Análisis de sistemas de infiltración de agua y técnicas de simulación numérica para entender el proceso de inundaciones en zonas urbanas

Abstract

RESUMEN: La presente tesis pretende arrojar claridad sobre el proceso de inundaciones en zonas urbanas y el funcionamiento hidráulico de los sistemas de infiltración de agua de concreto permeable, ya que esto puede contribuir a un mejor aprovechamiento del agua pluvial al tiempo que se mitigan las inundaciones en zonas urbanas. El transporte de sedimentos es uno de los fenómenos que más afecta a los sistemas de infiltración de agua de concreto permeable, ya que reduce su capacidad hidráulica de infiltrar el agua, y mediante modelación numérica se analizó dicho fenómeno. Por otra parte, se obtuvieron datos de entrada para el desarrollo de un modelo numérico de inundaciones, el cual permite generar pronósticos para alertar a la población y a las autoridades sobre las zonas urbanas con mayor vulnerabilidad a inundarse. El objetivo principal de esta tesis es superar la falta de datos de entrada que existe actualmente en la modelación numérica, para contribuir al desarrollo de modelos numéricos que ayuden a entender el proceso de inundaciones en zonas urbanas y el funcionamiento de los sistemas de infiltración de agua. Esto mediante la mejora de las técnicas de obtención, procesamiento e integración de dichos datos de entrada. La permeabilidad y porosidad del concreto permeable se determinaron de manera experimental, y estos resultados se utilizaron para desarrollar un modelo numérico que analiza la obstrucción por sedimentos. Por otra parte, se proponen metodologías para obtener datos topográficos y de uso de suelo utilizando técnicas de fotogrametría y sistemas de información geográfica. Se llevó a cabo un análisis hidrológico en una cuenca urbana no aforada de Aguascalientes para estimar los procesos de precipitación, infiltración y escorrentía mediante modelación hidrológica, aplicando métodos empíricos. Se propone también una metodología para determinar la permeabilidad del suelo in situ utilizando un permeámetro tipo Pask. Además, se realizó un análisis estadístico para determinar la precipitación en la cuenca con base en los registros históricos de las estaciones meteorológicas más cercanas, y los resultados muestran las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia y los hietogramas en función de varios periodos de retorno. La investigación concluye con recomendaciones para mejorar la confiabilidad de los modelos numéricos.

ABSTRACT: This thesis aims to shed light on the flooding process in urban areas and the hydraulic functioning of pervious concrete water infiltration systems, as this can contribute to better use of stormwater while mitigating flooding in urban areas. Sediment transport is one of the phenomena that most affects pervious concrete water infiltration systems, as it reduces their hydraulic capacity to infiltrate water. This phenomenon was analyzed through numerical modeling. Input data were also obtained for the development of a numerical flood model, which allows generating forecasts to alert the population and authorities about urban areas most vulnerable to flooding. The main objective of this thesis is to overcome the current lack of input data in numerical modeling and contribute to the development of numerical models that help understand the flooding process in urban areas and the functioning of water infiltration systems. This is achieved by improving the techniques for obtaining, processing, and integrating such input data. The permeability and porosity of pervious concrete were determined experimentally, and these results were used to develop a numerical model that analyzes sediment clogging. Methodologies are also proposed for obtaining topographic and land-use data using photogrammetry techniques and geographic information systems. A hydrological analysis was carried out in an ungauged urban watershed in Aguascalientes to estimate precipitation, infiltration, and runoff processes through hydrological modeling, applying empirical methods. A methodology is also proposed to determine in situ soil permeability using a Pask-type permeameter. In addition, a statistical analysis was performed to determine precipitation in the watershed based on historical records from the nearest meteorological stations. The results show intensity-duration-frequency curves and hyetographs based on various return periods. The research concludes with recommendations for improving the reliability of the numerical models.