Determinación de los parámetros descriptores del comportamiento hidráulico de materiales filtrantes para filtros de agua de lluvia empleando la herramienta informática HYDRUS

Abstract

The city of Vienna is characterized for having several green zones within its city limits including a wide variety of vegetation. With the increase of extreme events leading to floods, droughts, heat islands and also water shortage, the demand for interdisciplinary solutions within the urban space is needed. In this context the green zones shall be used for the retention and treatment of street runoff and also provide a good environment for growing trees. The city of Vienna in collaboration with the Institute of Sanitary Engineering at BOKU University develops new filter materials to providing the needed properties. These properties shall not only provide a plant friendly environment for the plant growth but also to be able to remove contaminants from the rainwater runoff that infiltrates through the substrate. Within this project, the soil hydraulic parameters of the developed filter materials shall be determined for the van Genuchten-Mualem soil hydraulic model. This data is essential for future planned modelling of the treatment performance of the filters using the different filter materials or clogging of the filter due to occurring particulate matter from the runoff. The first step of this work includes experiments to obtain the saturated hydraulic conductivity according to ÖNORM B2506-3 (2016) and measurements of the water flow in unsaturated conditions for different defined rain events. With this measured data, the unknown soil hydraulic parameters are determined by using the inverse solution of the water flow model within the HYDRUS software package. With these parameters a water flow model based on the three applied rain events can be setup and furthermore be used as basis for future modelling approaches.

La ciudad de Viena se caracteriza por tener un gran número de zonas verdes en las que podemos encontrar una gran variedad de vegetación. El incremento de escenarios climáticos extremos como inundaciones, sequias, efecto isla de calor y escasez de agua, conllevan la necesidad de buscar nuevas soluciones interdisciplinares en la gestión de espacios verdes urbanos. En este contexto, las zonas verdes han de ser capaces de retener y tratar el agua de lluvia, así como, proporcionar un medio adecuado para el desarrollo de los árboles. La ciudad de Viena, en colaboración con el instituto de ingeniería sanitaria de la universidad de BOKU, trabaja en el desarrollo de un nuevo material filtrante que cumpla estas necesidades. Este material no ha de favorecer únicamente un medio adecuado para el desarrollo de la vegetación, sino que ha de ser capaz de eliminar contaminantes de la escorrentía generada por el agua de lluvia que se infiltra a través del sustrato. En este proyecto, se determinaran para los materiales estudiados los parámetros hidráulicos necesarios para el modelo de van Genuchten-Mualem. Esta información es esencial para la futura planificación del rendimiento del material filtrante en el tratamiento del agua, así como, la modelación de la obstrucción de estos filtros debido a la deposición de partículas arrastradas por la escorrentía. El primer paso de este trabajo es realizar ensayos en el laboratorio para la obtención de la conductividad hidráulica saturada de acuerdo con la norma ÖNORM B2506-3 (2016) y medir el flujo de agua en condiciones no saturadas para distintos episodios de lluvia. Una vez realizadas estas mediciones, el resto de parámetros hidráulicos de los suelos se determinarán empleando la solución inversa del modelo de flujo de agua mediante la herramienta informática HYDRUS. Con estos parámetros puede configurarse un modelo de flujo basado en los tres episodios de lluvia aplicados y emplearse como base de futuros modelos.

[CA] La ciutat de Viena es caracteritza per tindre un gran nombre de zones verdes en les quals es poden encontrar una gran varietat de vegetació. L’increment d’escenaris climàtics extrems com inundacions, sequeres, efectes illa de calor, i escassesa d’aigua, les quals comporten la necessitat de buscar noves solucions interdisciplinàries en la gestió d’espais verds urbans. En aquest context, les zones verdes han de ser capaces de retindré i tractar l’aigua de pluja, així com proporcionar un medi adequat per al desenvolupament d’arbres. La ciutat de Viena en col·laboració amb l’institut d’enginyeria sanitària de la universitat de BOKU, treballa en el desenvolupament d’un nou material filtrant que satisfaci aquestes necessitats. Aquest material no sols ha d’afavorir un medi adequat per al desenvolupament de la vegetació, sinó que també ha de ser capaç d’eliminar contaminants de l’escorrentia generada per l’aigua de pluja que s’infiltra a través del substrat. En aquest projecte, es determinaran per als materials estudiats els paràmetres hidràulics necessaris per al model de van Genuchten-Mualem. Aquesta informació és essencial per a la futura aplicació del rendiment del material filtrant en el tractament de l’aigua, així com la modelació de la obstrucció d’aquests filtres degut a la deposició de partícules arrossegades per l’escorrentia. El primer pas d’aquest treball és realitzar assajos en el laboratori per a l’obtenció de la conductivitat hidràulica saturada d’acord amb la norma ÖNORM B2506-3 (2016) i mesurar el flux d’aigua en condicions no saturades per a distints episodis de pluja. Una vegada realitzats aquests mesuraments, la resta de paràmetres hidràulics dels sòls es determinaran utilitzant la solució inversa del model de flux d’aigua mitjançant la ferramenta informàtica HYDRUS. Amb aquests paràmetres pot configurar-se un model de flux basat en els tres episodis de pluja aplicats i utilitzar-se com a base de futurs models.