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Analizar redes de aguas pluviales utilizando ArcGIS Utility Network
19 de Mayo, 2024
Por Robert Krisher
Gestionar la infraestructura de aguas pluviales es más que prevenir inundaciones: se trata de tratar el agua como el recurso precioso que es. Gestionar la escorrentía implica actuar como administradores responsables para garantizar que transportamos agua a través de nuestra infraestructura artificial y de regreso a áreas naturales donde puede comenzar el ciclo una vez más. A lo largo de este viaje, debemos cuidar la gestión tanto de la cantidad como de la calidad del agua, ya que no hacerlo tendrá consecuencias a largo plazo para nuestra salud y seguridad.
Las áreas urbanas densas enfrentan los mayores desafíos ya que gran parte de su superficie está cubierta de materiales impermeables que impiden que el agua de lluvia sea absorbida naturalmente por el suelo. En este artículo, aprenderá cómo se pueden utilizar los SIG y ArcGIS Utility Network para gestionar mejor estos valiosos recursos hídricos.
El primer paso para responder estas preguntas es contar con un modelo preciso de la infraestructura natural y artificial utilizada para capturar y gestionar las aguas pluviales. Los SIG se han utilizado durante mucho tiempo para catalogar nuestras observaciones del mundo natural, y con la introducción de ArcGIS Online y ArcGIS Living Atlas esto ha hecho que encontrar y compartir los datos esenciales para la gestión de recursos naturales sea más fácil que nunca. Pero ¿qué pasa con la gestión de la infraestructura humana?
Si está interesado en aprender más sobre cómo se almacenan y administran los datos mediante la red de servicios públicos, le recomiendo que lea el primer artículo de esta serie en el que presentamos los conceptos y la terminología básicos que necesita comprender para modelar datos de aguas pluviales utilizando la red de servicios públicos. .
Si ya leyó ese artículo o está familiarizado con esos conceptos, podemos continuar la discusión sobre modelado y terminología con una descripción general de cómo modelar cuencas y flujos en la red de servicios públicos. Encontrará muchas de las ideas y configuraciones analizadas aquí reflejadas en Stormwater Utility Network Foundation , pero este artículo sirve como referencia de por qué se tomaron ciertas decisiones y por qué el sistema se comporta de la manera en que lo hace.
Fuentes o sumideros
Para un observador externo, el proceso para calcular el flujo parece simple: debemos suponer que el agua comienza en cada entrada y fluye lo más directamente posible hacia cada salida. Si bien en un nivel alto esto es correcto, también debemos considerar cómo representar el efecto que la gravedad tiene sobre el flujo o cómo el flujo puede cambiar cuando el sistema experimenta un gran volumen de escorrentía. Antes de adentrarnos demasiado en los detalles de estos escenarios más avanzados, comenzaremos con los conceptos básicos de cómo se puede configurar la red de servicios públicos para representar el flujo en el modelo de aguas pluviales.
Una de las primeras decisiones que se toman al crear una red de dominio en la red de servicios es si el flujo se calculará utilizando fuentes o sumideros (no se pueden usar ambos). Esta decisión es importante porque determina si necesitará realizar un seguimiento y gestionar el flujo gestionando un conjunto conocido de entradas (fuentes) o un conjunto conocido de salidas (sumideros) en su sistema. Debido a que un sistema de aguas pluviales puede tener cientos de entradas por cada salida (sin mencionar la infiltración natural a través de tuberías), es más manejable modelar el dominio como una red basada en sumideros.
Para establecer el flujo, todas las salidas de la red deben registrarse como sumideros dentro de la red, esto se conoce como habilitar una característica para que sea un controlador de subred . Analizaremos las subredes y los controladores de subred un poco más adelante en este artículo. Por ahora, todo lo que necesita saber es que una vez que haya establecido todas sus salidas como controladores de subred, los rastros aguas abajo identificarán el camino hasta la salida más cercana y los rastros aguas arriba identificarán todas las características que transportan agua que fluye a través de la ubicación que se analiza.
Ahora que vemos cómo el sistema puede calcular la dirección del flujo al realizar análisis aguas arriba y aguas abajo, veamos cómo podemos aprovechar esta capacidad para modelar cuencas y subcuencas introduciendo un nuevo concepto de la red de servicios públicos: la subred . Así como una subcuenca representa una porción pequeña y contigua de una cuenca más grande, una subred representa una porción conectada y topológicamente distinta de su red de servicios públicos más grande.
En la práctica esto se consigue identificando todos los puntos de salida que reciben escorrentía en una zona de nuestra red. Luego, esta área se convierte en una subred configurando cada una de estas salidas para que actúe como controladores de subred para esa subred. Cada subred puede tener múltiples controladores, por lo que si su cuenca o subcuenca tiene múltiples salidas, cada una aún puede actuar como un controlador, solo necesitarán configurarse para que tengan el mismo nombre de subred (por ejemplo, nombre de cuenca o subcuenca).
A continuación, puede ver un ejemplo en el que las salidas de tuberías y canales actúan como controladores de subred para las subredes de cuenca y subcuenca.
El beneficio más obvio de crear estas subredes es que luego podemos usar la red de servicios públicos para realizar un seguimiento ascendente/descendente; sin embargo, varios beneficios adicionales se hacen evidentes una vez que se familiariza con el comportamiento de las subredes.
La primera es que cuando una característica pertenece a una subred, el nombre de esa subred se registra en esa característica. Esto le ayuda a identificar rápidamente a qué subred pertenece una entidad (sin seguimiento) y facilita la identificación y corrección de entidades que no pertenecen a una subred.
A continuación, al igual que la conectividad se valida cuando se editan entidades en la red de servicios, también lo hacen las subredes. A medida que se modifican sus datos, puede realizar un seguimiento de qué subredes se ven afectadas por esos cambios y tomar las medidas adecuadas para realizar controles de calidad en esas áreas de su red.
Esto plantea entonces una pregunta interesante: si el nombre de la subred está almacenado en la entidad, ¿cómo representa el sistema el hecho de que una entidad pertenece tanto a una cuenca como a una subcuenca?
Para responder a esto, usaremos terminología nueva y luego definiremos y discutiremos los nuevos términos en las siguientes secciones del documento: Las cuencas y subcuencas se consideran diferentes “niveles” en la red y la red de aguas pluviales se puede configurar para que sea jerárquica. Los niveles permiten que cada entidad pertenezca tanto a una cuenca como a una subcuenca al mismo tiempo.
Niveles
Primero, cubramos lo que representa un nivel en la red de servicios públicos. Para ello examinaremos más de cerca el concepto de subred. Una subred es una colección de entidades que representan un área común de flujo dentro de la red. Además del nombre de la subred y sus controladores, otra característica importante de la subred es su nivel .
Cada nivel contiene una definición de subred, que es en sí misma una colección de reglas que rigen qué tipos de funciones pueden actuar como controladores para ese tipo de subred, qué funciones pueden participar en ese tipo de subred y cualquier comportamiento especial que deba tenerse en cuenta. se tienen en cuenta al realizar análisis dentro de la subred, como por ejemplo cómo comportarse durante fenómenos meteorológicos intensos.
Cada nivel también tiene un rango , lo que permite al sistema comprender si debe tratarse como ascendente o descendente de otros niveles. El rango 1 es siempre la fuente/sumidero final del sistema, por lo que en un sistema de aguas pluviales la cuenca es de rango 1 y cualquier subcuenca es de rango 2. Esto significa que una subcuenca siempre está aguas arriba de una cuenca, y un rastro aguas abajo de una subcuenca puede puede configurarse para que se detenga en la salida de la subcuenca o en la salida de la cuenca.
También mencionamos que las redes de aguas pluviales son jerárquicas. Esta es otra propiedad de la red de dominio llamada definición de nivel, que permite que un sistema esté dividido o sea jerárquico. La diferencia entre estos dos tipos es que las entidades de una red particionada solo pueden participar en una única subred, mientras que las entidades de una red jerárquica pueden participar en una única subred para cada nivel.
Si solo le importa el camino hacia el emisario más cercano y no piensa en sus sistemas en términos de cuencas y subcuencas, entonces un dominio particionado satisfará sus necesidades. Si desea diferenciar sus subcuencas de su cuenca y desea poder rastrear desde una entrada hasta los puntos de descarga terminales aguas abajo de esa ubicación (y no solo la salida más cercana), entonces querrá asegurarse de que la red de su dominio está configurado para ser jerárquico.
Conclusión
Una vez que su red de servicios esté configurada y calibrada para el flujo del modelo, encontrará que los flujos de trabajo de edición para la red de servicios le permitirán mantener su modelo válido más fácilmente. Todas las ediciones de la red se validan según las reglas del modelo y sus subredes facilitan la identificación de entidades desconectadas. Estas comprobaciones, junto con las reglas comerciales que haya configurado, le brindarán la confianza de que todos en su organización pueden confiar en los datos y los resultados del análisis que realizan. Debido a que la red de servicios públicos es compatible con aplicaciones móviles, web y de escritorio, esto significa que todos en su organización podrán beneficiarse del acceso a estos datos, independientemente de si están en la oficina o en el campo.
¿Qué más puedes hacer una vez que tengas tus datos en la red de servicios públicos? Considere usarlo para simular agua de lluvia/inundaciones usando ArcGIS Pro. Hable con sus ingenieros sobre cómo incorporar mejor el modelo SIG construido en el software que utilizan para el diseño y la planificación. Si desea obtener más información sobre el uso de la red de servicios públicos para modelar conjuntos de datos de agua, aguas residuales y aguas pluviales, consulte la serie de aprendizaje Aprenda ArcGIS Utility Network for Water Utilities .
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