Chaak: Computational Hydrology and Hydraulic Aider Kit
Los eventos extremos y su relación con el recurso hídrico en el uso público urbano
Puebla, México. 04/10/2023
“Chaak: Computational Hydrology and Hydraulic Aider Kit ”
Dr. Carlos Díaz Delgado
Equipo de investigación y desarrollo: J. M. Becerril Lara, H. Salinas Tapia, C. Díaz Delgado, D. García Pulido, J. L. Aragón Hernández
Hoy en día, a nivel mundial, más de 255 millones de personas residen en zonas urbanas que enfrentan condiciones extremas de alto estrés hídrico y, para el año 2030, se estima que esta cifra rebasará los 470 millones de habitantes (WorldResourceInstitute, 2019).
La proporciónde la poblaciónmundial en zonasurbanas se incrementarápasando de 46.6 % en 2000 a 66.4% en 2050.
Se prevéquelasgrandesciudadesenfrentenunmayorestréshídricogeneradoporun continuocrecimientoeconómico,demográficoy la ocurrencia de eventosclimáticos extremosmásseverosdonde se incluyenlasinundaciones,olasdecalorysequías.
El porcentajedeimpermeabilización,cambiodeusodesueloy el transportedelagua pluvialmediante un sistema de alcantarilladosonalgunos de losfactoresmásimportantes queintervienen en la respuestahidrológicafinaldeunacuencaurbanizada.
Estasalteraciones en la respuestahidrológicanatural RHN se reflejandirectamente en la disminuciónde la capacidaddeinfiltración,asícomo en el incrementoyaceleracióndel volumen de escorrentía,dejandoatráslascondicionesnaturalesyconformando la respuestahidrológicaurbana(RHU)
La poblaciónmexicana en 2020126.1millonesdepersonas,yestimadapara2050será de 143.925millonesdehabitantes(ONU,2011,INEGI,2020).
La proporción de la poblaciónurbana enel paíspara el año 2000, 74.7%, 77% en 2015, 79% en 2020ycontinuarácreciendohastaalcanzar el 86.4% enel año2050.
De las186,316 localidadesdelpaís, el 48%están en sólo65centrosurbanos.
Losprincipalesproblemas queya se observan,y se veránagravados, se encuentran en las grandesciudadesymegalópolis,principalmentelasde la Ciudad de México,Monterrey, GuadalajarayPuebla.
Visión de la herramienta
Condición hidrológica natural
Condición
hidrológica urbana Proceso de urbanización
Caudal
Caudal pico urbano
Drenaje convencional urbano
Caudal pico natural
Impacto hidrológico urbano
Impacto hidrológico Cero
Volumen de escorrentía
¿Que es Chaak?
Impacto hidrológico urbano
Herramientahidroinformáticaparadiseñoyanálisis de redes de sistemasurbanos de drenajeconobjetivossostenibles
Objetivo: Simular el funcionamiento
yestimar los beneficioshidrológicos de incorporarSUDS
Análisis de precipitaciones
Objetivo: obtenercurvasIDTr
para su uso enel diseñoy
simulación de redes de drenaje
Drenaje pluvial
Objetivo: definirlas
característicasgeométricas de una red de drenaje
Impacto hidrológico urbano
Objetivo: estimar el impacto hidrológico por urbanización
Análisis integrado
Diseñar mejores sistemas urbanos de drenaje
Capacidades de Chaak Análisis
Proyecto
Curvas IDTr Red de drenaje
Modelo hidrológico
Respuesta
Base o natural
de precipitaciones Diseño Simulación
Adoptar un impacto hidrológico cero
Impacto hidrológico
Módulo:Análisis de precipitaciones
Lectura de datos
Análisis de la calidad de datos
Ajuste de distribución de probabilidad
Gumbel
Datos requeridos:
Objetivo: Estimaroconstruircurvas IDTr
Funciones de distribución de probabilidad disponibles: Log Normal Gamma Log Pearson III
Estimación: método de Chen Construcción
Estimación/construcción de curvas IDTr
Módulo:Drenaje pluvial
Construcción del modelo
Configuración de parámetros de diseño
Optimación del trazo en planta
Diseño de la red de drenaje
Objetivo: Obtenerlascaracterísticas de geométricas de diseñopara una red de drenaje
Resultados del diseño:
Optimación del trazo:
Vista en planta: gráfico; CAD; SHP
Algoritmo de ruta mínima: Dijkstra y Floyd–Warshall
Vista en perfil: gráfico y CAD
Resumen de los resultados de diseño: xls
Algoritmo genético: Costo de construcción
Resumen general de los resultados del diseño
Módulo: Impacto hidrológico urbano
Objetivo: estimar el impacto hidrológico por urbanización
Construcción del modelo
Opciones de simulación
Estimación del impacto hidrológico urbano
Análisis del funcionamiento de SUDS
Simulación:
Sistemas urbanos de drenaje sostenible:
Sistemas de infiltración
Sistemas de retención
Escorrentía superficial: Onda cinemática, hidrogramas sintéticos, hidrograma conocido
Sistemas de detención
Flujo en conductos: Onda cinemática y onda dinámica
Reducir el impacto hidrológico urbano
Futuras implementaciones
Simulación dual del sistema de drenaje (1D-2D)
Modelo 2D basado en Autómata celulares Chaak-CA2D
Objetivo: Analizar la evolución de la inundación(magnitud,rapidezy duración)
Animación Chaak-CA2D
Animación Iber
Cálculo
Ejecución CPU
Ejecución GPU
Futuras implementaciones
Disminuir tiempos de cómputo:
Librería OMP Parallel
CUDA
Potencial implementación dentro de un esquema de optimación
Objetivo: Analizar la evolución de la inundación(magnitud,rapidezy duración)
Futuras implementaciones
Estimación de la resiliencia de un sistema de drenaje
Diseño específico de SUDS
Sistemas urbanos de drenaje sostenible
Detención Retención Infiltración
¿Dónde ubicar SUDS?
Maximizar beneficios hidrológicos Menor costo posible Esquema inteligente para la optimación de SUDS
