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Estado del borrador: traducción de trabajo reconciliada con el Markdown inglés v10 de HydroBID Flood. No se localizó una fuente española legada específica de HydroBID Flood; las capturas de pantalla con texto visible permanecen sin revisar y requieren captura o aprobación en español.

Tareas pendientes: completar la revisión lingüística, validar las etiquetas de interfaz conservadas en inglés y aprobar las capturas antes de publicar.

Drenaje urbano con HydroBID Flood y EPA-SWMM

Este tutorial ilustra cómo aplicar el módulo de Drenaje Urbano de HydroBID Flood, que integra inundación superficial con el modelo de drenaje pluvial EPA-SWMM. El objetivo del proyecto es evaluar la inundación somera originada por la sobrepresión de una tubería subterránea. El procedimiento incluye los siguientes pasos:

  1. Crear una aplicación SWMM.

  2. Abrir un modelo HydroBID Flood existente.

  3. Importar los puntos de intercambio entre superficie y drenaje pluvial desde el archivo SWMM '.INP'.

  4. Generar la malla.

  5. Exportar los archivos de HydroBID Flood.

  6. Ejecutar el modelo.

Los archivos requeridos para seguir este tutorial se pueden extraer del archivo zip 'ExampleProjects' en la carpeta 'UrbanDrainageTutorial'. Este zip se descarga por separado de los materiales de instalación.

La tubería se modela en 1D y se conecta a la malla 2D mediante un pozo de visita. El área modelada es de aproximadamente 0.4 km por 0.96 km (ver Figura 12.1). Se asume un drenaje pluvial de sección circular de \(1.4 m\) de diámetro y 1340 m de longitud que atraviesa el área modelada. La rugosidad de Manning de la tubería se establece en n=0.017. Se aplica una condición de borde de entrada en el extremo aguas arriba de la tubería, ilustrada en la Figura 12.2. Se considera una descarga libre como condición de borde aguas abajo. Se establece un caudal inicial base de 1.6 m\(^3\)/s como condición inicial uniforme. Se espera una sobrepresión en un pozo de visita vertical de 1 m\(^2\) de sección transversal ubicado a 467 m del extremo superior del conducto en las coordenadas (x=264,896 m, y=664,747 m). La geometría del perfil del conducto se muestra en la Tabla [pipe012] y en la Figura 12.3.

DEM utilizado, con la ubicación del pozo de visita. Se indica el trazo del drenaje pluvial, aunque es irrelevante para el modelado. Líneas moradas: contorno de caminos y pavimentos. Líneas negras: contornos de edificios. Triángulos: ubicación de puntos de salida.

Hidrograma de entrada aplicado en el extremo aguas arriba del drenaje pluvial.

c c c c c Node Distance from upstream inlet (m) Invert level (m) Reach length (m) X Y
N1 0͡ 39.17 - 264896.000 664747.000
N2_manhole 467͡ 29.46 467 264896.000 664747.000
N3 571͡ 27.70 104 265633.232 664154.002
N4 677͡ 26.37 106 266474.164 663829.787
N5 877͡ 25.70 200 267730.496 663302.938
N6 991͡ 24.64 114 268470.111 662978.723
N7 1145͡ 24.29 154 269533.941 662725.431
Out1 1340͡ 23.49 195 271874.367 661752.786

Perfil del drenaje pluvial.

Configuración del drenaje pluvial en EPA-SWMM

Note

Si desea omitir este paso, puede usar el archivo SWMM 'base.INP' en la carpeta del tutorial. En ese caso, vaya a la sección 12.1.1.

  1. Abra la aplicación SWMM.

  2. El primer paso consiste en definir la posición de todos los nodos que conforman la red de drenaje mediante el botón Add a junction node:

    En la ventana Study area map, haga clic tantas veces como nodos se deban agregar a la red. En este proyecto habrá 8 nodos. Tenga en cuenta que la posición de los nodos es esquemática:

  3. Configure los datos de los nodos con doble clic en cada nodo. Debe aparecer la ventana de propiedades:

    imagen imagen

    En este ejemplo, los parámetros más relevantes son: Name, X- y Y-Coordinates, Inflows, Invert elevation y Max. depth. Los únicos nodos de entrada son N1 y N2_manhole. El nodo N2_manhole debe tener Max. depth=2 m. El nodo N1 es la entrada de caudal y debe seguir la serie temporal indicada en la Figura 12.2.

    La serie temporal puede insertarse punto por punto o leerse desde un archivo. Por otro lado, el nodo N2_manhole será la conexión con el dominio superficial y los valores base deben ser 0.0:

    imagen imagen

    El nodo de descarga Out1 debe configurarse como free:

  4. Una los nodos mediante la herramienta Add a conduit link:

    El resultado debe verse como la siguiente figura:

  5. Configure las propiedades de los enlaces con doble clic en cada uno:

    Las propiedades más relevantes son: Name, Inlet node, Outlet node, Shape, Max. depth, Length, Roughness y Initial flow.

  6. Una vez que la red esté completamente configurada, el proyecto debe guardarse para generar el archivo '.INP', que debe ser similar al mostrado a continuación.

<!-- -->

[EVAPORATION] ;;Data Source Parameters ;;-------------- ---------------- CONSTANT 0.0 DRY_ONLY NO

[JUNCTIONS]
;;Name           Elevation  MaxDepth   InitDepth  SurDepth   Aponded
;;-------------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
N1               39.17      0          0          0          0
N2_manhole       29.46      2          0          0          0
N3               27.7       0          0          0          0
N4               26.37      0          0          0          0
N5               25.7       0          0          0          0
N6               24.64      0          0          0          0
N7               24.29      0          0          0          0

[OUTFALLS]
;;Name           Elevation  Type       Stage Data       Gated    Route To
;;-------------- ---------- ---------- ---------------- -------- ----------------
Out1             23.49      FREE                        NO

[CONDUITS]
;;Name           From Node        To Node          Length     Roughness  InOffset   OutOffset  InitFlow   MaxFlow
;;-------------- ---------------- ---------------- ---------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
L1               N1               N2_manhole       467        0.017      0          0          1.6        0
L2               N2_manhole       N3               104        0.017      0          0          1.6        0
L3               N3               N4               106        0.017      0          0          1.6        0
L4               N4               N5               200        0.017      0          0          1.6        0
L5               N5               N6               114        0.017      0          0          1.6        0
L6               N6               N7               154        0.017      0          0          1.6        0
L7               N7               Out1             195        0.017      0          0          1.6        0

[XSECTIONS]
;;Link           Shape        Geom1            Geom2      Geom3      Geom4      Barrels    Culvert
;;-------------- ------------ ---------------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
L1               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1
L2               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1
L3               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1
L4               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1
L5               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1
L6               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1
L7               CIRCULAR     1.4              0          0          0          1

[INFLOWS]
;;Node           Constituent      Time Series      Type     Mfactor  Sfactor  Baseline Pattern
;;-------------- ---------------- ---------------- -------- -------- -------- -------- --------
N1               FLOW             discharge_inflow FLOW     1.0      1
N2_manhole       FLOW             ""               FLOW     1.0      1.0      0.0

[TIMESERIES]
;;Name           Date       Time       Value
;;-------------- ---------- ---------- ----------
discharge_inflow            0:00       1.6
discharge_inflow            0:02       1.6
discharge_inflow            0:04       1.6
discharge_inflow            0:06       1.6
discharge_inflow            0:08       1.61644
discharge_inflow            0:10       1.6336
discharge_inflow            0:12       1.65472
discharge_inflow            0:14       1.67188
discharge_inflow            0:16       1.68904
discharge_inflow            0:18       1.70488
discharge_inflow            0:20       1.71808
discharge_inflow            0:22       1.71808
discharge_inflow            0:24       1.7392
discharge_inflow            0:26       1.75636
discharge_inflow            0:28       1.77352
discharge_inflow            0:30       1.7986
discharge_inflow            0:32       1.82764
discharge_inflow            0:34       1.8448
discharge_inflow            0:36       1.88704
discharge_inflow            0:38       1.92136
discharge_inflow            0:40       1.95436
discharge_inflow            0:42       1.98868
discharge_inflow            0:44       2.02168
discharge_inflow            0:46       2.056
discharge_inflow            0:48       2.09824
discharge_inflow            0:50       2.1484
discharge_inflow            0:52       2.19988
discharge_inflow            0:54       2.25928
discharge_inflow            0:56       2.32264
discharge_inflow            0:58       2.3728
discharge_inflow            1:00       2.4784
discharge_inflow            1:02       2.56288
discharge_inflow            1:04       2.66056
discharge_inflow            1:06       2.77012
discharge_inflow            1:08       2.8876
discharge_inflow            1:10       3.0064
discharge_inflow            1:12       3.17536
discharge_inflow            1:14       3.29416
discharge_inflow            1:16       3.44992
discharge_inflow            1:18       3.61888
discharge_inflow            1:20       3.78784
discharge_inflow            1:22       3.9568
discharge_inflow            1:24       4.168
discharge_inflow            1:26       4.33696
discharge_inflow            1:28       4.50592
discharge_inflow            1:30       4.67488
discharge_inflow            1:32       4.83988
discharge_inflow            1:34       4.99168
discharge_inflow            1:36       5.16064
discharge_inflow            1:38       5.27944
discharge_inflow            1:40       5.41012
discharge_inflow            1:42       5.54476
discharge_inflow            1:44       5.67148
discharge_inflow            1:46       5.77312
discharge_inflow            1:48       5.89984
discharge_inflow            1:50       6.00148
discharge_inflow            1:52       6.10312
discharge_inflow            1:54       6.1876
discharge_inflow            1:56       6.24096
discharge_inflow            1:58       6.28111
discharge_inflow            2:00       6.28111
discharge_inflow            2:02       6.24096
discharge_inflow            2:04       6.1876
discharge_inflow            2:06       6.10312
discharge_inflow            2:08       6.00148
discharge_inflow            2:10       5.89984
discharge_inflow            2:12       5.77312
discharge_inflow            2:14       5.67148
discharge_inflow            2:16       5.54476
discharge_inflow            2:18       5.41012
discharge_inflow            2:20       5.27944
discharge_inflow            2:22       5.16064
discharge_inflow            2:24       4.99168
discharge_inflow            2:26       4.83988
discharge_inflow            2:28       4.67488
discharge_inflow            2:30       4.50592
discharge_inflow            2:32       4.33696
discharge_inflow            2:34       4.168
discharge_inflow            2:36       3.9568
discharge_inflow            2:38       3.78784
discharge_inflow            2:40       3.61888
discharge_inflow            2:42       3.44992
discharge_inflow            2:44       3.29416
discharge_inflow            2:46       3.17536
discharge_inflow            2:48       3.0064
discharge_inflow            2:50       2.8876
discharge_inflow            2:52       2.77012
discharge_inflow            2:54       2.66056
discharge_inflow            2:56       2.56288
discharge_inflow            2:58       2.4784
discharge_inflow            3:00       2.3728
discharge_inflow            3:02       2.32264
discharge_inflow            3:04       2.25928
discharge_inflow            3:06       2.19988
discharge_inflow            3:08       2.1484
discharge_inflow            3:10       2.09824
discharge_inflow            3:12       2.056
discharge_inflow            3:14       2.02168
discharge_inflow            3:16       1.98868
discharge_inflow            3:18       1.95436
discharge_inflow            3:20       1.92136
discharge_inflow            3:22       1.88704
discharge_inflow            3:24       1.8448
discharge_inflow            3:26       1.82764
discharge_inflow            3:28       1.7986
discharge_inflow            3:30       1.77352
discharge_inflow            3:32       1.75636
discharge_inflow            3:34       1.7392
discharge_inflow            3:36       1.71808
discharge_inflow            3:38       1.71808
discharge_inflow            3:40       1.70488
discharge_inflow            3:42       1.68904
discharge_inflow            3:44       1.67188
discharge_inflow            3:46       1.65472
discharge_inflow            3:48       1.6336
discharge_inflow            3:50       1.61644
discharge_inflow            3:52       1.6
discharge_inflow            3:54       1.6
discharge_inflow            3:56       1.6
discharge_inflow            3:58       1.6
discharge_inflow            5:00       1.6

[REPORT]
;;Reporting Options
INPUT      NO
CONTROLS   NO
SUBCATCHMENTS ALL
NODES ALL
LINKS ALL

[TAGS]

[MAP]
DIMENSIONS 260000.000 660000.000 270000.000 670000.000
Units      Meters

[COORDINATES]
;;Node           X-Coord            Y-Coord
;;-------------- ------------------ ------------------
N1               264903.824         664753.843
N2_manhole       264896.000         664747.000
N3               265633.232         664154.002
N4               266474.164         663829.787
N5               267730.496         663302.938
N6               268470.111         662978.723
N7               269533.941         662725.431
Out1             271874.367         661752.786

[VERTICES]
;;Link           X-Coord            Y-Coord
;;-------------- ------------------ ------------------

Iniciar QGIS

Inicie el software QGIS. Después de cargarlo, verá una ventana similar a la que se muestra a continuación:

Interfaz de QGIS.

Iniciar un nuevo proyecto HydroBID Flood

  1. En la barra de herramientas de HydroBID Flood, haga clic en el botón New HydroBID Flood Project:

    Aparece una ventana de diálogo donde selecciona las capas que se crearán, el Sistema de Referencia de Coordenadas (CRS) y la ruta del directorio donde se guardarán las capas. Este ejemplo usará las capas básicas: Domain Outline, Manning N y BoundaryConditions.

  2. Seleccione None en el menú desplegable Layers.

  3. Seleccione el botón Projection. En el cuadro Filter, escriba 7405 y seleccione el Coordinate Reference System como se muestra:

    Ventana de diálogo del Selector de Sistema de Referencia de Coordenadas.

  4. Haga clic en OK. En la ventana del nuevo proyecto active las capas necesarias:

    Crear nuevo proyecto HydroBID Flood.

  5. Haga clic en el botón ... para proporcionar una ruta y guardar los archivos del proyecto en Project Directory. Para este ejemplo, busque la carpeta UrbanDrainageTutorial.

  6. Después de hacer clic en OK, se crean las plantillas de capas y se muestran en el Layers Panel:

    Capas creadas para el proyecto.

    HydroBID Flood utilizará el sistema de unidades definido en la proyección seleccionada. Si la proyección tiene coordenadas en metros, las unidades se establecerán en Metric. Si la proyección tiene coordenadas en pies, las unidades se establecerán en English.

  7. En el menú Project de QGIS, haga clic en Save para guardar el proyecto en el mismo directorio que seleccionó anteriormente en el cuadro Create New Project.

Cargar datos de elevación

HydroBID Flood utiliza datos de elevación en formato ráster. Para cargar un archivo de cuadrícula ASCII, en el menú Layer, haga clic en Add Layer y luego en Add Raster Layer... También puede hacer clic en el botón Add Raster Layer:

Busque TEST8BDEM.ASC en la carpeta UrbanDrainageTutorial/base:

  1. Haga clic en Add, asigne el código de proyección EPSG:7405 al archivo y el ráster se mostrará en pantalla; de forma predeterminada se representa con un gradiente de grises, como se muestra en la Figura 19.7.

    Modelo digital de elevación en formato ráster.

    Al hacer clic derecho en la etiqueta de la capa creada y seleccionar Properties, puede cambiar el estilo de representación por una paleta de colores más informativa.

    Ventana para cambiar el estilo de representación de la capa ráster.

    Y ahora la capa ráster se muestra con la nueva paleta de colores seleccionada:

    Modelo digital de elevación con representación en color.

    Es conveniente mover la capa ráster creada al final de la lista de capas, de modo que no interfiera con la visualización de otras capas.

    Importar las conexiones de intercambio entre superficie y drenaje desde el archivo SWMM .INP

    Para conectar la malla superficial con los componentes del drenaje pluvial, importe los nodos de intercambio desde el archivo .INP creado en la primera parte de este tutorial. Para ello, use el comando Import EPA-SWMM INP file del icono desplegable de herramientas de HydroBID Flood:

    Comando *Import EPA-SWMM INP file*.

    Seleccione el archivo base.INP; un mensaje indicará que la transferencia se realizó correctamente:

    Archivo .INP cargado correctamente.

    Se creará una nueva capa StormDrain y los nodos de intercambio importados se mostrarán en pantalla:

    Nodos de intercambio entre aguas superficiales y SWMM.

Crear los límites del área de modelación

Los límites del área de modelación se definen mediante un polígono en la capa Domain Outline. Para crearlo, siga estos pasos:

  1. Haga clic en la capa Domain Outline para activarla y luego haga clic en Toggle Editing (lápiz) en la barra de herramientas:

    Botones de menú de la barra de herramientas de digitalización.

  2. Esto activa el resto de los botones de edición. Haga clic en la herramienta Add Feature, que es el polígono con forma de frijol.

    Delimite el contorno del polígono marcando los vértices con el botón izquierdo del ratón:

    Delimitación del área de modelación en la capa Domain Outline.

    Asegúrese de que el polígono esté contenido dentro de los límites de la capa ráster, ya que HydroBID Flood no extrapolará elevaciones a áreas fuera de los datos disponibles en la capa ráster. Además, los nodos de intercambio SWMM deben estar dentro del polígono Domain Outline.

  3. Para finalizar y cerrar el polígono, haga clic derecho en cualquier parte del área del mapa. Aparecerá una ventana para introducir el atributo del tamaño de celda del polígono recién creado. Se indica el valor de referencia para el tamaño de la celda de la malla; introduzca 10 m.

    CellSize definido para la capa Domain Outline.

    Ahora haga clic en el botón Toggle Editing para desactivar el modo de edición de la capa y guardar los cambios.

    La capa Domain Outline está completa.

Capa Domain Outline.

Asignar n de Manning

Para asignar valores de rugosidad n de Manning, introduciremos polígonos con valores de n determinados. Puede haber tantos polígonos como sean necesarios para reproducir la variabilidad espacial de este parámetro. En este ejemplo se dibujará un único polígono para toda el área.

  1. Seleccione la capa Manning N y haga clic en el botón Toggle Editing:

  2. Dibuje el polígono alrededor de todo el dominio, cuidando que cubra todas las celdas.

    Debe obtener una imagen como la siguiente:

    Edición de la capa Manning N.

  3. Cierre los últimos vértices del polígono con clic derecho en la posición deseada. Aparecerá una ventana donde debe introducir el valor de n de Manning asociado al polígono. En este caso, introduzca 0.03:

    Diálogo para introducir los atributos de la entidad Manning N.

  4. Haga clic en el botón Save:

    y luego haga clic en el botón de edición:

    para desactivar el modo de edición.

Imponer las condiciones de borde

De forma predeterminada, todos los límites están cerrados a menos que se definan condiciones de borde abiertas. Como en este proyecto el flujo entra desde el drenaje pluvial, solo estableceremos condiciones de salida. Para definirlas, dibuje un polígono que incluya los nodos o vértices en el extremo izquierdo de la malla, como se indica en la figura:

Polígono que cubre los nodos que definen el segmento de la condición de borde de salida.

  1. Seleccione la capa BoundaryConditions en el panel Layers.

  2. Haga clic en el botón Toggle Editing para agregar los polígonos que indicarán los nodos en los que se establecen las condiciones de entrada y salida.

  3. Para terminar el polígono, haga clic derecho en la ubicación deseada. Aparecerá una ventana para introducir los atributos del polígono recién creado.

  4. La ventana contiene una lista para seleccionar el nombre o ID de esta BC (Boundary Cond. ID). Establezca el ID como condición OUTFLOW y, en la lista de tipos de condiciones de borde, seleccione Free Outflow.

    Introduzca los datos como se muestra en la Figura 12.21:

    Condición de borde de salida.

  5. Haga clic en el botón Save .

  6. Haga clic en el botón Toggle Editing para salir del modo de edición.

Generar la malla de celdas triangulares

Ahora que se definió Domain Outline, se introdujo el valor de n de Manning y se importaron los nodos SWMM, podemos crear la malla con el programa GMSH.

Para ejecutar el complemento, en el menú Plugins haga clic en Generate TriMesh o haga clic en el icono:

La siguiente figura muestra la malla generada. También verá en el panel Layers dos capas nuevas: Trimesh y Trimesh_point.

Malla resultante.

Antes de usar el complemento Export, guarde el proyecto QGIS. En el menú Project, haga clic en Save. Asigne al archivo del proyecto el nombre UrbanDrainageTutorial.qgz.

Exportar los archivos

Una vez creadas las capas con la información de entrada del modelo, el siguiente paso es exportar desde QGIS los archivos de datos requeridos por HydroBID Flood.

  1. Ejecute el complemento Export HydroBID Flood.

  2. Se presenta un diálogo en el que debe indicar la capa ráster del Modelo Digital de Elevación (DEM), ya que esta capa no la crea el complemento y su nombre puede ser diferente.

  3. Mediante el botón ..., seleccione la ruta e introduzca el nombre del archivo. Asegúrese de que la ruta sea la misma que seleccionó anteriormente y que corresponda al archivo de proyecto .qgz.

  4. Haga clic en OK.

    Diálogo de exportación de HydroBID Flood.

    El complemento comenzará a procesar la información. Una barra de mensajes en la parte superior indicará el progreso aproximado del proceso.

    En Hydronia2DMS versión 10 y posteriores, después de la exportación aparece el diálogo Open DIP. QGIS DIP está seleccionado de forma predeterminada; haga clic en OK para abrirlo dentro de QGIS. Para consultar la alternativa independiente histórica, expanda More options, seleccione Classic DIP y haga clic en OK.

    Diálogo Open DIP con QGIS DIP seleccionado de forma predeterminada y More options expandido con Classic DIP. Se muestra el nombre de la ejecución de ejemplo.

    Una vez finalizado el proceso de creación de los archivos con los datos de entrada, Hydronia Data Input Program se abre y muestra un diálogo con el proyecto del modelo que se ejecutará. En este caso, ya debe estar establecido base.DAT.

    A continuación se muestra la ventana con los parámetros de entrada de HydroBID Flood:

    Panel de datos de control de QGIS DIP para el tutorial de drenaje urbano.

    El siguiente panel de Classic DIP se conserva como referencia de los valores heredados:

    Ventana heredada de Classic DIP Hydronia Data Input Program.

    Introduzca 5 horas para Simulation time y haga clic en el panel Storm Drain EPA-SWMM. Para el nodo N1, introduzca CD = 0, ya que no queremos intercambio con ese nodo de entrada hacia el conducto.

    Panel Storm Drain EPA-SWMM de QGIS DIP.

    El siguiente diálogo Storm Drain de Classic DIP se conserva como referencia de los valores heredados:

    Diálogo Storm Drain heredado de Classic DIP.

  5. Haga clic en [Save .LWSMM] y sobrescriba el archivo existente. Para este tutorial, el nombre del archivo será el nombre del proyecto exportado con la extensión .lwsmm.

  6. Haga clic en el botón Run HydroBID Flood para ejecutar el modelo. El modelo mostrará una ventana con el progreso de la ejecución.

    Ventana de informe del modelo.

Cuando termine la ejecución, cierre la ventana e importe los resultados en QGIS para preparar mapas y animaciones. A continuación se muestra un ejemplo de las profundidades máximas:

Profundidades máximas.

Esto concluye el tutorial Drenaje urbano con HydroBID Flood y EPA-SWMM.