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TitleIntroduccion Al SWMM
TagsGroundwater Discharge (Hydrology) Simulation Window (Computing) Rain
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Autor/es: Jose Anta Álvarez Fecha: Marzo 2006 Asignatura: Sistemas de saneamiento

Universidade da Coruña MASTER EN INGENIERÍA DEL AGUA





INTRODUCCIÓN AL CÓDIGO SWMM 5.0





1. INTRODUCCIÓN 2

2. ESQUEMA DE MODELIZACIÓN 4

2.1. MODELO CONCEPTUAL DE LA RED DE DRENAJE 4
2.2. ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DRENAJE EN SWMM 5

2.2.1. Objetos visuales 6
2.2.2. Objetos no visuales 12

2.3. MÉTODOS DE CÁLCULO 15
2.3.1. Transformación lluvia-escorrentía 16
2.3.2. Infiltración 16
2.3.3. Tránsito de caudales 16
2.3.4. Otros procesos 17

3. EL ENTORNO GRÁFICO 17

3.1. MENÚ PRINCIPAL 18
3.1.1. Menú View 18
3.1.2. Menú Project 18
3.1.3. Menú Report 18

3.2. LA BARRA DE HERRAMIENTAS 19
3.2.1. Barra de herramientas estándar 19
3.2.2. Barra de herramientas mapa 19
3.2.3. Barra de herramientas animación 20
3.2.4. Barra de herramientas objeto 20

3.3. LA BARRA DE ESTADO 21
3.4. EL PANEL DE NAVEGACIÓN 21
3.5. EL MAPA DEL ÁREA DE ESTUDIO 22
3.6. LAS VENTANAS DE EDICIÓN DE PROPIEDADES 23

4. EJEMPLO DE APLICACIÓN 23

4.1. DESCRIPCIÓN DEL EJEMPLO 23
4.2. OPCIONES Y PROPIEDADES POR DEFECTO 26
4.3. ESQUEMATIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 26
4.4. EDICIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS OBJETOS 27
4.5. OPCIONES DE ANÁLISIS Y EJECUCIÓN 28

5. VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS 29

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Autor/es: Jose Anta Álvarez Fecha: Marzo 2006 Asignatura: Sistemas de saneamiento

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1. INTRODUCCIÓN

El modelo de gestión de aguas pluviales EPA SWMM (Storm Water Management Model) de la
Agencia de Protección del Medioambiente de los Estados Unidos (USEPA, U.S. Environmental
Protection Agency), es un código numérico que permite simular el comportamiento
hidrológico-hidráulico de un sistema de drenaje urbano, tanto en términos de cantidad de
agua como en la calidad de la misma. Este modelo lleva más de treinta años de uso en los
Estados Unidos y se ha difundido por todo el mundo, siendo una herramienta de cálculo
reconocida a nivel mundial.

El SWMM puede utilizarse como modelo de planificación o como modelo de diseño. Los
modelos de planificación se utilizan para asentar de forma global los problemas de la
escorrentía urbana así como para estimar la efectividad y los costes de una posible mejora. Se
caracteriza por escalones de tiempo relativamente largos (horas) y tiempos de simulación
largos (meses y años), es decir, simulación continua. Se requieren pocos datos y su
complejidad matemática es baja. El modelo de planificación puede utilizarse para identificar
los sucesos hidrológicos que sean de especial interés para el diseño u otros propósitos, los
cuales serán después analizados en detalle utilizando un modelo de diseño.

El SWMM puede utilizarse también como modelo de diseño orientado hacia una simulación
detallada de un único suceso de lluvia, proporcionando una descripción completa de la
circulación de caudales y contaminantes, desde el momento en el que cae la lluvia, se
introduce y circula a través del sistema de alcantarillado y llega hasta el medio receptor.
Como tal, puede ser útil para la predicción de caudales y concentraciones de contaminantes
en cualquier punto en el sistema de alcantarillado e ilustrar, de forma exacta y detallada, la
manera en que las opciones de diseño le afectarán. Este modelo es una herramienta muy útil
para determinar las intervenciones más adecuadas para resolver los problemas de
inundaciones y contaminación en áreas urbanas. El modelo de diseño se utiliza generalmente
para la simulación de un suceso de lluvia único, y se caracteriza por escalones de tiempo
cortos (minutos) y duraciones de la simulación cortas (horas). Los datos que se requieren
pueden ser desde moderados hasta muy extensos, dependiendo del uso particular que se le
dé al modelo.

Otra aplicación del SWMM es como modelo de funcionamiento real. Los modelos de
funcionamiento se utilizan para tomar decisiones de control en tiempo real durante los
sucesos de lluvia. Los datos de la lluvia se introducen al programa desde las estaciones
telecomandadas, y el modelo se utiliza para predecir la respuesta del sistema a corto plazo.
El SWMM presenta los resultados de caudales y concentraciones de contaminantes frente al
tiempo y los resúmenes de los totales de la simulación diarios, mensuales, anuales y totales
(para simulación continua).

Desde sus inicios, hasta la versión 5, el programa estaba estructurado en bloques de cálculo
donde cada bloque simulaba numéricamente algún proceso hidrológico o hidráulico en
particular. Estos bloques eran el RUNOFF, que simulaba la transformación lluvia-escorrentía y
los procesos de acumulación y lavado de contaminantes, el TRANSPORT, que simulaba el

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modelar tanto la cantidad como la calidad de la escorrentía derivada de la lluvia a lo largo de
los siguientes procesos físicos.

2.3.1. Transformación lluvia-escorrentía

La transformación lluvia escorrentía se simula con el modelo del depósito no lineal, que es un
modelo que se basa en el de la onda cinemática y en el principio de conservación de la masa.
Los parámetros que se requieren son la pendiente de la subcuenca, el ancho característico, el
área, la rugosidad y la detención superficial. En la figura siguiente se presenta el esquema
conceptual de este modelo.


EVAPORACION
LLUVIA
NIEVE

INFILTRACION

d

dp

Q = W 1.49/n (d-dp)5/3S1/2


Esquema del depósito no lineal.



2.3.2. Infiltración

Para el cálculo de la infiltración se pueden emplear tres alternativas: la fórmula de Horton, la
de Green-Ampt y el método del SCS del número de curva.


2.3.3. Tránsito de caudales

EPA SWMM 5 permite elegir entre tres diferentes metodologías de calculo del flujo en la red
de drenaje. La primera, denominada como Steady Flow Routing, consiste en asumir que en
cada intervalo de tiempo de cálculo las condiciones del flujo no cambian; es decir, se tiene
flujo permanente. La segunda metodología es denominada como Kinematic Wave (onda
cinemática), y en esta se considera la variabilidad temporal del flujo. Este método resuelve la
ecuación de Conservación de la Masa y una aproximación de la ecuación de Conservación de
la Cantidad de Movimiento. El tercero de estos métodos consiste en la resolución de las
ecuaciones completas de Saint Venant (Conservación de la Masa y Cantidad de Movimiento),
denominado como método de la Onda Dinámica (Dynamic Wave). Este método es el
físicamente más correcto, aunque requiere un mayor tiempo de proceso computacional.

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2.3.4. Otros procesos

Otros procesos menos habituales como la modelización de acuíferos sencillos, el
derretimiento de nieve, estimación de inundaciones o el transporte de contaminantes
también están incorporados en el SWMM.


3. EL ENTORNO GRÁFICO

La ventana principal de EPA SWMM presenta el aspecto mostrado en la figura siguiente. Ésta
cosiste en los siguientes elementos de interacción con el usuario: un Menú Principal (Main
menú), varias Barras de Herramientas (Toolbars), una Barra de Estado (Status bar), un Mapa
del Área de Estudio (Study Area Map), un panel de navegación (Browser Panel) el Editor de
Propiedades (Property Editor).





Interfaz gráfica del SWMM 5

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Otra forma de visualizar cada uno de estos gráficos es haciendo un click sobre sus respectivos
iconos: para crear un Profile Plot, para crear un Time Series Plot, o para crear un
Scatter Plot.

Para poder exportar los resultados a otro formato se pueden emplear la visualización de datos
por tablas (Report>>Table). Existen dos tipos de tabla, By object, es un tipo de tabla en el que
se pueden visualizar las propiedades de un objeto, y By variable, en este tipo de tabla se
pueden comparar variables (p.ej. caudales por varios tubos de la red).

EPA SWMM 5 incorpora una nueva forma de visualizar los resultados sobre el área del
mapa de estudio, similar a la de EPANET. Esta nueva forma de visualización consiste en
mostrar a través de un código de colores, los diferentes rangos de valores que alcanza una
determinada variable en un determinado instante de tiempo de la simulación. Para activar
esta forma de visualización hay que seleccionar la ficha Map del panel de búsqueda, luego
para cada objeto elegir la variable a ser visualizada, y por ultimo elegir el instante de
visualización, moviendo el cursor bajo la barra Time.

S.1

S.2

S.3

S.4

S.5 S.6

T.1

T.2

T.3

T.4

T.5

N.1

N.2

N.3

N.4

N.5

O.1

PL1
Subcatch
Area

4.00

8.00

12.00

16.00

ha Link
Flow

0.10

0.20

0.30

0.40

CMS

01/01/2007 20:25:00



Finalmente, EPA SWMM 5 permite al usuario ver un informe estadístico de las series de
tiempo de los resultados obtenidos. Este reporte es especialmente útil para
simulaciones que involucran largos períodos de simulación, donde se tienen tiempos de
simulación del orden de meses o años.

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6. BIBLIOGRAFÍA

Departamento de Ingeniería Hidráulica, Marítima y Ambiental (2006). Programa Flumen.
Curso de Rehabilitación de redes de alcantarillado con SWMM 5, 1ª edición. Universitat
Politécnica de Catalunya, Barcelona.

Rossman, L.A. (2005). Storm Water Management Model Quality Assurance Report: Dynamic
Wave Flow Routing. National Risk Management Research Laboratory, U.S. EPA.

Rossman, L.A. (2005). Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.0. National
Risk Management Research Laboratory, U.S. EPA.

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