Urban Pluvial Flood Modelling Strategies Under Different Levels of Data Completeness

• Autores: Carlos Israel Montalvo Montenegro
• Directores de la Tesis: Luis Cea (dir. tes.), Jerónimo Puertas (codir. tes.), Esteban Sañudo (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidade da Coruña ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 291
• Tribunal Calificador de la Tesis: Marcos Sanz Ramos (presid.), Jose Anta (secret.), Giada Varra (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUC
• Resumen
  • español

    Las inundaciones pluviales urbanas son uno de los peligros relacionados al agua más comunes en ciudades altamente urbanizadas. Sin embargo, estas han sido menos estudiadas que las inundaciones fluviales o costeras. Esto puede ser debido a que el análisis de las inundaciones pluviales requiere del uso de herramientas adecuadas, como los modelos 2D/1D. No obstante, estos modelos requieren un gran volumen de datos para su implementación, información que no siempre está disponible. Adicionalmente, una mayor cantidad de tiempo suele ser requerida para el procesamiento de estos datos y el montaje del modelo. En este contexto, esta tesis propone un set de estrategias de modelización orientadas a diferentes niveles de completitud de datos, facilitando el montaje de modelos 2D/1D en escenarios de escasez de datos. Estas estrategias contribuyen a la simplificación de la implementación de modelos mientras mantienen niveles de precisión aceptables. Este análisis fue llevado a cabo a través de tres estudios independientes. En el primero, se evaluó la influencia de los componentes de la red de drenaje a niveles de subsuelo y suelo, identificando un umbral de completitud de la red que puede considerarse satisfactorio para simular adecuadamente inundaciones pluviales. Adicionalmente, el estudio identificó elementos de la red que pueden ser simplificados durante el montaje del modelo sin comprometer significativamente los resultados. En el segundo estudio, una estrategia de modelización de base física fue propuesta para escenarios en los que la información sobre red de drenaje no está disponible. Esta aproximación se basa en la generación de una red sintética que representa el efecto del alcantarillado durante las inundaciones pluviales urbanas. Los resultados muestran que la metodología funciona adecuadamente y permite alcanzar resultados más precisos comparados a otras aproximaciones simplificadas. Finalmente, en el tercer estudio se propuso varias estrategias para la representación de cubiertas de edificios en modelos de inundaciones pluviales urbanas a gran escala. Los resultados indican que estas metodologías simplificadas pueden aplicarse para estimar características geométricas de los tejados, así como sus conexiones con los elementos a nivel de calle como los pozos de registro. Se identificó un umbral bajo el cual la influencia de la estrategia usada sobre los resultados es despreciable. En estos casos es posible aplicar estrategias que no requieren información detallada sobre las cubiertas sin comprometer la precisión de los resultados. Conjuntamente, los resultados obtenidos en esta tesis proveen metodologías válidas que pueden ser aplicadas en la academia para cerrar la brecha en entre estudio de inundaciones pluviales y de otros tipos. Adicionalmente, estas equipan al personal técnico en instituciones públicas y privadas con medios para evaluar los riesgos producidos por inundaciones pluviales en zonas donde previamente no era factible

  • English

    Urban pluvial floods are one of the most common water-related hazards in highly urbanized cities. However, they have been less studies compared to fluvial or coastal floods. This may be due to the fact that the analysis of urban pluvial floods requires accurate tools, such as 2D/1D models, to represent both major and minor drainage systems. Nevertheless, these models demand a large volume of data for their implementation, information that is not always available. Additionally, significant time is required for data processing and model setup. In this context, this thesis proposes a set of modelling strategies tailored to varying levels of data completeness, aimed at facilitating the setup of 2D/1D models under data-scarcity scenarios. These strategies contribute to simplifying the model implementation process while maintaining acceptable levels of accuracy. The analysis was conducted through three distinct studies. In the first study, the influence of both underground and ground-level drainage components was evaluated, leading to the identification of a threshold of network completeness that can be considered satisfactory for accurately simulating urban pluvial flooding. Additionally, the study identified specific network elements that can be simplified during the model setup without significantly compromising the results. In the second study, a physics-based modelling strategy was proposed for scenarios in which sewer network information is unavailable. This approach relies on the generation of a virtual network to represent the sewer system effect during urban pluvial floods. The results demonstrate that this methodology performs satisfactorily and yields more accurate outcomes compared to other simplified modelling approaches. Finally, in the third study, different strategies for representing roofs in large-scale urban pluvial flood models were proposed. The results indicate that simplified methodologies can be effectively applied to estimate certain geometric characteristics of roofs and to represent their connections with ground-level manhole elements. A threshold was identified, below which the influence of the selected strategy of model outputs becomes negligible. In such cases, it is feasible to apply strategies that do not require detailed information about roof geometry without compromising the accuracy of the results. Taken together, the results obtained in this thesis provide valid methodologies that can be applied in the academic sector to bridge the gap between the study of urban pluvial flooding and other types of flooding. Additionally, they equip technical personnel in public or private institutions with the means to evaluate pluvial flood risk in areas where such assessment was previously unfeasible

  • galego

    As inundacións pluviais urbanas son un dos perigos relacionados á auga máis comúns en cidades altamente urbanizadas. Non obstante, estas foron menos estudadas que as inundacións fluviais ou costeiras. Isto pode ser debido a que a análise das inundacións pluviais require do uso de ferramentas adecuadas, como os modelos 2D/1D. Con todo, estes modelos requiren un gran volume de datos para a súa implementación, información que non sempre está dispoñible. Adicionalmente, unha maior cantidade de tempo adoita ser requirida para o procesamento destes datos e a construcción do modelo. Neste contexto, esta tese propón un set de estratexias de modelización orientadas a diferentes niveis de completitude de datos, facilitando a montaxe de modelos 2D/1D en escenarios de escaseza de datos. Estas estratexias contribúen á simplificación da implementación de modelos mentres manteñen niveis de precisión aceptables. Esta análise foi levado a cabo a través de tres estudos independentes. No primeiro, avaliouse a influencia dos compoñentes da rede de drenaxe a niveis de subsolo e chan, identificando un umbral de completitude da rede que pode considerarse satisfactorio para simular adecuadamente inundacións pluviais. Adicionalmente, o estudo identificou elementos da rede que poden ser simplificados durante a montaxe do modelo sen comprometer significativamente os resultados. No segundo estudo, unha estratexia de modelización de base física foi proposta para escenarios nos que a información sobre a rede de drenaxe non está dispoñible. Esta aproximación baséase na xeración dunha rede sintética que representa o efecto da rede de drenaxe durante as inundacións pluviais urbanas. Os resultados mostran que a metodoloxía funciona adecuadamente e permite alcanzar resultados máis precisos comparados a outras aproximacións simplificadas. Finalmente, no terceiro estudo propúxose varias estratexias para a representación de cubertas de edificios en modelos de inundacións pluviais urbanas a gran escala. Os resultados indican que estas metodoloxías simplificadas poden aplicarse para estimar características xeométricas dos tellados, así como as súas conexións cos elementos a nivel de rúa como os pozos de rexistro. Identificouse un limiar baixo o cal a influencia da estratexia usada sobre os resultados é desprezable. Nestes casos é posible aplicar estratexias que non requiren información detallada sobre as cubertas sen comprometer a precisión dos resultados. Conxuntamente, os resultados obtidos nesta tese provén metodoloxías válidas que poden ser aplicadas na academia para pechar a brecha en entre estudo de inundacións pluviais e doutros tipos. Adicionalmente, estas equipan ao persoal técnico en institucións públicas e privadas con medios para avaliar os riscos producidos por inundacións pluviais en zonas onde previamente non era factible.