Otimização do controle da drenagem em macrobacias urbanas

Abstract

A urbanização descontrolada das cidades brasileiras tem provocado o agravamento das enchentes naturais e a ampliação de sua freqüência, além de criar novos pontos de alagamento localizados. Isto se deve à crescente impermeabilização do solo com aumento do volume pluvial escoado e redução de amortecimento. A concepção de um projeto de macrodrenagem em uma bacia urbana que considere o controle das inundações, como por exemplo, a implementação de reservatórios de amortecimento em áreas sujeitas a alagamentos, constitui-se em uma tarefa complexa e difícil devido ao grande número de alternativas possíveis, considerando todas as variáveis envolvidas, como capacidades hidráulicas existentes e necessárias das redes de drenagem, disponibilidade de áreas para construção de reservatórios, custos de desapropriação destas áreas, existência de sistemas mistos de coleta, uso de reservatórios abertos ou subterrâneos, dentre outras. Desta forma o projetista coloca-se diante de um dilema: qual o conjunto destas alternativas podem ser o mais eficiente? Este estudo promoveu a análise da aplicabilidade e eficiência de um modelo de otimização associado a modelos hidrológico-hidráulicos como instrumentos de suporte à decisão em problemas de drenagem urbana. A ferramenta desenvolvida compôs-se pelo modelo IPHS1 para a simulação hidrológica e hidráulica, pelo algoritmo de evolução SCE-UA para o processo de otimização através da minimização do custo de implantação das soluções e do módulo EXTRAN do modelo SWMM para a verificação hidráulica dos resultados obtidos e análises de riscos superiores. Os resultados mostraram-se bons e o sistema implementado adaptou-se bem às características das duas bacias analisadas: bacia do arroio do Moinho e bacia do arroio da Areia. O sistema forneceu os cenários de custos otimizados de implantação da solução com detenções distribuídas nas bacias e ampliações de redes, em um curto período de tempo e utilizando dados que seriam necessários para qualquer projeto de macrodrenagem deste tipo. Com os resultados compilados, foram obtidas funções de auxílio à tomada de decisão em planos e projetos de drenagem urbana através de curvas ajustadas aos pontos gerados nas bacias estudadas. Foi realizada a análise de sensibilidade e a avaliação das incertezas envolvidas com o modelo hidrológico utilizado com relação ao seu parâmetro principal, o Curve Number. Esta análise mostrou grandes variações nas vazões de saída das bacias e nos custos das obras com pequenas alterações nos valores de CN. Apresenta-se ainda uma análise econômica da aplicação dos valores obtidos de forma extrapolada para todo o município de Porto Alegre.

The uncontrolled urbanization of Brazilian cities has been provoking the aggravation of the natural floods and increasing their frequency, besides generating new located flooding spots. That happens due to the soil impermeabilization growing which enlarges the stormwater volume and reduces the soil natural detentions. In a urban basin a drainage project conception which considers the control of the floods, as for instance, the implementation of detention reservoirs in areas subject to floodings, is constituted in a complex and difficult task due to the great number of possible alternatives, considering all the involved variables, e.g. existent and necessary drainage systems conveyance, existence of areas for reservoirs construction, expropriation costs of these areas, combined sewers existence, use of open or underground reservoirs, among others. In that case the planner faces a dilemma: which group of these alternatives may be the most efficient solution? This research promoted an efficiency and a applicability analysis of an optimization model associated to hydrologic and hydraulic models as decision support tools in problems of urban drainage. The developed instrument was composed by the model IPHS1 for the hydrologic and hydraulic simulation, by the evolution algorithm SCE-UA for the optimization process by the minimization of the implantation costs of the solutions and by the module EXTRAN of SWMM model for the hydraulic verification of obtained results and analyses to superior risks. Good results were extracted from this project and the implemented system adapted well to the characteristics of two analyzed basins: Moinho stream basin and Areia stream basin. The system supplied the sceneries of solution implantation optimized costs with detentions distributed in basins and enlargements of storwater sewers, in a short period of time and using data that would be necessary for any kind of drainage project. Above the compiled results, functions were obtained to help taking decision in plans and projects of urban drainage through adjusted curves to the points generated in the studied basins. The sensibility analysis was done and the uncertainties involved with the hydrologic model used were evaluated with its main parameter. Curve Number (CN). This analysis showed great variations in rate flows of the basins and in solutions construction costs with small alterations in the values of CN. There is still presented an economical analysis of the application of obtained values with extrapolation for the whole municipal district of Porto Alegre.