Una hipotética comparativa de las escorrentía generada en un tramo de la Diagonal de Barcelona

Hace unas semanas me preguntaron acerca de los  SUDS: Pero, estos sistemas, ¿son realmente efectivos?. Es decir ¿tienen capacidad para gestionar la misma cantidad de agua que una red de alcantarillado normal?

Hay que precisar que no se puede esperar que los SUDS gestionen de igual manera el agua que precipita por las ciudades. Una de sus principales características y diferencias con un sistema convencional de drenaje, es que reduce el caudal de escorrentía generado en un episodio pluviométrico.

Esto es debido a que no se limitan a recoger y transportar el agua generada en las superficies impermeables urbanas, sino que al estar en superficie actúan directamente sobre la generación de dicha escorrentía, disminuyendo su cantidad.

Para aclarar cómo sucede esto voy a plantear en este y el siguiente post un comparativa simulada: ¿Qué ocurriría si en una calle cualquiera de una ciudad cualquiera se instalase un sistema compuesto por algunas técnicas de drenaje sostenible?

Para ello se ha escogido un pequeño segmento de la Avenida Diagonal de Barcelona, el comprendido entre Passeig de Sant Joan y Roger de Flor, y con el programa SWMM se ha calculado el agua de escorrentía generada con una precipitación determinada. Luego, con esa misma cantidad de precipitación se ha vuelto a realizar el cálculo de la escorrentía, pero esta vez incluyendo en la simulación algunas técnicas de drenaje sostenible localizadas en ese mismo pequeño tramo.

 Tramo de la avenida en sobre el que se va a hacer la comparación

Simulación con SWMM 5.0.22 ¿por qué se ha usado este programa?

Para comparar la escorrentía generada en una pequeña cuenca con y sin un SUDS implantado se ha usado el programa de la EPA: SWMM5.0.022 (Storm Water Management Model). Este programa de la Agencia de Protección de Medio Ambiente es de uso libre (o sea, gratis) y se emplea a nivel mundial para el análisis, diseño y planificación relacionados con la escorrentía, la red de drenaje convencional, otros tipos de drenaje,…..

Algunas de las capacidades que tiene en el cálculo hidrológico se pueden resumir en:

1. Permite trabajar con precipitación variable en tiempo y espacio.
2. Realiza la simulación de procesos de evaporación, acumulación y derretimiento de nieve, e interceptación por encharcamiento.
3. Simula la infiltración y la entrada del agua de infiltración en acuíferos.
4. Contabiliza el intercambio de flujo entre los acuíferos y el sistema de transporte.
5. Simula la escorrentía superficial mediante modelo de depósito no lineal.
6. Computa el aporte de escorrentía superficial entre subcuencas.
7. Y como punto final y más importante en este caso: Permite introducir en el estudio las técnicas de drenaje sostenible, denominadas en el programa SWMM versión 5.0.022 como técnicas de desarrollo de bajo impacto o lo que en inglés sería “Low Impact Development” (LID’s), y contabilizar la influencia que tienen en el caudal de escorrentía.

Datos de partida para realizar la simulación

La Cuenca de Estudio

 Detalle de la avenida Diagonal, al fondo Passeig Sant Joan

Como se ha dicho al inicio, se ha escogido un pequeño tramo de la Avenida Diagonal de Barcelona, el situado entre el Paseo de Sant Joan y calle Roger de Flor. A lo largo de toda esta avenida, hay varias zonas verdes longitudinales. Pero éstas no constituyen ninguna técnica de drenaje sostenible. Están elevadas y separadas por un bordillo, así que cuando llueve no reciben agua de las zonas impermeables colindantes, aunque desde ahí sí que sale agua hacia el pavimento impermeable que luego va a parar a la red de alcantarillado por los imbornales cercanos.

Las características de la pequeña cuenca escogida son:

• Área total: 6018,82 m²
• Área impermeable: 5683,6 m² (94,43% del área total)
• Área permeable: 335,22 m² (5,57% del área total)
• Anchura de la cuenca: 50 metros
• Longitud: 113,40 metros
• Pendiente: 0,73%
• Coeficiente de Manning (n) en área impermeable: 0,012
• Coeficiente de Manning (n) en área permeable: 0,15

La pluviometría

En el cálculo hidrológico hay varias formas de introducir los datos pluviométricos en el programa SWMM. Para hacer la comparativa se ha usado el hietograma de bloques de la lluvia de diseño con los datos de CLABSA (entidad gestora de la red de drenaje urbano de Barcelona), que determina que la lluvia de diseño para el estudio/proyectos de nuevas redes de drenaje es la de período de retorno de 10 años. Aunque usar estos datos no es lo más apropiado en el estudio de SUDS, son de disponibilidad pública y gratuita. Así que, para el caso que nos ocupa, una comparativa, nos sirve.

Esta entidad publica en su web las curvas IDF y las tablas con los valores intensidades con valores de intensidad para diferentes duraciones y períodos de retorno de la estación de la AEMET Pompeu-Fabra. Esta curva IDF se representa con la siguiente ecuación (CLABSA, 2003):

I=a+b∙(Ln(T_R+1))^e
a=-78,1590∙e^-0,0396D
b=9889,0068∙(D+17,3611)^-1,2395
c=0,0023∙D+0,3027

Hietograma de bloques alternos de una precipitación con un periodo de retorno de diez años y dos horas de precipitación para la ciudad de Barcelona

A partir de este hietograma, la precipitación total supuestamente caída es de 72,2 mm, precipitación que se transformará en escorrentías diferentes según haya o no un SUDS implantado

Otros factores hidrológicos a tener en cuenta

Pero en la transformación de agua de lluvia en escorrentía hay que considerar que no toda el agua precipitada va a transformarse en caudal de escorrentía, ya que suelen producirse unas pérdidas. Restándolas a la lluvia total, es como se obtiene la lluvia neta o efectiva.

Los tipos de pérdidas considerados son:

Evaporación

Este tipo de pérdidas se simulan a partir de un valor diario en el SWMM a partir de las aguas estancadas en las superficies de las cuencas, para el agua subterránea y para el agua retenida en depósitos. En este caso estas pérdidas no se han considerado relevantes, así que no se han tenido en cuenta.

Almacenamiento en superficie e interceptación

Estas pérdidas son las producidas por almacenamiento en las depresiones del terreno. Éste es un parámetro de difícil estimación y valoración, se han dado unos valores aproximados. En función de los propuestos por Manuel Gómez (2007), Curso de análisis y rehabilitación de redes de alcantarillado mediante el código SWMM 5.0, y del estado de las calles se han dado unos valores de 1,5mm para la superficie pavimentada, 5mm para las superficies con césped o arboladas en la simulación sin un SUDS y 10mm para esas superficies verdes en la simulación con SUDS.

¿Por qué se han dado valores diferentes? Pues porque en un sistema de drenaje sostenible las nuevas zonas proyectadas ajardinadas han de favorecer el encharcamiento y la posterior infiltración del agua encharcada.

 Infiltración

Como se ha indicado en la descripción de la cuenca, el porcentaje de suelo impermeable es muy elevado, por ello apenas se produce infiltración. Pero este proceso se ve favorecido por los SUDS, de manera que el agua precipitada sobre ellos es almacenada e infiltrada, no derivada en escorrentía.

La capacidad de infiltración de un terreno depende del tipo de suelo existente, la pendiente, el grado de humedad previo, su índice de porosidad, y otros factores. El programa  SWMM 5.0 incluye tres modelos para estimar la infiltración: Horton, Green-Ampt y el Número de Curva del SCS. Pero sólo puede usarse uno de los métodos en cada proyecto, en este caso se ha escogido el de Green-Ampt y a los parámetros que requiere para el cálculo se han dado los valores recomendados en las tablas del US-EPA, 2005 “Manual Usuario SWMM5.0 ve. Modelo de Gestión de aguas Pluviales”.

La implantación de los SUDS

Los criterios de selección de las técnicas de drenaje urbano sostenible, aunque provengan de fuentes diferentes, tienen en cuenta varios elementos de distinta naturaleza, siendo los más representativos:

• La capacidad de reducir la escorrentía superficial.
• Los usos del suelo.
• La presencia de un medio natural cerca.
• La tipología del suelo, su pendiente,…factores físicos en general.
• Factores ambientales y sociales.
• Normativa y recomendaciones.

 Y las técnicas seleccionadas en esta comparativa son:

• Pavimentos porosos (PP): Continuos (PP CONT) y Modulares (PP MOD)
• Áreas de biorretención (AB)
• Cunetas verdes (CV)

En la imagen, localización de las técnicas de drenaje sostenible, MAR hace referencia a la acera en la parte más cercana al mar y MON a la parte más cercana a la montaña

 

La distribución de las TDUS dentro de cada una de ellas no implica ninguna variación representativa respecto a la distribución que hay en lo que hace referencia a las dimensiones de las zonas peatonales y las dedicadas al tráfico rodado.

Para aclarar la imagen, en la simulación con el SUDS:

• Las aceras se han sustituido por pavimentos permeables modulares
• Las zonas peatonales del boulevard, por pavimentos permeables continuos
• Y las zonas verdes por cunetas verdes y por áreas de biorretención

Lo único que no se ha supuesto permeable es el asfalto por donde circula el tráfico por tratarse de un medio más sensible a cambios dado los requerimientos de seguridad de su uso.

Una vez establecidos todos estos parámetros, se realizaron las simulaciones cuyos resultados se comentarán en el próximo post.

Autora: Ana Abellán