9. Exportación - Importación de Modelo Hidráulico
9.1 Características del proceso
El proceso de exportación-importación a modelo hidráulico ha cambiado respecto versiones anteriores de Giswater, pues ahora el plugin integra toda la funcionalidad. Veamos algunas mejoras añadidas:
Se pueden enviar a modelo los elementos en función de su estado (STATE) que puede ser en servicio, obsoleto o planificado, con la única condición que tengan coherencia hidráulica. Por ejemplo, si en un sector únicamente tengo un depósito en estado en servicio, y mando a modelo hidráulico solo los elementos planificados, esto no va a poder ser.
Para el caso de proyectos WS es posible configurar la rugosidad en función de la edad de la tubería. Para ello se debe usar la tabla inp_cat_roughness y se debe asignar una edad al elemento. En caso de no asignar fecha de construcción al elemento este se considerará nuevo a efectos de tomar valor de rugosidad.
Aparecen unos elementos nuevos a los que hemos nombrado nodarcos. Los nodarcos son aquellos elementos que en la gestión de inventario son nodos reguladores de flujo, como puede ser el caso de válvulas o bombas, pero que en modelo hidráulico deben ser arcos, puesto que un regulador de flujo de forma conceptual siempre es un elemento 'arco' que regula flujo entre dos nodos diferentes.
9.1.1 Características principales para redes de abastecimiento (WS)
Para la realización del modelo hidráulico es necesario disponer de datos completos y precisos para cada uno de los elementos y parámetros que se desee modelar, así pues, para entender todo lo requerido en cada una de las tablas de modelo hidráulico, dispondremos del manual de EPANET, el cual especifica de manera muy exacta y detallada todos aquellos conceptos necesarios.
9.1.1.1 Trabajo por sectores
El trabajo por sectores permite al usuario filtrar y enviar al modelo hidráulico únicamente aquellos elementos que pertenecen a un sector determinado, o bien enviar varios sectores a la vez. Como se especifica en el apartado 4.2.1.2 de este manual, el campo ‘sector_id’ almacena los datos del sector hidráulico al cual pertenece dicho elemento, y posteriormente mediante la tabla ‘selector_sector’ nos filtra aquellos elementos que pertenecen al sector/s seleccionado.
Cabe destacar que el sector o sectores seleccionados para la exportación al modelo hidráulico deben tener coherencia hidráulica, es decir, para WS sin equanum debe haber una reserva hídrica, la cual abastece el sistema (RESERVOIR, TANK) y como mínimo un punto de consumo.
Para seleccionar sectores para enviar a modelo hidráulico debe usarse la herramienta básica de ‘Selector’.
9.1.1.2 Escenarios de demanda
Para el caso de redes de WS, aparecen los escenarios de demanda. Los escenarios de demanda permiten al usuario definir diferentes hipótesis de demanda sobre los elementos de consumo (JUNCTION).
En un caso normal, la relación entre punto de consumo y valor de la demanda es 1:1 y el valor principal de la demanda ‘demand’, junto con el patrón de consumo ‘pattern_id’ se definen en la tabla ‘inp_junction’, como se muestra en la siguiente imagen.
Mediante la tabla ‘inp_demand’, el usuario puede aplicar una demanda alternativa a la demanda principal del nodo de consumo y a su vez cambiar el patrón de demanda. Para ello en primer lugar se crea el nuevo escenario en la tabla de catálogo ‘cat_dscenario’ y posteriormente se vincula el elemento nodo con la nueva demanda y al escenario al que pertenece, tal y como se muestra a continuación.
9.1.1.3 Transformación de nodos a arcos
Giswater resuelve esta dualidad con los elementos 'nodarco', elementos que por sus características en el inventario son nodos, pero por su comportamiento de regulador de flujo en el modelo hidráulico deben ser un arco. Este elemento ‘nodarco’ se define a demanda del usuario en la tabla de sistema (node_type).
Todos aquellos elementos que sean etiquetados como SHORTIPE / VALVE / PUMP, son elementos tipo ‘nodarco’, y por consiguiente su información de modelo se almacene en las tablas:
- inp_shortpipe - inp_valve - inp_pump
Para que un elemento ‘nodarco’ sea válido, debe cumplir por regla general que contenga 1 o 2 arcos extremales, en caso contrario el nodo no será válido y no pasará a ser un arco.
El proceso de transformación de NODO a ARCO es el siguiente:
- Se genera una nueva geometría tipo ARCO de 0,5 metros o menos (sufijo _n2a) - Se generan dos nuevos nodos tipo JUNCTION (sufijos n2a1 ‘nodo inicial’ y n2a2 ‘nodo final’) - Se 'recortan' y reconectan a los nuevos nodos las geometrías arco de los arcos existentes para dar cabida al nuevo arco - Los atributos de los elementos JUNCTION se heredan del nodo padre. - Los atributos de los elementos ARCO se heredan de uno de los dos arcos extremales (material, diámetro, etc.)
9.1.1.4 Posibilidad de multibomba
Al representar un bombeo dentro de Giswater, cabe la posibilidad de que la relación entre el elemento y su comportamiento en el modelo hidráulico no sea 1:1, es decir, (un elemento bombeo equivale a un regulador de flujo tipo bomba), sino que contenga más de una bomba y por lo tanto se nos genere una relación 1:n con el elemento, (un elemento de catastro tipo bombeo equivale a varios reguladores de flujo).
Todo regulador de flujo etiquetado como PUMP, almacena su información en la tabla ‘inp_pump’, la cual se deberá completar con los parámetros que regulan el funcionamiento de dicha bomba, así pues, por defecto la relación que se genera entre el nodo y el número de bombas es 1:1.
Mediante la tabla ‘inp_pump_additional’, Giswater permite al usuario gestionar más de una bomba para un único elemento tipo bombeo. En dicha tabla se debe indicar el id del nodo padre, el número de bomba definida en ese nodo respecto el número total de bombas adicionales y los parámetros de trabajo de cada una de las bombas adicionales, tal y como se muestra en el siguiente ejemplo:
El ejemplo muestra dos bombas adicionales al nodo ‘1105’, es decir, dicho nodo, cuando se exporte al modelo hidráulico, se transformará en tres arcos tipo ‘pump’ cada uno con sus propios parámetros de trabajo.
9.1.1.5 Diferentes opciones de simulación
La relación que se establece entre ellas es compleja y se detalla en el presente cuadro:
https://github.com/Giswater/docs/blob/master/github/pdf/go2epa_methods.pdf
Por otro lado, respecto la gestión del estado de las válvulas de una red de abastecimiento suele ser algo dinámico, en función de las necesidades del usuario el estado de las mismas podrá ser uno u otro para realizar la simulación hidráulica del modelo. Esta modificación del estado de las válvulas se debe, ya sea por cambios realizados en el inventario (válvula rota, válvula fuera de servicio, etc.) o bien cambios puntuales de su estado al generar un polígono de corte.
Así pues, se puede decir que las válvulas podrán tener diferente estado en función de la tabla en la que se almacenen los datos: ‘inp_shorpipe’, ‘man_valve’ o ‘anl_result_mincut_valve’.
Mediante el botón de ‘Opciones’ dentro del formulario de exportación al modelo hidráulico, el usuario podrá escoger el estado de las válvulas que utilizará en dicha simulación.
EPA TABLE: Aquellas cuyo estado sea ‘En servicio’ o ‘Planificado’ en la capa ‘inp_shortpipe’
INVENTORY VALUES: Aquellas cuyo estado sea ‘En servicio’ o ‘Planificado’ en la capa ‘man_valve’
MINCUT RESULT: Aquellas válvulas que en función de los resultados generados por el polígono de corte se han visto afectadas. A su vez, el usuario podrá escoger mediante el desplegable de ‘Mincut result id’, los resultados del polígono de corte que desee modelar.
9.1.2 Características principales para redes de drenaje urbano (UD)
Para la realización del modelo hidráulico es necesario disponer de datos completos y precisos para cada uno de los elementos y parámetros que se desee modelar, así pues, para entender todo lo requerido en cada una de las tablas de modelo hidráulico, dispondremos del manual de SWMM, el cual especifica de manera muy exacta y detallada todos aquellos conceptos necesarios.
9.1.2.1 Trabajo por sectores
El trabajo por sectores permite al usuario filtrar y enviar al modelo hidráulico únicamente aquellos elementos que pertenecen a un sector determinado, o bien enviar varios sectores a la vez. Como se especifica en el apartado 4.2.1.2 de este manual, el campo ‘sector_id’ almacena los datos del sector hidráulico al cual pertenece dicho elemento, y posteriormente mediante la tabla ‘selector_sector’ nos filtra aquellos elementos que pertenecen al sector/es seleccionado.
Cabe destacar que el sector o sectores seleccionados para la exportación al modelo hidráulico deben tener coherencia hidráulica, es decir, para redes de UD los requisitos mínimos serian un punto de entrada de agua al sistema, ya bien sea pluviales, mediante la aplicación de una lluvia en las (SUBCATCHMENTS) o bien, mediante aguas residuales (DWF), y un punto de salida del sistema (OUTFALL).
9.1.2.2 Gestión de escenarios de hidrología
Para el caso de redes de UD, aparecen los escenarios de hidrología. Los escenarios de hidrología permiten al usuario definir diferentes hipótesis sobre el método de infiltración, escorrentía superficial, aguas subterráneas, deshielo, etc. aplicado a las subcuencas de drenaje (SUBCATCHMENTS).
Mediante la tabla de catálogo ‘cat_hydrology’ se define un elemento de catálogo referido a los datos relativos a flujos de agua que entran de forma natural en el sistema, indicando el identificador, un nombre y el método de infiltración utilizado.
Los métodos de infiltración reconocibles por SWMM son: número de curva, Green-Ampt o bien ecuación de Horton.
Una vez definido el catálogo de hidrología, en la tabla inp_subcatchment se relaciona cada subcuenca de drenaje con el catálogo de hidrología al cual pertenece, mediante el campo hydrology_id.
Esta relación permite aplicar diferentes hipótesis de cálculo sobre una misma subcuenca de drenaje, y con el selector de hidrología seleccionar aquellas que deseamos utilizar para la simulación.
Importante destacar que los campos rellenados que hacen referencia al método de infiltración en la tabla inp_subcatchment, deben ser reconocibles por el catálogo de hidrología que se les imputa.
9.1.2.3 Integración del catálogo de formas normalizado de SWMM
Giswater integra en su sistema las distintas variedades de secciones geométricas que admite SWMM para catalogar los conductos de una red de UD. Mediante la tabla de catálogo de arcos, se definen las diferentes tipologías de conductos, rellenando los siguientes campos obligatorios: id, matcat_id, shape y los campos geom* necesarios para definir la forma (shape).
Para saber que datos hay que poner en estos campos se debe consultar el catálogo de secciones de SWMM y conocer cómo funcionan de forma integrada este catálogo y la tabla de dominio de valores de secciones normalizadas (cat_arc_shape).
En este sentido comentar que la tabla cat_arc_shape está compuesta por los siguientes campos:
Id: nombre de la forma (en nuestro idioma) de nuestro catálogo (es la que actúa cómo dominio de valores del campo cat_arc_shape).
Epa: nombre que recibe la forma en SWMM (consultar catálogo de secciones de SWMM).
tsect_id: para el caso de formas irregulares abiertas, etiqueta del conjunto de valores de la tabla inp_transects que definen la geometría irregular según el formato del HEC.
curve_id: para el caso de formas no contempladas en el catálogo del documento adjunto, nombre de la curva definida en la tabla inp_curve que define los pares de valores que conforman el detalle de forma de esta sección.
image: campo de sistema con el nombre del archivo png que se almacena en la carpeta del plugin Giswater (plugins/giswater/png) y que es llamada cuando se hace una info sobre un elemento tipo arco y se hace clic en el tab de cost.
descript: campo auxiliar descriptivo de la sección.
active: campo booleano que nos permite controlar si es una forma que está activa en nuestro catálogo o se ha dado de baja y no es seleccionable.
Con lo cual, si tomamos por referencia la información anterior, y consultamos el catálogo de secciones de SWMM, ya estamos en disposición de llenar los campos geom* en función de la forma escogida.
A continuación, se muestran dos ejemplos de la relación entre la tabla cat_arc_shape y el catálogo de arcos cat_arc.
Si quisiera catalogar conductos circulares, por ejemplo, como 'Redondo' esto se traduce en:
Para la tabla cat_arc_shape,
cat_arc_shape.id = 'Redondo'
cat_arc_shape.epa = 'CIRCULAR'
cat_arc_shape.image = 'ud_section_circular.png'
Y en la tabla cat_arc,
cat_arc.shape = 'Redondo'
cat_arc.geom1 = El valor expresado en metros de diámetro interior del elemento
Si quisiera catalogar mis conductos rectangulares cerrados, por ejemplo, como 'Rectangular' esto se traduce en:
Para la tabla cat_arc_shape,
cat_arc_shape.id = 'Rectangular'
cat_arc_shape.epa = 'RECT_CLOSED'
cat_arc_shape.image = 'ud_section_rect_closed.png'
Y en la tabla cat_arc,
cat_arc.shape = 'Rectangular'
cat_arc.geom1 = El valor expresado en metros de la dimensión vertical interior del elemento
cat_arc.geom2 = El valor expresado en metros de la dimensión horizontal interior del elemento
Comentar que en realidad la table cat_arc_shape ya viene llena con todas las formas normalizadas de SWMM, con lo cual ampliar este catálogo en función de nuestras necesidades resulta bastante sencillo de entender y proceder.
Siempre se cumplen TRES REGLAS BÁSICAS:
1) El valor de cat_arc_shape.id puede ser el que uno quiera, en cambio el valor de cat_arc_shape.epa siempre debe ser normalizado a uno de los valores del catálogo de secciones de SWMM.
2) Todas las medidas (cat_arc.geom*) son interiores y deben estar expresadas en metros.
3) Los valores de cat_arc.geom1 siempre se corresponden con la dimensión vertical del elemento, así como los valores de cat_arc.geom2 siempre se corresponden con dimensión horizontal del elemento
Para los otros casos, consultar el catálogo de secciones de SWMM.
9.1.2.4 Reguladores de flujo
Para la gestión de los diferentes reguladores de flujo, la versión 3.0 de Giswater mantiene la misma lógica que en versiones anteriores donde a los arcos virtuales se les puede asignar un elemento EPA.
En este sentido aparecen dos tipos de arcos virtuales, los que entran al nodo (que sería la prolongación de la conducción que le precede) y los que salen del nodo (que sería el regulador de flujo).
En el primer caso el arco virtual es simplemente un propagador de flujo, al cual se le debe indicar a parte de las características propias del elemento, la dirección a la que drena (el nodo 2). De esta manera al realizar la exportación al modelo hidráulico lo que hace Giswater es juntar esté arco virtual con su predecesor, convirtiendo los dos en uno de solo.
A su vez si el campo add_length lo tenemos en true, la longitud del arco virtual se sumará en el momento de fusionarse, en cambio sí lo tenemos en false, la longitud de dicho elemento no se sumará.
En un caso práctico, los arcos virtuales propagadores de flujo, se aplicarían a nodos de grandes dimensiones como depósitos o cámaras, cuyos arcos que le llegan no conectarían en el centro, sino que se quedarían en el perímetro de este, y el tramo de conexión entre estos dos puntos sería lo que se denomina arco_virtual.
En el segundo caso el arco virtual se comporta como un regulador de flujo, los reguladores de flujo son estructuras o dispositivos utilizados para controlar y derivar los caudales dentro del sistema de transporte. Los elementos reguladores de caudal que puede modelar SWMM son los siguientes y su información se almacena en las siguientes tablas:
Orificios (orifice), tabla: inp_flwreg_orifice
Vertederos (weirs), tabla: inp_flwreg_weir
Descargas (outlets), tabla: inp_flwreg_outlet
Bombas (pump), table: inp_flwreg_pump
En las tablas nombradas anteriormente, en el momento de introducir un nuevo regulador de flujo se le deben definir los siguientes parámetros: nodo origen, arco destino, ordinal de regulación (por si queremos introducir más de un regulador entre ese nodo y ese arco con ese tipo de regulación), y por último los diferentes parámetros que controlan dicho regulador.
En el caso particular de si justo después del nodo existe un arco virtual, el campo exit_conduit no debe ser el arc_id del arco virtual sino debe ser el arc_id del conduit que recibe el flujo, puesto que la operación de fusión de los arcos virtuales con el conducto este se acopla con el arc_id del conducto.
En caso de coexistir más de un regulador entre un nodo y un arco dados, en el momento de la exportación, el sistema dibuja para SWMM tantos arcos como reguladores existan.
Aspectos a tener en cuenta con el parámetro flw_length:
El parámetro flw_length es la longitud del regulador de flujo.
En caso de existir más de un regulador de flujo entre un nodo y un arco el sistema cogerá el valor máximo.
La longitud del regulador de flujo es importante para el caso de aliviaderos u orificios y hace referencia a la distancia aguas abajo del mismo en la que no se puede suponer condiciones normales de flujo en el conducto, es decir, se trata de una longitud inefectiva del conducto aguas abajo.
9.2 Métodos de exportación
Hasta la versión 3.5.025, para los proyectos de "ud", cuando queríamos exportar nuestra red teníamos que ir a "Ir a EPA" y pinchábamos en "Opciones" para configurar una serie de parámetros (tanto en la pestaña "Inp" como en la pestaña "Rpt") que eran necesarios para la simulación.
Desde la versión 3.5.026 en la pestaña "Inp", en el apartado "GENERAL", nos encontramos con el parámetro "Network geometry generator" el cual nos va a permitir configurar la exportación para realizar la simulación con SWMM (opción "1D SWMM) o con IBER (opción "1D/2D SWMM-IBER).
Esto abre un amplio abanico de posibilidades a la hora de estudiar nuestra red ya que nos permite simularla también con IBER y estudiar su comportamiento en los distintos escenarios que se pueden presentar en las inundaciones.
NOTA: IBER es un software de modelo hidráulico bidimensional que se utiliza para la simulación del flujo superficial libre. Para más información, se puede visitar su web: https://www.iberaula.es/.
Cuando elijamos la opción “1D SWMM” se generará, como hasta ahora, un archivo inp que contendrá toda la información que SWMM necesita para ejecutar la simulación. En el caso de que elijamos la opción “1D/2D SWMM-IBER” se generarán dos archivos que se podrán cargar en IBER:
Uno de extensión .inp que únicamente utilizará los datos hidráulicos (los datos referentes a las lluvias o a la hidrología no se utilizarán ya que hay que crearlos específicamente en IBER).
Otro de extensión .dat que contendrá la información sobre los sumideros que serán gestionados desde IBER.
Como podemos ver en la imagen anterior, en el nuevo archivo .dat tenemos unos campos provenientes de la capa de sumideros que hasta ahora no existían.
A continuación, vamos a ver cuáles son.
9.2.1 Gestión de la capa de los sumideros
A partir de la versión 3.5.026, si en el ToC desplegamos el grupo "EPA", dentro del subgrupo "Hydraulics" podremos ver que tenemos tres capas nuevas:
Inp Netgully: representa aquellos sumideros que funcionan como un pozo.
Inp Gully: son los sumideros de la red.
Gully2Node: línea que une el sumidero al pozo.
Puesto que la capa que nos interesa es la "Inp Gully", vamos a centrarnos en ella. Si abrimos su tabla de atributos y nos desplazamos hasta el final, veremos que hay unos campos nuevos que son los que deberemos rellenar:
outlet type: tipo de salida. Podremos tener dos opciones:
To network: hacia la red.
Sink: el flujo se perderá como comportamiento de sumidero.
custom top elev: elevación personalizada. Este valor sobrescribe el valor del campo top_elev.
custom width: ancho personalizado. Este valor sobrescribe el ancho que el sumidero tiene asignado en su catálogo correspondiente.
custom length: longitud personalizada. Este valor sobrescribe la longitud que el sumidero tiene asignada en su catálogo correspondiente.
custom depth: profundidad personalizada. Este valor sobrescribe la profundidad que está definida en la profundidad del nodo o del sumidero.
method: método de cálculo utilizado para los sumideros en IBER. Hay dos opciones:
W/O: este método utiliza los valores de los campos “weir_cd” y “orifice_cd”.
UPC: este método utiliza los valores de los campos “a_param” y “b_param”. Para más información sobre este método se puede visitar https://upcommons.upc.edu/handle/2117/172466.
weir_cd: coeficiente de descarga del vertedero utilizado en el método W/O.
orifice_cd: coeficiente de descarga del orificio utilizado en el método W/O.
custom_a_param: valor personalizado para el parámetro A cuando se utiliza el método UPC. Este valor sobrescribe el valor del parámetro en el catálogo correspondiente.
custom_b_param: valor personalizado para el parámetro B cuando se utiliza el método UPC. Este valor sobrescribe el valor del parámetro en el catálogo correspondiente.
efficiency: eficiencia del sumidero al controlar la escorrentía.
Los valores de los campos “outlet type”, “method”, “weir_cd”, “orifice_cd” y “efficiency” podremos configurarlos por defecto yendo a la pestaña “Básico” en la configuración de Giswater.
Cuando hayamos rellenado todos los valores correspondientes, ya podremos exportar nuestra red. En cuanto la hayamos exportado, tendremos que estar pendientes de los posibles errores críticos que se puedan dar. En el caso de que aparezca alguno, deberemos corregirlos.
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