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SUDS Short Course

                SUDS Curso Intensivo
                 EAAB - PUJ Convenio 965-2008
                        27th May 2010




  By Professor Chris Jefferies, University of Abertay, Dundee,
                            Scotland




SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008
Preparation of material for this was course was assisted by funding from the
following European programmes.




Interreg North Sea IV programme SKINT




EU Sixth Framework Research Programme

SWITCH




SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008
SUDS Training
     Universidad Javeriana May 27 2010


           Chris Jefferies
           Urban Water Technology Centre
           University of Abertay Dundee
           www.uwtc.tay.ac.uk




     Objetivos del curso              (Course objectives)


           • Identificar la necesidad del uso de SUDS en una
             Cuenca
           • Desarrollar los criterios de diseño para un
             sistema de SUDS
           • Entender los detalles para el desarrollo
             apropiado de sistemas SUDS

           • To identify the need for SUDS in a catchment.

           • To develop design criteria for SUDS systems.

           • To understand the development of appropriate SUDS details.




           Contenido del curso               (Course Content)

      1. Conceptos básicos de SUDS
      2. Elementos que guían el diseño de SUDS
      3. Los diferentes componentes de SUDS
      4. Problemas de escorrentía causados por los excesos de agua
         superficial
      5. Problemas en la calidad del agua debidos a los excesos de agua
         superficial
      6. Planificación de cuencas y diseños hidrológicos
      7. SUDS – diseños hidráulicos para control local y regional
      8. SUDS – diseños hidrológicos para control local y regional
      9. SUDS – diseños para la calidad
      10.Fuentes de control de SUDS y detalles
      11.Cultivos de aguas lluvias y re-uso
      12.Conclusiones




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Course Content
       1.    Basic concept of SUDS
       2.    Drivers for the design of SUDS.
       3.    The different SUDS components.
       4.    Flood problems caused by excessive surface water.
       5.    Water quality problems caused by excess surface water.
       6.    Catchment planning and hydrological design.
       7.    SUDS – hydraulic design for site and regional control.
       8.    SUDS – hydrological design for site and regional control.
       9.    SUDS – Design for quality
       10.   Source control SUDS and detailing.
       11.   Rainwater harvesting and re-use.
       12.   Conclusions




            1. Sostenibilidad                (Sustainability)


       A. ¿Cuál es el significado de “sostenibilidad” en el contexto de
          Bogotá?
       B. ¿Qué funciones se requieren de los componentes del sistema
          SUDS en cada localidad? Calidad, cantidad, servicios.
       C. Introducción al triángulo de SUDS


       A.    What is the meaning of ‘sustainable’ in the context of Bogota?

       B.    What are the functions required of SUDS components at each location?
             Quality, quantity, amenity

       C.    Introduction to the SUDS triangle.




            1. Conceptos básicos                      (Basic Concepts)


      A. Los elementos de sostenibilidad:
             Económicos
             Ambientales
             Uso de recursos
             Uso sostenible de la energía
             Mantenimiento                                A. The elements of sustainability.

             Entrenamiento                                        Economic.

                                                                  Environmental.

                                                                  Use of resources.

                                                                  Sustainable energy use.

                                                                  Maintenance.

                                                                  Training.




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1. Conceptos básicos                    (Basic Concepts)


      B. Funciones de los SUDS                   B.   Functions of SUDS.

                                                          Quantity (floods).
          Cantidad (flujo)
                                                          Quality (pollution).
          Calidad (polución)                              Amenity.


          Servicios

                    Important Reference
                    Construction Industry Research and Information
                        Association (CIRIA)
                    The SUDS Manual
                    Available at www.ciria.org.uk/suds/




        1. SUDS control local flooding




                                                Roof of Ford transit van




        1. SUDS control the quality of runoff




           Brazil                                      Scotland




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1. SUDS Provide amenity




      Control regional– Laguna de retención          Korea – stream opened out for
      Belo Horizonte, Brazil                         amenity




      1. SUDS Integrate agendas




                     I will return to this location later




      1. El triángulo de drenaje urbano
           Los métodos de drenaje de agua superficial que se refieren a
           aspectos de cantidad, calidad y comodidad se conocen como
           Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS)



                                                            El triángulo de drenaje
                 Cantidad            Calidad
                                                            urbano - equilibra el
                                                            impacto de drenaje
                                                            urbano
                        Comodidad




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1. Sesión de discusión               (Discussion session)




      ¿Cuál es el significado de “sostenibilidad” en el
      contexto de Bogotá?



        What is the meaning of ‘sustainable’ in the context of Bogota?




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2. Elementos que guían el diseño de SUDS
      2. Drivers for SUDS implementation

        Expansión urbana y desarrollo – Los SUDS controlan caudales y
        ayudan a prevenir las inundaciones
        Aumento de flujos en el sistema de drenajes de áreas urbanas –
        Los SUDS pueden reducir los caudales en el alcantarillado y
        descarga de alcantarillado en los eventos de crecientes
        Contaminación difusa – Los SUDS controlan la calidad del agua
        de escorrentía en las superficies urbanas
        Corrientes en quebradas – Los SUDS controlan el aumento de los
        caudales y la calidad del agua
        Los SUDS ayudan a controlar los efectos del cambio climático.




     2. Drivers for SUDS implementation

             Urban expansion and development - SUDS control flowrates
             and help avoid flooding.

             Increased flows in the drainage systems of urban areas –
             SUDS can reduce sewer flooding and discharge of sewage at
             overflows.

             Diffuse pollution – SUDS control quality of runoff from urban
             surfaces.

             Flows in quebradas – control of increased flows and poor
             water quality.

             Assist in controlling the effects of climate change.




        2. Driver – urban expansion




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2. Driver – sewage discharge from
      sewer




       2. Driver – sewer infrastructure

           Replacement sewers      Old sewer, bad condition




      2. Driver – Old sewers and combined
      sewer overflow

                                Discharge point to river




SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010   2
Kinross     2. Example of an upgrading scheme
                       Loch Leven                                                     Levenmouth
                                                                                      Works
                                                      Glenrothes

                                                                      Leven
                   Replace Sewer
                                       Lochty




                                                                                                    ry
                                                                                                 tua
                                                Ore                             ity




                                                                                               Es
                                                                          pac
                                                                      d ca




                                                                                              rth
                                                                 ricte
                                                             rest




                                                                                            Fo
                                                      1 2 km
     Lochgelly
                                    New Tank

                 Cowdenbeath
                               Cardenden
                               Replace twelve CSOs with One




        2. Driver – diffuse pollution
                                    Contaminación difusa




        2. Driver – Degraded watercourses
       Erosion caused by increased runoff rates




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Pausa para pensar en los elementos que
      guían el diseño de SUDS

      ¿Cuáles son los elementos guía en el caso del Estado
      de Rosetree?

      ¿Cuáles son los elementos guía en el caso de la
      quebradas de Bogotá?


      Pause for thought – Drivers

      What are the drivers in the case of the Rosetree Estate?

      What are the drivers in Proyecto Quebradas?




SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010    4
Development A
                                                                                   N




      Development D
                                                                                    40



                                  Development B

                                                                Residential area draining
                                                                 through detention basin

                                                                Residential area draining
                                                                through detention basin.
                                                                 Houses with soakaways
      Development E
                                                             40 m. Above Ordnance Datum
40
                                                                     Open space and
                                                        35           community woodland.


                                                                    Area of sandy soils
35



30                                                                     30
                                Development C


                                                                            25

                                                                Limit of 200 year floodplain
 25                                        River Springbourne


                                                100m
Development A


                              Basin 1




Development D




                                         Development B

           Basin 2
                                                             Residential area draining
                                                              through detention basin

                                                             Residential area draining
                                                             through detention basin.
                                                              Houses with soakaways
Development E
                                                                      Detention basin

                                                                         Storm Sewer
                        Basin 3
                                                                         Boundary of
                                                                        Development
                                                                      Outlet Swale




                                        Development C
                     Pond




                                        River Springbourne
3. The different SUDS components


       Different SUDS types and their applicability
             Ponds, wetlands

             Basins, swales

             Permeable paving, source control




        3. SUDS types – level 1

       The treatment train is important for larger systems

      Source control (level 1 treatment)
            Filter strips – very efficient
            Permeable paving – very efficient but need maintenance
            Roadside filter drains – I don’t like these.
            Green roofs
            Water butts
            Gully pot filters – a lot of research still needed.




        3. SUDS types – levels 2 & 3

       The treatment train is important for larger systems

       Site control – (level 2 treatment)
             Swales
             Detention basins
             Detention ponds
       Regional Control – (level 3 treatment)
             Retention pond & wetland
             Disposal to ground (after groundwater risk assessment)




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3. SUDS Components review
     Control en origen – Drenaje filtrante    Control en origen y local – Cuneta Verde




     Control en origen –Pavimento permeable     Control local – Depósito de detención




       3. Permeable Paving and detention




       3. Detention basin in highway




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3. Pausa para pensar – Componentes de los SUDS
      3. Pause for thought - SUDS Components

        Explique a sus vecinos la forma en que los SUDS
        funcionan en términos de sus características hidráulicas.
        Considere nuevos y viejos sistemas.


        •Un filtro para el drenaje a lo largo de una vía
        congestionada
        •Un reservorio de agua que sirve al desarrollo de 300
        casas
        •Un pavimento permeable en la estación de transmilenio
        •Un terreno pantanoso junto a una carretera




      3. Pause for thought - SUDS Components

         Explain to your neighbour how the following SUDS
         work in terms of their hydraulics. Consider new and
         old systems;
         •A filter drain alongside a busy road.

         •A pond serving a development of 300 houses.

         •Permeable paving at a train station.

         •A roadside swale.




         4. Problemas de escorrentía causados por
         los excesos de agua superficial
           Causas de los problemas de escorrentía
             Capacidad limitada del canal
             Elevación insuficiente
             Construcción de nuevos desarrollos
             Aumento de pavimentos en el área aferente

           Soluciones a los problemas de escorrentía
              Almacenamiento para reducir corrientes
              Bancos de almacenamiento
              Reubicación de viviendas
              Desviación de canales




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4. Flood problems caused by excess
        surface water

         Causes of flood problems;
            Limited channel capacity
            Insufficient elevation.
            Construction of new developments.
            Increasingly paved contributing area.
         Solutions to flooding problems
            Storage to reduce flows.
            Bank raising.
            Moving local people.
            Diversion channels.




      4. Limited elevation
       New Orleans




      4. Insufficient channel capacity




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4. Development
      Where did the river go?                River Kifisos, Athens




     4. Problemas de escorrentía                    (Flood problems)


       Aspectos de las escorrentías pluviales que NO pueden ser
         manejados con SUDS
       • Corrientes de los ríos
       • Corrientes de mareas
       • Escorrentía de porciones muy grandes sobre la ladera de una
         montaña

       Problemas de las escorrentías pluviales que deben ser
          solucionados con SUDS
       • Aumento de la tasa de escorrentía en un lugar específico
       • Aumento en la contaminación por el lavado con aguas lluvias en
         lugares específicos
       • Escorrentías internas que se presenten al interior de un lugar en
         particular
       • Escorrentía externa de aguas que atraviesan un lugar en
         particular (poco probable, pero posible)




         4. Flood problems

         Flooding issues which can NOT be addressed by SUDS
         • Flooding from rivers
         • Tidal flooding.
         • Runoff from large sections of hillside.

         Pluvial flooding problems which must be addressed by SUDS
         • Increased rate of flow from the site.
         • Increased pollution with the runoff from the site.
         • Internal flows generated within site.
         • External flow of water through the site (unlikely but
            possible).




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Suds course bogota_workbook_v4
Pause for thought – Flood Issues




                                         •What are the hydraulic design
                                          issues?
                                         •What effect would connecting
                                          additional area have?




      4. Pausa para pensar – Problemas de
      escorrentía

      •Discuta cuáles son los principales problemas en el manejo

      de las quebradas en Bogotá

      •¿Qué aspectos son los más importantes?


      Pause for thought – Flood problems

      Discuss what are the principal flood problems in Proyecto Quebradas?

      Which issues are the most important?




       5. Problemas en la calidad del agua debidos a los
       excesos de agua superficial

          Causas de los problemas en la calidad de aguas
          Contaminación difusa, industrial, residencial y comercial
          Descargas puntuales
          Flujo excesivo de sistemas combinados de alcantarillado
          Soluciones a los problemas de contaminación de aguas
          Soluciones tradicionales de incremento en la capacidad de
          las tuberías, bombas y almacenamiento
          Desconexión de aguas superficiales de sistemas existentes
          (retroalimentación)
          Control en la fuente para nuevas áreas
          Controles locales y regionales en nuevas áreas




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5. Water quality problems caused by
       excess surface water

        Causes of water quality problems
           Diffuse pollution; industrial, residential, commercial
           Point source discharges
           Excessive flow in combined sewers.
        Solutions to water quality problems
           Traditional solutions of increasing capacities of pipes,
           pumps, storage.
           Disconnection of surface water from existing systems
           (retrofit).
           Source control solutions in new areas.
           Site and regional control in new areas.




      5. Contaminación difusa




                                          Titular- “Comienza un nuevo negocio”.
                                          Ahora una actividad regulada




      5. Contaminación difusa




        Brazil                               Scotland




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5. Point source pollution




                            Even less Happy

                                    Disaster




           6. Catchment planning and hydrological
           design

               Rural/ urban catchments.

               Source control/ end of pipe control

               On-line/ off line storage.

               Surface water hydrology, rainfall/ runoff processes

               Hydro-geology,

               Availability of data




           6. Catchment Planning

                                                 Water             Climate
                                        Dams   treatment
                    Agriculture
                                                                       Industry
     Households                                     Reservoirs
                                                                   Cities


                                                                     Greywater
                                                                    collection and
      Natural system                                                  treatment
         – rivers,
         oceans,                  STP
         aquifers
                                                                 Districts

                                                 Pipelines
     Ocean
     outfall

                                                                      Source: CSIRO




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Driver is Flooding                                           SUDS




               West Pond




                                                                Football




      Google arial view of Part of Dundee          Conveyance swale




                                                     Control regional –
                                                    Laguna de retención




                                                  Ahora 100% Desarollo




     A Housing development        Control regional – Laguna de retención




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6. Hydrological Cycle - natural

                  Undeveloped site


                                           Canopy Interception
      Evapo-transpiration


          Surface Runoff
                               Interflow                   From a rain event, flows have a
                                        Baseflow           particular pattern for a given
                                                           catchment.

                                    Flow
                Runoff               (Q)
              hydrograph

                                                        time




        6. Hydrological Cycle - developed
       After development, rainfall is almost completely converted to
            runoff because it is unable to percolate into the soil
                                                   Transpiration



     Increased Surface Runoff
                                                                    Development changes
                                    Reduced Interflow               the runoff patterns in
     Reduced Baseflow                                               characteristic ways


                                     Flow
           New Runoff                 (Q)
           hydrograph

                                                         time




        6. Atenuacion del flujo

          Flow after without SUDS       El desarrollo aumentará la escorrentía a menos
                                                 que haya atenuación del flujo
        Caudal después sin SUDS

                                                       Flow before development
                                                       Caudal antes de desarrollo
                      Q



                                               t

           Flujo después del desarrollo con SUDS
            Flow after development with SUDS




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6. Flujo continuado

                                               El rol del flujo continuado y la
                                                   atenuación de volumen
                          Attenuation Volume

                          Volumen de atenuación

                                                  Continuation flow

                                                  Flujo continuado
           Q



                                     t




      6. El rol del almacenamiento
           Inflow is very variable and needs                           Outflow should be at
           to be controlled                                            required value
         El caudal de entrada es muy
                                                                      El caudal de salida
         variable y debe ser
                                                                      debe estar en el valor
         controlado
                                                                      requerido
                                         Almacenamiento
                                                                      ¿Cuál es el valor
                                                                      requerido?
                                                                       But what is the required
                                                                       value?

                         When storage is full, there    Cuando el almacenamiento está
                         may be overflow in another     lleno, puede haber caudal de
                         direction                      salida en otra dirección

                       This happens when the return    Esto ocurre cuando el período de
                       period is exceeded              retorno se excede




      6. Hydrograph – need for storage

           Storage is used to control outflow
                 caudal de
                 entrada


                                          almacenamiento


                                Possible Infiltration

                                                                               caudal de
            Infiltration gives benefits for both water
                   quality and flow attenuation                                salida




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6. Evidencia del almacenamiento
                                                       NATS car park Edinburgh -
                                       Comparison of runoff rates between paved and porous sections
                          7
                                         Tarmac Rate (mm/h)
                          6              Porous Rate (mm/h)
                                         Rainfall Intensity (mm/h)
                          5
      Intensity (mm/h)




                          4



                          3



                          2



                          1



                          0
                         11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98
                          19:00    19:42    20:24    21:06    21:48    22:30    23:12    23:54    00:36    01:18    02:00    02:42    03:24    04:06    04:48    05:30




                              6. Summary of the storage concept

                              • Development causes an increase of flows.
                              • Normally modelling (simple) is needed to determine the runoff
                                  hydrograph.
                              • Most SUDS require STORAGE
                              • Storage is required to ATTENUATE the flows.
                              • The more the storage, the better the potential for attenuation.
                              • The undeveloped flow is the target value for the
                                  CONTINUATION FLOW.
                              • The continuation flow is often know as GREENFIELD RUNOFF.




                              6. Details of Hydrological design

                                Key hydrological design concepts

                              • Methods of rainfall estimation.

                              • Determining the inflow into the SUDS.

                              • Calculation of greenfield runoff.

                              • Determination of continuation flow.

                              • Determination of attenuation volume.




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Curvas de Intensidad de precipitación – duración

      Necesario para calcular volumen de atenuación e índices de caudal salida.
      A partir de la información local

                                                         Rainfall Intensity- Duration Curve

                                           100

                                           90

                                           80

                                           70
               Rainfall Intensity (mm/h)




                                           60

                                           50

                                           40

                                           30

                                           20

                                           10

                                            0
                                                 0   5        10       15       20         25    30           35   40   45   50   55   60
                                                                                                Duration (min)
                                                                   2 Year         5 Year         100 Year




      6. Estimación de precipitación
          La información básica para mètodos de diseño
      •       Los métodos usan las estadísticas de precipitación
      •       Empezar con el punto de la intensidad de lluvia
                             •Duración
                             •Período de retorno
      •       Modificar usando factor de reducción de área
      •       Normalmente incorporado en el software

                                                          •                 Methods use Rainfall Statistics
                                                          •                 Start with point rainfall intensity
                                                                              •Duration
                                                                              •Return Period
                                                          •                 Modify using areal reduction factor
                                                          •                 Normally incorporated into software




      6. Escorrentía local

                 Cálculo de escorrentía existente basado en
                              Método Racional

                                                                      Q = 2.78 C x i x A

            Q = Caudal (l/s)
            C = Constant
            i = Intensidad de precipitation (mm/h)
            A = Area (Ha)




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6. Volúmenes para atenuación del flujo

             Volúmenes para tratamiento y atenuación del flujo
        1.       Principios

        2.       Tasa de caudal de drenaje aguas abajo

        3.       Curvas duración intensidad precipitación

        4.       Período de retorno

        5.       Ruta del flujo & SUDS

                       1.       Principles
                       2.       Drain down flowrate
                       3.       Rainfall Intensity Duration Curves
                       4.       Return Period
                       5.       Flood routing & SUDS




       6. Pause for thought - return period

                        What return periods are appropriate?




                   •         Design inflow to storage?

                   •         Continuation flow?

                   •         Extreme events?




       6. Cálculo de flujo continuado

          En el Reino Unido existen variedad de métodos de cálculo de la
                        escorrentía de zonas no edificadas
                Lugares grandes: Una variedad de métodos disponibles; e.g.
                Método                Caudal de período de           Caudal de período de
                                      retorno 2 años (l/s)           retorno 10 años (l/s)

      1 Regla empírica                                72                      N/A
      2 Poots &    Cochrane                           64                       112
      3 FSSR6                                         59.4                    93.7
      4 Racional Modificada                           57.0                    80.9


                            Rule of thumb - Flujo continuado = 6 l/s/Ha




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6. Periodo de retorno


                  El periodo de retorno dependerá de circunstancias locales
                                       500



                                       400
                      Caudal (m^3/s)




                                       300

                                                                    Escorrentía local existente
                                       200                      ¿Qué período de retorno de caudal se
                                                                      escoge como objetivo?
                                       100



                                        0
                                             2 5 10   25   50                100            200
                                                                Periodo de retorno (Años)




           6. Periodo de retorno

           ¿Qué período de retorno debería escogerse como objetivo?

      1.      ¿Por qué estamos interesados? (control de inundaciones)
      2.      Continuación de período corto de retorno (¿demasiado control?)
      3.      Continuación de período largo (¿con qué objeto?)
      4.     ¿Se podría diseñar para varios períodos de retorno? (Esto es muy
              complicado)
      •       Debe haber reglas locales




           6. Return period

                                       What return period is appropriate?

      1.     Why are we interested? (control of flooding)
      2.     Short return period continuation (too much control?)
      3.     Long return period continuation (what is the point?)
      4.     Could design for a number of return periods ( this is
             very complicated)
      5.     There must be local rules




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6. Periodo de retorno

              ¿Qué período de retorno debería ser el objetivo?
            Los siguientes se usan para flujos en el Reino Unido

        Tipo de propiedad                                   Periodo de retorno

        Hogares de niños, internados                        750 años

        Chalets, casas de una planta                        500 años
        Ocupación temporal                                  50 años
        Estándar de propiedad común                         200 años

                 Type of Property                     Return Period

                 Children’s homes, boarding schools   750 years

                 Bungalows, ground floor flats        500 years
                 Seasonal occupancy                   50 years
                 General property standard            200 years




       6. Pause for thought

          Distribution hub example

       • Define the treatment train in each part of the

         distribution hub.

       • Are sufficient levels of treatment provided?

       • Where is the storage for attenuation installed?




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Plans from the Distribution Hub




Table 1. Greenfield Runoff Rates
 Return     Whole site        F1               F2               F3               F4
 period     to pond
 1 year     0.8 x 7.33 x      0.8 x 7.33 x     0.8 x 7.33 x     0.8 x 7.33 x     0.8 x 7.33 x 0.6
            2.25 = 13.2 l/s   0.55 = 3.2 l/s   0.50 = 2.9 l/s   0.35 =2.1 l/s    = 3.5 l/s
 10 year    1.45 x 7.33 x     1.45 x 7.33 x    1.45 x 7.33 x    1.45 x 7.33 x    1.45 x 7.33 x
            2.25 = 23.9 l/s   0.55 = 5.8 l/s   0.50 = 5.3 l/s   0.35 = 3.7 l/s   0.6 = 6.4 l/s
 100 year   2.48 x 7.33 x                                       2.48 x 7.33 x
                                      -                -                                 -
            2.25 = 40.9l/s                                      0.35 = 6.4 l/s
Table 2. Attenuation Volumes
                                      Attenuation storage volumes (m3)
 Return period   F1            F2           F3             F4            Pond
                                            (roof only)
 1 year          24            22           10             (26)          N/A
 10 year         48            45           18             (51)          N/A
 100 year        (59)          (54)         23             (65)          (234 – u/s storage
                                                                         93)x1.3 = 183
7. SUDS – Detailed hydraulic design


            Location of flow control for hydraulic and maintenance

            purposes

            Methods of flow control; pipes, weirs, vortex controls

            Creation of required storage

            Design of inlets – access, maintenance, erosion issues




       7. Continuation flow


                                                                                              Los criterios
                                                                                              de salida de
                                                                                                efluente
                                                                                               deben ser
                                                                                              especificados

                                                                                                Outflow
                                                                                              criteria must
                                                                                               be specified




       7. Índices para el drenaje aguas abajo

                        Las reglas para depósitos y lagunas son similares

      1.   Escorrentía de zonas no edificadas se usa para establecer el patrón del caudal índice
           durante los eventos de lluvia
      2.   Detención extendida – drenaje aguas abajo prolongado hasta 24 hrs para mantener el
           flujo bajo en los ríos.
      3.   Sucesos extremos – mantener un efluente de emergencia cuando la capacidad está
           completa para evitar daños.
      4.   Las lagunas tienen un nivel mínimo para asegurar una piscina permanente.


             •Greenfield runoff is used to set the ‘normal’ outflow flowrate during events.
             •Extended detention – draindown increased to 24h to conserve low flows in rivers.
             •Extreme events – must retain an emergency overflow when storage is full to avoid damage.
             •Ponds have a bottom level to ensure permanent pool.




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7. Hydraulic details

      Flow & Level control on a storage system



                                             Throttle Pipe            Outlet manhole




                   Storage                                               H = Head      Q = Flow




        7. Hydraulic details
                                 Hydraulic      Outlet requirements
                                 control         govern hydraulic
                                                       design

                     SUDS
                     component




                 Hydraulic Control at Outlet

                  Hydraulic Controls available are:
                  Thin Plate Notches & Weirs
                  Broad crested weirs
                  Throttle Pipes
                  Hydrobrakes




       7. Bassin en Colorado, USA




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7. Bassin en Colorado, USA

                                     Nivel de evento
                                        extremo
                                     (Extreme event
                                          level)



                                        Nivel
                                      “normal”
                                      (‘Normal’ event
                                           level)



                                    Nivel de drenaje
                                      aguas abajo
                                     (Draindown level)




       7. Bassin en Colorado, USA
                                     Nivel de evento
                                        extremo
                                     (Extreme event
                                          level)



                                        Nivel
                                      “normal”
                                      (‘Normal’ event
                                           level)



                                    Nivel de drenaje
                                      aguas abajo
                         X           (Draindown level)




       7. Basin outlet
                                     Nivel de evento
                                        extremo
                                      (Extreme event
                                           level)



                                        Nivel
                                      “normal”
                                      (‘Normal’ level)



                                    Nivel de drenaje
                                      aguas abajo
                                     (Draindown level)




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7. Un complicado desagüe
        Un complicado desagüe para cumplir los criterios de flujo variable
           (A complicated outlet to meet variable flow criteria)



                                                                                 4x
                                             Laguna                         aliviaderos
                                                                            de muescas
                                                                                en V


                                                                          (4 x Vee
                                                                        Notch weirs)




       7. Hydraulic details - weir

       Broad Crested Weir




       7. Hydraulic details – Vee notch


       Flow over a weir/ notch




         Vee notch
                                                Ce 2 g tan θ H
                                                                    5
                                   Q=8                                  2
                                           15               2




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7. Hydraulic details – perforated riser




          7. Hydrobrake images




          Images from HRD website




         7. Hydraulic details Hydrobrake
      Hydrobrake
      Flow rotates
      An air core is formed
      Gives the hydraulic equivalent of a smaller orifice
      Good control – less blockage




                      Head




                                                            Design zone




                                  Flow




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7. Hydraulic details Hydrobrake

                  Hydrobrake – typical installation




       7. Hydraulic details Hydrobrake

                  Hydrobrake – typical installation




      7. Pause for thought – Hydraulic design


                 • Video of Hydrobrakes




       What is the most effective form of hydraulic control?




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8. SUDS – Detailed hydrological design


          Determination of inflows into SUDS

          Determination of continuation flows

          Volume for attenuation.

          Modelling requirements

          Data requirements




        8. Tratamiento de Volumen

      •Requisito – Control de contaminantes
      •Para proporcionar el grado necesario de control

      •Donde sea necesario.

      •En teoría, Vt es el volumen necesario para retener 90% del agua pluvial.


       •Requirement - Pollutant control.
       •To provide necessary degree of treatment
       •Where required
       •In concept, Vt is the volume needed to retain 90% of rainfall events




        8. Tratamientos de volumen múltiples

        Período corto de detención 1 x Vt
        •Elimina arena, gravilla de carretera, basura.
        •Cunetas verdes, depósitos de                 detención, etc


        Período más largo 3 o 4 x Vt
        •Proporciona tratamiento biológico

                         Short period detention 1 x Vt
                         •Removes sands, road grit, litter
                         •Swales, detention basins etc.
                         Longer period retention 3 or 4 x Vt
                         •Provides biological treatment




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8. Determinación del volumen de
         tratamiento


              Método DEX:                  V (m  t
                                                          3
                                                              / ha) = 25 + 90 × I

          donde   I es la fracción impermeable media del área
          Basado en análisis de precipitación local



         where I is the average impervious fraction of the area.
         Based on analysis of local rainfall




         8. Tratamientos de volumen múltiples

      Tratamiento                                       Volumen de tratamiento

      Lagunas de detención                              4 x Vt

      Humedal                                           3 x Vt

      Detención, detención extendida                    1 x Vt

      Cuneta verde                                      1 x Vt



                     Treatment                            Treatment Volume
                     Retention Ponds,                     4 x Vt
                     Wetland                              3 x Vt
                     Detention, Extended detention        1 x Vt

                     Swales                               1 x Vt




       8. Determinación del volumen de tratamiento

      Vt is one of the following
      • Un volumen que capturase al menos el 90% de las aguas pluviales en un año.

      • 12 – 15mm de escorrentía distribuidos sobre cada área de sub-captación
        contribuyente.

      • 12 – 15mm escorrentía distribuida sobre el área impermeable de captación
        contribuyente

      • El volumen de escorrentía generado por la precipitación anual media sobre el
        área de captación


              • A volume which would capture the runoff from 90% of storms in a year.
              • 12 – 15mm runoff distributed over each contributing sub- catchment area
              • 12 – 15mm runoff distributed over the contributing impervious catchment area
              • The volume of runoff generated from the mean annual storm over catchment.




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8. Examples of SUDS in Berlin, Germany
      Driver is Lake quality                                    SUDS




         8. Wuhan, Central China
      Driver is Lake quality – from sewers                      SUDS




      8. Cadena Tratamiento Agua Pluvial

                La cadena de tratamiento es el concepto clave
                      en el desarrollo de sistemas UDS


                                                      …y finalmente a
                              Evaporación      La controles regionales.
                                                   cadena de tratamiento
             Buena gestión                         ...y continua par
                                             La descarga con prevention
                                              Commenca a una corriente de
                                               ...a controles del areas..
                                                controles en origen...
                                              oagua o acuífero doméstica
                                                 buena gestión puede ser
              doméstica
                                               a partir de individuales;...
                                               Por casas cualquier etapa.


              Control
             en origen
                                Control
               Posible          de área
             Infiltración                        Control     Descarga al
                                                 Regional   medio receptor




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HERRAMIENTA DE SELECCIÓN DE SUDS DE CIRIA
                            Nivel de tratamiento para diferentes objetos de SUDS

                          Objeto                     Residencial      No-          Industrial          Nivel de
                                                                   Residencial                         Control

                 Prevención                              A             A                A
                 Contención                              -             -                1
         Superficies permeables                          1             1           1 (contención)       origen
         Franjas filtro/cunetas verdes tratamiento       1            1                  2          origen & área
         Drenes filtrantes/ sub-base pavimento           1           1ó2                 2           origen & área

         Cunetas verdes                                  1           1ó2                 2          origen & área
         Depósitos detención extendida                   1            2                  2               área
         Pozos y zanjas de infiltración                  1            2                  3          origen & área
         Depósitos de infiltración                       1            2                  3          origen & área

         Lagunas de retención                            1            2                  3            Regional
         Humedales                                       1            2                  3            Regional
         A    Siempre necesario                            1       primer nivel de tratamiento
         2       segundo nivel tratamiento                 3       tercer nivel de tratamiento




                                   CIRIA SUDS SELECTION TOOL

                              Level of Treatment for different SUDS devices

                       Device                        Residential       Non-             Industrial           Level of
                                                                     Residential                             Control

            Prevention                                    A                A                 A
           Containment                                    -                -                 1
     Permeable surfaces                                   1                1                  1              source
                                                                                       (contained)
     Filter strips/treatment swales                       1              1                    2          source & site
     Filter drains/pavement sub-base                      1            1or 2                  2          source & site
     Swales                                               1            1or 2                  2          source & site
     Extended detention basins                            1              2                    2                   site
     Soakaways/ infiltration                              1              2                    3          source & site
     trenches



     Infiltration basins                                  1                2                  3          source & site
     Retention ponds                                      1                2                  3             Regional
     Wetlands                                             1                2                  3             Regional
     A      Always required                                    1     first level of treatment
     2        second level of treatment                        3     third level of treatment




         Incorporating SUDS in the open space – in Holland




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8. Example of integration of hard and soft

       SUDS Beside a canal in Holland.
       Development of high density – this is the only area of green space.
       Control of water takes place both in the road and in the adjacent green
          space




      ¿Cuántos niveles de tratamiento puede identificar?


                  How many levels of treatment can you see?




         9. SUDS – Design for Quality


          Levels of treatment

          Treatment train hierarchy




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9. Control en origen


         Cadena Tratamiento Agua Pluvial
         Los sistemas de control en origen generalmente se ubican cerca del punto de
         origen de la escorrentía; de manera que la cantidad de escorrentía y de
         contaminantes que se deben controlar se limitan a niveles reducidos y
         manejables.

       Stormwater Treatment Train
       Source controls are generally placed near the runoff point of origin so the amount of
       runoff and the quantity of pollutants that must be dealt with are limited to small and
       manageable levels




           9. Cadena de Tratamiento de Agua Pluvial

        Control en origen:
        control de escorrentía en o cerca de fuente
        Esto puede incluir recogida de agua de techos en tinas




      Source control:
      Source control is the control of runoff at or near its source
      This may include collecting roof runoff in water butts




           9. Cadena de Tratamiento de Agua Pluvial

       que más tarde pueda emplearse para regar, etc.




           Which can later be used for watering etc




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9. Control en origen

                                             Hidrología de Pavimentos Permeables
                                             Hydrology of Permeable Paving

                                                           7 - 8 Agosto 1998 (12:00 - 8:00)
       Intensidad de escorrentía




                                   3.5                                                                                               0




                                                                                                                                         Intensidad de lluvia
                                   3.0                                                                                               1
                                   2.5                                                                                               2




                                                                                                                                                (mm/h)
                 (mm/h)




                                   2.0                                                                                               3
                                   1.5                                                                                               4
                                   1.0                                                                                               5
                                   0.5                                                                                               6
                                   0.0                                                                                               7
                                                                           20:00




                                                                                                    02:00
                                                                   18:00



                                                                                    22:00

                                                                                            00:00



                                                                                                             04:00
                                                  14:00

                                                           16:00




                                                                                                                             08:00
                                         12:00




                                                                                                                     06:00


                                                                                   time
                                                          Lluvia                   Poroso                   Asfalto




              9. Control local
      ¿Qué son depósitos de detención?
                 Depósitos de detención son depresiones vegetadas
                  Estas depresiones están secas excepto durante e inmediatamente después de tormen




                                                 Detention basins are vegetated depressions. These depressions are dry
                                                 except during and immediately following storm events




              9. Control local

       Durante eventos de tormenta, el agua de escorrentía superficial es
       conducido a través del depósito de detención extendido




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9. Control local

        El caudal de salida está restringido de manera que el depósito se
        llene de escorrentía




       Caudal
       salida




      The outlet is restricted so that the basin fills with runoff




          9. Control local

        La estructura de control en el caudal de salida está diseñada para
        liberar lentamente el agua retenida




         Esto da tiempo para que los sólidos en suspensión precipiten y el
         flujo punta disminuya
       This provides time for suspended solids to settle out and for the flow peak to attenuate




          9. Control regional

       ¿Qué son los controles regionales?
       Depósitos, lagunas, humedales y pantanos pueden ser parte del
       sistema de drenaje natural.




                Basins, ponds, wetlands and marshes can be part of the natural drainage system.




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9. Control regional

            …como alternativa, los SUDS pueden ser integrados en
            desarrollos de tal manera que sirven múltiples propósitos

                                             Valor estético
                                              Hábitat de vida salvaje
                                                      Valor recreativo
                                                           Calidad de agua

      …alternatively SUDS can be
      integrated into developments in
      such a way that they serve multiple
      purposes.
      Aesthetic value
      Wildlife Habitat
      Recreation value
      Water Quality




           9. La cadena de tratamiento

                   Buena gestión                   Programas de educación y prevención de
                    doméstica                     la contaminación para reducir las fuentes
                                                  de contaminación.

                Control en origen                  Control de la escorrentía cerca de donde
                                                  la lluvia cae en el suelo o en los tejados.


                   Control local                   Atenuación o tratamiento para un grupo
                                                  de edificios o un tramo de carretera.


                 Control regional                  Tratamiento y sistemas de atenuación de
                                                  flujo abarcando varias zonas.

              •Education and pollution prevention programmes to reduce sources of pollution
              •Control of runoff close to where the rain falls on ground or roof surfaces
              •Attenuation or treatment for a group of buildings or a stretch of highway
              •Treatment and flow attenuation systems serving a number of sites




           9. Niveles de tratamiento

               Resumen de diseño de estrategias para agua de calidad

               Nivel de tratamiento necesario

               Dispositivo                    Residencial          No-Residencial Industrial

               Niveles de tratamiento
               necesario                              1                    2                  3

               Summary of design strategies for water quality
               Level of treatment required
               Device                          Residential         Non-Residential      Industrial
               Levels of treatment
               required                          1                     2                  3




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9. Procesos de tratamiento


                         La escorrentía es tratada por una
                          combinación de decantación...
       Inlet                                                                   Outlet
               Entrada                                                  Salida




                   The runoff is treated by a combination of settlement...




      9. Depósitos de detención y cunetas verdes

                                                        Decantación
                                                        Hidrocarburos
                                                        Metales pesados




      Settlement
      Hydrocarbons
      Heavy metals




        9. Procesos de tratamiento


                                  … dilución...
           Entrada                                                    Salida




                                       … dilution...




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9. Procesos de tratamiento



                   …y acción biológica.
         Entrada                               Salida




                    … and biological action.




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9. Redes de SUDS

        Las sub – redes son diseñadas como sistemas convencionales




         9. Redes de SUDS

        La red está ensamblada de la misma manera que una red
         convencional




                                     SUDS Networks


        The network is assembled in the same way as a conventional network




         9. Redes de SUDS

     Los sistemas convencionales drenan colectivamente a las lagunas SUDS.




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9. Redes de SUDS

     Ejemplo de red
     mostrando cadena de
     tratamiento




                          Cadena drenaje

                          Detención extendida

                           Laguna regional                          Tuberías o
                                                                    cunetas verdes




        9. Volumen de atenuación y tratamiento


            Volumen de atenuación y tratamiento Para lagunas de
            retención los volúmenes son sumados




        Volumen de almacenamiento de crecida
                                Volumen de tratamiento




        9. Volumen de atenuación y tratamiento


      Para depósitos y cunetas verdes usar el volumen mayor


                                                Volumen de almacenamiento
      Volumen de tratamiento
                                                        de crecida




         Attenuation and treatment volume; For Basins and swales Use the larger volume




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9. Las preguntas para dimensionar
       Las preguntas clave para dimensionar las infraestructuras de tratamiento

      ¿Qué volumen es necesario tratar?
      •   ¿Qué elementos de SUDS se requieren?
      •   Determinación del volumen de tratamiento
      •   Aportaciones aguas arriba.




                         The Key Questions for Sizing Treatment Facilities
                         What volume is needed for treatment?
                         •    What SUDS elements are required?
                         •    Determination of treatment volume
                         •    Upstream ‘credits




          9. Las preguntas para dimensionar

     Las Preguntas Clave para Medir las Infraestructuras de Tratamiento

      ¿Qué volumen es necesario tratar?
      •       ¿Qué elementos de SUDS se requieren?
      •       Determinación del volumen de tratamiento
      •       Aportaciones aguas arriba
      ¿Cuál es el flujo “no urbanizado”?
      •   Basado en el uso previo de la tierra
      •   Debe estimar la proporción del área a ser urbanizada




                     What is the ‘undeveloped’ flow?
                     •    Based on previous land use
                     •       Must estimate proportion of area to be developed




          9. Las preguntas para dimensionar

     Las Preguntas Clave para Medir las Infraestructuras de Tratamiento

      ¿Qué volumen es necesario tratar?
      •     ¿Qué elementos de SUDS se requieren?
      •      Determinación del volumen de tratamiento
      •      Aportaciones aguas arriba
      ¿Cuál es el flujo “no urbanizado”?
      •      Basado en el uso previo de la tierra
      •      Debe estimar la proporción del área a ser urbanizada
      ¿Qué volumen es necesario para hacer frente a las crecidas?
      •      Conceptos de cálculo de avenidas.


                              What volume is needed for flood routing?
                              •    Flood routing concepts




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9. Las preguntas para dimensionar

     Las Preguntas Clave para Medir las Infraestructuras de Tratamiento

      ¿Qué volumen es necesario tratar?
      •   ¿Qué elementos de SUDS se requieren?
      •      Determinación del volumen de tratamiento
      •      Aportaciones aguas arriba
      ¿Cuál es el flujo “no urbanizado”?
      •     Basado en el uso previo de la tierra
      •      Debe estimar la proporción del área a ser urbanizada
      ¿Qué volumen es necesario para hacer frente a las crecidas?
      •    Conceptos de cálculo de avenidas
      Componentes de detalle
      •   Ajustar los elementos al terreno disponible
      •   Estructuras de entrada y de salida
                                               Detail components
                                               •     Fitting elements into available land
                                               •     Inlet/ outlet structures




          10. SUDS – Source control design


            Design approaches for storage and treatment

            Permeable paving

            Swales, bioretention

            Raingardens, green roofs

            Plastic box type storage, design, structural and maintenance

            issues.




          10. Infiltración

          Notar que el concepto de volumen de tratamiento no
             se aplica a sistemas de infiltración que están
                         diseñados para FLUIR.

          CIRIA 156 presenta las metodologías para el diseño de infiltración




           Note that the treatment volume concept does not apply to infiltration systems
                                   which are designed for FLOW

                       CIRIA 156 gives the methodologies for infiltration design




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10. Source control design

      Source control components;
            Block Paving.
            Permeable Asphalt.
            Below ground storage systems
            Green roofs
            Proprietary SUDS.
      Re-using rainwater;
            Storage and treatment systems.




        10. Pervious Paving

      Pervious paving systems have a good track record of operation.
      There is sound science behind operation;
           For use as storage.
           Removal of pollutants.
           Recycling.
      Maintenance is always an issue.




        10. Pervious Paving
         Excellent degradation of hydrocarbons
         High removal rates of metals
         Outflow better than EQS




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10. Pervious Paving

                             Some examples                                                   New permeable car park
                               of systems
                                installed




                              Earlier car park -
                              asphalt with ponding




                                 10. Storage in Pervious Paving
                                                      NATS car park Edinburgh -
                                      Comparison of runoff rates between paved and porous sections
                         7

                                        Tarmac Rate (mm/h)
                         6              Porous Rate (mm/h)
                                        Rainfall Intensity (mm/h)
                         5
     Intensity (mm/h)




                         4



                         3



                         2



                         1



                         0
                        11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98
                         19:00    19:42    20:24    21:06    21:48    22:30    23:12    23:54    00:36    01:18    02:00    02:42    03:24    04:06    04:48    05:30




                        10. Permeable Asphalt – Hpermarché in France

                                 Captures and attenuates surface/rain water
                                    for controlled release
                                 The system can be free draining into the
                                    sub-grade or contained using an
                                    impermeable geo-membrane for re-use
                                    or controlled release into the sewer
                                    system
                                 It can also capture re-directed rain water
                                    from adjacent structures e.g. roofs
                                 Provides an alternative to conventional
                                    drainage systems
                                 Improves outflow water quality




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10. Flow through Pervious Paving




         Water passes through                                   Porous surfacing
              surfacing



                                                               Porous granular material


                                                                    Optional geotextile

                                                               Natural
                                                               sub-grade




      Flow through Pervious Paving



        Water passes through                                  Porous surfacing
             surfacing



          Water temporarily                                   Porous granular material
              retained

                                                                   Optional geotextile

         Water infiltrates into
             sub-grade
                                                              Natural
                                                              sub-grade




         10. Advantages of pervious asphalt

      Reduced or zero runoff and flood risk
      Reduced need for conventional drainage and alternatives which
        sterilise land e.g. swales, ditches, urban park areas
      Cost savings opportunities – reduced build time
      Maximises land use                          Applications
      Grey water harvesting                       Lightly trafficked areas
      Soakaways for roofs                         Retail car parks
      Removal of pollutants                       Sporting areas
                                                  School playgrounds
      Reduced noise and spray.
                                                  Footpaths and pedestrian areas
      Improved public comfort/safety
                                                  Re-direct water from other areas
                                                     e.g. roofs




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10. Below Ground Storage

      Performs the storage component of SUDS.
      But no treatment is provided.
      Excellent as a component of rainwater
         harvesting.




        10. Green Roofs

      Green roofs reduce annual runoff by at least 50%.

      Reduce need for cooling in summer and heating in winter.

      Provide habitats;

            London buildings require green roofs now.

            Skylarks and raptor species (birds).

      Assists BREAM score (Environmental score for buildings.




                                                     Green roofs – control water
                                                             at source




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10. Proprietary SUDS

      Must be considered as treatment systems with
        the maintenance that requires.
      Unlikely ever to be adopted by water companies.
      Have an important role in difficult locations.




             Storm X4                  Gully filter                      Hydrocon filter manhole




        10. Proprietary SUDS
                                                                        KOMPETENZ IN SACHEN
                                                                        REGENWASSER
                                                                        INGENIEURGESELLSCHAFT
                                                                        PROF. DR. SIEKER MBH




          Rain Clean gutter




                                                          Innolet filter cartridge




        10. Proprietary SUDS




           Lamella plate settlement

                                ®
                    INNODRAIN -SYSTEM - Schematischer Längsschnitt
                                                                      Innodrain bioretention
                               Innodrain-Elemente mit Bepflanzung            system
                                                                    Überlauf
           Straße
                                                                               Straße
                                                                                           Kontroll- und
                                          Mutterboden                                      Drosselschacht
                                            Sand                                           mit ARO

                                        Rigofill-Rigole

                                      Anstehender Boden




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11. Rainwater harvesting and re-use


         Storage methods

         Treatment methods




        11. Rainwater Harvesting

      Reduction of drinking water used.
      Associated environmental benefit.
      Reduction of costs to user.
      Water quality must match end use.
                                               Polypipe Eco-Vat home system
      Design rules not well established.




            System based on Polypipe Eco-Vat




       11. Rainwater Harvesting
                Stormcell devices – Ideal for garden centre




SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010                 10
Suds course bogota_workbook_v4
11. Conclusiones


           Costos

           Regulación

           Estudios de caso

            Costs

            Regulation

            Case Studies




         11. Propiedades de los bienes

         D. Propiedad de los bienes SUDS.
                    Uso del agua (EAAB)
                    Asociaciones de residentes locales
                    Distrito (en los parques públicos)
                    Privado

      Ownership of SUDS assets.
               Water Utility (EAAB)
               Local residents associations – see the next section.
               Municipality - in public parks and for public buildings
               Private.




       12. Drenurbs en Belo Horizonte, Brasil




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12. Drenurbs en Belo Horizonte, Brasil




      12. Drenurbs en Belo Horizonte, Brasil




      12. Conclusion

      Discussion

      Review of course objectives.

      Review of your personal objectives.




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  • 1. SUDS Short Course SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 27th May 2010 By Professor Chris Jefferies, University of Abertay, Dundee, Scotland SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008
  • 2. Preparation of material for this was course was assisted by funding from the following European programmes. Interreg North Sea IV programme SKINT EU Sixth Framework Research Programme SWITCH SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008
  • 3. SUDS Training Universidad Javeriana May 27 2010 Chris Jefferies Urban Water Technology Centre University of Abertay Dundee www.uwtc.tay.ac.uk Objetivos del curso (Course objectives) • Identificar la necesidad del uso de SUDS en una Cuenca • Desarrollar los criterios de diseño para un sistema de SUDS • Entender los detalles para el desarrollo apropiado de sistemas SUDS • To identify the need for SUDS in a catchment. • To develop design criteria for SUDS systems. • To understand the development of appropriate SUDS details. Contenido del curso (Course Content) 1. Conceptos básicos de SUDS 2. Elementos que guían el diseño de SUDS 3. Los diferentes componentes de SUDS 4. Problemas de escorrentía causados por los excesos de agua superficial 5. Problemas en la calidad del agua debidos a los excesos de agua superficial 6. Planificación de cuencas y diseños hidrológicos 7. SUDS – diseños hidráulicos para control local y regional 8. SUDS – diseños hidrológicos para control local y regional 9. SUDS – diseños para la calidad 10.Fuentes de control de SUDS y detalles 11.Cultivos de aguas lluvias y re-uso 12.Conclusiones SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 4. Course Content 1. Basic concept of SUDS 2. Drivers for the design of SUDS. 3. The different SUDS components. 4. Flood problems caused by excessive surface water. 5. Water quality problems caused by excess surface water. 6. Catchment planning and hydrological design. 7. SUDS – hydraulic design for site and regional control. 8. SUDS – hydrological design for site and regional control. 9. SUDS – Design for quality 10. Source control SUDS and detailing. 11. Rainwater harvesting and re-use. 12. Conclusions 1. Sostenibilidad (Sustainability) A. ¿Cuál es el significado de “sostenibilidad” en el contexto de Bogotá? B. ¿Qué funciones se requieren de los componentes del sistema SUDS en cada localidad? Calidad, cantidad, servicios. C. Introducción al triángulo de SUDS A. What is the meaning of ‘sustainable’ in the context of Bogota? B. What are the functions required of SUDS components at each location? Quality, quantity, amenity C. Introduction to the SUDS triangle. 1. Conceptos básicos (Basic Concepts) A. Los elementos de sostenibilidad: Económicos Ambientales Uso de recursos Uso sostenible de la energía Mantenimiento A. The elements of sustainability. Entrenamiento Economic. Environmental. Use of resources. Sustainable energy use. Maintenance. Training. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 5. 1. Conceptos básicos (Basic Concepts) B. Funciones de los SUDS B. Functions of SUDS. Quantity (floods). Cantidad (flujo) Quality (pollution). Calidad (polución) Amenity. Servicios Important Reference Construction Industry Research and Information Association (CIRIA) The SUDS Manual Available at www.ciria.org.uk/suds/ 1. SUDS control local flooding Roof of Ford transit van 1. SUDS control the quality of runoff Brazil Scotland SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3
  • 6. 1. SUDS Provide amenity Control regional– Laguna de retención Korea – stream opened out for Belo Horizonte, Brazil amenity 1. SUDS Integrate agendas I will return to this location later 1. El triángulo de drenaje urbano Los métodos de drenaje de agua superficial que se refieren a aspectos de cantidad, calidad y comodidad se conocen como Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) El triángulo de drenaje Cantidad Calidad urbano - equilibra el impacto de drenaje urbano Comodidad SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 4
  • 7. 1. Sesión de discusión (Discussion session) ¿Cuál es el significado de “sostenibilidad” en el contexto de Bogotá? What is the meaning of ‘sustainable’ in the context of Bogota? SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 5
  • 8. 2. Elementos que guían el diseño de SUDS 2. Drivers for SUDS implementation Expansión urbana y desarrollo – Los SUDS controlan caudales y ayudan a prevenir las inundaciones Aumento de flujos en el sistema de drenajes de áreas urbanas – Los SUDS pueden reducir los caudales en el alcantarillado y descarga de alcantarillado en los eventos de crecientes Contaminación difusa – Los SUDS controlan la calidad del agua de escorrentía en las superficies urbanas Corrientes en quebradas – Los SUDS controlan el aumento de los caudales y la calidad del agua Los SUDS ayudan a controlar los efectos del cambio climático. 2. Drivers for SUDS implementation Urban expansion and development - SUDS control flowrates and help avoid flooding. Increased flows in the drainage systems of urban areas – SUDS can reduce sewer flooding and discharge of sewage at overflows. Diffuse pollution – SUDS control quality of runoff from urban surfaces. Flows in quebradas – control of increased flows and poor water quality. Assist in controlling the effects of climate change. 2. Driver – urban expansion SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 9. 2. Driver – sewage discharge from sewer 2. Driver – sewer infrastructure Replacement sewers Old sewer, bad condition 2. Driver – Old sewers and combined sewer overflow Discharge point to river SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 10. Kinross 2. Example of an upgrading scheme Loch Leven Levenmouth Works Glenrothes Leven Replace Sewer Lochty ry tua Ore ity Es pac d ca rth ricte rest Fo 1 2 km Lochgelly New Tank Cowdenbeath Cardenden Replace twelve CSOs with One 2. Driver – diffuse pollution Contaminación difusa 2. Driver – Degraded watercourses Erosion caused by increased runoff rates SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3
  • 11. Pausa para pensar en los elementos que guían el diseño de SUDS ¿Cuáles son los elementos guía en el caso del Estado de Rosetree? ¿Cuáles son los elementos guía en el caso de la quebradas de Bogotá? Pause for thought – Drivers What are the drivers in the case of the Rosetree Estate? What are the drivers in Proyecto Quebradas? SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 4
  • 12. Development A N Development D 40 Development B Residential area draining through detention basin Residential area draining through detention basin. Houses with soakaways Development E 40 m. Above Ordnance Datum 40 Open space and 35 community woodland. Area of sandy soils 35 30 30 Development C 25 Limit of 200 year floodplain 25 River Springbourne 100m
  • 13. Development A Basin 1 Development D Development B Basin 2 Residential area draining through detention basin Residential area draining through detention basin. Houses with soakaways Development E Detention basin Storm Sewer Basin 3 Boundary of Development Outlet Swale Development C Pond River Springbourne
  • 14. 3. The different SUDS components Different SUDS types and their applicability Ponds, wetlands Basins, swales Permeable paving, source control 3. SUDS types – level 1 The treatment train is important for larger systems Source control (level 1 treatment) Filter strips – very efficient Permeable paving – very efficient but need maintenance Roadside filter drains – I don’t like these. Green roofs Water butts Gully pot filters – a lot of research still needed. 3. SUDS types – levels 2 & 3 The treatment train is important for larger systems Site control – (level 2 treatment) Swales Detention basins Detention ponds Regional Control – (level 3 treatment) Retention pond & wetland Disposal to ground (after groundwater risk assessment) SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 15. 3. SUDS Components review Control en origen – Drenaje filtrante Control en origen y local – Cuneta Verde Control en origen –Pavimento permeable Control local – Depósito de detención 3. Permeable Paving and detention 3. Detention basin in highway SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 16. 3. Pausa para pensar – Componentes de los SUDS 3. Pause for thought - SUDS Components Explique a sus vecinos la forma en que los SUDS funcionan en términos de sus características hidráulicas. Considere nuevos y viejos sistemas. •Un filtro para el drenaje a lo largo de una vía congestionada •Un reservorio de agua que sirve al desarrollo de 300 casas •Un pavimento permeable en la estación de transmilenio •Un terreno pantanoso junto a una carretera 3. Pause for thought - SUDS Components Explain to your neighbour how the following SUDS work in terms of their hydraulics. Consider new and old systems; •A filter drain alongside a busy road. •A pond serving a development of 300 houses. •Permeable paving at a train station. •A roadside swale. 4. Problemas de escorrentía causados por los excesos de agua superficial Causas de los problemas de escorrentía Capacidad limitada del canal Elevación insuficiente Construcción de nuevos desarrollos Aumento de pavimentos en el área aferente Soluciones a los problemas de escorrentía Almacenamiento para reducir corrientes Bancos de almacenamiento Reubicación de viviendas Desviación de canales SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3
  • 17. 4. Flood problems caused by excess surface water Causes of flood problems; Limited channel capacity Insufficient elevation. Construction of new developments. Increasingly paved contributing area. Solutions to flooding problems Storage to reduce flows. Bank raising. Moving local people. Diversion channels. 4. Limited elevation New Orleans 4. Insufficient channel capacity SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 4
  • 18. 4. Development Where did the river go? River Kifisos, Athens 4. Problemas de escorrentía (Flood problems) Aspectos de las escorrentías pluviales que NO pueden ser manejados con SUDS • Corrientes de los ríos • Corrientes de mareas • Escorrentía de porciones muy grandes sobre la ladera de una montaña Problemas de las escorrentías pluviales que deben ser solucionados con SUDS • Aumento de la tasa de escorrentía en un lugar específico • Aumento en la contaminación por el lavado con aguas lluvias en lugares específicos • Escorrentías internas que se presenten al interior de un lugar en particular • Escorrentía externa de aguas que atraviesan un lugar en particular (poco probable, pero posible) 4. Flood problems Flooding issues which can NOT be addressed by SUDS • Flooding from rivers • Tidal flooding. • Runoff from large sections of hillside. Pluvial flooding problems which must be addressed by SUDS • Increased rate of flow from the site. • Increased pollution with the runoff from the site. • Internal flows generated within site. • External flow of water through the site (unlikely but possible). SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 5
  • 20. Pause for thought – Flood Issues •What are the hydraulic design issues? •What effect would connecting additional area have? 4. Pausa para pensar – Problemas de escorrentía •Discuta cuáles son los principales problemas en el manejo de las quebradas en Bogotá •¿Qué aspectos son los más importantes? Pause for thought – Flood problems Discuss what are the principal flood problems in Proyecto Quebradas? Which issues are the most important? 5. Problemas en la calidad del agua debidos a los excesos de agua superficial Causas de los problemas en la calidad de aguas Contaminación difusa, industrial, residencial y comercial Descargas puntuales Flujo excesivo de sistemas combinados de alcantarillado Soluciones a los problemas de contaminación de aguas Soluciones tradicionales de incremento en la capacidad de las tuberías, bombas y almacenamiento Desconexión de aguas superficiales de sistemas existentes (retroalimentación) Control en la fuente para nuevas áreas Controles locales y regionales en nuevas áreas SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 21. 5. Water quality problems caused by excess surface water Causes of water quality problems Diffuse pollution; industrial, residential, commercial Point source discharges Excessive flow in combined sewers. Solutions to water quality problems Traditional solutions of increasing capacities of pipes, pumps, storage. Disconnection of surface water from existing systems (retrofit). Source control solutions in new areas. Site and regional control in new areas. 5. Contaminación difusa Titular- “Comienza un nuevo negocio”. Ahora una actividad regulada 5. Contaminación difusa Brazil Scotland SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 22. 5. Point source pollution Even less Happy Disaster 6. Catchment planning and hydrological design Rural/ urban catchments. Source control/ end of pipe control On-line/ off line storage. Surface water hydrology, rainfall/ runoff processes Hydro-geology, Availability of data 6. Catchment Planning Water Climate Dams treatment Agriculture Industry Households Reservoirs Cities Greywater collection and Natural system treatment – rivers, oceans, STP aquifers Districts Pipelines Ocean outfall Source: CSIRO SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3
  • 23. Driver is Flooding SUDS West Pond Football Google arial view of Part of Dundee Conveyance swale Control regional – Laguna de retención Ahora 100% Desarollo A Housing development Control regional – Laguna de retención SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 4
  • 24. 6. Hydrological Cycle - natural Undeveloped site Canopy Interception Evapo-transpiration Surface Runoff Interflow From a rain event, flows have a Baseflow particular pattern for a given catchment. Flow Runoff (Q) hydrograph time 6. Hydrological Cycle - developed After development, rainfall is almost completely converted to runoff because it is unable to percolate into the soil Transpiration Increased Surface Runoff Development changes Reduced Interflow the runoff patterns in Reduced Baseflow characteristic ways Flow New Runoff (Q) hydrograph time 6. Atenuacion del flujo Flow after without SUDS El desarrollo aumentará la escorrentía a menos que haya atenuación del flujo Caudal después sin SUDS Flow before development Caudal antes de desarrollo Q t Flujo después del desarrollo con SUDS Flow after development with SUDS SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 5
  • 25. 6. Flujo continuado El rol del flujo continuado y la atenuación de volumen Attenuation Volume Volumen de atenuación Continuation flow Flujo continuado Q t 6. El rol del almacenamiento Inflow is very variable and needs Outflow should be at to be controlled required value El caudal de entrada es muy El caudal de salida variable y debe ser debe estar en el valor controlado requerido Almacenamiento ¿Cuál es el valor requerido? But what is the required value? When storage is full, there Cuando el almacenamiento está may be overflow in another lleno, puede haber caudal de direction salida en otra dirección This happens when the return Esto ocurre cuando el período de period is exceeded retorno se excede 6. Hydrograph – need for storage Storage is used to control outflow caudal de entrada almacenamiento Possible Infiltration caudal de Infiltration gives benefits for both water quality and flow attenuation salida SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 6
  • 26. 6. Evidencia del almacenamiento NATS car park Edinburgh - Comparison of runoff rates between paved and porous sections 7 Tarmac Rate (mm/h) 6 Porous Rate (mm/h) Rainfall Intensity (mm/h) 5 Intensity (mm/h) 4 3 2 1 0 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 19:00 19:42 20:24 21:06 21:48 22:30 23:12 23:54 00:36 01:18 02:00 02:42 03:24 04:06 04:48 05:30 6. Summary of the storage concept • Development causes an increase of flows. • Normally modelling (simple) is needed to determine the runoff hydrograph. • Most SUDS require STORAGE • Storage is required to ATTENUATE the flows. • The more the storage, the better the potential for attenuation. • The undeveloped flow is the target value for the CONTINUATION FLOW. • The continuation flow is often know as GREENFIELD RUNOFF. 6. Details of Hydrological design Key hydrological design concepts • Methods of rainfall estimation. • Determining the inflow into the SUDS. • Calculation of greenfield runoff. • Determination of continuation flow. • Determination of attenuation volume. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 7
  • 27. Curvas de Intensidad de precipitación – duración Necesario para calcular volumen de atenuación e índices de caudal salida. A partir de la información local Rainfall Intensity- Duration Curve 100 90 80 70 Rainfall Intensity (mm/h) 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Duration (min) 2 Year 5 Year 100 Year 6. Estimación de precipitación La información básica para mètodos de diseño • Los métodos usan las estadísticas de precipitación • Empezar con el punto de la intensidad de lluvia •Duración •Período de retorno • Modificar usando factor de reducción de área • Normalmente incorporado en el software • Methods use Rainfall Statistics • Start with point rainfall intensity •Duration •Return Period • Modify using areal reduction factor • Normally incorporated into software 6. Escorrentía local Cálculo de escorrentía existente basado en Método Racional Q = 2.78 C x i x A Q = Caudal (l/s) C = Constant i = Intensidad de precipitation (mm/h) A = Area (Ha) SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 8
  • 28. 6. Volúmenes para atenuación del flujo Volúmenes para tratamiento y atenuación del flujo 1. Principios 2. Tasa de caudal de drenaje aguas abajo 3. Curvas duración intensidad precipitación 4. Período de retorno 5. Ruta del flujo & SUDS 1. Principles 2. Drain down flowrate 3. Rainfall Intensity Duration Curves 4. Return Period 5. Flood routing & SUDS 6. Pause for thought - return period What return periods are appropriate? • Design inflow to storage? • Continuation flow? • Extreme events? 6. Cálculo de flujo continuado En el Reino Unido existen variedad de métodos de cálculo de la escorrentía de zonas no edificadas Lugares grandes: Una variedad de métodos disponibles; e.g. Método Caudal de período de Caudal de período de retorno 2 años (l/s) retorno 10 años (l/s) 1 Regla empírica 72 N/A 2 Poots & Cochrane 64 112 3 FSSR6 59.4 93.7 4 Racional Modificada 57.0 80.9 Rule of thumb - Flujo continuado = 6 l/s/Ha SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 9
  • 29. 6. Periodo de retorno El periodo de retorno dependerá de circunstancias locales 500 400 Caudal (m^3/s) 300 Escorrentía local existente 200 ¿Qué período de retorno de caudal se escoge como objetivo? 100 0 2 5 10 25 50 100 200 Periodo de retorno (Años) 6. Periodo de retorno ¿Qué período de retorno debería escogerse como objetivo? 1. ¿Por qué estamos interesados? (control de inundaciones) 2. Continuación de período corto de retorno (¿demasiado control?) 3. Continuación de período largo (¿con qué objeto?) 4. ¿Se podría diseñar para varios períodos de retorno? (Esto es muy complicado) • Debe haber reglas locales 6. Return period What return period is appropriate? 1. Why are we interested? (control of flooding) 2. Short return period continuation (too much control?) 3. Long return period continuation (what is the point?) 4. Could design for a number of return periods ( this is very complicated) 5. There must be local rules SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 10
  • 30. 6. Periodo de retorno ¿Qué período de retorno debería ser el objetivo? Los siguientes se usan para flujos en el Reino Unido Tipo de propiedad Periodo de retorno Hogares de niños, internados 750 años Chalets, casas de una planta 500 años Ocupación temporal 50 años Estándar de propiedad común 200 años Type of Property Return Period Children’s homes, boarding schools 750 years Bungalows, ground floor flats 500 years Seasonal occupancy 50 years General property standard 200 years 6. Pause for thought Distribution hub example • Define the treatment train in each part of the distribution hub. • Are sufficient levels of treatment provided? • Where is the storage for attenuation installed? SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 11
  • 31. Plans from the Distribution Hub Table 1. Greenfield Runoff Rates Return Whole site F1 F2 F3 F4 period to pond 1 year 0.8 x 7.33 x 0.8 x 7.33 x 0.8 x 7.33 x 0.8 x 7.33 x 0.8 x 7.33 x 0.6 2.25 = 13.2 l/s 0.55 = 3.2 l/s 0.50 = 2.9 l/s 0.35 =2.1 l/s = 3.5 l/s 10 year 1.45 x 7.33 x 1.45 x 7.33 x 1.45 x 7.33 x 1.45 x 7.33 x 1.45 x 7.33 x 2.25 = 23.9 l/s 0.55 = 5.8 l/s 0.50 = 5.3 l/s 0.35 = 3.7 l/s 0.6 = 6.4 l/s 100 year 2.48 x 7.33 x 2.48 x 7.33 x - - - 2.25 = 40.9l/s 0.35 = 6.4 l/s
  • 32. Table 2. Attenuation Volumes Attenuation storage volumes (m3) Return period F1 F2 F3 F4 Pond (roof only) 1 year 24 22 10 (26) N/A 10 year 48 45 18 (51) N/A 100 year (59) (54) 23 (65) (234 – u/s storage 93)x1.3 = 183
  • 33. 7. SUDS – Detailed hydraulic design Location of flow control for hydraulic and maintenance purposes Methods of flow control; pipes, weirs, vortex controls Creation of required storage Design of inlets – access, maintenance, erosion issues 7. Continuation flow Los criterios de salida de efluente deben ser especificados Outflow criteria must be specified 7. Índices para el drenaje aguas abajo Las reglas para depósitos y lagunas son similares 1. Escorrentía de zonas no edificadas se usa para establecer el patrón del caudal índice durante los eventos de lluvia 2. Detención extendida – drenaje aguas abajo prolongado hasta 24 hrs para mantener el flujo bajo en los ríos. 3. Sucesos extremos – mantener un efluente de emergencia cuando la capacidad está completa para evitar daños. 4. Las lagunas tienen un nivel mínimo para asegurar una piscina permanente. •Greenfield runoff is used to set the ‘normal’ outflow flowrate during events. •Extended detention – draindown increased to 24h to conserve low flows in rivers. •Extreme events – must retain an emergency overflow when storage is full to avoid damage. •Ponds have a bottom level to ensure permanent pool. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 34. 7. Hydraulic details Flow & Level control on a storage system Throttle Pipe Outlet manhole Storage H = Head Q = Flow 7. Hydraulic details Hydraulic Outlet requirements control govern hydraulic design SUDS component Hydraulic Control at Outlet Hydraulic Controls available are: Thin Plate Notches & Weirs Broad crested weirs Throttle Pipes Hydrobrakes 7. Bassin en Colorado, USA SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 35. 7. Bassin en Colorado, USA Nivel de evento extremo (Extreme event level) Nivel “normal” (‘Normal’ event level) Nivel de drenaje aguas abajo (Draindown level) 7. Bassin en Colorado, USA Nivel de evento extremo (Extreme event level) Nivel “normal” (‘Normal’ event level) Nivel de drenaje aguas abajo X (Draindown level) 7. Basin outlet Nivel de evento extremo (Extreme event level) Nivel “normal” (‘Normal’ level) Nivel de drenaje aguas abajo (Draindown level) SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3
  • 36. 7. Un complicado desagüe Un complicado desagüe para cumplir los criterios de flujo variable (A complicated outlet to meet variable flow criteria) 4x Laguna aliviaderos de muescas en V (4 x Vee Notch weirs) 7. Hydraulic details - weir Broad Crested Weir 7. Hydraulic details – Vee notch Flow over a weir/ notch Vee notch Ce 2 g tan θ H 5 Q=8 2 15 2 SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 4
  • 37. 7. Hydraulic details – perforated riser 7. Hydrobrake images Images from HRD website 7. Hydraulic details Hydrobrake Hydrobrake Flow rotates An air core is formed Gives the hydraulic equivalent of a smaller orifice Good control – less blockage Head Design zone Flow SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 5
  • 38. 7. Hydraulic details Hydrobrake Hydrobrake – typical installation 7. Hydraulic details Hydrobrake Hydrobrake – typical installation 7. Pause for thought – Hydraulic design • Video of Hydrobrakes What is the most effective form of hydraulic control? SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 6
  • 39. 8. SUDS – Detailed hydrological design Determination of inflows into SUDS Determination of continuation flows Volume for attenuation. Modelling requirements Data requirements 8. Tratamiento de Volumen •Requisito – Control de contaminantes •Para proporcionar el grado necesario de control •Donde sea necesario. •En teoría, Vt es el volumen necesario para retener 90% del agua pluvial. •Requirement - Pollutant control. •To provide necessary degree of treatment •Where required •In concept, Vt is the volume needed to retain 90% of rainfall events 8. Tratamientos de volumen múltiples Período corto de detención 1 x Vt •Elimina arena, gravilla de carretera, basura. •Cunetas verdes, depósitos de detención, etc Período más largo 3 o 4 x Vt •Proporciona tratamiento biológico Short period detention 1 x Vt •Removes sands, road grit, litter •Swales, detention basins etc. Longer period retention 3 or 4 x Vt •Provides biological treatment SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 7
  • 40. 8. Determinación del volumen de tratamiento Método DEX: V (m t 3 / ha) = 25 + 90 × I donde I es la fracción impermeable media del área Basado en análisis de precipitación local where I is the average impervious fraction of the area. Based on analysis of local rainfall 8. Tratamientos de volumen múltiples Tratamiento Volumen de tratamiento Lagunas de detención 4 x Vt Humedal 3 x Vt Detención, detención extendida 1 x Vt Cuneta verde 1 x Vt Treatment Treatment Volume Retention Ponds, 4 x Vt Wetland 3 x Vt Detention, Extended detention 1 x Vt Swales 1 x Vt 8. Determinación del volumen de tratamiento Vt is one of the following • Un volumen que capturase al menos el 90% de las aguas pluviales en un año. • 12 – 15mm de escorrentía distribuidos sobre cada área de sub-captación contribuyente. • 12 – 15mm escorrentía distribuida sobre el área impermeable de captación contribuyente • El volumen de escorrentía generado por la precipitación anual media sobre el área de captación • A volume which would capture the runoff from 90% of storms in a year. • 12 – 15mm runoff distributed over each contributing sub- catchment area • 12 – 15mm runoff distributed over the contributing impervious catchment area • The volume of runoff generated from the mean annual storm over catchment. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 8
  • 41. 8. Examples of SUDS in Berlin, Germany Driver is Lake quality SUDS 8. Wuhan, Central China Driver is Lake quality – from sewers SUDS 8. Cadena Tratamiento Agua Pluvial La cadena de tratamiento es el concepto clave en el desarrollo de sistemas UDS …y finalmente a Evaporación La controles regionales. cadena de tratamiento Buena gestión ...y continua par La descarga con prevention Commenca a una corriente de ...a controles del areas.. controles en origen... oagua o acuífero doméstica buena gestión puede ser doméstica a partir de individuales;... Por casas cualquier etapa. Control en origen Control Posible de área Infiltración Control Descarga al Regional medio receptor SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 9
  • 42. HERRAMIENTA DE SELECCIÓN DE SUDS DE CIRIA Nivel de tratamiento para diferentes objetos de SUDS Objeto Residencial No- Industrial Nivel de Residencial Control Prevención A A A Contención - - 1 Superficies permeables 1 1 1 (contención) origen Franjas filtro/cunetas verdes tratamiento 1 1 2 origen & área Drenes filtrantes/ sub-base pavimento 1 1ó2 2 origen & área Cunetas verdes 1 1ó2 2 origen & área Depósitos detención extendida 1 2 2 área Pozos y zanjas de infiltración 1 2 3 origen & área Depósitos de infiltración 1 2 3 origen & área Lagunas de retención 1 2 3 Regional Humedales 1 2 3 Regional A Siempre necesario 1 primer nivel de tratamiento 2 segundo nivel tratamiento 3 tercer nivel de tratamiento CIRIA SUDS SELECTION TOOL Level of Treatment for different SUDS devices Device Residential Non- Industrial Level of Residential Control Prevention A A A Containment - - 1 Permeable surfaces 1 1 1 source (contained) Filter strips/treatment swales 1 1 2 source & site Filter drains/pavement sub-base 1 1or 2 2 source & site Swales 1 1or 2 2 source & site Extended detention basins 1 2 2 site Soakaways/ infiltration 1 2 3 source & site trenches Infiltration basins 1 2 3 source & site Retention ponds 1 2 3 Regional Wetlands 1 2 3 Regional A Always required 1 first level of treatment 2 second level of treatment 3 third level of treatment Incorporating SUDS in the open space – in Holland SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 10
  • 43. 8. Example of integration of hard and soft SUDS Beside a canal in Holland. Development of high density – this is the only area of green space. Control of water takes place both in the road and in the adjacent green space ¿Cuántos niveles de tratamiento puede identificar? How many levels of treatment can you see? 9. SUDS – Design for Quality Levels of treatment Treatment train hierarchy SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 11
  • 44. 9. Control en origen Cadena Tratamiento Agua Pluvial Los sistemas de control en origen generalmente se ubican cerca del punto de origen de la escorrentía; de manera que la cantidad de escorrentía y de contaminantes que se deben controlar se limitan a niveles reducidos y manejables. Stormwater Treatment Train Source controls are generally placed near the runoff point of origin so the amount of runoff and the quantity of pollutants that must be dealt with are limited to small and manageable levels 9. Cadena de Tratamiento de Agua Pluvial Control en origen: control de escorrentía en o cerca de fuente Esto puede incluir recogida de agua de techos en tinas Source control: Source control is the control of runoff at or near its source This may include collecting roof runoff in water butts 9. Cadena de Tratamiento de Agua Pluvial que más tarde pueda emplearse para regar, etc. Which can later be used for watering etc SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 12
  • 45. 9. Control en origen Hidrología de Pavimentos Permeables Hydrology of Permeable Paving 7 - 8 Agosto 1998 (12:00 - 8:00) Intensidad de escorrentía 3.5 0 Intensidad de lluvia 3.0 1 2.5 2 (mm/h) (mm/h) 2.0 3 1.5 4 1.0 5 0.5 6 0.0 7 20:00 02:00 18:00 22:00 00:00 04:00 14:00 16:00 08:00 12:00 06:00 time Lluvia Poroso Asfalto 9. Control local ¿Qué son depósitos de detención? Depósitos de detención son depresiones vegetadas Estas depresiones están secas excepto durante e inmediatamente después de tormen Detention basins are vegetated depressions. These depressions are dry except during and immediately following storm events 9. Control local Durante eventos de tormenta, el agua de escorrentía superficial es conducido a través del depósito de detención extendido SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 13
  • 46. 9. Control local El caudal de salida está restringido de manera que el depósito se llene de escorrentía Caudal salida The outlet is restricted so that the basin fills with runoff 9. Control local La estructura de control en el caudal de salida está diseñada para liberar lentamente el agua retenida Esto da tiempo para que los sólidos en suspensión precipiten y el flujo punta disminuya This provides time for suspended solids to settle out and for the flow peak to attenuate 9. Control regional ¿Qué son los controles regionales? Depósitos, lagunas, humedales y pantanos pueden ser parte del sistema de drenaje natural. Basins, ponds, wetlands and marshes can be part of the natural drainage system. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 14
  • 47. 9. Control regional …como alternativa, los SUDS pueden ser integrados en desarrollos de tal manera que sirven múltiples propósitos Valor estético Hábitat de vida salvaje Valor recreativo Calidad de agua …alternatively SUDS can be integrated into developments in such a way that they serve multiple purposes. Aesthetic value Wildlife Habitat Recreation value Water Quality 9. La cadena de tratamiento Buena gestión Programas de educación y prevención de doméstica la contaminación para reducir las fuentes de contaminación. Control en origen Control de la escorrentía cerca de donde la lluvia cae en el suelo o en los tejados. Control local Atenuación o tratamiento para un grupo de edificios o un tramo de carretera. Control regional Tratamiento y sistemas de atenuación de flujo abarcando varias zonas. •Education and pollution prevention programmes to reduce sources of pollution •Control of runoff close to where the rain falls on ground or roof surfaces •Attenuation or treatment for a group of buildings or a stretch of highway •Treatment and flow attenuation systems serving a number of sites 9. Niveles de tratamiento Resumen de diseño de estrategias para agua de calidad Nivel de tratamiento necesario Dispositivo Residencial No-Residencial Industrial Niveles de tratamiento necesario 1 2 3 Summary of design strategies for water quality Level of treatment required Device Residential Non-Residential Industrial Levels of treatment required 1 2 3 SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 15
  • 48. 9. Procesos de tratamiento La escorrentía es tratada por una combinación de decantación... Inlet Outlet Entrada Salida The runoff is treated by a combination of settlement... 9. Depósitos de detención y cunetas verdes Decantación Hidrocarburos Metales pesados Settlement Hydrocarbons Heavy metals 9. Procesos de tratamiento … dilución... Entrada Salida … dilution... SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 16
  • 49. 9. Procesos de tratamiento …y acción biológica. Entrada Salida … and biological action. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 17
  • 50. 9. Redes de SUDS Las sub – redes son diseñadas como sistemas convencionales 9. Redes de SUDS La red está ensamblada de la misma manera que una red convencional SUDS Networks The network is assembled in the same way as a conventional network 9. Redes de SUDS Los sistemas convencionales drenan colectivamente a las lagunas SUDS. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 51. 9. Redes de SUDS Ejemplo de red mostrando cadena de tratamiento Cadena drenaje Detención extendida Laguna regional Tuberías o cunetas verdes 9. Volumen de atenuación y tratamiento Volumen de atenuación y tratamiento Para lagunas de retención los volúmenes son sumados Volumen de almacenamiento de crecida Volumen de tratamiento 9. Volumen de atenuación y tratamiento Para depósitos y cunetas verdes usar el volumen mayor Volumen de almacenamiento Volumen de tratamiento de crecida Attenuation and treatment volume; For Basins and swales Use the larger volume SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 52. 9. Las preguntas para dimensionar Las preguntas clave para dimensionar las infraestructuras de tratamiento ¿Qué volumen es necesario tratar? • ¿Qué elementos de SUDS se requieren? • Determinación del volumen de tratamiento • Aportaciones aguas arriba. The Key Questions for Sizing Treatment Facilities What volume is needed for treatment? • What SUDS elements are required? • Determination of treatment volume • Upstream ‘credits 9. Las preguntas para dimensionar Las Preguntas Clave para Medir las Infraestructuras de Tratamiento ¿Qué volumen es necesario tratar? • ¿Qué elementos de SUDS se requieren? • Determinación del volumen de tratamiento • Aportaciones aguas arriba ¿Cuál es el flujo “no urbanizado”? • Basado en el uso previo de la tierra • Debe estimar la proporción del área a ser urbanizada What is the ‘undeveloped’ flow? • Based on previous land use • Must estimate proportion of area to be developed 9. Las preguntas para dimensionar Las Preguntas Clave para Medir las Infraestructuras de Tratamiento ¿Qué volumen es necesario tratar? • ¿Qué elementos de SUDS se requieren? • Determinación del volumen de tratamiento • Aportaciones aguas arriba ¿Cuál es el flujo “no urbanizado”? • Basado en el uso previo de la tierra • Debe estimar la proporción del área a ser urbanizada ¿Qué volumen es necesario para hacer frente a las crecidas? • Conceptos de cálculo de avenidas. What volume is needed for flood routing? • Flood routing concepts SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3
  • 53. 9. Las preguntas para dimensionar Las Preguntas Clave para Medir las Infraestructuras de Tratamiento ¿Qué volumen es necesario tratar? • ¿Qué elementos de SUDS se requieren? • Determinación del volumen de tratamiento • Aportaciones aguas arriba ¿Cuál es el flujo “no urbanizado”? • Basado en el uso previo de la tierra • Debe estimar la proporción del área a ser urbanizada ¿Qué volumen es necesario para hacer frente a las crecidas? • Conceptos de cálculo de avenidas Componentes de detalle • Ajustar los elementos al terreno disponible • Estructuras de entrada y de salida Detail components • Fitting elements into available land • Inlet/ outlet structures 10. SUDS – Source control design Design approaches for storage and treatment Permeable paving Swales, bioretention Raingardens, green roofs Plastic box type storage, design, structural and maintenance issues. 10. Infiltración Notar que el concepto de volumen de tratamiento no se aplica a sistemas de infiltración que están diseñados para FLUIR. CIRIA 156 presenta las metodologías para el diseño de infiltración Note that the treatment volume concept does not apply to infiltration systems which are designed for FLOW CIRIA 156 gives the methodologies for infiltration design SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 4
  • 54. 10. Source control design Source control components; Block Paving. Permeable Asphalt. Below ground storage systems Green roofs Proprietary SUDS. Re-using rainwater; Storage and treatment systems. 10. Pervious Paving Pervious paving systems have a good track record of operation. There is sound science behind operation; For use as storage. Removal of pollutants. Recycling. Maintenance is always an issue. 10. Pervious Paving Excellent degradation of hydrocarbons High removal rates of metals Outflow better than EQS SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 5
  • 55. 10. Pervious Paving Some examples New permeable car park of systems installed Earlier car park - asphalt with ponding 10. Storage in Pervious Paving NATS car park Edinburgh - Comparison of runoff rates between paved and porous sections 7 Tarmac Rate (mm/h) 6 Porous Rate (mm/h) Rainfall Intensity (mm/h) 5 Intensity (mm/h) 4 3 2 1 0 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 11/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 12/05/98 19:00 19:42 20:24 21:06 21:48 22:30 23:12 23:54 00:36 01:18 02:00 02:42 03:24 04:06 04:48 05:30 10. Permeable Asphalt – Hpermarché in France Captures and attenuates surface/rain water for controlled release The system can be free draining into the sub-grade or contained using an impermeable geo-membrane for re-use or controlled release into the sewer system It can also capture re-directed rain water from adjacent structures e.g. roofs Provides an alternative to conventional drainage systems Improves outflow water quality SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 6
  • 56. 10. Flow through Pervious Paving Water passes through Porous surfacing surfacing Porous granular material Optional geotextile Natural sub-grade Flow through Pervious Paving Water passes through Porous surfacing surfacing Water temporarily Porous granular material retained Optional geotextile Water infiltrates into sub-grade Natural sub-grade 10. Advantages of pervious asphalt Reduced or zero runoff and flood risk Reduced need for conventional drainage and alternatives which sterilise land e.g. swales, ditches, urban park areas Cost savings opportunities – reduced build time Maximises land use Applications Grey water harvesting Lightly trafficked areas Soakaways for roofs Retail car parks Removal of pollutants Sporting areas School playgrounds Reduced noise and spray. Footpaths and pedestrian areas Improved public comfort/safety Re-direct water from other areas e.g. roofs SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 7
  • 57. 10. Below Ground Storage Performs the storage component of SUDS. But no treatment is provided. Excellent as a component of rainwater harvesting. 10. Green Roofs Green roofs reduce annual runoff by at least 50%. Reduce need for cooling in summer and heating in winter. Provide habitats; London buildings require green roofs now. Skylarks and raptor species (birds). Assists BREAM score (Environmental score for buildings. Green roofs – control water at source SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 8
  • 58. 10. Proprietary SUDS Must be considered as treatment systems with the maintenance that requires. Unlikely ever to be adopted by water companies. Have an important role in difficult locations. Storm X4 Gully filter Hydrocon filter manhole 10. Proprietary SUDS KOMPETENZ IN SACHEN REGENWASSER INGENIEURGESELLSCHAFT PROF. DR. SIEKER MBH Rain Clean gutter Innolet filter cartridge 10. Proprietary SUDS Lamella plate settlement ® INNODRAIN -SYSTEM - Schematischer Längsschnitt Innodrain bioretention Innodrain-Elemente mit Bepflanzung system Überlauf Straße Straße Kontroll- und Mutterboden Drosselschacht Sand mit ARO Rigofill-Rigole Anstehender Boden SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 9
  • 59. 11. Rainwater harvesting and re-use Storage methods Treatment methods 11. Rainwater Harvesting Reduction of drinking water used. Associated environmental benefit. Reduction of costs to user. Water quality must match end use. Polypipe Eco-Vat home system Design rules not well established. System based on Polypipe Eco-Vat 11. Rainwater Harvesting Stormcell devices – Ideal for garden centre SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 10
  • 61. 11. Conclusiones Costos Regulación Estudios de caso Costs Regulation Case Studies 11. Propiedades de los bienes D. Propiedad de los bienes SUDS. Uso del agua (EAAB) Asociaciones de residentes locales Distrito (en los parques públicos) Privado Ownership of SUDS assets. Water Utility (EAAB) Local residents associations – see the next section. Municipality - in public parks and for public buildings Private. 12. Drenurbs en Belo Horizonte, Brasil SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 1
  • 62. 12. Drenurbs en Belo Horizonte, Brasil 12. Drenurbs en Belo Horizonte, Brasil 12. Conclusion Discussion Review of course objectives. Review of your personal objectives. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 2
  • 63. SUDS Curso Intensivo EAAB - PUJ Convenio 965-2008 May 27 2010 3