Modelo hidrodinâmico de redes de drenagem de águas pluviais : aplicabilidade

Abstract

Em hidrologia urbana, a quantificação e descrição precisa do escoamento são importantes para mostrar as conseqüências da interferência humana nos sistemas estudados e da diversidade fisica dos mesmos. Também tornam possível verificar os benefícios das ações que podem ser tomadas. O escoamento numa bacia urbana ocorre na superficie da bacia e na rede de drenagem de águas pluviais. Na rede, ele pode ser simulado através de modelos hidrodinâmicos. Dentre vários modelos existentes, um deles, desenvolvido no IPH, foi objeto de estudo, visando ao seu melhoramento para torná-lo mais aplicável, de maneira a facilitar sua utilização prática, em diferentes sistemas. Os aprimoramentos introduzidos neste trabalho foram: i) um procedimento de inicialização, para facilitar a definição de condições iniciais do modelo ii) limitação de entrada das condições de contorno externas de montante, que procura simular a limitação física da rede para receber os hidrogramas provenientes das bacias de aporte; iii) transporte dos excessos da limitação em trechos específicos denominados trechos de rua, evitando o aparecimento de armazenamentos e cargas irreais nestes pontos, e transportando o volume para jusante; e iv) a inclusão de poços de visita em trechos como uma condição de contorno interna. A verificação foi feita em dois sistemas reais, bacias urbanas da cidade de Porto Alegre. Estas bacias foram a do arroio do Moinho e parte da bacia do arroio da Areia. Elas possuem altas declividades nas cabeceiras, seguidas de regiões planas nas cotas menores, há trechos não canalizados e condutos onde aparecem grandes diferenças em seções transversais. Além disso, muitas das tubulações e galerias tinham baixa capacidade de condução. Essas características ocasionam aparecimento de cargas, transições de regimes subcrítico para supercrítico e vice-versa, excedentes de vazão que provocam escoamentos nas ruas até os pontos de acumulação de água nas regiões baixas das bacias, entre outras conseqüências que devem ser representadas na modelagem. Os resultados mostraram que o modelo pode simular estas situações, fornecendo informação necessária para uma boa avaliação de sistemas como os simulados.

ln urban hydrology, accurate quantification and description of flow are important to show the consequences of both human interference in the studied systems and the physical diversity of the them. Also, they make possible to verify the benefits of alleviation measures. Flow in urban basins occurs on the surface and in the storm drainage network. Flow in the network can be simulated with hydrodynamics models. ln this thesis the one developed at the IPH, was to improved in order to make it easier to use in different systems. The improvements introduced in the model are: i) an initialization procedure, to facilitate the definition of initial conditions for the model; ii) inflow limitation at the upstream boundary conditions, to simulate the physical limitations of the network when it receives the hydrographs of the basins; iii) transport of the water that exceeds the capacity of the pipes, through reaches called "street reaches", avoiding unreal storages and heads and transporting the volume downstream; iv) the inclusion of manholes in reaches as an internal boundary condition. The verification was made in two actual systems, urban basins in Porto Alegre. The Moinho basin and the Areia basin. They have high slopes at the heads, followed by level regions at the low part. There are natural channels and pipes with very different cross sections. Furthermore, there are pipes with low discharge capacities. These features cause high heads, passages from subcritical to supercritical flow and vice-versa, excess discharges, causing flow in the streets at the low parts of the basins. These features must be modeled by the hydrodynamic model. The results showed the model can simulate these situations, generating the necessary information for a good assessment of the systems.