En hidrología y recolección y eliminación de aguas residuales , la humedad antecedente es la humedad o sequedad relativa de una cuenca o alcantarillado sanitario. Las condiciones de humedad anteriores cambian continuamente y pueden tener un efecto muy significativo en las respuestas del flujo en estos sistemas durante el clima húmedo. El efecto es evidente en la mayoría de los sistemas hidrológicos, incluidos el escurrimiento de aguas pluviales y los alcantarillados sanitarios con afluencia e infiltración . Muchos desafíos de modelado y análisis creados por condiciones de humedad anteriores son evidentes dentro de los sistemas de alcantarillado combinados y de alcantarillado sanitario separados.
La palabra antecedente simplemente significa "condiciones precedentes". La combinación de los términos "antecedente" y "humedad" significa "condiciones de humedad anteriores". La humedad antecedente es la humedad o sequedad relativa de una cuenca de alcantarillado, que cambia continuamente y puede tener un efecto muy significativo en las respuestas del flujo en estos sistemas durante el clima húmedo. Las condiciones de humedad antecedentes son altas cuando ha habido mucha lluvia reciente y el suelo está húmedo. Las condiciones de humedad antecedentes son bajas cuando ha habido poca lluvia y el suelo se seca.
La relación lluvia/escorrentía está bien definida dentro del campo de la hidrología. Generalmente se conceptualiza que la escorrentía superficial en los sistemas hidrológicos ocurre desde áreas permeables e impermeables. Es la escorrentía permeable la que se ve afectada por las condiciones de humedad anteriores, ya que la escorrentía de superficies impermeables como carreteras, aceras y techos no se verá afectada significativamente por los niveles de humedad anteriores. Las superficies permeables (como campos, bosques, áreas con césped y áreas abiertas) se ven muy afectadas por las condiciones de humedad anteriores, ya que producirán una mayor tasa de escorrentía cuando están mojadas que cuando están secas.
El flujo de entrada e infiltración dependiente de las precipitaciones (RDII) en los sistemas de alcantarillado se ve muy afectado por las condiciones de humedad anteriores, y estos efectos pueden ser más complejos que las relaciones lluvia/escorrentía para el agua superficial. Las rutas de viaje de los RDII que ingresan al sistema de alcantarillado son más complejas que las de la escorrentía de agua superficial, porque los mecanismos de transporte incluyen tanto la escorrentía superficial como el transporte subterráneo. Esto agrega complejidades adicionales a los efectos hidrológicos y a los efectos de humedad anteriores, como los niveles de saturación de los suelos en el subsuelo, los niveles de agua subterránea y la hidráulica del subsuelo.
Las condiciones de humedad anteriores se ven muy afectadas por los niveles de lluvia anteriores. Sin embargo, la lluvia anterior no es la única condición que afecta la humedad anterior, y muchas otras variables en el proceso hidrológico pueden tener un impacto significativo. Por ejemplo, la temperatura del aire, la velocidad del viento y los niveles de humedad afectan las tasas de evaporación , lo que puede cambiar significativamente las condiciones de humedad anteriores. Los efectos adicionales pueden incluir la evapotranspiración , la presencia o ausencia de copas de árboles y los efectos del derretimiento de la nieve y el hielo.
Los enfoques tradicionales para analizar los efectos de la humedad antecedente se basan en modelos basados físicamente derivados de primeros principios , como los principios de energía, impulso y continuidad, que se basan en mediciones de muchos parámetros para entrada y simulación. Estos incluyen programas como el Modelo de Gestión de Aguas Pluviales , Mouse RDII u otros programas de simulación de lluvia/escorrentía. Estos modelos frecuentemente se calibran según una condición de humedad antecedente específica observada durante una sola tormenta. Ajustar datos de varias tormentas que ocurrieron durante diversas condiciones de humedad anteriores requiere modificar los parámetros del modelo y recalibrarlo. Al final de este proceso, el modelador se queda con varios modelos, cada uno de los cuales puede ajustarse a una tormenta específica que ocurre durante una condición de humedad antecedente específica, pero ninguno de los cuales es capaz de ajustar simultáneamente todos los datos. Este es el desafío de utilizar modelos basados en eventos con enfoques tradicionales: requiere que el usuario seleccione una condición de humedad antecedente particular para las simulaciones de diseño.
Algunos enfoques de modelización, como el Programa de Simulación Hidrológica - Fortran (HSPF) o el Modelo de Cuencas Hidrográficas de Stanford desarrollado por Crawford y Linsley (1966), intentan abordar las condiciones de humedad antecedentes a través de una representación compleja basada físicamente de las rutas de transporte del agua en la superficie. y en el subsuelo. Estas herramientas tienen su lugar en la investigación y el estudio de las diversas complejidades asociadas con los procesos de transporte hidrológico. Sin embargo, la gran cantidad de parámetros en estos modelos, la dificultad de medir muchos parámetros y la sensibilidad del resultado del modelo a ligeras variaciones en los parámetros hacen que el uso de estos modelos para simular la humedad antecedente en los sistemas de alcantarillado sea un desafío. La navaja de Occam proporciona evidencia de estos desafíos desde una perspectiva sistémica.
Un enfoque alternativo para modelar la humedad antecedente es comenzar a partir de mediciones del comportamiento del sistema y las influencias externas (entradas al sistema) e intentar determinar una relación matemática entre ellas sin entrar en detalles de lo que realmente está sucediendo dentro del sistema. . Este enfoque se llama identificación del sistema . La identificación de sistemas se aplica en varios campos más allá de la ingeniería, desde la economía hasta la astronomía , y también recibe otros nombres (como modelado inverso, análisis de series temporales y modelado físico empírico). La identificación del sistema es un término general para describir herramientas y algoritmos matemáticos que construyen modelos dinámicos a partir de datos medidos. Un modelo dinámico en este contexto es una descripción matemática del comportamiento dinámico de un sistema o proceso. En muchos casos, el llamado modelo de caja blanca basado en primeros principios (por ejemplo, un modelo para un proceso físico a partir de las leyes del movimiento de Newton ) será demasiado complejo y posiblemente incluso imposible de obtener en un tiempo razonable, debido a la naturaleza compleja. de muchos sistemas y procesos.
Se han aplicado enfoques basados en datos basados en la identificación de sistemas, como el modelo de humedad antecedente de H2Ometrics, al modelado hidrológico para simular los efectos de la humedad antecedente en eventos climáticos húmedos en sistemas de recolección sanitaria. Este enfoque de modelado difiere de las técnicas tradicionales porque se basa en la identificación del sistema y está guiado por observaciones del sistema (es decir, datos) y se utilizan rutinas matemáticas para generar la estructura del modelo correcta, en lugar de primeros principios basados físicamente. Esto contrasta con suponer que se conoce de antemano el modelo correcto, como suele ser el caso del modelado en ingeniería civil . Esta técnica permite que la información dentro de las observaciones guíe los algoritmos de modelado de modo que solo la dinámica relevante y observada esté presente en la estructura del modelo. Los modelos resultantes no son modelos de caja negra, sino de caja gris que tienen parámetros y estructura que se relacionan directamente con la comprensión e interpretación física.