Modelling the Hydraulic Response of Permeable Pavements: a Numerical and Experimental Approach for Model Comparison and Sensitivity Analysis to Design Parameters

Abstract

[ES] Los Pavimentos Permeables (PP) son una técnica de los denominados Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS). A diferencia de otras técnicas de este tipo, proporciona una superficie dura transitable a la vez que gestiona las aguas pluviales superficiales, siendo sus propiedades hidráulicas fundamentales para su rendimiento como SUDS. Esta tesis explora el rendimiento hidráulico de los PP, basándose en el modelo hidrológico-hidráulico de PP proporcionado en el ampliamente utilizado Storm Water Management Model (SWMM). La tesis se presenta en un formato de tres artículos. Así, tras una aproximación a la pregunta general de investigación dada en el primer capítulo introductorio, el segundo capítulo del documento analiza qué parámetros son los más influyentes y cuáles son despreciables en el modelo, proporcionando un análisis de sensibilidad general. El siguiente capítulo explora la relación entre el modelo de PP de SWMM y el modelo de número de curva (CN), ampliamente utilizado, en lo que respecta a la escorrentía deducida por ambos modelos en función de la permeabilidad del pavimento. En el cuarto capítulo se analiza la respuesta del PP en condiciones experimentales controladas y se compara con el modelo de PP dado en SWMM. Tras una discusión general de los resultados en el quinto capítulo, se ofrecen unas conclusiones generales en el último. La tesis profundiza en el conocimiento del comportamiento hidráulico de los PP para ayudar a profesionales e investigadores en su caracterización.

[CA] Els Paviments Permeables (PP) són una tècnica dels denominats Sistemes Urbans de Drenatge Sostenible (SUDS). A diferència d'altres tècniques d'aquest tipus, proporciona una superfície dura transitable alhora que gestiona les aigües pluvials superficials, sent les seues propietats hidràuliques fonamentals per al seu rendiment com SUDS. Aquesta tesi explora el rendiment hidràulic dels PP, basant-se en el model hidrològic-hidràulic de PP proporcionat en l'àmpliament utilitzat Storm Water Management Model (SWMM). La tesi es presenta en un format de tres articles. Així, després d'una aproximació a la pregunta general d'investigació donada en el primer capítol introductori, el segon capítol del document analitza quins paràmetres són els més influents i quins són menyspreables en el model, proporcionant una anàlisi de sensibilitat general. El següent capítol explora la relació entre el model de PP de SWMM i el model de número de corba (CN), àmpliament utilitzat, pel que fa a l'escolament deduït per tots dos models en funció de la variable permeabilitat del paviment. En el quart capítol s'analitza la resposta del PP en condicions experimentals controlades i es compara amb el model de PP donat en SWMM. Després d'una discussió general dels resultats en el cinqué capítol, s'ofereixen unes conclusions generals en l'últim. La tesi aprofundix en el coneixement del comportament hidràulic dels PP per a ajudar a professionals i investigadors en la seua caracterització.

[EN] Permeable Pavements (PP) are a Sustainable Urban Drainage System (SUDS) technique. Unlike other such techniques, it provides a transitable hard surface while managing surface stormwater, being its hydraulic properties fundamental for its performance as a SUDS. This dissertation explores the hydraulic performance of PPs, based on the hydrologic-hydraulic model of PP provided in the widely used Storm Water Management Model (SWMM). The dissertation is presented in a \textit{three-paper} format. Accordingly, after an approach to the general research question given in the first introductory chapter, the second chapter of the document analyses which parameters are the most influential and which are negligible in the model by providing a general sensitivity analysis. The next chapter explores the relation between the PP model from SWMM and the widely used Curve Number (CN) model regarding runoff generated by both models and examines the relationship between both approaches based on the pavement permeability variable. The fourth chapter analyses the PP response under controlled experimental conditions and compares it with the PP model given in SWMM. After a general discussion of the results in the fifth chapter, general conclusions are given in the last chapter. The dissertation deepens the understanding of the hydraulic behaviour of PPs to help practitioners and researchers with its characterisation.