Efectos de la discretización en la simulación de escorrentía urbana

Abstract

La urbanización produce un fuerte impacto sobre las respuestas hidrológicas de las cuencas. El incremento de la impermeabilidad aumenta notablemente los escurrimientos superficiales. Para evacuar los excedentes pluviales urbanos, se diseñan y construyen sistemas de drenaje, utilizando modelos matemáticos que permiten realizar los cálculos de diseño, operación y planificación de tales sistemas. El avance de la informática ha generalizado la aplicación de la modelación distribuida, lo que supone una mejora de la descripción de los fenómenos que participan en la transformación lluvia-escorrentía. Sin embargo, incorpora una incertidumbre relacionada con la elección del tamaño de la discretización superficial apropiada para la simulación. Este trabajo examina los efectos de la discretización espacial sobre la simulación del escurrimiento en una red de conductos pluviales, analiza la variación del parámetro de calibración W para diferentes escalas espaciales de una cuenca urbana y propone criterios para elegir la mayor escala espacial que satisfaga una precisión deseada en los resultados. Para ello se realizaron ensayos numéricos con el modelo SWMM sobre una cuenca urbana teórica y sobre una cuenca urbana experimental. A partir de los resultados obtenidos, se observa que la escala espacial influye en los resultados de la simulación con el modelo SWMM. La red de drenaje adiciona almacenamiento al sistema, atenuando y retardando los caudales pico. A medida que aumenta la escala una parte de la red es removida y en consecuencia se empuntan los hidrogramas y se anticipan los picos. Para que el modelo represente, a una escala mayor, una función de respuesta similar a la obtenida con la escala de detalle, es necesario compensar la pérdida de almacenamiento. Para ello, se debe reducir el ancho total de la cuenca, es decir, aumentar la longitud de escurrimiento. Para aplicaciones del modelo SWMM en cuencas similares a la del estudio, una vez discretizada la cuenca y si no se dispone de información pluvio-hidrométrica, se puede estimar el valor medio del parámetro W a partir de la relación ancho medio de escorrentía - área media de subcuencas. Para la cuenca experimental estudiada la escala espacial más grande que conserva la precisión admisible de los hidrogramas a la salida y de niveles de agua en nodos de interés es la meso escala.