Modelación matemática de techos verdes en colombia: selección de un modelo mediante la metodología AHP
Resumen
Los techos verdes (TV) son estructuras que almacenan aguas lluvia, convirtiéndose en una alternativa para el manejo de la escorrentía urbana. Esta investigación se realiza con el fin de seleccionar un modelo matemático para que posteriormente simule la dinámica de TV experimentales construidos en Bogotá, mejorando el proceso de toma de decisiones frente a su implementación en zonas urbanas intertropicales de Colombia al considerar variables meteorológicas, del sustrato y de diseño. Para realizar la selección se empleó la metodología Procesos Analíticos Jerárquicos (AHP por sus siglas en inglés), técnica que emplea operaciones matriciales para tomar decisiones basadas en juicios de valor establecidas por expertos disminuyendo el sesgo generado por la subjetividad de la evaluación. Inicialmente se realiza una consulta bibliográfica determinando modelos matemáticos empleados en la modelación de TV, estos son: SWAM, SWMM 5.1, HYDRUS 1-D, SWAP, SWMS 2-D, MIKE URBAN, WinSLAMM Y SUSTAIN. Posteriormente se califica el desempeño individual de los modelos respecto a tres criterios de selección (datos de entrada, atributos y datos de salida). Esta calificación es evaluada por expertos en hidrología urbana o en Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS). Los juicios de valor emitidos por los expertos se utilizan para elaborar matrices pareadas con la metodología AHP, indicando el modelo que mejor cumple los criterios de selección. Se obtuvo que el modelo EPA-SWMM 5.1 cumple satisfactoriamente los requerimientos para modelar techos verdes en Colombia dado que es un software libre, cuenta con un módulo de SUDS, permite modelar eventos de lluvia continuos, entre otras variables. Se desarrolla una lista en orden jerárquico que otros autores podrían usar para seleccionar el modelo que mejor se ajuste a sus necesidades de modelación en TV para condiciones colombianas.
Palabras clave
escorrentía, metodología AHP, modelación matemática, techos verdes
Archivo(s) complementario(s)
pdfBiografía del autor/a
Jeniffer Tabares Catimay
Laura Marely Gallo Martínez
Néstor Alonso Mancipe
Citas
M. Molina, L. Gutiérrez, and J. Salazar, “Sistema Urbanos de Drenaje Sostenible,” Ambient. Secr. Dist. Medio, 2011.
A. Torres, S. Méndez-Fajardo, Á. P. Gutiérrez Torres, and S. Sandoval, “Quality of Rainwater Runoff on Roofs and Its Relation to Uses and Rain Characteristics in the Villa Alexandra and Acacias Neighborhoods of Kennedy, Bogota, Colombia,” J. Environ. Eng., 2013.
B. Woods-Ballard, R. Kellagher, P. Martin, C. J. R. Bray, and P. Shaffer, The SUDS manual - UK. 2007.
D. Butler and J. Davies, Urban Drainage. 2011.
J. Niemczynowicz, “Urban hydrology and water management – present and future challenges,” Urban Water, 1999.
N. Oviedo and A. Torres, “Hydric Attenuation and Hydrological Benefits for Implementing Productive Green Roof in Soacha, Colombia,” Ing. y Univ., 2014.
H. F. Castletona, V. Stovinb, S. B. M. Beckc, and J.B. Davisonb, “Green roofs; building energy savings and the potential for retrofit,” Energy Build., 2010.
T. L. Saaty and J. Wiley, “Proceso De Análisis Jerárquico (Ahp),” Rev. Digit. UMMSM, 2009.
T. Sangkakool, K. Techato, R. Zaman, and T. Brudermann, “Prospects of green roofs in urban Thailand – A multicriteria decision analysis,” J. Clean. Prod., 2018.
L. Katherine, O. Rojas, L. Fernanda, and B. Chimbi, “Análisis exploratorio de modelos para la estimación de la contaminación por cargas difusas en un área de estudio con información escasa.”
Juan C. Osorio y Juan P. O, “El Proceso De Análisis Jerárquico (Ahp) Y La Toma De Decisiones Multicriterio. Ejemplo De Aplicación.,” Sci. Tech., 2008.
J. Moreno, “El Proceso Analítico Jerárquico ( AHP). Fundamentos, metodología y aplicaciones,” Univ. Zaragoza, 2002.
G. B. Toskano hurtado, “El proceso de análisis jerarquico (AHP) como herramienta para la toma decisiones en la selección de proveedores”, 2005.
S. S. Cipolla, M. Maglionico, and I. Stojkov, “A longterm hydrological modelling of an extensive green roof by means of SWMM,” Ecol. Eng., 2016.
R. Hakimdavar, P. J. Culligan, A. Guido, and W. R. McGillis, “The Soil Water Apportioning Method (SWAM): An approach for long-term, low-cost monitoring of green roof hydrologic performance”, Ecol. Eng., vol. 93, pp. 207–220, Aug. 2016.
J. G. Kroes, J. G. Wesseling, and J. C. Van Dam, “Integrated modelling of the soil-water-atmosphere-plant system using the model SWAP 2.0 an overview of theory and an application,” in Hydrological Processes, 2000.
J. Wesseling, J. G. Kroes, and K. Metselaar, “Global sensitivity analysis of the Soil-Water-Atmosphere-Plant (Swap) model,” Wageningen, SC-DLO, 1998. Rep. 160, 70 pp, 1998.
L. Locatelli, O. Mark, P. S. Mikkelsen, K. Arnbjerg-Nielsen, M. Bergen Jensen, and P. J. Binning, “Modelling of green roof hydrological performance for urban drainage applications,” J. Hydrol., 2014.
K. Alfredo, F. Montalto, and A. Goldstein, “Observed and Modeled Performances of Prototype Green Roof Test Plots Subjected to Simulated Low and High-Intensity Precipitations in a Laboratory Experiment,” J. Hydrol. Eng., 2010.
E. Burszta-Adamiak and M. Mrowiec, “Modelling of Green roofs’ hydrologic performance using EPA’s SWMM,” Water Sci. Technol., 2013.
A. Palla and I. Gnecco, “Hydrologic modeling of Low Impact Development systems at the urban catchment scale,” J. Hydrol., 2015.
A. Bonoli, A. Conte, M. Maglionico, and I. Stojkov, “Green roofs for sustainable water management in urban areas,” Environ. Eng. Manag. J., 2013.
G. Krebs, T. Kokkonen, M. Valtanen, H. Setälä, and H. Koivusalo, “Spatial resolution considerations for urban hydrological modelling,” J. Hydrol., 2014.
P. A. Versini, D. Ramier, E. Berthier, and B. de Gouvello, “Assessment of the hydrological impacts of green roof: From building scale to basin scale,” J. Hydrol., 2015.
R. Hakimdavar, P. J. Culligan, M. Finazzi, S. Barontini, and R. Ranzi, “Scale dynamics of extensive green roofs: Quantifying the effect of drainage area and rainfall characteristics on observed and modeled green roof hydrologic performance,” Ecol. Eng., 2014.
R. N. Hilten and T. M. Lawrence, “Using green roofs and other BMPs to reduce the need for stormwater retention capacity requirements,” in Low Impact Development: New and Continuing Applications - Proceedings of the 2nd National Low Impact Development Conference 2007, 2008.
A. Palla, I. Gnecco, and L. G. Lanza, “Compared performance of a conceptual and a mechanistic hydrologic models of a green roof,” Hydrol. Process., 2012.
H. peng Qin, Y. nuan Peng, Q. ling Tang, and S. L. Yu, “A HYDRUS model for irrigation management of green roofs with a water storage layer,” Ecol. Eng., 2016.
A. Palla, I. Gnecco, and L. G. Lanza, “Unsaturated 2D modelling of subsurface water flow in the coarse-grained porous matrix of a green roof,” J. Hydrol., 2009.
R. Pitt and J. Voorhees, “The use of WinSLAMM to evaluate the benefits of low impact development.,” Proceedings of the Low Impact Development Conference: Putting the LID on SWM, College Park, MD, USA. pp. 1–2, 2004.
C. F. Chen, M. Y. Sheng, C. L. Chang, S. F. Kang, and J. Y. Lin, “Application of the SUSTAIN model to a watershedscale case for water quality management,” Water (Switzerland), 2014.
A. Abbas et al., “Modelling data of an urban drainage design using a Geographic Information System (GIS)database,” J. Hydrol., 2019.
O. US EPA, “Storm Water Management Model (SWMM),” 2018.
D. J. Rosa, J. C. Clausen, and M. E. Dietz, “Calibration and Verification of SWMM for Low Impact Development,” J. Am. Water Resour. Assoc., 2015.
Z. Peng and V. Stovin, “Independent Validation of the SWMM Green Roof Module,” J. Hydrol. Eng., 2017.
U. S. D. of A. (USDA), “SWMS-2D Model : USDA ARS,” 2016. [Online]. Available: https://www.ars.usda.gov/pacific-west-area/riverside-ca/us-salinity-laboratory/docs/swms-2d-model/. [Accessed: 13-Dec-2018].
B. Tomicic and H. S. Andersen, “Storm Water Runoff from Green Urban Areas Modellers’ Guideline,” Melbourne, Australia, 2015.
M. Just Kjølby, “Modellering af LAR anlaeg samt modellering af stoffjernelse i LAR anlaeg og bassiner Background & Objective.”
P. & Associates, “WinSLAMM User’s Guides.” [Online]. Available: http://www.winslamm.com/select_documentation.html. [Accessed: 09-Dec-2018].
O. US EPA, “System for Urban Stormwater Treatment and Analysis Integration (SUSTAIN),” 2016.