ManualBásicoSWMM

UNA UNAM FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA SA ITARIA Y AMBIENTAL

[MANUA BÁSICO SWM ]

MANUAL BÁSICO SWMM SWMM

Contenido 1.

INTRODUCCIÓ INTRODUCCIÓN N .............. ...................... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ ............. ............... .............. ............. ............. .............. .............. .......3 3 a.

2.

APLICACIONES APLICACIONES TÍPICAS DE SWMM..... SWMM............ .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ........... .... 3 DIBUJO DIBUJO DE OBJETOS............. OBJETOS.................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............... ................ .............. ...... 4

b.

CUENCAS CUENCAS ...... .............. ............... .............. ............ ............. ............... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. ............. ...... 4

c.

NUDOS DE VERTIDO VERTIDO ...... .............. ............... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .......... ... 5

d.

CONDUCCIONE CONDUCCIONESS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. ......... .. 5

3.

CARACTERÍST CARACTERÍSTICAS ICAS DE LOS ELEMENTOS ELEMENTOS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. ............ ..... 6 a.

PLUVIOMETRO PLUVIOMETRO .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. ........... .... 6 i.

SERIE TEMPORAL........... TEMPORAL.................. .............. .............. .............. .............. ............... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ ............ ....... 6

b.

CUENCAS CUENCAS ...... .............. ............... .............. ............ ............. ............... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. ............. ...... 7

c.

POZOS............ POZOS................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .......8 8 i.

APORTES APORTES .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. ............... ............... ......... .. 8

ii.

PATRONES PATRONES TEMPORALES TEMPORALES .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. ............... ............. ............ .............. ............... ............ .... 9

d.

VERTIDOS VERTIDOS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. .......... ... 10

e.

DEPÓSITOS DEPÓSITOS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. ............... ...............11 .......11

f.

CONDUCTOS.......... CONDUCTOS................. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ........... .... 12

4.

SIMULACIÓN.... SIMULACIÓN........... ............... ............... ............. .............. ............... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ............ ..... 15 a.

CARACTERÍSTI CARACTERÍSTICAS CAS DE LOS NUDOS .............. ..................... ............... ............. ............ ............... ............... .............. ............ ............. .............. ......15 15

b.

CARACTERÍSTI CARACTERÍSTICAS CAS EN LOS CONDUCTOS CONDUCTOS .............. ...................... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ .......... ..... 15

c.

AJUSTES DE ESCALAS.............. ESCALAS..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .......16 16

5.

DIAGR DIAGRAMA AMA DE FLUJO PARA PARA LA SOLUCI SOLUCIÓN ÓN DE CUALQUIER CUALQUIER CASO CASO ........ ........... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ...... .. 17

6.

EJEMPLO............. EJEMPLO.................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ........... .... 19 a.

REALIZ REALIZAR AR UNA REPRESE REPRESENTA NTACIÓ CIÓN N GRÁFICA GRÁFICA DEL PROBLEMA PROBLEMA ....... ........... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ...... .. 19

b.

OBTENCIÓN OBTENCIÓN DE ESCURRIMIENT ESCURRIMIENTOS OS MÁXIMOS MÁXIMOS Y MÍNIMOS........... MÍNIMOS.................. ............... .............. ............. ............. ...... 20

c.

ASIGNACIÓN ASIGNACIÓN DE DIÁMETROS DIÁMETROS .............. ...................... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ ............. ............... ..............20 .......20

d.

ASIGNACIÓN ASIGNACIÓN DE VALORE VALORESS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ......20 20

e.

¿CON ¿CON QUÉ CRIT CRITERI ERIO O SE DISEÑA DISEÑARÁ RÁ EL SISTEMA SISTEMA DE DE ALCANTAR ALCANTARILL ILLADO ADO?? ....... ........... ....... ....... ....... ...... ... 23 i.

OPTIMIZ OPTIMIZACI ACIÓN ÓN DE DIÁM DIÁMETRO ETROS; S; PENDIE PENDIENTE NTE IGUA IGUALL A LA DEL TERR TERRENO.. ENO..... ....... ....... ....... ........23 ....23

ii.

OPTIMIZ OPTIMIZACI ACIÓN ÓN DE EXCAVA EXCAVACIÓ CIÓN; N; PENDIENT PENDIENTEE MAYOR MAYOR A LA DEL TERRENO. TERRENO..... ....... ....... ....... ..... 27

|MODELO |MODELO DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES PLUVIALES 2


Contenido 1.

INTRODUCCIÓ INTRODUCCIÓN N .............. ...................... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ ............. ............... .............. ............. ............. .............. .............. .......3 3 a.

2.

APLICACIONES APLICACIONES TÍPICAS DE SWMM..... SWMM............ .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ........... .... 3 DIBUJO DIBUJO DE OBJETOS............. OBJETOS.................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............... ................ .............. ...... 4

b.

CUENCAS CUENCAS ...... .............. ............... .............. ............ ............. ............... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. ............. ...... 4

c.

NUDOS DE VERTIDO VERTIDO ...... .............. ............... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .......... ... 5

d.

CONDUCCIONE CONDUCCIONESS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. ......... .. 5

3.

CARACTERÍST CARACTERÍSTICAS ICAS DE LOS ELEMENTOS ELEMENTOS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. ............ ..... 6 a.

PLUVIOMETRO PLUVIOMETRO .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. ........... .... 6 i.

SERIE TEMPORAL........... TEMPORAL.................. .............. .............. .............. .............. ............... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ ............ ....... 6

b.

CUENCAS CUENCAS ...... .............. ............... .............. ............ ............. ............... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. ............. ...... 7

c.

POZOS............ POZOS................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .......8 8 i.

APORTES APORTES .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. ............... ............... ......... .. 8

ii.

PATRONES PATRONES TEMPORALES TEMPORALES .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. ............... ............. ............ .............. ............... ............ .... 9

d.

VERTIDOS VERTIDOS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. .......... ... 10

e.

DEPÓSITOS DEPÓSITOS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. ............... ...............11 .......11

f.

CONDUCTOS.......... CONDUCTOS................. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ........... .... 12

4.

SIMULACIÓN.... SIMULACIÓN........... ............... ............... ............. .............. ............... .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. ............ ..... 15 a.

CARACTERÍSTI CARACTERÍSTICAS CAS DE LOS NUDOS .............. ..................... ............... ............. ............ ............... ............... .............. ............ ............. .............. ......15 15

b.

CARACTERÍSTI CARACTERÍSTICAS CAS EN LOS CONDUCTOS CONDUCTOS .............. ...................... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ .......... ..... 15

c.

AJUSTES DE ESCALAS.............. ESCALAS..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. .............. .......16 16

5.

DIAGR DIAGRAMA AMA DE FLUJO PARA PARA LA SOLUCI SOLUCIÓN ÓN DE CUALQUIER CUALQUIER CASO CASO ........ ........... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ...... .. 17

6.

EJEMPLO............. EJEMPLO.................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ........... .... 19 a.

REALIZ REALIZAR AR UNA REPRESE REPRESENTA NTACIÓ CIÓN N GRÁFICA GRÁFICA DEL PROBLEMA PROBLEMA ....... ........... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ...... .. 19

b.

OBTENCIÓN OBTENCIÓN DE ESCURRIMIENT ESCURRIMIENTOS OS MÁXIMOS MÁXIMOS Y MÍNIMOS........... MÍNIMOS.................. ............... .............. ............. ............. ...... 20

c.

ASIGNACIÓN ASIGNACIÓN DE DIÁMETROS DIÁMETROS .............. ...................... ............... ............ ............ ............... ............... .............. ............ ............. ............... ..............20 .......20

d.

ASIGNACIÓN ASIGNACIÓN DE VALORE VALORESS .............. ..................... .............. ............. ............. .............. .............. .............. ............. ............. .............. .............. ............. ......20 20

e.

¿CON ¿CON QUÉ CRIT CRITERI ERIO O SE DISEÑA DISEÑARÁ RÁ EL SISTEMA SISTEMA DE DE ALCANTAR ALCANTARILL ILLADO ADO?? ....... ........... ....... ....... ....... ...... ... 23 i.

OPTIMIZ OPTIMIZACI ACIÓN ÓN DE DIÁM DIÁMETRO ETROS; S; PENDIE PENDIENTE NTE IGUA IGUALL A LA DEL TERR TERRENO.. ENO..... ....... ....... ....... ........23 ....23

ii.

OPTIMIZ OPTIMIZACI ACIÓN ÓN DE EXCAVA EXCAVACIÓ CIÓN; N; PENDIENT PENDIENTEE MAYOR MAYOR A LA DEL TERRENO. TERRENO..... ....... ....... ....... ..... 27



MANUAL BÁSICO PARA EL SOFTWARE “EPA EPA SWMM SWMM”” VERSIÓN 5 (M ODELO DE DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES) 1. IN INTR TROD ODUC UCCI CIÓN ÓN El Storm Water Management Management Model (modelo de gestión gestión de aguas pluviales) pluviales) de la EPA (SWMM) (SWMM) es un modelo dinámico de simulación de precipitaciones, precipitaciones, que se puede utilizar para un único acontecimiento 0 para realizar una simulación continua continua en periodo periodo extendido. El programa permite simular tanto tanto la cantidad como la calidad del agua evacuada, evacuada, especialmente en alcantarillados urbanos. El módulo de escorrentía escorrentía o hidroló hidrológico gico de SWMM SWMM funciona funciona con una serie de cuencas en las cuales cae el agua de lluvia lluvia y se genera la escorrentía. escorrentía. El módulo de transporte transporte o hidráulic hidráulico o de SWMM analiza analiza el recorrid recorrido o de estas aguas aguas a través de d e un sistema compuesto por tuberías, canales, dispositivos dispositivos de almacenamiento y tratamiento, tratamiento, bombas y elementos reguladores. reguladores. Asimismo, SWMM es capaz de seguir la evolución de la cantidad y la calidad del agua agua de escorrentía de cada cuenca, así como como el caudal, el nivel nivel de agua en los pozos o la calidad del agua en cada tubería y canal durante una simulación compuesta por múltiples intervalos de tiempo. Este software es publicado por la EPA para la modelación de sistemas de alcantarillado, alcantarillado, ya sea solo pluvial o sanitario, sanitario, o en su caso combinados (casos más comunes). Este programa es muy similar al software de abastecimiento de agua potable de la EPA (EPANET). Este manual se realizó con la ayuda ayuda del mismo manual que la EPA tiene tiene en su sitio web, web, aunque existe una versión en español que fue traducida por “Grupo Multidisciplinar de Modelación de Fluidos” así como el mismo software fue modificado para que los comandos y acciones sean en español.

a. APL APLICA ICACIO CIONES NES TÍPI TÍPICA CASS DE SWMM SWMM Desde su aparición, SWMM se ha utilizado en miles de redes de evacuación de aguas tanto residuales como pluviales. Entre las aplicaciones típicas se pueden mencionar: Diseño y dimensi dimensionami onamiento ento de component componentes es de la red de drenaje drenaje para para ► Diseño prevenir inundaciones ► Dimensionamiento de estructuras de retención y accesorios correspondientes

para el control de inundaciones y protección de la calidad de las aguas ► Delimitación de zonas de inundación en barrancos y cauces naturales ► Diseño de estrategias de control de la red para minimizar el número de descargas

de sistemas unitarios ► Evaluación del impacto de aportes e infiltraciones en las descargas de

sistemas de evacuación de aguas residuales residuales ► Generar cargas de fuentes contaminantes no puntuales para estudios de

acumulación de residuos ► Evaluar la eficacia de las BMPs para reducir las cargas contaminantes durante una


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM tormenta

2. DIBUJO DE OBJETOS Antes de iniciar a dibujar los elementos hay que modificar algunos aspectos del software: dar click con el botón derecho del mouse sobre cualquier parte del mapa, seleccionar opciones y ajustar la siguiente configuración:

b. CUENCAS a) En primer lugar seleccionar mediante el ratón la opción “subcuenca” de la Barra de Objeto. En el caso de que esta barra de herramientas no está visible debe seleccionarse la opción Ver Barras de Herramientas Objeto. Nótese como al seleccionar la opción de Cuencas el cursor del ratón se modifica y adquiere el aspecto de un lápiz. b) Mover el ratón al punto del mapa donde se desea insertar una de las esquinas de la cuenca C-l y pulsar el botón izquierdo del ratón. c) Realizar el mismo procedimiento para las siguientes dos esquinas y finalmente pulse el botón derecho del ratón (o bien p ulse la tecla Enter) para cerrar el rectángulo que representa a la citada cuenca C-l. En cualquier momento puede presionarse la tecla Esc si se desea cancelar la cuenca parcialmente dibujada y comenzar de nuevo con el dibujo de la misma. N o debe suponer un problema que el aspecto y la posición de la cuenca dibujada no sean exactamente los deseados. Posteriormente se mostrará como modificar tanto la posición como el aspecto. d) Para modificar el aspecto de la cuenca (modificar la forma para que sea rectangular, cuadrada, trapecial, etc.) seleccionar la cuenca, dar seleccionar la opción “seleccionar vértice” entonces la cueca accionara a cada vértice un punto a modificar de posición libremente.

|MODELO DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES 4


c. NUDOS DE VERTIDO 1. Para comenzar a añadir nudos, seleccione el botón en la Barra de Objeto.

“conexión” mediante el ratón

2. Mover el ratón a la posición donde se debe insertar el nudo P-l y pulsar el botón izquierdo del ratón. Realizar el mismo procedimiento para los nudos P-2 a P-4. 3. Para añadir una Descarga (o punto de Vertido), seleccione el botón “vertido” en la Barra de Objeto, desplace el ratón al punto de localización del vertido en el mapa y pulsar el botón izquierdo del ratón. Nótese como el nudo de vertido recibe de forma automática el nombre D-l.

d. CONDUCCIONES A continuación se añaden los conductos del sistema de drenaje que conectan entre sí los diferentes nudos del sistema. (Antes de crear cualquier línea es necesario tener creados previamente los nudos extremos de la misma). Para ello se comienza con el conducto T-l que conecta los nudos J-l y J-2. 1.

Seleccionar el botón “conducto” en la Barra de Objetos. El cursor del ratón cambia de aspecto representando una cruz.

2.

Seleccione con un click del ratón sobre el nudo P-l. Nótese como el cursor del ratón se modifica y adquiere el aspecto de un lápiz.

3.

Mover el ratón hacia el nudo P-2 (nótese como mientras se desplaza el ratón se dibuja una línea representando la futura conducción que se está dibujando) y pulse el botón izquierdo del ratón para crear la conducción. En cualquier momento puede cancelarse esta operación, bien mediante el botón derecho del ratón, bien mediante la techa Esc.

Aunque todas las conducciones de nuestro ejemplo se representan como líneas rectas, es posible dibujar líneas con curvas o vértices. Para ello no hay más que ir definiendo los diferentes vértices que definen el trazado de la conducción con el b otón izquierdo del ratón antes de seleccionar el nudo final de la conducción.



3. CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS a. PLUVIOMETRO Nombre Coordenada x Coordenada y Descripción Marca Formato de lluvia

Intervalo de lluvia Factor de nieve Origen de datos

Nombre de la serie

Nombre del archivo No. Estación Unidades de lluvia

Nombre del pluviómetro Ubicación horizontal en el mapa Ubicación vertical en el mapa Descripción adicional Etiqueta opcional para clasificar Formato de lluvia de los datos proporcionados: INTENSITY (hietograma): cada valor de precipitación es la intensidad media de la lluvia (en mm/h) a lo largo del intervalo registrado. VOLUMEN (pluviograma): cada valor de precipitación es el volumen de lluvia que se registro durante un cierto intervalo (en mm) CUMULATIVE (pluviograma acumulado): cada valor de precipitación representa la precipitación acumulada desde el inicio de la lluvia (en mm) Intervalo de tiempo que transcurrió entre lecturas del pluviómetro en formato decimal o como hh:mm Factor que corrige las lecturas debidas a nieve en el pluviómetro Fuente de datos de la lluvia: TIME SERIES: serie temporal suministrada por el usuario. FILE: archivo externo de datos. SERIE TEMPORAL Nombre de la serie temporal con los datos de lluvia si el origen de los datos es una serie temporal. (dejar en blanco si no es el caso) ARCHIVO Nombre del archivo que contiene los datos de lluvia Identificados de la estación donde está el pluviómetro cuyos datos se van a utilizar Unidades en que están expresados los datos de la lluvia del archivo (mm o in)

i. SERIE TEMPORAL Para que un pluviómetro trabaje correctamente será necesario agregar una serie temporal o bien un archivo externo que contenga los datos de lluvia, el procedimiento para generar una serie temporal se explica a continuación: a) En el menú de datos seleccionar serie temporal b) Llenar la siguiente tabla con los datos que requiere el software  c) Nombre: Nombre de la serie temporal. d) Descripción: Comentario o descripción opcional sobre qué representa la serie. (Pulse lü para abrir un editor de texto si necesita más de una línea en el comentario). e) Columna Fecha: Fecha opcional (en formato |MODELO DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES 6

MANUAL BÁSICO SWMM SWMM mes/día/año) de los valores para la serie temporal (sólo necesario en valores que corresponden a una nueva fecha) f) Columna Hora: Si se utiliza la fecha, introduzca la hora en formato militar (horas: minutos u horas decimales). Si no se utiliza la fecha introduzca el tiempo transcurrido en horas desde el principio de la simulación. g) Valores: Los valores numéricos de la serie temporal.

b. CUENCAS Nombre Coordenada x Coordenada y Descripción Marca Pluviómetro Descarga Área Ancho Pendiente (%) Área impermeable (%) Coef. N (impermeable) Coef. N (permeable) Alm. Dep (impermeable) Alm. Dep (permeable) % Área impermeable sin Alm. Dep. Flujo entre subáreas

% Escorrentía transportada Infiltración Aguas subterráneas Capa de nieve Usos de suelo Acumulación inicial

Longitud del cauce

Nombre de la cuenca Ubicación horizontal en el mapa Ubicación vertical en el mapa Descripción adicional Etiqueta opcional para clasificar Nombre del pluviómetro asociado a la cuenca Nombre del nudo o subcuenca que recibirá el escurrimiento de la cuenca actual Área de la cuenca (hectáreas o acres) Ancho característico del flujo debido al escurrimiento superficial (en m) Pendiente de la cuenca Porcentaje de la cuenca cuyo suelo es impermeable Coeficiente de Manning para el flujo superficial sobre el área impermeable de la cuenca Coeficiente de Manning para el flujo superficial sobre el área permeable de la cuenca Altura de almacenamiento en depresión sobre el área impermeable de la cuenca Altura de almacenamiento en depresión sobre el área permeable de la cuenca Porcentaje de suelo impermeable que no presenta almacenamiento en depresión Selección del sentido del flujo interno entre las áreas impermeable y permeable de la cuenca: IMPERV.: flujo desde permeable hacia permeable. PERV.: flujo de impermeable a permeable. OUTLET.: ambas áreas aportan directamente a la descarga. Porcentaje de escurrimiento entre las distintas áreas Opciones de edición de los parámetros de infiltración Opciones de edición de los parámetros del flujo subterráneo de la cuenca Nombre del conjunto de parámetros de nieve asignados a la cuenca Opciones de edición de los parámetros de uso del suelo Opciones de edición de los parámetros de cantidades iníciales de acumulación de contaminantes sobre la cuenca Longitud total de cuencas o cauces en la cuenca (en m). Se utiliza cuando la acumulación de contaminantes se define por unidad de longitud del cauce


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Nota: Para ejemplos de diseño de alcantarillado sanitario, las cuencas tendrán el área de la población sólo que al agregar la serie temporal, no se registrarán datos de lluvia. (Caso contrario que ejemplos de alcantarillado pluvial o combinado)

c. POZOS Nombre Coordenada x Coordenada y Descripción Marca Aportes

Tratamiento

Cota de fondo Profundidad máxima Nivel inicial Altura de sobrepresión

Área de inundación

Nombre del pozo Ubicación horizontal en el mapa Ubicación vertical en el mapa Descripción adicional Etiqueta opcional para clasificar Opciones de edición de los parámetros de aportes (véase el subíndice i) Opciones de edición de los parámetros de tratamiento de contaminantes en la conexión Cota del fondo del pozo Tirante máximo de agua dentro del pozo Tirante del agua al inicio de la simulación Altura adicional de agua por encima del máximo antes de que aparezca la inundación (en m). Se utiliza para simular pozos con tapa soldada o cubierta Área ocupada por el agua acumulada sobre la conexión en caso de inundación (en m2)

i. APORTES En este software los aportes debidos a una población se ingresan mediante el aporte de los pozos, ya que el manejo de cuencas como cuadrantes de población es muy complicado y no aplican los mismos criterios, por consiguiente el ap orte se realizará de la siguiente manera: Dentro del menú de opciones del pozo seleccionar aportes y dar click en


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Se abrirá la siguiente ventana:

Si el pozo seleccionado tiene más de un aporte, entonces se dividirán de la siguiente manera. En la pestaña de Tiempo Seco en la opción de Valor Medio se introduce el aporte 1 que tiene el pozo; en la pestaña de Directo de igual manera en la opción de se introduce el aporte 2 que tiene el pozo. Existe otra forma de asignar un aporte múltiple a un pozo, este es que se sumen ambos aportes y se coloque la cantidad resultante como el valor medio (Esta explicación quedará mejor demostrada con el ejemplo) Si la cuenca de población descarga directamente en un pozo es necesario asignar a la cuenca el pozo seleccionado.

ii. PATRONES TEMPORALES Para el correcto diseño de un sistema de alcantarillado se deben introducir los valores de la curva de comportamiento del aporte que presenta una población, estos datos se introducen de la siguiente manera: a) En el menú Datos seleccionar patrones temporales b) Llenar la siguiente tabla con los datos requeridos por el software c) Nombre: Introduzca el nombre asignado al patrón temporal. d) Tipo: Seleccione el tipo de patrón temporal que se está editando. e) Descripción: Comentario o descripción opcional para el patrón de tiempo. (Pulse la para abrir un editor de texto si necesita más de una línea en el comentario). f) Multiplicadores: Introduzca un valor para cada coeficiente.



El número y significado de los coeficientes cambia en función del tipo de patrón temporal seleccionado: MONTHLY DAILY HOURLY WEEKEND

MENSUAL SEMANAL DIARIO (LABORABLE) DIARIO (FIN DE SEMANA)

12 coeficientes, uno para cada mes del año 7 coeficientes, uno para cada día de la semana 24 coeficientes , uno para cada hora desde las 00:00 horas hasta las 23:00 24 coeficientes, Como el patrón HOURLY, pero aplicado sólo a los fines de semana

d. VERTIDOS Los nudos de vertido son los puntos finales de una red de alcantarillado ya que en este punto se descarga el aporte de los conductos, a su vez un punto de vertido puede tener aportes como un pozo. Nombre Coordenada x Coordenada y Descripción Marca Aportes Tratamiento

Cota de fondo Compuerta anti retorno Tipo

Nivel de vertido Nombre curva marea

Nombre de la serie temporal

Nombre del vertido Ubicación horizontal en el mapa Ubicación vertical en el mapa Descripción adicional Etiqueta opcional para clasificar Opciones de edición de los parámetros de aportes (series temporales) Opciones de edición de los parámetros de tratamiento de contaminantes en la conexión Cota del fondo del vertido YES si existe compuerta, NO si es el caso contrario Condición del entorno de la descarga: FREE: Nivel de descarga determinado por el mínimo entre el calado crítico y el calado uniforme del conducto. NORMAL: Nivel de descarga basado en el calado uniforme del conducto. FIXED: Nivel de descarga constante. TIDAL: Nivel de descarga dado por una curva de nivel de la marea a cada hora del día. TIMESERIES: Nivel de descarga a un nivel aportado en forma de serie temporal. Vertido a nivel fijo Nivel del agua fijo para descarga de tipo FIXED (en m) Vertido contra marea Nombre de la curva que representa el nivel de agua a cada hora del día para descargas del tipo TIDAL Vertido variable en el tiempo Nombre de la serie temporal con los datos de nivel de agua para descargas de tipo TIMESERIES



e. DEPÓSITOS Nombre

Nombre del depósito

Coordenada x Coordenada y Descripción Marca Aportes

Ubicación horizontal en el mapa Ubicación vertical en el mapa Descripción adicional Etiqueta opcional para clasificar Opciones de edición de los parámetros de aportes (series temporales) Opciones de edición de los parámetros de tratamiento de contaminantes en el depósito Cota de fondo del depósito (en m) Profundidad en el depósito (medido desde la cota del terreno en m) Nivel del agua al comienzo de la simulación (en m) Área ocupada por el agua acumulada sobre la conexión en caso de inundación (en m2) Fracción del potencial de evaporación que se está utilizando para la superficie del agua en el depósito Opciones de edición de los parámetros de infiltración en el fondo del depósito Método para describir la geometría del depósito: FUNCTIONAL: La geometría sigue la función:

Tratamiento

Cota de fondo Nivel máximo Nivel inicial Área de inundación Factor de evaporación

Infiltración

Curva de almacenamiento

Área = (A*(NIVEL) B ) + C.

TABULAR: La geometría se describe mediante una curva de área-nivel del agua. Curva definida por función Coeficiente Valor de A en la función Exponente Valor de B en la función Constante Valor de C en la función Curva definida por tabla Nombre de la Nombre de la curva que describe la curva geometría de los depósitos con geometría de tipo TABULAR



f. CONDUCTOS Nombre Coordenada x Coordenada y Descripción Marca Forma Longitud Coef. Manning Desnivel entrada Desnivel salida Caudal máximo

Coef. Perd. Entrada Coef. Perd. Salida Coef. Perd. medio Compuerta antirretorno

Nombre del conducto Ubicación horizontal en el mapa Ubicación vertical en el mapa Descripción adicional Etiqueta opcional para clasificar Opciones de edición de los parámetros de la sección del conducto Longitud de la conducción (en m) Coeficiente de Manning del material de la conducción Desnivel entre la cota de fondo del pozo inicial y el inicio de la conducción Desnivel entre la cota de fondo del pozo final y el fina de la conducción Máximo caudal permitido en la simulación mediante Onda Dinámica en condiciones de sobrecarga (en unidades de gasto) Coeficiente de pérdidas menores debidas a la entrada de la conducción Coeficiente de pérdidas menores debidas a la salida de la conducción Coeficiente de pérdidas menores a lo largo de la conducción YES: la conducción cuenta con compuerta antirretorno. NO: La conducción no dispone de compuerta.

Nota: los conductos en este software tienen una función indispensable que es el desnivel de entrada y salida, esto se refiere a la distancia entre la el fondo del pozo (punto más profundo del pozo) y el punto más bajo del conducto, esta distancia es de suma importancia ya que es bastante útil cuando dos o más conductos llegan a un mismo pozo y funciona para variar la pendiente de cada tramo de forma independiente.


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM A continuación se muestra una tabla con las formas de conductos con las que cuenta este software en la base de datos:

Nota: cabe destacar que todas las secciones se comportan como canales y que para el programa nunca trabajarán como tubería a presión a menos que se le indique.



PENDIENTES MÁXIMAS Y MÍNIMAS

CALCULADAS DIÁMETRO NOMINAL EN CM.

MÁXIMA V=3 M/S A TUBO LLENO

MÍNIMA V=0.6 M/S A TUBO LLENO

PENDIENTE RECOMENDABLE PARA PROYECTOS (MILÉSIMOS)

PENDIENTE (MILÉSIMOS)

GASTO (L/S)

PENDIENTE (MILÉSIMOS)

GASTO (L/S)

MÁXIMA

MÍNIMA

20

82.57

94.24

3.3

18.85

83

4

25

61.32

147.26

2.45

29.45

61

2.5

30

48.09

212.06

1.92

42.41

48

2

38

35.09

340.23

1.4

68.05

35

1.5

45

28.01

477.13

1.12

95.43

28

1.2

61

18.67

876.74

0.75

175.35

19

0.8

76

13.92

1360.93

0.56

272.19

14

0.6

91

10.95

1951.16

0.44

390.23

11

0.5

107

8.82

2697.61

0.35

539.52

9

0.4

122

7.41

3506.96

0.3

701.39

7.5

0.3

152

5.53

5443.75

0.22

1088.75

5.5

0.3

183

4.31

7890.66

0.17

1578.13

4.5

0.2

213

3.52

10689.82

0.14

2137.96

3.5

0.2

244

2.94

14027.84

0.12

2805.57

3

0.2

Tabla 1

Colchón mínimo para los diferentes conductos: Diámetro (m) D ≤ 0.45

Colchón mín. (m) 0.9

0.45 < D ≤ 1.07

1

1.07
1.5



4. SIMULACIÓN El propósito de este software es realizar una simulación para observar el comportamiento que tendrá el sistema de alcantarillado planteado durante un periodo de tiempo indicado, a continuación se explica el procedimiento para realizar dicha simulación. a) Corroborar que se han ingresado los datos necesarios en las cuencas, nudos y conductos. b) Se da click en “calcular” y el software realizará los cálculos necesarios para llevar a cabo la simulación, cuando esta lista la simulación aparecerá la siguiente ventana.  c) Se recomienda no aceptar resultados de cálculo hidráulico mayor al 10%. Con esto se tiene realizada la simulación del sistema en un tiempo determinado, ahora bien para observar los resultados obtenidos en la pantalla, hay que seleccionar la pestaña de Mapa. 

a. CARACTERÍSTICAS DE LOS NUDOS En las opciones de nudo se despliega un menú con las características que se presentan en cada nudo: a) b) c) d) e) f) g)

Cota: Nivel de la cota de cada nudo. Nivel: Altura del agua dentro del pozo. Altura: Nivel de la cota dentro del pozo (con agua). Volumen: volumen en m3 del pozo. Aporte lateral: El aporte individual de cada pozo. Aporte total: Aporte final que recibe el pozo. Inundación: Cantidad de agua que inunda el pozo.

b. CARACTERÍSTICAS EN LOS CONDUCTOS En las opciones de líneas se despliega un menú con las características que se presentan en cada conducto: a) b) c) d) e) f) g) h)

Profundidad: Diámetro del conducto. Coef. Manning: Valor de n para el conducto. Pendiente: % de pendiente del conducto. Caudal: Gasto que circula por el conducto. Nivel: Tirante dentro del conducto. Velocidad: Velocidad dentro del conducto. Nº de Froude: Número de Froude dentro del conducto. Capacidad: % de lleno del conducto.



c. AJUSTES DE ESCALAS Al realizar modificaciones en los campos antes mencionados, estas se observarán en la pantalla con la variación de colores de nudos y conductos, así como también aparecerán escalas donde se presentan los colores y sus respectivos valores como se explica a continuación: Estas escalas indican los rangos en los q se encuentran los valores de cada elemento, se pueden modificar si los valores están fuera de estos rangos. 

Para modificar la escala hay que dar click (derecho) sobre ella, aparecerá la siguiente ventana  Dar click en la opción de Escala Automática y con esto se modifican los valores de la escala para que los elementos se encuentren dentro de estos rangos. Dentro de este menú se puede cambiar el color de los rangos.



5. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA SOLUCIÓN DE CUALQUIER CASO Este diagrama de flujo representa de forma fácil y concreta los pasos a seguir para realizar de forma correcta el diseño de cualquier sistema de alcantarillado. Hacer representación gráfica del problema

Obtener escurrimientos mín. y máx. Definir diámetros. Asignar los valores a cada tramo, así como Fijar la altura del pozo inicial de cada tramo. Prof máx= colchón mín + diámetro + desnivel

Optimización de Diámetros. Pendiente igual a la del terreno.

¿Con qué criterio se diseñará el sistema de alcantarillado?

Proponer la pendiente plantilla mayor a la del terreno, o bien si ya se propuso una pendiente de plantilla aumentar el valor.

¿Es la primera iteración con este diámetro? No

Optimización de Excavación

Si

Aumentar el diámetro

Definir con base en la altura del pozo y la cota del terreno, las cotas de fondo de cada pozo; ajustando el desnivel de salida de los conductos previos (para no afectar la pendiente)

Realizar la simulación en condiciones máximas



¿Existe inundación?

Si

No

¿La velocidad es menor a 5 m/s?

No

Si

Disminuir diámetro o pendiente según corresponda

¿Se cambio diámetro o pendiente debido a inundación o exceso

No

Si Realizar la simulación en condiciones mínimas Si

Aumentar la pendiente o disminuir el diámetro según corresponda hasta que la velocidad en cada tramo sea mayor o igual a 0.3 m/s

No

¿La velocidad es mayor o igual a 0.3 m/s?

Fin de la o timización. |MODELO DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES 18


6. EJEMPLO Para ayudar al lector con la compresión y funcionamiento de cada elemento con los que cuenta el software, se explicará con el siguiente ejemplo:

a. REALIZAR UNA REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL PROBLEMA



b. OBTENCIÓN DE ESCURRIMIENTOS MÁXIMOS Y MÍNIMOS Estos datos se obtienen de la forma convencional, que se enseña en el curso de alcantarillado, ya que son de suma importancia para asignar valores a los distintos elementos del programa. Cotas terreno Tramo

A-C B-C C-D

Habitantes propios del tramo

Habitantes que aportan al tramo

55000 0 65000

89564

233000 377564

Habitantes a los que sirve el tramo

Q propio [L/s]

Q med [L/s]

Q min [L/s]

QMI [L/s]

QME [L/s]

216.435 568.886 284.443 1234.483 1851.724 233000 0.000 916.898 458.449 1989.669 2984.503 442564 255.787 1741.571 870.786 3779.210 5668.815 144564

Inicial

Final

Longitud [m]

85 83 82

82 82 80

350 85 405

Tabla 2 Una vez que se cuenta con los datos de los escurrimientos, gastos, longitudes y cotas del terreno, se procede al siguiente paso.

c. ASIGNACIÓN DE DIÁMETROS Este paso es muy sencillo ya que con la ayuda de la Tabla 1 se asignan los diámetros necesarios en base a los datos de gastos, los resultados de este paso para el ejemplo son los siguientes: Tramo

A-C B-C C-D Tabla 3

QME local (L/s)

Qmin local (L/s)

diámetro (m)

1851.724 2984.503 5668.815

284.443056 458.449074 870.785648

0.91 1.07 1.83

d. ASIGNACIÓN DE VALORES En este punto se ocupan los datos anteriores como son diámetros, gastos, cotas del terreno, longitudes de cada tramo. En la Tabla 2 se presentan los datos generales del problema, para asignar a cada nudo y conducto en cuestión. A los nudos hay que asignar los siguientes datos:  

Cota de fondo Gasto o aporte (depende de las condiciones en las que se encuentre máximas o mínimas)

Nota: Cabe destacar que el aporte en nudos que reciben gastos anteriores el aporte del nudo será solamente el gasto local del nudo (restando los gastos acumulados) |MODELO DE GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES 20

MANUAL BÁSICO SWMM SWMM A continuación se muestra como asignar los valores a los nudos: Para el nudo A:

Así como se asignaron los valores a los nudos, habrá de hacerse lo mismo c on los conductos, para esto se necesitan los siguientes datos: Longitud Diámetro Desnivel inicial (comúnmente este valor el cero) Desnivel final (depende de las condiciones en las que se requiere la pendiente del tramo) Coeficiente de rugosidad Sección del tramo Nota: Cuando se trata de sistemas de alcantarillado pequeños (menos de 20 nudos) se puede optimizar el sistema con las cotas de terreno y al final de la optimización cambiar la cota de fondo de cada pozo para que cada tramo tenga el colchón mínimo, o bien para sistemas grandes (más de 20 nudos)lo recomendable es colocar la altura del pozo de cada tramo considerando el colchón mínimo que requiere el conducto.


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM A continuación se presenta un ejemplo de la forma en la que se agregan los datos al software en un conducto. Para el conducto A-C:

Una vez que se asignaron los valores correspondientes a cada elemento se llega a la siguiente imagen:



e. ¿CON QUÉ CRITERIO SE DISEÑARÁ EL SISTEMA DE ALCANTARILLADO? Para garantizar un correcto diseño del sistema de alcantarillado habrá que conocer la zona estratigráfica, esto con el motivo de conocer que nos conviene más; si aumentar diámetros por la dificultad en excavaciones, o bien aumentar la pendiente de cada tramo para evitar mayores gastos en aumentar las dimensiones del conducto. En el diagrama de flujo este punto es un parte aguas para el diseño por lo que se explicará cada situación por separado:

i. OPTIMIZACIÓN DE DIÁMETROS; PENDIENTE IGUAL A LA DEL TERRENO. Como su nombre lo indica habrá que proponer la pendiente igual a la del terreno por lo que el diámetro, colchón mínimo, altura del pozo, etc; Pasan a segundo término ya que serán constantes. Bien como el diagrama de flujo lo indica hay que definir la altura de cada pozo y proceder a la simulación en condiciones máximas:

Como se observa en la simulación se presenta inundación en el nudo A por lo que habrá que aumentar el diámetro del tramo A-C de 0.91 m a 1.07 m y se realiza la simulación:



Como ya no se presento inundación se procede a revisar las velocidades:

Como las velocidades máximas son menores a 5 m/s se procede a la optimización, esto se realiza de manera muy sencilla, ya que consiste en disminuir el diámetro a la dimensión inferior, esto quedaría de la siguiente manera:


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Ya que se cambiaron los diámetros se realiza la simulación:

Como se observa se presenta inundación en el nudo B por lo que hay que regresar al diámetro anterior en el conducto B-C.

Ahora bien con esto se puede proceder a revisar el sistema en condiciones mínimas ya que en condiciones máximas ya ha sido optimizado.


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Sustituyendo los aportes de cada nudo por los aportes en condiciones mínimas se obtiene lo siguiente:

El paso siguiente es revisar la velocidad que se presenta en cada tramo en condiciones mínimas y que esta sea mayor a 0.3 m/s

Como se observa la velocidad cumple con los parámetros establecidos y con esto se concluye el diseño del sistema por el método de optimización de diámetros.


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Por último al definir los diámetros correctos, y la pendiente (igual al terreno) se procede a calcular la profundidad real del pozo ya que se debe dejar el colchón mínimo, quedando como se muestra:

ii. OPTIMIZACIÓN DE EXCAVACIÓN; PENDIENTE MAYOR A LA DEL TERRENO Este método presenta mayor dificultad que el método anterior, pues ya que en este lo que se debe variar es el desnivel de salida del tramo en cuestión, ya sea para aumentar o disminuir la pendiente. Bien este método de optimización inicia según el diagrama de flujo con proponer un valor de pendiente mayor a la del terreno, quedando como se muestra en la tabla:

Tramo A-C B-C C-D Tabla 4

Pendientes Terreno Plantilla 8.57142857 9 11.7647059 12 4.9382716 5

Ahora bien ya que se eligió un valor para la pendiente de plantilla lo siguiente es cambiar la representación gráfica para que se presenten las pendientes de plantilla propuestas ya que inicialmente se tienen los valores de la pendiente del terreno, después de realizar los cambios queda como la siguiente imagen:



Como se observa cada tramo tiene la pendiente de plantilla propuesta en la Tabla 4, cabe destacar que el pozo C recibe dos tramos, entonces la cota de fondo del pozo es la del conducto con mayor profundidad (que en este caso e s el tramo A-C) y el conducto con menor profundidad se calcula el valor del desnivel para que la pendiente de dicho tramo sea igual a la propuesta (en este caso el desnivel de salida del tramo B-C es de 13 cm) Una vez que se han modificado las pendientes de cada tramo se realiza la simulación para observar los siguientes resultados:

Como se observa no se presenta inundación y la velocidad es menor a 5 m/s por lo que habrá que optimizarse el sistema de la forma en la que lo indica el diagrama de flujo que es de la siguiente manera: Ya que en ningún momento se presento inundación o exceso de velocidad se reduce la pendiente, en este ejemplo ya se propuso la pendiente del terreno (en la optimización de


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM diámetros) por lo que se propone que la pendiente sea menor a la del terreno, quedando de la siguiente manera:

Tramo A-C B-C C-D

Pendientes Terreno Plantilla 8.57142857 8 11.7647059 11 4.9382716 4

Ahora bien ya que se cambiaron los valores de la pendiente de plantilla de cada tramo a otros menores a la pendiente del terreno, se realiza la simulación:


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Como los valores de inundación son cero y la velocidad es bastante menor a 5 m/s se repite el paso anterior que es disminuir la pendiente de cada tramo como sigue:

Tramo A-C B-C C-D

Pendientes Terreno Plantilla 8.57142857 7 11.7647059 10.5 4.9382716 3

Ya que se modificaron los valores de la pendiente de plantilla se realiza la simulación quedando lo siguiente:


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Como se observa los valores propuestos para la pendiente de plantilla se presenta inundación en el nudo B por lo que se regresa al valor anterior de pendiente de plantilla, los otros tramos se quedan con el mismo valor ya que no presentaron problemas de inundación ni de exceso de velocidad, quedando como la siguiente imagen:

Una vez realizados los cambios en la pendiente de plantilla del tramo en conflicto se realiza una última simulación para corroborar que el sistema funcione adecuadamente:


MANUAL BÁSICO SWMM SWMM Como se observa no se presenta inundación en ningún nudo y la velocidad es menor a 5 m/s con lo cual se realiza una revisión del sistema en condiciones mínimas:

Ya que se comprobó que en condiciones mínimas cumple con la velocidad mayor a 0.3 m/s se concluye que el sistema esta optimizado por este método. Por último habrá que modificar los valores de profundidad de cada pozo para que se coloque el valor del cochón mínimo a cada tramo quedando el sistema como se muestra:

Nota: Como se observa el mismo ejemplo fue optimizado por ambos métodos por lo que se puede hacer una combinación de ambos para optimizarlo por completo esto se puede hacer disminuyendo diámetros y a su vez aumentar la pendiente de plantilla de cada tramo.


ManualBásicoSWMM

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