Cálculo hidráulico mediante SWMM 5.0
Manuel Gómez ValentínETS Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona
Tipo de flujo en la red de drenaje Lámina libre, según el criterio de
diseño No permanente, variación de todos
los parámetros hidráulicos (calado, caudal o velocidad) a lo largo del tiempo
Movimiento no permanente
Aproximación más completa Reflejo más aproximado de la realidad Mayor complejidad de cálculo Poco utilizado en general en España,
por desconocimiento y por falta de datos
Necesidad de utilizar un modelo de simulación
Flujo no permanente
Consideraciones que solo se pueden tener en cuenta en régimen permanente Laminación de caudales No unicidad entre calado y caudal Volumen del hidrogramaQ
y
Aproximaciones con flujo permanente
Se asume un flujo permanente particularizado para el caudal máximo de paso M. Permanente uniforme M. Permanente gradualmente variado
Un flujo permanente no se puede aplicar en caso de cálculo de depósitos
SWMM
Modelo completo de cálculo de redes Programa de la EPA Univ. Oregón Versión básica (MS-DOS) vía Web Bloques:
RUNOFF EXTRAN, etc.
Versión SWMM 5.0
Nueva versión en entorno Windows (Noviembre 2004)
Interface similar al de otros programas EPA, como EPANET
Versión de dominio público Redes de tamaño ilimitado
http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/index.htm Versión en español
http://www.gmmf.upv.es/descargas/manualSWMM.pdf
Mov. Permanente en SWMM 5.0
Estimación para casos simplificados Estimación con régimen
permanente uniforme Sólo útil para predimensionar
no para calcular la red
Flujo no permanente
Conservación de la masa
Equilibrio de fuerzas
0
xv
bA
x
yv
t
y
0)(
fo II gx
yg
xv
vtv
SWMM 5.0 : opciones de cálculo
Menú “Simulation options”
SWMM 5.0 : opciones de cálculo
Onda cinemática Adecuada para conductos de gran
pendiente No atenúa los hidrogramas de caudal (si
lo hace en los resultados, es debido a problemas numéricos)
No considera las condiciones de contorno aguas abajo
Más estable numéricamente
SWMM 5.0 :opciones de cálculo
Onda difusiva Adecuada para conductos de cualquier
pendiente Atenúa los hidrogramas de caudal Considera las condiciones de contorno aguas
abajo Menor tiempo de cálculo, pero no supone un
gran ahorro Opción a considerar de nuevo, en casos de
inestabilidades de cálculo
Comparación de fuerzas actuantes
Importancia relativa de las fuerzas para conductos de diferentes pendientes
Reg. No permanente en SWMM 5.0
Escribe las ecuaciones en términos Q,y
Reg. No permanente en SWMM 5.0
Ecuaciones en cada conducto, combinación de C. masa y C. cantidad movimiento
Reg. No permanente en SWMM 5.0
Discretización ecuaciones, con un esquema explícito
Esquema de cálculo con estabilidad condicionada
Elegir un intervalo de tiempo de estudio ∆t adecuado
Reg. No permanente en SWMM 5.0
Ecuaciones en cada nudo: C. masa
Beneficios del uso del régimen no permanente
Mejor aproximación de la realidad Diseños más ajustados y
económicos Datos de entrada: hidrogramas Q(t)
y datos físico geométricos de la red Nivel de calidad en los datos de Nivel de calidad en los datos de
entrada para obtener buenos entrada para obtener buenos resultadosresultados
Capacidad de SWMM 5.0
Cálculo de redes malladas y arborescentes
Permite todo tipo de flujos Modela entrada en presión Análisis gráfico de resultados en la
nueva versión Incorpora un número de condiciones
de contorno y elementos especiales suficiente
La red está dividida en JUNCTIONS / nodes y CONDUITS / Links
Junctions, pozos de registro Conduits, tramo entre pozos Simular toda la red en base a estos elementos Un solo dato por pozo
o conducto, por lo que para conductos largos, se añadirán pozos ficticios
Modelación en SWMM 5.0
Adición de elementos “auxiliares” para acabar de representar el comportamiento de la red Reguladores de flujo Outlets
Modelación en SWMM 5.0
Diferentes opciones: Orificios Vertederos Flow dividers
Elementos muy sensibles desde el punto de vista de la estabilidad del cálculo y que habrá que verificar
Reguladores de flujo SWMM 5.0
SWMM – Depósitos: Q salida
Orificios de salida, dos tipos: DE FONDO LATERAL
Orificios
SWMM – Orificios
Orificios de salida, dos tipos: DE FONDO LATERAL
SWMM – Depósitos: Q salida Vertederos, 4
tipos: RECTANGULAR TRAPECIAL TRIANGULAR LATERAL
Vertederos
SWMM – Vertederos Vertederos, 4
tipos: RECTANGULAR TRAPECIAL TRIANGULAR LATERAL
2/3)( od hHLCQ
SWMM - Depósitos
Interfaz muy intuitiva y sencilla
Hietograma Subcuencas Nudos Salidas de la red Divisores flujo Depósitos Conductos Bombas Orificios Vertederos Salidas controladas Etiquetas
SWMM - Depósitos
Incluye un elemento específico para modelar el depósito STORAGE UNIT
SWMM - Depósitos
Detalles del depósito: CurvaAltura / superficie en planta
SWMM – Depósitos Bombeo
Posibilidad de incluir bombeos dentro de la red
4 posibilidades de definir el funcionamiento
SWMM – bombeos
SWMM –Bombeo
Ejemplo, conexión del bombeo definido por cotas de agua en el pozo
SWMM – Outlets
Permiten representar elementos con una ley de comportamiento hidráulico propio
Caudales impuestos por el usuario
Time Series FCB_A8aDEPOSIT
Elapsed Time (hours)20191817
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Compuertas: Leyes de control
Posibilidad de incluir compuertas de salida del depósito
Definir una ley de aberturas mediante la opción CONTROL RULES
Hay que comprobar cuál es la ley de control más adecuada: simulaciones con SWMM 5.0
Control rules
Aplicable a aberturas de compuertas, altura de vertedero (presa inflable) orificios de área variable, bombeos variables, etc
Editar con formato según SWMM
Modelos comerciales basados en SWMM
XP-SWMM PC-SWMM MIKE-SWMM HYSTEM-EXTRAN Otros
Ejemplo de cálculo
Cálculo de una porción de red con un depósito de retención
Revisión de algunos problemas de tipo numérico que pueden aparecer