El Modelo de Gestión de Aguas Pluviales ( SWMM ) de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA ) [1] [2 ] [3] [4] [5] [6] [7] [8] es un modelo dinámico de simulación de lluvia - escorrentía - escorrentía subterránea utilizado para la simulación de un solo evento a largo plazo (continua) de la cantidad y calidad de la hidrología superficial/subsuperficial de áreas principalmente urbanas/suburbanas.
Puede simular la escorrentía de lluvia, la escorrentía, la evaporación , la infiltración y la conexión de las aguas subterráneas para raíces, calles, áreas verdes, jardines de lluvia y zanjas y tuberías, por ejemplo. El componente hidrológico de SWMM opera en una colección de áreas de subcuenca divididas en áreas impermeables y permeables con y sin almacenamiento de depresión para predecir la escorrentía y las cargas contaminantes de las pérdidas por precipitación, evaporación e infiltración de cada una de las subcuencas. Además, se pueden modelar áreas de desarrollo de bajo impacto (LID) y mejores prácticas de gestión en la subcuenca para reducir la escorrentía impermeable y permeable. La sección de enrutamiento o hidráulica de SWMM transporta esta agua y los posibles componentes asociados de la calidad del agua a través de un sistema de tuberías cerradas, canales abiertos, dispositivos de almacenamiento/tratamiento, estanques, almacenamientos, bombas, orificios, vertederos, salidas, desagües y otros reguladores.
SWMM rastrea la cantidad y calidad del flujo generado dentro de cada subcuenca, y el caudal, la profundidad del flujo y la calidad del agua en cada tubería y canal durante un período de simulación compuesto por múltiples pasos de tiempo fijos o variables . Los componentes de la calidad del agua, como los componentes de la calidad del agua, se pueden simular desde la acumulación en las subcuencas hasta el lavado hasta una red hidráulica con descomposición de primer orden opcional y eliminación de contaminantes vinculada, las mejores prácticas de gestión y la eliminación y el tratamiento de desarrollo de bajo impacto (LID) [9] se pueden simular en nodos de almacenamiento seleccionados. SWMM es uno de los modelos de transporte hidrológico que la EPA y otras agencias han aplicado ampliamente en América del Norte y a través de consultores y universidades en todo el mundo. Las últimas notas de actualización y las nuevas características se pueden encontrar en el sitio web de la EPA en la sección de descargas. [10] Recientemente se agregaron en noviembre de 2015 el Manual de hidrología SWMM 5.1 de la EPA (volumen I) [11] y en 2016 el Manual hidráulico SWMM 5.1 de la EPA (volumen II) [12] y el Manual de calidad del agua SWMM 5.1 de la EPA (incluidos los módulos LID) Volumen (III) [13] + Erratas. [14]
El modelo de gestión de aguas pluviales (SWMM) de la EPA es un modelo dinámico de simulación de enrutamiento de lluvia y escorrentía que se utiliza para simular en eventos únicos o a largo plazo (de forma continua) la cantidad y calidad de la escorrentía de áreas principalmente urbanas. El componente de escorrentía del SWMM opera en una serie de áreas de subcuencas que reciben precipitaciones y generan escorrentía y cargas contaminantes. La parte de enrutamiento del SWMM transporta esta escorrentía a través de un sistema de tuberías, canales, dispositivos de almacenamiento/tratamiento, bombas y reguladores. El SWMM rastrea la cantidad y calidad de la escorrentía generada dentro de cada subcuenca, y el caudal, la profundidad del flujo y la calidad del agua en cada tubería y canal durante un período de simulación dividido en múltiples pasos de tiempo.
El SWMM tiene en cuenta varios procesos hidrológicos que producen escorrentía en áreas urbanas, entre ellos:
SWMM también contiene un conjunto flexible de capacidades de modelado hidráulico que se utilizan para dirigir la escorrentía y los flujos externos a través de la red del sistema de drenaje de tuberías, canales, unidades de almacenamiento/tratamiento y estructuras de desviación. Estas incluyen la capacidad de:
La variabilidad espacial de todos estos procesos se logra dividiendo un área de estudio en un conjunto de subcuencas más pequeñas y homogéneas, cada una de las cuales contiene su propia fracción de subáreas permeables e impermeables. El flujo superficial puede canalizarse entre subáreas, entre subcuencas o entre puntos de entrada de un sistema de drenaje.
Desde sus inicios, SWMM se ha utilizado en miles de estudios de alcantarillado y aguas pluviales en todo el mundo. Las aplicaciones típicas incluyen:
EPA SWMM es un software de dominio público que puede copiarse y distribuirse libremente. El dominio público de SWMM 5 consta de código de motor C y código de interfaz gráfica de usuario SWMM 5 de Delphi. El código C y el código Delphi se pueden editar fácilmente y los estudiantes y profesionales pueden volver a compilarlos para funciones personalizadas o funciones de salida adicionales.
SWMM se desarrolló por primera vez entre 1969 y 1971 y ha sufrido cuatro actualizaciones importantes desde entonces. Las actualizaciones principales fueron: (1) Versión 2 en 1973-1975, (2) Versión 3 en 1979-1981, (3) Versión 4 en 1985-1988 y (4) Versión 5 en 2001-2004. En la Tabla 1 se muestra una lista de los principales cambios y los cambios posteriores a 2004. La edición actual de SWMM, Versión 5.2.3, es una reescritura completa de las versiones anteriores de Fortran en el lenguaje de programación C, y se puede ejecutar en Windows XP , Windows Vista , Windows 7 , Windows 8 , Windows 10 y también con una recompilación en Unix . El código para SWMM5 es de código abierto y de dominio público que se puede descargar desde el sitio web de la EPA. [15]
EPA SWMM 5 ofrece un entorno gráfico integrado para editar datos de entrada de cuencas hidrográficas, ejecutar simulaciones hidrológicas, hidráulicas, de control en tiempo real y de calidad del agua, y visualizar los resultados en una variedad de formatos gráficos. Estos incluyen mapas temáticos de áreas de drenaje codificados por colores, gráficos y tablas de series temporales, gráficos de perfil, gráficos de dispersión y análisis de frecuencia estadística.
La última reescritura de SWMM de la EPA fue producida por la División de Abastecimiento de Agua y Recursos Hídricos del Laboratorio Nacional de Investigación de Gestión de Riesgos de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. con la asistencia de la firma consultora CDM Inc. bajo un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo (CRADA). SWMM 5 se utiliza como motor computacional para muchos paquetes de modelado, además los componentes de SWMM5 están en otros paquetes de modelado. Los principales paquetes de modelado que utilizan todos o algunos de los componentes de SWMM5 se muestran en la sección Proveedor. El historial de actualización de SWMM 5 desde el SWMM 5.0.001 original hasta la versión actual SWMM 5.2.3 se puede encontrar en el sitio web de la EPA. SWMM 5 fue aprobado en la Página de Aprobación del Modelo FEMA en mayo de 2005, [16] con una nota sobre las versiones que están aprobadas en la Página de Aprobación FEMA SWMM 5 Versión 5.0.005 (mayo de 2005) y posteriores para el modelado NFIP . SWMM 5 se utiliza como motor computacional para muchos paquetes de modelado (consulte la sección Plataforma SWMM 5 de este artículo) y algunos componentes de SWMM5 están en otros paquetes de modelado (consulte la sección Proveedores de SWMM 5 de este artículo).
SWMM conceptualiza un sistema de drenaje como una serie de flujos de agua y materiales entre varios compartimentos ambientales importantes. Estos compartimentos y los objetos SWMM que contienen incluyen:
El compartimento atmosférico , desde el que caen las precipitaciones y se depositan los contaminantes en el compartimento de la superficie terrestre. SWMM utiliza objetos de pluviómetro para representar las entradas de lluvia al sistema. Los objetos de pluviómetro pueden utilizar series temporales, archivos de texto externos o archivos de datos de lluvia de la NOAA . Los objetos de pluviómetro pueden utilizar precipitaciones durante miles de años. Con el complemento SWMM-CAT para SWMM5, ahora se puede simular el cambio climático utilizando temperatura, evaporación o lluvia modificadas.
El compartimento de superficie terrestre, que está representado por uno o más objetos de subcuenca, recibe precipitaciones del compartimento atmosférico en forma de lluvia o nieve, envía efluentes en forma de infiltración al compartimento de agua subterránea y también como escorrentía superficial y cargas contaminantes al compartimento de transporte. Los controles de desarrollo de bajo impacto (LID) son parte de las subcuencas y almacenan, infiltran o evaporan la escorrentía.
El compartimento de agua subterránea recibe la infiltración del compartimento de superficie terrestre y transfiere una parte de esta entrada al compartimento de transporte. Este compartimento se modela utilizando objetos de acuífero . La conexión con el compartimento de transporte puede ser un límite estático o una profundidad dinámica en los canales. Los enlaces en el compartimento de transporte ahora también tienen filtración y evaporación.
El compartimento de transporte contiene una red de elementos de conducción (canales, tuberías, bombas y reguladores) y unidades de almacenamiento/tratamiento que transportan agua a los desagües o a las instalaciones de tratamiento. Las entradas a este compartimento pueden provenir de escorrentía superficial, interflujo de agua subterránea, flujo sanitario en clima seco o de hidrogramas definidos por el usuario. Los componentes del compartimento de transporte se modelan con objetos de nodo y enlace.
No es necesario que todos los compartimentos aparezcan en un modelo SWMM en particular. Por ejemplo, se podría modelar solo el compartimento de transporte, utilizando hidrogramas predefinidos como datos de entrada. Si se utiliza el enrutamiento cinemático de las olas, no es necesario que los nodos contengan un emisario.
Los parámetros del modelo simulado para las subcuencas son la rugosidad de la superficie, el almacenamiento en depresión, la pendiente, la longitud de la trayectoria del flujo; para la infiltración: Horton: tasas máximas/mínimas y constante de decaimiento; Green-Ampt: conductividad hidráulica, déficit de humedad inicial y carga de succión; Número de curva: número de curva NRCS (SCS); Todo: tiempo para que el suelo saturado se drene por completo; para los conductos: rugosidad de Manning; para la calidad del agua: coeficientes de función de acumulación/lavado, coeficientes de decaimiento de primer orden, ecuaciones de remoción. Un área de estudio se puede dividir en cualquier número de subcuencas individuales, cada una de las cuales drena a un solo punto. Las áreas de estudio pueden variar en tamaño desde una pequeña porción de un solo lote hasta miles de acres. SWMM utiliza datos de lluvia por hora o más frecuentes como entrada y se puede ejecutar para eventos únicos o de manera continua durante cualquier número de años.
SWMM 5 da cuenta de varios procesos hidrológicos que producen escorrentía superficial y subterránea en áreas urbanas. Entre ellos se incluyen:
La variabilidad espacial de todos estos procesos se logra dividiendo un área de estudio en un conjunto de cuencas hidrográficas o subcuencas más pequeñas y homogéneas, cada una con su fracción de subáreas permeables e impermeables. El flujo superficial puede canalizarse entre subáreas, entre subcuencas hidrográficas o entre puntos de entrada de un sistema de drenaje.
SWMM también contiene un conjunto flexible de capacidades de modelado hidráulico que se utilizan para dirigir la escorrentía y los flujos externos a través de la red del sistema de drenaje de tuberías, canales, unidades de almacenamiento/tratamiento y estructuras de desviación. Estas incluyen la capacidad de:
La infiltración es el proceso por el cual la lluvia penetra la superficie del suelo en la zona de suelo no saturado de las áreas de subcuencas permeables. SWMM5 ofrece cuatro opciones para modelar la infiltración:
Este método se basa en observaciones empíricas que muestran que la infiltración disminuye exponencialmente desde una tasa máxima inicial hasta una tasa mínima a lo largo de un episodio de lluvia prolongado. Los parámetros de entrada que requiere este método incluyen las tasas de infiltración máxima y mínima, un coeficiente de decaimiento que describe la rapidez con la que la tasa disminuye con el tiempo y el tiempo que tarda un suelo completamente saturado en secarse por completo (que se utiliza para calcular la recuperación de la tasa de infiltración durante los períodos secos).
Se trata de una versión modificada del método Horton clásico que utiliza la infiltración acumulada en exceso de la tasa mínima como variable de estado (en lugar del tiempo a lo largo de la curva de Horton), lo que proporciona una estimación de la infiltración más precisa cuando se producen intensidades de lluvia bajas. Utiliza los mismos parámetros de entrada que el método Horton tradicional.
Este método para modelar la infiltración supone que existe un frente húmedo agudo en la columna de suelo, que separa el suelo con cierto contenido de humedad inicial por debajo del suelo saturado por encima. Los parámetros de entrada necesarios son el déficit de humedad inicial del suelo, la conductividad hidráulica del suelo y la carga de succión en el frente húmedo. La tasa de recuperación del déficit de humedad durante los períodos secos está relacionada empíricamente con la conductividad hidráulica.
Este enfoque se adoptó del método de número de curva del NRCS (SCS) para estimar la escorrentía. Supone que la capacidad total de infiltración de un suelo se puede encontrar a partir del número de curva tabulado del suelo. Durante un episodio de lluvia, esta capacidad se agota en función de la precipitación acumulada y la capacidad restante. Los parámetros de entrada para este método son el número de curva y el tiempo que tarda un suelo completamente saturado en secarse por completo (se utiliza para calcular la recuperación de la capacidad de infiltración durante los períodos secos).
El SWMM también permite ajustar la tasa de recuperación de la infiltración en una cantidad fija mensualmente para tener en cuenta la variación estacional de factores como las tasas de evaporación y los niveles de agua subterránea. Este patrón opcional de recuperación mensual del suelo se especifica como parte de los datos de evaporación de un proyecto.
Además de modelar la generación y el transporte de los caudales de escorrentía, SWMM también puede estimar la producción de cargas contaminantes asociadas a esta escorrentía. Los siguientes procesos se pueden modelar para cualquier número de componentes de calidad del agua definidos por el usuario:
Los pluviómetros de SWMM5 proporcionan datos de precipitación para una o más áreas de subcuenca en una región de estudio. Los datos de precipitación pueden ser una serie temporal definida por el usuario o provenir de un archivo externo. Se admiten varios formatos de archivo de precipitación populares que se utilizan actualmente, así como un formato estándar definido por el usuario. Las principales propiedades de entrada de los pluviómetros incluyen:
Los otros parámetros de entrada principales para las subcuencas incluyen:
El enrutamiento de flujo constante representa el tipo de enrutamiento más simple posible (en realidad, no hay enrutamiento) al suponer que dentro de cada paso de tiempo computacional el flujo es uniforme y constante. Por lo tanto, simplemente traduce los hidrogramas de entrada en el extremo aguas arriba del conducto al extremo aguas abajo, sin demoras ni cambios en la forma. La ecuación de flujo normal se utiliza para relacionar el caudal con el área de flujo (o profundidad).
Este tipo de enrutamiento no tiene en cuenta el almacenamiento en el canal, los efectos de remanso, las pérdidas de entrada/salida, la inversión del flujo o el flujo presurizado. Solo se puede utilizar con redes de conducción dendríticas, donde cada nodo tiene un solo enlace de salida (a menos que el nodo sea un divisor, en cuyo caso se requieren dos enlaces de salida). Esta forma de enrutamiento es insensible al paso de tiempo empleado y realmente solo es apropiada para el análisis preliminar utilizando simulaciones continuas a largo plazo. El enrutamiento de ondas cinemáticas resuelve la ecuación de continuidad junto con una forma simplificada de la ecuación de momento en cada conducto. Esta última requiere que la pendiente de la superficie del agua sea igual a la pendiente del conducto.
El caudal máximo que se puede transportar a través de un conducto es el valor normal de caudal. Todo caudal que supere este valor y que ingrese al nodo de entrada se pierde en el sistema o puede acumularse sobre el nodo de entrada y reintroducirse en el conducto a medida que haya capacidad disponible.
El enrutamiento de ondas cinemáticas permite que el flujo y el área varíen tanto espacial como temporalmente dentro de un conducto. Esto puede dar como resultado hidrogramas de salida atenuados y retrasados a medida que el flujo entrante se enruta a través del canal. Sin embargo, esta forma de enrutamiento no puede tener en cuenta los efectos de remanso, las pérdidas de entrada/salida, la inversión del flujo o el flujo presurizado, y también está restringida a los diseños de redes dendríticas. Por lo general, puede mantener la estabilidad numérica con pasos de tiempo moderadamente grandes, del orden de 1 a 5 minutos. Si no se espera que los efectos mencionados anteriormente sean significativos, esta alternativa puede ser un método de enrutamiento preciso y eficiente, especialmente para simulaciones a largo plazo.
El enrutamiento dinámico de las ondas resuelve las ecuaciones de flujo unidimensionales completas de Saint Venant y, por lo tanto, produce los resultados más precisos en teoría. Estas ecuaciones consisten en las ecuaciones de continuidad y momento para conductos y una ecuación de continuidad de volumen en los nodos.
Con esta forma de trazado es posible representar un flujo presurizado cuando un conducto cerrado se llena, de modo que los flujos pueden superar el valor normal de flujo total. Las inundaciones se producen cuando la profundidad del agua en un nodo supera la profundidad máxima disponible y el exceso de flujo se pierde del sistema o puede acumularse sobre el nodo y volver a ingresar al sistema de drenaje.
El enrutamiento dinámico de las olas puede tener en cuenta el almacenamiento en el canal, el remanso, las pérdidas de entrada/salida, la inversión del flujo y el flujo presurizado. Debido a que combina la solución tanto para los niveles de agua en los nodos como para el flujo en los conductos, se puede aplicar a cualquier diseño de red general, incluso aquellos que contienen múltiples desviaciones y bucles aguas abajo. Es el método de elección para sistemas sujetos a efectos de remanso significativos debido a restricciones de flujo aguas abajo y con regulación de flujo a través de vertederos y orificios. Esta generalidad tiene el precio de tener que utilizar pasos de tiempo mucho más pequeños, del orden de un minuto o menos (SWMM puede reducir automáticamente el paso de tiempo máximo definido por el usuario según sea necesario para mantener la estabilidad numérica).
Uno de los grandes avances de SWMM 5 fue la integración del flujo subterráneo urbano/suburbano con los cálculos hidráulicos de la red de drenaje. Este avance es una mejora tremenda con respecto a los cálculos hidrológicos e hidráulicos subterráneos separados de las versiones anteriores de SWMM porque permite al modelador modelar conceptualmente las mismas interacciones que ocurren físicamente en el entorno real de canal abierto/acuífero superficial. El motor numérico de SWMM 5 calcula la escorrentía superficial, la hidrología subterránea y asigna los datos climáticos actuales en el paso de tiempo hidrológico húmedo o seco. Los cálculos hidráulicos para los enlaces, nodos, reglas de control y condiciones de contorno de la red se calculan luego en un paso de tiempo fijo o variable dentro del paso de tiempo hidrológico mediante el uso de rutinas de interpolación y los valores iniciales y finales hidrológicos simulados. Las versiones de SWMM 5 posteriores a SWMM 5.1.007 permiten al modelador simular cambios climáticos modificando globalmente la lluvia, la temperatura y la evaporación mediante ajustes mensuales.
Un ejemplo de esta integración fue la recopilación de los diferentes tipos de enlaces SWMM 4 en los bloques de escorrentía, transporte y Extran en un grupo unificado de tipos de enlaces de conductos cerrados y canales abiertos en SWMM 5 y una recopilación de tipos de nodos (Figura 2).
SWMM contiene un conjunto flexible de capacidades de modelado hidráulico que se utilizan para dirigir la escorrentía y los flujos externos a través de la red del sistema de drenaje de tuberías, canales, unidades de almacenamiento/tratamiento y estructuras de desviación. Estas incluyen la capacidad de hacer lo siguiente:
Manejar redes de drenaje de tamaño ilimitado. Utilizar una amplia variedad de formas de conductos estándar cerrados y abiertos, así como canales naturales. Modelar elementos especiales, como unidades de almacenamiento/tratamiento, divisores de flujo, bombas, vertederos y orificios. Aplicar flujos externos y datos de calidad del agua provenientes de escorrentía superficial, interflujo de agua subterránea, infiltración/entrada dependiente de la lluvia, flujo sanitario en clima seco y entradas definidas por el usuario. Utilizar métodos de enrutamiento de flujo de onda cinemática o de onda dinámica completa. Modelar varios regímenes de flujo, como remanso, sobrecarga, flujo inverso y encharcamiento superficial. Aplicar reglas de control dinámico definidas por el usuario para simular el funcionamiento de bombas, aberturas de orificios y niveles de cresta de vertedero. Percolación de agua infiltrada en capas de agua subterránea. Interflujo entre agua subterránea y el sistema de drenaje. Enrutamiento no lineal de reservorio de flujo superficial. Reducción de escorrentía mediante controles LID. [10]
La función de desarrollo de bajo impacto (LID) era nueva en SWMM 5.0.019/20/21/22 y SWMM 5.1+. Está integrada dentro de la subcuenca y permite un mayor refinamiento de los desbordamientos, el flujo de infiltración y la evaporación en barriles de lluvia , cunetas , pavimento permeable , techo verde , jardín de lluvia , biorretención y zanja de infiltración . El término desarrollo de bajo impacto (Canadá/EE. UU.) se utiliza en Canadá y Estados Unidos para describir un enfoque de diseño de ingeniería y planificación de tierras para gestionar la escorrentía de aguas pluviales. En los últimos años, muchos estados de EE. UU. han adoptado conceptos y estándares de LID para mejorar su enfoque para reducir el potencial dañino de contaminación de aguas pluviales en nuevos proyectos de construcción. LID toma muchas formas, pero generalmente puede considerarse como un esfuerzo para minimizar o prevenir flujos concentrados de aguas pluviales que salen de un sitio. Para ello, la práctica LID sugiere que cuando se utilizan superficies impermeables (hormigón, etc.), se interrumpan periódicamente con áreas permeables que puedan permitir que el agua de lluvia se filtre (se empape en la tierra).
Se pueden definir una variedad de subprocesos en cada LID en SWMM5, tales como: superficie, pavimento, suelo, almacenamiento, capa de drenaje y drenaje.
Cada tipo de LID tiene limitaciones en el tipo de subproceso permitido por SWMM 5. Tiene una buena función de informe y un informe de resumen de LID puede estar en el archivo rpt y un archivo de informe externo en el que se puede ver la profundidad de la superficie, la humedad del suelo, la profundidad de almacenamiento, la entrada de superficie, la evaporación, la infiltración de la superficie, la percolación del suelo, la infiltración de almacenamiento, la salida de la superficie y el error de continuidad de LID. Puede haber múltiples LID por subcuenca y no se han tenido problemas debido a tener muchas subredes y procesos LID complicados dentro de las subcuencas de SWMM 5 o cualquier problema de continuidad que no se pueda resolver con un paso de tiempo de hidrología húmeda más pequeño. Los tipos de compartimentos LID de SWMM 5 son: almacenamiento, drenaje inferior, superficie, pavimento y suelo. Una celda de biorretención tiene compartimentos de almacenamiento, drenaje inferior y superficie. Una tapa de zanja de infiltración tiene compartimentos de almacenamiento, drenaje inferior y superficie. Un LID de pavimento poroso tiene compartimentos de almacenamiento, drenaje inferior y pavimento. Un barril de lluvia solo tiene compartimentos de almacenamiento y de drenaje inferior, y un LID de canal vegetal tiene un solo compartimento de superficie. Cada tipo de LID comparte diferentes objetos de compartimento subyacentes en SWMM 5, que se denominan capas.
Este conjunto de ecuaciones se puede resolver numéricamente en cada paso de tiempo de escorrentía para determinar cómo un hidrograma de entrada a la unidad LID se convierte en una combinación de hidrograma de escorrentía, almacenamiento subterráneo, drenaje subterráneo e infiltración en el suelo nativo circundante. Además de las jardineras de calle y los techos verdes, el modelo de biorretención que se acaba de describir se puede utilizar para representar jardines de lluvia eliminando la capa de almacenamiento y también sistemas de pavimento poroso reemplazando la capa de suelo con una capa de pavimento.
La capa superficial del LID recibe tanto lluvia directa como escorrentía de otras áreas. Pierde agua a través de la infiltración en la capa de suelo debajo de ella, por evapotranspiración (ET) de cualquier agua almacenada en el almacenamiento de depresión y captura vegetativa, y por cualquier escorrentía superficial que pueda ocurrir. La capa de suelo contiene una mezcla de suelo enmendada que puede soportar el crecimiento vegetativo. Recibe infiltración de la capa superficial y pierde agua a través de ET y por percolación en la capa de almacenamiento debajo de ella. La capa de almacenamiento está compuesta de piedra triturada gruesa o grava. Recibe percolación de la zona de suelo sobre ella y pierde agua ya sea por infiltración en el suelo natural subyacente o por salida a través de un sistema de drenaje subterráneo de tuberías perforadas.
[update]La Calculadora Nacional de Aguas Pluviales de la EPA, que se lanzó a partir de julio de 2013 , es una aplicación de escritorio para Windows que estima la cantidad anual de agua de lluvia y la frecuencia de escorrentía de un sitio específico en cualquier parte de los Estados Unidos. [17] Las estimaciones se basan en las condiciones del suelo local, la cobertura del terreno y los registros históricos de precipitaciones. La Calculadora accede a varias bases de datos nacionales que proporcionan información sobre el suelo, la topografía, las precipitaciones y la evaporación del sitio elegido. El usuario proporciona información sobre la cobertura del terreno del sitio y selecciona los tipos de controles de desarrollo de bajo impacto (LID) que le gustaría utilizar en el sitio. Las características de control de LID en SWMM 5.1.013 incluyen los siguientes tipos de infraestructura verde :
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Otros conceptos similares a los de drenaje sostenible que se utilizan en todo el mundo son los sistemas de drenaje sostenible (SUDS, por sus siglas en inglés). La idea detrás de los SUDS es tratar de reproducir sistemas naturales que utilizan soluciones rentables con bajo impacto ambiental para drenar el agua sucia y superficial que corre por el agua mediante recolección, almacenamiento y limpieza antes de permitir que se libere lentamente de nuevo al medio ambiente, por ejemplo, en los cursos de agua.
Además, las siguientes características también se pueden simular utilizando las características de SWMM 5 ( estanques de almacenamiento , filtración , orificios , vertederos , filtración y evaporación de canales naturales): humedales construidos , estanques húmedos , estanques secos , cuenca de infiltración, filtros de arena no superficiales , franjas de filtros con vegetación , franjas de filtros con vegetación y cuenca de infiltración. Un WetPark sería una combinación de estanques húmedos y secos y características LID. Un WetPark también se considera un humedal construido.
Los componentes principales de SWMM 5.0.001 a 5.1.022 son pluviómetros, cuencas hidrográficas , controles LID o características BMP como estanques húmedos y secos, nodos, enlaces, contaminantes, usos de la tierra, patrones temporales, curvas, series temporales, controles, transectos, acuíferos, hidrogramas unitarios, deshielo y formas (Tabla 3). Otros objetos relacionados son los tipos de nodos y las formas de enlace. El propósito de los objetos es simular los componentes principales del ciclo hidrológico , los componentes hidráulicos de la red de drenaje, alcantarillado o aguas pluviales y las funciones de acumulación/lavado que permiten la simulación de los componentes de la calidad del agua. Una simulación de cuenca hidrográfica comienza con un historial temporal de precipitación. SWMM 5 tiene muchos tipos de tuberías y canales abiertos y cerrados: ficticio, circular, circular relleno, rectangular cerrado, rectangular abierto, trapezoidal, triangular, parabólico, función de potencia, triángulo rectangular, rectángulo redondo, asa de canasta modificada, elipse horizontal, elipse vertical, arco, en forma de huevo, herradura, gótico, catenario, semielíptico, asa de canasta, semicircular, irregular, personalizado y de fuerza principal.
Los principales objetos o componentes hidrológicos e hidráulicos en SWMM 5 son:
Los componentes generales principales se denominan en el archivo de entrada SWMM 5 y el código C del motor de simulación: medidor, subcaptura, nodo, enlace, contaminación, uso del suelo, patrón temporal, curva, serie t, control, transecto, acuífero, unitario, deshielo, forma y tapa. Los subconjuntos de nodos posibles son: unión, desagüe, almacenamiento y divisor. Los nodos de almacenamiento son tabulares con una tabla de profundidad/área o una relación funcional entre área y profundidad. Los posibles flujos de entrada de nodos incluyen: external_inflow, dry_weather_inflow, wet_weather_inflow, groundwater_inflow, rdii_inflow, flow_inflow, concen_inflow y mass_inflow. Los flujos de entrada en clima seco pueden incluir los patrones posibles: patrón mensual, patrón diario, patrón horario y patrón de fin de semana.
La estructura de 5 componentes de SWMM permite al usuario elegir qué componentes hidrológicos e hidráulicos principales se utilizan durante la simulación:
El convertidor SWMM 3 y SWMM 4 puede convertir hasta dos archivos de las versiones anteriores SWMM 3 y 4 a la vez a SWMM 5. Normalmente, se convertiría un archivo de Runoff and Transport a SWMM 5 o un archivo de Runoff and Extran a SWMM 5. Si hay una combinación de una red de Runoff, Transport y Extran de SWMM 4, se tendrá que convertir en partes y los dos conjuntos de datos se tendrán que copiar y pegar juntos para hacer un conjunto de datos SWMM 5. El archivo de coordenadas x,y solo es necesario si no existen coordenadas x,y en la línea D1 del conjunto de datos de entrada de SWMM 4 Extran. El comando File=>Define Ini File se puede utilizar para definir la ubicación del archivo ini . El archivo ini guardará los archivos y directorios de datos de entrada del proyecto de conversión.
Los archivos SWMMM3 y SWMM 3.5 tienen un formato fijo. Los archivos SWMM 4 tienen un formato libre. El convertidor detectará qué versión de SWMM se está utilizando. Los archivos convertidos se pueden combinar utilizando un editor de texto para fusionar los archivos inp creados.
La herramienta de ajuste climático del modelo de gestión de aguas pluviales (SWMM-CAT) [10] es una nueva incorporación al SWMM5 (diciembre de 2014). Es una utilidad de software fácil de usar que permite incorporar proyecciones de cambio climático futuro al modelo de gestión de aguas pluviales (SWMM). El SWMM se actualizó recientemente para aceptar un conjunto de factores de ajuste mensuales para cada una de estas series temporales que podrían representar el impacto de futuros cambios en las condiciones climáticas. El SWMM-CAT proporciona un conjunto de ajustes específicos de la ubicación que se derivan de los modelos de cambio climático global ejecutados como parte del archivo del Proyecto de intercomparación de modelos acoplados (CMIP3) del Programa Mundial de Investigación Climática (WCRP) (Figura 4). El SWMM-CAT es una utilidad que agrega ajustes de cambio climático específicos de la ubicación a un archivo de proyecto del modelo de gestión de aguas pluviales (SWMM). Los ajustes se pueden aplicar mensualmente a la temperatura del aire, las tasas de evaporación y la precipitación, así como a la tormenta de diseño de 24 horas en diferentes intervalos de recurrencia. La fuente de estos ajustes son los modelos de cambio climático global ejecutados como parte del archivo del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados Fase 3 (CMIP3) del Programa Mundial de Investigaciones Climáticas (PMIC). El proyecto CREAT de la USEPA generó resultados a escala reducida a partir de este archivo y los convirtió en cambios con respecto a los valores históricos. [21]
Los siguientes pasos se utilizan para seleccionar un conjunto de ajustes para aplicar a SWMM5:
1) Ingrese las coordenadas de latitud y longitud de la ubicación, si están disponibles, o su código postal de 5 dígitos. SWMM-CAT mostrará una variedad de resultados de cambio climático para los resultados del CMIP3 más cercanos a la ubicación.
2) Seleccione si desea utilizar proyecciones de cambio climático basadas en un período de proyección a corto o largo plazo. Los resultados de cambio climático que se muestran se actualizarán para reflejar la opción elegida.
3) Seleccione un resultado de cambio climático para guardarlo en SWMM. Hay tres opciones que abarcan la gama de resultados producidos por los diferentes modelos climáticos globales utilizados en el proyecto CMIP3. El resultado Cálido/Seco representa un modelo cuyo cambio de temperatura promedio estuvo en el extremo superior y cuyo cambio de lluvia promedio estuvo en el extremo inferior de todas las proyecciones del modelo. El resultado Cálido/Húmedo representa un modelo cuyo cambio de temperatura promedio estuvo en el extremo inferior y cuyo cambio de lluvia promedio estuvo en el extremo más húmedo del espectro. El resultado Mediana es para un modelo cuyos cambios de temperatura y lluvia fueron los más cercanos a la mediana de todos los modelos.
4) Haga clic en el enlace Guardar ajustes en SWMM para abrir un cuadro de diálogo que le permitirá seleccionar un archivo de proyecto SWMM existente para guardar los ajustes. El formulario también le permitirá seleccionar qué tipo de ajustes (temperatura mensual, evaporación, lluvia o tormenta de diseño de 24 horas) desea guardar. La conversión de unidades de temperatura y evaporación se realiza automáticamente según el sistema de unidades (EE. UU. o SI) detectado en el archivo SWMM.
Otros programas externos que ayudan en la generación de datos para el modelo SWMM 5 de la EPA incluyen: SUSTAIN, [22] BASINS, [23] SSOAP, [24] y la Calculadora Nacional de Aguas Pluviales (SWC) de la EPA [17], que es una aplicación de escritorio que estima la cantidad anual de agua de lluvia y la frecuencia de escorrentía de un sitio específico en cualquier parte de los Estados Unidos (incluido Puerto Rico). Las estimaciones se basan en las condiciones locales del suelo, la cobertura terrestre y los registros históricos de precipitaciones (Figura 5).
El motor SWMM5 es utilizado por una variedad de paquetes de software, incluidos muchos paquetes de software comerciales. [25] Algunos de estos paquetes de software incluyen: