Códigos numéricos de la hidrología urbana

Transcripción

1 Códigos numéricos de la hidrología urbana Angel N. Menéndez Mariano Re Emilio Lecertúa Facultad de Ingenería Universidad de Buenos Aires A. Menéndez & M. Re - FIUBA

2 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

3 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

4 HIDROLOGÍA URBANA: Introducción ZONAS RURALES Cantidad de escorrentía afectada por: Almacenamiento en irregularidades Características de infiltración del suelo Patrón de drenaje natural Propiedades determinantes: Tipo de suelo Cubierta vegetal Topografía

5 HIDROLOGÍA URBANA: Introducción ZONAS URBANIZADAS Cantidad de escorrentía se incrementa por: Reducción de infiltración por impermeabilización Remoción de árboles Nivelación de superficies Compactación del suelo Tasa de escorrentía se incrementa por: Red de tuberías y canalizaciones Aguas abajo: inundaciones + erosión en canales

6 HIDROLOGÍA URBANA: Introducción CALIDAD DEL AGUA Efectos de la urbanización: Acumulación de contaminantes de origen antrópico durante tiempo seco Contaminantes lavados durante las lluvias Máxima responsable del deterioro de los cuerpos de agua en EEUU

7 HIDROLOGÍA URBANA: Introducción CALIDAD DEL AGUA Fuentes no puntuales: Suelo erosionado de lugares de construcción Aceite y grasa de vehículos Nutrientes (nitrógeno, fósforo) de fertilizantes Pesticidas de productos para jardines Materia fecal de mascotas Polvo Basurales ó derrames ilegales

8 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

9 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño PRECIPITACIÓN Garúa/lluvia/nevada/granizada Tormenta: evento de lluvia Altura de precipitación (h): Altura acumulada si agua permanece donde cae (volumen p.u. área) Precipitación acumulada ó Altura total de precipitación (H): Altura de precipitación al final de una tormenta

10 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño PRECIPITACIÓN h(t) h/h

11 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño PRECIPITACIÓN Intensidad de precipitación (i): tasa de variación de h (depende del intervalo de tiempo) Intensidad promedio (<i>): Precipitación acumulada (H) dividida por duración (Td) Hietograma: Serie temporal de intensidad de precipitación

12 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño PRECIPITACIÓN i (t) h(t) h/h

13 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño TORMENTA Caracterización de tormenta: Precipitación acumulada (H) promediada sobre el área cubierta por ella Area de cuenca

14 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño Considerados aleatorios EVENTOS DE LLUVIA Caracterizados por ocurrencia, altura total (H), duración (Td)

15 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño EVENTOS DE LLUVIA Tiempo de retorno (Tr): Cantidad promedio de años entre ocurrencias de evento hidrológico, de Td especificada, con una altura total especificada o mayor Probabilidad de excedencia (p): Probabilidad de que un evento de lluvia, con una Td y H especificadas, sea igualado o excedido en cualquier año p = 1/Tr (Tr>1, 0<p<1)

16 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño EVENTOS DE LLUVIA Serie de máximos anuales de H, dado Td: H ; 1 j n j Altura de precipitación para dados Td y Tr: H H K * s M H 1 n H j n j 1 s n H 2 j H j 1 n 1 K(n,Tr): Factor de frecuencia (Gumbel)

17 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño K(n,Tr) EVENTOS DE LLUVIA

18 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño CURVAS IDF (Intensidad-Duración-Frecuencia) i a Td b i X Td Y

19 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño DISEÑO Evento de escorrentía de diseño: Para evaluar un proyecto existente o diseñar uno nuevo Proyecto bien diseñado: La escorrentía de diseño pasa a máxima capacidad Escorrentía de diseño excedida: Proyecto falla no cumple el objetivo de diseño

20 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño DISEÑO Riesgo hidrológico de estructura (J): Probabilidad de que el evento de diseño sea excedido al menos una vez durante el tiempo de servicio de la estructura J Tr N: cant. años de servicio N

21 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño DISEÑO Se dispone de datos de lluvia modelo lluvia-escorrentía Modelos: de simulación continua y de eventos

22 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño TORMENTA DE DISEÑO 1. Período de retorno (riesgo de falla) 2. Duración 3. Altura total 4. Distribución espacial 5. Distribución temporal

23 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño 1. TIEMPO DE RETORNO (Tr) Estructura Tr (años) Cuneta 2 5 Conducto pluvial 2 25 Reservorio de detención Bajo 5 10 Alcantarilla con tráfico Medio Alto Puentes importantes

24 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño 2. DURACIÓN (Td) Depende de tipo de proyecto Conductos pluviales y alcantarillas: dimensionadas para caudal pico duración que produce máximo caudal pico, para Tr dado Reservorio de detención: dimensionados para volumen duración que produce máximo volumen

25 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño 3. ALTURA TOTAL (H) De curvas IDF: Tr, Td <i> H = <i> * Td

26 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño 4. DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Si cuenca grande (improbable) Factor de reducción

27 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño 5. DISTRIBUCIÓN TEMPORAL (Hietograma) del SCS de Yen & Chow de Huff Sintético de Bloques de Chicago

28 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia de diseño

29 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

30 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva ABSTRACCIONES O PÉRDIDAS No aparecen como escorrentía Intercepción Almacenamiento en irregularidades Evaporación Transpiración Infiltración Diseño en HU: evaporación y transpiración despreciables

31 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva EXCEDENTE Excedente de lluvia ó Lluvia efectiva: Lluvia total menos abstracciones. Es la escorrentía

32 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva INTERCEPCIÓN Porción de lluvia interceptada por el follaje Eventualmente se evapora Horton (ecuación empírica): L a bh i n

33 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva INFILTRACIÓN Proceso por el cual el agua de lluvia pasa a través de la superficie del terreno y llena los poros del subsuelo Es generalmente la mayor parte de la abstracción Capacidad de infiltración ó Tasa potencial de infiltración (fp): tasa máxima Tasa de infiltración (f): f i si f p i f p si f p i

34 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva MODELOS DE FILTRACIÓN Modelos de procesos: Ecuación de Richards Modelo de Green & Ampt Modelos empíricos: Método de Horton Método de Horton modificado Método de Holtan

35 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva MODELO DE GREEN & AMPT K P K( Z P ) f f p Z Z f t S 1 i : permeabilidad : altura de succión : porosidad f

36 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva MODELO DE GREEN & AMPT loam: suelo franco

37 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva MÉTODO DE HORTON f f ( f f ) e p f o f kt

38 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva ALMACENAMIENTO EN IRREGULARIDADES Parte de la lluvia atrapada en pequeñas depresiones del terreno Sobre superficies impermeables: eventualmente evapora Sobre superficies permeables: la mayor parte eventualmente evapora y el resto infiltra Mucho menor que el resto de abstracciones ASCE: 1/16 impermeables; ¼ permeables

39 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva MODELO COMBINADO DE ABSTRACCIONES Modelo empírico del SCS: Grupos hidrológicos de suelos (GHS): De acuerdo a tasa de infiltración mínima; A, B, C, D. Número de curva (CN): Depende del GHS, el tipo de cobertura, la condición del suelo, la fracción de área impermeable, y la condición de humedad antecedente; rango

40 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva TABLA DE CN

41 HIDROLOGÍA URBANA: Lluvia efectiva MODELO DEL SCS Escorrentía: 2 ( h Ia ) R ( h Ia) S 0 D si h si h I I a a Déficit de humedad del suelo: S D CN CN Abstracción inicial: I a 0,2* S D

42 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

43 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía PROYECTO DE ESTRUCTURA HIDRÁULICA Cuenca de drenaje: Área de terreno que contribuye con escorrentía a la estructura. Punto de diseño ó Salida de cuenca de drenaje: Ubicación de la estructura. Modelo concentrado: Características hidrológicas de cuenca representadas por pocos parámetros.

44 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía DEFINICIONES Caudal, descarga, flujo: Volumen de escorrentía que pasa el punto de diseño por unidad de tiempo. Hidrograma: Serie temporal del caudal. Flujo de base ó de tiempo seco: Aporte del acuífero subterráneo. Escorrentía directa: Aporte del excedente de lluvia.

45 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía HIDROGRAMA Lluvia dura 2,5 horas

46 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía TIEMPO DE CONCENTRACIÓN (Tc) Tiempo requerido para que el agua de lluvia fluya desde el punto más remoto de la cuenca hasta la salida de la cuenca (a lo largo de la longitud hidráulica de la cuenca). Tiempo requerido para que todas las partes de una cuenca contribuyan a la descarga en la salida en forma simultánea.

47 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía CÁLCULO DE Tc Método del SCS Fórmulas cinemáticas Fórmula de Kirpich

48 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía T c [min] FÓRMULA DE KIRPICH 0,0195 L[m] 0,385 S[ ] 0,77 L: longitud de flujo S: pendiente media para escorrentía sobre suelos desnudos ó flujo sobre zanjas de tierra - Escorrentía sobre hormigón/asfalto: T c 0,4*T c - Flujo sobre canales hormigón: T c 0,2*T c - Escorrentía sobre sup. herbáceas: T c 2,0*T c

49 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía CÁLCULO DE HIDROGRAMA Objetivo: Determinar hidrograma de escorrentía directa en salida de cuenca, dado un excedente de lluvia producido por un evento de tormenta. Hidrograma Unitario (HU): Hidrograma de escorrentía directa resultante de exceso de lluvia de altura unitaria (1 cm) e intensidad constante durante un tiempo especificado HU2: Duración = 2 hrs; intensidad = ½ cm/hr

50 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía HIDROGRAMA UNITARIO Métodos de generación sintética: HU de 10 minutos de Espey HU del SCS HU Función Gama HU Tiempo-Area

51 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía HU del SCS t Q p up [cfs] 484 A[sq mi] t [hr] tr t t 0,6 L L T 2 A: área de la cuenca t R : duración del exceso de lluvia t L : tiempo de retardo de cuenca p c

52 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía CÁLCULO DE HIDROGRAMA Linealidad: Se supone una relación lineal entre exceso de lluvia y tasa de escorrentía directa. Tiempo de base de hidrograma: Independiente de la cantidad de lluvia Ordenadas de hidrograma: Proporcionales a la cantidad total de exceso de lluvia

53 HIDROLOGÍA URBANA: Escorrentía CÁLCULO DE HIDROGRAMA

54 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

55 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales ESCORRENTÍA Proceso por el cual el excedente de lluvia es transportado al punto de salida del área de drenaje. Caracterizado por superficie libre, forzado por la gravedad.

56 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales ESCORRENTÍA Flujo en lámina: Sobre techos, jardines, calles Flujo confinado: A lo largo de cunetas, zanjas, canales o tuberías de drenaje Aunque Re bajo, impacto de lluvia y obstrucciones perturban y lo tornan turbulento

57 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales FLUJO EN LÁMINA Rugosidad efectiva

58 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales FLUJO EN LÁMINA Modelo de la onda cinemática: Se desprecia inercia y gradiente de presiones en ecuación de cantidad de movimiento (se reduce a ecuación de flujo normal) h t + q x = i q = h5/3 S o 1/2 n

59 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales Rugosidad: FLUJO CONFINADO

60 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales FLUJO CONFINADO Estacionario/Impermanente. Uniforme/Gradualmente Variado/Rápidamente Variado Flujo uniforme (normal): Q = AR h 5/3 S o 1/2 n

61 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales Traslación de crecidas FLUJO CONFINADO Modelo dinámico: Ecuaciones completas de Saint Venant B z t + Q x = q U t + U U x + g z x + gi f = q A U u l I f = n2 U 2 R h 4/3

62 HIDROLOGÍA URBANA: Flujo en canales FLUJO CONFINADO Modelo de onda difusiva: Se desprecia inercia en ecuación de cantidad de movimiento. No puede resolver efectos de remanso. Método de Muskingum-Cunge Q t Q + c x = Λ 2 Q x 2 c = U 1 A Bf f h f = n R h 2/3 Q = AR h 5/3 S o 1/2 n Λ = Q 2B S o h x

63 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

64 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje ESTRUCTURAS Cunetas Bocas de tormenta Colectores pluviales Bocas de inspección Empalmes Canales de drenaje

65 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS Objetivo de diseño: Mantener ancho de encharcado por debajo de un límite, para un Tr especificado Pendiente longitudinal: > 0,5% (mínimo absoluto de 0,3%) Pendiente lateral: 2% (máximo absoluto 4%)

66 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS Tipo Tr (años) Encarchado < 70 km/hr 10 Banquina + 1m Alto volumen > 70 km/hr 10 Banquina Punto deprimido 50 Banquina + 1m < 70 km/hr 10 ½ carril Colectora > 70 km/hr 10 Banquina Punto deprimido 10 ½ carril Bajo tránsito 5 ½ carril Calle local Alto tránsito 10 ½ carril Punto deprimido 10 ½ carril

67 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS CUNETAS: Determinan el ancho de encharcamiento Diseñadas para el caudal pico (considerado como flujo uniforme)

68 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS CUNETAS: Q y S 2,64 ns 8/3 1/ 2 L x

69 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS BOCAS DE TORMENTA: Colectan escorrentía de cunetas y descargan en sistema de conducción subterráneo Sensibles a obstrucción por escombros, especialmente en puntos deprimidos

70 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS BOCAS DE TORMENTA: De rejilla Combinada De cordón abierto De ranura

71 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje DRENAJE DE CALLES PAVIMENTADAS BOCAS DE TORMENTA: Eficiencia: E Q i Q Caudal interceptado Caudal en cuneta Ubicaciones: Determinadas por el ancho de encharcamiento de diseño

72 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje SISTEMA DE COLECTORES PLUVIALES Transportan el agua desde las bocas de tormenta a cuerpos receptores (ríos, lagos, océano) Tuberías + accesorios

73 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje SISTEMA DE COLECTORES PLUVIALES Accesorios: Bocas de inspección: Acceso y ventilación. En empalmes. Cámaras de empalme: Para conductos grandes Estructuras de transición: Cambio en diámetro Divisores de flujo: Flujo dividido en dos o más Deflectores de flujo: Minimizan pérdida carga Sifones: Para atravesar obstrucción

74 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje Tuberías: SISTEMA DE COLECTORES PLUVIALES Diseñadas para el caudal pico (considerado como flujo uniforme). Pérdida de carga por fricción Q 2/3 1/ 2 AR S f n Se aplica a flujo casi lleno: A D 2 /4 R D/4

75 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje SISTEMA DE COLECTORES PLUVIALES Accesorios: Pérdida de carga relacionada a la altura de velocidad 2 V 2g Coeficientes dependen de las condiciones del flujo

76 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje SISTEMA DE COLECTORES PLUVIALES Verificación: La altura de carga no debe exceder la elevación del terreno

77 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje ALCANTARILLAS Conductos de drenaje cortos para atravesar terraplenes de caminos o ferrocarril, o para descargar reservorios de detención Circular Caja Elíptica Formas: Arco-tubo Caja metálica Arco

78 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje Entrada / Salida: ALCANTARILLAS Barril Hormigón Premoldeado Biselado

79 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje ALCANTARILLAS Flujo controlado por la entrada:

80 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje ALCANTARILLAS Flujo controlado por la salida:

81 HIDROLOGÍA URBANA: Estructuras de drenaje CANALES DE DRENAJE SUPERFICIALES Colectan y transportan la escorrentía a otro canal, un reservorio ó un conducto pluvial. Generalmente son erosionables: Criterios de velocidad máxima o de fuerza tractiva máxima. Generalmente son trapezoidales: Pendiente longitudinal determinada por topografía; taludes determinados por tipo de suelo. Debe definirse ancho de solera y profundidad.

82 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

83 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención ESTRUCTURAS DE RETARDO Desarrollo urbano: Incremento de volúmenes y tasas de escorrentía, que pueden producir inundaciones más frecuentes y erosión severa de cauces aguas abajo. Estructuras de retardo: Mitigan los efectos adversos.

84 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención ESTRUCTURAS DE RETARDO Cuencos de detención: Reservorios pequeños (capacidad < 12 m3). Cuencos de retención: Reservorios mayores. Descargan en forma controlada. Cuencos de infiltración: El agua retenida percola en el terreno. Zanjas de infiltración y Pozos secos: Zanjas pequeñas excavadas en suelo poroso, rellenas con rocas. Hay percolación.

85 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención CUENCOS DE DETENCIÓN Se crean represando un canal, o excavando (o nivelando) una laguna en el terreno. Debe tener, al menos, una salida para dejar pasar el flujo de base, y un vertedero de emergencia para dejar pasar crecidas.

86 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención Caracterización: CUENCOS DE DETENCIÓN Relación nivel-almacenamiento: Depende de la forma y dimensiones del cuenco. Relación nivel-caudal: Gobernada por la hidráulica de la estructura de descarga (tipo orificio, tipo vertedero, tipo tubo vertical).

87 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención CUENCOS DE DETENCIÓN Vertedero Orificio Tubo

88 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención CUENCOS DE DETENCIÓN Traslación de crecidas:

89 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención PRÁCTICAS DE INFILTRACIÓN Posible sólo donde el suelo tiene permeabilidad adecuada, y donde la tabla de agua y el sustrato rocoso permanecen 0,60/1,20 m por debajo del fondo de la estructura de infiltración. No apropiadas para áreas de drenaje que exceden las 20 ha. A veces, utilizadas en combinación con cuencos de detención.

90 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención PRÁCTICAS DE INFILTRACIÓN Volumen de captura: Diferencia entre los volúmenes de escorrentía posdesarrollo y predesarrollo, para un dado Tr. Generalmente, se limita el caudal pico del hidrograma posdesarrollo, de modo que no exceda el caudal pico del hidrograma predesarrollo.

91 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención PRÁCTICAS DE INFILTRACIÓN

92 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención PRÁCTICAS DE INFILTRACIÓN Propiedades hidrológicas del suelo necesarias para diseño: Capacidad hídrica efectiva. Tasa de infiltración mínima.

93 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención PRÁCTICAS DE INFILTRACIÓN

94 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención CUENCOS DE INFILTRACIÓN La única salida es el vertedero de emergencia. Para áreas de drenaje de 2 a 20 ha. Diseñadas para drenar la escorrentía acumulada dentro de un período especificado de tiempo.

95 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención CUENCOS DE INFILTRACIÓN

96 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención ZANJAS DE INFILTRACIÓN Para áreas de drenaje relativamente pequeñas. 0,60-3,00m de profundidad; fondo a 0,60-1,20m por sobre la tabla de agua. No tienen vertedero de emergencia. La escorrentía debería filtrarse de grasas, aceites, materiales orgánicos y sólidos sedimentables

97 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención ZANJAS DE INFILTRACIÓN

98 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención POZOS SECOS Similares a zanjas de infiltración, pero para áreas menores a 0,4 ha. 0,90-3,60m de profundidad. Reciben agua a través de un tubo de entrada (proveniente de los techos), además que por infiltración superficial a través de filtro.

99 HIDROLOGÍA URBANA: Manejo por detención POZOS SECOS

100 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

101 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua CONTAMINACIÓN DEL AGUA DE LLUVIA Fuente significativa de afectación a cuerpos de agua receptores. Contaminantes se acumulan en terreno durante períodos secos: nafta y aceite de vehículos, sedimentos de obras en construcción, químicos de jardines, polvo y residuos sólidos sobre superficies impermeables, materia fecal de animales. Contaminantes lavados por la lluvia y transportados a cuerpos receptores

102 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua EFECTOS EN CUERPOS RECEPTORES Sólidos suspendidos: Limitan penetración de luz (fotosíntesis), perturban procesos reproductivos, transportan otros contaminantes sorbidos (por eso, indicador primario de contaminación). Nutrientes (fósforo y nitrógeno): Promueven crecimiento de algas. En niveles elevados: algas perturban balance de ecosistema; su muerte y decaimiento consume OD, causando impacto adverso en vida acuática.

103 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua EFECTOS EN CUERPOS RECEPTORES Carbono orgánico: Su descomposición produce consumo de OD. Trazas de metales (Cd, Cu, Zn, Pb): Pueden ser tóxicos. Pesticidas, insecticidas, herbicidas: Pueden ser tóxicos.

104 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua MODELACIÓN DE CALIDAD DEL AGUA Concentrada en el tiempo: Carga total de contaminante generada durante un período de tiempo (1 año, 1 mes). Distribuida en el tiempo: Concentración de contaminante a lo largo del tiempo; para eventos de tormenta o continua en el tiempo

105 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua MODELACIÓN CONCENTRADA EN EL TIEMPO Subcuenca urbana: Modelo MWCG: Peso total L APP R C j v Rv 0,05 0,9I Zona local permeable: Modelo RUSLE Peso total P A RKL CP p s

106 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua MODELACIÓN CONTINUA EN EL TIEMPO Modelos empíricos para sólidos suspendidos Para resto de contaminantes se supone relación constante entre concentraciones, para dado uso del suelo.

107 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua MODELACIÓN CONTINUA EN EL TIEMPO Modelo de acumulación/lavado: Modelo de acumulación: Peso acumulado p.u. área ó long. Modelo de lavado: Peso remanente p.u. área ó long. U o k kt 2 1 d T d dp k r P dt r Q A

108 HIDROLOGÍA URBANA: Calidad del agua MODELACIÓN CONTINUA EN EL TIEMPO Modelo de onda: Traslación de polutograma (concentración ó carga contaminante vs. tiempo): Puede ser trasladado como el caudal.

109 Códigos numéricos de la hidrología urbana Introducción Lluvia de diseño Lluvia efectiva Escorrentía Flujo en canales Estructuras de drenaje Manejo por detención Calidad del agua Mejores Prácticas de Manejo

110 HIDROLOGÍA URBANA: MPM MEJORES PRÁCTICAS DE MANEJO Conjunto de técnicas estructurales y no estructurales para mejorar calidad del agua de lluvia. No estructurales: Métodos de prevención de contaminación, buenas técnicas de limpieza urbana, procedimientos de detección y eliminación de descargas ilícitas, educación pública. No requieren diseño ingenieril y forman parte de políticas públicas.

111 HIDROLOGÍA URBANA: MPM MEJORES PRÁCTICAS DE MANEJO Estructurales: Cuencos de detención extendidos, cuencos de retención, zanjas de calidad de agua, filtros de arena, humedales de agua de lluvia. El retardo provoca deposición de SS (y contaminantes sorbidos). Depende de velocidad de caída de partículas.

112 HIDROLOGÍA URBANA: MPM MEJORES PRÁCTICAS DE MANEJO

113 HIDROLOGÍA URBANA: MPM MEJORES PRÁCTICAS DE MANEJO Cuenco de control de inundaciones: Debe detener escorrentía asociada a tormenta de gran envergadura y rara ocurrencia. Cuenco de control de contaminación: Debe detener escorrentía asociada a tormentas de menor envergadura pero frecuentes. Además, detienen la escorrentía inicial de crecidas mayores, que es la que contiene la mayor parte de la carga contaminante.

114 HIDROLOGÍA URBANA: MPM MEJORES PRÁCTICAS DE MANEJO Parámetros de diseño: Tiempos de detención y de vaciado. Tiempo de detención: Suficientemente largo para alcanzar nivel deseado de tratamiento. Depende de velocidad de caída de partículas. Tiempo de vaciado: Suficientemente corto para proveer almacenamiento disponible a próximo evento. Depende del tiempo medio entre eventos de diseño (1/2 a 3 días).

115 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE DETENCIÓN EXTENDIDOS Cuencos de detención regulares: Poco efectivos para remover contaminantes porque estructuras de descarga diseñadas para grandes eventos. Cuencos de detención extendidos: Dos niveles; el inferior se inunda frecuentemente; el superior es como CD regular.

116 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE DETENCIÓN EXTENDIDOS

117 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE DETENCIÓN EXTENDIDOS Tiempo de detención: Se considera un volumen de retención ( volumen de calidad de agua ) y se determina el tiempo necesario para vaciarlo a través de la estructura de salida.

118 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE RETENCIÓN Para áreas de drenaje > 4 ha. Pileta permanentemente llena. Durante tiempo húmedo, escorrentía ingresante desplaza agua almacenada. Pierde agua por evaporación e infiltración. Eventualmente fondo impermeabilizado para evitar vaciado.

119 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE RETENCIÓN

120 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE RETENCIÓN Con almacenamiento adicional por sobre pileta permanente: control de crecidas ó detención extendida. Volumen de pileta permanente controla la eficiencia de remoción.

121 HIDROLOGÍA URBANA: MPM CUENCOS DE RETENCIÓN

122 HIDROLOGÍA URBANA: MPM ZANJAS DE CONTROL DE CALIDAD Similares a zanjas de infiltración, pero más pequeñas. Para áreas de drenaje < 2 ha. Contaminantes particulados gruesos deben ser removidos mediante dispositivo de pretratamiento.

123 HIDROLOGÍA URBANA: MPM FILTROS DE ARENA Areas de drenaje 0,4-20 ha. Constituidos por disipador de energía + cuenco de pretratamiento + dispositivo esparcidor de flujo + filtro de arena + drenes. Remoción Austin/Texas: 75-90% SST, 30-60% PT; 30-50% DBO, 40-70% bacterias.

124 HIDROLOGÍA URBANA: MPM FILTROS DE ARENA

125 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDALES PARA AGUA DE LLUVIA Longevidad, adaptabilidad, potencial de hábitat para vida silvestre (PHVS). Pero alto consumo de terreno, y fuertes necesidades de mantenimiento. 4 categorías: sistema de pantanos poco profundos, sistema de laguna/humedal, humedal de detención extendida, humedal de bolsillo.

126 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDALES PARA AGUA DE LLUVIA Sistema de pantanos poco profundos: Area de drenaje > 10 ha Area de humedal mínima = 2% área de drenaje Requiere flujo de base confiable Capacidad remoción moderada, pero confiable Limpieza de sedimentos: 2 5 años Alto PHVS

127 HIDROLOGÍA URBANA: MPM SISTEMA DE PANTANOS POCO PROFUNDOS

128 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDALES PARA AGUA DE LLUVIA Sistema de laguna/humedal: Area de drenaje > 10 ha Area de humedal mínima = 1% área de drenaje Menos espacio por acción de la laguna Capacidad remoción mediana a alta, confiable Limpieza de sedimentos: 10 años

129 HIDROLOGÍA URBANA: MPM SISTEMA DE LAGUNA/HUMEDAL

130 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDALES PARA AGUA DE LLUVIA Humedal de detención extendida: Area de drenaje > 4 ha Area de humedal mínima = 1% área de drenaje Volumen extra de almacenamiento por sobre pantanos, lo que reduce espacio necesario

131 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDAL DE DETENCIÓN EXTENDIDA

132 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDALES PARA AGUA DE LLUVIA Humedal de bolsillo: Area de drenaje = 0,4 4,0 ha Capacidad remoción moderada, poco confiable Limpieza de sedimentos: 5 10 años Bajo PHVS

133 HIDROLOGÍA URBANA: MPM HUMEDAL DE BOLSILLO

134 Gracias A. Menéndez & M. Re - FIUBA