B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

GERADOR DE HIDROGRAMAS PARA APOIO A PROJETOS HIDRÁULICOS

Bruno Leonardo Colonese ¹

Eduardo Tenório Bastos ¹

Magali Ferreira Mattos ²

Luiz Paulo Canedo de Magalhães ³

Flávio Cesar Borba Mascarenhas ⁴

Rui Carlos Vieira da Silva ⁵

(1. Aluno Graduação Escola Politécnica/UFRJ; 2. Aluna Graduação Escola Politécnica/UFRJ; 3. Doutorando COPPE/UFRJ; 4. Professor Adjunto COPPE/UFRJ; 5. Professor Titular COPPE/UFRJ (Orientador))

INTRODUÇÃO:

Em problemas de Engenharia de Recursos Hídricos, é freqüente a necessidade de simulações de situações reais durante o planejamento de suas soluções. Algumas soluções são baseadas na determinação de vazões hidráulicas decorrentes de chuvas, como por exemplo, o cálculo de seções de escoamento para projetos de drenagem urbana. Assim, o planejamento é feito por meio de dados históricos de vazões e chuvas, mas dependendo da região de aplicação, a carência de tais dados prejudica a elaboração de uma alternativa mais adequada à situação.

Entretanto, para superar essa deficiência nas medições históricas, é comum recorrer-se a parâmetros físicos da bacia hidrográfica em questão e a relações empíricas para se sintetizar a distribuição temporal das vazões (hidrograma). Cada relação empírica obtida para uma dada bacia de origem pode ser estendida a outras bacias, desde que estas sejam semelhantes àquela para a qual se desenvolveu a relação.

Baseado nisso, o objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um sistema computacional para auxiliar, de forma ágil e fácil, estudos e projetos para o controle de cheias em bacias de pequeno e médio porte. Usando características fisiográficas da bacia, uma chuva de projeto e condições de uso e ocupação do solo, o sistema pode ser aplicado para simulação de escoamento superficial, gerando hidrogramas sintéticos.

METODOLOGIA:

O sistema foi desenvolvido com uma interface amigável, tendo suas aplicações feitas em três etapas básicas: inicialmente, é elaborada uma chuva de projeto; em seguida, separa-se a parcela da chuva que escoará superficialmente; e então, calcula-se o hidrograma. O sistema permite que sejam consideradas três possibilidades distintas para a representação da chuva de projeto, podendo ser utilizadas: a equação elaborada pelo hidrólogo Otto Pfafstetter (1982); a equação IDF em sua forma clássica; ou ainda, qualquer outra chuva.

A separação da chuva efetiva corresponde ao cálculo da parcela da precipitação que escoa superficialmente. Os principais fenômenos atuantes nesta etapa são a interceptação vegetal, a retenção em depressões do terreno e a infiltração. O sistema desenvolvido permite a separação da chuva efetiva segundo três métodos distintos: Método Racional; Método do SCS (Soil Conservation Service, EUA); e o Método do Índice f c/ Abstração Inicial.

O cálculo do hidrograma é feito tendo como base o hidrograma unitário sintético triangular do Método Racional. Para a representação de chuvas com distribuição temporal complexa, este método foi generalizado através da decomposição do hidrograma triangular em sub-hidrogramas trapezoidais (contribuição individual de um passo de tempo). O resultado final é obtido pela soma das contribuições individuais de cada passo de tempo e pela seguinte passagem por um reservatório linear para correção de vazões que o método tende a superestimar.

RESULTADOS:

Para a calibração e validação da metodologia implementada no sistema, foi realizado um estudo de caso na Bacia do Rio Joana, localizada no Estado do Rio de Janeiro, cujos dados históricos são conhecidos. O rio Joana é um dos principais corpos d’água da bacia do Canal do Mangue, apresentando área de drenagem de 12,02 km². A ocupação da bacia é bem diversificada apresentando 50,3% de sua área em encosta, a maior parte com cobertura florestal, e 49,7% em regiões de planície densamente urbanizadas. O modelo foi calibrado para cada um dos três métodos de separação de chuva efetiva. Dentre estes procedimentos, o que apresentou melhor resultado foi o Método Racional, com um hidrograma de comportamento similar ao do evento medido. Os parâmetros de calibração utilizados foram: tempo de concentração = 50min; coeficiente de depleção = 9000s; e coeficiente de runoff = 0,42; a descarga de base (considerada constante ao longo da simulação) foi estimada em 0,95m³/s. Considerando o modelo calibrado, foi feita uma simulação para uma chuva de projeto com 20 anos de tempo de recorrência e duração igual ao tempo de concentração da bacia, verificando-se, assim, consistência e coerência nos resultados obtidos.

CONCLUSÕES:

O modelo desenvolvido respondeu bem aos testes realizados, obtendo bons resultados que demonstram a sua capacidade de simular satisfatoriamente eventos reais e de projeto. Assim, pode-se concluir que a ferramenta desenvolvida mostrou grande potencial para ser utilizada nos processos de apoio ao planejamento e à avaliação de obras de controle de enchentes, podendo ser utilizada para o dimensionamento de canalizações e outras obras de drenagem. O modelo terá seu desenvolvimento continuado, sendo já previsto um acoplamento a outro sistema mais robusto de cálculos hidráulico-hidrológicos distribuídos.

Instituição de fomento: Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – PIBIC/CNPq

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: modelo matemático; drenagem urbana; controle de cheias.

Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006