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 una simulación dinámica de lluvia , escorrentía y escorrentía subterránea. modelo utilizado para la simulación de un solo evento a largo plazo (continuo) de la cantidad y calidad de la hidrología superficial/subsuperficial de áreas principalmente urbanas/suburbanas.
Puede simular la conexión de lluvia-escorrentía, escorrentía, evaporación , infiltración y agua subterránea para raíces, calles, áreas con césped, jardines de lluvia y zanjas y tuberías, por ejemplo. El componente hidrológico de SWMM opera en una colección de áreas de subcuencas divididas en áreas impermeables y permeables con y sin almacenamiento en depresión para predecir la escorrentía y las cargas contaminantes provenientes de la precipitación, la evaporación y las pérdidas por 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, depósitos, bombas, orificios, presas, salidas, emisarios 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 de 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 opcional de primer orden y eliminación de contaminantes vinculada, mejores prácticas de gestión y desarrollo de bajo impacto (LID) [9], eliminación y tratamiento. se puede 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 toda América del Norte y a través de consultores y universidades en todo el mundo. Las notas de actualización más recientes y las nuevas funciones 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 EPA SWMM 5.1 (Volumen I) [11] y en 2016 el Manual hidráulico EPA SWMM 5.1 (Volumen II) [12] y el Volumen de calidad del agua EPA SWMM 5.1 (incluidos los módulos LID) (III) [13] + Fe de erratas. [14]
El modelo de gestión de aguas pluviales (SWMM) de la EPA es un modelo dinámico de simulación de ruta de lluvia-escorrentía que se utiliza para un evento único o simulación a largo plazo (continua) de la cantidad y calidad de la escorrentía de áreas principalmente urbanas. El componente de escorrentía de SWMM opera en un conjunto de áreas de subcuencas que reciben precipitación y generan escorrentía y cargas contaminantes. La parte de ruta de SWMM transporta esta escorrentía a través de un sistema de tuberías, canales, dispositivos de almacenamiento/tratamiento, bombas y reguladores. 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.
SWMM representa varios procesos hidrológicos que producen escorrentía de áreas urbanas. Éstas incluyen:
SWMM también contiene un conjunto flexible de capacidades de modelado hidráulico utilizadas para encaminar 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 desvío. Estos incluyen la capacidad de:
La variabilidad espacial en 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 terrestre puede encaminarse 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 SWMM 5 consta de código de motor C y código de interfaz gráfica de usuario Delphi SWMM 5. El código C y el código Delphi se editan 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 experimentado cuatro mejoras importantes desde esos años. Las principales actualizaciones 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 cambios principales 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 bajo Unix . El código de SWMM5 es de código abierto y de dominio público que se puede descargar desde el sitio web de la EPA. [15]
EPA SWMM 5 proporciona un entorno gráfico integrado para editar datos de entrada de cuencas, ejecutar simulaciones hidrológicas, hidráulicas, de control en tiempo real y de calidad del agua, y ver 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, diagramas de dispersión y análisis estadísticos de frecuencia.
La última reescritura de EPA SWMM fue producida por la División de Abastecimiento y Recursos Hídricos del Laboratorio Nacional de Investigación de Gestión de Riesgos de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. con la asistencia de la firma consultora CDM Inc bajo un Acuerdo Cooperativo de Investigación y Desarrollo (CRADA). SWMM 5 se utiliza como motor computacional para muchos paquetes de modelado y los componentes de SWMM5 se encuentran en otros paquetes de modelado. Los principales paquetes de modelado que utilizan todos o algunos de los componentes SWMM5 se muestran en la sección Proveedor. El historial de actualizaciones 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 de modelo de FEMA en mayo de 2005, [16] con una nota sobre las versiones aprobadas en la página de aprobación de FEMA SWMM 5 versión 5.0.005 (mayo de 2005) y posteriores para el modelado del NFIP . SWMM 5 se utiliza como motor computacional para muchos paquetes de modelado (consulte la sección de plataforma SWMM 5 de este artículo) y algunos componentes de SWMM5 se encuentran en otros paquetes de modelado (consulte la sección de 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 de la atmósfera , desde donde caen las precipitaciones y los contaminantes se depositan en la superficie terrestre. SWMM utiliza objetos Rain Gage para representar las entradas de lluvia al sistema. Los objetos pluviómetros pueden utilizar series temporales, archivos de texto externos o archivos de datos de lluvia de la NOAA . Los objetos Rain Gage pueden utilizar precipitaciones durante miles de años. Usando el complemento SWMM-CAT para SWMM5, ahora se puede simular el cambio climático utilizando temperatura, evaporación o lluvia modificadas.
El compartimento de la superficie terrestre, que está representado por uno o más objetos de subcuenca. Recibe precipitaciones del compartimento Atmosférico en forma de lluvia o nieve; envía flujos de salida en forma de infiltración al compartimento de aguas subterráneas 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 infiltración del compartimento de la superficie terrestre y transfiere una parte de esta afluencia al compartimento de transporte. Este compartimento se modela utilizando objetos acuíferos . La conexión con el compartimento de transporte puede ser un límite estático o una profundidad dinámica en los canales. Los eslabones del compartimento de transporte ahora también presentan filtraciones y evaporaciones.
El compartimento de transporte contiene una red de elementos de conducción (canales, tuberías, bombas y reguladores) y unidades de almacenamiento/tratamiento que transportan el agua hasta los emisarios o las instalaciones de tratamiento. Los flujos de entrada a este compartimento pueden provenir de escorrentía superficial, interflujo de aguas subterráneas, flujo sanitario en clima seco o de hidrogramas definidos por el usuario. Los componentes del compartimento de Transporte se modelan con objetos Nodo y Enlace.
No es necesario que todos los compartimentos aparezcan en un modelo SWMM en particular. Por ejemplo, se podría modelar sólo el compartimento de transporte, utilizando hidrogramas predefinidos como datos de entrada. Si se utiliza el enrutamiento de ondas cinemáticas, entonces no es necesario que los nodos contengan un emisario.
Los parámetros del modelo simulado para subcuencas son rugosidad de la superficie, almacenamiento de depresión, pendiente, longitud del camino del flujo; para infiltración: Horton: tasas máximas/mínimas y constante de caída; Green-Ampt: conductividad hidráulica, déficit de humedad inicial y altura de succión; Número de curva: NRCS (SCS) Número de curva; Todo: tiempo para que el suelo saturado se drene por completo; para Conductos: rugosidad de Manning; para la calidad del agua: coeficientes de función de acumulación/lavado, coeficientes de descomposición de primer orden, ecuaciones de eliminación. Un área de estudio se puede dividir en cualquier número de subcuencas individuales, cada una de las cuales drena en 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 cada hora o más frecuentes como entrada y puede ejecutarse para eventos únicos o de forma continua durante cualquier número de años.
SWMM 5 da cuenta de varios procesos hidrológicos que producen escorrentía superficial y subterránea de áreas urbanas. Éstas incluyen:
La variabilidad espacial en todos estos procesos se logra dividiendo un área de estudio en un conjunto de áreas de cuencas o subcuencas más pequeñas y homogéneas, cada una de las cuales contiene su fracción de subáreas permeables e impermeables. El flujo terrestre puede encaminarse entre subáreas, entre subcuencas o entre puntos de entrada de un sistema de drenaje.
SWMM también contiene un conjunto flexible de capacidades de modelado hidráulico utilizadas para encaminar 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 desvío. Estos incluyen la capacidad de:
La infiltración es el proceso por el cual la lluvia penetra la superficie del suelo hacia la zona de suelo no saturado de 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 en el transcurso de un evento de lluvia prolongado. Los parámetros de entrada requeridos por este método incluyen las tasas de infiltración máxima y mínima, un coeficiente de descomposición que describe qué tan rápido la tasa disminuye con el tiempo y el tiempo que tarda un suelo completamente saturado en secarse por completo (usado para calcular la recuperación de la tasa de infiltración durante la sequía). períodos).
Esta es una versión modificada del método de 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), proporcionando una estimación de infiltración más precisa cuando ocurren 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 de humectación agudo en la columna de suelo, que separa el suelo con cierto contenido de humedad inicial debajo del suelo saturado arriba. Los parámetros de entrada requeridos son el déficit de humedad inicial del suelo, la conductividad hidráulica del suelo y la altura de succión en el frente de humedecimiento. La tasa de recuperación del déficit de humedad durante los períodos secos está empíricamente relacionada con la conductividad hidráulica.
Este enfoque se adopta del método del número de curva NRCS (SCS) para estimar la escorrentía. Se supone que la capacidad de infiltración total de un suelo se puede encontrar a partir del número de curva tabulado del suelo. Durante un evento de lluvia, esta capacidad se agota en función de la lluvia 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).
SWMM también permite que la tasa de recuperación de la infiltración se ajuste en una cantidad fija mensual para tener en cuenta la variación estacional en factores tales como las tasas de evaporación y los niveles de agua subterránea. Este patrón mensual opcional de recuperación del suelo se especifica como parte de los datos de evaporación de un proyecto.
Además de modelar la generación y transporte de flujos de escorrentía, SWMM también puede estimar la producción de cargas contaminantes asociadas con esta escorrentía. Los siguientes procesos se pueden modelar para cualquier número de componentes de calidad del agua definidos por el usuario:
Los pluviómetros en SWMM5 suministran datos de precipitación para una o más áreas de subcuenca en una región de estudio. Los datos de lluvia pueden ser una serie temporal definida por el usuario o provenir de un archivo externo. Se admiten varios formatos de archivos de lluvia populares actualmente en uso, 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 estable representa el tipo más simple de enrutamiento posible (en realidad, no hay enrutamiento) al asumir que dentro de cada paso de tiempo computacional el flujo es uniforme y estable. Por lo tanto, simplemente traslada los hidrogramas de entrada en el extremo aguas arriba del conducto al extremo aguas abajo, sin demora ni cambio de forma. La ecuación de flujo normal se utiliza para relacionar el caudal con el área de flujo (o profundidad).
Este tipo de ruta no puede tener en cuenta el almacenamiento del canal, los efectos del remanso, las pérdidas de entrada/salida, la inversión del flujo o el flujo presurizado. Solo se puede utilizar con redes de transporte 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 en realidad sólo es apropiada para análisis preliminares 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 impulso en cada conducto. Esto último 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 total del caudal normal. Cualquier flujo en exceso que ingrese al nodo de entrada se pierde del sistema o puede acumularse encima del nodo de entrada y reintroducirse en el conducto a medida que la capacidad esté disponible.
El enrutamiento de ondas cinemáticas permite que el flujo y el área varíen tanto espacial como temporalmente dentro de un conducto. Esto puede resultar en hidrogramas de salida atenuados y retrasados a medida que el flujo de entrada se dirige a través del canal. Sin embargo, esta forma de enrutamiento no puede tener en cuenta los efectos de remanso, pérdidas de entrada/salida, inversión de flujo o flujo presurizado, y también está restringida a 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 antes mencionados sean significativos, entonces esta alternativa puede ser un método de enrutamiento preciso y eficiente, especialmente para simulaciones a largo plazo.
El enrutamiento dinámico de ondas resuelve las ecuaciones de flujo unidimensionales completas de Saint Venant y, por lo tanto, produce los resultados teóricamente más precisos. 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 ruta es posible representar el flujo presurizado cuando un conducto cerrado se llena, de modo que los flujos pueden exceder el valor de flujo normal total. La inundación ocurre cuando la profundidad del agua en un nodo excede la profundidad máxima disponible y el exceso de flujo se pierde del sistema o puede acumularse encima del nodo y volver a ingresar al sistema de drenaje.
El recorrido dinámico de las olas puede tener en cuenta el almacenamiento del 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 desvíos y bucles aguas abajo. Es el método de elección para sistemas sujetos a importantes efectos de remanso 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 intervalos de tiempo mucho más pequeños, del orden de un minuto o menos (SWMM puede reducir automáticamente el intervalo de tiempo máximo definido por el usuario según sea necesario para mantener la estabilidad numérica).
Uno de los grandes avances en SWMM 5 fue la integración del flujo subterráneo urbano/suburbano con los cálculos hidráulicos de la red de drenaje. Este avance es una tremenda mejora con respecto a los cálculos hidrológicos e hidráulicos del subsuelo 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 poco profundo. El motor numérico 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 hidrológicos iniciales y finales simulados. Las versiones de SWMM 5 superiores a SWMM 5.1.007 permiten al modelador simular cambios climáticos cambiando globalmente la precipitación, la temperatura y la evaporación mediante ajustes mensuales.
Un ejemplo de esta integración fue la colección de los diferentes tipos de enlaces SWMM 4 en los bloques de escorrentía, transporte y Extran a un grupo unificado de tipos de enlaces de conducto cerrado y canal abierto en SWMM 5 y una colección de tipos de nodos (Figura 2).
SWMM contiene un conjunto flexible de capacidades de modelado hidráulico utilizadas para encaminar 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 desvío. Estos incluyen la capacidad de hacer lo siguiente:
Manejar redes de drenaje de tamaño ilimitado. Utilice una amplia variedad de formas de conductos abiertos y cerrados estándar, así como canales naturales. Modele elementos especiales, como unidades de almacenamiento/tratamiento, divisores de flujo, bombas, vertederos y orificios. Aplicar flujos externos y aportes de calidad del agua provenientes de la escorrentía superficial, el interflujo de aguas subterráneas, la infiltración/afluencia dependiente de la lluvia, el flujo sanitario en clima seco y los afluentes definidos por el usuario. Utilice métodos de enrutamiento de flujo de onda cinemática o de onda dinámica completa. Modele varios regímenes de flujo, como aguas estancadas, sobrecargas, flujo inverso y estanques superficiales. aplique 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 freáticas. Interflujo entre el agua subterránea y el sistema de drenaje. Enrutamiento no lineal del flujo terrestre por yacimientos. Reducción de escurrimiento 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 desbordes, el flujo de infiltración y la evaporación en barriles de lluvia , pantanos , Pavimento permeable , techo verde , jardín de lluvia , zanja de biorretención y infiltración . El término desarrollo de bajo impacto (Canadá/EE.UU.) se utiliza en Canadá y Estados Unidos para describir un enfoque de planificación territorial y diseño de ingeniería para gestionar la escorrentía de aguas pluviales. En los últimos años, muchos estados de EE. UU. han adoptado conceptos y estándares LID para mejorar su enfoque para reducir el potencial dañino de la contaminación de las aguas pluviales en nuevos proyectos de construcción. El LID adopta muchas formas, pero generalmente se puede considerar como un esfuerzo para minimizar o evitar flujos concentrados de aguas pluviales que salen de un sitio. Para hacer esto, la práctica LID sugiere que cuando se utilizan superficies impermeables (hormigón, etc.), estas sean interrumpidas periódicamente por áreas permeables que pueden permitir que el agua de lluvia se infiltre (empape la tierra).
En SWMM5 se pueden definir una variedad de subprocesos en cada LID como: superficie, pavimento, suelo, almacenamiento, alfombra 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 resumido 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, el suelo. humedad, profundidad de almacenamiento, entrada superficial, evaporación, infiltración superficial, percolación del suelo, infiltración de almacenamiento, salida superficial y error de continuidad del LID. Puede haber múltiples LID por subcuenca y no se han tenido problemas debido a que hay muchas subredes y procesos de LID complicados dentro de las subcuencas de SWMM 5 o cualquier problema de continuidad que no pueda resolverse con un paso de tiempo de hidrología húmeda más pequeño. Los tipos de compartimentos SWMM 5 LID son: almacenamiento, desagüe, 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. Una TAPA de pavimento poroso tiene compartimentos de almacenamiento, drenaje inferior y pavimento. Un barril de lluvia solo tiene compartimentos de almacenamiento y drenaje inferior y una TAPA 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 del tiempo de escorrentía para determinar cómo un hidrograma de entrada a la unidad LID se convierte en alguna combinación de hidrograma de escorrentía, almacenamiento subterráneo, drenaje subterráneo e infiltración en el suelo nativo circundante. Además de las jardineras de calles 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 por infiltración en la capa de suelo debajo de él, por evapotranspiración (ET) de cualquier agua almacenada en la depresión y captura vegetativa, y por cualquier escorrentía superficial que pueda ocurrir. La capa de suelo contiene una mezcla de suelo modificada que puede favorecer el crecimiento vegetativo. Recibe infiltración desde la capa superficial y pierde agua a través de ET y por percolación hacia la capa de almacenamiento debajo de ella. La capa de almacenamiento está formada por piedra triturada gruesa o grava. Recibe percolación de la zona del suelo encima y pierde agua ya sea por infiltración en el suelo natural subyacente o por salida a través de un sistema de drenaje subterráneo de tubería perforada.
Como novedad a partir de julio de 2013 [update], la Calculadora Nacional de Aguas Pluviales de la EPA es una aplicación de escritorio de Windows que estima la cantidad anual de agua de lluvia y la frecuencia de escorrentía de un sitio específico en cualquier lugar de los Estados Unidos. [17] Las estimaciones se basan en las condiciones locales del suelo, la cobertura del suelo y los registros históricos de precipitaciones. La Calculadora accede a varias bases de datos nacionales que proporcionan información sobre suelos, topografía, precipitaciones y evaporación para el sitio elegido. El usuario proporciona información sobre la cobertura terrestre del sitio y selecciona los tipos de controles de desarrollo de bajo impacto (LID) que le gustaría utilizar en el sitio. Las características de LID Control en SWMM 5.1.013 incluyen lo siguiente entre los tipos de infraestructura verde :
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Otros conceptos similares a LID en todo el mundo incluyen el sistema de drenaje sostenible (SUDS). La idea detrás de SUDS es intentar replicar sistemas naturales que utilizan soluciones rentables con bajo impacto ambiental para drenar el agua sucia y superficial mediante la recolección, el almacenamiento y la limpieza antes de permitir que se libere lentamente de regreso al medio ambiente, como como en 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 artificiales , estanques húmedos , estanques secos , cuencas de infiltración, filtros de arena no superficiales. , franjas filtrantes con vegetación , franja filtrante con vegetación y balsa de infiltración. Un WetPark sería una combinación de estanques húmedos y secos y características LID. Un WetPark también se considera un humedal artificial.
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 de tiempo, curvas, series de tiempo, 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 comienza con un historial temporal de precipitaciones. SWMM 5 tiene muchos tipos de tuberías y canales abiertos y cerrados: ficticios, circulares, circulares rellenos, rectangulares cerrados, rectangulares abiertos, trapezoidales, triangulares, parabólicos, función de potencia, triángulo rectangular, rectángulo redondo, manija de canasta modificada, elipse horizontal, elipse vertical, arco, ovoide, de herradura, gótico, de catenaria, semielíptico, en asa, semicircular, irregular, personalizado y de fuerza.
Los principales objetos de hidrología y componentes hidráulicos en SWMM 5 son:
Los principales componentes generales se denominan en el archivo de entrada SWMM 5 y en el código C del motor de simulación: calibre, subcaptura, nodo, enlace, contaminación, uso de la tierra, patrón de tiempo, curva, serie t, control, transecto, acuífero, unidad, deshielo, forma y tapa. Los subconjuntos de posibles nodos son: unión, emisario, almacenamiento y divisor. Los nodos de almacenamiento son tabulares con una tabla de profundidad/área o una relación funcional entre área y profundidad. Las posibles entradas de nodos incluyen: external_inflow, dry_weather_inflow, wet_weather_inflow, groundwater_inflow, rdii_inflow, flow_inflow, concen_inflow y mass_inflow. Las entradas de tiempo seco pueden incluir los posibles patrones: patrón_mensual, patrón_diario, patrón_hora y patrón_fin de semana.
La estructura de componentes de SWMM 5 permite al usuario elegir qué componentes hidrológicos e hidráulicos principales se utilizan durante la simulación:
El conversor SWMM 3 y SWMM 4 puede convertir hasta dos archivos de las versiones anteriores de SWMM 3 y 4 a la vez a SWMM 5. Normalmente, se convertiría un archivo Runoff y Transport a SWMM 5 o un archivo Runoff y Extran a SWMM 5. Si hay una combinación de una red SWMM 4 Runoff, Transport y Extran, entonces deberá convertirse en partes y los dos conjuntos de datos deberán copiarse y pegarse juntos para crear 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 SWMM 4 Extran. El comando Archivo=>Definir archivo ini 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 formato fijo. Los archivos SWMM 4 son de formato libre. El convertidor detectará qué versión de SWMM se está utilizando. Los archivos convertidos se pueden combinar usando 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 a SWMM5 (diciembre de 2014). Es una utilidad de software fácil de usar que permite incorporar proyecciones futuras del cambio climático al Modelo de Gestión de Aguas Pluviales (SWMM). SWMM se actualizó recientemente para aceptar un conjunto de factores de ajuste mensual para cada una de estas series de tiempo que podrían representar el impacto de cambios futuros en las condiciones climáticas. SWMM-CAT proporciona un conjunto de ajustes específicos de ubicación que se derivan de los modelos de cambio climático global ejecutados como parte del archivo de la Fase 3 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP3) del Programa Mundial de Investigación Climática (WCRP) (Figura 4). 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). Se pueden aplicar ajustes 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 de la Fase 3 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP3) del Programa Mundial de Investigación Climática (WCRP). Los resultados reducidos de este archivo fueron generados y convertidos en cambios con respecto a los valores históricos mediante el proyecto CREAT de la USEPA. [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 del cambio climático mostrados 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 Caliente/Seco representa un modelo cuyo cambio de temperatura promedio estuvo en el extremo superior y cuyo cambio de precipitación 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 precipitación promedio estuvo en el extremo más húmedo del espectro. El resultado de la 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 formulario de diálogo que permitirá seleccionar un archivo de proyecto SWMM existente para guardar los ajustes. El formulario también permitirá seleccionar qué tipo de ajustes (temperatura mensual, evaporación, lluvia o tormenta de diseño de 24 horas) guardar. La conversión de unidades de temperatura y evaporación se maneja automáticamente dependiendo del sistema de unidades (US 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 lugar de los Estados Unidos (incluido Puerto Rico). Las estimaciones se basan en las condiciones locales del suelo, la cobertura del suelo 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: