zonas rurales (URBEXT <0,125), por ejemplo, se necesita un RP de lluvia de 140 años para generar una escorrentía de 100 años. Esto plantea dificultades al combinar el procedimiento de Wallingford con estos métodos de hidrograma de unidades. Esto se resuelve en ReFH ya que tanto el procedimiento de Wallingford como ReFH producen la misma escorrentía de período de retorno que el evento de lluvia utilizado para generar los caudales.
El método FEH de generación de lluvia estadística puede generar resultados significativamente diferentes. Por lo tanto, si se utilizan datos de lluvia FEH para el elemento urbano, la metodología FEH también se utilizará para la generación de hidrograma de unidades y, si se especifica la lluvia FSR, se utilizará para todas las escorrentías. Si se especifican pluviogramas, podrá utilizarse cualquiera de los dos métodos para generar el hidrograma de unidades, ya que se usa el pluviograma en lugar de la lluvia estadística para la generación de escorrentías urbanas y rurales.
El método ReFH modifica las precipitaciones de diseño de FEH DDF con un factor de corrección estacional para verano e invierno.