Proyectos
MODELACIÓN DEL PROCESO LLUVIA-ESCORRENTÍA EN CUENCAS URBANAS. SEGUNDA FASE: DESARROLLO DE UNA ESTRATEGIA DE MODELACIÓN MATEMÁTICA BASADA EN ENSAMBLES MÚLTIPLES DE MODELOS.
Resumen
Considerando el acelerado proceso de urbanización que está ocurriendo en la actualidad (se estima que más de la mitad de la población mundial vive actualmente en zonas urbanas, y en Colombia, de acuerdo con el DANE, cerca del 75% lo hace) el agua será un aspecto crítico que determinará el futuro de nuestras ciudades. Así, el tema de hidrología urbana, entendido como aquel en el cual de forma integral se analizan la generación de escorrentía a partir de precipitación, su conducción y el transporte de contaminantes a través de los sistemas de drenaje, su tratamiento en plantas diseñadas para tal fin, y su vertimiento en fuentes receptoras, surge como un tema de investigación de gran importancia, actualidad y con enormes impactos para la población. Al respecto, diversos autores han identificado algunas de las limitaciones actuales que deben ser superadas para avanzar en temas de hidrología urbana. La primera de ellas se refiere a la incorporación de la variabilidad espacio-temporal de la precipitación en el análisis del proceso lluvia-escorrentía. En este sentido, y a través de un proyecto de investigación actualmente financiado por la Vicerrectoría de Investigación, y que corresponde a la primera fase del proyecto, se han invertido importantes recursos en la instrumentación del campus de la Universidad Nacional Sede Bogotá utilizando sistemas duales de medición de precipitación ubicados en las cubiertas de siete edificios del campus, complementados con mecanismos de medición de la cantidad y calidad del agua en la red del alcantarillado. La segunda limitación se refiere a la carencia de series hidrológicas confiables y de larga duración en cuencas urbanas, y en este sentido el proyecto actualmente en curso está haciendo un gran aporte. La tercera limitación corresponde a la inapropiada resolución espacial y temporal de la mayoría de las redes de precipitación en zonas urbanas debido a su baja densidad. En este sentido, y por fuera de los objetivos del proyecto actualmente financiado, se investiga preliminarmente la forma de desagregar datos diarios de precipitación a intervalos compatibles con los tiempos de respuesta de cuencas urbanas. La cuarta limitación identificada en la literatura se refiere a los temas de contaminación en cuencas urbanas, que únicamente recientemente se han empezado a considerar, y en los que el proyecto en curso ha intentado aportar a través de la caracterización de las aguas de primer lavado, también por fuera de los objetivos del proyecto en curso. Sin ser exhaustivos, una limitación adicional, particular en Colombia, corresponde a la modelación del proceso lluvia escorrentía en una cuenca urbana, a través del uso de fórmulas empíricas basadas en métodos tradicionales como el método o fórmula racional. A este respecto y dentro de los objetivos de la primera fase del proyecto, se está actualmente implementando el modelo SWMM de la EPA en el campus universitario, siguiendo un riguroso protocolo de modelación (que incluye las fases de calibración, validación, análisis de sensibilidad e incertidumbre), con el propósito último de cuantificar el impacto de la variabilidad espacio-temporal de la precipitación en la generación de escorrentía. Sin embargo, el objetivo de la primera fase del proyecto no ha incluido el refinamiento de la modelación matemática a un nivel tal que permita mejorar el diseño, realizar el planeamiento y la operación del subsistema de drenaje dentro del gran sistema red-planta-cuerpo receptor. Es aquí en donde se ha considerado muy importante plantear la continuación del proyecto mencionado a través de una segunda fase, en la que se pueda evaluar la calidad de la modelación realizada no solo con base en los resultados de las fases de calibración y validación, sino mediante la comparación de las simulaciones con observaciones realizadas en sitios intermedios de la red, no considerados en las etapas de calibración y validación. Adicionalmente, en la literatura se ha demostrado que un conjunto de modelos (ensamble) simula mucho mejor un sistema, que cada modelo de forma individual. Utilizando esta estrategia de modelación, es posible también analizar la incertidumbre en los resultados debida a la estructura de los modelos utilizados. En este sentido, se plantea en esta segunda fase del proyecto realizar la calibración, validación, análisis de sensibilidad e incertidumbre y pruebas de modelación en sitios internos de la red, utilizando los datos que actualmente se recopilan y otros de nuevos sitios de la red que se planean instrumentar en la segunda fase, utilizando modelos hidrológicos simplificados, y por lo menos dos modelos distribuidos, de uso libre, adicionales al SWMM (EPA, 1975), como por ejemplo DR3M-QUAL (Alley y Smith, 1982), QQS (Geiger y Dorsch, 1980) o CITY DRAIN (Achleitner et al., 2005). El objetivo final de este ensamble múltiple de modelos, es el desarrollo de una herramienta flexible que permita su adaptación en otras cuencas urbanas en la ciudad de Bogotá que cuenten con información hidrológica limitada y que permita realizar un mejor diseño, planeación y operación de la red.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA NACIONAL DE INVESTIGACIÓN 2008
Modalidad:MODALIDAD 1. APOYO A TRAVÉS DE PROYECTOS A GRUPOS DE INVESTIGACIÓN CONSOLIDADOS (CLASIFICADOS EN CATEGORÍA "A" EN EL SISTEMA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Responsable