Los eventos extremos y su relación con el recurso hídrico en el uso público urbano Puebla, México. 04/10/2023
“Chaak: Computational Hydrology and Hydraulic Aider Kit ” Dr. Carlos Díaz Delgado Equipo de investigación y desarrollo: J. M. Becerril Lara, H. Salinas Tapia, C. Díaz Delgado, D. García Pulido, J. L. Aragón Hernández
Hoy en día, a nivel mundial, más de 255 millones de personas residen en zonas urbanas que enfrentan condiciones extremas de alto estrés hídrico y, para el año 2030, se estima que esta cifra rebasará los 470 millones de habitantes (World Resource Institute, 2019). La proporción de la población mundial en zonas urbanas se incrementará pasando de 46.6 % en 2000 a 66.4 % en 2050. Se prevé que las grandes ciudades enfrenten un mayor estrés hídrico generado por un continuo crecimiento económico, demográfico y la ocurrencia de eventos climáticos extremos más severos donde se incluyen las inundaciones, olas de calor y sequías. El porcentaje de impermeabilización, cambio de uso de suelo y el transporte del agua pluvial mediante un sistema de alcantarillado son algunos de los factores más importantes que intervienen en la respuesta hidrológica final de una cuenca urbanizada.
Estas alteraciones en la respuesta hidrológica natural RHN se reflejan directamente en la disminución de la capacidad de infiltración, así como en el incremento y aceleración del volumen de escorrentía, dejando atrás las condiciones naturales y conformando la respuesta hidrológica urbana (RHU) La población mexicana en 2020 126.1 millones de personas, y estimada para 2050 será de 143.925 millones de habitantes (ONU, 2011, INEGI, 2020).
La proporción de la población urbana en el país para el año 2000, 74.7%, 77% en 2015, 79% en 2020 y continuará creciendo hasta alcanzar el 86.4% en el año 2050. De las 186,316 localidades del país, el 48% están en sólo 65 centros urbanos.
Los principales problemas que ya se observan, y se verán agravados, se encuentran en las grandes ciudades y megalópolis, principalmente las de la Ciudad de México, Monterrey, Guadalajara y Puebla.
Visión de la herramienta Condición hidrológica natural
Proceso de urbanización
Condición hidrológica urbana Drenaje convencional urbano
Impacto Impacto hidrológicourbano Cero hidrológico 𝑚3 ) 𝑠
Caudal (
Volumen de escorrentía
Caudal pico urbano
Caudal pico natural
𝑉𝑢
Tiempo pico urbano
𝑉𝑢 > 𝑉𝑛 𝑉𝑛
Tiempo pico natural
Caudal pico
Tiempo (ℎ)
Tiempo pico
hidroinformática para diseño y análisis de redes de ¿Que es Chaak? Herramienta sistemas urbanos de drenaje con objetivos sostenibles
Análisis integrado Análisis de precipitaciones
Objetivo: obtener curvas IDTr para su uso en el diseño y simulación de redes de drenaje Drenaje pluvial Objetivo: definir las características geométricas de una red de drenaje
Impacto hidrológico urbano Objetivo: Simular el funcionamiento y estimar los beneficios hidrológicos de incorporar SUDS
Impacto hidrológico urbano Objetivo: estimar el impacto hidrológico por urbanización
Diseñar mejores sistemas urbanos de drenaje
Capacidades de Chaak
Análisis de precipitaciones
Curvas IDTr
Urbano Base Sostenible
𝑚3
Caudal ( 𝑠 )
Proyecto
Red de drenaje
Simulación
Diseño
SUDS Tiempo (ℎ)
Adoptar un impacto hidrológico cero Modelo hidrológico
Respuesta hidrológica
SUDS Sostenible
Urbana
Base o natural
Impacto hidrológico urbano
Módulo:Análisis de precipitaciones
Lectura de datos
Análisis de la calidad de datos
Ajuste de distribución de probabilidad
Estimación/construcción de curvas IDTr
Objetivo: Estimar o construir curvas IDTr
Datos requeridos: Datos requeridos: Pruebas disponibles: Funciones de distribución de probabilidad disponibles: Series de intensidadesDetección de precipitación SeriesEstimación: de precipitación de Construcción Aleatoriedad Gumbel Independencia Gamma Homogeneidad Log Normal Log Pearson III máxima a diferentes duraciones método máximadediaria Chen valores singulares
Obtener las características de geométricas Módulo:Drenaje pluvial Objetivo: de diseño para una red de drenaje Componentes Resultados Optimación Opcionesdel dedel diseño: modelo: trazo:
Construcción del modelo
Catálogo de Vista Algoritmo Método Vista en planta: de Periodo ruta mínima: en perfil: Cuencas Tuberías Nodos de tuberías retorno gráfico gráfico; Racional DijkstraCAD; y Floyd–Warshall SHP y CAD
Configuración de parámetros de diseño
Características Inspección visual Mejor trazo: identifica geométricas de redcomponen della diseño final Gama deconductos soluciones que que priorizan reducir el costo del la red y la dirección general de los deResumen construcción flujo resultados del diseño Búsqueda heurística de posibles trazos
Optimación del trazo en planta
Diseño de la red de drenaje
Algoritmo Costos Resumengenético: de los Costo de construcción asociados resultados de diseño: xls
Ponderaciones simples sobre conductos de base geométrica Catálogos configurables
Solución única
Diámetro Recubrimiento (m) mínimo (m) 0.30 0.90 0.38 0.90 0.45 0.90 0.53 0.90 0.60 0.90 0.75 0.90 0.90 1.00 1.05 1.00 1.20 1.00 1.35 1.00 1.52 1.00 1.68 1.00 1.83 1.00 1.98 1.00 2.13 1.30 2.29 1.30
Ancho de zanja (m) 0.85 1.00 1.10 1.10 1.30 1.50 1.70 1.95 2.15 2.15 2.50 2.85 2.85 2.85 3.20 3.55
Espesor de Costo por Costo por plantilla (m) suministro ($/m) instalación ($/m) 0.10 477.09 63.00 0.10 602.13 81.01 0.10 652.45 126.73 0.10 674.19 210.30 0.10 695.92 293.87 0.10 1042.52 353.75 0.10 1530.48 447.54 0.10 2014.36 494.65 0.10 2180.19 527.29 0.10 2890.38 571.23 0.10 3600.57 615.17 0.10 4446.41 741.10 0.10 5292.24 867.03 0.10 6389.41 923.63 0.10 7486.58 980.22 0.10 8805.02 1102.97
Reducir el costo de construcción
Módulo: Impacto hidrológico urbano
Construcción del modelo
Opciones de simulación
Objetivo: estimar el impacto hidrológico por urbanización
Simulación: Sistemas urbanos del de drenaje Componentes modelo:sostenible: Respuesta hidrológica Sistemas de Sistemas de Escorrentía superficial: Onda cinemática, Cuencas Nodos natural osintéticos, base Tuberías infiltración retención hidrogramas hidrograma conocido
Reducir el impacto hidrológico urbano
Respuesta Sistemas de Flujo en conductos: Onda Tormenta hidrológica urbana detención cinemática y onda dinámica
Evolución temporal del Infiltración comportamiento del flujo
Estimación del impacto hidrológico urbano
Retención
Detención Análisis del funcionamiento de SUDS
Conexión entre módulos
Futuras implementaciones Objetivo: Analizar la evolución de la Simulación dual del sistema de drenaje (1D-2D)
Animación Chaak-CA2D
Modelo 2D basado en Autómata celulares Chaak-CA2D
Animación Iber
inundación duración)
(magnitud,
rapidez
y
Cálculo
Futuras implementaciones
Ejecución CPU
Ejecución GPU
Disminuir tiempos de cómputo: Librería OMP Parallel CUDA Potencial implementación dentro de un esquema de optimación
Animación Chaak-CA2D
Animación Iber
Objetivo: Analizar la evolución de la inundación (magnitud, rapidez y duración)
Futuras implementaciones Estimación de la resiliencia de un sistema de drenaje
Diseño específico de SUDS
Sistemas urbanos de drenaje sostenible Infiltración
Retención
¿Dónde ubicar SUDS?
Esquema inteligente para la optimación de SUDS
Maximizar beneficios hidrológicos
Menor costo posible
Detención
Artículo publicado SUADS-WR 02/10/23
Dr. Carlos Diaz Delgado M.C.A. Juan Manuel Becerril Lara
cdiazd@uaemex.mx jbecerrill639@alumno.uaemex.mx
Gracias por su atención…