drenagem 1

UFSM

Dissertao de Mestrado

SIMULAO HIDRODINMICA INTEGRADA DE SISTEMA DE DRENAGEM EM SANTA MARIA-RS

Adalberto Meller

PPGEC

Santa Maria, RS, Brasil

2004

SIMULAO HIDRODINMICA INTEGRADA DE

SISTEMA DE DRENAGEM EM SANTA MARIA-RS

por Adalberto Meller

Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil, rea de Concentrao

em Recursos Hdricos e Saneamento Ambiental, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como

requisito parcial para obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil.

PPGEC

Santa Maria, RS, Brasil

2004

iii

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil

A Comisso Examinadora, abaixo assinada,

aprova a Dissertao de Mestrado


elaborada por

Adalberto Meller

Como requisito parcial para obteno do grau de Mestre em Engenharia Civil

COMISSO EXAMINADORA:

________________________________ Prof. Dr. Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva

(Presidente/Orientador)

________________________________ Prof. Ph.D. Carlos Eduardo Morelli Tucci

________________________________ Prof. Dr. Joo Batista Dias de Paiva

Santa Maria, 22 de Abril de 2004.

iv

The computer is incredibly

fast, accurate and

stupid. Man is very

unbelievably slow,

inaccurate and brilliant.

The marriage of the two

is a challenge and

opportunity beyond

imagination.

(autor annimo)

v

AGRADECIMENTOS

A Deus ...

A minha famlia pelo apoio, carinho e incentivo;

A Prof. Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva pela oportunidade,

orientao e amizade;

A minha namorada Mrcia Payeras e ao grande amigo e colega Mrcio

Ferreira Paz pela amizade, companheirismo e pacincia;

Ao Prof. Joo Batista Dias de Paiva pela co-orientao;

Aos funcionrios Alcides Sartori e Astrio do Carmo e aos bolsistas de

iniciao cientfica Rodrigo Paiva, Talita Uzeika, Augusto Pradella, Juliano

Dalla Favera e Douglas Stival pelo auxlio nos ensaios de laboratrio e

medies em campo;

Aos moradores do Parque Residencial Alto da Colina pelas informaes;

Ao DHI Water & Environment na figura das pessoas Alejandro Ernesto

Lasarte, Ole Mark, Gunvor Tychsen e Henriette Tamasauskas pela

ateno s dvidas sobre o aplicativo e pela liberao para utilizao do

aplicativo MOUSE;

Ao Fundo Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico

FNDCT/CT-HIDRO atravs do projeto CTHidro/GURH: FINEP03/2002 e

ao CNPq (edital Universal 01/2001) pelos recursos financeiros;

Ao Prof. Rinaldo Pinheiro pela orientao nos ensaios de granulometria;

Aos amigos Gilson Tadeu Piovezan, Janana Rios Dias e Raquel

Maldaner Paranhos pela amizade e auxlio especialmente na etapa de

concluso das disciplinas;

A CAPES pela bolsa de estudo.

vi

SUMRIO

LISTA DE TABELAS................................................................................ ix LISTA DE FIGURAS ................................................................................ xi LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SMBOLOS ........................... xvi RESUMO ................................................................................................. xx ABSTRACT ............................................................................................ xxi 1. INTRODUO....................................................................................... 1 1.1. Objetivos e justificativa ....................................................................... 3

2. REVISO DE LITERATURA................................................................. 4 2.1. Introduo........................................................................................... 4

2.2. Classificao dos modelos de drenagem urbana ............................... 4

2.3. O ciclo hidrolgico urbano e a estrutura de um modelo de drenagem

urbana........................................................................................................ 5

2.3.1. O escoamento na rede de drenagem pluvial ................................... 7

2.4. Equaes fundamentais do escoamento no-permanente................. 8

2.5. Classificao dos modelos de propagao do escoamento ............... 9

2.6. Fundamentos tericos dos modelos hidrodinmicos completos ....... 10

2.6.1. Mtodos de soluo....................................................................... 11

2.7. Evoluo dos modelos hidrodinmicos de redes de

drenagem pluviais.................................................................................... 13

2.7.1. Conceito de drenagem integrada (Dual Drainage) aplicado aos

modelos de drenagem urbana ................................................................. 16

2.8. Modelos e aplicativos para simulao de drenagem urbana ............ 18

2.8.1. Modelos simplificados de verificao............................................. 18

2.8.2. Modelos completos de verificao ................................................. 18

2.8.3. Aplicativos...................................................................................... 19

2.8.3.1. SWMM ........................................................................................ 19

2.8.3.2. InfoWorks CS v.4.0 ..................................................................... 23

2.8.3.3. SOBEK-Urban v.2.8.................................................................... 25

2.8.3.4. MOUSE v.2003 ........................................................................... 26

vii

2.8.3.4.a. Algumas aplicaes do MOUSE .............................................. 28

2.9. Consideraes finais......................................................................... 30

3. MONITORAMENTO DA BACIA HIDROGRFICA ALTO DA COLINA............................................................................................. 32 3.1. Introduo......................................................................................... 32

3.2. Descrio geral da rea em estudo .................................................. 32

3.2.1. Localizao geogrfica .................................................................. 32

3.2.2. Caracterizao do problema.......................................................... 33

3.3. Caractersticas fsicas....................................................................... 34

3.4. Clima e solos .................................................................................... 35

3.5. Tipologias de uso e ocupao do solo.............................................. 36

3.6. O processo de urbanizao na bacia................................................ 38

3.7. Monitoramento hidrolgico................................................................ 39

3.7.1. Dados fluviomtricos...................................................................... 39

3.7.1.A. Curva-chave cota-vazo............................................................. 42

3.7.2. Dados de precipitao ................................................................... 46

3.7.2.1. Hietogramas de projeto............................................................... 47

3.8. Ensaios de infiltrao........................................................................ 51

3.9. Ensaios granulomtricos................................................................... 53

3.10. Caractersticas do sistema de drenagem........................................ 55

3.10.1. Rede de condutos........................................................................ 57

3.10.2. Ruas............................................................................................. 58

3.10.3. Bocas-de-lobo.............................................................................. 60

3.10.4. Poos de visita............................................................................. 60

3.10.5. Canais abertos............................................................................. 62

3.10.6. Bacia de deteno ....................................................................... 62

3.10.7. Nveis de inundao nas ruas...................................................... 63

4. SIMULAO DO SISTEMA DE DRENAGEM .................................... 65 4.1. Introduo......................................................................................... 65

4.2. Modelos utilizados ............................................................................ 65

4.3. Concepo do sistema de drenagem da bacia Alto da Colina.......... 82

viii

4.4. Anlise de sensibilidade ................................................................... 88

4.5. Calibrao dos parmetros do aplicativo .......................................... 89

4.5.1. Calibrao do modelo hidrolgico C2 ............................................ 91

4.5.2. Calibrao do modelo hidrolgico A .............................................. 93

4.5.3. Calibrao do modelo MOUSE HD (hidrodinmico) ...................... 94

4.6. Avaliao do sistema de drenagem e mapeamento de

reas de risco ........................................................................................ 94

4.7. Avaliao de alternativas no controle das cheias ............................. 96

4.8. Comparao entre metodologias para simulao de inundaes na

rede de drenagem.................................................................................... 97

5. RESULTADOS E DISCUSSO DA APLICAO DO MODELO ..... 100 5.1. Anlise de sensibilidade ................................................................. 100

5.1.1. Modelo C2 (reservatrio linear em cascata) ................................ 100

5.1.2. Modelos A (tempo-rea) e MOUSE HD (hidrodinmico).............. 102

5.2. Calibrao dos parmetros ............................................................. 105

5.2.1. Calibrao na rea rural............................................................... 105

5.2.2. Calibrao na rea urbana........................................................... 117

5.3. Avaliao do sistema de drenagem ................................................ 125

5.4. Simulao de alternativas no controle das cheias .......................... 132

5.5. Comparao entre metodologias para simulao de inundaes na

rede de drenagem.................................................................................. 135

6. CONCLUSES E RECOMENDAES............................................ 138 7. BIBLIOGRAFIA ................................................................................. 143 ANEXOS................................................................................................ 152

ix

LISTA DE TABELAS TABELA 1. Resumo das capacidades dos principais aplicativos utilizados

atualmente ............................................................................................... 31

TABELA 2. Resultado da classificao do uso do solo na bacia ............. 37

TABELA 3. Caractersticas fsicas das reas de contribuio

monitoradas ............................................................................................. 41

TABELA 4. Resultados dos ensaios de infiltrao ................................... 53

TABELA 5. Resultados dos ensaios de granulometria ............................ 54

TABELA 6. Caractersticas dos trechos de canais utilizados na

simulao................................................................................................. 62

TABELA 7. Nvel mximo observado nas ruas sujeitas a alagamento .... 64

TABELA 8. Nvel mximo observado na Rua 8 em dois eventos

simulados................................................................................................. 64

TABELA 9. Relao entre a profundidade relativa e a largura da fenda. 71

TABELA 10. Resumo das estruturas utilizadas na criao do modelo do

sistema de drenagem .............................................................................. 86

TABELA 11. Resultados do processo de calibrao para a rea rural da

bacia ...................................................................................................... 111

TABELA 12. Conjuntos de parmetros determinados pela calibrao .. 114

TABELA 13. Resultados da verificao dos conjuntos de parmetros .. 115

TABELA 14. Verificao do conjunto 2 de parmetros para os eventos

observados na estao ACII .................................................................. 116

TABELA 15. Resultado da calibrao na rea urbana........................... 122

TABELA 16. Comparao nos nveis observados e simulados

na Rua 8 ................................................................................................ 124

TABELA 17. Caractersticas dos poos de visita e reas de

contribuio............................................................................................ 155

TABELA 18. Caractersticas da rede de condutos................................. 157

TABELA 19. Oramento simplificado das medidas de controle do

escoamento adotadas............................................................................ 159

x

TABELA 20. Resultado do redimensionamento para cenrio atual ....... 160

TABELA 21. Resultado do redimensionamento para cenrio futuro...... 162

xi

LISTA DE FIGURAS FIGURA 1. Processos em um sistema de drenagem ................................ 6

FIGURA 2. Conceito de drenagem integrada (Dual drainage)................. 17

FIGURA 3. Relao entre os mdulos estruturais do SWMM ................. 20

FIGURA 4. Localizao da bacia hidrogrfica Alto da Colina .................. 32

FIGURA 5. Localizao da urbanizao na bacia.................................... 33

FIGURA 6. Principais locais de inundao na bacia................................ 34

FIGURA 7. Mapa plani-altimtrico da bacia Alto da Colina...................... 35

FIGURA 8. Mapa do uso do solo na bacia para os anos de

1999 e 2003............................................................................................. 38

FIGURA 9. Evoluo do processo de urbanizao na bacia ................... 39

FIGURA 10. Localizao das estaes de monitoramento na bacia ....... 40

FIGURA 11. Estaes fluviogrficas de monitoramento .......................... 41

FIGURA 12. Vazes e cotas mdias e mximas dirias observadas na

estao fluviogrfica ACI ......................................................................... 42

FIGURA 13. Curva-chave da estao ACI............................................... 44

FIGURA 14. Comparao entre metodologias de extrapolao da curva-

chave para a estao ACI........................................................................ 45

FIGURA 15. Estao pluviogrfica Vila Maria ......................................... 46

FIGURA 16. Precipitao diria na estao pluviogrfica Vila Maria

observada no perodo da pesquisa.......................................................... 47

FIGURA 17. Fatores que caracterizam a distribuio temporal de

Keifer e Chu............................................................................................. 48

FIGURA 18. Hietogramas de projeto utilizados para avaliao da rede de

drenagem................................................................................................. 50

FIGURA 19. Hietogramas de projeto utilizados no dimensionamento e

simulao do reservatrio de deteno ................................................... 50

FIGURA 20. Localizao dos ensaios de infiltrao na bacia.................. 52

FIGURA 21. Cadastramento dos elementos do sistema de

microdrenagem........................................................................................ 56

xii

FIGURA 22. Mapa de localizao das estruturas do sistema de

microdrenagem........................................................................................ 57

FIGURA 23. Disposio geral dos elementos da microdrenagem........... 58

FIGURA 24. Seo transversal padro das ruas do Parque Residencial

Alto da Colina........................................................................................... 59

FIGURA 25. Boca-de-lobo padro presente no sistema.......................... 60

FIGURA 26. Detalhe de um dos poos de visita na regio do Parque

Residencial Alto da Colina ....................................................................... 61

FIGURA 27. Esquema da bacia de deteno utilizado na modelagem ... 63

FIGURA 28. Esquema de funcionamento do modelo C2......................... 66

FIGURA 29. Curvas tempo-rea predefinidas ......................................... 68

FIGURA 30. Reduo gradual dos termos da equao do momento

durante a transio para o regime supercrtico........................................ 70

FIGURA 31. Conduto com uma fenda fictcia .......................................... 70

FIGURA 32. Trecho da rede na malha computacional ............................ 72

FIGURA 33. Esquema de Abbott aplicado equao da continuidade... 73

FIGURA 34. Aplicao do esquema de Abbott equao do momento . 74

FIGURA 35. Matriz de coeficentes dos condutos, derivada das equaes

da continuidade, do momento e da energia nos ns ............................... 76

FIGURA 36. Matriz dos coeficientes aps aplicao da eliminao local 76

FIGURA 37. Exemplos de topologia para o clculo das perdas

relacionadas mudana de direo ........................................................ 78

FIGURA 38. Esquema da perda de carga devido diferena de cota .... 79

FIGURA 39. Estruturas representadas na modelagem e suas

interaes ................................................................................................ 86

FIGURA 40. Layout final do sistema de drenagem em estudo ................ 87

FIGURA 41. Trecho de rede construdo para anlise .............................. 89

FIGURA 42. Esquema utilizado na simulao dos eventos extremos ..... 92

FIGURA 43. Esquema do reservatrio de deteno proposto para controle

do escoamento na rea rural da bacia..................................................... 98

FIGURA 44. Curva cota-volume do reservatrio dimensionado .............. 98

xiii

FIGURA 45. Influncia da modificao dos parmetros no volume

escoado ................................................................................................. 100

FIGURA 46. Influncia da modificao dos parmetros na

vazo de pico......................................................................................... 101

FIGURA 47. Influncia da variao do Tlag no tempo de pico................ 101

FIGURA 48. Influncia da modificao dos parmetros no volume

escoado ................................................................................................. 102

FIGURA 49. Influncia da modificao dos parmetros na vazo

de pico ................................................................................................... 103

FIGURA 50. Influncia da variao do TC no tempo de pico ................. 103

FIGURA 51. Variao no nvel dos condutos com n............................. 104

FIGURA 52. Variao no nvel dos poos de visita com Km .................. 104

FIGURA 53. Calibrao do modelo C2 Data: 05/06/2001................... 105
















FIGURA 69. Perdas iniciais em funo do Nmero de dias antecedentes

sem chuva ............................................................................................. 112

xiv

FIGURA 70. Tlag em funo do nmero de dias

antecedentes sem chuva ....................................................................... 112

FIGURA 71. Vazo de pico em funo do Tlag....................................... 113

FIGURA 72. Ib em funo da Intensidade mdia da precipitao ......... 114

FIGURA 73. Resultado da simulao da vazo de pico e volume escoado

com parmetros mdios em funo dos valores observados ................ 115

FIGURA 74. Calibrao da rea urbana da bacia Data: 05/06/01 ...... 117













FIGURA 87. Mapa de inundao para o evento do dia 19/09/02 .......... 123

FIGURA 88. Mapa de inundao para o evento do dia 10/03/03 .......... 123

FIGURA 89. Perdas iniciais em funo do nmero de dias antecedentes

sem chuva ............................................................................................. 124

FIGURA 90. Hidrogramas de cheias simulados na rea urbana ........... 126

FIGURA 91. Mapa de inundao nas ruas para TR= 2 anos................. 126

FIGURA 92. Mapa de inundao nas ruas para TR= 15 anos............... 127

FIGURA 93. Mapa de inundao nas ruas para TR= 50 anos............... 127

FIGURA 94. Mapa de inundao nas ruas para TR= 100 anos............. 127

FIGURA 95. Mapeamento de ruas com maior risco de inundaes ...... 128

FIGURA 96. Fotos das ruas sujeitas a alagamentos durante eventos de

cheia ...................................................................................................... 129

xv

FIGURA 97. Inundao dos poos de visita para TR=2 anos................ 130

FIGURA 98. Perfil longitudinal do trecho crtico (Rua 01)...................... 130

FIGURA 99. Inundao dos poos de visita para TR=50 anos.............. 131

FIGURA 100. Resultado da avaliao do risco potencial aos pedestres

nos locais sujeitos a inundaes............................................................ 132

FIGURA 101. Hidrogramas simulados na estao ACI nos cenrios atual,

atual com controle e futuro com controle ............................................... 133

FIGURA 102. Simulao da operao da bacia de deteno................ 134

FIGURA 103. Perfil longitudinal do trecho crtico aps o

redimensionamento para TR=2 anos no cenrio atual com controle.... 135

FIGURA 104. Comparao entre as metodologias tradicional usada no

aplicativo MOUSE e utilizando o conceito de drenagem integrada

(TR=100 anos)....................................................................................... 136

xvi

LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SMBOLOS a celeridade da onda (m/s)

a constante da relao i-d-f

A rea molhada (m2)

Aj ordenada da curva tempo-rea no tempo j

Am rea molhada da seo transversal do poo de visita (m2)

A0 rea do conduto cheio (m2)

A0,j rea da superfcie entre os pontos do j-1 e j da malha

A0,j+1 rea da superfcie entre os pontos j e j+1 da malha

b constante da relao i-d-f

bS largura de armazenamento (m)

Bfenda largura da fenda de Preissmann (m)

C coeficiente varivel do mtodo de extrapolao de Stevens

CD coeficiente de descarga

Cr nmero de Courant

dt intervalo de tempo computacional

dx distncia entre dois pontos computacionais na malha (m)

D dimetro do conduto (m)

Di dimetro do conduto que chega ao n (m)

Dj dimetro do conduto que deixa o n (m)

f o fator de atrito

FR fator de reduo

Fr nmero de Froude

g acelerao da gravidade (m/s2)

h profundidade (m)

H1,H2 nveis da gua em pontos computacionais a montante e

jusante

in chuva efetiva

ia intensidade da chuva depois do pico (mm/h)

ib intensidade da chuva antes do pico (mm/h)

xvii

im intensidade mdia obtida da relao i-d-f (mm/h)

I0 capacidade mxima de infiltrao do modelo de Horton

(mm/h)

I0 declividade do leito (m/m)

Ib capacidade mnima de infiltrao do modelo de Horton

(mm/h)

If declividade da linha de atrito (m/m)

IL perdas iniciais (m)

IMP porcentagem de reas impermeveis (%)

J declividade da linha de carga (m/m) no mtodo de Stevens

K constante de decaimento do modelo de Horton (h-1)

K constante de tempo no modelo reservatrio linear (minutos)

Km coeficiente de perda de carga relacionado a geometria da

sada do n

l comprimento do conduto (m)

L largura da soleira (m)

M inverso do nmero de Manning (1/n)

n constante da relao i-d-f

n nmero de clulas da bacia no modelo A

N nmero de pontos Q-h na malha em um conduto

P chuva total (mm)

PV poo de visita

Q vazo ou descarga (m3/s)

Qe vazo de engolimento (m3/s)

Qn ordenada do hidrograma no intervalo de tempo n

Qo vazo observada (m3/s)

Qs vazo simulada (m3/s)

Q1(t) vazo amortecida pelo primeiro reservatrio no modelo C2

Q2(t) vazo correspondente s ordenadas do hidrograma de

escoamento superficial da bacia

Rh raio hidrulico (m)

xviii

Ri precipitao efetiva no intervalo de tempo i

S1(t) e S2(t) volume armazenado no instante t nos reservatrios do

modelo C2

t tempo (s) ta tempo depois do pico (minutos)

tb tempo anterior ao pico (minutos)

tc tempo de concentrao (minutos)

tc tempo de concentrao (minutos)

Tc tempo de concentrao (minutos) td tempo de durao da chuva (minutos)

Tlag constante de tempo do modelo reservatrio linear (minutos)

TR perodo de retorno (anos)

v velocidade mdia do escoamento (m/s)

V velocidade do escoamento (m/s)

x distncia na direo do escoamento (m)

x,y coordenadas (m)

y altura da gua prximo a guia (m)

Z varivel generalizada do escoamento, substituindo Q e h

Zi cota do conduto que chega ao n (m)

Zj cota do conduto que deixa o n (m)

a,b,c,...,z constantes da equao da continuidade modificada

A,B,C,...,Z constantes da equao da continuidade generalizada

coeficiente de Coriolis de distribuio da velocidade

,, e coeficientes das equaes na forma de diferenas finitas t intervalo de tempo computacional He perda de energia na entrada do poo de visita Hs perda de energia na sada do poo de visita x distncia entre dois pontos computacionais na malha (m) jk perda de carga total no n para o conduto de sada j

xix

dir(j) coeficiente de perda de carga na mudana de direo do escoamento

nvel coeficiente de perda de carga por diferena de cota contr(j) coeficente de perda de carga devido a contrao do

escoamento na sada do n

padro de chuva do Mtodo de Chicago n coeficiente de rugosidade de Manning

ij ngulo horizontal entre o conduto de entrada i e o conduto de sada j

densidade da gua (Kg/m3) ACI estao fluviogrfica Alto da Colina I

ACII estao fluviogrfica Alto da Colina II

CAD Computer Aid Designer

CSO Combined Sewer Overflow

DHI Danish Hydraulic Institute

EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria

EPA Environmental Protection Agency

ETE estao de tratamento de esgoto

GIS Geographic Information System

IPH Instituto de Pesquisas Hidrulicas da UFRGS

MNT Modelo Numrico do Terreno

MOUSE Modelling of Urban Sewers

RIZA Dutch Institute of Inland Water Management and Wastewater

Treatment

SIG Sistema de Informaes Geogrficas

SWMM Storm Water Management Model

UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFSM Universidade Federal de Santa Maria

xx

RESUMO Dissertao de Mestrado

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria


Autor: Adalberto Meller Orientadora: Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 22 de abril de 2004. O objetivo deste trabalho foi a avaliao do sistema de drenagem

urbana do Parque Residencial Alto da Colina, que apresenta pontos de

alagamento durante as chuvas de maior intensidade, utilizando dados de

monitoramento. Atravs do uso de modelos hidrolgicos de transformao

chuva-vazo e hidrodinmico unidimensional para propagao do

escoamento, integrantes do aplicativo MOUSE v.2003, foram analisados

os problemas decorrentes da ineficincia da drenagem, apontando

solues para o planejamento da drenagem urbana na regio.

Na etapa de calibrao o aplicativo apresentou resultados

satisfatrios, com coeficiente de correlao mdio de 0,94 e erros mdios

na vazo de pico e volume escoado de 4,24 e 19,28%, respectivamente.

Na comparao entre os nveis de inundao observados e simulados em

dois eventos registrados obtiveram-se erros de -24,88% e -9,19%. As

simulaes com cheias de projeto permitiram avaliar os pontos crticos do

sistema de microdrenagem, alm do mapeamento dos trechos de ruas

com maiores problemas de inundaes. Como alternativa de controle de

inundaes props-se a adoo de algumas medidas estruturais, com o

redimensionamento da rede de microdrenagem e introduo de um

reservatrio de deteno na rea rural da bacia. As simulaes das

alternativas de controle mostraram que as medidas propostas so efetivas

e viveis no controle de inundaes.

xxi

ABSTRACT M.Sc. Dissertation

Post-graduation Program in Civil Engineering Universidade Federal de Santa Maria

HYDRODYNAMIC SIMULATION OF DUAL DRAINAGE SYSTEM IN SANTA MARIA-RS, BRAZIL

Author: Adalberto Meller

Advisor: Eloiza Maria Cauduro Dias de Paiva Date and Local: Santa Maria, April 22 2004.

The objective of this work was the evaluation of the urban drainage

system of Residential Park Alto da Colina, which presents flood points

during high storms, using monitoring data. Through the use of rainfall-

runoff and hydrodynamic 1-D model, included in the package MOUSE

v.2003, current problems concerning the inefficiency of the drainage

system and aiming solutions for the urban drainage planning in the area

were analyzed.

In the calibration stage the software present satisfactory results,

with average correlation coefficient of 0.94 and average errors in the peak

and volume flows of 4.24 and 19.28%, respectively. In the comparison

between observed and simulated flood levels in streets of two registered

events, errors of -24.88% and -9.19% were obtained. The simulations with

design hyetographs allowed evaluate the critical points of the network

system, besides the mapping of streets with flood problems. As alternative

of control floods intended the adoption of some structural measures, with

the network resizing and introduction of a detention reservoir in the rural

area of the basin. The simulations of the control alternatives showed that

the proposed measures are effective and viable in the flood control.

1

1. INTRODUO

De acordo com a ltima estimativa populacional das Naes Unidas

(2003), a populao mundial alcanou em 12 de outubro de 1999 a marca

histrica de seis bilhes de habitantes, 47% do total se aglomerando em

aproximadamente 2% da superfcie dos continentes: as cidades. Nesse

contexto, as duas ltimas dcadas do sculo 20 apresentaram estatsticas

preocupantes, marcadas por um crescimento populacional com o maior

incremento anual registrado (86 milhes de pessoas por ano),

especialmente nos pases em desenvolvimento como o Brasil. Segundo

Tucci (1999), a taxa da populao urbana brasileira hoje de 80%,

prximo a saturao.

Os primeiros reflexos desse processo so observados pela

modificao do ciclo hidrolgico natural. Segundo Canholi (2002) todo

espao retirado pela urbanizao, anteriormente destinado ao

armazenamento natural em reas permeveis, vrzeas e mesmo nos

prprios talvegues so substitudas, via de regra, por grandes reas

impermeveis, gerando escoamento superficial excessivo e

subseqentemente transferindo um problema local para novas reas

jusante. Acresce-se a esse problema, a prtica comum e sem critrios da

canalizao dos rios e crregos, resultando no aumento da freqncia de

cheias e alagamentos, associadas a danos materiais e humanos.

O descaso do poder pblico em relao a poltica de urbanizao, se

faz sentir de maneira expressiva sobre a infra-estrutura urbana

relacionada aos recursos hdricos, especialmente sobre o sistema de

drenagem pluvial. O aumento da amplitude das vazes de pico devido a

impermeabilizao das reas urbanas, leva ao colapso os sistemas de

drenagem, que trabalham sob condies no projetadas se revelando ao

mesmo tempo ineficientes e de alto custo. Segundo Cao et al (1988)

bilhes de dlares so investidos na construo, operao e reabilitao

de redes, trazendo consigo os prejuzos causados pelas inundaes,

2

deteriorao do meio ambiente e problemas generalizados de sade

pblica.

Dentro desse cenrio, surge a necessidade de incorporao de

ferramentas para planificao de aes preventivas e corretivas da

drenagem urbana de maneira integrada na bacia. Nesse aspecto, a

modelagem matemtica associada ao suporte informtico j comprovou

ser indispensvel. Os aplicativos para simulao da drenagem urbana

atuam nesse sentido, promovendo uma anlise abrangente nos vrios

campos da drenagem urbana, atravs da vinculao de diversos modelos

numa estrutura modular.

Para simulao quantitativa do escoamento, esses aplicativos, em

geral, incluem basicamente dois componentes seqencialmente

conectados: um modelo hidrolgico para transformao da precipitao

em escoamento superficial e um modelo para propagao do escoamento

em redes de condutos e canais. Os modelos que descrevem a

propagao do escoamento na rede geralmente utilizam as equaes de

Saint Venant em sua forma completa e so chamados hidrodinmicos.

Ainda que outras formulaes sejam passveis de utilizao, alguns

fenmenos que ocorrem em redes de condutos, especialmente sob

condies crticas, como inverses de fluxo, efeitos de jusante e

escoamento sob presso, somente podem ser contemplados com a

utilizao desses modelos.

Embora os primeiros modelos tenham surgido com objetivo de

simulao e verificao de redes, com a rpida evoluo da informtica

passaram tambm a ser utilizados para simulao de inundaes em

reas urbanas, especificamente as relacionadas a ineficincia hidrulica

das redes de condutos. Nesse aspecto a contribuio dos modelos de

drenagem urbana significativa, fornecendo subsdios para o

entendimento das causas e da dinmica das inundaes, balizando

solues econmicas, eficientes e sustentveis na bacia hidrogrfica.

3

1.1. Objetivos e justificativa

O objetivo deste trabalho foi a avaliao do sistema de drenagem

urbana do Parque Residencial Alto da Colina, que apresenta pontos de

alagamento durante o perodo de chuvas de maior intensidade, utilizando

dados de monitoramento. Atravs do uso de modelos transformao

chuva-vazo e hidrodinmico de propagao do escoamento em redes e

canais, integrantes do aplicativo MOUSE v.2003, foram avaliados os

problemas decorrentes da ineficincia da drenagem, apontando solues

para o planejamento da drenagem urbana na bacia. Os resultados da

pesquisa podero futuramente servir de orientao na tomada de

decises em bacias com problemas semelhantes na regio.

4

2. REVISO DE LITERATURA

2.1. Introduo

A modelagem matemtica associada simulao computacional tem

se mostrado, nas ltimas dcadas, uma ferramenta indispensvel no

planejamento, dimensionamento e operao da drenagem urbana,

proporcionando anlises bem estruturadas e um melhor entendimento dos

processos fsicos do escoamento em redes de drenagem urbana.

A literatura sobre modelos de simulao da drenagem urbana

ampla e apresenta um nmero grande de aplicativos com propsitos e

teorias diferentes, o que demanda cuidados na seleo da ferramenta

adequada s reais necessidades. De acordo com Tucci (1998), a escolha

de um modelo depende dos objetivos de seu uso, da quantidade de

dados disponveis, das caractersticas do ambiente de simulao, da

familiaridade do usurio com o modelo e do oramento e condies

previstas.

Segundo DID (2000) provavelmente a mais importante considerao

na escolha de um modelo, a familiaridade do usurio com os

fundamentos tericos empregados. Modelos que propem anlises

simplificadas, utilizados por usurios que conhecem suas limitaes e

formulao terica, muitas vezes produzem resultados mais realistas que

modelos complexos utilizados por um usurio que no domine a teoria

dos processos, tratando o modelo como uma caixa preta.

2.2. Classificao dos modelos de drenagem urbana

De acordo com objetivos a que destinam os modelos para simulao

da drenagem urbana podem ser classificados em modelos de operao,

planejamento e dimensionamento. Segundo Zoppou (2000), os modelos

de planejamento so utilizados para estimar os custos associados com a

5

infra-estrutura urbana relacionada gua ao longo dos anos. Se o

objetivo for determinar as dimenses das estruturas que compem o

sistema, como redes de condutos, bacias de deteno, etc... utilizam-se

modelos de dimensionamento. Os modelos de operao fornecem uma

anlise detalhada e permitem definir regras de operao das estruturas

de controle (bombas, vertedores, bacias de deteno e comportas) e do

escoamento na rede de condutos.

H tambm circunstncias em que um modelo pode ser usado para

planejamento, dimensionamento e operao. A diferena fundamental na

diviso entre os modelos o nvel de informaes necessrias para

simulao dos processos, as informaes que podem ser obtidas com o

modelo especfico e a sofisticao da anlise realizada.

2.3. O ciclo hidrolgico urbano e a estrutura de um modelo de drenagem urbana

O escoamento gerado em reas urbanas proveniente de uma srie

de fontes, incluindo reas residenciais, comerciais e industriais, ruas e

rodovias; de forma generalizada de qualquer superfcie que no tenha

capacidade de armazenamento ou possibilidade de infiltrao durante os

eventos de precipitao. Quando uma rea alterada de um ecossistema

natural para uma rea urbana, a superfcie passa a ser artificialmente

ocupada por sarjetas, ruas e estacionamentos e a hidrologia do sistema

significativamente alterada (EPA, 1999). A gua anteriormente

armazenada na superfcie, infiltrada ou que alcanava o lenol fretico e

que era utilizada pelas plantas e evaporada e transpirada para atmosfera,

agora transformada diretamente em escoamento superficial. O objetivo

em um modelo de drenagem urbana , especialmente, a representao

dessa parte do ciclo e sua interao com a rede de drenagem de guas

pluviais. A figura 1 mostra os principais processos que ocorrem em um

sistema de drenagem.

6

3

1a

1b

Q(t)

2a

Precipitao(t)

1. Abstrao Inicial da Precipitao 1.a. Deteno superficial1.b. Infiltrao

2. Escoamento Superficial 2.a. Na superfcie do terreno2.b. Nas Sarjetas3. Escoamento na Rede de Drenagem

2b

rea

s Imp

erme

veis

reas Permeveis

FIGURA 1. Processos em um sistema de drenagem (modificado de Maksimovic (2001))

Os modelos de drenagem urbana incluem basicamente duas partes

seqencialmente conectadas: um modelo hidrolgico para transformao

da precipitao em escoamento superficial e um modelo hidrulico de

propagao do escoamento em redes de condutos e canais. Os modelos

hidrolgicos basicamente descrevem o processo de transformao chuva-

vazo atravs de algoritmos de perdas por armazenamento em

depresses, interceptao, perdas por infiltrao e de propagao na

superfcie.

Nos modelos para simulao da drenagem urbana, a rede de

condutos, ruas e canais so geralmente representados atravs de um

conjunto de vnculos e ns, o conceito de link-node. Os ns representam

estruturas como poos de visita, bacias de deteno ou pontos de

armazenamento no sistema, enquanto que os vnculos representam as

7

estruturas de ligao entre os ns, podendo ser redes de condutos, ruas

ou canais de macrodrenagem.

Para efeitos de simulao hidrolgica chuva-vazo a rea total da

bacia dividida em sub-reas contribuintes, delimitadas de acordo com a

rea de captao de cada boca-de-lobo. A partir de dados de

precipitao, os hidrogramas de escoamento superficial determinados

pelo modelo hidrolgico so adicionados aos ns e propagados na rede

pelo modelo hidrulico.

2.3.1. O escoamento na rede de drenagem pluvial

Do ponto de vista da mecnica dos fluidos, o escoamento em redes

de condutos um dos mais complexos problemas hidrulicos (Yen, 1978).

O escoamento inevitavelmente no-permanente, usualmente no-

uniforme e turbulento, algumas vezes se processando a superfcie livre

outras sob presso. Esse conjunto de caractersticas contrasta com as

simplificaes utilizadas normalmente pelos mtodos de anlise e

dimensionamento da rede, resultando em alguns casos sistemas

ineficientes e de alto custo.

O critrio usual de dimensionamento adequar a capacidade

hidrulica da rede considerando o escoamento uniforme, em regime

permanente e superfcie livre, a uma vazo correspondente a uma

chuva de projeto normalmente com tempo de retorno entre 2 e 10 anos.

Quando a precipitao supera a chuva de projeto, as caractersticas do

escoamento mudam, e as premissas bsicas do dimensionamento no

so mais vlidas. Nestas condies podero ocorrer na rede a

possibilidade de escoamento sob presso alm de inverses de fluxo e

efeitos de jusante, que s podem ser avaliados com o uso de modelos de

simulao em regime no-permanente.

Villanueva (1990) cita que embora os modelos utilizados para o

dimensionamento de redes de drenagem possam fornecer diretrizes que

8

remetam a um dimensionamento correto, somente a utilizao de um

modelo de fluxo no-permanente pode identificar a segurana e economia

do projeto sob situaes crticas.

2.4. Equaes fundamentais do escoamento no-permanente

As equaes fundamentais utilizadas para descrever o escoamento

unidimensional a superfcie livre baseiam-se nas leis da conservao da

massa (equao da continuidade) e da quantidade do movimento

(equao do momento) baseada na 2 Lei de Newton; as chamadas

equaes de Saint Venant. A deduo dessas equaes pode ser

encontrada em Tucci (1998), Henderson (1966) e Cunge et al (1980).

As equaes de Saint Venant so base dos modelos de

propagao do escoamento em canais e redes de condutos. A equao

da continuidade descreve o balano da massa no escoamento e a

equao do momento descreve o balano das foras sob condies

dinmicas (Ji, 1998). A aplicao destas equaes em canais ou redes de

condutos supe a adoo de algumas simplificaes, sendo as principais

descritas abaixo:

O fluxo considerado incompressvel e homogneo, ou seja, so desprezadas variaes na densidade do fluido;

A declividade do fundo pequena, dessa forma o seno do ngulo tomado com a horizontal pode ser considerado igual a tangente;

O comprimento das ondas grande se comparado com a profundidade do escoamento. Isto assegura que a vazo em qualquer

posio pode ser tomada como tendo direo paralela ao fundo do canal.

Desta forma as aceleraes verticais podem ser desprezadas e pode ser

considerada uma variao hidrosttica da presso ao longo da vertical;

O escoamento subcrtico; A declividade da linha de energia obtida pela utilizao de equaes de movimento uniforme, como por exemplo a de Manning ou

9

Chezy.

As equaes da continuidade e do momento na forma no-

conservativa so apresentadas a seguir pelas equaes 1 e 2

respectivamente, embora outras formas particulares de apresentao

sejam possveis em funo das variveis dependentes.

0tA

xQ =

+ (1)

)II(gAxhgA

xAQ

tQ

f0

2

=+

+ (2)

onde Q=descarga (m/s3); A=rea molhada (m2); h=profundidade (m); g=acelerao da gravidade (m/s2); x=distncia na direo do escoamento

(m); t = tempo (s); I0=declividade do leito e If =declividade da linha de

energia.

Os primeiros dois termos do lado esquerdo da igualdade na

equao do momento representam as foras de inrcia, enquanto que o

terceiro termo representa as foras de presso. O termo do lado direito na

equao representa as foras gravitacionais e de atrito.

2.5. Classificao dos modelos de propagao do escoamento

Os modelos de propagao do escoamento podem ser classificados

em modelos de armazenamento ou hidrodinmicos (Cirilo et al, 2003). Os

modelos de armazenamento, como o prprio nome indica, consideram

somente os efeitos do armazenamento na atenuao e deslocamento da

onda de cheia, desprezando os efeitos de atrito levados em conta pela

equao do momento.

Os modelos que utilizam as equaes de Saint Venant so

10

chamados de hidrodinmicos, e podem ser classificados em simplificados

ou completos, de acordo com a considerao ou no dos termos da

equao do momento. Se forem desprezados os termos de inrcia e

presso, tem-se o modelo da onda cinemtica, onde se tem a

desvantagem da impossibilidade de simular fenmenos tais como efeitos

de jusante sobre o escoamento. Nestas situaes pode ser utilizado um

modelo de difuso, negligenciando somente os termos de inrcia na

equao da continuidade. Este modelo, porm, segundo Tucci (2001),

no deve ser utilizado quando h grande variao espacial e temporal da

velocidade no sistema. Os modelos anteriores tambm so chamados de

hidrodinmicos simplificados.

Os modelos que resolvem as equaes em sua forma completa so

chamados de hidrodinmicos completos, podendo representar com

preciso os fenmenos mais importantes do escoamento em canais.

Vieira da Silva et al (2003) citam que a comparao entre os modelos

simplificados e completos importante no processo de escolha e envolve

propriedades como preciso, facilidade de aplicao, uso e objetivo dos

resultados, base de dados existentes, economia e outros fatores.

Entretanto quaisquer que sejam os critrios na deciso sobre qual modelo

utilizar, o uso de modelos baseados na soluo das equaes completas

de Saint Venant sempre fornecer resultados mais confiveis.

2.6. Fundamentos tericos dos modelos hidrodinmicos completos

Os modelos hidrodinmicos constituem um sistema de equaes

de derivadas parciais de primeira ordem, quase-linear e do tipo

hiperblico, no existindo soluo analtica para o mesmo (Cirilo et al,

2003). Assim se faz necessrio utilizao de solues aproximadas,

geralmente realizadas atravs de mtodos numricos. No sendo o

objetivo da pesquisa o desenvolvimento de um modelo hidrodinmico de

redes de condutos e sim sua utilizao na avaliao de um sistema de

11

drenagem, o contedo deste item toca somente nos fundamentos

principais dos mtodos de resoluo das equaes de Saint Venant, de

forma simplificada e informativa.

2.6.1. Mtodos de soluo

A forma mais utilizada para soluo das equaes de Saint Venant

atravs de mtodos numricos baseados nas aproximaes por

diferenas finitas, que podem ser explcitos ou implcitos. Para que a

representao do sistema por um esquema de diferenas finitas seja

adequada, certas propriedades no esquema numrico so fundamentais.

A estabilidade, segundo Wrobel (1989), uma propriedade

fundamental relacionada com o esquema de integrao no tempo.

Quando um mtodo numrico instvel, qualquer perturbao como erros

de truncamento da srie de Taylor ou erros de arredondamento podem

crescer levando a soluo das equaes diferenciais a valores absurdos.

Na prtica, considerando que as equaes diferenciais do escoamento

envolvam duas variveis independentes t (tempo) e x (espao), so

utilizadas condies de estabilidade que impem um limite superior no

espaamento (x) dos valores de x e no incremento de tempo (t) utilizados no clculo (DID, 2000). A condio de estabilidade para os

esquemas explcitos geralmente definidas pelo critrio de Courant,

definido como:

5.0)gh(Vtx +

(3) onde V=velocidade do escoamento (m/s); g=acelerao da gravidade

(m2/s); h=profundidade do escoamento (m).

Segundo Schmitt (1986) em um esquema explcito as variveis

desconhecidas no intervalo de tempo atual so derivadas das variveis no

intervalo de tempo anterior. Dessa forma, a aproximao conduz a

solues algbricas mais simples, porm incondicionalmente instveis do

12

ponto de vista numrico (Cirilo et al, 2003). Ji (1998) afirma ainda, que

estes esquemas requerem um pequeno intervalo de tempo e um

comprimento mnimo, tornando o processo exaustivo em alguns casos.

Nos esquemas implcitos, as variveis desconhecidas no intervalo

de tempo atual e anterior devem ser resolvidas simultaneamente. Desta

forma as variveis no podem ser escritas em funo exclusivamente dos

valores conhecidos. A soluo ento obtida para todas as variveis do

sistema atravs de equaes algbricas.

Vrias so as vantagens dos esquemas implcitos, a principal

segundo Vieira da Silva et al (2003), seria que as equaes resultantes

praticamente no apresentam problemas de instabilidade numrica,

permitindo quando necessrio utilizao de intervalos de tempo maiores

que os esquemas explcitos.

Ji (1998) afirma que as pesquisas realizadas envolvendo

diferentes esquemas mostram que os esquemas implcitos so os mais

sofisticados, sendo o esquema implcito de quatro pontos de Preissmann

o geralmente adotado em modelos de redes de condutos. Existem ainda

muitos modelos desenvolvidos utilizando-se esquemas implcitos

alternativos, como os esquemas de seis pontos de Abbott e Ionescu

(Cunge, 1980) e um esquema semelhante desenvolvido pelo Delft

Hydraulics Laboratory (Cunge, 1980).

A soluo dos sistemas de equaes resultantes da aplicao dos

esquemas implcitos de diferenas finitas recai geralmente em uma

matriz do tipo banda, podendo ser resolvida pelo mtodo generalizado

de Newton-Raphson ou pelo processo de dupla varredura. Entretanto,

Villanueva (1990) cita que para redes complexas as matrizes resultantes

no so banda como nos trechos mais simples e sim esparsas,

necessitando mtodos especficos de soluo.

Por fim, as equaes de Saint Venant, como equaes diferenciais

parciais, necessitam ainda de valores iniciais e valores de contorno para

garantia e unicidade da soluo. As condies iniciais podem ser

13

representadas, por exemplo, por condies de escoamento uniforme.

Atualmente muitos modelos de drenagem urbana tm utilizado como

condio inicial introduo artificial de uma lmina de gua mnima, com

profundidade variando entre 0,5 e 5% da dimenso caracterstica do

conduto, podendo ser ou no subtrada do hidrograma final para no

afetar o balano do volume da simulao.

As condies de contorno, por sua vez, so informaes

necessrias para soluo das equaes do escoamento para cada

conduto ou canal entre dois ns, simultaneamente na entrada e na sada

do conduto. Podem ser definidas basicamente como relaes entre duas

variveis, como por exemplo, vazo em funo do tempo (hidrograma),

vazo em funo da cota (curva-chave) ou cota em funo do tempo

(cotagrama).

2.7. Evoluo dos modelos hidrodinmicos de redes de drenagem pluviais

Os primeiros modelos hidrodinmicos de simulao de redes de

condutos surgiram no final da dcada de 60. Especialmente nesta

dcada, surgiram vrios trabalhos no intuito de validao das equaes

de Saint Venant para utilizao em modelos de propagao do

escoamento em redes de condutos. Dentre eles podem ser citados os

trabalhos de Harrison (1964), Mitchel (1967) e Yevjavich & Barnes (1970)

apud Sivaloganathan (1982). Alguns modelos de redes surgiram como

modificaes de modelos hidrodinmicos para simulao do escoamento

em rios, outros foram concebidos especificamente para simulao em

redes de drenagem.

Os modelos para computador surgiram somente na metade da

dcada de 70 e efetivamente no incio da dcada de 80, desenvolvidos

primeiramente pelas agncias governamentais americanas, como a EPA

(Agncia de Proteo Ambiental Americana). A principal limitao nesta

14

fase de evoluo dos modelos foi a limitao computacional. Os primeiros

computadores tinham uma capacidade de processamento pequena, e a

resoluo dos sistemas de equaes dispensava um tempo precioso,

principalmente quando era necessrio avaliar sistemas com um grande

nmero de elementos (condutos, poos de visitas, etc...). Desta forma, o

tempo de simulao era um fator relevante e em certos casos

determinante sobre a escolha do tipo de esquema a ser utilizado para

resoluo das equaes do escoamento.

Na metade da dcada de 80 os modelos de drenagem urbana

comearam a se tornar mais robustos, desenvolvidos por instituies

particulares da Europa, no intuito de criar pacotes comerciais. Chorin

apud Abbott (1987) estimaram que o comrcio com os modelos

computacionais de dinmica dos fludos fez girar cerca de um bilho de

dlares nessa dcada e aumentaria substancialmente nos anos 90. Neste

perodo tambm se introduziu a idia que se concretizaria na dcada

seguinte, de integrao dos modelos de drenagem urbana com o Sistema

de Informaes Geogrficas (SIG).

A partir da dcada de 90, com a proliferao dos computadores

pessoais e o rpido avano da informtica, tornou-se possvel para

qualquer engenheiro o uso de modelos extremamente avanados para

propsitos que variavam desde a anlise de simples condutos individuais

at a anlise de sistemas de drenagem urbana de cidades inteiras (DID,

2000). Nesta dcada a integrao com o SIG se tornou uma realidade.

Um dos primeiros artigos apresentados neste sentido foi publicado por

Elgy et al (1993), onde foi apresentada uma metodologia para aquisio

de dados espaciais a partir do SIG e criao automtica de arquivos de

entrada para modelos de drenagem urbana.

Hoje, a maioria dos modelos de drenagem urbana se apresentam na

forma de aplicativos comerciais, para gerenciamento integrado e controle

da drenagem urbana. Os aplicativos so constitudos por vrios modelos,

chamados de mdulos, que podem operar individualmente ou de forma

15

integrada aos outros mdulos, com exceo dos mdulos de

transformao chuva-vazo e propagao do escoamento na rede,

fundamentais para outras rotinas. Alm da anlise do escoamento,

incluem a transformao chuva-vazo atravs de diversos modelos

hidrolgicos, permitem anlise qualitativa do escoamento, avaliao do

transporte de sedimentos na rede, operao do sistema com bombas,

vertedores e orifcios, bacias de deteno, medidas no-estruturais de

controle do escoamento, simulao da operao de estaes de

tratamento, demarcao de reas inundveis, simulao e previso em

tempo-real, ferramentas para anlise estatstica dos resultados e de

apresentao de mapas, e a maioria possui total integrao com o SIG.

Entretanto, mesmo com a indiscutvel evoluo dos modelos de

drenagem urbana, alguns pesquisadores criticam o modo como vem

ocorrendo. Na viso de Maksimovic (2001), os modelos parecem ter

alcanado um estgio de avano no qual a maioria dos pesquisadores

parece ter perdido o entusiasmo para promover uma melhoria concreta

nos seus fundamentos tericos, necessria diante da complexidade do

ambiente urbano. Grficos poderosos e imagens coloridas no contribuem

de forma efetiva para a evoluo do modelo se a modelagem dos

processos fsicos no for melhor estudada, visto que a maioria dos

modelos atuais so adaptaes de teorias e modelos criados nas

dcadas anteriores.

Baptista & Matos (1994) apud Neves (2000) citam alguns requisitos

bsicos que atualmente devem ser atingidos por um modelo para que o

mesmo atinja um reconhecimento maior. Entre eles devem estar rigor de

clculo, facilidade de alterao de dados, algoritmos de deteco de

erros, facilidade de interpretao de dados e facilidade de uso. Segundo

Maksimovic (2001) muito importante a avaliao do comportamento dos

modelos em regies climticas especficas diferentes das de sua

concepo. Ele cita alguns aspectos que devem ser considerados

atualmente no processo de evoluo dos modelos de drenagem urbana:

16

Captura, filtragem, compactao e processamento de dados de alta resoluo espacial obtidos por sensoriamento remoto, permitindo uma

melhor representao da superfcie e do uso do solo;

Anlise do efeito da manuteno e gerenciamento de prticas (degelo, limpeza de bocas-de-lobo, lavagem de ruas e etc...) na qualidade

da gua;

Anlise dos efeitos de medidas de controle do escoamento na fonte.

Outro aspecto que vem sendo atualmente incorporado ao processo

de modelagem da drenagem urbana o conceito aqui denominado de

drenagem integrada (Dual-Drainage, originalmente), apresentado no

item 2.7.1.

2.7.1. Conceito de drenagem integrada (Dual Drainage) aplicado aos modelos de drenagem urbana

Segundo Djordjevic et al (1999) um modelo de drenagem integrada

possui duas partes interativas, ou duas redes. A parte subterrnea

consiste na rede de condutos pluviais, constituda por poos de visita,

bocas-de-lobo e estruturas de controle. A parte superficial formada por

canais naturais, reas de reteno do escoamento em depresses do

terreno ou estruturas de controle artificiais. Os resultados das simulaes

do modelo so os hidrogramas de sada da rede de condutos, o volume

de gua que deixa o sistema ou fica armazenado em reas de reteno e

os nveis de inundao na superfcie. A figura 2 ilustra o funcionamento

de um modelo de drenagem integrada.

Embora os modelos de drenagem urbana tenham comeado a

utilizar os conceitos de drenagem integrada a partir da dcada de 90, com

a efetiva introduo do SIG, os primeiros trabalhos com esse propsito

foram realizados pouco antes da dcada de 80. No incio da dcada de 80

Wisner & Kassen (1982) apresentaram um modelo hidrodinmico

17

simplificado, desenvolvido pela Universidade de Ottawa (OTTSWMM),

que utilizava o modelo da onda cinemtica para propagao do

escoamento em ruas e na microdrenagem.

Era composto por quatro sub-modelos: o de transformao chuva-

vazo (escoamento superficial), um modelo para propagao do

escoamento na microdrenagem e ruas e um modelo especfico para

considerar a capacidade de engolimento das bocas-de-lobo, de modo a

permitir a interao os dois sub-modelos anteriores.

Microdrenagem

Macrodrenagem

Alagamento

reas Permeveis

Rio

reas Impermeveis

Boca-de-lobo

Precipitao Intensa

Corpo Receptor

Fluxo Bi-direcional

Fluxo Bi-direcional

Sarjeta

FIGURA 2. Conceito de drenagem integrada (Dual drainage)

Djordjevic et al (1999) apresentou um artigo utilizando conceitos

semelhantes aos de Wisner & Kassen (1982), porm com uma descrio

detalhada da superfcie atravs da utilizao de ferramentas de

geoprocessamento. Desta forma foi possvel considerar o armazenamento

do escoamento em depresses no terreno, ruas, reservatrios e reas de

inundao, atravs da construo do modelo numrico do terreno (MNT),

numa conexo bidirecional entre o sistema de condutos e a superfcie do

terreno.

18

2.8. Modelos e aplicativos para simulao de drenagem urbana

O objetivo deste tpico promover informaes gerais de alguns

modelos e aplicativos de drenagem urbana atualmente utilizados. Os

modelos citados aqui foram em sua maioria desenvolvidos at a dcada

de 80, quase que exclusivamente para simulao da propagao em

redes de condutos e transformao chuva-vazo de forma simplificada,

com algumas excees. Hoje a maior parte desses modelos integra

aplicativos multidisciplinares para simulao da drenagem urbana.

Os modelos, segundo Villanueva (1990), podem ser classificados

utilizando o conceito de mtodo de verificao, que divide os modelos

hidrodinmicos em completos e simplificados.

2.8.1. Modelos simplificados de verificao

Os modelos de verificao simplificados so aqueles que utilizam

algum mtodo de propagao na rede baseando-se em simplificaes

dos termos das equaes do escoamento ou anlise grosseira do

escoamento sob presso. Dentro dessa classificao podem ser citados

os modelos ISS (Sevuk & Yen, 1982), INSTDY (Book (1980) apud Bron

& Richard (1982)), OTTSWMM (Wisner & Kassen, 1982), SURKNET

(Pansic & Yen, 1981), HAMOKA (Schimdt, 1986) e os modelos de Dale et

al (1981), Sivaloganathan (1982), Pinkayan (1972) e Joliffe (1981).

2.8.2. Modelos completos de verificao

Os modelos completos de verificao resolvem as equaes

completas de Saint Venant e so capazes de representar a maioria dos

fenmenos que ocorrem na propagao do escoamento em condutos,

especialmente em condies crticas, tal como inverses de fluxo, efeitos

de jusante e escoamento sob presso. A maioria adota esquemas

19

implcitos para soluo das equaes completas e utiliza a fenda de

Preissman para simulao do escoamento sob presso. Como exemplo

podem ser citados os modelos SUPERLINK (Ji, 1998), DAGVL-A

(Sjberg, 1981), S11S (Abbott, 1982), CAREDAS (Chevereau, 1978), e os

modelos de Song et al (1983), Toyokuni & Watanabe (1986) e Neves

(2000).

2.8.3. Aplicativos

Os aplicativos promovem uma anlise abrangente nos vrios

campos da drenagem urbana, integrando a modelagem do escoamento

superficial, propagao em redes de condutos, simulao da qualidade da

gua e transporte de sedimentos, atravs da vinculao de diversos

modelos sob uma mesma plataforma numa estrutura modular.

Fundamentalmente a maioria dos aplicativos apresentados neste item

adotam teorias semelhantes, porm no idnticas. A seguir so

apresentados alguns aplicativos que atualmente tm sido utilizados.

2.8.3.1. SWMM (EPA )

O SWMM (Storm Water Management Model), da Agncia de

Proteo Ambiental Americana (EPA), surgiu no final da dcada de 60,

entre 1969 e 1970, desenvolvido pelos pesquisadores Metcalf e Eddy, a

Water Resources Engineers e a Universidade da Flrida, sob comando e

superviso da EPA. Foi o primeiro modelo computacional para anlise

quali-quantitativa associada ao escoamento gerado em reas urbanas,

desenvolvido em 5 verses principais (v.1-1970, v.2-1975, v.3-1981, v.4-

1988 e v.5-2003) at sua ltima atualizao em junho de 2003, dando

origem a verso 5.

At os dias de hoje, o SWMM o aplicativo mais utilizado para

simulao da drenagem urbana, principalmente por ser de domnio

20

pblico e ter seu cdigo de programao aberto, permitindo modificaes

ao longo dos ltimos 30 anos. O aplicativo permite anlise quali-

quantitativa dos problemas relacionados drenagem e a investigao de

alternativas de controle do escoamento, fornecendo subsdios para

estimativas de custo para estruturas de armazenamento e tratamento. As

solues adotadas podem ser avaliadas atravs de simulaes que

fornecem como resultados hidrogramas, polutogramas e cargas de

poluentes.

A estrutura do aplicativo dividida em 10 mdulos, 4 mdulos

principais chamados de blocos computacionais (Runoff, EXTRAN,

Storage/Treatment e Receiving water), e 6 mdulos auxiliares (Executive,

Graph, Combine, Rain, Temp e Statistics), chamados de blocos de

servio. A figura 3 apresenta a estrutura e a inter-relao entre os

mdulos do aplicativo.

BlocoExecutive

Executive

Statisics

Graph

Combine

Rain

Temperature

Transport

Extran

Mdulos de Servio Mdulos Computacionais

Statistics

Graph

Rain

Temperature

Runoff

Storage/Treatment

FIGURA 3. Relao entre os mdulos estruturais do SWMM. (Modificado de Huber & Dickinson (1992))

Os mdulos computacionais so os responsveis pelas principais

rotinas de clculo do aplicativo, como transformao chuva-vazo,

propagao na rede, rotinas envolvendo o clculo de cargas de poluentes

e simulao de estruturas de controle quali-quantitativo do escoamento,

21

sendo auxiliados pelos mdulos de servio. Os mdulos de servio

possuem funes diversas, como organizao da ordem das simulaes

(Executive), dos dados de precipitao (Rain) e temperatura (Temp),

apresentao de grficos (Graph) e anlise estatstica (Statistics) dos

resultados. Por serem os de maior interesse neste estudo, os mdulos

computacionais Runnoff e EXTRAN sero descritos com mais detalhe a

seguir.

O mdulo Runoff permite a simulao quali-quantitativa do

escoamento gerado em reas urbanas e sua propagao na superfcie ou

atravs de canais de forma simplificada. O mdulo processa suas rotinas

com base em dados de precipitao ou neve, simulando degelo,

infiltrao em reas permeveis (modelos de Horton ou Green Ampt),

deteno na superfcie, escoamento na superfcie e em canais, podendo

ser utilizado para simulaes de eventos isolados ou contnuos.

A bacia representada na forma de um conjunto de sub-bacias e

canais de propagao interconectados. A rea de cada sub-bacia

subdividida em trs sub-reas: impermevel com armazenamento,

permevel com armazenamento e permevel sem armazenamento. O

escoamento superficial obtido atravs de um reservatrio no-linear

para cada sub-rea representado pela combinao das equaes de

Manning e da continuidade, resolvidas pelo processo iterativo de Newton-

Raphson. As informaes bsicas para simulao hidrolgica chuva-

vazo so, alm dos dados de precipitao, rea da sub-bacia, largura

representativa da sub-bacia, coeficiente de rugosidade de Manning,

declividade da sub-bacia, altura do armazenamento em depresses e

parmetros de infiltrao.

O mdulo de propagao do escoamento em redes de condutos

Extran (Extended Transport) foi desenvolvido na cidade de San Francisco

(USA), em 1973, e chamado originalmente de San Francisco model,

sendo adicionado ao SWMM a pedido da EPA em 1974. Como o prprio

nome sugere, o mdulo foi introduzido no intuito de promover uma forma

22

de propagao alternativa a proposta pelo mdulo Transport (baseado no

modelo da onda cinemtica), que adicionalmente considerasse os

fenmenos mais complexos no escoamento, principalmente o

escoamento sob presso.

O Extran um modelo hidrodinmico de propagao do escoamento

em redes de condutos ou canais de macrodrenagem. Resolve as

equaes completas de Saint Venant para as variveis vazo e cota

piezomtrica utilizando um esquema explcito adiantado no tempo,

segundo o mtodo de Euler modificado. Intervalos de tempo de 5 a 60

segundos so utilizados nas simulaes, fazendo com que o tempo de

simulao seja uma varivel importante no uso do modelo (Roesner et al

(1988)).

A representao da rede baseada no conceito de vnculos e ns

(link-node concept), o qual no limita a aplicao do modelo a sistemas

de drenagem de forma dendrtica. O programa pode simular redes

multiplamente conectadas, efeitos de jusante, fluxo reverso, escoamento

superfcie livre ou sob-presso, atravs de vertedores, orifcios ou

conjunto de bombas, canais naturais (geometria irregular) ou com

geometrias prismticas.

Segundo Neves (2000), o escoamento sob presso simulado pelo

EXTRAN assumindo que a soma dos fluxos entrando igual a dos fluxos

saindo em ns (poos-de-visita) com sobrecargas, sendo utilizado um

procedimento iterativo para balancear os fluxos dentro da poro em

sobrecarga da rede de condutos.

Roesner et al (1988) cita que o mdulo EXTRAN possui algumas

limitaes, que se no forem consideradas pelo usurio, podem

proporcionar uso incorreto ou causar erros no clculo das vazes e

profundidades do escoamento, como:

As perdas de carga nos poos de visita no so explicitamente calculadas, e se refletem nos valores do coeficiente de Manning dos

canais e condutos;

23

Mudanas na profundidade de escoamento devidas a contraes ou expanses so desconsideradas;

Problemas de instabilidades podem ocorrer em ns que contenham estruturas como vertedores nas situaes de sobrecarga do

sistema.

Alm das limitaes citadas, algumas desvantagens so evidentes

na utilizao do aplicativo. O programa foi desenvolvido em linguagem

Fortran, roda no ambiente DOS e necessita extensos arquivos de entrada

com configuraes complexas, dificultando sua utilizao. Recentemente

a EPA, acompanhando o processo de evoluo dos aplicativos,

apresentou o SWMM na verso 5, em fase de testes. A nova verso foi

programada em linguagem orientada a objeto com intuito de tornar a

interface do software mais amigvel a seus usurios e permitir uma futura

integrao com o SIG.

Alm da EPA, empresas que trabalham no desenvolvimento de

aplicativos j realizaram modificaes no SWMM, a maioria promovendo

integrao com o ambiente SIG ou CAD, incluindo ferramentas de

apresentao dos resultados e melhoria na capacidade do banco de

dados do aplicativo. Alguns aplicativos desenvolvidos neste sentido so o

PCSWMM (Computacional Hydraulics Int. ),

XPSWMM (XP Software ) e o MIKE SWMM

(DHI Water&Environment ).

2.8.3.2. InfoWorks CS v.4.0 (Wallinford Software < http://www.wallinfordsoftware.com>)

O InfoWorks CS a oitava verso resultante de uma srie de

implementaes que ocorreram ao longo dos anos. Surgiu inicialmente

como um aplicativo para anlise do escoamento em rede de condutos

chamado Mainframe WASSP, em 1982. A partir desta data, o modelo

recebeu vrias alteraes em sua estrutura, para simulao de um

24

nmero cada vez maior de ns (poos de visita) e incluso de rotinas para

simulao da qualidade da gua e integrao com o SIG, at sua ltima

atualizao em 2001 dando origem ao InfoWorks CS v.4.0.

A base operacional do aplicativo est fundamentada em sua quinta

verso, o HydroWorks PM (1994). O HydroWorks possui sua estrutura

dividida em 5 mdulos principais para estimativa da carga de lavagem,

simulao da qualidade da gua na rede, construo de hietogramas de

projeto, transformao chuva-vazo e propagao na rede de condutos e

canais. O mdulo chuva-vazo se divide em dois: um para separao do

escoamento e outro para propagao na superfcie. A separao do

escoamento pode ser feita por seis modelos: Horton, Green-Ampt, Soil

Conservation Service (USA) e mais trs modelos que utilizam coeficientes

baseados nas caractersticas da superfcie do solo. A propagao

superficial do escoamento pode ser feita atravs de cinco modelos:

Double linear reservoir, Large contributing area, SPRINT, Desbordes

runoff model e SWMM runoff model.

O mdulo de propagao do escoamento resolve as equaes de

Saint Venant em sua forma completa atravs do esquema implcito de

Preissmann, permitindo simular qualquer tipo de rede. Wallinford Software

(1994) comenta que h dois principais problemas numricos devido

utilizao do esquema de Preissman: na transio entre o escoamento

subcrtico e supercrtico e na representao do escoamento quando h

perodos de estiagem. No primeiro caso utilizado uma transio gradual

entre os dois regimes, com simplificao dos termos de inrcia das

equaes de Saint Venant, e no segundo o modelo adota uma vazo de

base correspondente a uma lmina dgua mnima de 5% da dimenso

vertical do conduto ou canal, posteriormente retirada para no afetar o

balano do volume na simulao. Os termos de atrito das equaes do

escoamento podem ser representados alternativamente pela equao de

Manning ou Colebrook-White. A interferncia da deposio de sedimentos

no escoamento tambm pode ser considerada pelo aplicativo, porm no

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tem um modelo especifico para simulao do transporte de sedimentos na

rede.

2.8.3.3. SOBEK-Urban v.2.8 (WL | DELFT Hydraulics )

O aplicativo SOBEK foi desenvolvido pelo instituto holands WL |

Delft Hydraulics em parceria com Instituto Holands de Gerenciamento e

de guas Interiores e Tratamento de guas Servidas (Dutch Institute of

Inland Water Management and Wastewater Treatment (RIZA)) e

empresas holandesas de consultoria em recursos hdricos (WL | DELFT

Hydraulics, 2004). O SOBEK-Urban um software de dimensionamento e

verificao de redes de condutos, podendo simular redes multiplamente

conectadas (at 25.000 condutos), efeitos de jusante, inverses de fluxo,

fluxo sob presso, operao de bombas, vertedores e comportas, bueiros,

orifcios, vlvulas com sifo, deposio de sedimentos na rede, operao

de sistemas em tempo-real e realiza a simulao hidrolgica chuva-vazo

para vrios tipos de superfcies pavimentadas e no-pavimentadas. O

programa pode ainda funcionar em conjunto com dois outros aplicativos,

SOBEK-Rural e SOBEK-River, que incluem simulao hidrolgica chuva-

vazo contnua, operao mltipla de reservatrios, ferramentas para

anlise e controle de cheias, estudo envolvendo qualidade da gua e

transporte de sedimentos em rios.

O aplicativo dividido em 3 mdulos principais: Rainfall Run-off,

Water Flow e Real Time Control. O mdulo Rainfall Run-off faz a

transformao chuva-vazo aplicada a vrios tipos de superfcies como

telhados, ruas e reas de estacionamentos, utilizando o mtodo racional

integrado com o modelo de infiltrao de Horton. Para simulao de

processos mais detalhados incluindo reas permeveis ou rurais,

industriais, com estruturas de controle do escoamento e integrao com o

escoamento subterrneo pode-se optar pela integrao com o aplicativo

26

SOBEK-Rural.

O mdulo Water Flow propaga o escoamento na rede de condutos.

Resolve as equaes completas de Saint Venant atravs do esquema do

Delft Hydraulics Laboratory permitindo a simulao de inundaes no

sistema, escoamento supercrtico sem simplificao das equaes,

simulao de redes multiplamente conectadas e ressaltos hidrulicos,

garantindo a soluo para cada intervalo de tempo atravs de um

algoritmo que adapta o intervalo de tempo a certas condies de fluxo.

O escoamento sob presso no aplicativo simulado atravs de um

mtodo que envolve o armazenamento no poo de visita, mas que

segundo os autores produz resultados similares aos obtidos com a

introduo da fenda de Preissmann. Para a soluo das equaes do

escoamento, os termos que expressam as foras de atrito podem ser

calculados por vrias metodologias, atravs da equao de Chezy,

Manning, Nikuradse, Strickler ou White-Colebrook por Bos-Bijkerk. O

transporte de sedimento na rede pode ser calculado alternativamente

atravs dos mtodos de Van Rijn e Frijlink.

Umas das vantagens do aplicativo possuir um mdulo para

simulao do escoamento na superfcie em duas dimenses, permitindo

tambm que arquivos sejam importados ou exportados para trabalhar com

aplicativos de SIG.

2.8.3.4. MOUSE v.2003 (DHI Water&Environment )

O aplicativo MOUSE (Modelling of Urban Sewer) teve sua origem no

modelo hidrodinmico S11S (System 11 Sewer), baseado em uma

adaptao do modelo original S11 (System 11) desenvolvido na dcada

de 70 para anlise do escoamento em corpos dgua naturais por A.

Vervey e A. Kej (Abbott et al, 1982). O S11S, adaptado para aplicao em

redes de esgoto e drenagem urbana, deu origem posteriormente a

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primeira verso do MOUSE, a verso 1.0, desenvolvida em parceria pela

Universidade Tcnica da Dinamarca, as companhias Kruger, PH-Consult,

Emolet data A/S e pelo Danish Hydraulic Institute (Mark, 2003).

O MOUSE se destaca principalmente entre os aplicativos atualmente

utilizados, por apresentar propriedades que simplificam seu uso e o

tornam mais operacional, atravs de melhorias em sua interface grfica

facilitando a entrada e modificao de sries de dados, alm de contar em

sua estrutura com algoritmos para deteco de erros devido incoerncia

ou ausncia de dados ou parmetros.

Na verso atual, o aplicativo organizado em 13 mdulos para

simulao hidrolgica chuva-vazo, propagao do escoamento, da

qualidade da gua, transporte de sedimentos, simulao de sistemas em

tempo real, anlise estatstica dos dados de sada e ferramentas para

apresentao dos resultados.

O mdulo de propagao na rede (MOUSE HD) utiliza o esquema

implcito de seis pontos de Abbott & Ionescu para resoluo das

equaes do escoamento em uma dimenso e permite simulao de

redes multiplamente conectadas com nmero ilimitado de ns, canais e

condutos com vrias geometrias, escoamento sob presso, inverses de

fluxo, condutos com coeficiente de atrito varivel e efeitos de jusante,

alm de vertedores, orifcios, operao de conjunto de bombas e bacias

de deteno, com total integrao com o SIG. Permite simulao de

rotinas de qualidade da gua, transporte de sedimentos e simulao de

inundaes propagadas em duas dimenses atravs do MNT, por meio

da integrao com o aplicativo MIKE 21. O modelo ainda possui

ferramentas para redimensionamento automtico da rede e algoritmo de

tempo auto-adaptvel, utilizado para otimizao e acelerao do tempo

da simulao.

A transformao chuva-vazo pode ser feita atravs de 4 modelos, o

mtodo tempo-rea (modelo A), o modelo da onda cinemtica (modelo B),

o modelo reservatrio linear (modelos C1 e C2) e o hidrograma unitrio.

28

Adicionalmente, o mdulo RDII pode simular processos como degelo,

evapotranspirao, armazenamento superficial, sub-superficial e

subterrneo para simulaes contnuas de longo perodo. O mdulo

MOUSE TRAP para transporte de sedimentos inclui a simulao por 4

mtodos: Ackers-White, Engelund-Hansen, Engelund-Fredse e Van Rijn.

2.8.3.4.a. Algumas aplicaes do MOUSE

Mark et al (2001) utilizou o software MOUSE para avaliar a

aplicabilidade da modelagem do escoamento em uma dimenso integrada

ao SIG, na simulao dos alagamentos que ocorrem na cidade de Dhaka,

em Bangladesh. A cidade de Dhaka protegida das cheias do rio que a

circunda atravs de um dique. Na maior parte do perodo durante a

estao de mones, o nvel do rio atinge cotas superiores s da cidade.

Este fato tem implicaes drsticas na drenagem da rea, que depende

fundamentalmente da diferena de cota entre o nvel do rio e do sistema

de drenagem para transporte do escoamento superficial gerado na rea

urbana.

O objetivo principal dos autores foi primeiramente a simulao do

escoamento simultaneamente atravs da rede de condutos e ruas, numa

conexo bi-direcional. O objetivo secundrio foi demonstrar a aptido da

metodologia de aplicao, na reproduo dos efeitos causados pelas

inundaes que ocorreram no perodo de setembro e outubro de 1996.

As simulaes preliminares do estudo foram efetuadas utilizando

dados de precipitao observados no perodo de 16 a 19 de setembro de

1996. Os resultados obtidos pelos autores foram avaliados segundo

mapas de inundao em 3 dimenses gerados por rotinas de interpolao

do aplicativo integrado ao SIG. Comparaes entre os resultados das

simulaes com as melhores informaes disponveis de inundao da

cheia de setembro de 1996 mostraram que a metodologia aplicada no

trabalho produz bons resultados, e pode ser aplicada em reas com

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problemas similares de inundao. Em etapas futuras sero avaliados os

dados necessrios para calibrao e verificao de modelos de

inundao urbana alm do efeito de processos como evaporao e

infiltrao no cenrio de inundaes.

Apirumanekul & Mark (2001) empregaram uma metodologia

semelhante anterior na mesma rea utilizando a integrao entre os

aplicativos MOUSE e MIKE11 GIS, este ltimo utilizado para otimizar o

procedimento de extrao de dados do MDT. Os objetivos principais

foram a avaliao dos resultados da simulao da cheia de setembro de

1996 na situao atual e com alternativas para soluo do problema de

inundaes, atravs da introduo de galerias, canais abertos e bombas

no sistema. A simulao dos cenrios permitiu avaliar a reduo da

profundidade e do tempo de permanncia do alagamento nas ruas. De

acordo com os resultados das simulaes, os nveis de inundao nas

principais ruas diminuram em mdia 27% e o tempo de permanncia em

mdia 26%.

Tomicic et al (1999) utilizou o aplicativo MOUSE em um estudo de

mitigao de alagamentos em Playa de Gandia, na regio costeira do mar

mediterrneo, na Provncia de Valncia na Espanha. A localidade de

Playa de Glandya tem aproximadamente 189 ha de rea intensivamente

urbanizada e drenada por complexo sistema de drenagem combinado,

com condies de drenagem gravitacional desfavorveis, incluindo

estaes de bombeamento que recalcam o esgoto para uma ETE. A

regio sofre com dois problemas principais: freqentes inundaes das

ruas da cidade e poluio das praias e da regio do porto, devido ao

transbordamento do CSO (Combined Sewer Overflow) nos perodos de

chuvas intensas. Conforme os autores, os alagamentos so decorrentes

exclusivamente do sub-dimensionamento da rede de drenagem, que nas

ruas atingem nveis superiores a 50 cm.

Para simulao do sistema a rea de 189 ha foi divida em 320 sub-

bacias, subdividas em reas que englobam as quadras e caladas e

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reas correspondentes superfcie das ruas. O modelo de propagao do

escoamento foi construdo em duas camadas, compreendendo o

escoamento realizado nas ruas e na rede de condutos numa conexo bi-

direcional.

Como resultado das simulaes os autores identificaram uma srie

de medidas estruturais e operacionais necessrias ao sistema. A

introduo das estruturas nos cenrios simulados diminuiu

acentuadamente os nveis de inundao e o tempo de permanncia das

inundaes, especialmente na soluo completa.

Meller et al (2003) aplicou o modelo MOUSE em conjunto com o

modelo hidrolgico chuva-vazo IPH II em uma pequena bacia

hidrogrfica em Santa Maria-RS, com intuito de calibrar e avaliar dos

mdulos do aplicativo para 5 eventos que no superassem a capacidade

hidrulica de conduo da rede. Os autores obtiveram bons resultados na

calibrao, com coeficiente mdio de correlao maior que 0,91, e erros

mdios na vazo de pico e volumes calculados menores que 5 e 30%,

respectivamente.

2.9. Consideraes finais

De modo geral, se pode observar na reviso bibliogrfica o grande

av

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