Wash-off and sediment transport experiments in a full-scale urban drainage physical model

Abstract

[Resumen] El continuo crecimiento de las ciudades y el consecuente aumento de las superficies impermeables hacen que la gestión de las aguas pluviales sea esencial para un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, la variabilidad asociada a los procesos de acumulación y lavado de contaminantes en cuencas urbanas complica el desarrollo de modelos para el diseño y gestión de medidas paliativas que reduzcan el impacto ambiental producido por la escorrentía urbana. En esta tesis se ha llevado a cabo una extensa campaña experimental en la que las variables involucradas en los procesos de lavado y transporte de sedimentos, incluyendo flujos a través de imbornales y tuberías, fueron medidas con precisión y en condiciones controladas de laboratorio. La utilización de un modelo físico de drenaje urbano a escala real, el desarrollo de un novedoso simulador de lluvia y la definición precisa de las variables hidráulicas permiten la transferibilidad de los resultados a cuencas reales y hacen que los datos proporcionados sean óptimos para el desarrollo y validación de formulaciones y modelos más precisos. Los resultados han servido además para evaluar y analizar un modelo de lavado basado en procesos físicos, que se ha planteado recientemente como alternativa para modelizar adecuadamente los complejos fenómenos físicos involucrados

[Resumo] O continuo crecemento das cidades e o consecuente aumento das superficies impermeables fan que a xestión das augas pluviais sexa esencial para un desenvolvemento urbano sustentable. Con todo, a variabilidade asociada aos procesos de acumulación e lavado de contaminantes en concas urbanas complica o desenvolvemento de modelos para o deseño e xestión de medidas paliativas que reduzan o impacto ambiental producido pola escorrentía urbana. Nesta tese levouse a cabo unha extensa campaña experimental na que as variables involucradas nos procesos de lavado e transporte de sedimentos, incluíndo fluxos a través de sumidoiros e tubaxes, foron medidas con precisión e en condicións controladas de laboratorio. A utilización dun modelo físico de drenaxe urbana a escala real, o desenvolvemento dun novo simulador de choiva e a definición precisa das variables hidráulicas permiten a transferibilidade dos resultados a concas reais e fan que os datos proporcionados sexan óptimos para o desenvolvemento e validación de formulacións e modelos máis precisos. Os resultados serviron ademais para avaliar e analizar un modelo de lavado baseado en procesos físicos, que se expuxo recentemente como alternativa para modelizar adecuadamente os complexos fenómenos físicos involucrados.

[Abstract] Abstract The continuous growth of cities and the consequent increase in impermeable surfaces make runoff management essential for the sustainable urban development. However, the high variability of pollutant build-up and wash-off processes in urban catchments complicates the development of modelling tools to design and manage palliative measures aimed at reducing environmental impacts of stormwater pollution. In this thesis, an extensive experimental campaign analyzing sediment wash-off, gully pot trapping and in-pipe sediment transport was carried out in a physical rainfall simulator model. In the tests, the different variables involved in these processes were accurately measured under laboratory-controlled conditions. The use of a full-scale urban drainage physical model, the development of a novel rainfall simulator, and the precise definition of hydraulic variables allow the transferability of the results to real field catchments, and render the provided data optimal for the development and validation of more accurate models and formulations. The results obtained have been used to evaluate and analyze a physically-based urban wash-off model, which has recently been proposed as an alternative for adequately modelling the complex physical phenomena in question.