Modelatge i avaluació de sistemes de drenatge urbà: estudi de cas a la fira de Cornellà del Llobregat

Treball realitzat per: Anna Blazquez Baeza Dirigit per: Jackson David Tellez Alvarez Grau en: Enginyeria Ambiental Barcelona, 25/06/2024 Departament: DECA - Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental TREBALL FINAL DE GRAU Modelatge i Avaluació de Sistemes de Drenatge Urbà: Estudi de Cas a la Fira de Cornellà del Llobregat 1 Agraïments Vull expressar el meu profund agraïment a totes les persones que han contribuït al desenvolupament i finalització d'aquest treball. En primer lloc, vull agrair sincerament al meu tutor, Jackson Tellez, per la seva guia, suport i assessorament al llarg de tot el procés. La seva paciència i dedicació han estat fonamentals per a la realització d'aquest estudi. També vull expressar la meva més sincera gratitud a la meva família, que sempre ha estat al meu costat oferint-me el seu suport. 2 Resum El creixement urbà i l’augment de superfícies impermeables a les ciutats incrementen els problemes relacionats amb la gestió d’aigües pluvials. Aquest estudi avalua la viabilitat d’implantació i l’efectivitat de Sistemes Urbans de Drenatge Sostenible (SUDS) a l’àmbit de la Fira de Cornellà de Llobregat, comparant tres alternatives de gestió d’aigües pluvials. L’alternativa 1 consisteix en no fer cap actuació. L’alternativa 2 en instal·lar un dipòsit de laminació i l’alternativa 3 en implantar SUDS. Utilitzant el programari de modelització hidrològica SWMM, es modelitzen les tres alternatives. Els resultats indiquen que els SUDS, integrant processos naturals com la infiltració i la retenció, milloren significativament la gestió d'aigües pluvials en entorns urbans, especialment en relació a la reducció d’escorrentiu. Les conclusions destaquen la importància d'implementar SUDS com una alternativa sostenible i eficient a la planificació urbana. 3 Resumen El crecimiento urbano y el aumento de superficies impermeables en las ciudades incrementen los problemas relacionados con la gestión de aguas pluviales. Este estudio evalúa la viabilidad de implantación y la efectividad de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) en el ámbito de la Feria de Cornellà de Llobregat, comparando tres alternativas de gestión de aguas pluviales. La alternativa 1 consiste en no realizar ninguna actuación. La alternativa 2 a instalar un depósito de laminación y la alternativa 3 a implantar SUDS. Utilizando el software de modelización hidrológica SWMM, se modelizan las tres alternativas. Los resultados indican que los SUDS, integrando procesos naturales como la infiltración y la retención, mejoren significativamente la gestión de aguas pluviales en entornos urbanos, especialmente en lo que se refiere a la reducción de escorrentivo. Las conclusiones destacan la importancia de implementar SUDS como una alternativa sostenible y eficiente a la planificación urbana. 4 Abstract Urban growth and the increase of impermeable surfaces in cities increase the problems related to rainwater management. This study evaluates the implementation feasibility and effectiveness of Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) in the area of the Fira de Cornellà de Llobregat, comparing three rainwater management alternatives. Alternative 1 is to take no action. Alternative 2 to install a lamination tank and alternative 3 to implement SUDS. Using the hydrological modeling software SWMM, the three alternatives are modelled. The results indicate that SUDS, integrating natural processes such as infiltration and retention, significantly improve stormwater management in urban environments, particularly in terms of runoff reduction. The conclusions highlight the importance of implementing SUDS as a sustainable and efficient alternative to urban planning. 5 Índex 1 Introducció ................................................................................................................ 9 2 Objectius i justificació de l’estudi ........................................................................... 10 2.1 Objectius generals ............................................................................................ 10 2.2 Objectius específics .......................................................................................... 11 2.3 Justificació de l’estudi ..................................................................................... 12 3 Actuacions a l’Àrea metropolitana de Barcelona .................................................... 13 4 Estat de l’art ............................................................................................................ 15 4.1 Definició de sistema de drenatge ..................................................................... 15 4.2 Problemàtiques actuals .................................................................................... 16 4.3 Alternatives sostenibles en el context global ................................................... 17 4.4 Sistemes urbans de drenatge sostenible (SUDS) ............................................. 19 4.5 Tipologies de SUDS......................................................................................... 20 4.6 Documents de referència pel disseny de SUDS ............................................... 23 4.7 Programes de modelització .............................................................................. 24 5 Metodologia ............................................................................................................ 25 6 Àmbit d’estudi ......................................................................................................... 27 7 Modelització de la xarxa ......................................................................................... 30 7.1 Descripció de la modelització ...................................................................... 30 8 Proposta d’ABM consulting .................................................................................... 32 8.1 Descripció alternativa dipòsit: ......................................................................... 33 8.2 Funcionament del dipòsit de laminació ........................................................... 34 9 Proposta d’implementació de SUDS ....................................................................... 34 9.1 Emplaçament dels SUDS ................................................................................. 35 9.2 Selecció de la tipologia de SUDS .................................................................... 37 9.3 Revisió de condicionants ................................................................................. 37 9.4 Resultat de la Selecció ..................................................................................... 39 9.4.1 Paviments permeables (I-PAV) ................................................................. 39 9.4.2 Franges de bioretenció (T-BIO) ................................................................ 40 9.4.3 Tècniques SUDS no seleccionades........................................................... 41 9.5 Dimensionament .............................................................................................. 43 9.5.1 Dades de partida ....................................................................................... 43 9.6 Definició geomètrica ........................................................................................ 44 6 9.6.1 Paviment permeable (I-PAR) .................................................................... 44 9.6.2 Franges de bioretenció (T-BIO) ................................................................ 45 9.7 Càlculs del dimensionat ................................................................................... 47 9.8 Càlculs de Volums ............................................................................................ 48 9.9 Càlcul de temps de buidat ................................................................................ 49 10 Règim pluviomètric ............................................................................................. 50 10.1 Intesitat de precipitació .................................................................................... 51 10.1.1 Precipitació màxima diària (Pd) ............................................................... 52 10.1.2 Factor d’intensitat Fint ............................................................................... 54 10.2 Corbes IDF ....................................................................................................... 55 10.3 Blocs Alterns .................................................................................................... 57 11 Modelització dels SUDS ..................................................................................... 57 11.1 Definició dels paràmetres ................................................................................ 58 11.2 Introducció dels SUDS al model: .................................................................... 61 11.2.1 Paviment permeable ................................................................................. 62 11.2.2 Franges de bioretenció .............................................................................. 63 12 Resultats del model .............................................................................................. 65 12.1 Rendiment dels SUDS ..................................................................................... 65 12.2 Impacte a xarxa de clavegueram ...................................................................... 72 13 Conclusions ......................................................................................................... 76 14 Limitacions de l’estudi ........................................................................................ 78 15 Referències .......................................................................................................... 79 7 Índex d’il·lustracions Il·lustració 3-1 Parc del Clot - Sant Martí: Xarxa de drenatge d'àrees de sauló mitjançant rases amb graves i tub porós ....................................................................................................................................... 13 Il·lustració 3-2 Jardins del Gran Capità - Les Corts: Execució de rases drenants ......................................... 14 Il·lustració 3-3 Parc de la Ciutadella: Execució de pous d'infiltració ........................................................... 14 Il·lustració 4-1 Escorrentiu en el temps en funció de la precipitació en superfícies urbanitzades i no urbanitzades. Font: (Ministerio para la Transición Ecológica, 2019) .......................................................... 16 Il·lustració 4-2 Representació gràfica dels pilars dels SUDS. Font: (Woods-Ballard et al., 2007) ................ 19 Il·lustració 4-3 Classificació dels SUDS aplicables a Barcelona segons la seva funció. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) ............................................................................................... 21 Il·lustració 6-1 Situació i àmbit d’estudi. Font: («Baix Llobregat», s.d.), (Google, 2022), (Mutxamel, 2009) .................................................................................................................................................................... 27 Il·lustració 6-2 Esquema de la xarxa de drenatge modelitzada. Font: (ABM consulting, 2024) ................. 28 Il·lustració 6-3 Conques de drenatge modelitzades i conques generals. Font: (ABM consulting, 2024) ..... 29 Il·lustració 7-1. Esquema de la xarxa de drenatge de l’àmbit d’estudi. Font: (ABM consulting, 2024) ...... 31 Il·lustració 8-1 Esquema del model SWMM de la xarxa de drenatge actual. Font: (ABM consulting, 2024) .................................................................................................................................................................... 32 Il·lustració 8-2 Esquema del model de la xarxa de drenatge amb la configuració de subconques en base al projecte d’urbanització ............................................................................................................................... 33 Il·lustració 8-3 Esquema del dipòsit de laminació. Font: (ABM consulting, 2024) ...................................... 34 Il·lustració 9-1 Diagrama de flux per la selecció de SUDS. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020)......................................................................................................................................... 37 Il·lustració 9-2 Secció del mapa hidrològic del tram baix del Llobregat i el seu delta continguda dins l’àmbit. Escala 1:30.000. Font: ICGC ........................................................................................................... 38 Il·lustració 9-3 Esquema de sistema de bioretenció ubicat en una rotonda. Font: (Sorolla et al., 2020) .... 41 Il·lustració 9-4 Ubicació dels SUDS a l'àmbit d'estudi. Font: Elaboració pròpia .......................................... 42 Il·lustració 9-5 Esquema típic de sistema de paviment permeable amb filtració parcial. Font: (Woods- Ballard et al., 2007) .................................................................................................................................... 45 Il·lustració 9-6 Esquema típic de granges de bioretenció. Font: (Woods-Ballard et al., 2007) ................... 46 Il·lustració 10-1 Mapa de l'índex de torrencialitat. Font: (Ministerio de Fomento, 2019) .......................... 54 Il·lustració 10-2 Intensitat de pluja màxima en un període de 5 minuts i pluja diària futura per cada període de retorn. Font: Elaboració pròpia ................................................................................................. 55 Il·lustració 10-3 Hietograma de disseny per T= 2 anys i T=10 anys. Font: Elaboració pròpia ..................... 57 Il·lustració 11-1 Finestra del "LID Usage Editor" generada Font: SWMM 5.2. ............................................ 61 Il·lustració 12-1 Mapa d'escorrentiu per subconques en mm per t=10 anys. Alternativa 3 ....................... 66 Il·lustració 12-2 Mapa d'escorrentiu per subconques en mm per T=2 anys. Alternativa 3 ........................ 66 Il·lustració 12-3 Mapa d'infiltració total per subconques en mm per T=10 anys. Alternativa 3 ................. 67 Il·lustració 12-4 Mapa d'infiltració per sobconques en mm per T=2 anys. Alternativa 3 ............................ 67 8 Índex de taules Taula 9-1 Coeficients de permeabilitat segons el tipus de sòl. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020)......................................................................................................................................... 39 Taula 9-2 Guia per la selecció del tipus de sistema de paviment permeable. Font: (Woods-Ballard et al., 2007)........................................................................................................................................................... 40 Taula 9-3 Coeficient d'escorrentiu associat a cada tipus de terreny. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) .............................................................................................................. 43 Taula 9-4 Càlcul de les àrees ocupades pels SUDS en carrils bici. Font: Elaboració pròpia ......................... 44 Taula 9-5 Àrees ocupades per les franges de bioretenció (m2). Font: Elaboració pròpia ............................ 45 Taula 9-6 Àrea de terreny impermeable a tractar per cada sistema SUD. Font: elaboració pròpia ........... 47 Taula 9-7 Volum en m3 d'escorrentiu a gestionar per cada sistema SUD als carrils bici. Font: elaboració pròpia ......................................................................................................................................................... 48 Taula 9-8 Volum en m d'escorrentiu a gestionar per cada sistema SUD a les rotondes. elaboració pròpia48 Taula 9-9 Porositat eficaç per diferents tipus de sòls. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020)......................................................................................................................................... 48 Taula 9-10 Volum (m3) d'emmagatzematge de cada sistema SUD ubicat en carrils bici ............................ 49 Taula 9-11 Volum (m3) d'emmagatzematge de cada sistema SUD ubicat en rotondes .............................. 49 Taula 10-1 Valors dels coeficients de variació i quatil regional per cada període de retorn (T=2 anys i T= 10 anys) ........................................................................................................................................................... 52 Taula 10-2 Pluja diària per T=2 anys i T= 10 anys. Font: Elaboració pròpia ................................................ 53 Taula 11-1 Valors del paràmetres utilitzats en la modelització del SUD I-PAV. Font: elaboració pròpia ..... 62 Taula 12-1 Influència de les alternatives sobre el volum d'escorrentiu per T=2 anys. Font: elaboració pròpia ......................................................................................................................................................... 68 Taula 12-2 Influència de les alternatives sobre l'escorrentiu per T=10 anys. Font: elaboració pròpia ....... 69 Taula 12-3 Influència de les alternatives sobre la infiltració per T=2 anys. Font; elaboració pròpia .......... 69 Taula 12-4 Influència de les alternatives sobre la infiltració per T=10 anys. Font: elaboració pròpia ........ 70 Taula 12-5 Volum final acumulat als SUDS dels carrils bici per T=2 anys. Font: elaboració pròpia ............ 72 Taula 12-6 Volum final acumulat als SUDS de les rotondes per T=2 anys. Font: elaboració pròpia ........... 72 Taula 12-7 Volum final acumulat als SUDS dels carrils bici per T=10 anys. Font: elaboració pròpia .......... 73 Taula 12-8 Volum final acumulat als SUDS de les rotondes per T=10 anys. Font: elaboració pròpia ......... 73 Taula 12-9 Nivell d'aigua als pous per l’alternativa 0. Font: elaboració pròpia ......................................... 74 Taula 12-10 Nivells d'aigua als pous per l'alternativa 2. Font: elaboració pròpia ..................................... 74 Taula 12-11 Nivell d'aigua als pous per l'alternativa 1. Font: elaboració pròpia ........................................ 74 Índex de gràfics Gràfic 10-1 IDF obtinguda amb el mètode de carreteres per T=2 i T=10. Font: Elaboració pròpia ............ 55 Gràfic 10-2 IDF obtinguda amb el document "Máximas lluvias diarias en España peninsular per T=2 i 10. Font: Elaboració pròpia .............................................................................................................................. 56 Gràfic 10-3 IDF obtinguda a través del Pla director. Font: Elaboració pròpia ............................................. 56 Gràfic 12-1 Percentatge d’infiltració en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS. Per T= 10 anys Font: Elaboració pròpia. ............................................................ 71 Gràfic 12-2 Percentatge d’infiltració en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS per T=10 anys. Font: Elaboració pròpia. ............................................................ 71 Gràfic 12-3 Percentatge descorrentiu en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS. Per T= 2 anys Font: Elaboració pròpia. .............................................................. 71 Gràfic 12-4 Percentatge d’escorrentiu en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS. Per T= 10 anys Font: Elaboració pròpia. ............................................................ 72 Gràfic 12-5 Hidrograma del node 2061 a la sortida de l'àmbit d'estudi per T=2 anys. Font: elaboració pròpia ......................................................................................................................................................... 75 Gràfic 12-6 Hidrograma del node 2061 a la sortida de l'àmbit d'estudi per T=10 anys. Font: elaboració pròpia ......................................................................................................................................................... 75 15 4 Estat de l’art Es revisaran i analitzaran els treballs previs i els coneixements existents relatius a l'objecte d'estudi. Aquesta secció té com a finalitat proporcionar un marc teòric sòlid, identificant els principals avenços, metodologies, i descobriments en el camp dels sistemes de drenatge sostenible (SUDS) i els sistemes de drenatge tradicionals, així com les seves aplicacions en entorns urbans. La revisió de l'estat de l'art permetrà contextualitzar la investigació en el panorama científic i tècnic actual, ressaltant les aportacions més rellevants i les llacunes de coneixement que aquest treball pretén abordar. Es farà èmfasi en els estudis i projectes similars realitzats en altres localitats, així com en les guies tècniques i normatives que regulen la implementació de SUDS 4.1 Definició de sistema de drenatge Els sistemes de drenatge tradicionals tenen les seves arrels en les antigues civilitzacions, on les primeres infraestructures es van dissenyar per gestionar l'aigua i prevenir inundacions. Els romans van construir elaborats sistemes de clavegueram per drenar l'aigua de pluja i residual, exemples dels quals es poden veure en estructures com la Cloaca Màxima a Roma (Latín y Roma, 2021). Durant l'Edat Mitjana, moltes ciutats europees van continuar desenvolupant aquests sistemes per fer front a les creixents necessitats urbanes . Els sistemes de drenatge tradicionals tenen diverses funcions: • Funció higienista: Evitar la propagació de malalties eliminant l'aigua estancada que podria actuar com a focus de patògens. • Funció hidràulica: Protegir la ciutadania i les propietats de les inundacions. • Funció ambiental: Mantenir i millorar la qualitat dels cursos d'aigua receptors i conservar el recurs hídric. • Funció d'economia circular: Valoritzar les aigües recollides, reutilitzant-les per a diferents usos. Els components que conformen els sistemes de drenatge son els que es mostren a continuació (HIDROTEC, 2024): • Escomeses: Components que descarreguen les aigües residuals domèstiques de les edificacions a la xarxa pública general. • Embornals: Canals subterrànies sota les vies urbanes que transporten l'aigua cap a un col·lector. • Col·lectors: Canonades grans que recullen les aigües de les clavegueres i les transporten als principals col·lectors d'aigua. • Tancs de laminació: Dipòsits que retenen l'aigua dels col·lectors en episodis de pluja intensa per evitar inundacions. 16 • Emissaris interceptors: Elements que transporten les aigües dels col·lectors fins a la depuradora o al medi natural. • Cunetes: Entrants que recullen i concentren l'aigua de pluja de les vies i els terrenys adjacents. • Embornals: Estructures que recullen l'aigua d’escorrentiu • Pous de sanejament: Cambres verticals que permeten accedir a les clavegueres i col·lectors per facilitar el seu manteniment. 4.2 Problemàtiques actuals En el context actual dels àmbits urbans trobem les principals causes responsables de les mancances de les xarxes de drenatge tradicionals: • Increment de l’escorrentiu urbà i risc d’inundació El desenvolupament de les zones urbanes té associat un augment de l’àrea impermeabilitzada. Es substitueixen sòls filtrants per carreteres, paviments i sostres impermeables. L’augment de la impermeabilització, la reducció d’àrea vegetada, i la construcció d’edificis i vials son les causes directes de l’augment d’escorrentiu en les zones urbanes. La vegetació fa la funció de retenir, reduir la velocitat d’escorrentiu i retornar part de la pluja a l’atmosfera a través de la evapotranspiració i la construcció d’edificis i vials requereixen de la compactació del subsol de manera que es redueix la capacitat d’infiltració. (Woods-Ballard et al., 2007) A la Il·lustració 4-1 es mostra el comportament de l’escorrentiu en zones urbanes. Es caracteritza per tenir un temps de concentració molt baix i cabals punta molt més elevats que en àmbits rurals. Il·lustració 4-1 Escorrentiu en el temps en funció de la precipitació en superfícies urbanitzades i no urbanitzades. Font: (Ministerio para la Transición Ecológica, 2019) 17 • Efecte illa de calor Les ciutats tenen tendència a tenir unes temperatures més elevades que les zones menys urbanitzades, especialment durant la nit. Aquesta diferència de temperatura és el que s’anomena “efecte illa de calor” De mitjana, la diferència en les temperatures superficials durant el dia entre les zones urbanes i les rurals és de 10 a 15 ºC, i durant la nit acostuma a ser més petita, entre els 5- 10 ºC (Ajuntament de barcelona, 2018) És un concepte que està relacionat amb l’increment de la urbanització. Els materials utilitzats en la construcció tenen propietats tèrmiques amb capacitat d’absorció i retenció del calor altes També els gasos alliberats pels vehicles contribueixen a l’augment de la temperatura. • Concentració de contaminants En zones urbanes, es generen una gran quantitat de contaminants que són arrossegats per la pluja i l'escorrentia. Les partícules emeses a l'atmosfera pels vehicles i les indústries també acaben formant part de l'aigua pluvial a gestionar. Per tant, el drenatge urbà ha de buscar solucions per aconseguir el sanejament de les aigües pluvials a les ciutats i evitar la contaminació de les masses d'aigua receptores. • Disminució de l’aigua infiltrada als aqüífers L’augment de l’àrea impermeabilitzada a zones urbanes fa que l’aigua de pluja no s’infiltri en el terreny i conseqüentment els aqüífers rebin una menor entrada d’aigua. 4.3 Alternatives sostenibles en el context global En el context social i ambiental actual es requereix una actualització dels sistemes de drenatge i innovació en les infraestructures per donar solució al les problemàtiques plantejades en la secció anterior. “Sanitat, aire, escorrentius... són aspectes que les ciutats del futur han de treballar. No és un problema de noves inversions, és un tema de que les inversions de sempre s’han de dissenyar de forma moderna buscant els avantatges dels serveis ecosistèmics que trobem en les solucions basades en la naturalesa”.(Sorolla et al., 2020) Per donar solució a les limitacions i inconvenients de les infraestructures hidràuliques de drenatge tradicionals en els últims anys s’han anat desenvolupant noves tècniques i models més moderns i sostenibles. Existeixen diversos termes per descriure diferents enfocaments en la gestió de les aigües pluvials que incorporen solucions basades en la natura entre els quals es troben els SUDS. Aquests es descriuen a continuació (Herrera, 2023), (Fletcher et al., 2015) 18 • Blue-Green Infrastructure (BGI): Terme dels Països Baixos referit a infraestructures que gestionen aigua i sòl, incloent zones humides urbanes, teulades verdes i paviments permeables. • Green Infrastructure (GI): Concepte sorgit als EUA als anys 90 per gestionar les aigües pluvials en entorns urbans, maximitzant els serveis ecosistèmics. Consisteix en una xarxa planificada de zones naturals i semi-naturals que proporcionen serveis ecosistèmics i protegeixen la biodiversitat. • Water Sensitive Urban Design (WSUD): Terme australià per a la planificació urbana que integra el cicle de l’aigua. S’utilitza en paral·lel amb "ciutats sensibles a l’aigua", referint-se el primer al procés i el segon a l’objectiu. • SUDS: Originari del Regne Unit, refereix a sistemes que milloren la gestió de les aigües pluvials, reduint l’escorrentiu i millorant la qualitat de l’aigua amb infraestructures que imiten el cicle natural de l’aigua. • Low Impact Development (LID): Concepte de Nord-Amèrica i Nova Zelanda per al desenvolupament del sòl que redueix l’escorrentiu i augmenta la qualitat de l’aigua, simulant el cicle hidrològic natural i reduint els costos de desenvolupament urbà. (EPA, 2023) («Nonpoint Source: Urban Areas», 2023) • Sponge Cities: Concepte desenvolupat pel Dr. Kongjian Yu el 1997, descriu la capacitat de control d'inundacions dels sistemes naturals. Té la filosofia de retenir l’escorrentiu al seu origen i reduir la velocitat del flux. • Stormwater Control Measures (SCMs): Elements estructurals o no estructurals dissenyats per reduir contaminants de l’escorrentiu urbà, requerint manteniment regular. Inclou tècniques com reduir l'àrea impermeable i sistemes de filtració, cel·les de bioretenció o estanys de detenció. Cal destacar que tots aquests termes no es troben al mateix nivell. És a dir alguns com LID, WSUD o les ciutats esponja es centren en una planificació urbanística estratègica per la millora de la gestió de l’aigua pluvial o amb més beneficis i altres com els SUDS o GI i BGI s’utilitzen per descriure elements tècniques i processos concrets que participen en aquesta gestió. Per tant aquests es poden trobar inclosos dins el segon grup. D’acord amb això es classifiquen les mesures d’adaptació en dues categories: estructurals i no estructurals. Les estructurals son intervencions físiques que es basen en la construcció i instal·lació d’elements al sistema de drenatge, en canvi les no estructurals es serveixen d’altres eines com la legislació, polítiques, planificació, estratègia, gestió, manteniment etc. 19 4.4 Sistemes urbans de drenatge sostenible (SUDS) Els sistemes de drenatge d'aigües superficials desenvolupats en línia amb els ideals de desenvolupament sostenible es coneixen col·lectivament com a sistemes de drenatge sostenible (SUDS) i busquen replicar el drenatge natural de l’emplaçament previ a la urbanització. Els SUDS aborden quatre aspectes principals: la gestió de la quantitat i la qualitat de l'aigua, la biodiversitat urbana (plantes i vida silvestre) i l'atractiu, aspecte o sensacions que transmet l'entorn al ciutadà. Aquestes pràctiques es coneixen com els 4 pilars dels SUDS. Es representen a la Il·lustració 4-2. La jerarquia de les tècniques que s'han de considerar en el desenvolupament del pla de gestió del tren són les següents (Woods-Ballard et al., 2007): 1. Prevenció: Evitar l’escorrentiu i contaminació (per exemple, escombrar per eliminar la pols superficial i els detritus dels aparcaments), i reutilització/recollida d'aigua de pluja. 2. Control de la font: Control de l'escorrentiu a la font o molt a prop d'aquesta (per exemple, pous d'infiltració, altres mètodes d'infiltració, cobertes verdes, paviments permeables) 3. Control del lloc: gestió de l'aigua en una àrea local o lloc (per exemple, encaminament de l'aigua dels teulats dels edificis i dels aparcaments cap a un gran pous d'infiltració, bassa d'infiltració o retenció). 4. Control regional: gestió de la l’aigua de pluja d'un o diversos llocs allunyats del punt de generació d’escorrentiu, típicament en una bassa de retenció o zona humida. Il·lustració 4-2 Representació gràfica dels pilars dels SUDS. Font: (Woods-Ballard et al., 2007) 20 L’aplicació dels SUDS en entorns urbans aconsegueix, entre altres beneficis (Collado, 2024): • Reduir el pic de cabal alliberat als carrers de les ciutats i mitigar els nivells de perillositat associats als elevats cabals i velocitats en esdeveniments d'inundació, escenaris cada vegada més comuns a les ciutats del litoral mediterrani a causa del canvi climàtic. • Reduir els nivells de contaminació de l'aire dels entorns urbans gràcies a l'augment de les zones verdes. • Reduir la temperatura mitjana de les ciutats en intercanviar grans espais impermeables (àrees cobertes per asfalt o formigó) per zones amb abundant vegetació. • Crear espais que contribueixen a un desenvolupament urbanístic, no només més sostenible, sinó més respectuós amb el ciutadà i que afavoreix una relació més saludable entre l'aigua i la ciutat. • L'escorrentia pluvial, tradicionalment relegada a ser enterrada sota terra i expulsada el més ràpid possible, passa ara a estar integrada amb el dia a dia de la ciutat i creant espais de convivència. • Protegeixen o milloren la qualitat de l'aigua a través dels processos de filtració i bioretenció • Proporcionen un hàbitat per a la flora i la fauna en els cursos d’aigua urbans i al incrementar la vegetació. 4.5 Tipologies de SUDS Les solucions de SUDS es poden classificar segons la seva configuració, la seva capacitat de gestió, o la seva funció principal, però la realitat és que no existeix un consens universal per la classificació de les tipologies de SUDS. L’objectiu de la implantació dels SUDS és la naturalització del cicle de l’aigua en l’entorn urbà, en les diferents fases del cicle que l’espai a urbanitzar ho permeti. Per a realitzar una primera classificació segons el seu principi de funcionament, és necessari conèixer les possibles funcions hidrològiques que poden realitzar els SUDS (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020): • Filtració: Retenció de sediments presents en l’aigua de pluja mitjançant processos físics, fent passar l’escorrentia a través de medis porosos, sòl artificialment creat o vegetació. Fa la funció de reduir la velocitat d’escorrentiu i minimitza el risc d’erosió. • Detenció: Emmagatzematge temporal de l’escorrentia i descàrrega laminada d’aquesta a la xarxa o punt d’abocament, reduint així els cabals pic i afavorint la sedimentació. També afavoreixen l’evaporació i l’absorció de part de l’aigua de pluja per part de la vegetació i el propi terreny. L’emmagatzematge de l’aigua de pluja es pot realitzar en superfície o bé mitjançant elements soterrats. • Tractament: Afavoriment de processos físics i biològics, com la fitorremediació o les colònies bacterianes, per metabolitzar contaminants presents en l’escorrentia i 21 millorar la seva qualitat. S’aconsegueix mitjançant la plantació de determinades espècies vegetals amb elevada capacitat de retenció, i una distribució granulomètrica específica de les capes filtrants que afavoreix la retenció de contaminants en les primeres capes del subsol, minimitzant així el risc de contaminació de l’aqüífer. • Retenció: Emmagatzematge a mitjà termini de l’escorrentia per a usos no potables o recreatius. • Infiltració: Afavoriment del flux vertical i la recàrrega d’aqüífers, permetent que l’escorrentia flueixi a través del subsol. La infiltració directa de l’aigua d’escorrentiu urbà, que conté una elevada càrrega de contaminants, pot provocar la contaminació de les masses d’aigua subterrànies. Per tant, els dispositius d’infiltració han de contenir elements de filtrat i fitoretenció (o bioretenció). També cal tenir en compte la permeabilitat del terreny natural de l’entorn de la zona a urbanitzar En la Il·lustració 4-3 es mostra un esquem de la classificació de les tipologies de SUDS descrites a la guia tècnica per la disseny de SUDS a Barcelona en base a les quatre funcions principals dels SUDS descrites. Els tipus de SUDS presentats es descriuen a continuació (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020): Aljubs de retenció (R-ALJ) Els aljubs emmagatzemen l'aigua de pluja de les cobertes dels edificis per a usos com neteja, reg o descàrrega de sanitaris. Poden ser dipòsits plàstics enterrats o superficials i integrats sota la coberta dels edificis. Es recomana no recollir les primeres pluges per evitar contaminants. Il·lustració 4-3 Classificació dels SUDS aplicables a Barcelona segons la seva funció. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) 22 Dipòsits de detenció (D-DIP) Són estructures d’emmagatzematge d’aigua d’escorrentiu, superficials o subterrànies, que laminen el cabal de la pluja i desguassen l’aigua a la xarxa de clavegueram o a altres dispositius de drenatge sostenible. Rases drenants (F-RAS) Estructures similars als dipòsits de detenció que laminen el cabal de la pluja, retenint l’aigua per al seu posterior abocament a la xarxa de clavegueram o a altres dispositius. Franges vegetades (F-FRA) Superfícies inclinades amb vegetació que redueixen la velocitat de l’escorrentiu i retenen sòlids i contaminants, actuant com un filtre previ a altres dispositius. Poden tenir una capa de graves per afavorir la infiltració. Cobertes verdes (F-COB) Sistemes de drenatge sostenible situats a les cobertes dels edificis, compostos per una capa de vegetació sobre una capa drenant i una membrana impermeable. Redueixen l’àrea impermeable, retenen contaminants, milloren l’aïllament i contribueixen a la resiliència climàtica i la qualitat de l’aire. Paviments permeables (I-PAV) Superfícies transitables que permeten el pas de l’aigua i la seva infiltració a la sub-base, reduint el cabal punta i l’escorrentiu. Inclouen paviments discontinus (juntes obertes), continus (materials porosos), i disgregats i vegetals (graves o mulch). Parterres inundables (I-PAR) Depressions amb vegetació que emmagatzemen l’aigua de pluja per a la seva infiltració o descàrrega controlada, reduint l’escorrentiu urbà i integrant-se fàcilment en el paisatge urbà. Pous i dipòsits d’infiltració (I-DIP) Estructures subterrànies que acumulen l’aigua de pluja per a la seva infiltració al terreny. Es formen amb cel·les estructurals, maons perforats o graves, garantint la descontaminació de l’aigua abans d’arribar a l’aqüífer. Escosselles d’infiltració (I-ESC) Dispositius al voltant dels arbres, amb sòl estructural i graves, que emmagatzemen aigua per a la seva infiltració. Poden connectar-se entre ells per millorar el rendiment. Cunetes vegetades (T-CUN) Canals amb vegetació que recullen l’escorrentiu superficial, facilitant la sedimentació, filtració i infiltració, i transportant l’aigua a altres dispositius de drenatge o al sistema convencional. Estanys i aiguamolls (T-EST) Zones d’emmagatzematge d’aigua de pluja amb vegetació i làmina permanent d’aigua, que afavoreixen la sedimentació de partícules i l’absorció de nutrients, promovent la biodiversitat. 23 Franges de bioretenció (F-FRA) Dispositius per a l’emmagatzematge i infiltració d’aigua de pluja amb vegetació i substrat adequat, retenint sediments i contaminants, ideals per a aigües d’escorrentiu de calçada. 4.6 Documents de referència pel disseny de SUDS Actualment no existeix normativa específica que reguli el disseny, instal·lació, gestió i i manteniment dels SUDS, no obstant s’han elaborat a nivell internacional, estatal i local un seguit de guies tècniques que es prenen com a documents de referència per regular la implantació de SUDS. Dins l’àmbit de la implantació de SUDS s’han elaborat una gran quantitat de guies i manuals per tal de guiar a tècnics i professionals. Cada regió i crea la seva pròpia guia en base a les condicions i necessitats locals. A continuació es llisten els principals documents guia que poden aplicar a l’àrea metropolitana: • Guías de adaptación al riesgo de inundación: Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible L'objectiu d'aquesta guia és explorar en profunditat les causes i les conseqüències de les inundacions en àrees urbanes, i conscienciar la societat sobre la necessitat d'actuar per prevenir-les i mitigar-ne els efectes. Pretén servir com una eina que proporcioni solucions i pautes d'actuació preventiva en l'àmbit del drenatge urbà. (Ministerio para la Transición Ecológica, 2019) • The SUDS Manual, CIRIA Aquest document cobreix la planificació, disseny, construcció i manteniment des sistemes de drenatge sostenibles per contribuir a la seva implementació efectiva tant en desenvolupaments nous com existents. S'estudia com maximitzar els beneficis d'equipament i biodiversitat i aconseguir els objectius clau de la gestió del risc d'inundació i la qualitat de l'aigua. També hi ha informació de suport que cobreix temes com els materials, el disseny del paisatge, el manteniment, la participació de la comunitat i els costos i beneficis. (Woods-Ballard et al., 2007) • Manual de manteniment dels SUDS a Barcelona, juliol 2018 Aquest document és el resultat d’un projecte impulsat per l’àrea de Medi Ambient i Serveis Urbans – Ecologia Urbana de l’Ajuntament de Barcelona. Aquest document té l'objectiu d'explicar de manera concisa com preparar un pla de manteniment per als SUDS a Barcelona de manera general. Es descriu el concepte de manteniment dels sistemes de drenatge sostenible, s’indiquen els tipus de manteniment segons les tasques més habituals i la seva freqüència, i es relacionen aquestes tasques amb les principals tipologies de SUDS. (Planifica Ingenieros Y Arquitectos, COOP.V, 2018) • Guia tècnica per al disseny de sistemes de drenatge urbà sostenible L'objectiu d'aquest document és promoure, potenciar i establir les condicions dels Sistemes de Drenatge Urbà Sostenible (SUDS) a la ciutat de Barcelona, impulsant així les diverses línies d'acció incloses en els grans plans i compromisos de la nostra ciutat: 24 Declaració d'Emergència Climàtica, Pla Clima, Pla Tècnic per a l'Aprofitament dels Recursos Hídrics Alternatius (PLARHAB) i el Pla del Verd i la Biodiversitat. Tot això amb la finalitat d'incrementar els beneficis ambientals, socials i econòmics que proporcionen els SUDS.(Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) • Pla tècnic per a l’aprofitament de recursos hídrics alternatius de Barcelona (PLARHAB 2020) L'objectiu principal del Pla, tal com estableix la Directiva Marc de l'Aigua, és mantenir i millorar el medi aquàtic per assolir un bon estat ecològic i químic de les aigües superficials, així com un bon estat quantitatiu i químic de les aigües subterrànies. Aquest objectiu és coherent i conseqüent amb els quatre principis fonamentals d'una bona gestió de l'aigua i està alineat amb el Pla Clima 2018-2030 de la ciutat de Barcelona. (Barcelona Cicle de l’Aigua, S.A., 2020) • Guía Básica de Diseño de Sistemas de Gestión Sostenible de Aguas Pluviales en Zonas Verdes y otros Espacios Libres El Pla d'Estratègia Verda i Biodiversitat, determina entre les seves línies d'acció la incorporació de sistemes de drenatge sostenible en els nous vials i els sotmesos a reforma, la renaturalització de places dures de la ciutat, la disminució del percentatge de superfícies pavimentades i l'increment de la mida i estructura dels escocells, tot amb el propòsit de gestionar millor les aigües de escorrentiu, disminuir l'aportació d'aigua per a reg i millorar les tasques de manteniment i conservació de les zones verdes. Es descriuen els principals dispositius SUDS, s'estableix el procés de disseny i es presenten experiències tant espanyoles com internacionals que poden servir d'inspiració. (Ayuntamiento de Madrid, 2018) 4.7 Softwares de modelització En el camp de la gestió urbana de les aigües pluvials, l'ús de programari de modelització és essencial per comprendre i avaluar el rendiment dels sistemes de drenatge urbà i les tècniques de drenatge sostenible (SUDS). Existeixen diverses eines disponibles per als professionals en aquest àmbit, que ofereixen una ampla gamma de funcionalitats i capacitats de simulació. Entre aquestes eines destaca el Model de Gestió d'Aigües Pluvials (SWMM) i programes com MUSIC, SUSTAIN i BEST també utilitzats per als professionals en el disseny, la planificació i l'avaluació dels SUDS. Seguidament es fa una revisió d'aquests programes: MUSIC: un programa de software australià desenvolupat per Evolving Water Management de eWater, és una eina utilitzada per al disseny i la planificació de sistemes de gestió sostenible de l'aigua a les ciutats. En alguns estats és obligatori per a la planificació de tècniques de gestió d'aigües pluvials en nous desenvolupaments urbans. (Abellán, 1016) Benefits of SUDS tool (BEST): L'Agència de Medi Ambient del Regne Unit ha treballat en col·laboració amb l'Associació de Recerca i Informació de la Indústria de la Construcció (CIRIA) per desenvolupar una eina gratuïta per avaluar els beneficis dels 31 la capacitat total dels col·lectors aigua avall. Pel què fa a les dades de pluja, l’aplicació permet l’anàlisi tant amb valors de pluja reals com amb pluges de disseny obtingudes a partir de corbes d’Intensitat -Durada-Freqüència. El gràfic que s’adjunta seguidament mostra l’esquema general del model hidràulic realitzat amb SWMM. S’hi poden observar les subconques considerades, els col·lectors modelitzats i els pous de registre introduïts. Il·lustració 7-1. Esquema de la xarxa de drenatge de l’àmbit d’estudi. Font: (ABM consulting, 2024) 32 8 Proposta d’ABM consulting Com s’ha explicat anteriorment, l’objectiu de l’estudi encarregat a l’empresa ABM consulting és realitzar un diagnòstic de l’estat actual de la xarxa i posteriorment avaluar les possibles mesures de gestió i protecció per gestionar eficientment les aigües pluvials a les noves construccions a l’illa de la Fira, sense afectar el sistema d’evacuació intern ni la xarxa de drenatge externa de Cornellà de Llobregat. Com a propostes d’actuació es plantegen 2 alternatives • Alternativa 0: Connexió directe de les noves edificacions a la xarxa de clavegueram de Cornellà • Alternativa 1: Construcció d’un dipòsit de laminació de 1.200 m3 de volum per tal de disminuir la pressió sobre la xarxa. Al dipòsit s’hi connecten les edificacions ubicades al nord i est de l’illa i la zona de pas central. L’alternativa 0 varia de la situació actual en que la demolició dels edificis existents i la nova construcció afecta a la distribució de les connexions entre les subconques i la xarxa de clavegueram, de manera que aquesta alterativa representa la xarxa de clavegueram actual amb les modificacions derivades del projecte d’urbanització proposat per PROCORNELLÀ. A les figures Il·lustració 8-1 i Il·lustració 8-2 es pot observar aquest canvi de configuració en les subconques i la connexió d’aquestes a la xarxa de drenatge: Il·lustració 8-1 Esquema del model SWMM de la xarxa de drenatge actual. Font: (ABM consulting, 2024) 33 8.1 Descripció alternativa 1: Implantació d’un dipòsit de laminació per poder laminar el flux d’aigua i disminuir el col·lapse de la xarxa. Al dipòsit es connectaran les edificacions situades al nord i est de l’illa, i la zona de pas central. L’alternativa té un volum d’uns 1120m³ i se situa a la zona de pas lliure d’edificacions. El dipòsit té unes dimensions de 32 metres de longitud, 10 metres d’amplada i una alçada total de 3,5 metres. Un cop finalitzat l’episodi de pluja, el col·lector de buidatge regulat per una comporta entra en funcionament, el col·lector té unes dimensions de 400 mm i triga unes 2 hores en buidar tot el dipòsit. El sobreeixidor entra en funcionament en cas que el dipòsit quedi ple té unes dimensions de 400 mm. Il·lustració 8-2 Esquema del model de la xarxa de drenatge amb la configuració de subconques en base al projecte d’urbanització 34 8.2 Funcionament del dipòsit de laminació El col·lector de pluvials entra al dipòsit on hi ha 2 cambres diferenciades. L’aigua de pluja entra a la primera cambra i inicialment circula per un canal d’aigües baixes i surt per una canonada que connecta a sanejament, en aquesta canonada s’instal·la una vàlvula limitadora de cabal tipus vòrtex, de manera que el cabal d’aigua que es connecta de nou amb la xarxa està controlat. Quan la pluja augmenta d’intensitat i el cabal d’aigua que entra al dipòsit no pot sortir a medi degut a la limitadora, salta per un sobreeixidor intern al dipòsit cap a la cambra de laminació. Per evitar el pas de sòlids a la cambra de laminació es disposa d’un deflector al vessador. Després de l’episodi d’avinguda s’obra la comporta (4h). 9 Proposta d’implementació de SUDS L’alternativa 2 d’aquest estudi es basa en incloure sistemes SUDS al model SWMM com a proposta més sostenible de gestió d’aigües fluvials. Aquesta alternativa requereix d’una avaluació de de tots els condicionants de l’entorn que determinen la ubicació, tipologia, dimensions i rendiment de cada sistema SUDS. Prèviament a la introducció dels SUDS al model és necessari repassar tots els factors que influeixen en el disseny dels sistemes. Per tal de fer un disseny vàlid per la zona d’estudi es segueix la guia pel disseny de sistemes urbans sostenibles a Barcelona. (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020). En aquesta guia es detallen tots els factors a tenir en compte a l’hora de dissenyar un SUDS. Les fases principals son: 1. Revisió de condicionants 2. Selecció de la tipologia de SUDS i la seva ubicació 3. Dimensionament del SUDS A continuació es detalla el procés pel qual s’ha determinat el disseny dels SUDS a incloure al model. Il·lustració 8-3 Esquema del dipòsit de laminació. Font: (ABM consulting, 2024) 35 9.1 Emplaçament dels SUDS El disseny dels SUDS ha de tenir present les característiques geomorfològiques i hidrològiques de la zona que es vulgui drenar, la qualitat de les aigües d’escorrentiu que arribaran als SUDS, i quin serà el medi receptor (llera o torrent, xarxa de clavegueram, estany, etc). (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020). Els aspectes que seran les dades d’inici necessàries per decidir l’emplaçament dels SUDS son els següents: 1. Pluviometria Cal caracteritzar la pluja per determinar el volum de precipitació a gestionar i calcular el cabal punta corresponent al període de retorn per al disseny de la xarxa de drenatge, que ajudarà a dimensionar els sobreeixidors necessaris. 2. Topografia i superfície a drenar Els SUDS funcionen en zones amb pendent baix (inferiors al 6%). La geometria i el grau d’urbanització de la conca vessant als SUDS influeix directament al temps de concentració i velocitat de l’escorrentiu. El tipus de superfície a drenar (vials, zones verdes, sauló, etc.) determinarà el coeficient d’escorriment de la conca i per tant, el % d’àrea impermeable a drenar, que incideix directament en el volum d’escorrentiu superficial generat per la conca. 3. Geologia del terreny • Capacitat d’infiltració del terreny: determina la tipologia de SUDS a implementar. La majoria funcionen amb tècniques d’infiltració. Si el sòl no fos permeable s’haurien de buscar SUDS amb altres funcionalitats. • Cota nivell freàtic: cal que la cota de fons dels SUDS se situïn a una distància mínima de 1.5 m del nivell freàtic. • Contaminació del sol: s’ha de determinar si la zona està contaminada, si ho està haurà de passar un procés de millora ambiental previ a la instal·lació de SUDS 4. Qualitat de l’aigua d’escorrentiu afluent i efluent Les zones urbanes on l’aigua passa per vials de trànsit rodat té una major càrrega de contaminants que les zones de voreres o parcs i jardins. Per prevenir la contaminació de les masses d’aigua superficials i subterrànies s’ha d’escollir una tipologia de SUD adient a cada cas. La tipologia de SUD escollida està condicionada per la qualitat de l’efluent ja que hi ha diferents restriccions de qualitat pels diferents usos o destins de l’aigua d’escorrentiu. El mètode comunament acceptat per minimitzar l'impacte dels contaminants sobre el dispositiu i la qualitat de l'efluent és “filtrar abans d'infiltrar”. Per tant, quan la qualitat de l'efluent és rellevant, és recomanable preveure la filtració preliminar de l'escorrentiu mitjançant elements que fixin els contaminants i materials en suspensió abans del seu ingrés en el dispositiu. 36 No obstant per aquest estudi no es tindrà en compte el factor de la qualitat d’escorrentiu ja que es centra únicament en el caràcter hidràulic i hidrològic dels SUDS i la seva repercussió sobre el sistema de drenatge existent. 5. Altres condicionants a tenir en compte • Espai disponible i distribució de l’espai públic: Una de les principals característiques dels SUDS és la seva capacitat d’integració al paisatge i a la morfologia de l’espai urbà. S’ha de permetre el pas de vianants i vehicles en tot moment i respectar els diferents elements del carrer com GUALS, carrils Bus, terrasses etc. • Intensitat de l’ús de les zones a urbanitzar: La viabilitat de la implantació de SUDS s’ha d’analitzar amb detall en els casos on aquesta intensitat sigui molt elevada (per l’afluència de persones, freqüència d’actes públics, etc) ja que la durabilitat i el funcionament dels SUDS podrien veure’s afectats. • Temps de buidat dels SUDS: No pot superar les 48 hores i no es pot quedar aigua estancada més de 24 hores) • Densitat del serveis urbans soterrats. En aquelles zones on hi hagi elevada presència de serveis, caldrà implantar tècniques compatibles amb aquesta problemàtica, de manera que en l’espai públic puguin conviure els serveis existents i el drenatge sostenible. Prèviament a la selecció final de SUDS s’ha fet un anàlisi preliminar sobre els potencials emplaçaments dels sistemes SUDS. Com s’ha explicat a l’apartat... d’àmbit d’estudi ens trobem en una zona altament urbanitzada que té una manca d’espais verds per la implantació dels SUDS. Per tant ja partim de la base que es requereixen SUDS que funcionin en àrees relativament petites. A través del geoportal de planejament urbanístic de l’AMB s’han identificat les zones qualificades com a vials o zones verdes. És important recalcar que algunes d’aquestes qualificacions no es corresponen amb el que hi ha actualment construït ja que en aquest geoportal es mostra la planificació urbanística i algunes actuacions poden no haver-se dut a terme encara. És el cas de la parcel·la de l’àmbit de la Fira i la parcel·la seva parcel·la adjacent. S’han identificat com a emplaçaments potencials 4 rotondes distribuïdes a l’àmbit d’estudi, els carrils bici existents en 4 carrers de l’àmbit d’estudi (Avinguda del Maresme, carrer de Tirso Molina, carrer de Sant Ferran, i el carrer Albert Einstein) i una parcel·la no urbanitzada i qualificada com a 6b (Parcs i jardins), situada a Avinguda de la Fama. 37 9.2 Selecció de la tipologia de SUDS A continuació seguint el diagrama de flux de la guia per al disseny de SUDS a Barcelona es fa una revisió general de l’àmbit d’estudi per saber quins SUDS encaixarien en cada un dels emplaçaments. 9.3 Revisió de condicionants Proximitat a edificacions i estructures o serveis soterrats: Es recomana que els SUDS no estiguis situats a prop d’edificacions per evitar problemes en les fonamentacions existents per l’acumulació d’aigua. Tot i que no es té accés a la informació sobre la fonamentació dels edificis existents, es considera que no suposa un inconvenient ja que la distància requerida pel tipus de sòl és petita i la distància en dels vials i les zones verdes escollides és superior als 2 metres en tots els casos. Sòls contaminats: Es considera que els sòls no estan contaminats. En el mapa hidrològic del tram baix del Llobregat i el seu delta 1:30.000 també s’inclou informació sobre els sòls contaminats, els quals es cataloguen segons el tipus de residu (inerts, especials i no especials). La zona d’estudi no es troba en cap àrea contaminada. Punt d’abocament: S’han de definir els punts d’abocament pels diferents SUDS. En la zona d’estudi aquests punts poden ser a la xarxa de clavegueram, infiltració al terreny o bé connexió a un altre sistema SUD Qualitat de l’aigua d’escorrentiu: Com s’ha explicar prèviament aquest condicionant depèn de la localització del dispositiu. Il·lustració 9-1 Diagrama de flux per la selecció de SUDS. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) 38 Permeabilitat del sòl: A partir del mapa hidrològic del tram baix del Llobregat i el seu delta 1:30.000 obtingut a través de l’institut cartogràfic de Catalunya (ICGC) s’ha pogut estimar la permeabilitat del sòl de la zona. En la Il·lustració 9-2 es mostra la secció del mapa corresponent a l’àmbit d’estudi: Com es pot veure en el retall del mapa a la zona d’interès hi ha dues classificacions del sòl: • Qpd1: Conjunt de materials sorrencs i llimosos que localment presenten nivells argilosos amb més o menys matèria orgànica i nivells de graves d’origen fluvial. Formen la major part de la plana fluviodeltaica. Medi granular heterogeni amb certa permeabilitat • Qln: Sorres mitjanes i llims. Generalment desestructurats internament o de vegades amb laminació encreuada de baix angle i “ripples”. S’interpreten com a dipòsits de mota fluvial abandonada. Medi granular heterogeni de certa permeabilitat. D’acord amb la taula Taula 9-1 s’estima que la permeabilitat del sòl de la zona d’estudi es troba entre 10-6 – 5·10-6 m/s, un rang de valors que es consideren de permeabilitat mitjà. Il·lustració 9-2 Secció del mapa hidrològic del tram baix del Llobregat i el seu delta continguda dins l’àmbit. Escala 1:30.000. Font: ICGC 39 El valor de la permeabilitat és fonamental a l’hora de seleccionar el tipus de SUDS que s’ha d’instal·lar ja que en part determina la estratègia de gestió que s’ha de prendre. Sòls amb permeabilitats baixes no són aptes per sistemes SUDS d’infiltració. Fondària del nivell freàtic: S’ha comprovat gràcies al visor de prospeccions geotècniques del ICGC que la cota del nivell freàtic en tota l’àrea d’estudi es troba per sota dels 1.5 m de profunditat de manera que no representa cap inconvenient per cap tipologia de SUDS. Concretament el nivell freàtic es troba a uns 6,5 m de profunditat. 9.4 Resultat de la Selecció Amb tota aquesta informació i seguint les instruccions de la Il·lustració 9-1 s’ha determinat la tipologia de SUD per cada cas. A continuació es presenta el resultat del procés de selecció i els requisits específics de cada classificació de SUD d’acord amb la guia tècnica pel disseny de SUDS a Barcelona. Només s’exposen aquells que influeixen en la viabilitat i disseny del SUD en cada cas particular. 9.4.1 Paviments permeables (I-PAV) Tot i que triar un paviment permeable sembla evident quan el SUD s'instal·la en un carril bici, és necessari fer una comprovació dels condicionants per assegurar la seva viabilitat. En aquest cas s’ha vist que compleix pels criteris de propietats i qualitat del sòl però no per la qualitat de l’aigua d’escorrentiu. Els carrils bici es troben a la mateixa alçada i adjacent a la calçada de manera que hi pot arribar aigua contaminada pel trànsit rodat. No obstant es considera aquesta opció ja que en la literatura revisada s’especifica que el paviment permeable es pot utilitzar en zones amb concentracions de contaminants relativament altes si es col·loca un geotèxtil filtrant pròxim a la part superior del sistema. (Woods-Ballard et al., 2007) En aquesta mateixa guia es citen tres tipologies de sistemes de paviments permeables en funció del grau de filtració de l’escorrentiu al terreny. Taula 9-1 Coeficients de permeabilitat segons el tipus de sòl. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) 40 • Tipus A: Sistema on tota la pluja passa per la subestructura (on es pot emmagatzemar temporalment) i s’infiltra al subsol. • Tipus B: Una sèrie de canonades perforades transporta la part de la pluja que supera la capacitat d'infiltració del subsols, al sistema de drenatge receptor. En evitar l'acumulació d'aigua per sobre del subnivell, es redueixen els riscos per a l'estabilitat del sòl • Tipus C: No hi ha infiltració, i el sistema generalment està embolicat en una membrana flexible i impermeable col·locada per sobre del subrasant. Un cop l'aigua s'ha filtrat a través de la subbase, és conduïda a l'emissor mitjançant canonades perforades o desguassos d'aletes. Per fer la simulació en el model s’utilitzarà el paviment tipus B, ja que permet la filtració al terreny però a la vegada té canonades perforades que permeten la evacuació de l’aigua en cas que la subbase no tingui suficient capacitat d’infiltració. D’acord amb la Il·lustració 9-2 amb la permeabilitat del sòl de la zona d’estudi el sistema d’infiltració total no és factible, i si es vol un SUD amb infiltració s’ha d’optar per filtració parcial. Requeriments específics per I-PAV: - Capacitat de percolació dels paviments permeables superior a 2 m/h. - Relació entre la superfície a drenar i la superfície del paviment sigui de 2 a 1. - Pendent de la superfície a drenar de l’ordre del 2-3% com a màxim - No es recomana la seva implantació en zones amb trànsit de vehicles pesants, amb elevada presència d’arbres o amb elevat arrossegament de fins. (es pot malmetre el paviment i colmatar ràpidament - Gruix de la capa de subbase granular de 30 cm de gruix com a mínim - Es pot utilitzar per àrees drenants inferiors a 4 ha 9.4.2 Franges de bioretenció (T-BIO) Aquest sistema SUD s’adapta a les condicions dels condicionants revisats prèviament. Les franges de bioretenció són àrees vegetades dissenyades per capturar i tractar l'aigua de pluja. Funcionen permetent que l'aigua es filtri a través del sòl i les plantes, eliminant contaminants i reduint el cabal d'aigua que arriba als sistemes de desguàs. Taula 9-2 Guia per la selecció del tipus de sistema de paviment permeable. Font: (Woods-Ballard et al., 2007) 47 9.7 Càlculs del dimensionat Amb aquesta informació ja es pot calcular l’àrea impermeable que genera escorrentiu cap als SUDS. Quan s’aplica el coeficient d’escorrentiu a cada subconca a drenar pel SUD s’obté l’àrea impermeable total que ha de drenar el sistema tal com s’indica a l’equació (1): 𝐴𝑖𝑚𝑝 =∑𝑐𝑖∙𝐴𝑖 𝑖=𝑛 𝑖=1 ( 1) Per determinar l’àrea impermeable que drena a cada SUD, primerament s’ha de delimitar la fracció de la conca que desguassa cap al SUD. En aquest cas, s’ha decidit que aquesta fracció serà la meitat de la subconca en què es troba el SUD. Aquesta decisió es fonamenta en el fet que un carril bici situat a un costat del vial només rebrà l'escorrentiu que descendeixi en la seva direcció, donat que els vials estan dissenyats amb una línia divisòria central que fa que l’aigua es dirigeixi cap als costats oposats. En el cas de les rotondes també s’ha estimat el percentatge d’escorrentiu de les conques drenats que acaben al SUD en base als pendents dels vials i tenint en compte les fraccions ja gestionades pels carrils bici. Els percentatges que s’han utilitzat per les tres rotondes son: (30% R1, 30% R2 i 40% R3). A la següent taula es mostren els resultats d’aquests càlculs. Taula 9-6 Àrea de terreny impermeable a tractar per cada sistema SUD. Font: elaboració pròpia ÀREA IMPERMEABLE A DRENAR SUD m2 vessants SUD Aimp (m2) Carrils bici B1 3701,6 3379,1 B2 1882,2 1766,5 B3 2985,1 2670,2 B4 3114,6 2815,1 B5 3491,8 3255,8 B6 3491,8 3255,8 B7 2688,0 2492,1 B8 2688,0 2492,1 Rotondes R1 3212,5 2937,0 R2 4560,5 4281,4 R3 5497,9 5085,0 48 9.8 Càlcul de volums En aquest apartat es desenvolupa el càlcul de la quantitat d’escorrentiu generat pel les conques vessants als SUDS i la capacitat d’emmagatzematge d’aigua d’escorrentiu dels SUDS. L’equació (2) permet calcular el volum d’escorrentiu en m3. 𝑉𝑒=𝐴𝑖𝑚𝑝 ∙𝑃(𝑉80) 1000 ( 2) A la Taula 9-7 i 9-8 es mostren els resultats dels càlculs per trobar el volum gestionat per cada sistema SUD: Unitats B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 M3 50.7 26.5 40.1 42.2 48.8 48.8 37.4 37.4 Posteriorment per trobar el volum d’escorrentiu que cada sistema SUD és capaç d’emmagatzemar s’utilitza la equació (3): 𝑉𝑆𝑈𝐷𝑆 =∑𝐴𝑖∙ℎ𝑖∙𝑛𝑖 𝑖=𝑚 𝑖=1 ( 3) On: Ai: Àrea de la base de la capa i que forma el SUD (m2) Hi: Altura de la capa i que forma el SUD (m) ni: Porositat o volum de forats de la capa i que forma els SUDS (adimensional) m: nombre de capes que formen els SUDS Per tal de saber la porositat associada a cada capa s’ha utilitzat de base la de valors de porositat per materials filtrants. Unitats R1 R2 R3 M3 44.1 64.2 76.3 Taula 9-7 Volum en m3 d'escorrentiu a gestionar per cada sistema SUD als carrils bici. Font: elaboració pròpia Taula 9-8 Volum en m d'escorrentiu a gestionar per cada sistema SUD a les rotondes. Font: elaboració pròpia Taula 9-9 Porositat eficaç per diferents tipus de sòls. Font: (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) 49 Finalment s’han obtingut la capacitat d’emmagatzematge dels SUDS calculats a través de l’equació 3: Per les rotondes s’ha seguit el mateix procediment, i s’ha calculat volum d’emmagatzematge (m3). Taula 9-11 Volum (m3) d'emmagatzematge de cada sistema SUD ubicat en rotondes Per tal de validar el dimensionament s’ha de complir el requisit de capacitat d’emmagatzematge > quantitat d’escorrentiu. Com es pot comprovar en els càlculs d’aquest apartat que es compleix aquesta condició. 9.9 Càlcul de temps de buidat S’utilitza la fórmula simplificada en que s’assumeix un flux vertical de l’aigua i es negligeix el flux lateral. Aquesta simplificació és assumible en casos en que els SUDS tenen poca profunditat i en zones molt urbanitzades. Aquesta fórmula, que és la consta a la guia tècnica no contempla els sistemes de drenatge incorporats al SUD, per aquest motiu és possible que els temps de buidatge reals difereixin dels aquí calculats. Tanmateix això no suposa un problema atès que el temps de buidatge amb dren serà sempre menor que sense. En el cas que el temps de buidat superi les 48h s’haurà de redimensionar el SUD per aconseguir un buidatge més ràpid. El temps de buidat es calcula segons l’equació (4) 𝑡𝑏𝑢𝑖𝑑𝑎𝑡 =∑𝑛𝑖∙ℎ𝑖 𝑖=𝑚 𝑖=1𝐾 ( 4) El càlcul realitzat amb les dimensions establertes en l’apartat anterior dona resultats amb un temps de buidat de: - 50,8 hores pels SUDS situats en els carrils bici - 238,9 hores pels SUDS tipus bioretenció situats a les rotondes Segons aquests càlculs el dimensionament dels SUDS s’hauria de replantejar ja que se superen les 48 hores de buidatge. Tot i així no cal fer una modificació; s’ha de tenir en Unitats B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 M3 100.7 84.6 121.2 105.2 45.0 45.0 45.0 45.0 Unitats R1 R2 R3 M3 152.0 70.7 181.0 Taula 9-10 Volum (m3) d'emmagatzematge de cada sistema SUD ubicat en carrils bici 50 compte que aquest càlcul no inclou l’element de drenatge introduït en el disseny d’aquests SUDS de manera que el temps de buidatge aquí calculat no representa la realitat. Com es veurà més endavant en l’apartat 11 de modelització dels SUDS es defineixen les característiques del dren en base al temps de buidatge, de manera que aquest criteri si que es compleix. 10 Règim pluviomètric Per tal de modelitzar un sistema de drenatge amb un programa com SWMM és necessari introduir l’hidrograma corresponent a la zona d’estudi per als diferents períodes de retorn escollits (T=2 anys, T=10 anys) És molt important la selecció de la pluja de disseny utilitzada per fer el model. En models de drenatge de SWMM els càlculs inclouen de forma integrada la hidrologia i la hidràulica de manera que es fa una transformació de pluja a cabal i es calculen les velocitats i calats. Aquesta particularitat es deu a que en inundacions urbanes el mateix àmbit que recull la pluja és el que queda afectat per la inundació i en convivència dels dos processos els models d’inundació acostumen a reproduir millor el que passa a la superfície, per tant s’amplia el model hidràulic amb certes característiques hidrològiques i es fa córrer. (Barcelona Cicle de l’Aigua, S.A., 2019) Una pluja de disseny és un patró de precipitació definit per utilitzar-se en el disseny d’un sistema hidrològic. Es pot estimar mitjançant un valor de profunditat de precipitació en un punt, a través d’un hietograma de disseny que especifiqui la distribució temporal de la precipitació durant el període de tempesta o amb un mapa de isohietes que especifiqui el patró espacial de la precipitació. (Chow et al., 2008) En el nostre cas la pluja de disseny s’obté a través d’un hietograma de disseny. S’utilitzen de referència tres documents oficials per fer la caracterització pluviomètrica: el document de pluges del febrer de 2005 del pla director (Barcelona Cicle de l’Aigua, S.A., 2019)), la NORMA 5.2-IC de la Instrucció de carreteres (Ministerio de Fomento, 2019) i el document de “Máximas lluvias diarias en la España peninsular” (Ministerio de Fomento, 1999). Prèviament al càlcul és necessari definir alguns conceptes claus: ➢ Període de retorn Es defineix com la freqüència d’ocurrència d’un episodi extrem. També es pot expressar com la probabilitat d’ocurrència en qualsevol observació és la inversa del seu període de reton (Chow et al., 2008): 51 𝑇 = 1 𝑝 (5) El període de retorn s'utilitza per avaluar i planificar infraestructures, polítiques de gestió de riscos i mesures d'adaptació davant d'esdeveniments extrems, ajudant a determinar com de segurs han de ser els dissenys per protegir contra aquests esdeveniments. Com s’ha mencionat en apartats anteriors, el dimensionament de sistemes de drenatge es sol fer considerant períodes de retorn de 5 i 10 anys (Gómez Valentín, 2007). ➢ Corba IDF És la representació gràfica que postra la relació entre la intensitat de precipitació, la durada de la precipitació i el període de retorn corresponent a la precipitació (METEOCAT, 2023). 10.1 Intesitat de precipitació A la norma 5.2-IC de carreteres s’explica i desenvolupa el mètode racional pel càlcul del cabal màxim anual en el que es suposa la generació d’escorrentiu en una determinada conca a partir d’una intensitat de pluja uniforme en el temps. Per aquest estudi no es requereix saber aquest cabal, però si la intensitat de precipitació I(T,t) corresponent a un període de retorn i una duració de pluja determinada. El mètode racional inclou el procediment pel càlcul de I(T,t). Es recomana utilitzar aquest mètode quan l’àrea de la conca és inferior a 50 Km2, com és el cas de l’àmbit d’estudi. A continuació s’explica el procediment pel que s’ha trobat la intensitat de precipitació I(T, t) corresponent a un període de retorn T, i a una durada del xàfec t. A continuació es mostra la funció per calcular la intensitat (6) 𝐼(𝑇,𝑡)=𝐼𝑑∙𝐹𝑖𝑛𝑡 ( 6) On: I (T,t) (mm/h): Intensitat de precipitació corresponent a un període de retorn T i una duració de pluja t Id: Intensitat mitja diària de precipitació corresponent al període de retorn T Fint : (adimensional): Factor d’intensitat La intensitat de precipitació a considerar. Id s’obté a través de la fórmula (7): 𝐼𝑑=𝑃𝑑∙𝐾𝐴 24 ( 7) On: Id : Intensitat mitja diària de precipitació corresponent a un període de retorn T Pd : Precipitació diària corresponent a un període de retorn T KA : Factor reductor de la precipitació per àrea de la conca. 52 10.1.1 Precipitació màxima diària (Pd) S’han trobat tres valors de Pd per cada període de retorn per tres vies diferents: 4. Través del document de “máximas lluvias diarias en España peninsular”, 5. Fent un ajust estadístic amb la funció de Gumbel. Aquest mètode es coneix com el mètode de carreteres. 6. S’ha extret directament la Pd del pla director PDIBSA. Així es podran comparar els resultats obtinguts. Finalment s’escull el que tingui un valor més elevat. 10.1.1.1 Mètode de “Máximas lluvias diarias en España peninsular” Tal com s’indica en el document “Máximas lluvias diarias en la España Peninsular” emès pel ministeri de foment l’any 1999, l’estimació de la Pd es fa localitzant en un mapa les Isolínies representades del coeficient de variació Cv i del valor mitjà P de la màxima precipitació diària anual. En el cas de la zona d’estudi aquest valor es correspon a 80 mm. Posteriorment s’ha de trobar el quantil regional Yt (també anomenat factor d’amplificació) corresponent a un coeficient de variació Cv i un període de retorn (T) determinat. Això es fa a través d’unes taules presentades en aquest mateix document. 𝑃𝑑=𝑌𝑡∙𝑃  ( 8) Taula 10-1 Valors dels coeficients de variació i quatil regional per cada període de retorn (T=2 anys i T= 10 anys) 10.1.1.2 Mètode de carreteres La distribució de probabilitat de Gumbel també coneguda com distribució de valors extrems generalitzats és el mètode més utilitzat per avaluar modelar i preveure events extrems com ara la precipitació per diferents períodes de retorn. Per estimar la pluja diària màxima s’ha d’ajustar la distribució a les dades de precipitació màxima anual. A continuació es mostren la funció de densitat de probabilitat (9) i la funció de distribució acumulada de Gumbel (10): 𝑓(𝑥)=1 𝜇𝑒𝑥𝑝[𝑥−𝛼 𝜇− 𝑒𝑥𝑝 (−(𝑥−𝜇) 𝛼)] ( 9) T Cv Yt 2 0.46 0.894 10 0.46 1.564 53 𝐹(𝑥)=𝑒𝑥𝑝(−𝑒𝑥𝑝(−(𝑥−𝜇) 𝛼)) ( 10) On: 𝜇: Paràmetre d’escala 𝛼: Paràmetre d’ubicació X: Variable aleatòria (en aquest cas precipitació màxima anual) 𝛼 = √6∙𝑠 𝜋 𝜇 =𝑥−0.6772𝛼 Es defineix una variable auxiliar 𝑦 =𝑥−𝜇 𝛼 de manera que es pot aïllar la variable aleatòria x de la funció: 𝐹(𝑥)=𝑒𝑥𝑝(−𝑒𝑥𝑝(−𝑦)) 𝑥−𝜇 𝛼=−ln[ln(1 𝐹(𝑥))] Els valors de s (desviació estàndard) i 𝑥 s’han trobat a partir del conjunt de dades format per la pluja màxima anual dels últims 15 anys (2009 – 2024). Per trobar aquest conjunt de dades s’han descarregat de la web de Meteocat els valors de volum de precipitació (mm) recollits a l’estació Barcelona – Observatori Fabra cada mitja hora durant els últims anys. En total s’han tractat un total de 262.800 valors de volum de precipitació. D’aquests valors s’ha calculat la precipitació diària per cada dia dels darrers 15 anys i posteriorment s’ha agafat el valor màxim de precipitació diària de cada any. Aquests son els valors de pluja màxima anual utilitzats en la funció de Gumbel. A la Taula 10-2 es mostren els diferents valors de Pd trobats amb les diferents metodologies: Pd (mm/dia) T Pla director Yt Mètode de carreteres 2 65 71.52 58.98 10 135 125.12 89.88 Taula 10-2 Pluja diària per T=2 anys i T= 10 anys. Font: Elaboració pròpia 54 KA és el factor reductor de la precipitació per àrea de la conca. Té en compte la no simultaneïtat de la pluja en tota la superfície. Si la conca té una àrea inferior a 1Km2 es considera que el factor KA = 1. 10.1.2 Factor d’intensitat Fint Introdueix la torrencialitat de la pluja en el càlcul. El valor del factor serà el major entre els factors Fa i Fb • Fa: Factor obtingut a partir de l'índex de torrencialitat (I1/Id) 𝐹𝑎=(𝐼1 𝐼𝑑)3.5287−2.5287∙𝑡0.1 On: t : Duració de l’episodi de pluja (en hores) (𝐼1 𝐼𝑑) : Índex de torrencialitat (adimensional) L’índex de torrencialitat expressa la relació entre la intensitat de precipitació horària i la mitjana diària corregida. El valor es determina a partir de la zona geogràfica com es pot veure a la figura següent: • Fb: Factor obtingut a partir de les corbes IDF d’un pluviògraf pròxim. 𝐹𝑏=𝐾𝑏∙𝐼𝐼𝐷𝐹(𝑇,𝑡𝑐) 𝐼𝐼𝐷𝐹(𝑇,24) Il·lustració 10-1 Mapa de l'índex de torrencialitat. Font: (Ministerio de Fomento, 2019) 55 Al no disposar de les dades de pluviògrafs pròxims s’omet aquest factor i s’assumeix que el factor d’intensitat Fint = Fa. • Pluja diària extreta del pla director PDIBSA En el pla director d’aigües pluvials de Barcelona del 2005 es donen es donen els valors de pluja diària per 2, 10, 50, 100 i 500 anys de període de retorn. 10.2 Corbes IDF Un cop determinada la pluja diària ja es poden construir les corbes IDF. Es crea una corba per les tres Pd trobades i pels 2 períodes de retorn. A partir d’aquestes corbes IDF s’escull la pluja de disseny que s’utilitzarà en el model SWMM. Aquesta elecció es fa basant-se en un criteri conservador i s’escull aquella pluja amb valors de d’intensitat més elevats. Els resultats es mostren a les figures següents: Mètode de carreteres Máximas lluvias Pla director T I5, max Pf I5, max Pf I5, max Pf 2 102,7 8,6 124,5 10,4 114,0 9,5 10 156,4 13,0 217,7 18,1 210,0 17,5 Il·lustració 10-2 Intensitat de pluja màxima en un període de 5 minuts i pluja diària futura per cada període de retorn. Font: Elaboració pròpia Gràfic 10-1 IDF obtinguda amb el mètode de carreteres per T=2 i T=10. Font: Elaboració pròpia 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Intensitat (mm/h) Duració (h) IDF Mètode de carreteres T=2 anys T=10 anys 56 Com es pot comprovar a partir de els IDF que dels tres mètodes avaluats el que retorna valors més elevats d’intensitat (mm/h) i precipitació (mm) és el fet a partir de les pluges diàries del Pla Director, per tant aquesta és la pluja de disseny que s’introduirà al model per 2 i 10 anys de període de retorn. 0 50 100 150 200 250 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Intensitat (mm/h) Duració (h) IDF Pla director PDIBSA T=2 anys T=10 anys Gràfic 10-3 IDF obtinguda a través del Pla director. Font: Elaboració pròpia 0 50 100 150 200 250 00,5 1 1,5 2 2,5 Intensitat (mm/h) Duració (h) IDF Máximas lluvias diarias en Espña peninsular T=2 anys T=10 anys Gràfic 10-2 IDF obtinguda amb el document "Máximas lluvias diarias en España peninsular per T=2 i 10. Font: Elaboració pròpia 63 Fracció superfície impermeable - 0 Per paviments permeables continus = 0 Permeabilitat mm/h 4000 Valor típic segons (Woods-Ballard et al., 2007) Factor d’obstrucció - 0 Es realitza la simulació sense considerar la colmatació progressiva del contaminant. Emmagatzematge Espessor mm 400 La guia tècnica pel disseny de SUDS a Barcelona estableix que l’espessor mínim és de 300 mm. A criteri del dissenyador s’estableix aquest valor. Proporció de buits - 0,6 D’acord amb els valors recomanats a la guia tècnica pel disseny de SUDS a Barcelona per graves uniformes. (Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona, 2020) Taxa de filtració mm/h 3,6 D’acord amb el model d’infiltració utilitzat a la simulació s’assumeix que és la permeabilitat del sòl de l’entorn. Factor d’obstrucció 0 Es realitza la simulació considerant un paviment permeable nou i no es té en compte la colmatació progressiva de l’asfalt. Drenatge Coeficient de drenatge mm/h 1,12 S’ha definit per drenar el sistema en 40 hores. Exponent de drenatge - 0,5 Valor típic perquè el dren funcioni com un orifici. Offset mm 350 Se situa a 350mm de la capa d’emmagatzematge per permetre que aquesta s’ompli abans que entri en funcionament el dren. 11.2.2 Franges de bioretenció Paràmetres Unitats Valors Justificació Superfície Alçada berma mm 300 Guia tècnica pel disseny de SUDS a Barcelona estableix que l’alçada màxima de làmina lliure d’aigua no pot superar els 30cm. Fracció volum vegetal - 0.1 Al ser una àrea de bioretenció hi haurà una densitat de vegetació elevada. Rugositat manning 0.07 Valor estimat segons el tipus de vegetació, que es considera arbustiva. Pendent - 0,2 – 1,2 Els pendents de les franges de bioretenció varien en funció de la seva ubicació i es troba entre aquests dos valors. 64 Sòl Espessor mm 1200 La guia tècnica estableix el mínim entre 0,8 i 1m. Porositat - 0,45 (USACE Hydrologic Engineering Center, s.d.) Capacitat de camp - 0,2 (USACE Hydrologic Engineering Center, s.d.) Punt de marcesència - 0,12 (USACE Hydrologic Engineering Center, s.d.) Conductivitat hidràulica 13,2 (USACE Hydrologic Engineering Center, s.d.) Pendent de conductivitat - 36,2 Es pot estimar de la següent manera: 0.48×(%sorra) + 0.85×(%argila). (Rossman, 2015) Alçada de succió mm 88,9 (USACE Hydrologic Engineering Center, s.d.) Emmagatzematge Espessor mm 800 Valor dins el rang recomanat per la guia tècnica. Proporció de buits - 0,6 D’acord amb els valors recomanats a la guia tècnica pel disseny de SUDS a Barcelona per graves uniformes. Veure Taula 9-1 Taxa de filtració mm/h 3,6 D’acord amb el model d’infiltració utilitzat a la simulació s’assumeix que és la permeabilitat del sòl de l’entorn. Factor d’obstrucció - 0 Es realitza la simulació considerant un paviment permeable nou i no es té en compte la colmatació progressiva de l’asfalt. Drenatge Coeficient de drenatge mm/h 2,4 S’ha definit per drenar el sistema en 40 hores Exponent de drenatge - 0,5 Valor típic perquè el dren funcioni com un orifici Offset mm 750 Se situa a 750 mm de la capa d’emmagatzematge per permetre que aquesta s’ompli abans que entri en funcionament el dren. Ela controls LID de SWMM utilitzen el model d’infiltració Green-Ampt per fer les simulacions. Aquest aplica directament la llei de Darcy i proposa un model senzill per a la infiltració d'aigua en un sòl homogeni amb un contingut d'aigua inicial uniforme. El model Green-Ampt (GA) suposa un sòl homogeni amb conductivitat hidràulica constant, contingut inicial d'aigua i capçalera al front de humectació. (USACE Hydrologic Engineering Center, s.d.) El front d’humectació és la frontera mòbil que separa la zona de sòl saturat de la zona no saturada durant el procés d’infiltració de l’aigua. Representa l’avanç de l’aigua a mesura que descendeix. 65 Per tal d’assignar valors als paràmetres de la capa de sòl s’ha utilitzat la taula d’estimacions i rangs dels paràmetres Green-Ampt basats en la textura del sòl : Tal com s’ha definit a l’apartat 9.6.2 és necessari que les propietats el sòl siguin òptimes pel creixement de microorganismes i vegetació. per tal que hi hagi una capacitat de bioretenció elevada la composició del sòl es defineix de la següent manera: - 20 – 40% matèria orgànica - 40 – 50% sorres - 15 – 25% mantell - Percentatge d’argiles recomenat < 10% D’acord amb aquests condicionants es pot classificar el sòl com a “loam” en català terra franca. Aquest tipus de sòl té una proporció relativament equilibrada (40% llims, 40% sorres i 20% argila). Tot i que no s’adapta a la proporció d’argila recomanada és el tipus de sòl representat a la classificació de Green Ampt que més s’adapta a les necessitats del SUD. 12 Resultats del model En aquest apartat, es presenten i s'analitzen els resultats obtinguts a partir de la modelització de la xarxa. Per tal d’oferir una visió clara i integral dels resultats s’han seleccionat aquells aspectes que reflecteixen la influència del dipòsit i dels SUDS sobre la xarxa. A través d'aquesta anàlisi, es pretén no només descriure'n els resultats, sinó també interpretar-los en el context del marc teòric i els objectius plantejats inicialment. Aquest enfocament permetrà aconseguir una base sòlida per a les conclusions i les recomanacions finals de l'estudi. Aquest apartat està estructurat de manera que primer es fa un anàlisi de l’alternativa 2 (Incorporació de SUDS al model). S’estudia el rendiment dels sistemes SUD avaluant diverses variables com son l’escorrentiu i la infiltració. Després s’efectua un anàlisi global i comparatiu per determinar els efectes de cada alternativa (SUDS i dipòsit) sobre la xarxa de drenatge. Els resultats es presenten pels escenaris de 2 i 10 anys de període de retorn. 12.1 Rendiment dels SUDS A continuació s’analitza l’efecte dels SUDS sobre la infiltració i l’escorrentiu que es genera al sòl. Com és d’esperar els SUDS tenen un efecte mitigador de l’escorrentiu i promouen la infiltració al terreny. En les següents il·lustracions es mostra l’esquema de les subconques amb el rang en mm d’escorrentiu total i el rang de infiltració total en mm respectivament. Es pot apreciar la diferència entre aquelles subconques que conenten SUDS i aquelles que no: 66 Il·lustració 12-1 Mapa d'escorrentiu per subconques en mm per t=10 anys. Alternativa 3 Il·lustració 12-2 Mapa d'escorrentiu per subconques en mm per T=2 anys. Alternativa 3 67 Il·lustració 12-3 Mapa d'infiltració total per subconques en mm per T=10 anys. Alternativa 3 Il·lustració 12-4 Mapa d'infiltració per sobconques en mm per T=2 anys. Alternativa 3 68 Per interpretar aquests mapes s’ha de tenir en compte que l’escorrentiu i la infiltració son una mesura del volum d’aigua total al final de la simulació. És important observar que aquells vials on hi ha SUDS ubicats tenen una major infiltració i menor escorrentiu que aquells que no en tenen. Les subconques tipus illes tenen totes els mateixos valors d’infiltració i escorrentiu similars. Això és degut a que com s’ha explicat totes elles s’han definit amb els mateixos paràmetres i se’ls ha assignat un valor d’impermeabilitat igual. En les següents taules es mostra la informació de les figures en format taula. S’indica el valor d’escorrentiu de les subconques que contenen SUDS per cada escenari i es fa la diferència de l’alternativa amb SUDS respecte les altres per obtenir la reducció d’escorrentiu causada pels SUDS: Taula 12-1 Influència de les alternatives sobre el volum d'escorrentiu per T=2 anys. Font: elaboració pròpia T=2 anys Escorrentiu (m3) Codi Subconca Tipus SUD Alternativa 2 Alternativa 0 Alternativa 1 Diferència V_1741_00 I-PAV 70 110 110 -40 V_1743_00 I-PAV 100 140 140 -40 V_1746_00 I-PAV 80 100 100 -20 V_1809_00 I-PAV 130 180 180 -50 V_1813_00 T-BIO i I- PAV 60 190 190 -130 V_2060_02 I-PAV 110 160 160 -50 V_2665_00 I-PAV 140 250 250 -110 V_2669_00 I-PAV 100 140 140 -40 V_2680_00 T-BIO i I- PAV 180 290 290 -110 V_4194_00 T-BIO i I- PAV 70 170 170 -100 69 Taula 12-2 Influència de les alternatives sobre l'escorrentiu per T=10 anys. Font: elaboració pròpia Taula 12-3 Influència de les alternatives sobre la infiltració per T=2 anys. Font; elaboració pròpia T=10 anys Escorrentiu (m3) Codi Subconca Tipus SUD Alternativa 2 Alternativa 0 Alternativa 1 Diferència V_1741_00 I-PAV 140 160 160 -20 V_1743_00 I-PAV 180 200 200 -20 V_1746_00 I-PAV 130 140 140 -10 V_1809_00 I-PAV 240 280 280 -40 V_1813_00 T-BIO i I- PAV 250 290 290 -40 V_2060_02 I-PAV 200 230 230 -30 V_2665_00 I-PAV 300 370 370 -70 V_2669_00 I-PAV 170 210 210 -40 V_2680_00 T-BIO i I- PAV 310 440 440 -130 V_4194_00 T-BIO i I- PAV 160 250 250 -90 T=2 anys Infiltració (m3) Codi Subconca Tipus SUD Alternativa 2 Alternativa 0 Alternativa 1 Diferència V_1741_00 I-PAV 7,0 3,6 3,6 3,4 V_1743_00 I-PAV 8,5 4,5 4,5 4,0 V_1746_00 I-PAV 4,8 3,2 3,2 1,6 V_1809_00 I-PAV 11,1 6,1 6,1 5,0 V_1813_00 T-BIO i I- PAV 16,0 6,4 6,9 9,6 V_2060_02 I-PAV 9,8 5,2 5,2 4,6 V_2665_00 I-PAV 18,7 8,3 8,3 10,3 V_2669_00 I-PAV 8,5 4,7 4,7 3,8 V_2680_00 T-BIO i I- PAV 18,7 9,7 9,7 9,0 V_4194_00 T-BIO i I- PAV 12,4 5,6 5,6 6,8 70 Taula 12-4 Influència de les alternatives sobre la infiltració per T=10 anys. Font: elaboració pròpia Els valors negatius en la columna de diferències indiquen una disminució del valor tractat en l’alternativa dels SUDS respecte la resta, i els positius un augment. Com es pot observar a les taules el volum d’infiltració i d’escorrentiu per les alternatives 0 i 1 és el mateix atès que el dipòsit de laminació té no cap efecte sobre la superfície de la subconca. En canvi podem veure que en l’alternativa dels SUDS si que es produeix una disminució de l’escorrentiu i un augment de la infiltració. Tot i així s’observa que el volum infiltrat és molt petit en comparació al volum total tractat, fet que reflecteix el caràcter de permeabilitat moderada sòl. Un altre aspecte a tenir en compte és que les diferències entre l’alternativa dels SUDS i la resta son majors per l’escenari T=2 anys que pel T=10 anys. Els gràfics 12-1, 12-2, 12-3 i 12-4 mostren el percentatge d’escorrentiu i d’infiltració per cada subconca respecte la precipitació total caiguda. Aquesta precipitació és de 46.13 mm per T=2 anys i 66.97 mm per T=10 anys. A partir d’aquests gràfics es comprova que el percentatge d’escorrentiu és menor per l’alternativa amb SUDS i a més que aquest percentatge és major per T=2 anys que per T= 10 anys. Això és degut a que mentre que el volum d’aigua total caigut és major per T=10 anys els valors d’infiltració son similars en els dos casos. En el cas de la variable d’infiltració s’observa que passa a la inversa, el percentatge d’infiltració és major per l’alternativa amb SUDS. No obstant en aquest cas el percentatge d’infiltració es manté en valors similars en els dos períodes de retorn. T= 10 anys Infiltració (m3) Codi subconca Tipus SUD Alternativa 2 Alternativa 0 Alternativa 1 Diferència V_1741_00 I-PAV 6,4 4,3 4,3 2,1 V_1743_00 I-PAV 7,9 5,5 5,5 2,4 V_1746_00 I-PAV 4,9 3,9 3,9 1,1 V_1809_00 I-PAV 11,1 7,4 7,4 3,7 V_1813_00 T-BIO i I- PAV 11,6 7,8 7,8 3,9 V_2060_02 I-PAV 9,6 6,3 6,3 3,3 V_2665_00 I-PAV 16,4 10,1 10,1 6,3 V_2669_00 I-PAV 9,6 5,7 5,7 3,9 V_2680_00 T-BIO i I- PAV 22,1 11,8 11,8 10,3 V_4194_00 T-BIO i I- PAV 12,3 6,8 6,8 5,5 71 0 20 40 60 80 100 % Codis subconques Percentatge d'escorrentiu T= 2 anys SUDS Sense SUDS 0 1 2 3 4 5 % Codis subconques Percentatge d'infiltració T= 10 anys SUDS Sense SUDS Gràfic 12-1 Percentatge d’infiltració en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS. Per T= 10 anys Font: Elaboració pròpia. Gràfic 12-2 Percentatge d’infiltració en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS per T=10 anys. Font: Elaboració pròpia. Gràfic 12-3 Percentatge descorrentiu en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS. Per T= 2 anys Font: Elaboració pròpia. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 % Codis subconques Percentatge d'infiltració T=2 anys SUDS Sense SUDS 72 12.2 Impacte a xarxa de clavegueram A banda del rendiment dels SUDS també es considera l’impacte que tenen les alternatives sobre el funcionament global de la xarxa. Per això es presenten els següents resultats. En primer lloc es mostren els volums d’aigua emmagatzemats pels SUDS un cop finalitzat l’episodi de pluja pels dos períodes de retorn i posteriorment es compara amb la capacitat del dipòsit. • T= 2 anys Taula 12-5 Volum final acumulat als SUDS dels carrils bici per T=2 anys. Font: elaboració pròpia Taula 12-6 Volum final acumulat als SUDS de les rotondes per T=2 anys. Font: elaboració pròpia Codi SUD B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 Volum d’emmagatzematge (m3) 129,9 98,3 98,0 257,7 18,7 18,7 36,7 36,7 Codi SUD R1 R2 R3 Volum d’emmagatzematge (m3) 129,7 59,7 148,2 0 20 40 60 80 100 % Codis subconques Percentatge d'escorrentiu T= 10 anys SUDS Sense SUDS Gràfic 12-4 Percentatge d’escorrentiu en les subconques per les alternatives 1 i 2 sense SUDS i per l’alternativa 3 amb SUDS. Per T= 10 anys Font: Elaboració pròpia. 79 15 Referències Abellán, A. (1016, juliol 11). Herramientas para el profesional de drenaje urbano sostenible. iAgua. https://www.iagua.es/blogs/ana-abellan/herramientas-profesional- drenaje-urbano-sostenible Abellán, A. (2014, abril 8). Simulando TDUS con el SWMM 5.1. SuD Sostenible. http://sudsostenible.com/simulando-tdus-con-el-swmm-5-1-002/ ABM consulting. (2024). Estudi hidràulic i propostes per a la regulació de les aigües de sanejament de les conques internes a l’entorn de l’illa Dira de Cornellà de Llobregtat. Ayuntamiento de Madrid. (2018). Guía Básica de Diseño de Sistemas de Gestión Sostenible de Aguas Pluviales en Zonas Verdes y otros Espacios Libres. https://www.madrid.es/UnidadesDescentralizadas/Agua/TODOSOBREAGUA(Informa ciónSobreAgua)/SistemaUrbanosDrenajeSostenible/Guía%20básica%20de%20diseño% 20sistemas%20de%20gestión%20sostenible%20de%20aguas%20pluviales.pdf Barcelona Cicle de l’Aigua, S.A. (2019). Pla Director Integral de Sanejament de la ciutat de Barcelona (PDISBA). http://hdl.handle.net/11703/119275 Barcelona Cicle de l’Aigua, S.A. (2020). Pla tècnic per a l’aprofitament de recursos hídrics alternatius de Barcelona (PLARHAB 2020). http://hdl.handle.net/11703/121227 Caraballo, G. (2016, novembre 25). Aplicació de SUDS en espais verds: Exemples a Barcelona. Jornada: SUDS - Sistemes Urbans de Drenatge Sostenible, Barcelona. https://xarxaenxarxa.diba.cat/sites/xarxaenxarxa.diba.cat/files/06_aplicacio_de_suds_en _espais_verds_a_barcelona_gcarballo_2016.pdf Chow, V. T., Maidment, D. R., & Mays, L. W. (2008). Applied hydrology ([Nachdr.]., internat. ed. 1988). McGraw-Hill. Collado, I. (2024, febrer 9). Sistemas urbanos de drenaje sostenible: Creando ciudades más seguras y habitables. SENER. https://www.group.sener/insights/sistemas-urbanos- de-drenaje-sostenible-creando-ciudades-mas-seguras-y-habitables/ Comissió de SUDS de l’Ajuntament de Barcelona. (2020). Guia tècnica per al disseny de SUDS a Barcelona. Environmental Protection Agency, E. (2021). NPDES: Stormwater Best Management Practice, Permeable Pavements. Permeable Pavements. https://www.epa.gov/system/files/documents/2021-11/bmp-permeable-pavements.pdf Fernández, R. S. (2020). Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible en la Ciudad Mediterránea. Barcelona como ejemplo. Sustainable Urban Drainage Systems in the Mediterranean City. Barcelona as an example. Fletcher, T. D., Shuster, W., Hunt, W. F., Ashley, R., Butler, D., Arthur, S., Trowsdale, S., Barraud, S., Semadeni-Davies, A., Bertrand-Krajewski, J.-L., Mikkelsen, P. S., Rivard, G., Uhl, M., Dagenais, D., & Viklander, M. (2015). SUDS, LID, BMPs, WSUD and more 80 – The evolution and application of terminology surrounding urban drainage. Urban Water Journal, 12(7), 525-542. https://doi.org/10.1080/1573062X.2014.916314 Flood and Coastal Erosion Risk Management Research and Development Programme, & UK Environment Agency. (2021, febrer 24). BeST (Benefits of SuDS Tool). https://www.gov.uk/flood-and-coastal-erosion-risk-management-research-reports/bestbenefits-of-suds-tool Gómez Valentín, M. (2007). HIDROLOGÍA URBANA. FLUMEN Dinámica fluvial i enginyeria hidrològica. Herrera, C. (2023, desembre 21). Urban Drainage Systems. IAAC BLOG. https://blog.iaac.net/urban-drainage-systems/ HIDROTEC. (2024, abril 25). Qué componentes forman un sistema de alcantarillado. https://www.hidrotec.com/blog/componentes-sistema-alcantarillado/ Latín y Roma. (2021, abril 9). LA CLOACA MÁXIMA. Latín y Roma. https://www.latinyroma.es/l/la-cloaca-maxima/ METEOCAT. (2023, maig 17). Corbes IDF. METEOCAT. https://www.meteo.cat/wpweb/climatologia/dades-i-productes-climatics/corbes-idf/ Ministerio de Fomento, D. G. de C. (1999). Máximas lluvias diarias en la España Peninsular. https://www.transportes.gob.es/recursos_mfom/0610300.pdf Ministerio de Fomento, D. G. de C. (2019). Norma 5.2–IC de la Instrucción de Carreteras. Drenaje superficial. Ministerio para la Transición Ecológica (Ed.). (2019). Guías de adaptación al riesgo de inundación: Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible. https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/agua/temas/gestion-de-los-riesgos- de-inundacion/guia-adaptacion-riesgo-inundacion-sistemas-urbano-drenaje- sostenible_tcm30-503726.pdf Nonpoint Source: Urban Areas. (2023, novembre 30). United States Environmental Protection Agency. https://www.epa.gov/nps/nonpoint-source-urban-areas Office of research and development. (2022). Storm Water Management Model (SWMM). (5.2) [Software]. Environmental Protection Agency. Olivares-Cerpa, G., Russo, B., Martínez-Puentes, M., Bladé, E., & Sanz-Ramos, M. (2022). “SUDS-lineales” para reducir el riesgo de inundación considerando escenarios de Cambio Climático. Ingeniería del Agua, 26(2), 77-90. https://doi.org/10.4995/ia.2022.17058 Planifica Ingenieros Y Arquitectos, COOP.V. (2018). MANUAL DE MANTENIMENT DELS SISTEMAS URBANS DE DRENATGE SOSTENIBLE (SUDS) DE BARCELONA. https://bcnroc.ajuntament.barcelona.cat/jspui/bitstream/11703/122584/1/17023_Manual _Manteniment_SUDS_v2%20BCNROC.pdf Rossman, L. A. (2015). Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.1. 81 S. Nanía, L., & Gómez Valentín, M. (2020). INGENIERIA HIDROLOGICA (3a ed.). Grupo Editorial Universitario. Sorolla, A., Rueda, I., Sorolla, G., Mota, B., & Lochner, A. (2020). Gestió dels escorrentius urbans en el marc de les solucions basades en la naturalesa. Szeląg, B., Łagód, G., Musz-Pomorska, A., Widomski, M. K., Stránský, D., Sokáč, M., Pokrývková, J., & Babko, R. (2022). Development of Rainfall-Runoff Models for Sustainable Stormwater Management in Urbanized Catchments. Water, 14(13), 1997. https://doi.org/10.3390/w14131997 USACE Hydrologic Engineering Center. (s.d.). Green-Ampt. HEC-RAS Hydraulic Reference Manual. https://www.hec.usace.army.mil/confluence/rasdocs/ras1dtechref/latest/overview-of- optional-capabilities/modeling-precipitation-and-infiltration/green-ampt Woods-Ballard, B., Kellagher, R., Martin Black, B., Bray, R., Shaffer, P., & Jefferies, C. (2007). The SUDS manual. CIRIA.