Análisis comparativo de metodologías de cálculo de tormentas de diseño para su aplicación en hidrología urbana

Abstract

Las tormentas de diseño son un input clave dentro de la información necesaria para el diseño de infraestructuras hidráulicas. Existen numerosas metodologías de cálculo de tormentas de diseño desarrolladas durante la segunda mitad del siglo XX mundialmente y que pueden ser clasificadas en dos grupos principalmente. En primer lugar, se tienen aquellas basadas exclusivamente en curvas IDF, como son el hietograma rectangular (1970) o el método de los bloques alternos (1957), el cual ha sido el más extendido por su simplicidad de cálculo a pesar de los inconvenientes derivados de su planteamiento. En segundo lugar, se encuentran las tormentas de diseño basadas en registros de precipitación reales con la finalidad de obtener una aproximación más realista. Estos tienen en cuenta otras variables además de la intensidad media máxima, que si bien puede ser suficiente para el diseño de ciertos elementos, puede ser insuficiente en algunos casos en los que obtener un patrón temporal muy alejado de la realidad climática de la zona puede derivar en un diseño inadecuado. Ejemplos de este segundo enfoque son los métodos de Huff (1967) y posterior Illinois State Water Survey design storm (1974), Pilgrim y Cordery (1975), las tormentas de diseño del Servicio Atmosférico Ambiental canadiense (1980), Flood Studies Report (1975), etc. Una de las metodologías más recientemente desarrolladas dentro de esta segunda categoría es la realizada por García-Bartual y Andrés-Doménech (2017), mediante una función gamma de dos parámetros la cual pretende ser empleada en aplicaciones reales y servir de alternativa a las tormentas de diseño aplicadas en zonas mediterráneas. El siguiente trabajo describe cada uno de los métodos anteriores y otros, para después aplicar varios de ellos a un mismo conjunto de datos disponibles. Los datos se han extraído de un análisis previo de series pluviométricas cinco-minutales pertenecientes a un pluviómetro situado en la ciudad de València. El objetivo es realizar una síntesis comparativa de las tormentas de diseño obtenidas en función de unos parámetros seleccionados, como son la intensidad máxima y su localización temporal, el volumen, las formas de las ramas ascendente y descendente, etc. Finalmente, para completar el análisis, se transformarán los hietogramas obtenidos en hidrogramas mediante el empleo de un modelo recientemente calibrado para la red de saneamiento de València.

Design storms are a key input to the necessary information for hydraulic infrastructures design. There are numerous methodologies for calculating design storms developed during the second half of the 20th century worldwide and they can be classified, mainly, into two groups. First, there are those based exclusively on IFD curves, such as the rectangular hyetograph (1970) or the alternative blocks method (1957), which has been the most widespread due to its simplicity of calculation despite the drawbacks derived of its approach. Second, there are design storms based on real rainfall records in order to obtain a more realistic approach. These take into account other variables in addition to the maximum average intensity, which although it may be sufficient for the design of certain elements, may be insufficient in some cases in which obtaining a temporal pattern very far from the climatic reality of the area can be derived in an inappropriate design. Examples of this second approach are the methods of Huff (1967) and later Illinois State Water Survey design storm (1974), Pilgrim and Cordery (1975), the design storms of the Canadian Environmental Atmospheric Service (1980), Flood Studies Report (1975). ), etc. One of the most recently developed methodologies within this second category is that carried out by García-Bartual and Andrés-Doménech (2017), through a gamma function of two parameters, which is intended to be used in real applications and serve as an alternative to the storms of design applied in Mediterranean areas. The following work describes each of the above methods and others, and then apply several of them to the same set of available data. The data have been extracted from a previous analysis of five-minute rainfall series belonging to a rain gauge located in the city of València. The objective is to perform a comparative synthesis of the design storms obtained according to selected parameters, such as the maximum intensity and its temporal location, the volume, the shapes of the ascending and descending branches, etc. Finally, in order to complete the analysis, the obtained hyetographs will be transformed in hydrographs by using a recently calibrated model for the València sewage network.