Blogs
MÓDULO RUNOFF Y LA MODELACIÓN DE FENÓMENOS DE TRANSFORMACIÓN LLUVIA – ESCORRENTÍA
- 4 marzo, 2024
- Categoria: Noticias
El modelo RUNOFF tiene por función simular los fenómenos de transformación lluvia – escorrentía de una cuenca y la entrada de hidrogramas en la red de drenaje. Para ello, la cuenca se divide en un número determinado de subcuencas, cada una de las cuales genera su propia escorrentía que acaba introduciendo a la red por un determinado punto o nodo de entrada, que equivale a un imbornal en la mayoría de casos.
El bloque RUNOFF se usa para el cálculo de la escorrentía producida por la lluvia en cada una de las subcuencas en las que se decide dividir la cuenca, y su salida de resultados, en forma de hidrogramas de entrada en ciertos puntos, puede ser usada por los siguientes módulos.
Los cálculos de la escorrentía están basados en un modelo de depósitos modificado con la onda cinemática. El modelo divide cada subcuenca en una zona permeable sin retención superficial, otra impermeable sin retención y una última zona permeable con retención, en función de los porcentajes de impermeabilidad y de retención introducidos. La escorrentía es generada aproximando el funcionamiento de cada una de estas zonas a un depósito no lineal esquematizado en la Figura 1.
El caudal de salida responde a la siguiente ecuación:
donde:
Q: caudal de salida de la subcuenca, [m3 /s].
W: ancho de la subcuenca, [m].
n: coeficiente de rugosidad de Manning.
p: profundidad del agua, [m].
pp: profundidad de retención superficial, [m].
S: pendiente.
La ecuación del depósito no lineal se establece resolviendo el sistema de ecuaciones que constituyen la ecuación de continuidad y la ecuación de Manning.
La continuidad para cada subcuenca es:
donde
V: volumen de agua en la subcuenca (V=A·p), [m3 ].
p: profundidad del agua o calado, [m].
t: tiempo, [s].
A: superficie de la subcuenca, [m2 ].
i: lluvia neta (precipitación menos infiltración y evaporación), [m/s].
Q: caudal de salida de la subcuenca según [4.1], [m3 /s].
Las dos ecuaciones anteriores se combinan para dar lugar a la ecuación diferencial, no lineal, para el calado
Esta ecuación se resuelve mediante un esquema en diferencias finitas de Newton-Raphson, para cada incremento de tiempo. Por este motivo, es conveniente evitar divisiones de la cuenca de estudio en subcuencas de pocos metros cuadrados y con incrementos de tiempo largos (varios minutos), para prevenir problemas de convergencia del esquema.
Los datos de entrada (inputs) requeridos por el módulo RUNOFF son:
1. Datos meteorológicos. Descripción del evento (o eventos) de lluvia; por ejemplo, mediante datos de intensidades de lluvia en intervalos fijados de tiempo y duración total (hietograma). También podrían introducirse espesores y características de la capa de nieve.
2. Características de las subcuencas. Debe introducirse la siguiente información:
▪ Asignación de un hietograma (evento de lluvia) a cada subcuenca.
▪ Número de identificación de la subcuenca.
▪ Identificación del lugar por donde drena la subcuenca, que puede ser un sumidero (nodo de entrada a la red de drenaje) o un canal en superficie. Los sumideros pueden ser compartidos por varias subcuencas.
▪ Ancho de la subcuenca.
▪ Área de la subcuenca.
▪ Pendiente media de la subcuenca.
▪ Coeficiente de rugosidad de Manning de las zonas permeables e impermeables.
▪ Volumen de almacenamiento o retención en la zona permeable e impermeable.
▪ Parámetros de infiltración, según la ecuación de Horton (aunque también es posible usar la formulación de Green-Ampt):
fp: capacidad de infiltración.
fo: capacidad de infiltración inicial.
f∞: capacidad de infiltración del suelo saturado.
α: coeficiente de reducción de la infiltración.
t: tiempo desde el inicio de la lluvia.
3. Características de los canales de drenaje. Son los canales por los que cada subcuenca puede conducir su escorrentía, en vez de enviarlos directamente a un sumidero. Suelen corresponder a las propias calles y vías de comunicación de la cuenca y quedar delimitados por sus bordillos, por ejemplo. Estos canales pueden atravesar varias subcuencas, pero acabando siempre en un sumidero que de entrada a la red. En este caso, el sumidero podría corresponder a un imbornal de grandes dimensiones (interceptores transversales, por ejemplo).
Requieren de la definición de los siguientes parámetros (siempre que la cuenca no drene directamente a un punto de entrada):
▪ Número de identificación.
▪ Identificación del siguiente canal o sumidero al que drena el canal.
▪ Forma, que puede ser trapezoidal, circular, parabólica y contener un azud o un orificio de salida, y los parámetros que la definen.
▪ Coeficiente de rugosidad de Manning de los canales.
▪ Calado máximo admisible en el canal y calado inicial.
4.Otros parámetros. Se puede ajustar el intervalo de tiempo de la discretización numérica, así como la duración total de la simulación, sistema de unidades, etc.