SWMM - Métodos computacionales - Rotación del flujo

El trazado del flujo dentro de una conexión de conducto en SWMM se rige por las ecuaciones de conservación de masa y momento para un flujo no permanente y gradualmente variable (es decir, las ecuaciones de flujo de Saint Venant). El usuario de SWMM puede elegir el nivel de sofisticación utilizado para resolver estas ecuaciones:

• Steady - flujo constante, sólo suma los hidrogramas
  El enrutamiento de caudal constante representa el tipo de enrutamiento más sencillo posible (de hecho, ningún enrutamiento en absoluto), suponiendo que dentro de cada paso temporal computacional el caudal es uniforme y estable. Por lo tanto, simplemente traslada los hidrogramas de entrada en el extremo aguas arriba del conducto al extremo aguas abajo, sin retraso ni cambio de forma. La ecuación del caudal normal se utiliza para relacionar el caudal con el área de flujo (o profundidad).
  Este tipo de encaminamiento no puede tener en cuenta el almacenamiento en el canal, los efectos de remanso, las pérdidas de entrada/salida, la inversión del flujo o el flujo presurizado. Sólo puede utilizarse con redes de transporte dendríticas, en las que cada nodo tiene un único enlace de flujo de salida (a menos que el nodo sea un divisor, en cuyo caso se requieren dos enlaces de flujo de salida). Esta forma de encaminamiento es insensible al intervalo de tiempo utilizado y, en realidad, sólo es adecuada para los análisis preliminares que utilizan simulaciones continuas a largo plazo.
• Onda cinemática - Considera un flujo uniforme, sin remansos ni inundaciones. Sólo considera el efecto de la pendiente y la fricción, los demás términos de la ecuación de movimiento no se tienen en cuenta. no se tienen en cuenta los demás términos de la ecuación de movimiento.
  Este método de trazado resuelve la ecuación de continuidad junto con una forma simplificada de la ecuación de momento en cada conducto. Esta última supone que la pendiente de la superficie del agua es igual a la pendiente del conducto.
  El caudal máximo que puede transportar un conducto es el valor del caudal normal total.
  Cualquier exceso de caudal que entre en el nodo de entrada se pierde del sistema o puede acumularse en la parte superior del nodo de entrada y reintroducirse en el conducto a medida que haya capacidad disponible.
  El trazado cinemático de las olas permite que el flujo y el área varíen tanto espacial como temporalmente dentro de un conducto.
  Esto puede dar lugar a hidrogramas de flujo atenuados y retardados a medida que el caudal de entrada se encamina a través del canal. Sin embargo, esta forma de trazado no puede tener en cuenta los efectos de remanso, las pérdidas de flujo de entrada/salida, la inversión del flujo o el flujo presurizado, y también se limita a los trazados de redes dendríticas. En general, puede mantener la estabilidad numérica en intervalos de tiempo moderadamente largos, del orden de 1 a 5 minutos. Si no se espera que los efectos mencionados sean significativos, esta alternativa puede ser un método de trazado preciso y eficaz, especialmente para simulaciones a largo plazo.
• Onda dinámica - Ecuaciones completas de Saint-Vennant
  El trazado dinámico de ondas resuelve las ecuaciones de flujo unidimensionales completas de Saint Venant y, por tanto, produce los resultados más precisos desde el punto de vista teórico.
  Estas ecuaciones consisten en las ecuaciones de continuidad y de momento para los conductos y una ecuación de continuidad de volumen en los nodos.
  Con esta forma de enrutamiento, es posible representar el caudal presurizado cuando un conducto cerrado se llena, de modo que los caudales pueden superar el valor total del caudal normal.
  La inundación se produce cuando la profundidad del agua en un cruce supera la profundidad máxima disponible y el exceso de caudal se pierde del sistema o puede acumularse en la parte superior del cruce y volver a entrar en el sistema de drenaje.
  El trazado dinámico de las olas puede tener en cuenta el almacenamiento en el canal, el reflujo, las pérdidas de entrada/salida, la inversión del flujo y el flujo a presión.
  Al asociar la solución tanto a los niveles de agua en los nudos como al caudal en los conductos, puede aplicarse a cualquier trazado general de red, incluso a los que contienen varios desvíos y bucles aguas abajo. Es el método de elección para los sistemas sujetos a importantes efectos de remanso debidos a restricciones de caudal aguas abajo y con regulación de caudal mediante vertederos y orificios.
  Esta generalidad tiene el precio de tener que utilizar intervalos de tiempo mucho más cortos, del orden de treinta segundos o menos (SWMM puede reducir automáticamente el intervalo de tiempo máximo definido por el usuario según sea necesario para mantener la estabilidad numérica).

Cada uno de estos métodos de trazado emplea la ecuación de Manning para relacionar el caudal con la profundidad del flujo y la pendiente del lecho (o rozamiento). En el caso de los conductos de impulsión designados por el usuario, puede utilizarse la ecuación de Hazen-Williams o Darcy-Weisbach cuando se produce flujo a presión.