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MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA
PARA EL ANÁLISIS INTEGRAL DEL
SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZMVM
Ing. Guillermo Leal Báez
Noviembre 2015
OBJETIVO DE MODELAR EL DRENAJE DE LA ZMVM
Dada la complejidad del sistema de drenaje se determinó que era
necesario contar con una herramienta que permitiera conocer de
manera INTEGRAL el funcionamiento hidráulico del Sistema de
Drenaje existente (diagnóstico) y con ello:

Tener la posibilidad de analizar distintas alternativas de solución
para definir ubicación, trazo, capacidad y geometría de
estructuras y conductos en estudio (planeación y base de
proyectos ejecutivos).

Optimizar las políticas para el manejo y desalojo de los
escurrimientos, así como para la protección de la población y la
infraestructura urbana (protocolos de operación).
EVOLUCIÓN EN EL USO DE MODELOS
1991
Modelo matemático para la
simulación del funcionamiento
hidráulico de la nueva
zonificación de los canales de
Xochimilco
CANAL
1994
Plan Maestro de la Zona
Metropolitana del Valle de México
1994-2010
CANAL y TUAVE
1999
Modelo unidimensional completo
del Sistema de Drenaje de la
ZMVM
MOUSE
Modelo unidimensional completo
del Sistema de Drenaje de la
ZMVM
MIKE URBAN
(MOUSE)
Modelos bidimensionales de áreas
susceptibles de inundación
MIKE 21
2014
PORTAL DE SALIDA
EMISOR CENTRAL
SALIDA TUNEL
TEQUIXQUIAC
ANTIGUA SALIDA
TUNEL TEQUIXQUIAC
LAGUNA DE
ZUMPANGO
Canal
Emiso
r
del Po
niente
Gr
an
Ca
na
l
Dren Gral.
Del Valle
Horaria
Nabor
Carrillo
zo rdo
Braquie o
Iz raz cho
P.B. Lago
B ere
d
Ori
ent
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ur
Semiprofundo
Iztapalapa
Ca
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Churubusco
Laguna
La Gasera
l
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Ch
alc
o
Vaso
Regulador
El Salado
Río S
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ranci
sco
150 m3/s
Río
Churubusco
Inte
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pto
r
Laguna de
Regulación
Casa Colorada
e
o ía
od a
Rí añí und pañ
jón p rof m
m
Ca Co mipla Co
la Se e
od
Rí
Túnel Emisor
Oriente (TEO)
180 m3/s
e
Río d dad
ie
La P
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gac
lon tor orte
ProColecdel N
n
isió
Div
4
Emisor Central
Interceptor
Centro
-Centro
Obra
de Toma
Tú
Los nel Río
Rem de
edio
s
añía
omp
la C
3
130
m3/s
Río de
s
Remedio
de
Río
2
Emisor del
Poniente
60 m3/s
Interc
eptor
Orien
te
Los
Canal Gene
ral
2º Túnel
e
o d ios
hic med
C
Vaso
o e
El Cristo
Rí os R
L
Vaso
Carretas
Interceptor
Oriente-Sur
Gran Canal
Vaso
Fresnos
Colector
Miramontes
1
17.5 m3/s
Intercep
Centro-P tor
oniente
Interc
eptor
Centra
l
1er Túnel
Interceptor del Poniente
CAPACIDAD POR ELEMENTO
r
iso al
Em entr
C
E
Po miso
nie r de
nte l
Túnel Emisor Oriente (en proceso de construcción)
Río
Hon
do
*
Int
1975 Emisor Central
te
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mis
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Tún
1975 Interceptor Oriente
l
ana
nC
Gra
1975 Interceptor Central
ENTRADAS A
TUNELES DE
TEQUIXQUIAC
nte
rie
rO
so
mi
lE
ne
Tú
ral
r Cent
Emiso
1900 Gran Canal
1960 Interceptor del Poniente km 0+000 al Vaso
del Cristo
1964 Emisor del Poniente: Vaso del Cristo
al Tajo de Nochistongo
PRESA
REQUENA
Orie ercep
nte tor
-Or
ien
te
SISTEMA PRINCIPAL DE
DRENAJE DE LA ZMVM
PLANTA DE TRATAMIENTO ATOTONILCO
PORTAL DE SALIDA
EMISOR CENTRAL
SALIDA TUNEL
TEQUIXQUIAC
ANTIGUA SALIDA
TUNEL TEQUIXQUIAC
LAGUNA DE
ZUMPANGO
Nabor
Carrillo
Ori
ent
e-S
ur
Semiprofundo
Iztapalapa
Ch
alc
o
Vaso
Regulador
El Salado
Laguna
La Gasera
l
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Rí
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ProColecdel N
n
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Div
Ca
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Laguna
Churubusco
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Miramontes
Río
Churubusco
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Regulación
Casa Colorada
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Interceptor
Centro
-Centro
Obra
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s
Canal Gene
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Centro-P tor
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Centra
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Remedio
Dren Gral.
Del Valle
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Río
Interceptor del Poniente
Río
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El Cristo
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Vaso
Carretas
Interceptor
Oriente-Sur
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C
Vaso
Fresnos
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el E
Tún
l
ana
nC
Gra
Canal
Emiso
r
del Po
niente
nte
rie
rO
so
mi
lE
ne
Tú
Con esta política se logra tener las
condiciones necesarias para dar
mantenimiento
preventivo
y/o
correctivo a los túneles.
ral
r Cent
Emiso
Los escurrimientos de aguas residuales
se desalojan a través del Sistema de
Drenaje Superficial, Gran Canal del
Desagüe y Emisor del Poniente.
ENTRADAS A
TUNELES DE
TEQUIXQUIAC
Int
PRESA
REQUENA
Orie ercep
nte tor
-Or
ien
te
OPERACIÓN
ÉPOCA DE ESTIAJE
PLANTA DE TRATAMIENTO ATOTONILCO
Nabor
Carrillo
Semiprofundo
Iztapalapa
Ca
na
l N In
ac te
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al- ep
Ca to
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ld
e
Laguna
Churubusco
Laguna
La Gasera
l
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Ch
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o
Vaso
Regulador
El Salado
Canal Gene
ral
Ori
ent
e-S
ur
e
o ía
od a
Rí añí und pañ
jón p rof m
m
Ca Co mipla Co
la Se e
od
Rí
Colector
Miramontes
Río
Churubusco
Horaria
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Braquie o
Iz raz cho
P.B. Lago
B ere
d
Interceptor
Oriente-Sur
e
Río d dad
ie
La P
Inte
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pto
r
Laguna de
Regulación
Casa Colorada
añía
omp
la C
Interceptor del Poniente
Interceptor
Centro
-Centro
Obra
de Toma
Tú
Los nel Río
Rem de
edio
s
de
Río
Intercep
Centro-P tor
oniente
Interc
eptor
Centra
l
Río de
s
Remedio
Río S
an F
ranci
sco
Gr
an
Ca
na
l
Interc
eptor
Orien
te
Los
Dren Gral.
Del Valle
Canal
Emiso
r
del Po
niente
E
Po miso
nie r de
nte l
Río
Hon
do
e
o d ios
hic med
C
Vaso
o e
El Cristo
Rí os R
L
Vaso
Carretas
ión
gac
lon tor orte
ProColecdel N
n
isió
Div
Se utiliza la capacidad de regulación
de 29 presas del poniente, las lagunas
Ciénega Grande, Ciénega Chica, Vaso
San
Lucas,
Casa
Colorada,
Churubusco Regulación Horaria, Vaso
del Cristo, Fresnos y Carretas.
Vaso
Fresnos
Int

ENTRADAS A
TUNELES DE
TEQUIXQUIAC
te
rien
or O
mis
el E
Tún
Se operan las grandes PB: Gran Canal
18+600, 11+600, Río Hondo, Casa
Colorada Superficial y Profunda, La
Caldera y El Caracol.
LAGUNA DE
ZUMPANGO
l
ana
nC
Gra

ANTIGUA SALIDA
TUNEL TEQUIXQUIAC
r
iso al
Em entr
C
El SDP se encuentra completamente
abierto en todas sus captaciones.
SALIDA TUNEL
TEQUIXQUIAC
nte
rie
rO
so
mi
lE
ne
Tú

PORTAL DE SALIDA
EMISOR CENTRAL
ral
r Cent
Emiso
Los caudales se manejan principalmente a
través del Sistema de Drenaje Profundo, por
lo que el Superficial sólo funciona como
apoyo. La operación considera lo siguiente:
PRESA
REQUENA
Orie ercep
nte tor
-Or
ien
te
OPERACIÓN
TEMPORADA DE LLUVIAS
PLANTA DE TRATAMIENTO ATOTONILCO
INFORMACIÓN PARA EL ARMADO DEL MODELO
REQUERIMIENTOS
Topografía georreferenciada
Trazo, ubicación, altimetría y
geometría de conductos, cauces,
vasos reguladores y estructuras
Capacidades y niveles de
operación en plantas de bombeo y
estructuras de control
Políticas de operación generales
del sistema y particulares del
conducto estudiado
OBTENCIÓN DE DATOS
Consulta en mapotecas y
bibliotecas de la DGCOH y CNA de
planos de proyecto y obra
terminada
Consulta a las áreas operativas de
SACMEX, CAEM y Conagua
Consulta del Protocolo de
Operación Conjunta de la
Infraestructura Hidráulica del
Valle de México
INFORMACIÓN HIDROLÓGICA DE LA ZMVM
Ubicar la
infraestructura
principal
Determinar las
cuencas propias
Ubicar y obtener
datos de estaciones
pluviográficas
y pluviométricas
↓
Definir polígonos de
Thiessen
Río Papalotla
25
Gasto (m3/s)
20
15
OBTENER
HIDROGRAMAS DE
CUENCA PROPIA
10
5
0
0
4
8
12
Tiempo (h)
16
20
24
ARMADO DEL SISTEMA PRINCIPAL
(SUPERFICIAL Y PROFUNDO)
ELEMENTOS DEL
ARMADO
No. de nodos
8 050
No. de tramos
8 072
Longitud de
red (km)
849
Hidrogramas
de
entrada
291
PARÁMETROS QUE CALCULA EL MODELO
Con el modelo se obtienen, en
cualquier punto del sistema e
instante de la simulación, las
siguientes variables principales:




Gasto
Velocidad
Tirante
Elevación de la SLA
PLANTA DE BOMBEO GRAN CANAL km 18+600 (2000)
PLANTA DE BOMBEO GRAN CANAL km 18+600 (2000)
Vista aguas arriba de la PB
Vista aguas abajo de la PB
PLANTA DE BOMBEO RÍO HONDO (2002)
[m]
Standard - IP-VERT.PRF
2156000.0
2154000.0
2152000.0
2150000.0
2148000.0
"
2146000.0
2144000.0
2142000.0
2140000.0
2138000.0
2136000.0
470000.0
475000.0
480000.0
485000.0
490000.0
495000.0
500000.0
[m]
PLANTA DE BOMBEO RÍO HONDO (2002)
ENTUBAMIENTO DEL GRAN CANAL, 0+000-2+800 (2005)
[m]
Standard - EP2-Q1.PRF
2165000.0
2164000.0
P.B. GRAN
CANAL
KM 18+600
2163000.0
2162000.0
2161000.0
2160000.0
2159000.0
2158000.0
P.B. GRAN
CANAL
KM 11+000
2157000.0
2156000.0
2155000.0
2154000.0
2153000.0
2152000.0
2151000.0
CAJON GRAN
CANAL
2150000.0
2149000.0
480000.0
CAJON GRAN
CANAL
485000.0
490000.0
495000.0
500000.0
[m]
P.B. GRAN
CANAL
KM 11+600
P.B. GRAN
CANAL
KM 18+600
ENTUBAMIENTO DEL GRAN CANAL, 0+000-2+800 (2005)
SEMIPROFUNDO CANAL NACIONAL - CANAL DE CHALCO (2006)
[m]
Standard - EP2-Q1.PRF
2143000.0
2142000.0
2141000.0
P.B.
MIRAMONTES
2140000.0
2139000.0
2138000.0
2137000.0
2136000.0
2135000.0
2134000.0
2133000.0
2132000.0
2131000.0
2130000.0
2129000.0
2128000.0
480000.0
485000.0
490000.0
495000.0
500000.0
[m]
P.B.
MIRAMONTES
SEMIPROFUNDO CANAL NACIONAL - CANAL DE CHALCO (2006)
PLANTAS DE BOMBEO CASA COLORADA (2007/2009)
[m]
Standard
P.B. CASA
COLORADA
SUPERFICIAL
2160000.0
2159000.0
P.B. CASA
COLORADA
SUPERFICIAL
2158000.0
2157000.0
2156000.0
2155000.0
2154000.0
P.B. CASA
COLORADA
PROFUNDA
2153000.0
2152000.0
P.B. CASA
COLORADA
PROFUNDA
2151000.0
490000.0
492000.0
494000.0
496000.0
498000.0
500000.0
502000.0
504000.0
[m]
P.B. CASA
COLORADA
SUPERFICIAL
P.B. CASA
COLORADA
PROFUNDA
PB CASA COLORADA SUPERFICIAL (2007)
PB CASA COLORADA PROFUNDA (2009)
RECTIFICACIÓN CANAL GENERAL (2007)
P.B. 1
Río Ameca
Laguna de
regulación
Xico
P.B. 3
P.B. 2
RECTIFICACIÓN CANAL GENERAL (2007)
REVESTIMIENTO DEL EMISOR CENTRAL (2008)
[m]
Standard - EP2-Q1.PRF
2205000.0
2200000.0
2195000.0
2190000.0
2185000.0
2180000.0
2175000.0
2170000.0
2165000.0
2160000.0
LUMBRERA “0”
EMISOR
CENTRAL
460000.0
470000.0
480000.0
490000.0
500000.0
510000.0
520000.0
530000.0
[m]
HIDROGRAMA
DE SALIDA
REVESTIMIENTO DEL EMISOR CENTRAL (2008)
Hidroescarificado con agua a presión
Lanzado de concreto en clave del túnel
Interceptor Central. Cimbra metálica y acero de refuerzo
Recubrimiento en la cimbra metálica T-Lock
CONDUCTO DE ESTIAJE RÍO DE LA COMPAÑÍA (2010)
[m]
2143000.0
Standard
2142000.0
2141000.0
2140000.0
SR2440
JI1692
2139000.0
JI3092
JI4266
FC0
2138000.0
FC1750
2137000.0
LUM-3
ZQ1698
2136000.0
2135000.0
ZQ3767
LUM-2
CG7400
2134000.0
LUM-1A
RC3500
REG-1 RC2300 RC1140
REG-2
2133000.0
RF1308
RF1750
CG5400
2132000.0
CG4540
2131000.0
RF3750
CG3500
CG3340
CG3040
2130000.0
2129000.0
2128000.0
RF8000
2127000.0
CG100
H-12
CG-39
RF10000
2126000.0
RF12000
2125000.0
2124000.0
2123000.0
2122000.0
2121000.0
506000.0
508000.0
510000.0
512000.0
514000.0
516000.0
518000.0
520000.0
522000.0
524000.0
526000.0
528000.0
530000.0
[m]
DESCARGA DE L.
LA GASERA
KM 3+100
SALIDA DEL
CAJÓN
P.B LA CALDERA
504000.0
DESCARGA P.B. CANAL GENERAL
502000.0
TRAMO PLANTILLA
RECTIFICADA
CONDUCTO DE ESTIAJE RÍO DE LA COMPAÑÍA (2010)
ENTUBAMIENTO RÍO DE LOS REMEDIOS (2015)
DESCARGA A
GRAN CANAL DEL
DESAGÛE
CRUCE CON AV.
CENTRAL
ENTUBAMIENTO RÍO DE LOS REMEDIOS (2014)
ANÁLISIS DEL DESBORDAMIENTO DEL
RÍO DE LOS REMEDIOS (BORDO SUR)

Se empleó MIKE 21
para definir la zona de
inundación si el río se
desbordara en el punto
donde se presentan
mayores hundimientos.

Se utilizó un MDE LIDAR
(5 x 5 m).

Los
datos
de
simulación fueron:
V = 840 000 m3.
• t = 24 h.
• Q = 9.72 m3/s.
•
la
PB 9 y 10
L4 TIRR
L5 TIRR
ANÁLISIS DEL DESBORDAMIENTO DEL
RÍO DE LOS REMEDIOS (BORDO NORTE)

Se empleó MIKE 21
para definir la zona de
inundación si el río se
desbordara en el punto
donde se presentan
mayores hundimientos.

Se utilizó un MDE LIDAR
(5 x 5 m).

Los
datos
de
simulación fueron:
V = 840 000 m3.
• t = 24 h.
• Q = 9.72 m3/s.
•
la
PB 9 y 10
L4 TIRR
L5 TIRR
ANÁLISIS DEL DESBORDAMIENTO DE
CANAL GENERAL (CADENAMIENTO 8+400)


Se empleó MIKE 21 para definir
la
zona
de
inundación
correspondiente a cinco puntos
en los que ya ha fallado el
bordo,
incluso,
en
varias
ocasiones.
Los datos de
fueron:
la simulación
• En el cad. 3+420 se deriva
parte del caudal a una
laguna de regulación.
• Hidrogramas
correspondientes a D = 8 h
y Tr = 25 años.
• Tiempo de simulación: 24 h.
PB 2
8+400
PB 3
SISTEMA DE DRENAJE DE LA ZONA FEDERAL
DEL LAGO DE TEXCOCO (2015)
El sistema de drenaje de la Zona
Federal del Lago de Texcoco
incluye:

Los nueve ríos de oriente.

Canales existentes y en
proyecto.

Túneles en proyecto.

Lagunas
de
regulación
existentes y en proyecto.
MODELO CON INFORMACIÓN EXISTENTE


Datos de levantamientos topográficos de los canales existentes
Plantillas de lagunas de proyecto propuestas en las MIA.
Canal
Perimetral
Hidrograma 1
HC
SBE
NC
PTS
Punto en el que se desborda
Punto en el que se desborda
Hidrograma 2
Hidrograma 1
Hidrograma 2

Con estas condiciones geométricas el Canal Perimetral se desborda y se
interrumpe la simulación.
MODELO CON MODIFICACIONES PROPUESTAS
Descarga río
Teotihuacán y
río Papalotla
Descarga río
Teotihuacán y
río Papalotla
Entrada a
Nabor Carrillo
Descarga al
DGV
Entrada a
Nabor Carrillo
Descarga al
DGV
Descarga de río
Coatepec y río
Sta. Mónica
Descarga de río
Coatepec y río
Sta. Mónica
Dren
Chimalhuacán
Dren
Chimalhuacán
DGV
Canal
Perimetral
L. Hidalgo y
Carrizo
L. Nabor
Carrillo
L. Peñón
Texcoco Sur
MODELOS DE DRENAJE DE GRANDES CIUDADES
De acuerdo con información proporcionada por personal del DHI (Danish
Hydraulic Institute) en marzo de 2015, el modelo de la Cd. de México se
encuentra entre los más grandes a nivel mundial.
CIUDAD
PAÍS
TUBERÍAS
NODOS
POBLACIÓN
(Millones de hab.)
Abu Dabi
Emiratos Árabes
Unidos
38 600
38 600
0.613 (2012)
Los Ángeles
E.U.A.
11 634
11 430
18.889 (2013)
Cd. de México
México
8 072
8 050
20.116 (2010)
Belgrado
Serbia
7 300
6 800
1.756 (2002)
Aarhus
Dinamarca
6 800
6 900
0.307 (2010)
Singapur
Singapur
6 500
6 400
5.837 (2014)
Podrían existir otros modelos hechos por usuarios de MOUSE/MIKE URBAN, de los cuales no tiene conocimiento el DHI.
CONCLUSIONES
Así como en la ZMVM, es necesario que en las ciudades más importantes
del país se implementen modelos de simulación matemática para:

Analizar de manera integral el funcionamiento hidráulico de los
sistemas de drenaje, así como de las estructuras y conductos más
importantes.

Obtener las bases
infraestructura.

Determinar los parámetros a considerar en el desarrollo de los
grandes proyectos ejecutivos.

Determinar o modificar las políticas de operación con el objetivo de
aumentar la eficiencia del funcionamiento hidráulico y la protección
a la población y la infraestructura urbana.

Estimar daños causados por fallas en el sistema de drenaje.

Maximizar los beneficios y minimizar las inversiones.
técnicas
para
la
planeación
de
nueva
MODELO DE SIMULACIÓN MATEMÁTICA
PARA EL ANÁLISIS INTEGRAL DEL
SISTEMA PRINCIPAL DE DRENAJE DE LA ZMVM
Ing. Guillermo Leal Báez
Noviembre 2015