PROGRAMA SWMM. EJERCICIO PRÁCTICO.

Ingeniería Ambiental Práctica 1 de la asignatura de Calidad de Aguas 10 de Mayo de 2002 PROGRAMA SWMM. EJERCICIO PRÁCTICO. La red de saneamiento mostrada en la figura 1 está diseñada para recoger las aguas generadas por dos cuencas unitarias (333 y 334) y una separativa. Esta red conduce las aguas residuales a una EDAR situada aguas abajo. Previamente se ha diseñado una bifurcación (4) que sólo permite el paso de un caudal máximo determinado hacia la depuradora. El caudal que supera el valor admisible rebosa y se vierte al medio receptor. Para la simulación de este esquema se emplearán los bloques de escorrentía y transporte. Se utilizarán unidades inglesas en los tres bloques. Los datos básicos del sistema de saneamiento se muestran en la figura 1. En el Anejo se dan los datos correspondientes a cada grupo de trabajo. A continuación, se relacionan algunos de los valores de las variables que se sugiere usar en el fichero de datos. Figura 1.- Esquema del sistema de saneamiento a modelizar. Red unitaria Comercial 20% 33 100 m 10 D:800 1 333 200 m D:800 Red unitaria 34 2 334 Residencial 80% Residencial 100% 10 Ha 5 Ha 150 m 30 1000 habs. D:700 150 m D:900 150 m D:900 20 40 50 Pendiente de la red 0,005 Pendiente cuencas 5% 500 habs/ha 300 L/hab.día Dot. comercial 0,5 L/s/Ha Terreno impermeable 50% []DBO Agua residual 250 mg/l []SS Agua residual 300 mg/l []NT Agua residual 40 mg/l Caudal admisible por la EDAR 4Qmedio Red separativa 3 4 5 EDAR 6 LEYENDA 1:Designación de pozo o cuenca 20 : Designación de conducto D:800 Diámetro de 800 mm Conexión ficticia Medio receptor Medio receptor 1

BLOQUE DE ESCORRENTÍA. Grupo A1 y A2: Grupo B1: Dos líneas de texto entre comillas simples. En este grupo se seleccionan los subprogramas que va a utilizar el bloque. ISNOW: No se va a simular nieve. NRGAG: Sólo se simulará un hietograma. INFILM: Se usará la ecuación de Horton. KWALTY: Se hará simulación de calidad. IVAP: Los datos de evaporación (medios diarios) se leerán mensualmente del grupo F1. NHR y NMN: La lluvia comenzará a las 14 horas 0 minutos. NDAY, MONTH y IYRSTR: La fecha de la lluvia es el día 1 de enero de 1981. Grupo B2: IPRN(1): Imprimir todos los datos de entrada. IPRN(2): Imprimir todos los gráficos. IPRN(3): Imprimir totales diarios, mensuales y anuales. Grupo B3: El tiempo de paso (WET, WETDRY y DRY) será de 60 segundos. Las unidades de LONG serán minutos y la duración de la simulación será de 4 horas. Grupo D1: Grupo E1: La precipitación se leerá de los grupos E1, E2 y E3. En este grupo se define la forma en que, posteriormente, se leerán los datos de la lluvia. En el ejemplo se definirán las lluvias mediante datos de intensidad en el grupo E3 (KTYPE=0). Pueden escribirse una o varias líneas E3, todas ellas con igual número de datos (intensidades) excepto la última, que puede tener menos. Para que el programa pueda leer las intensidades de esta forma, hay que definir en el grupo E1 cuántos valores van a escribirse por línea (KINC), el número de datos totales (NHISTO) y el intervalo de tiempo entre datos (THISTO). KPRINT: Se imprimirán los valores de entrada de la lluvia. Se empleará un valor constante para definir el intervalo entre datos de precipitaciones. Este valor será de 10 minutos (THISTO). KPREP: La precipitación se definirá por valores de intensidad. 2

TZRAIN: La lluvia comenzará en el mismo momento en que lo hace la simulación. Por tanto, TZRAIN=840 (14 horas). Grupo E3: Se escriben valores de la intensidad de la lluvia cada 10 minutos hasta completar la duración de la precipitación. En cada línea, como máximo, se escribirán KINC valores. El número total de datos debe ser NHISTO. Grupo F1: Grupo H1: Las tasas de evaporación mensuales serán iguales y de valor 0.01 in/día. Se supondrá que la forma de las cuencas es cuadrada. El coeficiente de Manning para zona permeable será de 0,3 y para zona impermeable de 0,014. El almacenamiento superficial en zona permeable será de 0,0983 pulgadas y en zona impermeable de 0,0295 pulgadas. Los coeficientes de la ecuación de Horton serán: WLMAX: 0,5503 in/h WLMIN: 0,0393 in/h DECAY: 0,00116 seg -1. Grupo JJ: Grupo J1: Grupo J2: Se utilizarán varios usos de la superficie de la cuenca. Se simularán tres contaminantes: DBO 5, SS y NT. No se simulará la erosión. El número de días de tiempo seco previos a la lluvia será de 7 días. Se supondrá que los imbornales no tienen capacidad de almacenamiento. La eficiencia de la limpieza de las calles será nula. En este grupo se define la acumulación de suciedad en la superficie de la cuenca en función del uso de la misma. Se simularán dos usos: comercial y residencial. 3

METHOD: Exponencial. JACGUT: La acumulación se calculará en función de la longitud de las cunetas. DDLIM y DDPOW: Estos parámetros se calcularán para una carga de 600 libras por cada milla de cuneta en 7 días y en zona comercial; y para 700 libras por cada milla de cuneta en 7 días y en zona residencial. Además, el 90% de la acumulación se obtendrá en 7 días. La expresión de la acumulación de suciedad de tipo exponencial es la siguiente: ( 1 ) DD = DDLIM e DDPOW t Si la acumulación es función de la longitud de las cunetas las unidades correspondientes son (Tabla 4-16): DDLIM = DD = lb lb 100 ft cuneta (1) DDPOW = 1 días Cálculo de DDLIM: De la figura 4-27 puede deducirse el valor de DDLIM en función del tipo de uso de la cuenca. Por ejemplo, la curva que corresponde a una cuenca de tipo comercial presenta su asíntota, aproximadamente, para el valor de 600 lb/milla de cuneta. Por tanto, y recordando que DDLIM debe tener unidades de lb/100 ft cuneta y que una milla son 5280 pies, se tiene: DDLIM = 600 lb n millas milla cuneta n millas 5280 ft 100 = 1136, lb 100 ft cuneta Cálculo de DDPOW: DDPOW se calcula para conseguir un cierto porcentaje de acumulación tras un cierto número de días de tiempo seco. Tomando logaritmos y despejando de la expresión general (1): L DDLIM DD = DDPOW t DDLIM Si se desea alcanzar el 90% de acumulación, se tiene: 4

1 L = DDPOW t 10 DDPOW = 2, 3026 t Grupo J3: Si t=7 días se obtiene que DDPOW=0,3289. Hay que definir una fila por contaminante y uso del suelo. Si se tienen tres contaminantes y dos usos hay que definir 6 líneas. NDIM: Las unidades serán mg/l. KALC: La acumulación de un contaminante será una fracción de la acumulación de suciedad calculada mediante los parámetros definidos en J2. KWASH: La función de lavado será exponencial. QFACT1: De la tabla 4-19 se obtienen, para cada contaminante y uso, los mg de contaminante presentes en un gramo de suciedad. Para los SS se supondrá que el valor de mg/g DD es de 1000, es decir, toda la suciedad acumulada. WASHPO: Se utilizará el valor 1. RCOEFF: Se empleará el valor 6. Se supondrá que la lluvia está exenta de contaminación. Grupo L1: KL: Si se emplea el grupo L2 se pondrá un número cualquiera. BASINS: Se supondrá que no hay imbornales con almacenamiento en las cuencas. GQLEN: La longitud de cunetas de la cuenca 333 es de 10.000 pies y de la 334 de 5.000. Atención a las unidades de esta variable. Grupo L2: Grupo M1: El resto de variables de este grupo es cero. Se indica el porcentaje de cada uso del terreno presente en cada cuenca. NPRNT: El número de nodos de los que se escribirán resultados será de 2. INTERV: Se imprimirán resultados cada tiempo de paso. Grupo M2: En este grupo se seleccionan los intervalos en los que se desea una salida de resultados con detalle. En este caso NDET=1, STARP(1)=0 y STOPPR(2)=0 por tanto, se imprimirá todo el período de simulación. Grupo M3: 5

Se indican los nodos de los que se desea obtener la salida de resultados. Hay que escribir tantos como se indica en la variable NPRNT del grupo M1. En este caso se seleccionarán los puntos 33 y 34. 6

BLOQUE DE TRANSPORTE. Grupos A1 y A2: Grupo B1: Dos líneas de texto entre comillas simples. La duración de la simulación será la misma que la del bloque de escorrentía. La duración del tiempo de paso será la misma que la del bloque de escorrentía. NINPUT: Los hidrogramas y polutogramas no se leerán del grupo R1, sino del fichero de intercambio. NNYN: No es necesario imprimir hidrogramas y polutogramas de entrada al bloque. NNPE: Se obtendrá la salida de resultados de 3 puntos. Estos se definirán en el grupo J2. NOUTS: Como tras este bloque no se va a utilizar ningún otro esta variable adoptará el valor 1. NPRINT: Conviene suprimir la mayoría de los mensajes de error. NPOLL: Igual que en el bloque anterior se simularán tres contaminantes. NITER: Valor recomendado por el manual: 4. IDATEZ: 1 de enero de 1981. INTPRT: Se escribirán resultados cada tiempo de paso. Grupo B2: EPSIL: Valor recomendado por el manual: 0,0001. DWDAYS: Número de días de tiempo seco previos a la simulación. TZERO: Tiempo de inicio de la lluvia. Como se usará el fichero de intercambio puede ponerse 0.0. GNU: Viscosidad cinemática del agua: 0,00001 pies 2 /seg. TRIBA: Área total. Grupo B3: La entrada del hidrograma y de los polutogramas se hará mediante un fichero de intercambio. Grupo C1: Grupo E1: No se calculará infiltración. No se estimará el caudal de tiempo seco. No se utilizará la opción de diseño hidráulico. No habrá secciones definidas por el usuario. No se imprimirán parámetros del comportamiento hidráulico de las secciones. 7

En este grupo se define la red mostrada en la figura 1. Se utilizará la nomenclatura representada en dicha figura para los pozos, conductos y bifurcación. Se usarán los diámetros, longitudes y pendientes especificadas. El número de Manning será de 0,0133. Los pozos 33 y 34 son las incorporaciones de las cuencas, se incluirán con valores NUE(i) =0. En 33, 34 y 3 se añadirá el caudal medio de tiempo seco correspondiente a cada cuenca en la variable DIST. La concentración media de tiempo seco de cada contaminante simulado (en mg/l) se incluye en la línea siguiente a E1. Todos los pozos e incorporaciones de cuencas deben incluir en NTYPE el valor 19, las conducciones circulares el valor 1 y la bifurcación el 21 (ver tabla 6-2). La bifurcación debe tener en la variable GEOM1 el valor correspondiente al máximo caudal que puede pasar por el punto 4 sin ser desviado al pozo 6. En GEOM3 debe indicarse el número de la unidad a la que se dirigirá el caudal que no supere el caudal indicado en GEOM1. Grupo F1: La tasa de consumo, DECAY, se tomará igual a cero. Se utilizará la tabla dada a continuación para definir las distribuciones de tamaños de partículas de cada contaminante. La gravedad específica, para los SS, será de 2,65 y para DBO y NT de 1,1. DBO 5 SS NT % Superior Tamaño (mm) % Superior Tamaño (mm) % Superior Tamaño (mm) 100 0 100 0 100 0 58 0,1 58 0,25 25 0,25 43 0,25 31 0,83 15 0,83 7 2 24 2 9 2 0 3 0 15 0 3 En el caso de DBO 5 y NT pueden sedimentar partículas con tamaño menor o igual que 3, en el caso de SS con tamaño menor o igual que 2. Grupo J2: Se obtendrán resultados de los pozos 6, 5 y 4. 8

En función de la lluvia de cada grupo de trabajo SE PIDE: 1.- Se ha lavado toda la suciedad de la superficie de las cuencas urbanas? 2.- La contaminación de la escorrentía superficial urbana es mayor que la del agua residual? 3.- Se supera el tiempo de concentración de cada cuenca? 4.- Existe acumulación de sedimentos en la red durante el tiempo seco? 5.- Existe acumulación de sedimentos en la red después de la lluvia? 6.- Existe primer lavado en la red? Cuál es su causa? 7.- Se produce aumento o disminución de concentraciones de contaminantes en el flujo a tratar por la depuradora (respecto a tiempo seco)? Cuántas veces? 8.- Se produce sobrecarga de contaminación de la EDAR, es decir, aumenta la carga (kg/h) de contaminante que tiene que tratar la EDAR? 9.- Se produce vertido de la red al medio receptor antes de la EDAR? 10.- Determinar, si lo hay, la concentración máxima del rebose, así como el volumen de agua y masas de contaminantes vertidos. 9

ANEJO Intensidad, duración y período de retorno de las lluvias seleccionadas para la simulación. Conversión de unidades. Lluvia 1 2 3 4 5 Intensidad (mm/h) 70 40 20 10 4 Duración (min). 10 10 120 120 120 Período de retorno (años) 5 1 5 1 0,1 1 pulgada = 25.44 mm 1 pie = 0.3048 m 1 pie 2 = 0.0929 m 2 1 pulgada 2 = 0.000645 m 2 1 acre = 4046.86 m 2 1 pie 3 = 0.02832 m 3 1 libra = 0.4536 Kg 1 milla = 5280 pies 10