Paula Morais Canedo de Magalhães
Título
MODELAGEM MATEMÁTICA DE CHEIAS URBANAS COM INCORPORAÇÃO DE OBSTRUÇÕES DO SISTEMA DE DRENAGEM EM TEMPO REAL DE SIMULAÇÃO
Resumo
O processo de urbanização provoca significativas modificações nos padrões de escoamento e drenagem das bacias hidrográficas acarretando não só no aumento das vazões líquidas, como também da quantidade de sedimentos erodidos e carreados pelo escoamento superficial. Esse aumento das vazões e sedimentos que podem se depositar no interior das galerias contribuem para o agravamento das cheias urbanas ao gerarem uma sobrecarga no sistema de drenagem. No que concerne à modelagem de cheias urbanas, os efeitos da incorporação de sedimentos ao escoamento, geralmente, se restringem a um aumento no coeficiente de Manning, ou a partir da aplicação de um fator de redução na capacidade hidráulica do sistema. Essa forma de modelagem diminui a confiabilidade na extrapolação dos resultados obtidos para situações diferentes daquelas usadas na calibração do modelo, uma vez que não simula o processo de assoreamento do sistema em si, mas sim os efeitos que ele provoca. Assim, quanto mais acurada for a representação da realidade física no modelo matemático, mais confiáveis serão as previsões decorrentes da sua utilização. Nesse sentido, o objetivo desta dissertação é desenvolver uma metodologia que, acoplada ao modelo hidrodinâmico MODCEL, seja capaz de modelar o transporte e a deposição de sedimentos no interior das galerias de drenagem em tempo real de simulação, a partir da consideração de fundo móvel. Os resultados obtidos foram satisfatórios, indicando que a metodologia apresentada foi adequada para atingir os objetivos propostos.
Observa-se que a consideração da redução da área molhada da seção transversal da rede de drenagem permite uma representação mais fidedigna do comportamento da bacia no pós-cheia permitindo ter uma noção mais aproximada do tempo necessário para se retornar às condições operacionais normais da região alagada. Ainda, a adoção de fundo móvel não adicionou complexidade aos cálculos, a ponto de prejudicar o desempenho do modelo. Desta forma, a metodologia proposta pode facilmente ser replicada em outros estudos de caso.
Abstract
The urbanization process causes changes in the flow and drainage patterns of watersheds, leading not only to an increase in liquid flows, but also in the amount of eroded sediments carried by surface runoff. This increase in flows and sediments that can be deposited inside the galleries led to the aggravation of urban floods by generating an overload in the drainage system. Regarding the modeling of urban floods, the effects of sediment incorporation in the runoff are generally restricted to an increase in the Manning coefficient, or from the application of a reduction factor in the hydraulic capacity of the system. This modeling approach decreases the reliability in the extrapolation of the results obtained for different situations used in model calibration, since it does not simulate the system clogging process itself, but rather the effects it causes. Thus, the more accurate the representation of physical reality in the mathematical model, more reliable are the results. In this sense, the objective of this dissertation is to develop a methodology that, coupled to the MODCEL an hydrodynamic model, is capable of modeling the transport and deposition of sediments inside the drainage galleries in real-time simulation, based on the consideration of the moving background. The results obtained were satisfactory, indicating that the methodology presented was adequate to achieve the proposed objectives. It is observed that the consideration of the reduction of the wetted area of the cross section of the drainage network allows a more reliable representation of the basin behavior in the post-flood, allowing to have a closer notion of the time necessary to return to the normal operational conditions of the flooded region. Still, the adoption of moving background did not add complications to the calculations, to the point of impairing the performance of the model. In this way, the proposed methodology can be easily replicated in other case studies.
