Medições Hidráulicas em Colectores - Autenticação · e aos meus amigos de longa data Rita Coelho, Tiago Moura, Gonçalo Lopes, Luís Gonçalves, Sara Silva e Carlota Dias pelos

Medições Hidráulicas em Colectores

Estratégias para Implementação de Campanhas em Tempo de Chuva

Ana Rita Botto Romero

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Civil

Orientadores: Prof.ª Doutora Filipa Maria Santos Ferreira

Prof.ª Doutora Rita Sofia Dias Salgado Brito

Júri: Presidente: Prof. Doutor António Alexandre Trigo Teixeira Orientador: Prof.ª Doutora Rita Sofia Dias Salgado Brito

Vogal: Prof.ª Doutora Susana Maria Melo Fernandes Afonso Lucas

Março 2014

ii

iii

AGRADECIMENTOS

A realização deste trabalho marca o final de uma etapa, em que muito contribuiu a ajuda de várias

pessoas.

Gostaria de expressar o meu agradecimento às orientadoras da presente dissertação, Professora

Filipa Ferreira e Professora Rita Brito, por toda a disponibilidade, apoio e simpatia transmitidos no

decorrer do trabalho, com as suas críticas construtivas e sugestões que foram sempre uma mais-valia.

O contributo do Engº José Pedro Matos foi fundamental para a realização deste trabalho, cujo

programa possibilitou todo o trabalho desenvolvido.

Agradeço também aos meus colegas Nuno Pimentel e Gaspar Queiroz pelo contributo que prestaram

e aos meus amigos de longa data Rita Coelho, Tiago Moura, Gonçalo Lopes, Luís Gonçalves, Sara

Silva e Carlota Dias pelos bons momentos passados.

Dedico este trabalho à minha mãe, por todo o apoio incondicional, incentivo e compreensão ao longo

de todos estes anos. Sempre acreditou em mim e sem ela não tinha conseguido. Agradeço também a

amizade da minha irmã e o apoio dos meus avós.

Ao Pedro, por toda a paciência, amor e companheirismo, e por acreditar no sucesso deste trabalho, o

meu obrigada por tudo.

iv

.

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RESUMO

Nos últimos anos, com a concentração da população em áreas urbanas, associada à crescente

impermeabilização de superfícies, tem-se verificado uma exigência acrescida aos sistemas de

drenagem, descarregando, por vezes, águas residuais não tratadas para o meio receptor, afectando o

ambiente e consequentemente a saúde pública.

A monitorização de caudais em redes de drenagem permite recolher informação essencial ao

cumprimento de níveis de desempenho de exploração, à definição de estratégias de gestão da rede e

à aferição de volumes transferidos entre entidades gestoras, para além de fornecer dados para o

auto-controlo de qualidade imposto por requisitos legais.

Em sistemas unitários é importante proceder à caracterização das afluências de origem pluvial,

nomeadamente em termos de volume gerado, de caudal de ponta ou de altura de escoamento, que

podem comprometer a operacionalidade da rede, afectar o meio receptor (por eventual ocorrência de

descarga com elevada carga poluente) ou condicionar o desempenho do sistema de tratamento a

jusante. O mesmo se verifica na operação de sistemas dimensionados como separativos domésticos

com afluências indevidas de caudais pluviais e de infiltração.

A determinação da magnitude do efeito das referidas afluências pluviais deve basear-se na medição

de caudais na rede, utilizando campanhas de curta duração. Na verdade, a duração da campanha é

um factor determinante para garantir a viabilidade técnica e financeira de um programa de

monitorização. É assim necessário especificar as características mínimas da campanha, para obter

uma caracterização adequada das afluências pluviais ao sistema.

Na presente dissertação é apresentada uma metodologia que visa a definição do número mínimo de

eventos a monitorizar em campanhas de curta duração, que garantam a adequada caracterização

dos caudais de tempo de chuva, no caso de sistemas separativos com afluências indevidas.

Procura-se que os parâmetros factor de ponta, volume gerado e altura de escoamento relativa,

estimados nas campanhas de curta duração, sejam idênticos aos determinados em campanhas de

longa duração. Esta metodologia foi aplicada ao sistema de drenagem da SANEST, S.A. com base

nos dados de monitorização recolhidos nos anos de 2006 e de 2008.

Palavras-chave: campanhas de curta duração; águas residuais; monitorização de caudais; tempo de

chuva.

vi

vii

ABSTRACT

In the last years, the increase of population concentration in urban areas and of imperviousness

surfaces, has led to an increased demand on the drainage systems, discharging sometimes untreated

wastewater into the receiving waters. These wastewater overflows affect the water quality and

therefore the public health.

Monitoring wastewater flow in drainage systems allows the collection of essential information, required

to meet performance standards, strategies for drainage system management, measure volumes

transferred between operators, and to provide data for the quality control imposed by legal

requirements.

In drainage systems it is important to characterize the source of the stormwater inflows and to

measure the hydraulic variables (particularly in terms of volume generated, peak flow or height flow),

which may compromise the operation of the system and affect the environment.

The evaluation of the effect of such stormwater's inflows should be based on data collected through

monitoring short-term campaigns. The duration of the campaign is a key factor for ensuring the

technical and financial feasibility of a monitoring program. It is therefore necessary to specify the

minimum requirements of the campaign, to get an adequate characterization of stormwater’s inflows’

system.

In this theses a methodology is presented that aims to define the minimum number of events in a

short-term monitoring campaigns, to ensure adequate characterization of wet weather flows in the

case of pseudo-separative systems. It is expected that the peak flow, the runoff generated volume and

the flow height obtained in the short-term campaigns are identical to those determined in the long-term

campaigns. This methodology was applied to the SANEST S.A. drainage system taking into account

monitoring data collected in 2006 and 2008.

Keywords: short-term campaigns; wastewater; flow monitoring; wet weather.

viii

ix

ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................ 1

1.1 JUSTIFICAÇÃO E PERTINÊNCIA DO TEMA ....................................................................................... 1

1.2 OBJECTIVOS DA DISSERTAÇÃO ........................................................................................................ 2

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO......................................................................................................... 3

2 PRINCÍPIOS GENÉRICOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DE CAMPANHAS DE MONITORIZAÇÃO ............ 5

2.1 ASPECTOS GERAIS ............................................................................................................................. 5

2.2 ENQUADRAMENTO LEGAL ............................................................................................................... 10

2.3 RELEVÂNCIA DA MONITORIZAÇÃO ................................................................................................. 16

2.3.1 MONITORIZAÇÃO ...................................................................................................................... 16

2.3.2 OBJECTIVOS DE UM PROGRAMA DE MONITORIZAÇÃO ...................................................... 17

2.3.3 ESTRUTURA DE UM PROGRAMA DE MONITORIZAÇÃO ....................................................... 18

2.3.4 SISTEMAS DE MEDIÇÃO........................................................................................................... 20

2.3.4.1 MEDIÇÃO DA PRECIPITAÇÃO .............................................................................................. 20

2.3.4.2 MEDIÇÃO DO CAUDAL ......................................................................................................... 23

2.3.4.3 INCERTEZA E ERROS........................................................................................................... 24

2.3.4.4 INCERTEZAS E ERROS NA MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO .............................................. 25

2.3.4.5 INCERTEZAS E ERROS NA MEDIÇÃO DE CAUDAL ........................................................... 27

3 METODOLOGIA PROPOSTA ...................................................................................................................... 28

3.1 BREVE INTRODUÇÃO À METODOLOGIA PROPOSTA .................................................................... 28

3.2 EDIÇÃO E VALIDAÇÃO DE DADOS ................................................................................................... 30

3.3 SÉRIE DE TEMPO DE CHUVA ........................................................................................................... 30

3.3.1 DEFINIÇÃO DA SÉRIE ............................................................................................................... 30

3.3.2 SEPARAÇÃO DE DIFERENTES PERÍODOS NUM ANO ........................................................... 32

3.4 SEPARAÇÃO DE EVENTOS DE PRECIPITAÇÃO ............................................................................. 32

3.5 HIDROGRAMA PADRÃO DE TEMPO SECO ..................................................................................... 34

3.5.1 DEFINIÇÃO DO HIDROGRAMA PADRÃO DE TEMPO SECO .................................................. 34

3.5.2 ESTUDO DA NORMALIDADE DAS AMOSTRAS ....................................................................... 36

3.6 SÉRIE DE EVENTOS DE CAUDAL ..................................................................................................... 37

3.7 PARÂMETROS HIDRÁULICOS DO ESCOAMENTO .......................................................................... 38

3.8 CURVAS DE PROBABILIDADE DE EXCEDÊNCIA DOS PARÂMETROS HIDRÁULICOS ................ 40

3.9 ESTIMATIVA DO NÚMERO MÍNIMO DE EVENTOS A MONITORIZAR ............................................. 42

4 APLICAÇÃO A UM CASO DE ESTUDO ...................................................................................................... 43

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO CASO DE ESTUDO: SISTEMA DE SANEAMENTO DA COSTA DO

ESTORIL ........................................................................................................................................................... 43

4.2 CARACTERIZAÇÃO DO REGIME DE PRECIPITAÇÃO NA ZONA DE LISBOA ................................ 48

4.3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS ............................................................................. 50

.......................................................................................................................................................................... 55

4.4 PRINCIPAIS CONCLUSÕES DO ESTUDO ........................................................................................ 58

5 SÍNTESE, CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES ................................................................... 59

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................................................... 61

x

ANEXOS ................................................................................................................................................ 67

ANEXO 1 - Programa que serviu de base ao estudo ........................................................................... 68

ANEXO 2 - Exemplos de eventos de caudal e de precipitação nos vários medidores em 2006. ....... 73

ANEXO 3 - Exemplos de eventos de caudal e de precipitação nos vários medidores em 2008. ....... 77

ANEXO 4 - Relação entre VE relativo e fp................................................................................................ 84

ANEXO 5 - Número mínimo de eventos necessários para caracterizar fp, VE e (h/D) para o ano de

2006 ....................................................................................................................................................... 85

ANEXO 6 - Número mínimo de eventos necessários para caracterizar fp, VE e (h/D) para o ano de

2008….…………………………………………………………………………………………………………..90

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 - Distribuição geográfica das entidades gestoras de serviços de drenagem de aguas

residuais em "alta" na RLVT (ERSAR, 2010 citado por ARSLVT, 2012). .............................................. 5

Figura 2.2 - Exemplos do estado de conservação de colectores (Carvalho, 2012). .............................. 9

Figura 2.3 - Válvulas elastoméricas do tipo bico-de-pato. a) Exemplo (Power Plant Supply Co., 2012 citado por David et al., 2012) b) Caso de aplicação (Ribeira da Laje, Oeiras, 2012). ................. 9

Figura 2.4 - Organização da Directiva Quadro da Água (Adaptado de Henriques et al., 2000). .......... 11

Figura 2.5 - Monitorização dos recursos hídricos (Adaptado de Pimenta et al., 1998). ....................... 16

Figura 2.6 - Dimensão espacial de um programa de monitorização (Adaptado de Bertrand Krajewski

et al., 2008). ........................................................................................................................................... 19

Figura 2.7 - Dimensão temporal de um programa de monitorização (Adaptado de Bertrand Krajewski

et al., 2008). ........................................................................................................................................... 19

Figura 2.8 - Coletores adequados para postos pluviométricos (WMO, 2008). ..................................... 21

Figura 2.9 - (a) Medidor standard; (b) "Tipping bucket" (Butler et al., 2011). ....................................... 22

Figura 2.10 - Udómetro instalado no SSCE. ......................................................................................... 22

Figura 2.11 - a) Disposição do equipamento de caudalímetria (Henriques et al., 2007). b)

Pormenor de um medidor de caudal instalado numa câmara de visita. ............................................... 23

Figura 2.12 - Esquema de propriedades metrológicas de um sistema de medição ............................. 25

Figura 2.13 - a) Medidor de precipitação incorporado com protector de vento (Adaptado de Räisänen

et al. (2005)) b) Software de medição. c) Pormenor do software instalado. ........................................ 26

Figura 3.1- Estrutura e metodologia adoptada. ..................................................................................... 29

Figura 3.2 - Exemplo de um hidrograma padrão registado num medidor de caudal. ........................... 35

Figura 3.3 - Exemplo de hidrograma padrão de tempo seco com a aplicação do filtro de Savitzky-

Golay. .................................................................................................................................................... 36

Figura 3.4 - Registo de um evento de caudal. ...................................................................................... 38

Figura 3.5 – Exemplo esquemático de um evento de caudal e de precipitação................................... 39

Figura 3.6 - Envolvente admissível das curvas de probabilidade de excedência, em termos de factor

de ponta. ................................................................................................................................................ 41

Figura 3.7- Combinações aleatórias em que o número de eventos de caudal é representativo da

totalidade da série. ................................................................................................................................ 42

Figura 4.1 – a) Localização do caso de estudo. b) Sistema multimunicipal de tratamento de águas

residuais da Costa do Estoril (Adaptado de Sanest, 2012). ................................................................ 44

Figura 4.2 - Emissário submarino na Guia na fase de construção (Sanest, 2012). ............................. 45

Figura 4.3 - População servida por município e respectiva água residual recolhida e facturada

(Sanest, 2012). ...................................................................................................................................... 45

Figura 4.4 - Localização dos medidores de Caudal (Q) e udómetros (U) no Sistema de Saneamento

da Costa do Estoril (Adaptado de Granger et al., 2008). ...................................................................... 46

xi

Figura 4.5- Precipitação diária registada ao longo do ano de 2006 no udómetro 2. ............................ 49

Figura 4.6 - Precipitação total diária registada em ano considerado médio (1981/82) (adaptado de

Ferreira, 2006). ...................................................................................................................................... 49

Figura 4.7 - Exemplos de eventos de caudal registados no medidor de caudal Q03, no ano de 2008.

............................................................................................................................................................... 51

Figura 4.8 - Exemplos de eventos de caudal registados no medidor Q07, no ano de 2008. ............... 52

Figura 4.9- Exemplos de eventos de caudal registados no medidor Q06, no ano de 2008. ................ 52

Figura 4.10 - Exemplos de ocorrência de vários eventos de precipitação durante um único evento de

caudal. ................................................................................................................................................... 53

Figura 4.11 - Erros pontuais dos medidores de caudal. ....................................................................... 54


............................................................................................................................................................... 55


............................................................................................................................................................... 55

Figura 4.14 - Curvas de probabilidade de excedência de combinações aleatórias.............................. 56

Figura 4.15 - Curvas de probabilidade de excedência de combinações aleatórias. ........................... 56

Figura 4.16 - Curvas de probabilidade de excedência de (h/D)máx obtidas no ano 2006. a) No medidor

de caudal Q03 e b) No medidor de caudal Q07. ................................................................................... 57

Figura 4.17 - Curvas de probabilidade de excedência de fp obtidas no ano de 2006 para o medidor de

caudal Q04. ........................................................................................................................................... 57

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 - Desempenho técnico de sistemas de drenagem. .............................................................. 8

Quadro 3.1 - Tipos de erros em testes estatísticos (Cação, 2010)....................................................... 36

Quadro 4.1- Principais características de cada ponto de monitorização no sistema da SANEST, S.A.

(Brito, 2012). .......................................................................................................................................... 47

Quadro 4.2 - Udómetros principais inerentes a cada medidor de caudal. ............................................ 47

Quadro 4.3- Número de eventos de caudal e de precipitação obtidos com a aplicação do programa

para os anos de 2006 e de 2008. .......................................................................................................... 50

Quadro 4.4 - Caracterização dos eventos de precipitação ocorridos no medidor de caudal Q04, no

udómetro U9 em 2008. .......................................................................................................................... 51

Quadro 4.5 - Número mínimo recomendado de eventos de caudal a monitorizar em campanhas de

curta duração. ........................................................................................................................................ 58

xii

ÍNDICE DE ACRÓNIMOS E SIMBOLOGIA

AUE - Acto Único Europeu;

EE - Estação Elevatória;

EG - Entidade Gestora;

EH - Estação húmida; EPA - Environmental Protection Agency; ERSAR - Entidade Reguladora dos Serviços da Água e Resíduos; ES - Estação Seca; ETAR - Estação de Tratamento de Águas Residuais; fp - Factor de ponta; (h/D) - Altura relativa do escoamento; IRAR - Instituto Regulador de Águas e Resíduos; LNEC - Laboratório Nacional de Engenharia Civil; m - Número de combinações de eventos; MAOTDR - Ministério do Ambiente, do Ordenamento do Território e do Desenvolvimento Regional; n - Número de elementos de uma amostra; PEAASAR - Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais; PNUMA - Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente; QMTS - Caudal Médio de Tempo Seco; Qp - Caudal máximo medido no evento de caudal; RLVT - Região de Lisboa e Vale do Tejo; S - Desvio padrão da amostra; SSCE - Sistema de Saneamento da Costa do Estoril; VE - Volume evento; VE relativo - Volume do evento relativo; VTC - Volume de tempo de chuva; VTS - Volume de tempo seco;

X̅ - Média da amostra; WaPUG - Wastewater Planning Users Group; WRc - Water Research Centre.

xiii

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 JUSTIFICAÇÃO E PERTINÊNCIA DO TEMA

De uma forma geral, até ao século XVIII, as obras de drenagem não foram vistas no nosso país como

infra-estruturas indispensáveis ao desenvolvimento e ordenamento dos centros urbanos, o que

implicou uma série de problemas, como a ocorrência de inundações e graves questões de saúde

pública (Matos, 2003). O século XX assistiu a uma explosão demográfica, associada à concentração

da população em áreas urbanas e à crescente e bastante acentuada impermeabilização de

superfícies, que se traduziu numa exigência acrescida aos sistemas de drenagem existentes,

perturbando o seu equilíbrio e capacidade de resposta. O referido aumento de impermeabilização de

superfícies, responsável pelo desvio da água da chuva do sistema de drenagem natural, torna

indispensável a implementação de um sistema de drenagem eficaz que minimize os efeitos das

inundações que periodicamente ocorrem, com os consequentes danos materiais e de saúde. Estas

alterações nas condições de drenagem natural agravam os riscos de inundação em zonas urbanas.

Os sistemas de drenagem tornaram-se especialmente necessários nas áreas de desenvolvimento

urbano, devido às consequências que advêm da acção do Homem sobre o ciclo natural da água,

alterando as condições hidrológicas naturais de escoamento.

É, assim, ainda comum que, em tempo de chuva, os sistemas de drenagem funcionem de forma

deficiente, descarregando para os meios receptores volumes significativos de águas residuais não

tratadas, com elevados teores em cargas poluentes. As descargas de excedentes em tempo de

chuva, em sistemas unitários e mistos, e as ligações indevidas, em sistemas separativos, estão na

origem destes problemas (David et al., 1998). De facto, a existência da entrada indevida de caudal

pluvial juntamente com entupimentos e obstruções de coletores, provocam um comportamento

hidráulico deficiente das redes de drenagem, com entrada em carga de coletores e inundações dos

pontos baixos das bacias hidrográficas.



à aferição de volumes transferidos entre entidades gestoras, para além de fornecer dados para o auto

controlo de qualidade imposto por requisitos legais. No entanto, Brito (2012) refere que numa rede de

drenagem, caso os medidores estejam instalados dentro de um colector, e se o mesmo tiver

contribuições pluviais que provoquem turbulência e escoamento com elevada velocidade, torna-se

um desafio assegurar o pleno funcionamento de um sistema de monitorização em contínuo.

A determinação da magnitude do efeito das afluências pluviais deve basear-se na medição de

caudais na rede, utilizando campanhas de curta duração. Na realidade, a duração da campanha é um

factor determinante para garantir a viabilidade técnica e financeira de um programa de monitorização;

contudo, campanhas demasiado limitadas no tempo podem não ser representativas

(Pimentel et al., 2011). É, assim, necessário especificar as características mínimas da campanha,

para obter uma caracterização adequada das afluências pluviais ao sistema. Com base nos dados

2

obtidos em campanhas mais longas, torna-se possível conhecer as características dos eventos a

considerar, numa campanha de curta duração, que garanta uma descrição idêntica, estatisticamente

suportada, do efeito das afluências pluviais.





estimados nas campanhas de curta duração, sejam idênticos aos determinados em campanhas de

longa duração. Esta metodologia foi aplicada ao sistema de drenagem da SANEST, S.A. com base

nos dados de monitorização recolhidos nos anos de 2006 e de 2008.

Este sistema de drenagem é maioritariamente separativo. Apesar da rede separativa de águas

residuais urbanas (domésticas e industriais) não dever, pelo menos teoricamente, receber caudais de

origem pluvial, tal não se verifica muitas vezes na prática, uma vez que ocorre com alguma

frequência especialmente em redes antigas e de grande comprimento a existência de ligações

indevidas de afluentes pluviais indesejáveis. Na origem do problema podem estar factores como a

ligação errada dos colectores pluviais da rede pública (ou das redes prediais) ao sistema separativo

doméstico. Fazem ainda parte destas afluências indesejáveis, as escorrências pluviais, provenientes

de escoamento directo da precipitação (por exemplo, através das tampas das câmaras de visita dos

colectores) e as águas de infiltração (ERSAR, 2007; Matos e Ferreira, 2011). Trata-se, pois, de um

sistema que, em situação de precipitação, é responsável pelo transporte de caudais de chuva

significativos que, devido à sua origem dispersa, se torna difícil de quantificar e corrigir

(Granger et al., 2008).

Refere-se ainda que, na sequência de ocorrência de precipitações intensas em tempo de chuva, os

caudais de ponta podem superar em 10 a 15 vezes os de tempo seco, embora, quando se trata de

caudais médios anuais, este efeito seja mais moderado devido à distribuição temporal da precipitação

(Matos e Ferreira, 2011).

1.2 OBJECTIVOS DA DISSERTAÇÃO

O objectivo da presente dissertação é contribuir para a definição de critérios que permitam especificar

as características gerais de campanhas de curta duração, que garantam a adequada caracterização

dos caudais de tempo de chuva, no caso de sistemas separativos domésticos com afluências pluviais

indevidas. Pretende-se que as características hidráulicas do escoamento, estimadas nas campanhas

de curta duração, sejam estimadas com um nível de incerteza idêntico ao proporcionado por

campanhas de maior duração.

3

Com a metodologia proposta nesta dissertação, aplicada a medidores do sistema de drenagem da

SANEST, S.A., pretende-se estimar, mesmo perante a aleatoriedade da precipitação, o factor de

ponta (fp), o volume gerado (VE) e a altura relativa do escoamento (h/D) expectáveis num determinado

local, com base em dados de uma campanha de curta duração. Concretamente, pretende-se

recomendar o número mínimo de eventos a monitorizar.

No entanto, é de realçar que o efeito da intensidade e da duração da precipitação e a sua

imprevisibilidade e variabilidade naturais dificultam a análise dos dados, pela inexistência de um

padrão (Bertrand-Krajewski et al., 1998; Dorman et al., 1988; citados por Tiefenthaler e Schiff, 2001).

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Esta dissertação está organizada em 5 capítulos e 6 anexos. No presente capítulo é feita uma

introdução geral, com aspectos de enquadramento e relevância da dissertação, referindo os seus

objectivos principais e a estrutura do texto adoptada.

O capítulo 2 refere-se à caracterização dos sistemas de drenagem e à importância de se efectuar

uma monitorização dos mesmos. Nesse capítulo é igualmente abordado o enquadramento legal em

vigor, a nível nacional e internacional, e as incertezas e os erros que estão associados a qualquer

medição, mais concretamente às medições de precipitação e de caudal.

O capítulo 3 é dedicado à exposição da metodologia proposta, no sentido de estimar as

características hidráulicas do escoamento com um nível de incerteza idêntico ao proporcionado por

campanhas de maior duração. Após uma edição e validação dos dados, é definida a série de tempo

de chuva e procede-se à separação de eventos de precipitação, com base em critérios definidos. De

seguida, faz-se referência ao hidrograma padrão de tempo seco e define-se a série de eventos de

caudal, aos quais se associam os parâmetros hidráulicos do escoamento (o factor de ponta, o volume

de evento relativo e a altura relativa de escoamento) e as respectivas curvas de probabilidade de

excedência. Por último realiza-se uma estimativa do número mínimo de eventos a monitorizar.

O capítulo 4 consiste na aplicação da metodologia proposta no capítulo 3 a um caso de estudo

concreto, nomeadamente ao Sistema de Saneamento da Costa do Estoril (SSCE). Para uma melhor

compreensão e enquadramento do SSCE, são também efectuados neste capítulo uma descrição das

suas características e uma caracterização do regime de precipitação local. São apresentados os

resultados obtidos e é feita a sua análise. Perante o elevado número de gráficos obtidos, estes são

apresentados, na sua quase totalidade, em anexo.

O capítulo 5 apresenta as conclusões inerentes ao trabalho desenvolvido, sendo referidas sugestões

e recomendações para estudos futuros.

O Anexo 1 refere-se ao desenvolvimento de um programa em Visual Basic que foi utilizado no âmbito

do caso de estudo, para um melhor tratamento dos dados, dada a sua elevada dimensão, mais

4

concretamente séries de dados na ordem dos 105 000 valores, resultantes de registos temporais de 5

minutos ao longo de dois anos.

No anexo 2 e no anexo 3 encontram-se inúmeros exemplos de eventos de caudal e de precipitação

registados nos vários medidores de caudal, nos anos de 2006 e de 2008, respectivamente.

O anexo 4 diz respeito à relação entre dois parâmetros hidráulicos, mais concretamente entre o

volume do evento relativo e o factor de ponta.

No anexo 5 e no anexo 6 encontram-se os resultados do número mínimo de eventos necessários

para caracterizar os parâmetros hidráulicos factor de ponta, volume do evento relativo e altura relativa

de escoamento, para os anos de 2006 e de 2008 respectivamente.

5

2 PRINCÍPIOS GENÉRICOS PARA A IMPLEMENTAÇÃO DE CAMPANHAS

DE MONITORIZAÇÃO

2.1 ASPECTOS GERAIS

A gestão dos serviços de drenagem e tratamento de águas residuais, actualmente a cargo de

entidades gestoras, foi por muito tempo da responsabilidade da Administração Local, estando as

empresas privadas impedidas de o fazer, à semelhança dos sistemas de abastecimento público de

água (ARH Centro, 2012).

Os sistemas multimunicipais servem mais do que um município e a sua exploração e gestão passou a

ser efectuada "directamente pelo Estado ou atribuída, em regime de concessão, a uma entidade

pública de natureza empresarial ou a empresa resultante da associação de empresas públicas, em

posição obrigatoriamente maioritária no capital social, com outras entidades" (Decreto-Lei nº 379/93;

DRPP, 2003; Henriques et al., 2007).

Um sistema multimunicipal de saneamento de águas residuais urbanas pode ser classificado em

"alta" e em "baixa". Qualquer sistema em "baixa" integra as redes de colectores com os inerentes

ramais de ligação e as correspondentes estações elevatórias, assim como o transporte de águas

residuais. Por sua vez, os sistemas em "alta" constituem o transporte, intercepção, tratamento e

rejeição de águas residuais nos meios receptores. Pertencem ainda a estes sistemas, os pontos de

recolha de águas residuais originados da vertente em "baixa" (ARH Centro, 2012). Desta forma,

fazem parte do sistema "em alta" os emissários, interceptores e correspondentes estações elevatórias,

juntamente com as estações de tratamento e os dispositivos e instalações de destino final dos

efluentes. (MAOTDR, 2007; DRPP, 2003).

A distribuição geográfica das entidades gestoras de serviços de drenagem de águas residuais em

"alta" na Região de Lisboa e Vale do Tejo (RLVT), está representada na Figura 2.1.

Figura 2.1 - Distribuição geográfica das entidades gestoras de serviços de drenagem de aguas residuais em "alta" na RLVT (ERSAR, 2010 citado por ARSLVT, 2012).

6

A concepção, o dimensionamento e a execução de sistemas de águas residuais mais extensos e

complexos tem espelhado os efeitos do progressivo crescimento urbano que se tem vindo a verificar.

No entanto, quando as redes não estão construídas, quando a informação não está tratada ou não é

credível, surgem dificuldades causadas pela omissão de informação (Matos e Ferreira, 2011).

Um funcionamento adequado associado a uma manutenção regular, conduz a um aumento da vida

útil das infra-estruturas dos sistemas de drenagem urbana e a uma optimização dos recursos,

resultando numa proteção mais eficaz dos meios receptores com um menor custo. No entanto, as

redes de drenagem de águas residuais urbanas com contribuições significativas de águas pluviais

existem, de facto, em número elevado em Portugal. Segundo ERSAR (2007), quer um sistema em

“alta” quer em “baixa” pode receber afluências indesejáveis, sendo às vezes até bastante

significativas.

Deste modo, as afluências indevidas em sistemas de drenagem urbana são responsáveis por

diminuírem a sua eficácia (cumprirem a finalidade a que se destinam) e a sua eficiência (melhor

utilização dos recursos). Estas afluências podem também conduzir a uma mais rápida deterioração

das infra-estruturas, devido a maiores velocidades de escoamento ou ao arrastamento e deposição

de sedimentos. A ocorrência de infiltração e de afluências pluviais em sistemas separativos

domésticos provoca uma sobrecarga hidráulica do sistema de transporte e de tratamento de águas

residuais e, com regularidade, uma redução da eficiência nos processos de tratamento com

consequente risco ambiental para o meio receptor (Cardoso et. al, 2002). Podem resultar, ainda, num

aumento do risco de inundações urbanas e em maiores custos de operação e manutenção das infra-

estruturas, designadamente de sistemas elevatórios (ERSAR, 2007).

A natureza da qualidade das águas residuais que são transportadas pelos sistemas de drenagem

determina a sua classificação. Em Portugal, de acordo com o Regulamento Geral dos Sistemas

Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais - artigo 116º do

Decreto Regulamentar nº 23/95, de 23 de Agosto - os sistemas de drenagem pública de águas

residuais podem ser classificados em:

Separativos, constituídos por duas redes de colectores distintas, uma destinada à drenagem

das águas residuais domésticas, comerciais e industriais e uma outra à drenagem das águas

pluviais ou similares.

Unitários, caracterizam-se por serem constituídos por uma única rede de colectores onde são

admitidas conjuntamente as águas residuais domésticas, industriais e as águas pluviais;

Estes sistemas recolhem e drenam a totalidade das águas a afastar dos aglomerados

populacionais.

Mistos, resultam da conjugação dos dois tipos anteriores, em que parte da rede de colectores

funciona como sistema unitário e a restante rede como sistema separativo.

Separativos parciais ou pseudo-separativos, em que se admite, em condições excepcionais,

a ligação de águas pluviais de pátios interiores ao colector de águas residuais domésticas.

7

O mesmo Decreto-Lei refere também no Artigo 119.º que deve ser adoptado o sistema separativo no

caso de sistemas de drenagem pública de águas residuais em novas áreas de urbanização. De facto,

este artigo aponta como obrigatória em sistemas novos, a concepção conjunta do sistema de

drenagem de águas residuais domésticas e industriais e do sistema de drenagem de águas pluviais.

O Artigo 120.º, por usa vez, aponta ainda que, no caso de sistemas de drenagem já existentes

(sistemas unitários ou mistos), estes devem ser convertidos para o sistema separativo. Refere ainda

que se a medida anterior não se verificar viável (por exemplo pela dificuldade de estabelecimento de

ramais de ligação) os sistemas unitários podem ser mantidos.

A construção da primeira rede separativa doméstica em Portugal teve lugar na cidade do Porto na

década de trinta, tendo por base um projecto de autoria inglesa. Mas foi na década de quarenta que

foi concebida e construída a primeira rede separativa doméstica em núcleo urbano importante, na

então vila do Barreiro. De facto, o princípio da rede separativa, relativa à drenagem de novas

urbanizações e núcleos urbanos, e apenas divulgada numa primeira fase no Reino Unido, tornou-se,

em meados do século XX, praticamente universal (Matos, 2003).

Nos dias de hoje, aproximadamente 70% da população europeia é servida por sistemas de drenagem

do tipo unitário. A Holanda e a região sul da Alemanha apresentam uma percentagem de redes

unitárias superiores à média, de 85%, com um acentuado contraste face ao que se verifica nos

Estados Unidos da América, com um valor de apenas 15% (Matos e Ferreira, 2011).

Na sequência de uma crescente experiência e conhecimento, os sistemas do tipo unitário começaram

a ser postos em causa. De facto, os problemas de poluição e contaminação da água levaram à

necessidade do tratamento das águas residuais antes da sua descarga no meio receptor aquático

(Sousa, 2001). No entanto, é de referir o caso da Alemanha com a concepção e construção, nos dias

de hoje, de sistemas totalmente unitários.

O sistema unitário domina, desta forma, nas grandes cidades da Europa, em que se aponta como

razões principais, a pouca experiência sobre o comportamento dos sistemas separativos, aliada à

opinião de que os do tipo unitário eram os mais económicos. Contribuiu, também, o facto de que a

comunidade técnico-científica não estava suficientemente convencida que as águas residuais

domésticas pudessem ser utilizadas na agricultura sem diluição (Matos e Ferreira, 2011).

A evolução registada tornou mais complexa a escolha das soluções mais adequadas ao momento

presente. Na realidade, uma parte significativa dos sistemas construídos com a função de transportar

apenas águas residuais domésticas, transportam também águas pluviais, resultantes de infiltrações e

de ligações domiciliárias trocadas. Os caudais pluviais podem atingir uma dimensão considerável,

pelo que o facto de existir uma proporção de ramais trocados, ainda que pequena, pode, por si só,

constituir um factor relevante para a questão da contribuição pluvial. De facto, é de salientar a

8

responsabilidade das águas pluviais urbanas no transporte de sólidos em suspensão, metais pesados

(como o chumbo e zinco) e hidrocarbonetos (Matos e Ferreira, 2011).

No que se refere à componente associada aos colectores, um sistema unitário é menos dispendioso

que um sistema separativo. No entanto, como qualquer sistema, também tem as suas próprias

desvantagens. Quando chove e a capacidade da estação de tratamento de águas residuais (ETAR) é

excedida, os caudais em excesso são uma mistura de águas residuais domésticas e pluviais, pelo

que, a descarga directa de excedentes não tratados no meio receptor pode ser responsável por

problemas de poluição e contaminação. No caso da ocorrência das primeiras chuvadas, depois de

uma estiagem prolongada convergem à ETAR cargas poluentes elevadas. Em tempo seco,

verificam-se por vezes odores desagradáveis, com uma possível formação de gás sulfídrico e

corrosão do material dos colectores (Matos, 2003).

De acordo com Veigas (2007), os sistemas de drenagem de águas residuais têm certos requisitos de

desempenho inerentes ao seu funcionamento, segundo a norma europeia EN 752:1996, de onde se

destacam alguns exemplos. As tubagens devem funcionar sem obstruções e a frequência das

sobrecargas hidráulicas nos colectores deverá ser limitada de acordo com os valores legislados. De

igual modo, não devem surgir odores nem problemas de toxicidade, prevendo um acesso adequado

para manutenção do sistema, existindo a preocupação da saúde e da segurança das pessoas que lá

trabalhem.

É referido por Cardoso et al. (2002) que, com vista a uma avaliação do desempenho técnico de

sistemas de drenagem urbana, deve-se ponderar uma análise hidráulica, sanitária, ambiental,

estrutural e sócio-económica (Quadro 2.1).

Quadro 2.1 - Desempenho técnico de sistemas de drenagem.

Domínio

Hidráulico Sanitário Ambiental Estrutural Sócio-

económica

- Entrada em carga de

colectores

- Inundações

- Velocidades excessivas

- Redução da capacidade

de escoamento

- Ocorrência de infiltrações

- Assoreamento

- Contaminação

micro-biológica

- Ocorrência de

concentrações

excessivas de gás

sulfídrico

- Ocorrência de

descargas não

tratadas para o

meio receptor

- Exfiltração

- Assentamento dos

colectores

- Ocorrência de

fendilhação, falhas,

deformações e

colapsos

- Ocorrência de odores

- Interrupções

de tráfego

- Custos

unitários de

exploração

9

As infra-estruturas devem ser objecto de inspecções periódicas, que possibilitem diagnósticos

atempados, de maneira a aferir o seu estado de conservação e delinear eventuais intervenções de

reabilitação das mesmas. Desta forma, pretende-se minimizar, ou se possível evitar, danos materiais

(Figura 2.2) como colapsos, entradas em carga e descargas que, a se verificarem, serão

inevitavelmente responsáveis por prejuízos muito significativos (Carvalho, 2012).

Figura 2.2 - Exemplos do estado de conservação de colectores (Carvalho, 2012).

O progressivo aquecimento global do planeta tem-se vindo a reflectir numa alteração do clima. Na

verdade, os sistemas de drenagem urbana - especialmente os localizados na orla costeira - podem

ser afectados pela subida do nível do mar e pela alteração do regime de precipitação. Destacam-se

algumas medidas estruturais de engenharia convencional mencionadas por David et al. (2012), que

podem contribuir para minimizar alguns problemas existentes. Uma das referidas medidas é a

instalação de válvulas de retenção em pontos de descarga para o meio receptor, sujeitos ao efeito da

maré ou em colectores sujeitos à inversão do sentido de escoamento (refluxo). Na Figura 2.3a

ilustram-se alguns exemplos de válvulas tipo "bico-de-pato" e na Figura 2.3b um exemplo de uma

instalada no Sistema de Saneamento da Costa do Estoril.

Figura 2.3 - Válvulas elastoméricas do tipo bico-de-pato. a) Exemplo (Power Plant Supply Co., 2012 citado por David et al., 2012) b) Caso de aplicação (Ribeira da Laje, Oeiras, 2012).

Uma outra medida é a conversão de sistemas unitários em sistemas separativos, de forma a separar

as águas pluviais das águas residuais, reduzindo assim, a afluência das águas pluviais às estações

elevatórias (EE) e às ETAR. Para além destes sistemas terem uma menor necessidade de

manutenção, com a sua implementação melhoram a qualidade das descargas em tempo de chuva

para o meio receptor.

a) b)

10

2.2 ENQUADRAMENTO LEGAL

Nos últimos tempos assistiu-se a uma mudança drástica da forma como foi encarada a drenagem

urbana: deixou de ser considerada aceitável a simples eliminação da água residual sem qualquer

critério subjacente, passando a ser exigível que a mesma se efectue no respeito pelo ambiente.

Desta forma, tornou-se então necessário, para inverter esta tendência crescente da deterioração da

sua qualidade, proceder a uma reforma da legislação comunitária da água - uma vez que as normas

legislativas (produzidas desde a década de 70) estavam desenquadradas de uma política comunitária

orientada para o ambiente. O Acto Único Europeu (AUE), assinado em 1986 com entrada em vigor no

ano seguinte, vem alargar as competências comunitárias e constituiu uma reforma determinante para

o ambiente.

Para os objectivos ambientais propostos serem alcançados é necessário empenho ao nível político,

técnico e financeiro. Das politicas ambientais na União Europeia para o desenvolvimento sustentável

destacam-se duas:

- Conselho Europeu de Lisboa, Março 2000: Foi atribuído como objectivo estratégico, a União

Europeia tornar-se no espaço económico mais dinâmico e competitivo do mundo, com um

crescimento económico sustentável e com maior coesão social.

- Conselho Europeu de Gotenburg, Junho 2001: Aborda uma estratégia para o desenvolvimento

sustentável, com um combate às alterações climáticas e uma gestão mais responsável dos

recursos naturais e reforça ainda os aspectos ambientais nas políticas comunitárias.

Em Portugal, os especialistas têm vindo a debruçar-se cada vez mais sobre a necessidade de

controlar o progressivo aumento da degradação a que têm estado sujeitos os meios receptores, o que

se traduziu num acréscimo das inerentes exigências regulamentares, quer a nível nacional quer a

nível internacional. Neste âmbito, destaca-se a Directiva 2000/60/CE do Parlamento Europeu e do

Conselho da União Europeia, de 23 de Outubro de 2000 (Directiva Quadro da Água, DQA) que tem

por base a aplicação dos princípios ambientais definidos no Tratado de Amesterdão de 1997,

destacando-se o artigo 2º e o artigo 191º (ex-artigo 174º do Tratado que institui a Comunidade

Europeia). O artigo 2º pretende promover um desenvolvimento equilibrado e sustentável das

actividades económicas, aliado a uma elevada protecção da qualidade do ambiente. Por sua vez, o

artigo 191º visa atingir um nível elevado de protecção do ambiente, tendo em conta a diversidade das

condições ambientais nas diferentes regiões. A estratégia considerada tem por base os princípios da

precaução e da acção preventiva, da correcção (fundamentalmente ao nível da fonte), dos danos

ambientais e do poluidor-pagador.

De acordo com a Directiva referida (2000/60/CE), é previsto um quadro de acção comunitária no

domínio da política da água, promovendo a sua utilização de uma forma equilibrada e sustentável.

Sendo a água um património, deve ser protegida (em termos qualitativos e quantitativos), defendida e

tratada em conformidade com a sua relevância. Desta forma, a política comunitária da água exige um

enquadramento legal que se traduza em medidas cuja implementação altere o padrão anterior.

11

Através de uma política da água eficaz e coerente, pretende-se reduzir a vulnerabilidade dos

ecossistemas que se situam próximo da costa e, como tal, são afectados pela qualidade das águas

interiores que a eles afluem. Assim, pretende-se que as descargas de substâncias perigosas no meio

aquático devem ser reduzidas progressivamente.

A Directiva Quadro da Água (DQA) destaca-se como directiva comunitária no domínio do ambiente e

constitui um instrumento orientador na União Europeia de enorme importância para a protecção de

todos os tipos de água (concretamente em relação às águas superficiais (interiores, de transição e

costeiras) e às águas subterrâneas), prevenindo a sua degradação e melhorando o estado dos

ecossistemas. O artigo 1º da Directiva faz referência a uma política de consumo de água de uma

forma ponderada e sustentável, evitando a degradação progressiva dos ecossistemas terrestres e

aquáticos, protegendo a longo prazo os recursos hídricos disponíveis. A aprovação desta Directiva

veio assegurar uma protecção reforçada do ambiente aquático através de medidas concretas para

uma redução gradual das descargas. Os objectivos ambientais estabelecidos para as várias

categorias de águas são definidos no artigo 4º, e os programas de medidas para os alcançar são

mencionados no artigo 11º (Figura 2.4). É abordado no artigo 8º a questão da monitorização por parte

dos Estados-Membros. Estes são responsáveis pela elaboração de programas de monitorização das

águas, de superfície e subterrâneas, de forma a proporcionar um panorama coerente e completo do

estado das águas em cada região hidrográfica. Por sua vez, o artigo 15º indica que os Estados-

Membros devem entregar relatórios dos programas de monitorização previstos no artigo 8º, no prazo

de três meses a contar da sua conclusão.

Figura 2.4 - Organização da Directiva Quadro da Água (Adaptado de Henriques et al., 2000).

12

Face à complexidade da DQA, com os seus 26 artigos e anexos, foi necessário redigir, por parte de

peritos, vários documentos com o intuito de ajudar a implementação da Directiva por parte dos

Estados Membros. É de realçar o documento relativo à Monitorização, no qual se estabeleceram

orientações sobre monitorização de elementos de qualidade da água e programas de monitorização

de acordo com os artigos 8.º e 11.º e anexo V (Guidance Document 7, 2003 citado por

Santos et al., 2010).

O Decreto-Lei nº 58/2005, de 29 de Dezembro, aprova a Lei da Água e transpõe para a ordem

jurídica nacional a Directiva 2000/60/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, que estabelece um

quadro de acção comunitária para uma gestão sustentável das águas. Mais concretamente, o artigo

46.º determina objectivos ambientais e, por sua vez, o artigo 54.º refere-se a programas de

monitorização que possibilitem um bom conhecimento do estado de qualidade da massa de água.

Menciona ainda, relativamente aos programas de medidas, que estes devem alcançar os objectivos

ambientais até 2015. Este decreto foi posteriormente alterado pelo Decreto-Lei n.º 245/2009, de 22 de

Setembro, pelo Decreto-Lei n.º 130/2012, de 22 de Junho e pelo Decreto-Lei n.º 226-A/2007, de 31

de Maio.

Merece igualmente destaque uma outra Directiva Europeia, relativa ao tratamento de águas residuais

urbanas, a Directiva 91/271/CEE, aprovada a 21 de Maio de 1991. A poluição resultante do

tratamento insuficiente das águas residuais num Estado-membro afecta frequentemente as águas de

outro Estado-membro e torna-se necessário actuar ao nível comunitário. É relevante a elaboração de

relatórios periódicos, sobre a eliminação de águas residuais urbanas, de forma a garantir a

informação do público em geral.

A eliminação das águas residuais urbanas das estações de tratamento deve ser feita conforme

regulamentação legal em vigor, em que uma eliminação de água insuficientemente tratada impõe

tratamento para evitar que o ambiente, como meio receptor, seja deteriorado. É no entanto

necessário exigir, por vezes, um tratamento mais rigoroso nas zonas sensíveis. O critério de

identificação das zonas sensíveis e menos sensíveis está definido no anexo II da Directiva.

O artigo 1º refere que esta directiva tem como objectivo fundamental proteger o ambiente dos efeitos

nefastos das descargas de águas residuais. Mais concretamente, diz respeito à "recolha, tratamento

e descarga de águas residuais urbanas e ao tratamento e descarga de águas residuais de

determinados sectores industriais".

O artigo 12º menciona que as águas residuais tratadas devem ser reutilizadas, sempre que seja

possível, e que em relação à eliminação das águas residuais urbanas das estações de tratamento,

esta seja sujeita a regulamentação, de forma a minimizar os efeitos adversos resultantes sobre o

ambiente. Regulamentação essa que deve ser periodicamente revista e, se necessário, adaptada.Por

usa vez, o artigo 15º realça que os estados-membros, através das respectivas autoridades

competentes, devem proceder ao controlo das descargas das estações de tratamento de águas

residuais urbanas de acordo com métodos de controlo referidos no anexo I, ponto D da Directiva.

13

O anexo I, ponto B, referente à descarga das estações de tratamento de águas residuais urbanas nas

águas receptoras indica que as ETAR devem ser concebidas, ou alteradas, de maneira a que seja

possível a obtenção de amostras representativas das águas residuais à chegada e dos efluentes

tratados, antes da descarga nas águas receptoras. A escolha da localização destes pontos de

descargas deve ser feita de modo a ter o menor impacto nas águas receptoras.

O Decreto-Lei n.º 152/97, de 19 de Junho, transpõe para o direito interno parte da Directiva

91/271/CEE, e estipula como objectivo a protecção das águas superficiais dos efeitos nefastos das

descargas de águas residuais urbanas.

No que respeita à parte da concepção dos sistemas de drenagem e de tratamento patentes na

presente directiva (91/271/CEE), esta foi transporta a nível nacional através do Decreto

Regulamentar n.º 23/95, de 23 de Agosto.

É de referir igualmente a Decisão da Comissão n.º 2001/720/CE, de 8 de outubro de 2001, que

concede a Portugal uma derrogação relativa ao tratamento de águas residuais urbanas para a

aglomeração da Costa do Estoril. Durante a época balnear (de 1 de Junho a 30 de Setembro), o

artigo 2º aponta que “as águas residuais urbanas da aglomeração da Costa do Estoril devem ser, no

mínimo, sujeitas a um tratamento (…) e a um sistema de desinfeção antes da sua descarga no mar”.

No entanto, fora da época balnear, e segundo o artigo 3º, "as águas residuais urbanas da

aglomeração da Costa do Estoril devem ser, no mínimo, sujeitas a um tratamento (…) antes da sua

descarga".

Desta forma, cabe a cada município, no âmbito da legislação em vigor, procurar a solução que seja

mais adequada, a fim de conjugar uma boa eficácia da aplicação de recursos de uma forma

ambientalmente sustentável.

Ao se promover as condições necessárias para um desenvolvimento sustentável, com a protecção e

valorização do ambiente, proporciona-se aos cidadãos uma elevada qualidade ambiental. O

abastecimento de água às populações e o saneamento de águas residuais urbanas, como serviços

de interesse público que são, devem assegurar uma qualidade de serviço e eficiência adequadas ao

bem-estar da população, à saúde pública e à protecção do ambiente. A regulação destas actividades

é indispensável, uma vez que uma ausência da regulação pode ser responsável por não existir

incentivos por parte das entidades gestoras a um aumento da sua eficiência e eficácia, com a

possibilidade dos utilizadores receberem serviços de menor qualidade e com um maior preço .

Com o intuito de "garantir e controlar a qualidade dos serviços públicos prestados, e supervisionar e

controlar os preços praticados", com vista a uma melhor protecção dos interesses dos consumidores,

foi criado, através do Decreto-Lei n.º 147/95, de 21 de Junho, um observatório nacional dos sistemas

multimunicipais e municipais de "captação, tratamento e distribuição de água para consumo público,

de recolha, tratamento e rejeição de efluentes e de recolha e tratamento de resíduos sólidos".

14

Porém, foi entendido que o referido observatório fosse substituído por uma entidade reguladora com

atribuições alargadas, no que se refere "à promoção da qualidade na concepção, na execução, na

gestão e na exploração dos mesmos sistemas multimunicipais e municipais". Neste âmbito, com o

Decreto-Lei n.º 230/97, de 30 de Agosto, artigo 21º, surge o Instituto Regulador de Águas e

Resíduos (IRAR), com a finalidade de regular os sectores da água de abastecimento público, das

águas residuais comunitárias e dos resíduos sólidos urbanos. Foi posteriormente atribuído o estatuto

de autoridade competente para a qualidade de água para consumo humano.

Segundo a Lei Orgânica do Ministério do Ambiente, do Ordenamento do Território e do

Desenvolvimento Regional (MAOTDR), aprovada pelo Decreto-Lei n.º 207/2006, foi decidido, no ano

de 2009, a restruturação do IRAR, redenominado de “Entidade Reguladora dos Serviços da Água e

Resíduos” (ERSAR) com os seus poderes e âmbito de actuação reforçados. Esta restruturação,

aprovada com a publicação do Decreto-Lei n.º 277/2009, de 2 de outubro, visa uma maior eficácia na

área da regulação dos serviços públicos de águas e resíduos.

Com a entrada em funcionamento da ERSAR, foram surgindo recomendações e guias técnicos com o

apoio do LNEC, como é exemplo o Guia Técnico 9, da autoria de Henriques et al. (2007), cujo texto

se refere a medição de caudal em sistemas de abastecimento de água e de saneamento de águas

residuais urbanas. Nele encontram-se recomendações específicas sobre a instalação de medidores

de caudal, como a sua adequada localização e correspondentes limitações, de modo a atingirem um

correcto desempenho e cumprirem os objectivos de gestão e exploração dos sistemas de drenagem

urbanos (Henriques et al., 2007).

Foi publicado no ano de 2000, o Plano Estratégico de Abastecimento de Água e de Saneamento de

Águas Residuais (PEAASAR 2000-2006), assumindo um papel essencial na estruturação do sector,

com vista a alcançar melhores soluções ambientais de uma forma economicamente sustentável.

Contudo, apesar dos vários progressos obtidos com a implementação do PEAASAR I (2000-2006),

permaneceram ainda por solucionar diversos problemas essenciais, inerentes ao sector, de natureza

estrutural (como a gestão separada do abastecimento de água e do saneamento de águas residuais

ou as dificuldades na implementação da legislação associada a uma insuficiente regulação ambiental)

e económica e financeira. Os problemas operacionais e ambientais justificam uma atenção especial.

Um dos problemas operacionais apontado por MAOTDR (2007) é a existência de ligações indevidas

entre sistemas de drenagem, uma vez que se verifica que ocorre a entrada de águas pluviais em

sistemas de drenagem de águas residuais e também de águas residuais em sistemas de drenagem

de águas pluviais. É importante referir também que, a ausência de uma gestão patrimonial adequada,

no que respeita a estas infra-estuturas, traduz-se no envelhecimento e na degradação que muitos

sistemas apresentam, dando origem a avarias que implicam reparações e inevitáveis interrupções de

funcionamento. Por sua vez, em termos ambientais, destaca-se a ocorrência com frequência de

descargas de águas não tratadas para os meios receptores, resultantes da existência de sistemas

unitários e pseudo-separativos de águas residuais e águas pluviais (MAOTDR, 2007).

15

Na sequência do PEAASAR I, é aprovado pelo MAOTDR, em Dezembro de 2006 e publicado em

Diário da República através do Despacho n.º 2339/2007 (2.ª Série, Nº 32), de 14 de Fevereiro, o

PEAASAR II, relativo aos anos 20072013, introduzindo algumas alterações. São estabelecidas

orientações e estipulados objectivos, com vista a garantir uma melhor protecção do ambiente,

destacando as boas práticas existentes, o uso eficiente da água, a gestão das águas pluviais e a

monitorização ambiental.

No PEAASAR II, que apresenta uma preocupação social, estão presentes objectivos como a

"universalidade, continuidade e qualidade do serviço", a sustentabilidade do sector e a protecção dos

valores ambientais.

No que respeita à gestão das águas pluviais, o plano pretende alcançar a separação progressiva das

mesmas relativamente aos efluentes domésticos e industriais. Tem igualmente como objectivo

eliminar ou reduzir as descargas de efluentes poluídos no meio receptor e reencontrar o equilíbrio no

ciclo das águas pluviais, de modo a reduzir as afluências aos sistemas de colectores. Pretende ainda,

através de um melhoramento da qualidade das infra-estruturas, minimizar a infiltração das águas

pluviais em redes de águas residuais bem como as fugas de águas residuais das respectivas redes

(exfiltrações).

As linhas orientadoras preconizadas no PEAASAR II visam a eliminação das descargas de efluentes

sem tratamento adequado de sistemas unitários, separativos domésticos e de sistemas separativos

pluviais, bem como a redução das ligações indevidas entre sistemas. É igualmente uma preocupação

minimizar as afluências pluviais aos sistemas unitários e aos sistemas separativos domésticos. O

documento refere ainda a elaboração de sistemas de cadastro das infra-estruturas.

Deste modo, considerando a legislação referida, torna-se evidente a necessidade crescente de

monitorização em sistemas de drenagem em Portugal, bem como a caracterização separada de

caudais de tempo seco e de tempo de chuva.

16

2.3 RELEVÂNCIA DA MONITORIZAÇÃO

2.3.1 MONITORIZAÇÃO

O Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA), criado em 1972, tem por objectivo

alertar para ameaças ambientais, coordenando acções de proteção a nível internacional, contribuindo

desta forma para um desenvolvimento sustentável aliado a uma melhor qualidade de vida da

população. Santos et al. (2010) cita PNUMA e define monitorização como sendo “o processo de

observação repetitivo com fins definidos, de um ou mais elementos do ambiente, de acordo com um

planeamento prévio no espaço e no tempo, utilizando metodologias comparáveis para caracterização

ambiental e colheita de dados”. Desta forma, um processo de monitorização proporciona informação

relativa ao estado actual de um sistema e permite conhecer as tendências e comportamentos

anteriores ambientais.

De facto, o Decreto-Lei nº 58/2005, artigo 4º, define monitorização como sendo “o processo de

recolha e processamento de informação sobre as várias componentes do ciclo hidrológico e

elementos de qualidade para a classificação do estado das águas, de forma sistemática, visando

acompanhar o comportamento do sistema ou um objectivo específico”.

Segundo Santos et al. (2010), são propostos pela DQA três níveis para os programas de

monitorização. A monitorização de vigilância (MV) tem como objectivo fornecer informação do estado

da qualidade da água, identificando o seu estado inicial e avaliar alterações a longo prazo, derivadas

por actividade natural ou por consequência de actividades humanas. Por sua vez, a monitorização

operacional (MO), pretende avaliar o sucesso de medidas tomadas para melhorar uma situação. Por

último, uma monitorização de investigação (MI) passa por uma avaliação de uma poluição acidental

ou por identificar causas de um determinado problema.

As redes de monitorização de recursos hídricos podem ser descritas, segundo Pimenta et al. (1998),

como “entidades vivas”, uma vez que reflectem o “grau de conhecimento” destes recursos (Figura

2.5). A automatização das estações de monitorização são acompanhas com a inerente autonomia e

independência humana e também uma maior fiabilidade. É da competência das entidades gestoras

de sistemas de drenagem serem responsáveis pela monitorização, ou seja, encarregadas no

procedimento de análises periódicas de recolha de amostras nos inúmeros locais de monitorização

em questão (Pimentel, 2012).

Figura 2.5 - Monitorização dos recursos hídricos (Adaptado de Pimenta et al., 1998).

17

São apontados alguns aspectos relevantes para o critério de dimensionamento de redes de

monitorização como o número, densidade e disposição espacial dos aparelhos, a precisão das

medições e o procedimento de recolha (Pimenta et al., 1998). Todo este processo de validação e

armazenamento dos dados tem de ser tido em ponderação.

Os sistemas de drenagem do nosso país apresentam, de uma forma geral, uma monitorização eficaz.

No entanto, o facto de existir uma sobrecarga nos sistemas de drenagem devido ao aumento

populacional, leva a que, em tempo de chuva, ocorram por vezes descargas directas de excedentes,

responsáveis pela degradação do meio receptor, ou inundações. Assim, torna-se relevante dispor de

um sistema de monitorização e aviso, que permita uma reacção atempada perante essas ocorrências,

de forma a minimizar os possíveis danos materiais e de saúde pública (Lopes et al., 2012).

Face a uma conjuntura económica em que a escassez de recursos financeiros é um factor

incontornável, que se tem manifestado de forma crescente, é fundamental prever um programa de

monitorização através de campanhas de curta duração, que assegurem estatísticamente a mesma

representatividade das de longa duração. Deste modo, quando uma entidade pretende efectuar uma

campanha, necessita de ter claro quantas campanhas deve efectuar e qual a sua duração.

2.3.2 OBJECTIVOS DE UM PROGRAMA DE MONITORIZAÇÃO

Para assegurar a eficiência de um programa de monitorização é determinante, não só definir de uma

forma clara e precisa os objectivos, como identificar os resultados esperados, a fim de maximizar a

utilização dos dados e diminuir os custos associados. No entanto, mesmo com uma boa qualidade de

informação, é comum surgirem dificuldades na definição desses mesmos objectivos.

Deletić et al. (2008a) refere, ainda, que são vários os programas de monitorização que fracassaram

devido aos objectivos não estarem claramente identificados.

De acordo com Pimenta et al. (1998), a monitorização pode ser direcionada para o controlo de

qualidade (tendo a referência de normas e legislação, a nível nacional e internacional) como com o

intuito de investigação e desenvolvimento experimental.

Na realidade, Brito (2012) refere três tipos de motivações para medições em sistemas de drenagem.

As motivações de ordem técnica prendem-se com o conhecimento do funcionamento do sistema,

mais concretamente com vista à detecção de anomalias, intervenções na rede e avaliação do seu

desempenho. A monitorização por imposição legal está associada a questões de auto-controlo, bem

como a averiguar os critérios de descarga no meio receptor, ou ainda o registo de possíveis

ocorrências excepcionais. A terceira razão para ser necessário implementar um programa de

monitorização pode-se relacionar com obrigações contratuais ou de ordem financeira, caso seja

objectivo do programa fornecer dados a um modelo tarifário, no caso de existir transacção de

efluentes entre entidades.

18

Um sistema de monitorização deve responder a questões como o que se deve medir, onde se deve

medir e quando deve ser feita essa medição. Igualmente deve especificar com que frequência e

durante quanto tempo e qual a incerteza aceitável (Vanrolleghem et al., 1998;

Bertrand-Krajewski et al., 2000a; citados por Brito, 2012). Porém, como refere Bertrand-

Krajewski et al. (2000), é importante reflectir sobre a que pergunta queremos responder e não o que

queremos medir. Com efeito, os objectivos podem ser apresentados sob a forma de questões, para

as quais o programa de monitorização tem de obter respostas. De facto, os recursos disponíveis são

essenciais para que os objectivos de um programa de monitorização sejam atingidos, objectivos

esses que devem ser especificados sem a imposição de constrangimentos de cariz financeiro.

Acresce que, com frequência, por razões de ordem técnica e financeira as medições são

condicionadas no espaço e no tempo. Deste modo, qualquer programa de monitorização deve ser

iniciado com um orçamento que seja equilibrado o suficiente para conseguir lidar com alguma

eventualidade ou imprevisto, como no caso de avaria dos equipamentos. É importante definir

inicialmente o grau de incerteza tolerado. No caso de este valor ser ultrapassado, podem ser

utilizados sensores mais precisos (Deletić et al., 2008a).

2.3.3 ESTRUTURA DE UM PROGRAMA DE MONITORIZAÇÃO

Brito (2012) sugere uma estrutura de um programa de monitorização, com base em algumas

recomendações de diversos autores (Vanrolleghem et al. (1998), Bertrand-Krajewski et al. (2000a);

Deletic et al. (2008a)). Uma vez definidos os objectivos do programa de monitorização, conforme é

recomendado, o próximo passo é decidir quais as variáveis a medir, a dimensão espacial (densidade

e localização dos equipamentos) e a dimensão temporal a adoptar. Esta sequência de etapas deve

ser complementada com uma campanha preliminar de curta duração, quer se trate de uma campanha

temporária ou permanente, de forma a validar as decisões relativas ao programa de monitorização

adoptado (Vanrolleghem et al.,1998; Bonakdari et al., 2007 citados por Brito, 2012).

Relativamente à selecção das variáveis a medir há várias categorias a serem consideradas num

sistema de drenagem urbano (Deletić et al., 2008b; Brito, 2012):

o ambiente natural em que está inserido o sistema, com a descrição das suas características

em termos por exemplo da bacia hidrográfica, de níveis freáticos, da topografia ou do tipo de

solo;

as características da infra-estrutura, como a capacidade e geometria da secção transversal,

os materiais utilizados nas tubagens ou mesmo em relação às datas da sua construção e

eventuais manutenções efectuadas;

os dados meteorológicos como a precipitação, a temperatura e humidade relativa do ar, bem

como a velocidade e direcção do vento;

as variáveis hidráulicas do escoamento como o caudal, o volume, a velocidade, pressão e

altura de escoamento;

a qualidade da água (sólidos totais, pH, CBO) e as características do meio receptor.

19

Por sua vez, a escala espacial de um programa de monitorização (Figura 2.6) é composta, segundo

Bertrand-Krajewski et al. (2008), por duas vertentes, a dimensão da área a ser monitorizada e a

resolução na qual esta área é monitorizada (densidade dos pontos de monitorização). A precisão de

uma distribuição espacial da precipitação está intimamente relacionada com a densidade da rede.

Figura 2.6 - Dimensão espacial de um programa de monitorização (Adaptado de Bertrand Krajewski et al., 2008).

O equipamento a utilizar será também alvo de decisão nesta fase do programa, uma vez que está

associado às variáveis hidráulicas. É importante referir que o desenvolvimento tecnológico implicou

um acréscimo ao grau de dificuldade na selecção do equipamento de monitorização apropriado. De

facto, Deletic et al. (2008a) sugerem que, na escolha de um equipamento de monitorização, não

devem ser descuradas questões como a precisão, a incerteza e a estabilidade do sensor (capacidade

para efectuar medições constantes). Também a resolução do sensor e a sua capacidade de estimar

parâmetros indirectamente (por exemplo a determinação de SST através da avaliação da absorção

de luz) devem ser tomadas em consideração, bem como a sua gama de medição.

Após o equipamento estar selecionado, deve ser então considerada a escala temporal (intervalo de

registos, duração do programa e período amostral) em que estas variáveis devem ser monitorizadas.

Na realidade, uma escala temporal (Figura 2.7) também possui duas dimensões: a duração do

programa de monitorização (algumas horas ou anos) e o intervalo entre registos (alguns minutos,

horas, dias ou mesmo meses). A decisão a ser tomada tem, assim, uma componente espacial,

relativa ao local a monitorizar, e uma componente temporal, com que frequência e por quanto tempo.

Figura 2.7 - Dimensão temporal de um programa de monitorização (Adaptado de Bertrand Krajewski et al., 2008).

Resolução espacial

"grosseira"

Boa resolução

espacial

Pequena área

Grande área

Número moderado de pontos

de monitorização

Número elevado de pontos

de amostragem

Um ou mais pontos de

amostragem

Número moderado de pontos

de amostragem dispersos

Intervalo de tempo

"grosseiro"

Intervalo de

tempo "bom"

Período de longa duração

Período de curta duração

Amostras frequentes durante

um longo tempo

Amostras frequentes num

curto período de tempo

Amostras esporádicas

durante um longo tempo

Amostras esporádicas num

curto período de tempo

20

O custo de um programa de monitorização é directamente influenciado pelo número de locais,

quantidade de variáveis e duração da campanha que se tiver estipulado para monitorizar. É

necessário ter em consideração que qualquer equipamento para além de ter de ser adquirido e

instalado, exige também manutenção posterior.

Por último, durante e/ou após o decorrer da campanha deve-se efectuar uma validação e organização

dos dados e transformá-los em informação e conhecimento. É uma realidade que a recolha de dados

tem vindo a ser facilitada pela evolução tecnológica verificada recentemente nos equipamentos de

monitorização, com um acréscimo na fiabilidade.

Na realidade, numa campanha desta natureza, torna-se imprescindível efectuar algumas verificações

no decorrer da campanha (Brito et al., 2001; Bonakdari et al., 2007 citados por Brito, 2012). Deve-se

verificar se o registo e a transmissão de dados estão a ser feitos correctamente pelo equipamento e

comparar a informação que é obtida com a prevista (como o sentido do escoamento, a gama de

alturas de escoamento e velocidade, bem como a alteração do escoamento à ocorrência de

precipitação). A última recomendação passa por averiguar no local os valores medidos, no início e no

fim da campanha, para detectar eventuais alterações ocorridas. Após a campanha, ou em intervalos

pré-estipulados, deve efectuar-se a edição e validação dos dados (Brito, 2012).

A nível internacional, existem alguns exemplos de monitorização em drenagem urbana que evoluíram

para sistemas com Controlo em Tempo Real. Segundo “Environmental Protection Agency”,

EPA (2006), este controlo em tempo real, "Real Time Control" (RTC), tem por objectivo gerir o

sistema em tempo real, em que se ajusta dinamicamente o funcionamento das instalações na

sequência de medições online no terreno, para manter e cumprir os objectivos operacionais, quer

durante condições de tempo seco como de chuva. Com este aproveitamento substancial da

capacidade das infra-estruturas, as redes de drenagem são, desta forma, geridas em função dos

caudais afluentes e das cargas, diminuindo as descargas para o meio receptor e a ocorrência de

inundações.

2.3.4 SISTEMAS DE MEDIÇÃO

2.3.4.1 MEDIÇÃO DA PRECIPITAÇÃO

As circunstâncias em que ocorrem as medições de precipitação são especialmente importantes para

os utilizadores dos dados obtidos, uma vez que tais medições são particularmente sensíveis, sendo

relevante o ambiente em que decorrem (uma vez que são influenciadas pelo vento, topografia etc)

(WMO, 2008). Um dos erros sistemáticos de medição de precipitação deriva, como referido

anteriormente, do factor vento. Para uma maior facilidade e fiabilidade dos dados obtidos, é desejável

a utilização dos mesmos medidores e dos mesmos critérios de localização ao longo das redes, pelo

que, na concepção das redes tal deve ser tomado em consideração. Qualquer alteração no tipo de

medidor de precipitação, local ou altura de instalação, pode provocar heterogeneidades nas séries

21

temporais de precipitação. Recorrendo a estatísticas de medidores vizinhos, as mencionadas

heterogeneidades podem ser corrigidas, permitindo, desta forma, eliminar os valores de medições de

precipitação considerados anormais.

Qualquer entidade gestora que pretende instalar uma rede de udómetros tem de ponderar qual a

densidade e a localização dos equipamentos. É essencial que, qualquer que seja o método de

medição de precipitação adoptado, este deve assegurar que a amostra nele obtida seja

representativa da quantidade de precipitação que efectivamente caiu sobre a área que o medidor

pretende representar (WMO, 2008; WaPUG, 2002). A medição da precipitação ocorrida é efectuada

através de udómetros, e são apontados por (WMO, 2008) determinados requisitos que devem

satisfazer, dos quais se destacam:

boca circular, com uma área entre 200 e 500 cm2 (em Portugal são utilizados udómetros com

superfícies receptoras de 200 e 400 cm2);

a boca do udómetro é prolongada interiormente por um funil com uma abertura de pequena

dimensão para minimizar a evaporação da precipitação recolhida no reservatório;

o medidor deve ser concebido para impedir a chuva de salpicar "dentro e fora". A parede

vertical do medidor deve ser suficientemente profunda e a inclinação do funil acentuada (de

pelo menos 45%). As linhas a tracejado representadas na Figura 2.8 devem intersectar a

parede vertical do medidor abaixo da boca circular;

Figura 2.8 - Coletores adequados para postos pluviométricos (WMO, 2008).

O local da instalação de um udómetro também deve ser alvo de cuidado, no sentido de o proteger

dos efeitos da turbulência, a qual tem influência na quantidade de precipitação recolhida. Tal

localização deve assegurar uma cobertura apropriada da bacia hidrográfica. De facto, Bertrand-

Krajewski et al. (2000a) citado por Brito (2012), sugere três critérios para a seleção de um local

adequado para a instalação do equipamento:

evitar a existência de obstáculos elevados, como árvore ou edifícios, nas imediações

(devendo estes encontrar-se a uma distância superior ou igual a quatro vezes a sua altura);

procurar um terreno maioritariamente plano ou que apresente pendente contra a acção do

vento;

instalar o cone de recepção do udómetro numa base horizontal, de forma a que a aresta

superior se situe a um metro do terreno.

22

Dado que nem sempre é possível identificar um local numa área urbana que preencha estes

requisitos, é comum instalarem-se os udómetros no topo de edifícios. É importante ter a noção de

que a precipitação medida nestas condições pode ser bastante diferente da que atinge o terreno. Por

sua vez, o número de udómetros a instalar (num mínimo de três, dos quais dois fornecem uma

estimativa da medição e o terceiro funciona como um backup), depende da área de influência, da

complexidade e topografia da bacia hidrográfica (WaPUG, 2002). É de ressalvar, no entanto, a

existência de diversas sugestões nesta matéria, podendo as recomendações não serem consensuais

entre si (Brito, 2012).

Os udómetros que permitem o registo contínuo da precipitação, são denominados udógrafos e podem

ser de báscula ou balança, de bóia, de pesagem e de intensidade (INMG, 1984). Apresentam desta

forma as vantagens de um registo contínuo de dados, permitindo o conhecimento da hora do início e

fim da precipitação e a sua intensidade. A título de exemplo, evidencia-se na Figura 2.9a um medidor

standard vs um medidor com registo contínuo de precipitação, "Tipping bucket" (Figura 2.9b).

Figura 2.9 - (a) Medidor standard; (b) "Tipping bucket" (Butler et al., 2011).

De entre as tecnologias disponíveis no mercado, os aparelhos mais comuns utilizados na medição da

precipitação, relativa a sistemas de drenagem, são udómetros com receptáculos basculantes

(Brito, 2012). A escolha do tipo de equipamento de medição deve ser feita conforme a finalidade e a

exigência a que os dados recolhidos se destinem (Maheepala et al., 2001), dados esses que podem

ter uma resolução temporal bastante elevada (1 minuto) (Brito, 2012). Na Figura 2.10 está

representado um udómetro instalado no SSCE.

Figura 2.10 - Udómetro instalado no SSCE.

a) b)

23

2.3.4.2 MEDIÇÃO DO CAUDAL A medição de caudais em drenagem urbana, com início em Portugal na década de 1980, é um

processo que pode acarretar algumas dificuldades, nomeadamente no caso de sistemas

dimensionados como separativos domésticos que recebem no seu sistema, com alguma frequência,

decorrentes por exemplo de infiltrações ou de ligações domiciliárias trocadas, afluências indevidas de

caudais pluviais. Acresce ainda, a grande variação das condições de funcionamento do escoamento

a que os colectores estão sujeitos, mais concretamente as diferentes inclinações e a afluência de

caudais pluviais, bem como a duração de períodos de tempo seco e a deposição de sedimentos

(Brito, 2012). Por sua vez, a edição e validação de dados de medição de caudal devem seguir

critérios bem definidos e claros, isentos de ambiguidade, de forma à sua aceitação (Bertrand-

Krajewski et al., 2000a citado por Brito, 2012).

Estão disponíveis no mercado diversas soluções comerciais para medição de caudal que devem ser

selecionados com base em diversos aspectos (Henriques et al., 2007; Brito, 2012). Podem ser

utilizados medidores de caudal multissensoriais que registam dados de velocidade e de altura de

escoamento. Os primeiros dados são obtidos através de um sensor de velocidades, por efeito de

Doppler e os segundos com recurso a um sensor de pressão ou a um sensor ultrassónico. Os

medidores multissensoriais têm como princípio de funcionamento uma medição indirecta, uma vez

que os valores de caudal são calculados a partir de registos de velocidades do escoamento e de

alturas de escoamento. Os caudalímetros com multissensorização têm por base blocos de sensores

fixados inferior ou superiormente no interior das condutas de águas residuais. Considerando as

acções a que estão sujeitas, a fixação dos sensores, bem como as cablagens de ligação, devem

apresentar resistência suficiente. Do ponto de vista construtivo, é desejável que a cablagem seja o

mais curta possível (Figura 2.11). É recomendável que sejam inspecionados visualmente, de uma

forma regular, de modo a ser possível atestar o seu estado de conservação e se necessário proceder

à limpeza de detritos que eventualmente se tenham acumulado. Tais inspecções e acções de

manutenção devem ser realizadas com um máximo de seis meses de intervalo, sobretudo se os

dados medidos se destinarem a facturação. Além de serem necessários técnicos especializados, é

ainda indispensável assegurar que sejam respeitadas as medidas de segurança para que as referidas

operações sejam efectuadas com êxito (Henriques et al., 2007).

Figura 2.11 - a) Disposição do equipamento de caudalímetria (Henriques et al., 2007). b) Pormenor de um medidor de caudal instalado numa câmara de visita.

a) b)

24

No entanto, previamente à instalação de qualquer equipamento, deve ser alvo de avaliação qual o

local adequado de medição. No entanto, mesmo seguindo as orientações dadas pelo fabricante do

equipamento, o local pode não ser apropriado, reflectindo-se na fraca qualidade dos dados. Na

realidade, Allit (1999) alerta para a significativa discrepância entre uma correcta identificação de

locais de medição adequados face ao avanço tecnológico verificado, com valores a rondar os 50% a

70% de locais tecnicamente inaceitáveis e com os inerentes dados inutilizáveis. Diversos factores

podem estar na origem destes valores elevados, sendo o mais significativo a falta de técnicos sem a

correcta formação, conhecimento e experiência. Brito (2012) aponta também como possíveis causas,

não serem realizadas pré-campanhas, o equipamento ser colocado num local que não se enquadre

inteiramente nas orientações do seu fabricante ou ainda não ser respeitado o protocolo de

manutenção do equipamento.

É importante referir ainda que os sistemas de drenagem de águas residuais urbanas, tanto os

colectores como as câmaras de visita, apresentam um ambiente por vezes inundável. No decorrer de

uma precipitação elevada, a capacidade hidráulica da rede pode ser ultrapassada e o escoamento

atingir a superfície, fazendo com que o sistema de drenagem entre em carga. De facto, o nível de

água ao atingir a crista do coletor, faz com que o escoamento passe a ocorrer em pressão, podendo

coexistir dois tipos de escoamento num só coletor (superfície livre em algumas partes e escoamento

em pressão noutras) (Marques et al., 2013). A acrescer a isto, o escoamento pode ocorrer com o

transporte de sólidos de alguma dimensão, e pode ser responsável por interferir com a integridade

dos equipamentos e consequentemente com a qualidade dos dados obtidos.

2.3.4.3 INCERTEZA E ERROS

Segundo VIM (2008), a metrologia pode ser entendida como um ramo da ciência que abrange as

vertentes teóricas e práticas da medição, qualquer que seja a incerteza de medição e o domínio de

aplicação. Henriques et al. (2007) refere a Teoria da Medição, segundo a qual o valor verdadeiro de

uma grandeza mensurável não se pode atingir através de medição. Na realidade, existe sempre uma

certa imperfeição associada à medição de grandezas. Henriques et al. (2007) aponta algumas causas

para tal:

Não se verificar uma correspondência perfeita entre o modelo real e o modelo conceptual.

Existirem limitações intrínsecas inerentes aos instrumentos e aos sistemas de medição (de

que é exemplo a resolução finita).

A alteração das condições ambientais (temperatura, humidade relativa etc) ao longo de um

processo de medição pode afectar o resultado dessa mesma medição.

De facto, qualquer equipamento destinado a medição (de precipitação ou de caudal) deve ser alvo de

testes laboratoriais e de respectiva calibração, de modo a garantir o seu correcto funcionamento e

operacionalidade, com valores de medição tão precisos quanto possível, actuando ao nível de várias

propriedades metrológicas que afectam o sistema de medição (Figura 2.12). É importante referir

25

também que a escolha do local da instalação destes equipamentos deve ser cuidada, a fim de serem

obtidos dados de boa qualidade (Maheepala et al., 2001).

Figura 2.12 - Esquema das propriedades metrológicas de um sistema de medição

(Adaptado de VIM, 2008).

A estimativa das incertezas existentes nas medições e nos resultados calculados a partir delas, passa

por uma análise estatística, efectuada de modo a poder ser aplicada de uma forma sistemática na

determinação da incerteza dos dados. O erro de uma medição é definido como sendo a diferença

entre o valor verdadeiro e o valor medido, sendo um facto que permanece por apurar o valor

verdadeiro (VIM, 2008). Assim a incerteza, pode ser considerada como sendo um intervalo de valores

em torno do valor medido, dentro do qual é possível enquadrar o valor verdadeiro, com um nível de

confiança aceitável. Uma vez que existe sempre o factor "erro" associado a qualquer medição, é

aconselhável analisar os dados e ajustá-los sempre que necessário. Tal procedimento exige

naturalmente prudência e precaução, sob pena de poder acentuar o erro (WMO, 2008). Assim,

todos os dados devem ser alvo de um procedimento que consista numa adequada validação da

informação. Concretamente, Deletić et al. (2008a), referem os dados dinâmicos (caudal ou medições

da qualidade da água) e os dados estáticos (áreas de influência ou diâmetro das condutas).

2.3.4.4 INCERTEZAS E ERROS NA MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO

De acordo com INMG (1984) apesar da precipitação ser uma grandeza de simples definição, a sua

medição precisa e exacta afigura-se de grande dificuldade, podendo, segundo Räisänen et al. (2005),

constituir um grande desafio, especialmente em locais com condições climáticas propícias à

ocorrência de neve. Uma vez que os medidores de precipitação estão sujeitos a alguns erros devem

ser analisadas as suas causas (WMO, 2008).

Räisänen et al. (2005) faz também alusão ao facto dos medidores convencionais de precipitação

serem comprometidos por um conjunto considerável de erros, que podem ser responsáveis por

défices sistemáticos. No inverno, surgem erros instrumentais decorrentes da acumulação de neve e

Sistema de Medição

Limite de detecção

Estabilidade

Variação devido a uma

grandeza de influência

Incerteza de medição

instrumental

Sensibilidade

Resolução

"Zona morta"

Calibração

26

gelo na borda e interior do funil do medidor, que podem resultar numa acentuada subestimação. Tal

inconveniente pode ser minorado mediante a aplicação de uma solução anticongelante. Na realidade,

Räisänen et al. (2005) desenvolveram um medidor de precipitação, para fins meteorológicos,

incorporado com uma protecção contra o vento e que permite uma melhor qualidade de medição

(Figura 2.13a). Esta nova abordagem de medidores de precipitação possui um software que controla

o aquecimento da borda do medidor, para não se acumular neve e gelo (Figura 2.13b), eliminando

alguns dos erros comuns.

Figura 2.13 - a) Medidor de precipitação incorporado com protector de vento (Adaptado de Räisänen et al. (2005)). b) Software de medição. c) Pormenor do software instalado.

A incerteza da medição é composta por erros fixos e sistemáticos (originados por uma calibração

errada do sensor) e erros ocasionais e pontuais (que surgem devido a variações no equipamento de

medição) (Deletić et al., 2008a). O erro sistemático de medição, em caso de neve, é de uma forma

geral considerável, podendo ser superior à que se verifica normalmente em caso de chuva

(WMO, 2008).

A quantidade de precipitação efectivamente medida nos medidores normalmente utilizados, pode ser

inferior, até 30% ou mais, à precipitação real (WMO, 2008). Na realidade, apesar da tecnologia

utilizada para a medição da precipitação, existem alguns factores que contribuem para o erro na sua

estimativa, como é o caso da distribuição heterogénea da precipitação e da existência de obstáculos

no terreno (Einfalt et al., 2004 citado por Brito, 2012).

É, no entanto, possível estimar a quantidade real de precipitação, através da correção de alguns dos

seguintes erros (WMO, 2008):

Deformação do orifício do medidor, provocado pelo campo de vento (2 a 10% para a chuva e

10 a 50% para neve).

Evaporação no recipiente, especialmente relevante em climas quentes (0 a 4%).

Acumulação de neve.

Entrada e saída de "salpicos" de água (1 a 2%).

Observações aleatórias e erros instrumentais, incluindo leitura incorreta do medidor.

a) b) c)

27

2.3.4.5 INCERTEZAS E ERROS NA MEDIÇÃO DE CAUDAL

Tipicamente, os sensores utilizados para monitorização em redes de drenagem estão localizados

num ambiente hostil. Adicionalmente, podem ocorrer constrangimentos operacionais ou técnicos que

conduzem a leituras incorrectas. Muito embora nos últimos anos se tenha verificado um esforço

considerável por parte dos fabricantes no sentido de fornecer equipamentos mais robustos, a sua

fiabilidade ainda é frequentemente insuficiente (Bertrand-Krajewsky e Muste, 2008).

A título de exemplo, Bertrand-Krajewsky et al. (2000), refere que, em campanhas realizadas em

França, é frequente que o caudal em colectores seja determinado com uma incerteza de ±50% a

±100%. Em Harmel et al. (2006) é apresentada uma análise de propagação da incerteza em

medições efectuadas em pequenas bacias hidrográficas. Os autores definiram diversas combinações

dos vários procedimentos possíveis para efectuar medição de caudal.

Os cenários possíveis foram categorizados em três níveis (I: melhor cenário possível; II: cenários

típicos; III: pior cenário possível). O cenário I representa uma cadeia de procedimentos baseada em

critérios de controlo de qualidade, sem restrições de recursos financeiros ou técnicos, e em condições

hidrológicas ideais. No que respeita à medição de caudal, foi estabelecida, com base numa extensa

recolha bibliográfica, uma incerteza previsível de 3% para o cenário I, de 6 a 9 % para o cenário II e

de 42% para o cenário III.

28

3 METODOLOGIA PROPOSTA

3.1 BREVE INTRODUÇÃO À METODOLOGIA PROPOSTA





geralmente utilizados para avaliação do desempenho do sistema de drenagem e que são estimados

nas campanhas de curta duração, sejam idênticos aos determinados em campanhas de longa

duração.




auto-controlo de qualidade imposto por requisitos legais.

A metodologia aplicada baseia-se na definição de um comportamento expectável em tempo de chuva

e verificação no número de evento necessários para que se verifique esse comportamento. Desta

forma, com vista à definição de estratégias para implementação de campanhas de monitorização em

sistemas de drenagem urbanos, implementaram-se os seguintes procedimentos:

Edição e validação dos dados relativos quer a medições de caudal, quer a registos de

precipitação e de alturas de escoamento.

Com base nos hietogramas anuais, definição da Série de Tempo de Chuva (incluíram-se

nesta série os períodos de tempo seco associados a escoamento retardado no colector).

Separação de eventos de precipitação.

Definição do hidrograma padrão de tempo seco (em registos de 5 minutos) para cada

medidor de caudal, em cada estação do ano.

Considerando os eventos de precipitação e o hidrograma padrão de tempo seco, definição da

Série de Eventos de Caudal.

Para cada evento de caudal, determinação de parâmetros hidráulicos: fp, VE e h/D.

Estimativa do número mínimo de eventos a monitorizar por formar a assegurar em

campanhas de curta duração.

Esta metodologia é sistematizada na Figura 3.1, e é descrita com maior detalhe nos sub-capítulos

que se seguem.

29

Figura 3.1- Estrutura e metodologia adoptada.

30

3.2 EDIÇÃO E VALIDAÇÃO DE DADOS

Quaisquer dados recolhidos, sem um procedimento de validação apropriado, devem ser considerados

imprecisos e não exactos. Assim, devem ser submetidos a um processo rigoroso de validação, sejam

eles dinâmicos (caudal ou medições da qualidade da água) ou estáticos (áreas de influência ou

diâmetro das condutas). Contudo, os dados por si só não são suficientes, devendo ser transformados

em informação e conhecimento, de forma a possibilitar a tomada de decisões. Numa primeira etapa,

para além de se proceder a uma "limpeza" dos dados, de forma a eliminar o possível ruído existente,

devem ainda ser consideradas as diferentes fontes de informação. Em seguida, dever-se-á procurar a

existência de um padrão, analisando-o e interpretando-o, caso exista. No entanto, o sucesso de todo

este procedimento depende de uma boa capacidade de decisão com base no conhecimento

adquirido (Deletić et al., 2008a).

No caso de estudo, os dados obtidos são submetidos um tratamento preliminar, em que são

previamente editados e validados pela entidade gestora. Após este procedimento, é comum os dados

recolhidos nas campanhas de monitorização de longa duração (medição de caudal, de precipitação e

de alturas de escoamento) apresentarem diversas irregularidades, nomeadamente:

Dos dias sem registos de escoamento e/ou precipitação.

Alturas de escoamento fora da gama de valores admissíveis (entre 0 mm e o diâmetro do

colector).

Ausência de dados (de precipitação, caudal e altura de escoamento) superior a 30 minutos.

Assim, a edição e validação de dados consiste na identificação dos dados que apresentem estas

irregularidades e na sua exclusão da série em estudo, por forma a manter a fiabilidade dos resultados

e das conclusões.

3.3 SÉRIE DE TEMPO DE CHUVA

3.3.1 DEFINIÇÃO DA SÉRIE

À partida, pode entender-se um período de chuva como o período durante o qual ocorre um evento

de precipitação. No entanto, quando se dispõe de vários udómetros, nem sempre esta definição é

objectiva, uma vez que pode haver registos de precipitação num determinado udómetro e não haver

registos noutro. Num sistema de drenagem unitário esta questão poderá não ser relevante. Mesmo

que nem toda a bacia a montante esteja a contribuir, há potencialmente afluência de caudal pluvial ao

colector, após infiltração e intercepção dos caudais superficiais. Por outro lado, se o evento for de

intensidade e duração reduzida, pode não chegar a existir caudal superficial, se o volume precipitado

sofrer infiltração ou retenção superficial.

Esta questão é certamente mais pertinente em sistemas separativos domésticos com ligações

indevidas de redes pluviais. Nestes sistemas, podem verificar-se as alterações no caudal medido em

31

consequência de um evento de precipitação, consoante as contribuições de caudal pluvial.

Expectavelmente, apenas algumas sub-bacias hidrográficas a montante estarão ligadas ao sistema, e

só quando ocorrer precipitação nessas bacias é que haverá, potencialmente, alteração do caudal a

jusante. Mesmo quando existe uma ligação da rede pluvial, pode haver contribuição de caudal

apenas para alguns eventos de precipitação, caso a ligação entre os sistemas tenha sido efectuada a

uma cota elevada na câmara de visita pluvial.

Neste caso, apenas para eventos de maior magnitude (intensidade e/ou duração), a altura de

escoamento atinge a cota da ligação, sendo só nessa altura o caudal desviado para o sistema

doméstico. Como normalmente nem em todas as sub-bacias são instalados udómetros, a situação

inversa também pode ocorrer, ou seja, podem verificar-se alterações súbitas no caudal, sem que

existam registos de precipitação no udómetro disponível (Brito et al., 2010).

Adicionalmente, em sistemas de drenagem com contribuição pluvial, quer sejam separativos ou

unitários, existem retenções no próprio sistema, e um medidor pode registar afluências pluviais

mesmo após o término de um evento de precipitação. Este caudal retardado, superior ao de tempo

seco, pode ser ainda proveniente de ligações pluviais directas ou ter origem em infiltração

(Almeida et al., 1999).

Ou seja, mesmo para estudar eventos de precipitação é necessário analisar em paralelo o

hidrograma, o que se inicia pela caracterização, para cada medidor de caudal, do respectivo caudal

médio de tempo seco (QMTS).

Neste contexto, a definição da série de tempo de chuva pressupõe que sejam identificados e

incluídos na série os períodos de tempo que provocam alteração no QMTS. Na prática, consideram-

se incluídos em tempo de chuva, para além dos dias em que ocorreu precipitação, os dias de tempo

seco em que, apesar de não se ter registado qualquer evento pluviométrico, os caudais escoados

ainda têm influência dos eventos pluviométricos antecedentes (Pimentel et al., 2011), ou seja, dias

com caudais pluviais retardados que apresentam caudal medido superior a QMTS.

Desta forma, a definição dos dias em que ocorre ou não precipitação baseou-se na definição prévia

de udómetro principal, como sendo o (ou os) udómetros que, para uma determinada secção de

monitorização, regista(m) dados de precipitação que melhor se relacionam com os dados de caudal.

É de referir que foram utlizados resultados obtidos por Análise de Componentes Principais

(Brito et al., 2010).

De facto, para a definição de “dia de chuva" é recomendado em ERSAR (2007) que se seleccione um

ou mais udómetros que se encontrem na área servida por cada sistema, e que as suas medições

sejam consideradas representativas das contribuições de águas pluviais. É então considerado um

“dia de chuva” caso se registe ocorrência de precipitação no udómetro seleccionado para o respectivo

ponto de medição de caudal.

32

3.3.2 SEPARAÇÃO DE DIFERENTES PERÍODOS NUM ANO

Em determinadas situações, se o caso em estudo revelar acentuadas variações no caudal de tempo

de chuva ao longo do ano (devido por exemplo quer à existência nas imediações de níveis freáticos

elevados, quer à sazonalidade das afluências domésticas) pode ser necessário fazer a distinção entre

os períodos de tempo de chuva na Estação Seca (ES) e na Estação Húmida (EH). Na Estação Seca

(ES), período que decorre de Junho a Setembro, pode eventualmente justificar-se o estudo isolado do

mês de férias (Agosto).

3.4 SEPARAÇÃO DE EVENTOS DE PRECIPITAÇÃO

No que respeita à separação de eventos de precipitação, o Wastewater Planning Users Group

(WaPUG, 2002) sugere os seguintes critérios, a considerar em modelos de simulação hidráulica em

redes de drenagem:

A quantidade de água precipitada deve ser em quantidade suficiente, a fim de assegurar

existência de escoamento superficial mesmo após as perdas iniciais.

A comparação entre as medições nos vários udómetros devem ser consistentes, de modo a

que a precipitação em qualquer ponto na zona de captação possa ser determinada por

interpolação.

O caudal deve ser medido com uma altura de escoamento suficiente para assegurar

condições de medição adequadas.

Deve ocorrer um aumento significativo do caudal em cada local de medição para que seja

evidente o efeito da ocorrência de precipitação.

O hidrograma não deve ser muito irregular ou instável, de forma a permitir identificar os

períodos de crescimento e decaimento.

A interpretação destes requisitos não é consensual, uma vez que requer uma considerável

experiência a par de uma capacidade de visão critica.

Segundo o Water Research Centre (WRc, 1987), devem apenas ser considerados como aptos para a

validação de um modelo (no caso de uma pequena bacia urbana, com menos de 5000 habitantes ou

bacia bem definida) eventos pluviométricos com precipitação total de 5 mm, intensidade mínima de 5

mm/h durante 4 minutos, duração mínima da chuvada de 30 minutos e em que a variabilidade entre

os udómetros seja inferior a 40% da precipitação total.

Outros autores (Zhu, H. e Schilling, W., 1996) sugerem que um evento precipitação pode ser definido

como o período de tempo em que tenha ocorrido precipitação, separado por períodos secos com

duração superior a uma hora e uma altura de precipitação superior a 3 mm.

33

Uma interpretação sugerida pelo WaPUG para aceitar ou rejeitar eventos como válidos para

modelação é a seguinte:

a) No que respeita à precipitação em cada udómetro:

i. A altura total de precipitação registada deve ser superior a 5 mm.

ii. No caso de só serem registados 3 eventos, deve-se procurar que um deles tenha uma

duração superior a metade do tempo de concentração da bacia (tc), outro com duração igual

a tc e outro com duração superior a 2tc (esta recomendação é também sugerida em

(Saul, 1997)).

iii. A intensidade de precipitação deve ser superior a 6 mm/hora durante mais de 4 minutos.

iv. O período entre os eventos deve ser suficientemente largo para que o caudal retome as

condições de tempo seco, ou seja, o intervalo entre eventos deve ser suficiente para que seja

recuperado o padrão de tempo seco do hidrograma (idem (Saul, 1997)).

b) No que respeita à variação entre a precipitação medida em udómetros adjacentes:

i. A altura total de precipitação não deve variar mais do que 20%.

ii. Não deve existir uma diferença superior a 15 minutos no instante de ocorrência da

precipitação máxima medida nos diferentes locais.

iii. O intervalo de tempo entre máximos sucessivos num evento não deve variar mais do que

10% nos diferentes locais.

Com base nos critérios anteriormente mencionados, no presente estudo foram considerados válidos,

os eventos pluviométricos que reuniram as seguintes características:

Precipitação acumulada superior a 5mm.

Intensidade de precipitação superior a 5 mm/h, durante um período de 5 minutos.

Duração da chuvada de 30 minutos.

Intervalo de tempo mínimo entre eventos de precipitação de 30 minutos.

Intensidade de precipitação máxima limitada, atendendo aos registos de precipitação na área

em estudo.

A aplicação dos critérios de separação de eventos de precipitação enumerados no subcapítulo

anterior foi concretizada através de uma aplicação, desenvolvida em Excel e Visual Basic e

devidamente explicada em anexo, que possibilita o tratamento expedito dos dados e visa a

identificação dos eventos de precipitação e de caudal, possibilitando a sua adequada caracterização.

É de salientar que foi aplicado um filtro aos eventos obtidos de modo a rejeitar valores de

intensidades mínimas irrelevantes e intensidades máximas absurdas. Estipulou-se desta forma, e

atendendo aos registos de precipitação na área metropolitana de Lisboa, que a intensidade máxima

provável para um evento de precipitação seria de 75 mm/h, rejeitando portanto eventos com valor

superior (possivelmente resultantes de erros de medição). De igual modo, foram rejeitados eventos

com precipitação acumulada mínima de 5 mm.

34

Desta forma, uma vez definidos os eventos de precipitação a considerar, e conforme sugerido por

Almeida e Cardoso (2010) e EPA (1999), estes foram caracterizados identificando os seguintes

parâmetros:

Data e hora do início e do fim do evento.

Duração total do evento.

Altura total de precipitação.

Intensidade média do evento.

Intensidade máxima do evento.

Tempo seco antecedente.

Importa também referir que, segundo Trigo et al. (2005), os eventos de precipitação podem ser

classificados segundo a sua duração em dias:

Menos de 5 dias - evento de curta duração.

De 5 a 20 dias - evento de média duração.

Superior a 20 dias - evento de longa duração.

3.5 HIDROGRAMA PADRÃO DE TEMPO SECO

3.5.1 DEFINIÇÃO DO HIDROGRAMA PADRÃO DE TEMPO SECO

O hidrograma padrão de tempo seco (HPTS) traduz a variação diária dos caudais instantâneos

afluentes a um determinado medidor de caudal, em tempo seco (QTS). Genericamente, quando

comparados com os registos de caudal em tempo de chuva, estes hidrogramas permitem aferir, por

diferença de valores, a componente do escoamento originada pela precipitação (quer proveniente de

ligações directas quer por aumento da infiltração).

Quando se justificar, por se observarem hietogramas muito variáveis ao longo do ano, sugere-se

separação em Época Seca (ES) e em Época Húmida (EH) (Pimentel et al., 2011).

Para a definição dos hidrogramas padrão consideram-se apenas os dias de precipitação nula,

registados nos udómetros significativos, que não apresentassem escoamento retardado.

Analisando em simultâneo esses hidrogramas diários, verifica-se que, para cada instante do dia, o

caudal apresenta uma variação entre valores máximos e mínimos. Interessa considerar não apenas o

hidrograma padrão médio, mas sim uma gama de valores expectáveis de caudal ao longo do dia.

Para determinar essa gama de valores expectáveis em cada instante do dia, considera-se cada

amostra como sendo constituída por todos os valores de caudal registados nesse instante (em

períodos de 5 minutos). Uma vez que se está a estudar a variação expectável do hidrograma diário e

que cada amostra representa todos os valores registados num dado instante (em períodos de

35

5 minutos), o procedimento tem de ser repetido para uma quantidade elevada de amostras. De cada

amostra é necessário determinar a média, e os limites que contenham 95% dos valores da amostra.

De facto, caso os dados da amostra apresentem uma distribuição normal, então 95% dos valores da

população estão contidos no intervalo [X̅ − 1.96 S ; X̅ + 1.96 S], em que X̅ e S são a média e o desvio

padrão da amostra, respectivamente (e em que se admite estes serem bons estimadores da média e

desvio padrão da população). Desta forma, o hidrograma padrão apresenta uma "faixa de valores" de

forma a que, para cada instante, 95% dos dados validados se encontrem dentro desta. Existe então

um valor esperado, médio, em torno do qual se estendem dois limites, um superior e outro inferior, os

quais são apenas ultrapassados por 5% dos valores da amostra.

Por outro lado, para amostras que não apresentem distribuição normal, os limites foram determinados

removendo os 2,5% dos valores da amostra superiores e inferiores. Para determinar se as amostras

seguem ou não uma distribuição normal, utiliza-se o teste de hipóteses de Shapiro-Wilk, expedito e

relativamente fiável (Shapiro et al., 1965), conforme apresentado com maior detalhe em 3.5.2. A título

de exemplo apresenta-se na Figura 3.2 um hidrograma padrão de tempo seco.

Figura 3.2 - Exemplo de um hidrograma padrão registado num medidor de caudal.

Por último, foi feito uma suavização dos hidrogramas padrão por aplicação do filtro de Savitzky-Golay

(Savitzky et al., 1964) de modo a atenuar possíveis perturbações existentes nas séries. De facto,

Abraham Savitzky e Marcel Golay deparavam-se com questões relacionadas com a presença regular

de ruído nos dados, em que as técnicas comuns não eram suficientemente eficientes, e

apresentaram no ano de 1964 o filtro de suavização SavitzkyGolay, no livro “Smoothing and

differentiation of data by simplified least squares procedures”.

Desenvolveram em conjunto um método para evitar os problemas associados a médias móveis, como

máximos, mínimos e a largura de cada um desses extremos relativos, de forma a manter e preservar

as características de uma dada distribuição inicial perante uma suavização dos seus dados.

Este método é baseado na aplicação de uma média móvel calculada por regressão polinomial (de

grau k, com pelo menos k+1 pontos equidistantes) e em que aplica derivadas de 1ª ou 2ª ordem para

determinar o novo valor de cada ponto. O resultado será uma função similar aos dados de entrada,

mas suavizada, apresentando a vantagem de tender a preservar características da distribuição inicial,

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

450.0

500.0

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

Cau

dal

(l/s

)

Tempo

Hidrograma Padrão Tempo Seco

Caudal médio instantâneo

Limite Superior

Limite Inferior

36

como os máximos e mínimos relativos. Na Figura 3.3 apresentam-se exemplos relativos à aplicação

deste filtro em hidrogramas padrão de tempo seco.

Figura 3.3 - Exemplo de hidrograma padrão de tempo seco com a aplicação do filtro de Savitzky-Golay.

3.5.2 ESTUDO DA NORMALIDADE DAS AMOSTRAS

Um teste de hipóteses é um procedimento que permite decidir se uma dada hipótese é, ou não,

suportada pelos dados de uma amostra. Num teste de hipóteses definem-se duas hipóteses, a

hipótese nula (H0), da qual se parte e que se tenta rejeitar com base num critério, e uma hipótese

alternativa (H1) que se espera adoptar. A resposta num teste deste tipo, é apresentada na forma

"rejeitar H0" (onde é adoptada a hipótese H1) ou então "não rejeitar H0", o que significa que não há

uma evidência suficiente para rejeitar H0 (Cação, 2010; Neves, 2007). É importante salientar que, ao

se tomar uma decisão para a distribuição da população com base numa amostra, tem erros

associados, conforme ilustra o Quadro 3.1.

Quadro 3.1 - Tipos de erros em testes estatísticos (Cação, 2010).

Hipótese verdadeira

H0 verdadeira H0 falsa

Decisão do teste Rejeitar H0 Erro do tipo I Não há erro

Não rejeitar H0 Não há erro Erro do tipo II

Ou seja,

𝑃(𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝐼) = 𝑃 (𝑅𝑒𝑗𝑒𝑖𝑡𝑎𝑟 𝐻0|𝐻0 𝑣𝑒𝑟𝑑𝑎𝑑𝑒𝑖𝑟𝑜) = 𝛼

𝑃 (𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑖𝑝𝑜 𝐼𝐼) = 𝑃 (𝑁ã𝑜 𝑟𝑒𝑗𝑒𝑖𝑡𝑎𝑟 𝐻0|𝐻0 𝑓𝑎𝑙𝑠𝑜) = 𝛽

É habitual considerar um valor bastante reduzido de probabilidade de erro do tipo I (sendo α o nível

de significância), na ordem de 0.05 ou 0.01. Desta forma, um teste de hipóteses pretende formular

uma conclusão absoluta sobre uma determinada população, com base numa amostra desta, para se

poder tomar uma decisão (Neves, 2007). Utiliza-se o termo conclusão absoluta, uma vez que o

resultado do teste é do tipo “positivo/negativo” ou “sim/não”, embora a segurança deste resultado seja

Aplicação do

filtro de

Savitzky-

Golay

37

maior ou menor dependendo do ajuste da amostra à hipótese que se pretende testar sobre a

população (Pedrosa et al., 2004).

Na realidade, a região de rejeição, ou região crítica (RC), é o conjunto de valores da estatística que

conduzem a rejeitar H0. Assim, é estabelecido um valor crítico para a estatística do teste que,

determina se o resultado do teste está do lado positivo ou do lado negativo, de forma a que se possa

“com segurança” determinar que o resultado é positivo ou negativo (Neves, 2007).

No presente caso, interessa avaliar se, para um dado instante do dia, os valores de caudal

apresentam uma distribuição normal. Aos testes de hipóteses que visam averiguar esta questão (se

um determinado conjunto de observações pode ser considerado proveniente de uma população com

distribuição normal), designam-se por testes de normalidade, sendo o Teste de Shapiro Wilk (1965)

um dos mais importantes e mais utilizados (Neves, 2007). Formulam-se as hipóteses H0 (a amostra

provém de uma população normal) e H1 (a amostra não provém de uma distribuição normal),

estabelece-se o nível de significância do teste (α), normalmente 0.05, ordenam-se os n valores da

amostra (x(1), x(2), ..., x(n)) e calcula-se de seguida o valor da estatística do teste Wcal dada pela

equação (1), em que valores pequenos de Wcal indicam não normalidade (Neves, 2007):

𝑊𝑐𝑎𝑙 =𝑏2

∑ (𝑥𝑖−�̅�)2𝑛𝑖=1

(1)

em que,

b: Constante a determinar a partir dos dados e com recurso a uma tabela;

xi: valores da amostra ordenados;

�̅�: média dos valores da amostra.

Por último, é tomada a decisão, em que se rejeita H0, ao nível de significância α, se o valor de Wcal

pertencer à RC, ou seja, se Wcal < Wα.

3.6 SÉRIE DE EVENTOS DE CAUDAL

A análise de dados de caudal em tempo de chuva deve basear-se num estudo conjunto do

hidrograma e do hietograma, através de séries temporais, de modo a se visualizar a variação ao

longo do tempo. Para um mesmo evento de caudal, podem contribuir vários eventos de precipitação.

É recomendado que os eventos de precipitação ocorridos desde que o hidrograma se afastou do

registo padrão de tempo seco até que retomou esse registo sejam agrupados (Saul, 1997 citado por

Brito, 2012). Deste modo, uma vez determinados os Eventos de Precipitação e os vários Hidrogramas

Padrão de Tempo Seco, definiu-se a Série de Eventos de Caudal. Considerou-se que o início de cada

evento de caudal coincide com o início do evento de precipitação, desde que o caudal medido nesse

instante excede o caudal de tempo seco (dado pelo limite superior do hidrograma padrão de tempo

seco correspondente).

38

Por sua vez, o final do evento de caudal é determinado quando o caudal medido regista novamente

valores da ordem de grandeza do tempo seco. Este instante é definido na fase descendente do

hidrograma, quando o caudal medido for inferior ao limite superior do hidrograma de tempo seco, tal

como se ilustra na Figura 3.4. É de salientar que, um único evento de caudal pode englobar mais do

que um evento de precipitação e que eventos de precipitação sequenciais podem gerar escoamento

retardado, originando hidrogramas que se sobrepõem. Uma vez definidos os eventos de caudal,

estes são validados tendo em conta os seguintes critérios:

Se existem lacunas de dados, com duração superior a meia hora, o evento de caudal é

rejeitado.

Caso existam lacunas com duração inferior a meia hora, a base de dados é completada com

base nos valores de caudal medidos, admitindo que o valor se mantém constante.

Figura 3.4 - Registo de um evento de caudal.

Deste modo, para cada evento de caudal devem caracterizar-se as variáveis hidráulicas do

escoamento, e para essa caracterização é necessário recorrer a estatísticas como a média, a

variância, os mínimos e máximos. que possibilitem de uma forma geral, resumir o comportamento

hidráulico do colector.

3.7 PARÂMETROS HIDRÁULICOS DO ESCOAMENTO

Para cada medidor de caudal, o escoamento em tempo de chuva, associado a cada evento de

caudal, pode ser caracterizado com base nos parâmetros hidráulicos factor de ponta fp, volume de

evento relativo VErel e altura máxima relativa de escoamento (h/D)máx.

O factor de ponta (fp) é obtido pelo quociente entre o valor do caudal máximo medido no

evento de caudal (Qp) e o caudal médio de tempo seco (QMTS), de acordo com a equação

(2).

𝑓𝑝 =Qp

QMTS (2)

39

O volume de evento relativo (VE relativo) é um parâmetro que representa o quociente entre o

volume do evento e o volume de tempo seco, sendo dado pela equação (3):

VErelativo =VE

VTS (3)

O volume do evento (VE) representa o volume gerado pela precipitação (dado pela equação 4), no

período associado ao evento de caudal (Evento Q). Foi considerado como sendo o volume do evento,

o que se encontra assinalado a amarelo na Figura 3.5.

VE = VTC − VTS (4)

De facto, pode-se estimar os volumes afluentes de origem pluvial através da diferença entre os

volumes registados em tempo de chuva e os valores estimados para condições de referência de

tempo seco (ERSAR, 2007). O volume de tempo seco (VTS) representa o volume gerado pelo

hidrograma padrão de tempo seco durante o Evento Q (corresponde à área a azul, assinalada no

gráfico da Figura 3.5). O volume de tempo de chuva (VTC) representa o volume total de água residual

escoada no colector durante o evento de caudal.

Figura 3.5 – Exemplo esquemático de um evento de caudal e de precipitação.

A altura relativa de escoamento (h/D)máx representa a relação entre a altura máxima do

escoamento no colector durante o evento de caudal (hp chuva) e o diâmetro desse colector (D),

representada pela equação (5):

(h/D)máx =hp chuva

D (5)

Volume do Evento

Volume de Tempo Seco

40

3.8 CURVAS DE PROBABILIDADE DE EXCEDÊNCIA DOS PARÂMETROS

HIDRÁULICOS

Na presente dissertação, interessa caracterizar a variabilidade de cada um dos parâmetros

hidráulicos em estudo (para cada medidor, para cada ano e para cada udómetro) nomeadamente,

interessa conhecer a probabilidade de ocorrência de um determinado valor, através da curva de

probabilidade de excedência, uma das análises estatísticas utilizadas na hidrologia.

Através da curva de probabilidade de excedência é possível identificar se a grandeza em causa

apresenta valores razoavelmente constantes ou se, pelo contrário, variáveis entre os extremos

máximo e mínimo. Possibilita ainda determinar a percentagem de ocorrências em que a grandeza

assume valores numa determinada gama (Naghettini et al., 2007 citado por Brito, 2012).

De facto, esta curva permite observar qual a relação entre a grandeza e a frequência com que esta é

superada ou mesmo igualada. Mais concretamente, é associado a cada valor x do parâmetro

hidráulico, a probabilidade empírica F(x) do referido parâmetro assumir valores iguais ou superiores a

x (probabilidade de excedência) (Brito, 2012). A probabilidade de excedência associada a cada valor

do parâmetro é expressa através da equação (6):

𝐹𝑖 =𝑖−𝑤

𝑛+1−2𝑤 (6)

em que:

i: número de ordem de um dado elemento após ordenação por valores decrescentes;

n: número de elementos da amostra;

w : constante que pode assumir o valor de 0 ou de 1.

A curva de probabilidade de excedência é, portanto, uma representação gráfica da combinação de

valores (xi, Fi). É de salientar ainda a presença de incertezas consideráveis que, segundo

Naghettini et al. (2007), dependem, essencialmente, do tamanho e representatividade da amostra.

Relativamente aos valores da constante w, Naghettini et al. (2007) aponta alguns sugeridos por vários

autores (nomeadamente Weibull, considerando w igual a zero). O valor da constante w determina a

qualidade do ajustamento entre probabilidades empíricas e teóricas, e deve ter em conta a

distribuição teórica que se supõe para a população de onde resulta a amostra (Naghettini et al., 2007

citado por Brito, 2012).

Suponha-se que se pretende determinar, qual a probabilidade de, naquele colector, a precipitação

originar factores de ponta superiores a 2. Para esse efeito, ordenam-se por ordem decrescente os

n valores obtidos para o fp (correspondentes aos n eventos de caudal em análise) e representa-se a

curva de probabilidade de excedência desses valores. A fp=2 corresponderá um determinado valor de

Fi.

41

A curva de probabilidade de excedência obtida diz respeito a todo um período de medições, podendo

considerar-se que caracteriza o comportamento hidráulico do colector, propondo-se a análise de dois

períodos anuais separadamente. Admitindo a existência de erros na medição, admite-se que esta

curva possa apresentar alguns desvios.

Considera-se que a monitorização numa linha de água em pequena bacia hidrográfica ou em

sistemas unitários ou pseudo-separativos de águas residuais é bastante semelhante ao que é

definido no sub-capítulo 2.3.4.5 como cenário II, pelo que se poderá estabelecer algum paralelismo

entre os valores reportados e os expectáveis em redes de drenagem. Nesse sentido, admite-se que a

obtenção de parâmetros hidráulicos do escoamento com um desvio de 10% em relação aos obtidos

pelas medições de longa duração já pode ser considerada representativa, com base no exposto em

2.3.4.5.

Desta forma, no contexto em estudo, admite-se que o comportamento hidráulico do sistema possa

ser representado por uma envolvente da curva de probabilidade de excedência relativa a um ano de

ocorrências, delimitada assim por uma gama de valores superiores e inferiores considerada aceitável.

Considerou-se então razoável, com base nos pressupostos anteriores, uma gama de valores de

+-10% em relação à curva média. A envolvente de referência representa portanto uma envolvente da

curva de probabilidade de excedência que abrange todos os eventos ocorridos num ano no

respectivo medidor de caudal.

A título exemplificativo, ilustra-se na Figura 3.6 uma curva de probabilidade de excedência de factores

de ponta, com a respectiva envolvente.

Figura 3.6 - Envolvente admissível das curvas de probabilidade de excedência, em termos de factor de

ponta.

42

3.9 ESTIMATIVA DO NÚMERO MÍNIMO DE EVENTOS A MONITORIZAR

Face ao exposto anteriormente, pretende-se estimar o número mínimo de eventos de caudal a

monitorizar de forma a obter parâmetros hidráulicos idênticos aos que se obteriam numa campanha

de longa duração. Com base em 3.8, pretende-se aferir quantos eventos de caudal são necessários

para se obterem curvas de probabilidade de excedência idênticas à que se obteve na campanha de

longa duração, ou seja, que se insira na envolvente representada na Figura 3.6. Para este efeito,

considera-se que a envolvente obtida para a série anual, com inclusão de todos os eventos

disponíveis, é a envolvente de referência.

O procedimento adoptado para estimar o número mínimo de eventos a monitorizar foi o seguinte:

com base nos n eventos de caudal Q, foram efectuadas k combinações de m eventos. Numa

primeira iteração, considerou-se m=4 (campanha de curta duração que apenas registou 4

eventos);

para cada uma destas combinações, determinaram-se os parâmetros hidráulicos associados

e a respectiva curva de probabilidade de excedência;

compararam-se as curvas obtidas com a envolvente de referência;

verificou-se se todas essas curvas se encontravam delimitadas pela envolvente de referência:

caso se verifique a inclusão na envolvente de referência, então o número m de

eventos de caudal Q será o necessário e suficiente (Figura 3.7);

caso contrário, devia-se aumentar o número de eventos de caudal Q até que se

verificasse inclusão de todas as curvas na gama delimitada pela envolvente de

referência (m pode variar de 4 a n).

Figura 3.7- Combinações aleatórias em que o número de eventos de caudal é representativo da totalidade da série.

43

4 APLICAÇÃO A UM CASO DE ESTUDO

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO CASO DE ESTUDO: SISTEMA DE SANEAMENTO

DA COSTA DO ESTORIL

No passado, a utilização das águas da Costa do Estoril, uma das zonas turísticas mais importantes

do país, não era apropriada para uso balnear, apesar da existência de redes de abastecimento de

água e de drenagem de esgotos. O acréscimo considerável que se verificou na população que residia

no concelho, determinou o aumento de habitações necessárias. Dada a ausência de um sistema

adequado de gestão dos efluentes, existia um problema ambiental e de saúde pública, uma vez que

os mesmo eram muitas vezes descarregados nas linhas de água ou em colectores que desaguavam

ao longo da costa. Neste contexto, com vista a resolver os problemas de saneamento básico

existentes, surgiu o Sistema de Saneamento da Costa do Estoril (SSCE) (Frazão et al., 1998).

Para a aplicação da metodologia proposta, utilizaram-se dados fornecidos pela SANEST, S.A.,

entidade gestora do Sistema de Saneamento da Costa do Estoril. Criada em 14 de Junho de 1995

pelo Decreto-Lei nº 142/95, é uma sociedade anónima de capitais públicos e tem por função

assegurar de uma forma regular, contínua e eficiente a recolha, transporte, tratamento e a rejeição de

efluentes produzidos nos concelhos de Cascais, Oeiras, Sintra e Amadora (DRPP, 2003;

SANEST, 2012). Dispõe de um sistema de monitorização de caudal e de precipitação, a funcionar em

contínuo desde 1998.

Relativamente ao capital social da SANEST, a AdP (Águas de Portugal, SGPS, S.A.) detém 51%, e

os Municípios de Amadora, Cascais, Oeiras e Sintra assumem a qualidade de utilizadores/clientes e

acionistas com 12,25% cada um (Sanest, 2012).

O SSCE abrange a totalidade do concelho de Cascais, grande parte dos concelhos da Amadora e

Sintra e uma parte menor do concelho da Amadora, perfazendo uma área de 240 km2 . O sistema,

dimensionado como separativo doméstico, integra 20 emissários (com cerca de 120 km e diâmetros

entre 300 a 1000 mm), um interceptor geral (com 25 km e diâmetros entre 800 a 2500 mm) e uma

ETAR subterrânea, localizada na Guia, com capacidade de tratamento para 5,2 m3/s.

O interceptor geral desenvolve-se ao longo da linha de costa, desde Linda-a-Velha até Cascais,

concretamente até à ETAR da Guia, local onde os efluentes são alvo de tratamento e descarga no

oceano Atlântico (Sousa et al., 2014). O interceptor geral e a estação de tratamento recebem as

águas residuais domésticas dos emissários do sistema (DRPP, 2003; Granger et al., 2008;

Sanest, 2012).

Constam igualmente deste sistema um emissário submarino, nove estações elevatórias

(responsáveis por bombear as águas residuais provenientes das zonas baixas junto à costa sem a

44

possibilidade de ligação gravítica ao interceptor) e três descargas de emergência no interceptor e

catorze câmaras de comportas (Granger et al., 2008; Sanest, 2012).

O interceptor geral, os emissários, assim como as inúmeras estações elevatórias acima mencionadas

são visíveis na Figura 4.1.

Figura 4.1 – a) Localização do caso de estudo. b) Sistema multimunicipal de tratamento de águas

residuais da Costa do Estoril (Adaptado de Sanest, 2012).

O emissário submarino - que se bifurca após 900 m ficando as suas extremidades afastadas entre si

de 200 m - tem 2 difusores de 400 m que dissipam as águas residuais tratadas no mar a 40 m de

profundidade e a cerca de 3 km ao largo da costa da Guia (Figura 4.2) em meio receptor classificado

como zona menos sensível, pelo Decreto-Lei nº 198/2008 (Zona Menos Sensível do Cabo da

Roca/Estoril).

O emissário encontra-se em funcionamento desde o ano de 1990 e descarrega por dia cerca de

170 000 m3 no Oceano Atlântico (Santos et al., 2004). As características das marés da costa de

Portugal, com as suas correntes marítimas, associadas à acção do vento são bastante favoráveis

para diluição e dispersão de águas residuais (Santos et al., 2004).

a) b)

45

Figura 4.2 - Emissário submarino na Guia na fase de construção (Sanest, 2012).

A composição do sistema de medição de caudal é de 47 medidores de caudal multi-sensoriais ADS

3600; 1 medidor de caudal multi-sensorial ACCUSONIC ACCUFLOW 7510; 2 medidores de caudal

electromagnéticos ABB PARTI-MAG II; 1 medidor de caudal electromagnético KHRONE OPTIFLUX

2010; 1 medidor de nível IETG HAWKEYE, 4 medições pontuais com descarregador WEIR e

5 Udómetros MJK (Granger et al., 2008).

O SSCE recebe diariamente aproximadamente 155 000 m3 de águas residuais, recolhidas nos

municípios da Amadora, Cascais, Oeiras e Sintra (Oliveira et al., 2010; Sanest, 2012).

Na Figura 4.3 é possível observar a evolução da população servida e da água residual recolhida e

facturada pelo SSCE nos quatro municípios (nos anos de 2010, 2011 e 2012).

Figura 4.3 - População servida por município e respectiva água residual recolhida e facturada (Sanest, 2012).

46

Para uma sustentabilidade ambiental e um bem-estar das populações servidas, a melhoria da

qualidade da água das praias da Costa do Estoril e das ribeiras na área de influência do Sistema,

passa por erradicar as descargas indevidas de águas residuais nas bacias hidrográficas juntamente

com uma requalificação ambiental e paisagística das ribeiras. O SSCE é responsável por uma área

drenada, que abrange as bacias hidrográficas das 14 ribeiras que desaguam na Costa do Estoril e

que serve actualmente uma população de aproximadamente 800 000 habitantes equivalentes

(Sanest, 2012), prevendo-se que no ano de 2020 venha a servir 920 000 (DRPP, 2003).

Efectivamente, ao longo da ribeira da Laje estão localizados vários dos pontos de medição de caudal

analisados na presente dissertação.

Em 1998 a rede de drenagem era monitorizada em contínuo através de 55 medidores de caudal e de

5 udómetros, encontrando-se a maior parte destes equipamentos em funcionamento desde então, o

que tem contribuindo para uma base de dados alargada (Brito, 2012). Para o caso em estudo, foram

analisados dados de seis medidores de caudal, mais concretamente do Q03, Q04, Q06, Q07, Q08 e

Q35. Como referido em 2.3.4.1, a medição da precipitação é feita com recurso a udómetros de

receptáculos basculantes. Relativamente aos medidores de caudal existentes na rede, a maior parte

deles é multissensorial, sendo compostos por um medidor de velocidades por efeito Doppler, um

medidor de nível ultrassónico e um medidor de nível de pressão hidrostática (Brito, 2012). A

localização dos medidores de caudal e udómetros está representada na Figura 4.4.

Figura 4.4 - Localização dos medidores de Caudal (Q) e udómetros (U) no Sistema de Saneamento da Costa do Estoril (Adaptado de Granger et al., 2008).

Q06

Q07

U2

U6

U35

U25

47

Os pontos de medição foram selecionados por apresentarem diversas características que se

encontram evidenciadas no Quadro 4.1, nomeadamente a caracterização do colector em termos da

sua secção e dimensão. Foram utilizados dados de quatro udómetros (U2, U9, U25 e U35). Ainda no

Quadro 4.1, encontram-se as principais características correspondentes a cada ponto de

monitorização. É de referir que os valores da área aproximada da bacia hidrográfica a montante de

cada medidor, assim como os tempos de concentração da bacia, foram obtidos por Brito (2012) a

partir de plantas topográficas com escala 1/25.000 disponibilizadas pela entidade gestora.

Quadro 4.1- Principais características de cada ponto de monitorização no sistema da SANEST, S.A. (Brito, 2012).

Localização

Ponto

de

medição

Objectivo de

monitorização

Colector Bacia hidrográfica

Secção Dimensão

(mm)

Área

(Km2)

Tempo de

concentração

da bacia (h)

Ribeira da Laje Q03 Facturação Circular 800 25,0 2 a 3

Ribeira da Laje Q04 Facturação Circular 1000 34,3 2 a 3

Interceptor Geral Q06 Controlo

operacional Circular 1760 89,4 7 a 8

Ribeira da laje Q07 Controlo

operacional Circular 1000 39,8 4 a 5

Interceptor Geral Q08 Facturação Circular 1792 107,3 7 a 8

Ribeira de Caparide Q35 Facturação Oval 380 (H) x 360 (V) 11,5 1 a 2

Em relação aos objectivos de monitorização, estes também variam conforme o ponto de medição,

sendo o Q06 e Q07 direcionados para controlo operacional e os restantes destinados a facturação.

Um ponto de monitorização destinado a facturação tem uma exigência de manutenção superior aos

restantes locais. Foram seleccionados dados de 2006 e 2008 por se tratarem, nos anos recentes, de

um ano tipicamente seco e tipicamente chuvoso, respectivamente. Estão disponíveis registos de

precipitação para todo o ano, com uma resolução temporal de 5 minutos, com uma excepção

verificada no udómetro U9, em que no ano de 2006, apenas dispõe de dados a partir de 11 de Julho.

Aos seis medidores de caudal que foram alvo de análise correspondem os udómetros significativos

(udómetros que melhor caracterizam a contribuição da precipitação para o caudal medido) indicados

no Quadro 4.2, definidos previamente em Pimentel et al. (2011).

Quadro 4.2 - Udómetros principais inerentes a cada medidor de caudal.

Localização

Ponto

de

medição

Udómetros Significativos

2006 2008

Ribeira da Laje Q03 U9 e U2 U9 e U2

Ribeira da Laje Q04 U9 e U35 U9 e U35

Interceptor Geral Q06 U9 e U35 U9 e U35

Ribeira da laje Q07 U9 e U35 U9 e U35

Interceptor Geral Q08 U2 e U25 U25

Ribeira de Caparide Q35 U35 U35 e U25

48

4.2 CARACTERIZAÇÃO DO REGIME DE PRECIPITAÇÃO NA ZONA DE LISBOA

A quantidade, a frequência e a intensidade de precipitação são parâmetros necessários ao estudo de

qualquer regime de precipitação de uma região. Através do número de dias de precipitação é possível

conhecer a frequência da sua ocorrência e estimar a intensidade média da precipitação num

determinado período. A latitude e a altitude em conjunto com depressões, sistemas frontais,

convecções, etc influenciam a precipitação (elemento essencial para a classificação de qualquer

clima de uma zona geográfica) (INMG,1984).

O progressivo aquecimento global do planeta, decorrente entre outros aspectos das emissões de

gases com efeito de estufa, tem-se vindo a reflectir no clima do planeta. As alterações climáticas têm

consequências associadas, como a subida do nível do mar, e irão afectar a frequência, magnitude,

duração e distribuição da precipitação (a nível local e temporal) (David e Cardoso, 2012). Na

realidade, os eventos muito severos ocorrem com uma menor frequência do que os mais moderados,

sendo a magnitude de um evento extremo (nomeadamente tempestades e grandes cheias)

inversamente relacionado com a frequência da sua ocorrência (Naghettini et al., 2007).

Trigo et al. (2005) aponta o regime de precipitação em Portugal como sendo altamente irregular,

apresentando diferenças significativas entre anos secos e chuvosos. De acordo com INMG (1984), a

quantidade média de precipitação verificada em Portugal continental é de cerca de 84 mil milhões de

metros cúbicos por ano, da qual mais de 65% caída a norte do rio Tejo. Segundo uma análise feita

pela referida Comissão Nacional, relativamente à distribuição da quantidade total de precipitação ao

longo do ano, verificou-se que:

48 a 58% da precipitação anual ocorre entre os meses de Dezembro a Março;

35 a 40% da precipitação anual acontece em Abril, Maio, Outubro e Novembro;

Julho e Agosto apresentam os valores mais baixos de precipitação.

Por vezes, conforme referido anteriormente no sub-capítulo 2.3.4.4, ocorrem erros de medição da

precipitação, registando-se valores de intensidades máximas excessivamente elevadas, face ao

regime pluviométrico da área em estudo. Nesse contexto, é importante estabelecer uma intensidade

máxima provável para um evento de precipitação, tal como referido no subcapítulo 3.4, uma vez que

o valor elevado poderá corresponder a um valor incorrecto.

Para uma melhor compreensão e enquadramento do caso em estudo, revelou-se particularmente útil

a análise de Ferreira (2006), do regime de precipitações na área de Lisboa, no período de 1973 a

1991 (19 anos, a que correspondem 18 anos hidrológicos completos). A referida análise, é também

um importante contributo para a avaliação do comportamento dos sistemas de drenagem em termos

de probabilidade ou risco de descarga de excedentes para o meio receptor (Ferreira, 2006). O estudo

de Ferreira (2006) concluiu que em Lisboa, no espaço de um ano, em média, ocorre precipitação em

107 dias (30% do ano). Concluiu, ainda, que chove 12% do tempo do ano (1081 horas anuais médias

de precipitação).

49

Observando a precipitação total diária registada nos dois anos em estudo, nos quatro udómetros, não

se encontra uma disparidade de valores significativa face ao estudo de Ferreira (2006), verificando-se

mesmo um certo paralelismo, facto expectável dada a proximidade geográfica.

De acordo com Oliveira et al. (2010), a variabilidade da precipitação, no Município de Cascais, exerce

grande influência no regime de escoamento das ribeiras que o atravessam, sendo responsável pela

sua grande irregularidade. Verifica-se que o escoamento das referidas ribeiras ocorre essencialmente

durante o período de Inverno, encontrando-se praticamente secas durante o Verão. A título de

exemplo apresenta-se na Figura 4.5 a precipitação total diária registada no udómetro 2, no ano de

2006.

Figura 4.5- Precipitação diária registada ao longo do ano de 2006 no udómetro 2.

Em Ferreira (2006) verificou-se ainda que a intensidade diária máxima não ultrapassou cerca de

60 mm/h, em todos os anos em estudo, Figura 4.6. Uma vez que no presente estudo se estão a

analisar dados de 5 em 5 minutos, considerou-se como limite máximo aceitável de 75 mm/h.

Figura 4.6 - Precipitação total diária registada em ano considerado médio (1981/82) (adaptado de Ferreira, 2006).

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30

40

50

60

Pre

cip

itaç

ão d

iári

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m)

Meses

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

50

4.3 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS

Os resultados obtidos baseiam-se numa série de dados de precipitação e de caudal registados

continuamente ao longo de 2 anos, com uma resolução temporal Δt de 5 minutos, na Costa do Estoril.

Os medidores de caudal analisados foram os Q03, Q04, Q06, Q07, Q08 e Q35 para os anos de 2006

e de 2008.

De acordo com 3.5.1, perante hietogramas acentuadamente variáveis ao longo do ano, deve ser feita

a separação em ES e em EH. Para o caso em estudo, e com vista à obtenção do hidrograma padrão

de tempo seco, foi necessário efectuar esta separação, uma vez que, atendendo aos diferentes

regimes observados ao longo do ano, verificaram-se padrões distintos, quer para os dias úteis, como

para os fins-de-semana, resultando em quatro hidrogramas padrão para cada medidor em análise. No

entanto, relativamente à série de dados de tempo de chuva, perante uma grande ausência ou mesmo

inexistência de eventos pluviométricos ocorridos em ES, sem representatividade estatística suficiente,

não se justificou a sua análise em separado, pelo que se optou pelo tratamento da totalidade dos

valores numa única série. O Quadro 4.3 apresenta, para cada ano, cada medidor de caudal e

correspondentes udómetros significativos, o número de eventos de precipitação (critérios do

sub-capítulo 3.4) e de caudal (critérios do sub-capítulo 3.6) determinados através da aplicação

desenvolvida em Visual Basic. É de referir que o medidor Q06 foi excluído do estudo no ano de 2006

na sequência de resultados que evidenciaram eventos de caudal anómalos.

Quadro 4.3- Número de eventos de caudal e de precipitação obtidos com a aplicação do programa para os anos de 2006 e de 2008.

Medidor de

caudal Udómetro

Nº de eventos de precipitação

Nº de eventos de caudal em

cada udómetro

Nº total de eventos de

caudal

2006

Q03 U2 19 12

12 U9 11 3

Q04 U9 20 7

14 U35 33 11

Q06 U9 20 Anomalias

Excluído U35 33 Anomalias

Q07 U9 20 4

7 U35 33 6

Q08 U2 19 4

10 U25 11 7

Q35 U35 33 14 14

2008

Q03 U2 22 10

15 U9 11 8

Q04 U9 11 9

19 U35 29 18

Q06 U9 11 5

13 U35 9 12

Q07 U9 11 7

16 U35 29 15

Q08 U25 19 10 10

Q35 U25 28 10

11 U35 29 8

51

Apresenta-se no Quadro 4.4, a título de exemplo, essa caracterização para o medidor de caudal Q04,

no udómetro U9 em 2008.

Quadro 4.4 - Caracterização dos eventos de precipitação ocorridos no medidor de caudal Q04, no udómetro U9 em 2008.

Evento de Precipitação

Duração (min)

Pacumulada (mm)

Imédia (mm/h)

Imáxima (mm/h)

T seco antecedente (horas)

P1 95 9.60 15.20 39.60 >38.4

P2 55 5.80 5.32 21.36 1.08

P3 50 7.90 6.58 33.48 195.00

P4 70 13.71 15.99 57.96 3.58

P5 185 6.17 19.03 18.24 0.83

P6 125 4.50 9.38 9.12 23.33

P7 120 3.79 7.59 12.24 0.92

P8 60 5.09 5.09 12.24 3.08

P9 20 24.36 8.12 36.60 2.67

P10 135 3.49 7.85 6.12 2.50

P11 75 6.08 7.60 15.24 0.92

Verificou-se que os eventos de precipitação possuíam características diferenciadas, o que assegurou

os valores de fp, VE e hmáx/D determinados nas campanhas de longa duração possam ser

representativos da variabilidade do comportamento hidráulico do colector num ano.

Existe um claro contraste de comportamento entre tempo seco e tempo de chuva. As características

bem definidas e regulares do hidrograma padrão registado em tempo seco são alteradas face à

ocorrência de precipitação, apresentando picos de valores de intensidade máxima e com duração

variável. Apresentam-se em anexo a quase totalidade dos gráficos obtidos relativos ao caso em

estudo. A Figura 4.7 ilustra dois exemplos de eventos de caudal registados no medidor Q03, no ano

de 2008, sendo bem evidente a grande irregularidade da série de tempo de chuva, sem qualquer

padrão.


0

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900

450

900

1350

03.01 18:35 04.01 00:20 04.01 06:05 04.01 11:50 04.01 17:35 04.01 23:20

Inte

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Cau

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[l/

s]

Caudal Caudal TSPrecipitação Ev. precipitação

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120

0

450

900

1350

17.04 18:50 18.04 14:50 19.04 10:50 20.04 06:50 21.04 02:50

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


52

É visível o contraste entre a regularidade em tempo seco, com uma variação repetitiva de uma forma

cíclica e algo previsível, face ao tempo de chuva. Destacam-se vários exemplos de eventos de caudal

registados nomeadamente, no medidor Q07 no ano de 2008 (Figura 4.8).

Figura 4.8 - Exemplos de eventos de caudal registados no medidor Q07, no ano de 2008.

Na Figura 4.9 é bastante relevante a diferença de valores de caudal registado nos medidores Q06

(a e b) e Q08 (c e d), face aos restantes, facto algo expectável por ambos estarem localizados no

interceptor geral, de maior diâmetro e com maior área de bacia na área servida. São exemplos de

eventos em que, apesar terem valores elevados de caudal, os colectores não atingem a sua

capacidade máxima, e por isso não entram em carga.

Figura 4.9- Exemplos de eventos de caudal registados no medidor Q06 e Q08, no ano de 2008.

0

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40

60

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100

120

1400

450

900

1350

1800

2250

23.02 08:20 23.02 13:30 23.02 18:40 23.02 23:50 24.02 05:00 24.02 10:10

Inte

nsi

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e [

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Cau

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s]


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40

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1200

450

900

1350

1800

26.05 23:35 27.05 18:45 28.05 13:55 29.05 09:05 30.05 04:15 30.05 23:25

Inte

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Cau

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2250

2700

3150

3600

03.01 01:00 03.01 04:25 03.01 07:50 03.01 11:15 03.01 14:40

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1800

2250

2700

3150

3600

03.01 18:35 04.01 01:25 04.01 08:15 04.01 15:05 04.01 21:55 05.01 04:45

Inte

nsi

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Cau

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[l/

s]


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2700

3600

4500

5400

6300

01.01 21:05 01.01 22:40 02.01 00:15 02.01 01:50 02.01 03:25 02.01 05:00

Inte

nsi

dad

e [

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Cau

dal

[l/

s]

Caudal Caudal TS

Precipitação Ev. precipitação

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120

1400

900

1800

2700

3600

4500

5400

6300

03.01 01:05 03.01 10:15 03.01 19:25 04.01 04:35 04.01 13:45 04.01 22:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


a) (Q06, 2008) b) (Q06, 2008)

c) (Q08, 2008) d) (Q08, 2008)

53

Tal como referido anteriormente no capítulo 3.6, durante um evento de caudal é possível ocorrerem

vários eventos de precipitação. A Figura 4.10 ilustra vários exemplos desta particularidade, em

diversos medidores de caudal nos dois anos em análise. Em particular, na Figura 4.10e) e f) é visível

a recuperação do hidrograma padrão de tempo seco ao longo dos dias, por diminuição da infiltração.

Figura 4.10 - Exemplos de ocorrência de vários eventos de precipitação durante um único evento de caudal.

0

50

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150

200

2500

450

900

1350

17.03 05:25 17.03 21:20 18.03 13:15 19.03 05:10 19.03 21:05 20.03 13:00In

ten

sid

ade

[m

m/h

]

Cau

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s]


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1350

1800

20.10 02:40 20.10 06:05 20.10 09:30 20.10 12:55 20.10 16:20

Inte

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Cau

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200

250

17.03 05:25 18.03 04:35 19.03 03:45 20.03 02:55 21.03 02:05 22.03 01:15

Inte

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Cau

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2250

17.02 12:40 18.02 11:50 19.02 11:00 20.02 10:10 21.02 09:20

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23.02 08:20 24.02 03:30 24.02 22:40 25.02 17:50 26.02 13:00

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Cau

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020406080100120140160180

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1350

1800

2250

17.04 17:45 18.04 16:15 19.04 14:45 20.04 13:15 21.04 11:45

Inte

nsi

dad

e [

mm

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Cau

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[l/

s]


f) (Q04, 2008)

c) (Q35, 2006)

a) (Q04, 2006)

d) (Q04, 2008)

e) (Q04, 2008)

b) (Q04, 2006)

54

Conforme se refere anteriormente no sub-capítulo 2.3.4.2, o escoamento, ao variar entre superfície

livre e escoamento sob pressão, juntamente com transporte de sólidos de alguma dimensão, pode

ser responsável por interferir com a integridade dos equipamentos e consequentemente com a

qualidade dos dados obtidos. Desta forma, o próprio medidor pode ser afectado, acusando, por

breves momentos, um "erro pontual", como se ilustra nos vários exemplos da Figura 4.11.

Figura 4.11 - Erros pontuais dos medidores de caudal.

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23.10 04:20 23.10 08:20 23.10 12:20 23.10 16:20 23.10 20:20

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2250

24.11 03:40 24.11 17:25 25.11 07:10 25.11 20:55 26.11 10:40

Inte

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Cau

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[l/

s]Caudal Caudal TSPrecipitação Ev. precipitação

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2700

3150

3600

07.04 16:55 07.04 18:25 07.04 19:55 07.04 21:25 07.04 22:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

1350

1800

03.01 01:00 03.01 04:55 03.01 08:50 03.01 12:45 03.01 16:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


0

10

20

30

40

50

60

0

450

900

1350

1800

22.05 09:15 22.05 17:05 23.05 00:55 23.05 08:45 23.05 16:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


050100150200250300350400

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

17.02 21:00 18.02 18:35 19.02 16:10 20.02 13:45 21.02 11:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


a) (Q04, 2006) b) (Q07, 2006)

c) (Q06, 2008) d) (Q07, 2008)

e) (Q07, 2008) f) (Q08, 2008)

55

Derivado à alteração no ciclo natural da água, com áreas que inicialmente eram terrenos florestais e

agrícolas, é de uma certa forma comum um comportamento hidráulico deficiente de redes de

drenagem. De facto, a existência da entrada indevida de caudal pluvial juntamente com entupimentos

e obstruções de coletores, provocam entrada em carga de coletores e inundações dos pontos baixos

das bacias hidrográficas. O sistema entrar em carga é um aviso de que o limite para o qual o coletor

foi dimensionado foi atingido ou até eventualmente ultrapassado.

Identificaram-se algumas ocorrências, no ano de 2006, em que o colector entrou em carga na secção

do medidor de caudal Q03 e Q07, conforme indica respectivamente os exemplos da Figura 4.12 e da

Figura 4.13.


Nesse mesmo ano, o medidor de caudal Q07 também acusou atingir o limite para o qual foi

dimensionado, com entrada em carga, conforme visível nos dois exemplos da Figura 4.13.


0

20

40

60

80

100

120

0

450

900

1350

1800

17.03 05:25 18.03 05:05 19.03 04:45 20.03 04:25 21.03 04:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


0

10

20

30

40

50

60

70

800

450

900

1350

1800

23.03 13:15 23.03 21:55 24.03 06:35 24.03 15:15 24.03 23:55 25.03 08:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


0

10

20

30

40

500

450

900

1350

1800

15.01 09:20 15.01 12:20 15.01 15:20 15.01 18:20 15.01 21:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

1800

18.03 23:05 19.03 15:25 20.03 07:45 21.03 00:05 21.03 16:25

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]


Entrada em carga Entrada em carga

Entrada

em carga

56

Aplicou-se então o procedimento anterior conforme descrito em 3.9, com vista a determinar o número

de eventos necessários para caracterizar o escoamento em tempo de chuva, ou seja, para determinar

ao fim de quantas combinações aleatórias se obtêm resultados no intervalo de confiança.

A título de exemplo, apresentam-se as curvas de probabilidade de excedência, na Figura 4.14, para

o fp no medidor Q03 em 2006. Para este caso específico apresentado, verificou-se que foi ao fim de

9 eventos de caudal que se obtêm resultados no intervalo de confiança estipulado.

Figura 4.14 - Curvas de probabilidade de excedência de combinações aleatórias.

Por sua vez, resultante também da aplicação da referida metodologia, verificou-se no medidor de

caudal Q07, no ano de 2006, que foi apenas ao fim de 6 eventos de caudal que foram obtidos

resultados positivos no intervalo de confiança estipulado, conforme se ilustra na Figura 4.15.

Figura 4.15 - Curvas de probabilidade de excedência de combinações aleatórias.

Contrariamente aos valores variáveis representantes de fp e de VErel, a curva de probabilidade de

excedência do parâmetro hidráulico (h/D)máx revela que este apresenta, na grande generalidade dos

eventos, um valor constante e próximo de 1 (exemplificando-se com os casos dos medidores Q03 e

Q07 da Figura 4.16 a) e b) respectivamente). Uma vez que as curvas referentes aos restantes casos

de estudo apresentam configurações semelhantes decidiu-se desta forma não prosseguir com o

estudo deste parâmetro (h/D)máx.

a) m = 4 eventos

a) m = 4 eventos

b) m = 6 eventos

b) m = 9 eventos

57

Figura 4.16 - Curvas de probabilidade de excedência de (h/D)máx obtidas no ano 2006. a) No medidor de caudal Q03 b) No medidor de caudal Q07.

Um outro exemplo é a Figura 4.17, em que para o fp no ano de 2006, no medidor Q04, constatou-se

que foram necessários 10 eventos para as curvas de probabilidade de excedência se encontrarem

dentro do intervalo de confiança estipulado.

Figura 4.17 - Curvas de probabilidade de excedência de fp obtidas no ano de 2006 para o medidor de caudal Q04.

Apresenta-se no Quadro 4.5 uma síntese dos resultados obtidos para o fp, e o VE relativo . É

identificado, para cada caso, o número mínimo de eventos de caudal que assegurou curvas

totalmente integradas na envolvente de referência, ou seja, é apresentado o número recomendado de

eventos de caudal a monitorizar por forma a assegurar níveis de incerteza globais idênticos aos

obtidos por campanhas de longa duração. Com a implementação da metodologia descrita em 3.9,

verificou-se ser necessária a monitorização de, pelo menos, 6 eventos de caudal, de forma a obter

parâmetros hidráulicos idênticos aos que se obtêm recorrendo a campanhas de longa duração.

a) m = 4 eventos b) m = 10 eventos

a) b)

58

Quadro 4.5 - Número mínimo recomendado de eventos de caudal a monitorizar em campanhas de curta

duração.

Ano Medidor de caudal fp VE relativo

2006

Q03 9 9

Q04 10 10

Q07 6 6

Q08 8 8

Q35 11 11

2008

Q03 11 10

Q04 11 11

Q06 10 10

Q07 11 11

Q08 8 8

Q35 9 8

4.4 PRINCIPAIS CONCLUSÕES DO ESTUDO

O Sistema de Saneamento da Costa do Estoril, apesar de concebido como separativo doméstico, as

contribuições derivadas de ligações indevidas nele existentes são evidentes, tendo como

consequência a entrada em carga em algumas secções do sistema. Na realidade, estas ligações

indevidas potenciam igualmente a ocorrência ocasional de descargas para o meio receptor perante

uma elevada pluviosidade (Gamboa et al., 2000 citado por Brito et al., 2014). Existe um claro

contraste de comportamento entre tempo seco e tempo de chuva. As características regulares do

hidrograma padrão registado em tempo seco são alteradas face à ocorrência de precipitação,

apresentando picos de valores de intensidade máxima e com duração variável.

O número de eventos pluviométricos analisados é substancialmente inferior ao número de eventos

inicialmente identificados em cada medidor de caudal, uma vez que foram eliminados do estudo todos

os que apresentaram anomalias. No Quadro 4.3 apresentado anteriormente, onde se indica o número

de eventos de precipitação e de caudal registados, constatou-se que o mesmo evento de precipitação

é registado em udómetros diferentes para o mesmo medidor de caudal. Por outro lado, o número de

eventos de caudal é substancialmente inferior ao de precipitação. De facto, verificou-se que um único

evento de caudal pode englobar mais do que um evento de precipitação.

Para o período em estudo, ainda relativamente ao Quadro 4.3, estão disponíveis entre 7 e 19 eventos

de caudal, mais concretamente, entre 7 e 14 no ano de 2006, e entre 10 e 19 no ano de 2008. Na

realidade, os resultados obtidos no Quadro 4.5, apontam que, para a caracterização do escoamento

em tempo de chuva ser representativa, é necessário um período de monitorização relativamente

longo, bastante mais exigente que o proposto por WaPUG (2002) de três eventos.

Verificou-se igualmente a ocorrência de eventos de precipitação nos medidores de caudal em datas

próximas de 18 de Fevereiro de 2008, dia do excepcional evento de precipitação em Lisboa com um

valor registado de precipitação no observatório de Lisboa de 118.4 mm (Fragoso et al., 2010).

59

5 SÍNTESE, CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES

A precipitação é um dos elementos meteorológicos com maior variação temporal e espacial e um dos

principais parâmetros responsáveis pelas características climáticas de uma região. A

imprevisibilidade e variabilidade da intensidade e da duração da precipitação dificultam a análise dos

dados, pela inexistência de um padrão.

De facto, as alterações climáticas decorrentes do progressivo aquecimento global do planeta têm-se

vindo a reflectir no clima do planeta afectando a frequência, magnitude, duração e distribuição da

precipitação. As projecções para Portugal apontam para uma redução da precipitação média anual

com um aumento de volume dos eventos extremos. Esta alteração no regime de precipitação, em que

os eventos extremos se acentuam, com uma maior frequência de cheias e de secas, é evidentemente

um factor preocupante.




auto-controlo de qualidade imposto por requisitos legais. Deste modo, torna-se evidente a

necessidade crescente de monitorização em sistemas de drenagem em Portugal, bem como a

caracterização separada de caudais de tempo seco e de tempo de chuva.

Face a uma conjuntura económica em que a escassez de recursos financeiros é um factor

incontornável, que se tem manifestado de forma crescente, a duração das campanhas é determinante

para garantir a viabilidade técnica e financeira de um programa de monitorização. Deste modo,

quando uma entidade pretende efectuar uma campanha, necessita de ter claro quantas campanhas

deve efectuar e qual a sua duração. Torna-se então necessário especificar as características mínimas

da campanha, para obter uma caracterização adequada das afluências pluviais ao sistema,

nomeadamente, qual o número mínimo de eventos a registar.

Na presente dissertação pretendeu-se definir o número mínimo de eventos a monitorizar em

campanhas de curta duração (com um período de monitorização em contínuo de alguns meses), que

garantam a adequada caracterização dos caudais em tempo de chuva, perante um sistema

separativo com afluências indevidas. Efectivamente, pretende-se que as características hidráulicas do

escoamento associado aos eventos de precipitação captados nas campanhas de curta duração

sejam idênticas às verificadas em campanhas de longa duração.

De facto, é apresentada uma metodologia que visa a definição do número mínimo de eventos a

monitorizar em campanhas de curta duração, por forma a assegurar idênticos resultados em termos

de factor de ponta, volume afluente e altura de escoamento relativa por ocorrência de precipitação,

parâmetros que geralmente são utilizados para avaliação do desempenho do sistema de drenagem.

A metodologia aplicada baseia-se na definição de um comportamento expectável em tempo de chuva

e verificação no número de evento necessários para que se verifique esse comportamento.

60

Os critérios estabelecidos para a separação de eventos (como um período mínimo entre eventos de

30 minutos, uma intensidade mínima de 5 mm/h ou uma precipitação de 5mm) podem ter afectado, e

de certa forma condicionado, os resultados obtidos. Assim, foram rejeitados bastantes eventos de

precipitação e de caudal, quer por anomalias, quer por não cumprirem os critérios estabelecidos, o

que reduziu em muito o número de combinações possíveis. O presente estudo beneficiaria

largamente da inclusão de outros medidores de caudal, com bacias afluentes de características

diferenciadas e de dados de anos adicionais.

A bibliografia consultada sobre separação de eventos e número de eventos necessários para

caracterizar, com fiabilidade, uma campanha de curta duração não é consensual. A separação de

eventos baseou-se em orientações para modelação matemática, podendo não ser adequada para

gestão operacional de redes. Desta forma, sugere-se que se testem outros critérios de separação de

eventos pluviométricos de forma a aferir em que medida condicionam os resultados, no que se refere

à recomendação do número mínimo de eventos de caudal a monitorizar.

A metodologia proposta satisfaz os objectivos pretendidos e a presente abordagem, centrada em

precipitações, é particularmente útil a entidades gestoras que pretendam implementar uma campanha

de curta duração em sistemas separativos com afluências indevidas. Com efeito, revela-se de grande

importância para as entidades gestoras conhecerem qual o número recomendável de eventos a

registar em campanhas de curta duração que assegura com a maior fiabilidade possível o

comportamento hidráulico registado nas de longa duração, tendo benefícios evidentes do ponto de

vista financeiro.

Para uma caracterização adequada do funcionamento de um colector, deve pelo menos, dispor-se de

três eventos de precipitação, e caso ocorra a entrada de caudais indevidos de origem pluvial em

sistemas separativos domésticos (através de afluências directas ou por infiltração) este número deve

aumentar (WaPug, 2002 citado por Brito, 2012).

Salienta-se que a aplicação da metodologia, em concreto a seis locais (Q03, Q04, Q06, Q07, Q08 e

Q35) em dois anos distintos (2006 e 2008), indica serem necessários, pelo menos, seis eventos de

caudal para que as campanhas de curta duração se considerem significativas. Contudo, a

imprevisibilidade e variabilidade naturais da precipitação tornam expectável que o número de eventos

captados em campanhas de curta duração tenha que ser superior.

Os eventos de precipitação captados na campanha de curta duração foram caracterizados em termos

de duração, volume, altura total de precipitação, intensidade média e máxima e intervalo de tempo

entre eventos sucessivos. Para um estudo futuro interessa ainda avaliar a influência destas

características em fp, VE e (hmáx/D) e na determinação do número mínimo de eventos. Deste modo,

para uma análise mais fundamentada e consistente dos resultados obtidos, considera-se pertinente a

continuação do estudo por forma a abranger outros períodos para além dos anos de 2006 e de 2008

e outros medidores de caudal, com bacias afluentes de características diferenciadas.

61

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VIM (2008). Vocabulário Internacional de Metrologia - Conceitos básicos e gerais e termos

associados. Guia ISO/IEC 99. 3ª Edição. International Organization for Standardization.

WaPug (2002). Code of practice for the hydraulic modeling of sewer systems. Version 3.001. United

Kingdom. Wastewater Planning Users Group.

WRc (1987). Water Research centre - A guide to short term flow surveys of sewer systems. Water

Authorities Association. WRc Engineering.

WMO (2008). World Meteorological Organization - Guide to meteorological instruments and methods

of observation. Number 8. Seventh edition.

ZHU, H.; SCHILLING, W. (1996). Simulation errors due to insufficient temporal rainfall resolution -

Annual combined sewer overflow, 1996. Atmospheric Research, volume 42, Issues 1 -4, pp 19 -32.

66

Legislação consultada:

Decreto-Regulamentar Nº 23/95 – Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de

Drenagem de Águas Residuais. Diário da República de Portugal, I Série B, nº 1984, de 23 de Agosto

de 1995.

DECISÃO DA COMISSÃO de 8 de Outubro de 2001 que concede a Portugal uma derrogação relativa

ao tratamento de águas residuais urbanas para a aglomeração da Costa do Estoril. Jornal Oficial das

Comunidades Europeias. 2001.

Directiva 2000/60/CE. Directiva Quadro da Água, do Parlamento Europeu e do Conselho. JOCE

21/04/2000.

Directiva 91/271/CE. Directiva Europeia Tratamento de Águas Residuais Urbanas. JOCE 21/05/1991.

Decreto Lei 58/2005. Lei da Água, transpõe para a ordem jurídica nacional a Directiva n.2000/60/CE,

do Parlamento Europeu e do Conselho, de 23 de Outubro, e estabelecendo as bases e o quadro

institucional para a gestão sustentável das águas. 29/12/2005.

Decreto-Lei 152/97. Transposição para o direito interno da Directiva n.º 91/271/CE do Conselho.

19/06/1997.

Decreto-Lei 379/93.Acesso de capitais privados às actividades económicas de captação, tratamento e

rejeição de efluentes e recolha e tratamento de resíduos sólidos.

Versões consolidadas do Tratado da União Europeia e do Tratado sobre o Funcionamento da União

Europeia. Jornal Oficial da União Europeia. Abril 2008.

67

ANEXOS

68

ANEXO 1 - PROGRAMA QUE SERVIU DE BASE AO ESTUDO

BREVE INTRODUÇÃO AO PROGRAMA

Após uma primeira fase de estudo e análise dos dados de precipitação, caudal e altura de escoamento,

verificou-se que não seria possível analisar e compreender os respectivos dados sem a utilização de

uma aplicação. Recorreu-se portanto, como auxílio para a implementação do procedimento estipulado,

a uma aplicação desenvolvida especificamente para o âmbito desta dissertação, pelo Engº José Pedro

Matos em Visual Basic. A aplicação permitiu um melhor tratamento dos dados e de uma forma mais

expedita, dada a elevada dimensão da base de dados, mais concretamente séries de dados na ordem

dos 105 000 valores, resultantes de registos temporais de 5 minutos ao longo de dois anos.

Neste programa o procedimento foi implementado com base nos critérios de separação dos eventos,

quer de precipitação quer de caudal, apresentados respectivamente em 3.4 e em 3.6. Visa desta forma

a identificação e caracterização dos referidos eventos ocorridos no período em análise, possibilitando

a sua adequada caracterização e análise.

Para melhor se compreender o funcionamento da aplicação, é apresentado em forma de fluxogramas

o método adoptado.

A identificação e separação dos eventos de precipitação, e posterior análise e caracterização dos

mesmos, ocorridos ao longo do período em estudo, e tendo por base a série de tempo de chuva já

determinada, foram aplicados os critérios definidos no capítulo 3.4. Assim, no programa desenvolvido,

apenas foram considerados válidos os eventos pluviométricos que reuniram as seguintes

características:

Precipitação acumulada superior a 5mm;

Intensidade de precipitação superior a 5 mm/h, durante um período de 5 minutos;

Duração da chuvada de 30 minutos;

Intervalo de tempo mínimo entre eventos de precipitação de 30 minutos (para que seja

recuperado o padrão de tempo seco do hidrograma (Saul, 1997);

Intervalo de precipitação máxima limitada, atendendo aos registos de precipitação em

estudo.

69

PROGRAMA IMPLEMENTADO

Ordenaram-se os eventos de precipitação cronologicamente, com os vários registos em linhas

sequenciais. Se a linha i da série de tempo de chuva tiver uma intensidade de precipitação superior a

5mm/h, durante um período de 5 minutos, assim como uma precipitação acumulada superior a 5mm e

com uma duração da chuvada de 30 minutos, então tem início um evento de precipitação (Evento P).

Caso contrário, o programa vai percorrendo as várias linhas até encontrar dados que se enquadrem

nestes critérios (Figura 1).

Se durante o ciclo que percorre o Evento P existir um período de 30 minutos sem precipitação medida,

então não é aceitável considerar esse período como pertencendo a um evento de precipitação, sendo

portanto rejeitado.

Enquanto a intensidade tiver valores não nulos, o Evento P vai ocorrendo sequencialmente na Linha i,

Linha i + 1 , etc . Porém, o Evento P acaba quando a aplicação detecta intensidade igual a 0 mm/h, dando

então início a uma nova procura na série de tempo de chuva com vista ao próximo evento.

Adicionalmente a todo este processo, foi considerado como intervalo de tempo mínimo entre eventos

de precipitação 30 minutos.

Figura 1 - Procedimento para identificar eventos de precipitação.

Intensidade ≥5mm/h Precipitação acumulada > 5 mm

Chuvada ≥30min

Intensidade Linha i> 0 mm/h

?

Início do Evento Pt inicio = t i

SIM

Linha i = Linha i + 1


Série de Tempo de Chuva

Cic

lo q

ue

pe

rco

rre

o e

ven

to P

NÃO

SIM

Intensidade≥ 75mm/h

?

Evento P rejeitado, assinalado por “R”

SIM

“CRIAÇÃO DOS EVENTOS P”

1º Separador do Excel: “EDIÇÃO DOS EVENTOS P”

NÃO

Linha i do Evento P

NÃO


Fim do Evento P t fim= t f

70

Conforme os critérios referidos anteriormente em 3.4.1, qualquer evento de precipitação deve ser

sujeito a um filtro, de modo a rejeitar valores de intensidade mínimas irrelevantes e intensidades

máximas absurdas. Tal como foi estipulada uma intensidade mínima de 5 mm/h para se dar início a um

evento de precipitação, também foi apontado um limite máximo admissível. Assim, os Eventos P

identificados, são validados, de modo a que se for detectada uma intensidade superior a 75 mm/h,

então o Evento P é rejeitado e assinalado por "R" (Figura 2).

Figura 2 - Procedimento para validar um evento de precipitação.

De seguida, é então realizado um resumo dos eventos de precipitação, em que se a linha i não for

válida, ou seja, se tiver um "R", então passa para a próxima. A aplicação identifica o início, o fim e a

sua duração, bem como a precipitação acumulada, a intensidade média e máxima e calcula ainda o

tempo seco antecedente. Uma vez identificados todos os Eventos P válidos, a aplicação associa-os

aos dados do Hidrograma Padrão de Tempo Seco ao longo do ano, que poderão ser distintos,

consoante seja dia útil ou fim-de-semana, em Época Seca ou Época Húmida (Figura 3).

Figura 3 - Procedimento para associar um evento de precipitação a um evento de caudal.

Intensidade ≥5mm/h Precipitação acumulada > 5 mm

tinício-tfim ≥30min

i ≥0 mm/h?

Início do Evento P t inicio = t i

SIM



t fim = t f

Série de Tempo de Chuva

Cic

lo q

ue

pe

rco

rre

o e

ven

to P

NÃO

SIM

Intensidade≥ 75mm/h

?

Evento P rejeitado, assinalado por “R”

SIM

“CRIAÇÃO DOS EVENTOS P”

1º Separador do Excel: “EDIÇÃO DOS EVENTOS P”

NÃO

Linha i do Evento P

NÃO


Linha i = “R”?

Elimina linha i

SIM

NÃO

2º Separador do excel:“RESUMO DOS EVENTOS P”

Evento P


Identifica as características do Evento P validado:

- Data início;- Data fim;- Duração ;- Precipitação acumulada;- Intensidade média;- Intensidade máxima;- Tempo seco anterior.

Data início evento precipitação validado = t início evento P validado

Associa linha i de dados de (h e Q chuva)a

t início evento P validado

Evento P validado

71

De acordo com 3.6, uma vez determinado cada Evento P e também cada Hidrograma Padrão de Tempo

Seco (HPTS), é possível agora definir a Série Eventos de Caudal (Evento Q). Determinou-se que o

início de qualquer evento de caudal (Evento Q) coincide com o início do evento de precipitação (Evento

P) e que o caudal medido nesse instante é superior ao caudal de tempo seco, dado pelo limite superior

do HPTS correspondente (Figura 4). Desta forma, um único evento de caudal pode englobar mais do

que um de precipitação. Acresce ainda, que, para um evento de caudal ser válido, é necessário que

ele tenha uma duração mínima de 5 minutos.

Relativamente à existência de lacunas de dados de caudal, caso estas existam com uma duração

superior a meia hora, então o evento Q é rejeitado. No entanto, se a ausência de registos de dados

tiver uma duração inferior a meia hora, então a base de dados é completada com base nos valores de

caudal medidos, admitindo que o valor se mantém constante.

Figura 4 - Procedimento para identificar um evento de caudal.

Uma vez identificado o Evento Q, é quantificado o caudal de chuva e o caudal de tempo seco,

juntamente com os respectivos volumes gerados. É importante referir que no decorrer de um evento

Q chuva = 0(Falha de dados?)

?

ƩQi (i=1 até i=5) = 0?

SIM

NÃO

Associa nessa linha i e nas 5 seguintes, o Q TS do HP TS.

Calcula ΔQ = Q chuva – Q TS

(ΔQ<0 = 0)

ƩΔQ > 0?

Identifica o Evento de Caudal: “Evento Q”

Completa os dadosde caudal medidoadmitindo que ovalor se mantémcontante Q i = Q i - 1

NÃO

SIM

Eventos de Precipitação validados associados a (Q chuva e h)

SIM

Rejeita os dados

NÃOExiste ΔQ na próxima ½ hora

?

Avança para próximo evento de Precipitação validado

NÃO

SIM

Caracterização do Evento Q: - Q chuva

- Q TS

- Volume Q TChuva

- Volume Q TSeco

- ΔVolume =Volume Q Tchuva – Volume Q

72

de caudal, é possível que se verifiquem vários de precipitação. O final do Evento Q dá-se quando o

caudal medido regista novamente valores de tempo seco. Nesta altura, uma vez o Evento Q dado por

terminado, englobando ou não, vários Eventos P, é feita a sua completa caracterização em termos

valores de caudal de chuva máximos, factor de ponta, e volume pluvial gerado (Figura 5).

Figura 5 - Procedimento para caracterizar um evento de caudal.

NÃO

Ainda é o mesmo Evento P

?

SIM

“RESUMIR EVENTOS Q”

Caracterização do Evento Q em termos de:- Q chuva máximo

- Q TS médio

- fp = Q chuva máximo /Q TS médio

- V pluvial = ƩΔVolume =Volume Q Tchuva – Volume Q TSeco

Evento Q identificado


Caracterização do Evento Q: - Q chuva

- Q TS

- Volume Q TChuva

- Volume Q TSeco

- ΔVolume =Volume Q Tchuva – Volume Q TSeco

73

ANEXO 2 - Exemplos de eventos de caudal e de precipitação nos vários

medidores em 2006.

Figura 6 – Exemplos de eventos de caudal e de precipitação no medidor Q03.

Figura 7 - Exemplos de eventos de caudal e de precipitação no medidor Q04.

0

50

100

150

200

250

300

350

4000

450

900

1350

23.11 21:30 24.11 14:00 25.11 06:30 25.11 23:00 26.11 15:30

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q9


0

50

100

150

200

0

450

900

1350

27.11 20:45 28.11 08:45 28.11 20:45 29.11 08:45 29.11 20:45

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q10


0

10

20

30

40

500

450

900

02.12 07:20 02.12 17:00 03.12 02:40 03.12 12:20 03.12 22:00 04.12 07:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q11


0

20

40

60

80

100

120

1400

450

900

1350

05.12 13:15 06.12 12:25 07.12 11:35 08.12 10:45 09.12 09:55 10.12 09:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q12


0

50

100

150

200

250

0

450

900

1350

1800

17.10 23:50 18.10 00:55 18.10 02:00 18.10 03:05 18.10 04:10

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

1350

1800

20.10 02:50 20.10 06:10 20.10 09:30 20.10 12:50 20.10 16:10 20.10 19:30

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3 igual ao q8


0

50

100

150

200

0

450

900

1350

1800

22.10 13:15 22.10 15:15 22.10 17:15 22.10 19:15 22.10 21:15 22.10 23:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

50

100

150

2000

450

900

25.11 19:55 25.11 22:40 26.11 01:25 26.11 04:10 26.11 06:55 26.11 09:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q5


74


0

10

20

30

40

500

450

900

1350

1800

15.01 09:0015.01 11:4015.01 14:2015.01 17:0015.01 19:4015.01 22:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1


0

20

40

60

80

1000

450

900

1350

29.01 10:50 29.01 12:00 29.01 13:10 29.01 14:20 29.01 15:30 29.01 16:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

50

100

150

200

0

450

900

1350

1800

18.02 20:2018.02 21:3018.02 22:4018.02 23:5019.02 01:0019.02 02:10

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

50

100

150

200

2500

450

900

1350

17.03 05:25 17.03 21:20 18.03 13:15 19.03 05:10 19.03 21:05 20.03 13:00

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

1350

1800

20.10 02:4020.10 06:0520.10 09:3020.10 12:5520.10 16:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q8


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

1350

1800

22.10 13:15 22.10 15:15 22.10 17:1522.10 19:15 22.10 21:1522.10 23:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q9


0

50

100

150

200

0

450

900

1350

1800

23.10 04:20 23.10 08:20 23.10 12:20 23.10 16:20 23.10 20:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q10


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

23.03 13:05 23.03 17:00 23.03 20:55 24.03 00:50 24.03 04:45 24.03 08:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q5


75


0

50

100

150

2000

450

900

22.09 05:45 22.09 07:10 22.09 08:35 22.09 10:00 22.09 11:25 22.09 12:50

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1


0

50

100

150

200

0

450

900

1350

1800

22.09 22:35 23.09 02:35 23.09 06:35 23.09 10:35 23.09 14:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

50

100

150

2000

450

900

1350

1800

05.12 13:3506.12 12:5507.12 12:1508.12 11:3509.12 10:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

10

20

30

40

500

450

900

1350

1800

15.01 09:2015.01 12:2015.01 15:2015.01 18:2015.01 21:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1 - Q07 2006 U35


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

1800

18.03 23:05 19.03 15:25 20.03 07:45 21.03 00:05 21.03 16:25

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

50

100

150

200

2500

450

900

1350

1800

2250

24.11 03:4024.11 17:2525.11 07:1025.11 20:5526.11 10:40In

ten

sid

ade

[m

m/h

]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q5


0

50

100

150

200

250

0

450

900

1350

1800

2250

24.11 16:40 25.11 03:50 25.11 15:00 26.11 02:10 26.11 13:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

10

20

30

40

50

60

0

450

900

1350

1800

22.04 09:15 22.04 10:45 22.04 12:15 22.04 13:45 22.04 15:15 22.04 16:45

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


76



0

20

40

60

80

100

120

0450900

135018002250270031503600405045004950540058506300

17.03 05:2517.03 18:4518.03 08:0518.03 21:2519.03 10:4520.03 00:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

20

40

60

80

100

1200450900

135018002250270031503600405045004950540058506300

15.01 09:45 15.01 14:55 15.01 20:05 16.01 01:15 16.01 06:25 16.01 11:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2 - Q08 2006 - U25


0

20

40

60

80

1000

450900

1350180022502700315036004050450049505400585063006750

25.02 13:4525.02 20:4026.02 03:3526.02 10:3026.02 17:2527.02 00:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q6


0

50

100

150

200

250

0450900

1350180022502700315036004050450049505400

04.03 08:45 04.03 13:50 04.03 18:55 05.03 00:00 05.03 05:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q7


0

20

40

60

80

1000

100

200

300

29.01 10:35 29.01 12:50 29.01 15:05 29.01 17:20 29.01 19:35 29.01 21:50

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1


0

50

100

150

200

2500

100

200

17.03 05:25 18.03 04:35 19.03 03:45 20.03 02:55 21.03 02:05 22.03 01:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

50

100

150

2000

100

200

300

400

21.09 05:25 21.09 07:35 21.09 09:45 21.09 11:55 21.09 14:05 21.09 16:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q7


0

50

100

150

200

2500

100

200

300

400

500

24.11 03:40 24.11 12:50 24.11 22:00 25.11 07:10 25.11 16:20 26.11 01:30

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q13


77

ANEXO 3 - Exemplos de eventos de caudal e de precipitação nos vários

medidores em 2008.


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

19.02 14:15 19.02 22:30 20.02 06:45 20.02 15:00 20.02 23:15 21.02 07:30In

ten

sid

ade

[m

m/h

]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

50

100

150

200

2500

450

900

1350

07.04 15:45 07.04 17:20 07.04 18:55 07.04 20:30 07.04 22:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q5


0

5

10

15

20

25

30

35

400

450

900

15.05 12:35 15.05 14:10 15.05 15:45 15.05 17:20 15.05 18:55 15.05 20:30

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q7


0

10

20

30

40

50

60

70

80

900

450

900

1350

03.01 18:35 04.01 00:20 04.01 06:05 04.01 11:50 04.01 17:35 04.01 23:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1 - Q03 - 2008 U9


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

24.02 15:40 24.02 18:55 24.02 22:10 25.02 01:25 25.02 04:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

10

20

30

40

500

450

900

1350

28.11 22:1028.11 23:1029.11 00:1029.11 01:1029.11 02:1029.11 03:10

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q7


78


0

50

100

150

200

250

300

3500

450

900

1350

1800

2250

17.02 12:40 18.02 11:50 19.02 11:00 20.02 10:10 21.02 09:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

20

40

60

80

100

120

1400

450

900

1350

1800

23.02 08:20 24.02 03:30 24.02 22:40 25.02 17:50 26.02 13:00

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

50

100

150

0

450

900

1350

1800

2250

17.04 17:45 18.04 16:15 19.04 14:45 20.04 13:15 21.04 11:45

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q8


0

10

20

30

40

50

60

70

800

450

900

1350

1800

20.05 04:45 20.05 13:10 20.05 21:35 21.05 06:00 21.05 14:25 21.05 22:50

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q10


0

20

40

60

80

0

450

900

1350

1800

22.05 08:3022.05 21:1523.05 10:0023.05 22:4524.05 11:3025.05 00:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q11


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

10.04 03:3010.04 05:2510.04 07:2010.04 09:1510.04 11:10In

ten

sid

ade

[m

m/h

]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q6


79


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

03.01 01:00 03.01 04:25 03.01 07:50 03.01 11:15 03.01 14:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]Evento q1


0

20

40

60

80

0

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

03.01 18:35 04.01 01:25 04.01 08:15 04.01 15:05 04.01 21:55 05.01 04:45

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

50

100

150

200

2500

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

07.04 16:55 07.04 18:25 07.04 19:55 07.04 21:25 07.04 22:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

5

10

15

20

25

30

35

400

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

15.05 13:35 15.05 15:30 15.05 17:25 15.05 19:20 15.05 21:15 15.05 23:10

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

10

20

30

40

50

60

0

450

900

1350

1800

30.10 15:35 30.10 16:35 30.10 17:35 30.10 18:35 30.10 19:35 30.10 20:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q5


0

50

100

150

200

2500

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

01.01 21:00 01.01 22:25 01.01 23:50 02.01 01:15 02.01 02:40 02.01 04:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1


0

10

20

30

40

50

60

70

80

900

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

04.01 04:30 04.01 09:20 04.01 14:10 04.01 19:00 04.01 23:50 05.01 04:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

20

40

60

80

100

120

1400

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

4050

23.02 08:20 23.02 23:00 24.02 13:40 25.02 04:20 25.02 19:00 26.02 09:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


80


0

10

20

30

400

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

15.05 13:35 15.05 15:30 15.05 17:25 15.05 19:20 15.05 21:15 15.05 23:10

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]Evento q6


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

28.05 22:40 29.05 01:0029.05 03:2029.05 05:40 29.05 08:0029.05 10:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q8


0

5

10

15

20

250

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

06.12 22:55 07.12 01:10 07.12 03:25 07.12 05:40 07.12 07:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q10


0

10

20

30

40

50

60

70

800

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

31.12 09:45 31.12 12:30 31.12 15:15 31.12 18:00 31.12 20:45

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q12


81


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

450

900

1350

1800

03.01 01:00 03.01 04:55 03.01 08:50 03.01 12:45 03.01 16:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]Evento q1


0

5

10

15

20

25

30

35

400

450

900

1350

1800

15.05 12:0015.05 16:2015.05 20:4016.05 01:0016.05 05:2016.05 09:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

50

100

150

200

2500

450

900

1350

1800

01.01 21:20 01.01 22:40 02.01 00:00 02.01 01:20 02.01 02:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1 - Q07 2008 U35


0

20

40

60

80

100

120

0

450

900

1350

1800

03.01 00:4003.01 04:4003.01 08:4003.01 12:4003.01 16:40

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

10

20

30

40

50

60

70

80

900

450

900

1350

1800

04.01 04:30 04.01 07:55 04.01 11:20 04.01 14:45 04.01 18:10 04.01 21:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

20

40

60

80

100

120

1400

450

900

1350

1800

2250

23.02 08:2023.02 13:3023.02 18:4023.02 23:5024.02 05:0024.02 10:10

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

5

10

15

20

25

30

35

400

450

900

1350

1800

15.05 11:55 15.05 16:20 15.05 20:45 16.05 01:10 16.05 05:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q7


0

10

20

30

40

50

60

0

450

900

1350

1800

22.05 09:1522.05 17:0523.05 00:5523.05 08:4523.05 16:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q8


82


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

1800

26.05 23:35 27.05 18:45 28.05 13:55 29.05 09:05 30.05 04:15 30.05 23:25

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]Evento q9


0

5

10

15

20

250

450

900

1350

1800

06.12 22:55 07.12 01:00 07.12 03:05 07.12 05:10 07.12 07:15 07.12 09:20

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q12


0

5

10

15

20

25

30

35

400

450

900

1350

1800

13.12 09:3513.12 11:4013.12 13:4513.12 15:5013.12 17:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q13


0

10

20

30

40

50

60

70

800450900

135018002250270031503600405045004950540058506300

01.01 21:05 01.01 22:40 02.01 00:15 02.01 01:50 02.01 03:25 02.01 05:00

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1 - Q08 2008 U25


0

20

40

60

80

100

120

1400

450900

135018002250270031503600405045004950540058506300

03.01 01:0503.01 10:1503.01 19:2504.01 04:3504.01 13:4504.01 22:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

50

100

150

200

250

300

350

4000

450900

135018002250270031503600405045004950540058506300675072007650

17.02 21:00 18.02 18:35 19.02 16:10 20.02 13:45 21.02 11:20In

ten

sid

ade

[m

m/h

]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

50

100

150

200

2500450900

1350180022502700315036004050450049505400585063006750

24.02 15:55 24.02 19:20 24.02 22:45 25.02 02:10 25.02 05:35 25.02 09:00

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


0

20

40

60

80

100

1200

450

900

1350

1800

2250

2700

3150

3600

4050

16.04 18:1517.04 05:0517.04 15:5518.04 02:4518.04 13:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q7


83


0

10

20

30

40

50

60

70

800

100

200

300

01.01 20:4001.01 21:5501.01 23:1002.01 00:2502.01 01:4002.01 02:55

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q1


0

20

40

60

80

100

120

1400

100

200

300

03.01 01:05 03.01 06:20 03.01 11:35 03.01 16:50 03.01 22:05

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q2


0

20

40

60

80

100

120

1400

100

200

300

04.01 03:35 04.01 09:00 04.01 14:25 04.01 19:50 05.01 01:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3


0

50

100

150

200

2500

100

200

24.02 15:55 24.02 23:35 25.02 07:15 25.02 14:55 25.02 22:35

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q5


0

20

40

60

80

100

120

140

1600

100

200

300

17.04 17:4518.04 19:2519.04 21:0520.04 22:4522.04 00:25

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q6


0

100

200

300

400

500

600

700

8000

100

200

28.11 14:35 29.11 11:45 30.11 08:55 01.12 06:05 02.12 03:15

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q8


0

20

40

60

80

0

100

200

300

04.01 04:30 04.01 09:45 04.01 15:00 04.01 20:15 05.01 01:30

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q3 - U35


0

20

40

60

80

100

1200

100

200

10.04 03:30 10.04 06:30 10.04 09:30 10.04 12:30 10.04 15:30

Inte

nsi

dad

e [

mm

/h]

Cau

dal

[l/

s]

Evento q4


84

ANEXO 4 - Relação entre VE relativo e fp

Este anexo diz respeito à relação entre dois parâmetros hidráulicos, mais concretamente entre o volume

do evento relativo e o factor de ponta. Os resultados apresentam um bom coeficiente de correlação,

próximo de 1, na ordem dos 0.9. Mais concretamente com valores entre 0.91 e 0.97, com excepção do

medidor Q35 no ano de 2008 com r2=0.79.

Figura 19 – Relação entre volume de evento relativo e factor de ponta nos vários medidores de caudal.

85

ANEXO 5 - Número mínimo de eventos necessários para caracterizar

fp, VE e (h/D) para o ano de 2006

Resultados do número mínimo de eventos necessários para cada medidor, em termos de fp e VE, para o

ano de 2006.

Figura 20 - Determinação do número de eventos necessários para caracterizar, no medidor Q03, o fp.

86

Figura 21 – Número mínimo de eventos no medidor de caudal Q03. a) VE e b) (h/D).

a) b)

87

Figura 22 – Número mínimo de eventos no medidor de caudal Q07. a) fp b) VE.

a) b)

88

Figura 23 – Número mínimo de eventos no medidor de caudal Q04. a) fp e b) VE.

a) b)

89


a) b)

90

ANEXO 6 - Número mínimo de eventos necessários para caracterizar

fp, VE e (h/D) para o ano de 2008


a) b)

91


a) b)

92


a) b)

93


a) b)

Documents

Medições Hidráulicas em Colectores - Autenticação · e aos meus amigos de longa data Rita Coelho, Tiago Moura, Gonçalo Lopes, Luís Gonçalves, Sara Silva e Carlota Dias pelos