Hélder António Alves de Amorim. Licenciado em Engenharia do Ambiente pelo Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa

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1 FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO AFLUÊNCIAS INDEVIDAS AOS SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS RESIDUAIS Hélder António Alves de Amorim Licenciado em Engenharia do Ambiente pelo Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de mestre em Engenharia do Ambiente (ramo Tratamento de Águas e Águas Residuais) Dissertação realizada sob a supervisão do Professor Doutor Mário Jorge Valente Neves, do Departamento de Engenharia Civil (Secção de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto) e do Professor Doutor José Manuel de Saldanha Gonçalves Matos, do Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura do Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa PORTO, DEZEMBRO DE 2007

2 RESUMO A afluência indevida às redes de drenagem de águas residuais é frequentemente significativa, nomeadamente após fortes chuvadas. Os mecanismos que contribuem para essa afluência são diversos, e podem incluir, entre outros, a entrada através das tampas e do corpo das câmaras de visita e de ramais de ligação, inserção da tubagem nas mesmas, roturas das canalizações e ligações clandestinas de águas pluviais. Estas situações podem levar a múltiplos problemas nos sistemas de drenagem, como sejam, a entrada da rede em carga, com possível extravasamento para as ruas, falta de capacidade de bombagem em estações elevatórias e de capacidade de tratamento das estações de tratamento e aumento das descargas de emergência, com os inerentes problemas de poluição dos meios receptores. Muitas entidades gestoras dão-se conta de que estas afluências indevidas estão a criar significativos encargos para a exploração de sistemas de drenagem e tratamento de águas residuais, podendo essas afluências conduzir a uma deterioração das infra-estruturas, resultante de velocidades de escoamento excessivas e de arrastamento e deposição de sedimentos. Há, por isso, um forte interesse em conhecer esses mecanismos de afluência, e adoptar medidas tendentes à redução dos seus impactos. A empresa Águas do Minho e Lima, SA, responsável por centenas de quilómetros de colectores, várias estações de bombagem e estações de tratamento, está particularmente interessada em fazer um diagnóstico da situação, o que motivou a realização de um trabalho experimental numa bacia piloto do subsistema de saneamento de Viana do Castelo Zona Industrial. Este trabalho teve como objectivo quantificar as influências indevidas, descrevendo-se a campanha realizada nos meses de Maio e Junho nessa bacia piloto e as respectivas conclusões, e propondo-se finalmente medidas para a redução do impacto deste problema. P á g i n a 2

3 ABSTRACT The undue turnout in sewers provoked by improper drainage of wastewater is often significant, particularly after the occurrence of strong rain. The mechanisms that contribute to this influx are different, and may include, among others, the entry through the covers and the body of the manholes and other connections, links of the pipes in the manholes, broken pipes and illegal connections of rainwater. These situations can lead to many problems in drainage systems, such as the pipes surcharge, with possible overflow to the streets, lack of pumping stations in the lifting of wastewater, capacity of treatment of treatment plants and increase in discharges emergency, with the inherent problems of pollution. Many companies give themselves account that these inputs are creating significant costs in the operation of drainage systems and wastewater treatment, these inputs can lead to a deterioration of infrastructure, resulting in excessive flow velocities and dragging and deposition of sediments. There is therefore a strong interest in studying these mechanisms, and adopt measures to reduce their impacts. The company Águas do Minho e Lima, SA, responsible for hundreds of kilometers of collectors, several pumping stations and treatment plants, is particularly interested in making a diagnosis of the situation, which led to the execution of an experimental work in a network of the Viana do Castelo-Zona Industrial sewerage system. This work was designed to quantify the undue influences, describing the campaign held in the months of May and June in the basin pilot and their conclusions, and finally proposing steps to reduce the impact of this problem. P á g i n a 3

4 AGRADECIMENTOS É certamente difícil enumerar todos os apoios que tive durante a execução deste trabalho, mas pela proximidade, ajuda e espírito crítico não poderia deixar de particularizar o meu agradecimento a algumas pessoas e entidades. Em primeiro lugar, à Águas do Minho e Lima SA, empresa onde exerço a minha actividade profissional, e que possibilitou a realização do trabalho experimental. Agradeço ao Eng.º Couto Lopes e ao Eng.º Silva Dias todos os meios que me foram disponibilizados e que resultaram na materialização deste estudo. Uma palavra de agradecimento ao meu orientador, Prof. Doutor Mário Jorge Valente Neves, pelo incentivo e motivação, e ao meu co-orientador, Prof. Doutor José Manuel de Gonçalves Saldanha Matos, que, apesar da distância, com as suas sugestões e vasta experiência contribuiu para o enriquecimento deste trabalho. Um agradecimento muito especial aos Serviços Municipalizados de Saneamento Básico de Viana do Castelo, em particular ao Eng.º Nuno Pinto, ao Dr. José Luís e ao Jaime Maciel, pelos dados que me facultaram. Finalmente, agradeço aos meus pais e irmãos todo o apoio que me deram e por tudo o que representam para mim, à Florinda e à Rita, pela motivação, compreensão e ternura sempre presentes. P á g i n a 4

5 ÍNDICE DE TEXTO 1 Introdução Definição de infiltração Determinação das infiltrações em redes de drenagem Infiltração Indirecta Infiltração Directa Método do triângulo Projecto APUSS Recomendação do IRAR Resumo de alguns critérios Indicadores de Desempenho Custos associados à infiltração directa e indirecta Caso de Estudo Descrição do subsistema de Viana do Castelo Zona Industrial Rede de drenagem em alta Rede de drenagem em baixa Rede estudada Instrumentação utilizada Edição dos dados de medição Análise dos resultados Modelação do escoamento Síntese e conclusões Propostas de trabalho futuro Bibliografia Anexo A Metodologia utilizada para a construção do modelo de simulação no programa SWMM (Storm Water Management Model) Anexo B - Casos de estudo para a estimativa da infiltração Anexo C Resultados do Programa SWMM P á g i n a 5

6 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 Resumo de critérios de quantificação do caudal de infiltração Tabela 2: Registo do volume bombado e tempo de funcionamento dos grupos nas estações elevatórias de Amorosa, S.Romão e Darque Tabela 3: Registo do volume afluente à ETAR de Viana Zona Industrial, no período de Maio e Junho de Tabela 4: Valores médios, máximos e mínimos de velocidade, altura de escoamento e caudal registados nos medidores Tabela 5: Valores de medição pontual do caudal e altura do escoamento na caixa de visita n.º Tabela 6: Valores médios registados de caudal e intensidade de precipitação Tabela 7: Valores médios de infiltração indirecta nas sub-redes 1 e Tabela 8: Estimativa do valor do coeficiente de afluência à rede Tabela 9: Estimativa do valor do caudal de origem doméstica Tabela 10: Caudais estimados para a sub-rede Tabela 11: Caudais estimados para a sub-rede Tabela 12 Definição das condições antecedentes de humidade (adoptado de Rossman, 2005) Tabela 13 Número de escoamento para regiões urbanas, suburbanas e agrícolas (adoptado de Rossman, 2005) Tabela 14 distribuição dos espaços para a estimativa do valor médio do número de curva Tabela 15 - Resumo da aplicação do método do triângulo para a separação de caudais nas ETAR de Mirandela e do Freixo Tabela 16 caudal de infiltração na bacia de Ringsend NÃO FOI ENCONTRADA NENHUMA ENTRADA DE ÍNDICE. P á g i n a 6

7 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Dimensões do problema das afluências indevidas Figura 2 Componentes do caudal num sistema de drenagem separativo (adaptado de HYDER, 2005) Figura 3 Causas da infiltração Figura 4 Atenuação do caudal médio diário em tempo seco (adaptado de HYDER, 2005) Figura 5 Variação do caudal após ocorrer um evento de precipitação (adaptado de HYDER, 2005) Figura 6 Variação sazonal do caudal (adaptado de HYDER, 2005) Figura 7 Variação sazonal do caudal após a redução da infiltração (adaptado de HYDER, 2005) Figura 8 Determinação da infiltração e exfiltração em colectores (adaptado de BETRAND- KRAJEWSKI, 2005) Figura 9 - Optimização do custo associado à redução da infiltração numa rede de drenagem (adaptado de HYDER, 2005) Figura 10 Planta do subsistema de saneamento de Viana do Castelo Zona Industrial Figura 11 Rede escolhida para a quantificação de afluências indevidas Figura 12 Sub-redes monitorizadas Figura 13 Medidor de caudal instalado na tubagem de entrada da caixa de visita n.º Figura 14 Medidor de caudal instalado na caixa n.º Figura 15 Medidor de velocidade portátil utilizado para calibrar os medidores ultrasónicos Figura 16 Descarregador calibrado Weir Figura 17 Udómetro instalado para o registo da precipitação Figura 18 Procedimento para a instalação dos medidores Figura 19 Procedimento para a calibração dos medidores Figura 20 Procedimento para produção de dados de caudal Figura 21 Procedimento para a estimativa do caudal de infiltração Figura 22 Padrão de semana para a sub-rede Figura 23 Padrão de fim-de-semana para a sub-rede Figura 24 Padrão de semana para a sub-rede Figura 25 Padrão de fim-de-semana para a sub-rede Figura 26 Caudal médio de origem doméstica e caudal médio de infiltração na sub-rede Figura 27 Caudal médio de origem doméstica e caudal médio de infiltração na sub-rede Figura 28 Modelo do SWMM para simulação do escoamento nas sub-redes 1 e P á g i n a 7

8 Figura 29 Variação do caudal na sub-rede 1- modelo SWMM Figura 30 Variação do caudal na sub-rede 2 - modelo SWMM Figura 31 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede Figura 32 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede 1, entre os dias 4 e 11 de Maio Figura 33 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede Figura 34 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede 2, entre os dias 4 e 11 de Maio Figura 35 - Modelação da velocidade na sub-rede 1 considerando um valor de K=75 m 1/3 s Figura 36 - Modelação da velocidade na sub-rede 1 considerando um valor de K=40 m 1/3 s Figura 37 - Modelação da velocidade na sub-rede 2 considerando um valor de K=75 m 1/3 s Figura 38 - Modelação da velocidade na sub-rede 2 considerando um valor de K=20 m 1/3 s Figura 39 - Modelação da altura de escoamento na sub-rede 1 considerando um valor de K=75 m 1/3 s Figura 40 - Modelação da altura de escoamento na sub-rede 1 considerando um valor de K=40 m 1/3 s Figura 41 - Modelação da altura de escoamento na sub-rede 2 considerando um valor de K=75 m 1/3 s Figura 42 - Modelação da altura de escoamento na sub-rede 2 considerando um valor de K=20 m 1/3 s Figura 43: Exemplo da simulação dinâmica do escoamento numa rede de drenagem através da utilização do SWMM Figura 44 Interface do SWMM para a introdução das características das caixas de visita Figura 45 Interface do SWMM para a introdução do valor do caudal de infiltração indirecta Figura 46 Interface do SWMM para a introdução do valor do caudal de tempo seco e padrões associados Figura 47 Interface do SWMM para a introdução dos valores do hidrograma unitário Figura 48 Interface do SWMM para a introdução das características dos colectores Figura 49 Interface do SWMM para a introdução da geometria dos colectores Figura 50 Interface do SWMM para a introdução das características das bacias de drenagem85 Figura 51 Mapa do sítio no SNIRH para a determinação do tipo de solo Figura 52 Interface do SWMM para a introdução do valor do número de escoamento Figura 53 Interface do SWMM para a introdução das características da precipitação Figura 54 Interface do SWMM para a introdução das opções de simulação P á g i n a 8

9 Figura 55 - Diagrama cronológico de caudais medidos na ETAR de Mirandela e da precipitação registada durante o ano de 1999 (caudal eixo inferior; precipitação eixo superior) Figura 56 - Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de origem doméstica, infiltração e escoamento superficial ETAR de Mirandela Figura 57 - Incremento percentual do volume de origem doméstica ao longo do tempo em relação ao seu valor médio (incremento do volume de origem doméstica eixo inferior; precipitação eixo superior). Dados correspondentes à ETAR de Mirandela, Figura 58 - Diagrama cronológico de caudais medidos na ETAR do Freixo e da precipitação durante o ano de 2002 (caudal eixo inferior; precipitação eixo superior) Figura 59 - Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de origem doméstica, infiltração e escoamento superficial ETAR do Freixo, Figura 60 - Incremento percentual do volume de origem doméstica ao longo do tempo em relação ao seu valor médio (incremento do volume médio de origem doméstica eixo inferior; precipitação eixo superior). Dados correspondentes à ETAR do Freixo, Figura 61 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 2 (tempo húmido) Figura 62 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 2 (tempo seco) 115 Figura 63 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 1 (tempo húmido) Figura 64 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 1 (tempo seco) 117 NÃO FOI ENCONTRADA NENHUMA ENTRADA DE ÍNDICE. P á g i n a 9

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS Abr AdML C CCTV cm CQO DN h ha hab.eq H fin h GwL H in h w Jun Km l/d l/hab.dia l/s l/s/km m m/s m 2 m 3 m 3 /d m 3 /h m 3 /ha/d m 3 /hab/dia m 3 /s/km Mai min mm mm/h n.º P m PP PVC P w Q inf Q m Q md Q mts Q sc SMSBVC USEPA Abril Águas do Minho e Lima coeficiente de afluência à rede closed circuit television and video centímetro carência química de oxigénio diâmetro nominal hora hectare habitantes equivalentes fim da ocorrência de evento de precipitação altura do nível freático início da ocorrência de evento de precipitação altura de escoamento Junho quilómetro litro por dia litro por habitante e por dia litro por segundo litro por segundo e por quilómetro metro metro por segundo metro quadrado metro cúbico metro cúbico por dia metro cúbico por hora metro cúbico por hectare e por dia metro cúbico por habitante e por dia metro cúbico por segundo e por quilómetro Maio minuto milímetro milímetro por hora número precipitação média polipropileno policloreto de vinila perímetro molhado caudal de infiltração caudal médio em tempo húmido caudal médio diário caudal médio diário em tempo seco caudal de secção cheia Serviços Municipalizados de Saneamento Básico de Viana do Castelo United States Environmental Protection Agency P á g i n a 10

11 1 Introdução As influências indevidas de caudais aos sistemas de drenagem de águas residuais domésticas, designadas pela terminologia anglo-saxónica de inflow/infiltration, podem causar alguns problemas, nomeadamente: Incremento de custos operacionais e de investimento nas redes de drenagem e nas estações de tratamento de águas residuais; Redução da capacidade de transporte dos colectores e das estações de tratamento de águas residuais, potenciando as descargas de águas residuais no meio receptor sem qualquer tratamento, e o consequente aumento da poluição; Arrastamento de solos, causando problemas operacionais e estruturais na rede de drenagem. Os problemas de infiltrações nos sistemas de drenagem, quer pela entrada de caudais nos sistemas devido a roturas nas tubagens e nas câmaras de visita, quer pela ligação indevida de redes de águas pluviais a redes separativas de drenagem de águas residuais, têm implicações imediatas no aumento dos custos operacionais. Estes custos traduzem-se em custos directos de transporte de caudais indevidos e no tratamento destes caudais. Estudos neste domínio têm demonstrado que nem sempre é viável do ponto de vista económico a redução dos caudais de infiltração afluentes aos sistemas de drenagem. De acordo com a experiência internacional, as influências indevidas aos sistemas de drenagem representam cerca de 100% do caudal afluente às estações de tratamento. Este trabalho pretende caracterizar a problemática das infiltrações nos sistemas de drenagem. No capítulo 2 define-se infiltração, no capítulo 3 referem-se técnicas para contabilizar a componente de infiltração, o capítulo 4 aborda a definição dos custos para optimizar a redução da infiltração, no capítulo 5 descrevem-se alguns indicadores de infiltração, no capítulo 6 referese a experiência realizada, as conclusões do trabalho são mencionadas no capítulo 7 e finalmente, no capítulo 8, definem-se propostas de desenvolvimento futuro deste estudo. P á g i n a 11

12 2 Definição de infiltração O termo infiltração é designado para caracterizar o caudal que entra nos sistemas de drenagem proveniente dos lençóis freáticos, e os caudais que entram directamente na rede, provenientes de ligações de redes de águas pluviais às redes de drenagem separativas. A água entra nas redes pelas tubagens, devido à abertura nas juntas, fracturas e fadiga dos materiais utilizados nas redes principais e nos ramais domiciliários, e pelas câmaras de visita, devido à corrosão, problemas de ligação às tubagens e entrada pelas tampas. Em síntese, a infiltração em sistemas de drenagem de águas residuais depende dos seguintes factores: Pluviosidade; Existência de ligações pluviais às redes de drenagem; Proximidade dos aquíferos Estado de conservação da rede. A infiltração num sistema de drenagem de águas residuais pode ser directa, quando resulta da contribuição de fenómenos pluviométricos, e indirecta, associada à proximidade dos colectores ao nível freático. Nas mesmas circunstâncias de proximidade de uma rede de drenagem ao nível freático, é expectável que a rede de colectores dê origem a uma maior afluência de caudais de infiltração, porque a extensão de colectores é significativamente maior do que a extensão dos emissários e interceptores. Pelo exposto, embora as redes de emissários e interceptores transportem um caudal superior comparativamente à rede de colectores dos sistemas em baixa, é nesta rede, onde o número de caixas de visita é superior e onde existem ligações indevidas de redes pluviais, que ocorrem a maioria das afluências indevidas. P á g i n a 12

13 Os factores que influenciam as entradas físicas ao longo de um sistema de drenagem de águas residuais são os seguintes: Estado de conservação e idade dos colectores e acessórios da rede: a vida útil dos colectores depende do respectivo material e do modo de operação do sistema, e as redes mais antigas sofrem geralmente mais afluências indevidas, devido ao facto das juntas deixarem de vedar por envelhecimento, por apresentarem fendas ou estarem em mau estado de conservação. Por isso se compreende que as zonas mais recentes da rede tenham normalmente menos afluências indevidas; Modo de construção e colocação dos colectores: em muitas redes de drenagem utilizamse materiais que, embora resistam bem às pressões interiores, são pouco resistentes à compressão diametral induzida pelas cargas exteriores, especialmente se o assentamento do colector não for adequado e os recobrimentos mínimos regulamentares respeitados. Por outro lado, um assentamento ou uma montagem deficiente do colector e dos seus acessórios pode originar fendas não visíveis ou pontos frágeis na tubagem, torção e deslocamento das juntas. Características do solo envolvente e existência de outras fugas: as características do solo envolvente são determinantes na presença e aumento de fugas. As infiltrações frequentes de água no solo, de origem pluvial ou proveniente de fugas nas condutas de abastecimento de água, dependendo do tipo e compacidade do solo envolvente, geram caminhos preferenciais de escoamento, com arrastamento das partículas mais finas. Este fenómeno pode induzir assentamentos diferenciais do colector, não absorvidos pela flexibilidade das juntas, ou, eventualmente, à rotura do próprio colector. Frequência de passagem de cargas pesadas sobre tubagem: a passagem frequente de veículos pesados sobre os colectores pode danificá-los por esmagamento ou fadiga precoce do material, ao fim de algum tempo. A entrada de águas superficiais e subterrâneas nos sistemas de drenagem e tratamento de águas residuais constitui um problema multidimensional, com um elevado impacto nas várias vertentes da entidade gestora. P á g i n a 13

14 Económico Financeiro Social Técnico Impacto da afluência de caudais indevidos Ambiental Saúde Pública Figura 1 Dimensões do problema das afluências indevidas Na figura 2 apresenta-se um gráfico que mostra as várias componentes do caudal num sistema de drenagem de águas residuais, durante um período de 7 dias, podendo observar-se no quarto dia a ocorrência de precipitação. Figura 2 Componentes do caudal num sistema de drenagem separativo (adaptado de HYDER, 2005) P á g i n a 14

15 As infiltrações com origem em precipitações intensas podem persistir durante vários dias ou semanas, dependendo da área e permeabilidade do subsolo. Por outro lado, a infiltração devido à subida dos níveis freáticos pode ocorrer quando o nível freático se situar acima da cota de soleira dos interceptores. A infiltração pode provocar a erosão do solo, arrastando as partículas finas para o interior das tubagens. O caudal máximo descarregado nos descarregadores de tempestade deve-se fundamentalmente à entrada de caudal directamente nas redes de drenagem. Os caudais de infiltração indirecta resultantes da subida do nível freático são geralmente constantes ao longo do dia. A infiltração pode ocorrer quando as redes de drenagem se degradam, resultando na entrada de caudais indevidos, ou mesmo em sistemas de drenagem recentes, resultado do mau dimensionamento e construção da rede. Os factores de que depende a ocorrência de infiltrações indirectas nos sistemas incluem: Movimento de terras, causado pelos trabalhos de construção e perda de solo junto às tubagens; Tipo de solo, que afecta a drenagem de água e o movimento das tubagens. As areias e gravilhas geralmente têm uma permeabilidade elevada, permitindo a rápida erosão das partículas de solo. A argila tem tamanho de poro menor e uma maior resistência a este factor; Tipo de tubagem e qualidade de construção os materiais tradicionais utilizados (PVC, PP) são de razoável durabilidade, mas o tipo de juntas e o modo como é efectuada a ligação entre os troços de tubagem pode potenciar a infiltração; Ataques químicos, devido à presença de águas residuais agressivas e a fenómenos de septicidade; Localização do nível freático e resposta à precipitação o mecanismo da erosão do solo é incrementado pela existência de níveis freáticos elevados. P á g i n a 15

16 Regime hidráulico - a erosão do solo depende do caudal que passa nas fendas das tubagens e nas ligações entre estas e as caixas de visita; Assentamento das tubagens o tipo de material escolhido para o preenchimento da vala pode afectar a drenagem natural; Tempo de vida útil do sistema de drenagem; Qualidade da manutenção do sistema de drenagem materiais utilizados na reparação de roturas e na substituição de tubagens; Materiais e estado da rede situada em domínio privado; Os tipos de sistemas de drenagem mais susceptíveis à ocorrência de infiltrações incluem os que se desenvolvem em condições precárias (solo que envolve a tubagem), os que se desenvolvem por baixo de linhas de água, os que se situam em ambientes marinhos ou estuarinos, os que apresentam ligações laterais a propriedades privadas, os que apresentam falhas de construção e os que se situam num plano inferior aos colectores de águas pluviais. As redes de drenagem são facilmente caracterizadas pela idade, pelas condições do subsolo e pelas características específicas das águas residuais que transportam. Os factores de que dependem as infiltrações directas são menos complexos, porque os caudais entram directamente na rede. De entre estes podem-se referir os seguintes: Topografia; Estado da rede de drenagem existência de ligações de águas pluviais provenientes da drenagem de telhados, pátios e jardins à rede separativa de águas residuais, vedação e estanqueidade das tampas das caixas de visita; Capacidade de transporte de caudal da rede de drenagem; P á g i n a 16

17 Figura 3 Causas da infiltração Os caudais resultantes de escoamento directo representam uma reacção, com um espaço temporal relativamente reduzido, da bacia de drenagem a um evento pluviométrico. A pluviosidade origina geralmente o aparecimento destes caudais, que se dissipam pouco tempo depois da precipitação cessar. A sua existência pode variar de alguns minutos a algumas horas após o início da chuvada e a sua distribuição temporal é aleatória, visto que esta parcela da infiltração resulta directamente da ocorrência da precipitação. O tempo de resposta a uma precipitação pode durar algumas horas ou dias dependendo fundamentalmente do estado hídrico do solo, das condições geológicas locais e também das características da precipitação. Os pontos de entrada na rede destes caudais são pontuais e, por isso, facilmente identificáveis na rede. Os caudais que resultam da infiltração directa entram no colector essencialmente pelas juntas ou por fissuras existentes na rede ou através das câmaras de visita. Estes caudais podem ser bastante significativos, principalmente durante longos períodos de precipitação, e são os responsáveis pelos elevados caudais de ponta afluentes às estações de tratamento de águas residuais em época de chuva. P á g i n a 17

18 3 Determinação das infiltrações em redes de drenagem A infiltração em redes de drenagem de águas residuais é muitas vezes difícil de estimar. Os estudos mais recentes que foram elaborados para estimar a componente de infiltração no caudal transportado pelas redes incluem a monitorização do caudal escoado e do caudal de precipitação, associada à utilização da modelação hidráulica, para permitir saber a contribuição destas componentes em tempo seco e m períodos de ocorrência de precipitação. Caudal em tempo seco O caudal em tempo seco, designado na terminologia anglo-saxónica por dry weather flow (DWF), é o caudal que é escoado numa rede de drenagem com excepção do caudal proveniente directamente da precipitação. O caudal médio diário em tempo seco pode ser estimado pela seguinte fórmula: DWF = PG + I + E (1) em que, DWF Caudal em tempo seco (m 3 /d); P População servida (habitantes); G capitação média de águas residuais (m 3 /hab.dia); I Infiltração (m 3 /d); E caudal industrial descarregado em 24 horas (m 3 /d). Esta fórmula permite calcular o caudal médio diário, que na prática varia durante o dia. Quando se justificar, pode-se somar a estas parcelas uma componente de descarga comercial. Seguidamente apresentam-se alguns métodos para estimar a infiltração numa rede de drenagem. Esta estimativa torna-se mais complexa com o aumento dos registos disponíveis ou determinados experimentalmente. P á g i n a 18

19 Inexistência de registos Quando não existirem dados relativos às redes de drenagem em áreas com níveis freáticos elevados, pode-se determinar a infiltração como sendo igual a 45% do caudal em tempo seco (incluindo a infiltração), ou seja: I = 0.45 (PG+I+E) (2) Alternativamente, a infiltração pode ser representada em termos de PG e E, sendo I = 0.8 (PG+E) (3) O valor médio de 45% é referido em WHITE (1996), seguindo uma análise num espaço temporal longo dos caudais em tempo seco registados em 95 cidades do Reino Unido e do País de Gales. A percentagem de 45% utilizada é equivalente a uma capitação doméstica de 115 a 120 l/hab.dia. Existência de registos Se existirem registos das redes de drenagem, por exemplo a idade, material das tubagens e tipo de subsolo, é possível obter uma melhor estimativa da infiltração, podendo os dados ser expressos em termos de indicadores (caudal por unidade de diâmetro e por unidade de comprimento da rede). 3.1 Infiltração Indirecta Para estimar a infiltração directa podem ser utilizados 2 métodos (WHITE, 1996): Cálculo do caudal mínimo Este método envolve a análise dos caudais em tempo seco durante as primeiras horas do dia, período em que o caudal de origem doméstica apresenta valores muito reduzidos, atingindo o valor mínimo diário. O registo dos caudais em tempo seco nos vários períodos do dia permite determinar o caudal médio diário em tempo seco e o caudal mínimo diário em tempo seco (período nocturno). P á g i n a 19

20 No período de ocorrência do caudal mínimo em tempo seco, assume-se que 10% do seu valor tem como origem a contribuição doméstica (PG+E). Subtraindo o caudal mínimo em tempo seco ao caudal médio em tempo seco, elimina-se a componente relativa à infiltração (I), obtendo-se a seguinte relação: PG + E = (Ave Min) / F (4) sendo, Ave caudal médio em 24 horas (medido); Min Caudal mínimo nocturno (medido); F factor (valor típico de 0.9) A infiltração é então dada pela seguinte expressão: I = Ave (PG + E) (5) A estimativa da infiltração por este método depende do valor considerado para o factor F. Nos caudais afluentes aos colectores situados mais a montante de uma rede de drenagem, o valor de F é geralmente igual a 0.9, diminuindo com o aumento da extensão da rede. Na figura 4 mostra-se o efeito da atenuação do caudal em tempo seco Figura 4 Atenuação do caudal médio diário em tempo seco (adaptado de HYDER, 2005) P á g i n a 20

21 O factor F tem também subjacente caudais de origem industrial que podem ocorrer em 24 horas ou em períodos concentrados durante a noite. A determinação do caudal mínimo nocturno pode ser difícil em zonas onde os caudais são reduzidos e o incremento dos caudais se verifica para alguns litros/segundo. Nestes casos, para uma medição mais fidedigna, podem recorrer-se a medidores de caudal ultrasónicos, que geralmente permitem registar valores de caudal com alturas de escoamento mais baixas. Cálculo do caudal em tempo seco Outra alternativa consiste na determinação dos valores de PG e de E, e subtrair o caudal medido em tempo seco (PG + I + E) durante um período de 24 horas. Existe uma relação entre a água consumida e a água residual produzida estima-se que cerca de 80% da água consumida é encaminhada para a rede de drenagem. O valor de G pode então ser obtido através do registo da água consumida. Na ausência de valores reais, pode assumir-se um valor para a capitação (G) de 140 a 150 l/hab.dia. Os factores de que depende a capitação incluem a dimensão do agregado, hábitos higiénicos populacionais, disponibilidade de água, estrutura populacional e alterações climáticas. A determinação do caudal industrial (E) depende da existência do registo de caudais industrias descarregados na rede. As licenças de descarga fixam normalmente um valor para o caudal máximo que pode ser descarregado, que pode na prática não ser descarregado. Desejavelmente deve ter-se o registo dos caudais industriais descarregados num período de 24 horas. Como se referiu, o caudal em tempo seco tem, em alguns casos, para além da componente doméstica e industrial, uma componente relativa a estabelecimentos considerados como comerciais, como escolas, centros comerciais e escritórios. A determinação do caudal de origem comercial pode ser feita com base na determinação da capitação comercial (através de uma capitação equivalente), ou ser incluída nos caudais de origem industrial, se puderem ser estimados os caudais diários produzidos por cada estabelecimento. A escolha do procedimento a adoptar para a estimativa do caudal de origem comercial depende da extensão da rede a estudar. P á g i n a 21

22 O registo dos caudais à entrada das estações de tratamento de águas residuais é um método que pode ser utilizado para a determinação do caudal em tempo seco afluente a uma determinada rede de drenagem. Os registos após um período de 7 dias sem ocorrência de precipitação são geralmente considerados apropriados para assegurar que a componente de infiltração directa pode ser desprezável nos valores observados. A figura 5 mostra a variação do caudal após a ocorrência de precipitação a última precipitação ocorreu por volta das 9 horas do primeiro dia. A infiltração devido à ocorrência de precipitação ainda é visível após uma semana do seu registo. Figura 5 Variação do caudal após ocorrer um evento de precipitação (adaptado de HYDER, 2005) 3.2 Infiltração Directa Para os dois métodos descritos, é importante registar a variação do caudal num espaço temporal mais alargado, para se poder verificar a influência da precipitação. Alguns estudos demonstraram que a ocorrência da precipitação se pode fazer sentir 6 meses após o seu registo. A variação sazonal da infiltração verifica-se em muitas redes de drenagem devido à variação do nível freático. As figuras 6 e 7 representam a variação do caudal em tempo seco, obtidas em dois dias de tempo seco, e a mesma variação subtraindo a componente relativa à infiltração. P á g i n a 22

23 Figura 6 Variação sazonal do caudal (adaptado de HYDER, 2005) Figura 7 Variação sazonal do caudal após a redução da infiltração (adaptado de HYDER, 2005) Modelação das redes de drenagem A modelação das redes de drenagem permite ultrapassar algumas limitações que os processos de determinação da infiltração descritos apresentam. A vantagem da determinação da infiltração em tempo seco inclui os seguintes pontos: A atenuação do caudal em tempo seco pode ser determinada em qualquer ponto da rede, aplicando uma variação diurna típica a uma bacia de drenagem com uma área P á g i n a 23

24 relativamente pequena (1 a 5 ha), conseguindo reduzir-se a incerteza associada à estimativa do parâmetro F; Para construir o modelo é necessário saber a população servida, número de habitações, dimensão dos aglomerados, consumos de água, existência de licenças de descarga, registo de efluentes, registo dos níveis freáticos, registo do n.º de horas de bombagem dos grupos elevatórios. Através destes dados pode-se obter dados mais fiáveis relativos à variação do caudal em tempo seco e para permitir o cálculo posterior das parcelas PG e E; Os modelos são geralmente calibrados através da medição do caudal em vários pontos da rede de drenagem, permitindo estimar a infiltração em cada ponto da medição. Existem no entanto alguns factores que devem ser considerados quando se utiliza a modelação das redes para estimar a infiltração: O registo do caudal em tempo seco depende da compreensão do responsável pela modelação, nomeadamente nos valores que são registados e nas considerações que são efectuadas; Geralmente utilizam-se valores para a capitação demasiado elevados, quando não se consegue determinar valores mais reais, conduzindo a uma sobre-estimativa da infiltração na rede; Os modelos são geralmente testados para períodos temporais mais curtos (5 a 10 semanas), o que pode levar a que se verifique a existência da componente de infiltração directa e que se contabilize também a influência da população flutuante e do nível freático registado. 3.3 Método do triângulo Para permitir contabilizar as várias componentes do caudal afluente a uma determinada estação de tratamento de águas residuais pode ser utilizado o método do triângulo (SOLANGE, 2005). Este método consiste na organização de séries cronológicas em séries de caudais classificados aplicado aos caudais afluentes às estações de tratamento de águas residuais. P á g i n a 24

25 Através da utilização de uma curva de caudais classificados é possível quantificar os volumes gerados por cada uma das parcelas, no final de uma série temporal, através da separação das áreas na curva de caudais classificados que são equivalentes aos volumes de infiltração e de escoamento superficial. A utilização deste método implica a ordenação e representação dos caudais diários, registados nas ETAR, por ordem crescente de grandeza e em percentagem de valor máximo verificado no período considerado no estudo. Admite-se que a componente de origem doméstica se mantém constante ao longo do tempo e que a área que se situa abaixo da linha característica do caudal de origem doméstica corresponde ao volume anual de água residual doméstica. Por outro lado, a área compreendida entre a curva de caudais e a horizontal relativa ao caudal médio de origem doméstica é equivalente ao volume anual excedente que aflui à ETAR. A separação das componentes de infiltração e de escoamento superficial obtém-se assumindo que a componente de infiltração atinge o seu máximo depois de períodos chuvosos, e que a infiltração é tanto menor, podendo mesmo admitir-se nula, quanto maior for a componente devida directamente à precipitação, porque nestes casos poderá ocorrer também exfiltração, ou seja, a saída não controlada das águas residuais do sistema de drenagem. Através dos registos de caudais nas ETAR e da precipitação contabilizam-se os dias em que a mesma ocorre e os dias seguintes em que a sua influência se faz sentir. No diagrama de caudais classificados estes dias são marcados, em percentagem, da direita para a esquerda, e o ponto de intersecção da respectiva abcissa com a curva de caudais totais correspondente ao início da linha de separação. O final desta linha corresponde à intersecção, à direita, com a linha horizontal da componente doméstica onde esta intersecta a abcissa dos 100%. As áreas definidas acima e abaixo desta linha de separação correspondem, respectivamente, aos volumes devidos ao escoamento superficial e infiltração. Um exemplo de aplicação deste método de contabilização das componentes de infiltração é descrito no anexo B deste trabalho. P á g i n a 25

26 3.4 Projecto APUSS O projecto APUSS (Assessing Infiltration and exfiltration on the Performance of Urban Sewer Systems), em que participaram 9 países europeus, incluindo Portugal, identificou dois métodos de quantificação da infiltração em redes de drenagem. O primeiro método baseia-se na medição dos isótopos de oxigénio 16 O e 18 O. Se a água para consumo e a água dos aquíferos tiverem valores distintos para o isótopo 18 O, e assumindo que a água presente nos aquíferos é originada através da infiltração e que a água doméstica consumida origina água residual doméstica, a determinação da relação do isótopo 18 O à saída de uma determinada rede de drenagem, associada a um balanço de massa, permite estimar a taxa de infiltração. Este método é de simples aplicação e barato, mas só pode ser aplicado se a água de abastecimento público e a água presente nos aquíferos apresentarem isótopos de oxigénio homogéneos, e se apenas as componentes de fonte de água para consumo e a fonte de água proveniente dos aquíferos estiverem a interagir. O segundo método, que pode ser utilizado em qualquer rede de drenagem em que as águas residuais sejam predominantemente de origem doméstica, baseia-se na medição simultânea e contínua do caudal e da concentração em CQO. O caudal é medido através de medidores de caudal fiáveis e a concentração de CQO é obtida através de medições ópticas com recurso à espectrofotometria do ultravioleta. Assumindo que a água que se infiltra tem uma concentração desprezável comparativamente à água residual doméstica, o balanço de massa permite calcular a taxa de infiltração utilizando modelos adequados para a modelação diária do caudal e da concentração em CQO. O modelo utilizado para a determinação da infiltração baseia-se na representação, para a rede em estudo, do nível freático, da altura da lâmina líquida no interior da tubagem e do perímetro molhado associado ao nível freático, e tem como objectivo estudar a pressão que o nível freático exerce sobre a tubagem, para um determinado caudal transportado, de forma a reflectir o estado estrutural da rede. P á g i n a 26

27 Figura 8 Determinação da infiltração e exfiltração em colectores (adaptado de BETRAND- KRAJEWSKI, 2005) 3.5 Recomendação do IRAR O IRAR (Instituto Regulador de Águas e Resíduos) elaborou recentemente uma recomendação, que inclui aspectos associados a regras e procedimentos de medição, para quantificar a componente de águas pluviais afluentes a um sistema de drenagem. Menciona-se nessa recomendação a necessidade das entidades gestoras das redes em alta assegurarem registos de medição nas ligações da rede em baixa à rede em alta, de forma a poder avaliar a parcela de caudal de origem pluvial e estimar os caudais descarregados por cada utilizador. Refere-se também que a estimativa dos caudais em tempo seco e húmido deve ser realizada através dos registos contínuos dos caudais à entrada das estações de tratamento de águas residuais e, sempre que justificável, nos pontos de ligação das redes em baixa. A componente pluvial seria dada através da diferença entre os volumes registados em tempo de chuva e os valores registados em tempo seco. Para o registo dos caudais em tempo de chuva, recomenda-se que as entidades gestoras seleccionem pelo menos um udómetro na área servida pela estação de tratamento onde se vai proceder à medição, cujas medições sejam representativas de ocorrência de contribuições pluviais nessa área. Um dia é considerado como dia de chuva se for registada a ocorrência de precipitação no udómetro associado ao ponto de medição. P á g i n a 27

28 O volume total medido em cada ponto de medição é dado pela seguinte expressão: M V n jt = v n jad + v n jap = min (v n jt ; m 1 M v jt m ) + v n jap (6) sendo, v n jt volume total medido no ponto de medição j (ETAR ou secção de entrega), no dia de chuva n; v n jad volume de águas residuais domésticas/industriais atribuído ao ponto de medição j, no dia de chuva n; v n jap volume estimado de águas pluviais, atribuído ao ponto de medição j, no dia de chuva n; M número de dias do último período contínuo de tempo seco, devendo ser de pelo menos 10 dias (valor médio diário do último período contínuo de tempo seco com uma duração mínima de 10 dias); m M v jt m 1 M - valor médio diário dos volumes totais medidos no ponto de medição j, calculado para o último período, precedente ao dia n, de M dias consecutivos de tempo seco. 3.6 Resumo de alguns critérios Na tabela 1 apresentam-se alguns critérios de dimensionamento de redes de drenagem de águas residuais no que concerne à componente de infiltração. P á g i n a 28

29 Tabela 1 Resumo de critérios de quantificação do caudal de infiltração País Fonte Critério para determinação do caudal de infiltração Em redes de pequenos aglomerados, caudal de infiltração igual ao caudal médio anual em colectores com diâmetros menores ou iguais a 300 mm Portugal Decreto regulamentar nº 23/95, artigo nº 126 Manual de saneamento Prof. Novais Barbosa Proporcional ao comprimento e diâmetro dos colectores nas redes de médios e grandes aglomerados. Nas redes de grandes aglomerados, e quando os colectores são recentes ou a construir, considerar um caudal de infiltração de 0,5 m3/dia por centímetro de diâmetro e por quilómetro de comprimento da rede, podendo atingir-se valores de 4 m3/dia, por centímetro e por quilómetro, em colectores de precária construção e conservação Estabelece diferentes valores de caudal de infiltração, por comprimento de rede, em função da localização da rede em relação ao nível freático, onde são definidas três posições: acima do nível freático, parcialmente abaixo do nível freático e abaixo do nível freático Os valores dos caudais de infiltração variam, no ano horizonte de projecto, entre 0,2 l/s/km para colectores situados acima do nível freático, e 1 l/s/km para colectores situados abaixo do nível freático Irlanda EUA Botswana Greater Dublin Área Sewer Network USEPA Guidelines Caudal de infiltração igual a 10 a 15 % do caudal médio diário em tempo seco. Caudal de infiltração igual a 140 l/d por mm de diâmetro e por quilómetro de comprimento da rede. Caudal de infiltração igual a 10 m 3 /ha/d, para tubagens de PVC. P á g i n a 29

30 4 Indicadores de Desempenho Após a quantificação do caudal de infiltração afluente à rede de drenagem, podem-se estabelecer indicadores de desempenho que permitem relacionar a medição efectuada com a rede objecto de estudo. Os indicadores ou medidas de desempenho, que podem abranger as vertentes económicofinanceiras da medição efectuada, constituem uma característica ou variável de estado que, dependendo da função dos valores que assume, permite traduzir em termos quantitativos o desempenho do sistema. A quantificação da magnitude dos caudais de infiltração, seja com o intuito de avaliar a sua relevância num determinado sistema, seja para quantificar o efeito de intervenções mitigadoras deste problema, deve ser feita recorrendo a um conjunto de indicadores que permitam quantificar de forma objectiva os caudais com origem na infiltração, permitam a comparação entre sistemas diferentes e contabilizem todos os factores relevantes que contribuem para as influências indevidas ao sistema de drenagem a estudar. No âmbito do projecto APUSS Assessing Infiltration on the Performance of Urban Sewer Systems, ALEGRE e COELHO propuseram alguns indicadores que permitem avaliar o desempenho de um determinado sistema de drenagem no que concerne às afluências indevidas em colectores, nomeadamente os seguintes: Qinf / nº Cvisita (m 3 /s) Caudal unitário de infiltração por câmara de visita. Esta medida indica o caudal médio de infiltração por câmara de visita. Para avaliar a influência do número de caixas de visita no caudal de infiltração, e atendendo ao facto destes órgãos constituírem possíveis origens de infiltração nas redes de drenagem, este valor deve ser determinado em troços de igual comprimento, de modo a que a influência do comprimento do colector, que é outra fonte de infiltração, não se sobreponha com a das câmaras de visita. Porém, este indicador não contabiliza a influência da infiltração ao longo do colector, nem nas ligações domésticas. Este valor pode ser determinado no subsistema ou no colector de jusante do sistema, sendo neste caso necessário conhecer o número de caixas de visita que contribuem para a avaliação em causa, podendo condicionar a utilização deste indicador. Se a origem principal da infiltração é as câmaras de visita, este pode ser um bom indicador para avaliar os benefícios de reabilitação. P á g i n a 30

31 Qinf / Qsc (%) Utilização da capacidade da secção cheia: esta medida indica a percentagem do caudal de infiltração relativamente ao valor do caudal de secção cheia do colector, que representa a sua capacidade máxima de transporte. Permite avaliar a percentagem da capacidade do colector que é utilizada devido ao facto de ocorrer a infiltração. Torna-se necessário conhecer a capacidade do colector objecto de estudo experimental, sendo relativamente fácil conhecendo-se a sua topologia, geometria e material construtivo. Este indicador fornece informação sobre o desempenho hidráulico, dando um valor relativo à capacidade do colector em análise mas não fornecendo nenhuma informação sobre a quantidade absoluta de infiltração ocorrida. Qinf / Qmts (%) Traduz a proporção do caudal de tempo seco. Esta medida indica a percentagem do caudal de infiltração relativamente ao caudal médio diário de tempo seco. Permite comparar o peso da contribuição do caudal de infiltração relativamente ao do caudal médio diário de tempo seco no caudal que é transportado pelo sistema. Neste caso é necessário conhecer o caudal médio de tempo seco escoado pelo colector objecto de estudo, que pode ser obtido através de estimativas ou medições. Apresenta o inconveniente de depender da influência do caudal médio diário de tempo seco e, se for aplicado ao caudal afluente à estação de tratamento de águas residuais, permite fornecer indicações sobre o peso que o caudal de infiltração pode ter nos gastos do tratamento. Neste caso, além de ser usado em termos de volume, pode ser aplicado em termos de percentagem de custos. Qinf / Lcolector (m 3 /s/km) Representa o caudal unitário por comprimento do colector. Esta medida indica o caudal médio de infiltração que ocorre por km de comprimento do colector, e não tem em conta a influência da infiltração nas câmaras de visita nem nas ligações domésticas. Este valor pode ser obtido elementarmente (num colector), sectorialmente (num subsistema) ou globalmente (no colector de jusante do sistema). Neste caso, é necessário conhecer o comprimento total dos colectores que contribuem para a avaliação em causa, o que pode condicionar a aplicação deste indicador. No entanto, em sistemas onde a infiltração ocorra predominantemente ao longo do colector, pode ser um indicador importante para avaliar os benefícios de reabilitação. P á g i n a 31

32 Qinf / (Lcolector P) (m 3 /dia/(cm.km)) Caudal unitário por área de parede do colector. Esta medida indica o caudal médio de infiltração em função da área de parede do colector exposta a possíveis infiltrações. Este indicador não contabiliza a influência da infiltração nas câmaras de visita e nas ligações domésticas. Este valor pode ser obtido elementarmente (num colector), sectorialmente (num subsistema) ou globalmente (no colector de jusante do sistema). Neste caso, é necessário conhecer o valor total da área longitudinal dos colectores que contribuem para a avaliação em causa, o que pode condicionar a aplicação deste indicador. Porém, em sistemas onde a infiltração ocorra predominantemente ao longo do colector, pode ser um indicador importante para avaliar os benefícios de reabilitação. 5 Custos associados à infiltração directa e indirecta Como foi referido anteriormente, a infiltração em redes de drenagem de águas residuais tem vários custos associados, podendo ser optimizada a relação investimento efectuado/infiltração eliminada, que está dependente da determinação das componentes de infiltração directa e indirecta e dos custos inerentes a cada uma delas. Estes custos dividem-se em custos de operação, de manutenção e investimento. Custos operacionais Os custos operacionais de uma rede de drenagem traduzem-se normalmente em custos de bombagem e custos de tratamento, devido à afluência a estas instalações de caudais excedentários. Os custos de bombagem podem ser estimados através do conhecimento do caudal bombeado e da altura manométrica de elevação dos grupos electrobomba. Nas estações de tratamento de águas residuais, os custos de tratamento relacionam-se como os custos de arejamento, adição de produtos químicos e caudal bombeado, que é directamente proporcional ao número de etapas de elevação existentes na ETAR. P á g i n a 32

33 Custos de manutenção Os custos de manutenção devem-se essencialmente à necessidade de reabilitar ou substituir tubagens, e são de difícil determinação. Custos de capital A redução da infiltração pode minimizar os custos de investimento inicial necessários, devido ao facto de se reduzir o diâmetro das tubagens, o tamanho dos descarregadores de tempestade ou a dimensão das unidades de tratamento. É importante determinar a contribuição relativa da infiltração directa e indirecta, para definir qual das componentes deve ser minimizada para se optimizarem os custos de investimento. Para se estimarem os custos associados à redução da infiltração, devem contabilizar-se os custos das seguintes etapas: Estudos incluindo a investigação, recolha de dados, estimativa da infiltração e modelação hidráulica; Medições in-situ medições de caudal e precipitação e medição do nível freático; Detecção das fontes de infiltração utilização da inspecção vídeo (CCTV), inspecção das câmaras de visita, execução de testes de estanqueidade e recurso a testes de fumo para a identificação de ligações indevidas. Redução da infiltração directa eliminação das ligações de redes pluviais, reparação e manutenção de válvulas de maré e verificação da cobertura das caixas de visita; Redução da infiltração indirecta renovação e substituição das redes de drenagem. Os programas de redução da infiltração devem passar por uma estratégia de minimização dos custos totais relativos à redução e admissão da infiltração, atingindo-se a solução óptima, que pode ser expressa em níveis absolutos de infiltração ou como um valor percentual de infiltração removida. P á g i n a 33

34 Figura 9 - Optimização do custo associado à redução da infiltração numa rede de drenagem (adaptado de HYDER, 2005) P á g i n a 34

35 6 Caso de Estudo 6.1 Descrição do subsistema de Viana do Castelo Zona Industrial O subsistema de saneamento de Viana do Castelo-Zona Industrial desenvolve-se na faixa litoral a sul do rio Lima, sendo constituído pela rede em alta, cuja gestão é da responsabilidade da AdML, e pela rede em baixa, gerida pelos SMSBVC Rede de drenagem em alta O Sistema de Viana do Castelo-Zona Industrial é constituído pela ETAR de Viana do Castelo Zona Industrial, localizada junto à costa, na freguesia de Anha, com uma capacidade de tratamento de hab.eq, e por interceptores e estações elevatórias intermédias. Os interceptores desenvolvem-se ao longo de arruamentos da margem esquerda do Rio Lima, nomeadamente na EN203, e ao longo da zona costeira, a sul do Rio Lima. Este sistema inclui, na rede em alta, 9 estações elevatórias (Deão, Lomba, Mosteirô, Rio Côvo, Souto, Darque, S. Romão do Neiva, Castelo do Neiva e Amorosa), e possibilita a drenagem e tratamento de efluentes produzidos nas freguesia de Alvarães, Anha, Castelo do Neiva, Chafe, Darque, Deão, Deocriste, Mazarefes, Neiva, Subportela, Vila Franca e Vila Fria. A rede em alta do subsistema de Viana do Castelo Zona Industrial tem actualmente uma extensão de colectores de cerca de 16 km e 3 estações elevatórias (Amorosa, Darque e Neiva), infra-estruturas essas que foram adquiridas pela AdML ao município de Viana do Castelo, estando construídos/em construção cerca de 26 km de interceptores e 6 estações elevatórias, obras cuja construção estava prevista no contrato de concessão da AdML. Apresenta-se na figura 10 a rede em alta deste subsistema. P á g i n a 35

36 Figura 10 Planta do subsistema de saneamento de Viana do Castelo Zona Industrial Actualmente existem no sistema em alta três pontos de medição de caudal na rede de drenagem: nas estações elevatórias de Darque, S.Romão e Amorosa. Apresentam-se na tabela 2 os volumes bombados e tempo de funcionamento dos grupos electrobomba nestas elevatórias nos meses de Maio e Junho de Tabela 2: Registo do volume bombado e tempo de funcionamento dos grupos nas estações elevatórias de Amorosa, S.Romão e Darque. Volume bombado (m 3 ) Tempo de funcionamento (h) Ponto de medição Maio Junho Maio Junho EE Darque EE Amorosa EE S.Romão TOTAL P á g i n a 36

37 Apresenta-se também o volume de águas residuais afluente à estação de tratamento de Viana do Castelo Zona Industrial. Tabela 3: Registo do volume afluente à ETAR de Viana Zona Industrial, no período de Maio e Junho de Mês Volume mensal (m 3 ) Maio Junho Numa análise genérica, e desprezando o caudal de entrada nos colectores antes de chegar à ETAR (apenas existe contribuição das freguesias de Anha e Chafé), o caudal de infiltração só neste percurso seria dado pela diferença entre o caudal afluente à ETAR e o caudal bombado, ou seja, m 3, o que representa cerca de 32% do caudal elevado pelas estações elevatórias (também ele com uma componente de infiltração) Rede de drenagem em baixa A rede de drenagem em baixa é constituída por cerca de 75,8 km de interceptores e por uma estação elevatória. A rede da freguesia de Darque foi construída em 1975, tendo as restantes sido construídas em Rede estudada Para quantificar as afluências indevidas aos sistemas de drenagem de águas residuais escolheuse uma rede de drenagem em baixa, pertencente aos SMSBVC, inserida numa zona residencial, situada a sul de Viana do Castelo, na freguesia de Darque, apresentando-se na figura 11 o traçado da parte monitorizada. P á g i n a 37

38 Figura 11 Rede escolhida para a quantificação de afluências indevidas Os principais factores que levaram à escolha desta rede foram a existência de cadastro actualizado, o facto das sub-bacias associadas não terem áreas superiores a 10 ha e, principalmente, o facto de se conhecerem os consumos de água, através dos registos dos SMSBVC. A zona estudada é constituída por duas sub-redes: a rede 1, cuja monitorização terminou na caixa de visita n.º 12, e a rede 2, monitorizada até à caixa de visita n.º 62. P á g i n a 38

39 Figura 12 Sub-redes monitorizadas As sub-redes apresentam as seguintes características: Sub-rede metros em Grés, DN 200; 199 metros em Grés, DN 300; 161 metros em PVC, DN 315. P á g i n a 39

40 Sub-rede metros em Grés, DN 200; 68 metros em PVC, DN Instrumentação utilizada Para realizar o trabalho experimental instalou-se um sistema de medição de caudais na rede de drenagem e um sistema de medição da precipitação, que permitisse uma medição contínua da pluviosidade e relacionada com os caudais registados nas sub-redes. Após uma visita ao local para a averiguação da gama de alturas de escoamento em algumas secções das sub-redes estudadas, definiram-se como pontos de medição as caixas de visita n.º 12 e 62, constituindo a bacia piloto zonas de estudo para uma análise detalhada (análise micro) das condições de afluência e de escoamento representativas da realidade do subsistema de saneamento em apreço. Estas caixas foram escolhidas por apresentarem, nas tubagens de entrada, alturas de escoamento superiores ao limite inferior da gama de medição dos medidores ultrasónicos. Foram também instalados na proximidade do local da área estudada dois udómetros, de forma a permitir a medição contínua da precipitação no período em estudo. A instalação de dois udómetros permitiu suprimir deficiências pontuais de registos, tendo sido escolhido o valor máximo de registo entre os dois medidores. O local escolhido para a sua instalação teve em consideração a salvaguarda ao vandalismo e à existência de área plena de céu aberto. O período de medição de caudal e precipitação decorreu entre o dia 24 de Abril de 2007 e o dia 27 de Junho de P á g i n a 40

41 Avaliação da altura de escoamento e da velocidade Para aferir os caudais em cada ponto de medição nas sub-redes 1 e 2 foram instalados dois medidores, constituídos por três tipos de sensores: ultrasónicos, de pressão e de velocidade. Cada um deles tem quatro sensores de medição de nível, um sensor de medição de pressão (para medir os níveis de sobrecarga e a redundância do sensor de nível) e um sensor de medição da velocidade média, apresentando as seguintes características: Sensor de nível: Sensor ultrasónico; Funcionamento sem contacto com o fluído; Gama de medida: 3.05 m; Resolução: 0.05 cm; Precisão: 0.32 cm Sensor de pressão: Gama de medida: 21 m; Resolução: % da gama; Precisão: 0.2 % da gama. Sensor de velocidade: Princípio de medida: ultrasónico; Gama de medida: -1.5 a +6.1 m/s Resolução: 0.1 m/s; Precisão: 0.8 % da gama (-1.5 a 1.5 m/s) 1.2 % da gama (1.5 a 3 m/s) 2.8 % da gama (3 a 6.1 m/s) P á g i n a 41

42 Os medidores têm um software interno que calcula o caudal instantâneo com os dados registados do nível, pressão e velocidade média, e têm acoplado um datalogger, que permite armazenar os dados de velocidade, nível, pressão e caudal instantâneo. A escolha do sensor ultrasónico deveu-se essencialmente à forma como se processava o escoamento (regime de superfície livre). Caso o sensor ultrasónico esteja fora de serviço, apresentar registos deficientes ou o escoamento estiver sob pressão, opta-se pelos dados registados pelo sensor de pressão. Por outro lado, a escolha do local de medição teve em consideração a minimização das interferências com a medição do sensor ultrasónico, tendo-se escolhido uma caixa de visita simples, sem entrada de caudal em queda. Para minimizar o erro associado à medição, optou-se por alongar o tempo de resposta ao sensor (na escala dos micro-segundos) de forma a garantir que a mesma resultasse da detecção da superfície líquida. Figura 13 Medidor de caudal instalado na tubagem de entrada da caixa de visita n.º 12 P á g i n a 42

43 Figura 14 Medidor de caudal instalado na caixa n.º 62 Durante o período de medição fizeram-se calibrações aos medidores, para aferir a validade da medição efectuada com os valores reais de nível e velocidade média do escoamento, para se proceder à limpeza dos sensores e para se recolherem os dados armazenados no datalogger. As calibrações foram efectuadas nos dias 8, 23 e 29 de Maio e no dia 12 de Junho. O procedimento seguido foi medir as alturas de escoamento com uma régua e as velocidades médias com um medidor de velocidade portátil (5 registos) e comparar com os valores registados pelos sensores no mesmo período temporal. Figura 15 Medidor de velocidade portátil utilizado para calibrar os medidores ultrasónicos P á g i n a 43

44 Mediu-se também pontualmente o caudal na caixa de visita n.º 22, nos dias em que se efectuou a calibração dos medidores de caudal, através de um descarregador calibrado Weir. A medição foi efectuada através do registo do caudal nas duas escalas deste medidor, tendo sido registados os valores da altura de escoamento com recurso a uma régua, antes e depois da instalação do medidor Weir. Figura 16 Descarregador calibrado Weir Nas tabelas 4 e 5 apresentam-se os valores registados pelos medidores instalados na tubagem de entrada das caixas de visita n.º 12 e 62 e os valores registados de caudal e alturas de escoamento no colector afluente à caixa de visita nº 22. Tabela 4: Valores médios, máximos e mínimos de velocidade, altura de escoamento e caudal registados nos medidores Parâmetro Medidor caixa n.º 12 Medidor caixa n.º 62 Velocidade máxima (m/s) Velocidade mínima (m/s) Velocidade média (m/s) Altura máxima (mm) Altura mínima (mm) Altura média (mm) Caudal máximo (l/s) Caudal mínimo (l/s) Caudal médio (l/s) P á g i n a 44

45 Tabela 5: Valores de medição pontual do caudal e altura do escoamento na caixa de visita n.º 22 Caudal (m 3 /h) Altura (mm) Dia Hora Antes instalação Weir Depois instalação Weir Escala 1 Escala 2 média Hora valor Hora valor 13: : : : : : : : : Mai 13: : : : : : : : : : : : : : : : : : Mai 11: : : : : : : : : : : : : : : : : : Mai 14: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Jun 10: : : : : : : : : : : : : : : : : Jun 9: : : : : : : : : : : : : : :59 20 Condições climatéricas sem chuva sem chuva com chuva sem chuva sem chuva P á g i n a 45

46 Medição da precipitação Para medir a precipitação na área em estudo recorreu-se a dois udómetros, tendo sido registado o valor da precipitação entre os dias 23 de Abril e 27 de Junho. Na figura 17 apresenta-se um dos udómetros instalados. Figura 17 Udómetro instalado para o registo da precipitação O udómetro é constituído por um cilindro metálico, seccionado a meio e com uma abertura superior horizontal (boca) onde se situa um funil. No interior deste cilindro existe um recipiente de recolha de água. A precipitação entra e escorre peles paredes do funil, sendo recolhida no recipiente. O funil está concebido de modo a não haver perdas de chuva e para tal as suas paredes são suficientemente profundas e com uma inclinação superior a 45º. A medição da precipitação é feita vazando a água do recipiente ou do próprio cilindro, no caso daquela ter transbordado, numa proveta graduada em mm. Os udómetros instalados permitiram relacionar a quantidade pluviométrica com o factor tempo, tendo-se registado o valor da precipitação, em cada dois minutos, no período mencionado. O segundo udómetro foi instalado para permitir o registo da precipitação em períodos não registados pelo primeiro. Foram registados 2636 períodos de precipitação, cuja intensidade variou entre 1.2 e 84 mm/h, sendo a intensidade média de precipitação, nos períodos de pluviosidade, de 3.1 mm/h. P á g i n a 46

47 6.3 - Edição dos dados de medição No processo de selecção dos dados obtidos experimentalmente pode verificar-se a ocorrência de dados duvidosos, sendo então necessário decidir se são aceites ou rejeitados. Por exemplo, rejeitando os valores de um sensor ultrasónico, este pode ser substituído por um sensor de pressão. Também o cálculo do caudal pode ser realizado com recurso à fórmula de Manning quando se rejeitam os valores fornecidos pelo sensor de velocidade. Algumas situações que podem colocar em causa a veracidade dos dados obtidos pelos medidores são as seguintes: Alteração do padrão diário normal dos sensores, muitas vezes devido às interferências do ruído, da sujidade das superfícies do sensor, acumulação de humidade ou deterioração; Alteração brusca nos valores de uma das grandezas, por vezes devido aos motivos referidos no ponto anterior; Inconsistência de dados entre os vários sensores. Na medição de caudal efectuada verificou-se a ausência de registos em alguns períodos de tempo. Apresentam-se seguidamente nas figuras 18, 19 e 20 os procedimentos utilizados para a instalação, calibração e recolha dos dados dos medidores de caudal ultrasónicos. P á g i n a 47

48 Verificação do diâmetro do colector Produção do anel de fixação Instalação dos sensores no interior do colector Verificação do nivelamento do sensor U Calibração 3 calibrações Regime Experimental Período em que se verificou a adequação hidráulica do local de medição Aceitação do regime experimental Figura 18 Procedimento para a instalação dos medidores P á g i n a 48

49 Activação do período de medição para t = 1 min Medições (5 registos sequenciais) no local próximo dos sensores: Medição da altura de escoamento Medição da velocidade média Comparação das medições com os valores registados pelos sensores Verificação da ordem de grandeza das medições Aceitação das calibrações Reactivação do período de medição para t = 5 min Produção da ficha de calibração Introdução e validação das novas calibrações pelo editor de dados Figura 19 Procedimento para a calibração dos medidores P á g i n a 49

50 Recolha local dos dados armazenados no datalogger dos medidores Verificação dos dados armazenados Edição de dados de caudal Validação de dados Preparação dos dados Figura 20 Procedimento para produção de dados de caudal P á g i n a 50

51 6.4 Análise dos resultados Após a recepção dos dados de caudal resultantes das medições de nível e de velocidade média registadas pelos sensores, e dos dados de intensidade de precipitação registados pelos udómetros, procedeu-se à sua análise, de forma a se estimar a componente de infiltração existente nas redes monitorizadas. A metodologia utilizada para estimar os caudais de infiltração foi a que se representa na figura 21. Resultados experimentais Estimativa da componente de infiltração indirecta Estimativa da componente de infiltração directa Estimativa do caudal de origem doméstica Figura 21 Procedimento para a estimativa do caudal de infiltração A primeira análise foi apresentar os valores de caudal das sub-redes 1 e 2 e da intensidade de precipitação em termos de valores médios diários. Na tabela 6 apresentam-se os registos de caudal médio diário e de intensidade de precipitação na zona estudada. P á g i n a 51

52 Tabela 6: Valores médios registados de caudal e intensidade de precipitação Caudal (l/s) Dia Sub-rede 1 Sub-rede 2 precipitação (mm/h) 24-Abr Abr Abr Abr Abr Abr Abr Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun P á g i n a 52

53 Verificou-se, nos dias de tempo seco, a existência de caudais nocturnos (período entre a 1 e as 5 horas da manhã) nas sub-redes 1 e 2. Esses caudais são, muito provavelmente, provenientes da variação do nível freático, porque não é expectável a existência de caudais de origem doméstica nesse período, visto que a rede estudada está inserida numa zona residencial. Por outro lado, os caudais registados não variam significativamente, sendo praticamente constantes com o tempo. Essa medição permitiu estimar a componente de infiltração indirecta, cujos valores médios se apresentam na tabela 7. Tabela 7: Valores médios de infiltração indirecta nas sub-redes 1 e 2 Caudal (l/s) Dia Sub-rede 1 Sub-rede 2 26-Abr Abr Abr Média Abr Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Média Mai Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Média Jun P á g i n a 53

54 O valor médio registado em Abril na sub-rede 2 para o caudal de infiltração indirecta foi bastante superior ao registado nessa sub-rede nos meses de Maio e Junho, pelo que se considerou como valor médio do mês de Abril o valor médio do mês de Maio. Depois de estimada a componente de infiltração indirecta, estimou-se a componente de infiltração directa, associada a eventos de precipitação. A metodologia utilizada foi considerar o caudal registado nos períodos entre as 0 horas e 30 minutos e as 6 horas da manhã, nos períodos em que ocorreu precipitação. Nesses períodos, a rede separativa assemelha-se a uma rede pluvial (o caudal transportado é caudal proveniente da precipitação e do nível freático), podendo o caudal ser expresso pela fórmula racional : Q = C I A (7) sendo, Q caudal na rede; C Coeficiente de afluência à rede (adimensional); I Intensidade de precipitação; A Área da bacia. A área das bacias associadas às sub-redes 1 e 2 resulta do modelo construído no programa SWMM, que se descreve no Anexo A, para simular o escoamento nessas sub-redes no período monitorizado, e é de 7.22 ha para a sub-rede 1 e de 7.14 ha para a sub-rede 2. Ao caudal medido subtraiu-se o caudal de infiltração indirecta, cujos valores médios se encontram na tabela 7. Conhecidos os valores do caudal, da área das bacias e da intensidade de precipitação média no período em que ocorreu precipitação, estimou-se o valor do coeficiente de afluência à rede, tendo-se obtido o valor médio de para esta variável. P á g i n a 54

55 01-Mai 02-Mai 13-Mai 14-Mai 10-Jun 14-Jun 25-Jun Tabela 8: Estimativa do valor do coeficiente de afluência à rede Sub-rede 1 Sub-rede 2 Registos Pm (mm/h) Hin: 0:40 Hfin: 2:54 Qm (l/s) C Pm (mm/h) Hin:0:46 Hfin: 5:02 Qm (l/s) C Pm (mm/h) Hin: 0:50 Hfin: 1:18 Qm (l/s) C Pm (mm/h) Hin: 3:18 Hfin: 5:36 Qm (l/s) C Pm (mm/h) Hin: 2:36 Hfin: 6:00 Qm (l/s) Hin: 2:36 Hfin: 6:30 C Pm (mm/h) Hin: 1:00 Hfin: 2:21, Hin: 4:50 Hfin: 5:34 Qm (l/s) C Pm (mm/h) Hin: 2:48 Hfin: 3:42 Qm (l/s) C Valor de C médio Os valores médios obtidos durante o período de medição para as sub-redes 1 e 2, nos meses de Maio e Junho, foram de, respectivamente, 0.16 l/s e 0.24 l/s. Depois de estimar o caudal de infiltração indirecta e o caudal de infiltração directa calculou-se o caudal de origem doméstica, subtraindo aos valores médios de caudal registados pelos medidores estas duas componentes de infiltração. Na tabela 9 apresentam-se os valores estimados para o caudal de origem doméstica. P á g i n a 55

56 Tabela 9: Estimativa do valor do caudal de origem doméstica Caudais médios (l/s) Caudal Infiltração indirecta (l/s) Caudal infiltração Caudal origem doméstica (l/s) Dia Sub-rede 1 Sub-rede 2 Sub-rede 1 Sub-rede 2 precipitação média (mm/h) directa (l/s) Sub-rede 1 Sub-rede 2 24-Abr Abr Abr Abr Abr Abr Abr Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Mai Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Jun Entre os dias 19 a 23 de Junho não se registaram alguns valores nos sensores de nível e pressão, pelo que não se consideraram estes registos médios na estimativa dos caudais médios de infiltração directa e indirecta e do caudal médio em tempo seco. P á g i n a 56

57 Q (l/s) a Q (l/s) Afluências indevidas aos sistemas de drenagem de águas residuais Não se considerou no cálculo do caudal médio diário de origem doméstica da sub-rede 2 o valor obtido no dia 10 de Junho, pelo facto de se ter obtido um valor negativo com os pressupostos considerados. Nas figuras 22, 23, 24 e 25 apresentam-se os padrões de descarga de águas residuais para dias de semana e de fim-de-semana, obtidos para as sub-redes 1 e 2. Padrão semana sub-rede A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. A.M. Hora Figura 22 Padrão de semana para a sub-rede 1 Padrão fim-de-semana sub-rede A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. A.M. Hora Figura 23 Padrão de fim-de-semana para a sub-rede 1 P á g i n a 57

58 Q (l/s) Q (l/s) 2 Afluências indevidas aos sistemas de drenagem de águas residuais Padrão semana sub-rede A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. A.M. Hora Figura 24 Padrão de semana para a sub-rede 2 Padrão fim-de-semana sub-rede A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. A.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. P.M. A.M. Hora Figura 25 Padrão de fim-de-semana para a sub-rede 2 Os padrões de descarga de águas residuais têm uma variação lógica ao longo do dia para uma zona residencial. De facto, observando os padrões semanais das sub-redes 1 e 2, constata-se a existência de algum caudal até às 2 horas da manhã. Entre as duas e as 7 horas não existe escoamento na rede, iniciando-se o mesmo a partir das 7 horas (e coincidindo com o despertar das pessoas), decrescendo entre as 14 horas e começando a aumentar a partir das 18 horas, atingindo o pico nocturno entre as 21 e as 22 horas. Durante o fim-de-semana, e também como seria de esperar, não existe escoamento na rede entre as 3 e as 7 horas da manhã, sendo o valor do caudal entre as 7 e as 8 horas bastante menor comparativamente ao caudal registado no mesmo período durante a semana. O valor médio mais elevado regista-se no período entre as 10 e as 15 horas, não se verificando os picos nocturnos registados durante os dias de semana. P á g i n a 58

59 Depois de estimado o caudal médio diário de origem doméstica, utilizaram-se os consumos de água do mês de Maio dos Serviços Municipalizados de Saneamento Básico de Viana do Castelo (mês que coincidiu na totalidade com o período de medição de caudal nas sub-redes 1 e 2) para validar os pressupostos utilizados para estimar essa variável. O consumo de água no mês de Maio dos consumidores afectos à sub-rede 1 e 2 foi de, respectivamente, 2120 m 3 e 2942 m 3. Relacionando estes consumos com o caudal médio diário de águas residuais estimado para o mês de Maio, obtêm-se um coeficiente de afluência médio de 0.78 para a sub-rede 1 e de 0.77 para a sub-rede 2, valores próximos do valor teórico de 0.8, utilizado habitualmente para o dimensionamento de redes de drenagem de águas residuais. Apresenta-se seguidamente nas tabelas 10 e 11 e nas figuras 26 e 27 o resumo das estimativas obtidas para o caudal de origem doméstica e de infiltração directa e indirecta nas sub-redes 1 e 2. Tabela 10: Caudais estimados para a sub-rede 1 Sub-rede 1 Caudal médio diário origem doméstica 0.65 l/s Infiltração média directa 0.25 l/s Infiltração média indirecta 0.34 l/s QInfiltração Q Origem doméstica. Figura 26 Caudal médio de origem doméstica e caudal médio de infiltração na sub-rede 1 P á g i n a 59

60 Tabela 11: Caudais estimados para a sub-rede 2 Sub-rede 2 Caudal médio diário origem doméstica 0.75 l/s Infiltração média directa 0.25 l/s Infiltração média indirecta 0.83 l/s Q origem doméstica Qinfiltração Figura 27 Caudal médio de origem doméstica e caudal médio de infiltração na sub-rede 2 O caudal de infiltração representa cerca de 92 % do caudal médio diário de origem doméstica na sub-rede 1 e cerca de 144 % do caudal médio diário na sub-rede 2. A nível comparativo, de referir que o critério adoptado pela AdML para o dimensionamento das redes de drenagem em alta foi o de considerar o caudal de infiltração igual a 80 % do caudal médio diário de origem doméstica. A diferença de valores verificada entre as duas sub-redes monitorizadas deve-se ao facto do caudal de infiltração indirecta ser bastante superior na sub-rede 2, provavelmente pelo facto desta ter um by-pass à entrada da caixa de visita n.º73, proveniente da rede pluvial, e, por conseguinte, ser mais susceptível à influência do nível freático. Utilizando o indicador constante no Decreto Regulamentar n.º 23/95, de 23 de Agosto, que relaciona o caudal de infiltração com o diâmetro da tubagem e com o comprimento da rede, P á g i n a 60

61 obteve-se para a sub-rede 1 um valor para o caudal de infiltração de 1.47 m 3 /d/cm/km e para a sub-rede 2 de 2.11 m 3 /d/cm/km. Os valores obtidos são valores aceitáveis, sendo consubstanciados pela idade das sub-redes 1 e 2 e pelos valores para este indicador dispostos no Decreto Regulamentar mencionado, que variam entre 0.5 m 3 /d/cm/km para redes novas e 4 m 3 /d/cm/km para redes mais antigas. 6.5 Modelação do escoamento Para simular as condições de escoamento na rede estudada construiu-se um modelo de simulação hidráulica no programa Storm Water Management Model (SWMM), encontrando-se no Anexo A a descrição da metodologia de construção deste modelo. Figura 28 Modelo do SWMM para simulação do escoamento nas sub-redes 1 e 2 P á g i n a 61

62 O programa SWMM foi desenvolvido pela USEPA, e consiste num modelo dinâmico para a simulação do escoamento superficial e transporte de poluentes, à superfície das bacias de drenagem e no interior dos colectores. O modelo quantitativo e qualitativo encontra-se fortemente divulgado nos Estados Unidos da América, tendo aplicação especialmente em áreas urbanas, para simulações para curtos e longos períodos de tempo. A metodologia de cálculo consiste na resolução das equações de Saint-Venant. Nas figuras 29 e 30 apresenta-se a variação do caudal nas sub-redes 1 e 2, resultante da modelação hidráulica. Figura 29 Variação do caudal na sub-rede 1- modelo SWMM P á g i n a 62

63 Figura 30 Variação do caudal na sub-rede 2 - modelo SWMM Introduziram-se no programa os resultados de caudal registados pelos medidores, de forma a se poderem comparar com os valores modelados. Escolheu-se um período em que não ocorreu precipitação (entre os dias 4 e 11 de Maio) para comparar os resultados obtidos com os modelados nas duas sub-redes para o caudal de tempo seco, que inclui a componente de infiltração indirecta. Nas figuras 31, 32, 33 e 34 pode-se visualizar a comparação entre o caudal estimado pelos medidores e o caudal modelado pelo SWMM. P á g i n a 63

64 Figura 31 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede 1 Figura 32 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede 1, entre os dias 4 e 11 de Maio P á g i n a 64

65 Figura 33 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede 2 Figura 34 Comparação entre o caudal modelado e o caudal medido na sub-rede 2, entre os dias 4 e 11 de Maio P á g i n a 65

66 A proximidade entre os resultados modelados e os resultados medidos permite validar o modelo utilizado, sendo este representativo das condições de escoamento pelo menos nos dois troços monitorizados, na entrada das caixas de visita n.º 12 e 62. O modelo construído permitiu identificar os troços problemáticos nas sub-redes 1 e 2, nos quais se verificaram períodos em que o escoamento ultrapassou metade da altura de escoamento. Foi também registado o dia e a hora em que ocorreu, em cada troço, o maior registo de altura de escoamento. Os troços em que se verificou uma altura de escoamento superior a meia secção foram os troços 1, 2, 3, 4, 5, 33, 56, 60, 62 e 73, tendo estes permanecido em carga durante um período médio de 543 minutos. A localização destes troços encontra-se na figura 13. Depois de correr a simulação, introduzindo todas as variáveis que contribuem para o escoamento (caudal de infiltração e caudal de tempo seco), fez-se uma análise de sensibilidade ao modelo. Essa análise foi efectuada correndo o modelo construído com a opção de ignorar os valores da precipitação e do escoamento superficial. Com este pressuposto, deixa de se verificar a existência do escoamento em carga nos troços mencionados. Outra análise de sensibilidade efectuada consistiu na alteração dos valores do coeficiente de rugosidade das tubagens, de forma a aproximar os valores modelados dos valores medidos para a velocidade e altura de escoamento nas tubagens a montante das caixas de visita n.º 12 e 62. Figura 35 - Modelação da velocidade na sub-rede 1 considerando um valor de K=75 m 1/3 s -1 Figura 36 - Modelação da velocidade na sub-rede 1 considerando um valor de K=40 m 1/3 s -1 P á g i n a 66

67 Figura 37 - Modelação da velocidade na sub-rede 2 considerando um valor de K=75 m 1/3 s -1 Figura 38 - Modelação da velocidade na sub-rede 2 considerando um valor de K=20 m 1/3 s -1 Figura 39 - Modelação da altura de escoamento na subrede 1 considerando um valor de K=75 m 1/3 s -1 Figura 40 - Modelação da altura de escoamento na subrede 1 considerando um valor de K=40 m 1/3 s -1 Figura 41 - Modelação da altura de escoamento na subrede 2 considerando um valor de K=75 m 1/3 s -1 Figura 42 - Modelação da altura de escoamento na subrede 2 considerando um valor de K=20 m 1/3 s -1 P á g i n a 67

68 7 Síntese e conclusões O aumento dos custos operacionais e a influência no aspecto hidráulico-sanitário levou a que as entidades gestoras de sistemas de drenagem de águas residuais estudassem a problemática das infiltrações em redes de drenagem, com vista à sua quantificação e redução. Existem, de facto, vários estudos neste domínio, com resultados diferentes, decorrentes dos aspectos principais que contribuem para a existência desta componente no caudal transportado pelas redes. A monitorização dos caudais nas tubagens de entrada das caixas de visita n.º 12 e 62 permitiu quantificar a componente de infiltração nas sub-redes 1 e 2, constituindo os resultados obtidos (92 % do caudal médio diário e 144 % do caudal médio diário, respectivamente, nas sub-redes 1 e 2) valores que se situam dentro da gama de valores de outros estudos realizados para estimar a infiltração em redes de drenagem de águas residuais. Existem alguns factores que permitem concluir que os resultados obtidos são fidedignos. Entre estes, salienta-se o facto de existir um cadastro actualizado da rede doméstica e da rede pluvial, bem como uma base de dados associada a estas redes com a identificação das características das caixas de visita (diâmetro e profundidade e material) e das tubagens (material, comprimento e diâmetro nominal de cada troço). Complementarmente à existência do cadastro, procedeu-se ao levantamento topográfico das caixas de visita, de forma a se obter a cota da tampa das caixas (dado inexistente nos elementos fornecidos pelos SMSBVC). Relativamente às grandezas medidas, verificou-se a ausência de alguns registos de nível, provavelmente porque em alguns períodos, principalmente de madrugada, o caudal era tão baixo que tinha uma altura de escoamento inferior ao limite mínimo de detecção dos sensores de nível. O elevado número de registos comparativamente aos períodos em que não existem permitiu, no entanto, suprimir esta vicissitude experimental. Verificiou-se também que a caixa de visita n.º 62, onde se instalou o medidor de caudal para monitorizar a sub-rede 2, entrou várias vezes em carga. Esta sub-rede apresenta alguns problemas de funcionamento, tendo sido visível, nos dias em que se procedeu à calibração dos medidores, a existência de uma grande quantidade de sólidos acumulados perto do local de instalação dos medidores. P á g i n a 68

69 A ausência de registo de dados neste medidor, bem como o registo de valores anormais, comparativamente a períodos similares, deve-se ao facto dos sensores estarem obstruídos por sólidos e outros detritos. A diferença entre os valores obtidos para a componente de infiltração existente nas sub-redes 1 e 2 explica-se pelo facto de existir uma ligação da rede pluvial à rede doméstica na caixa de visita n.º 73. Além deste factor, a sub-rede 2 apresenta um estado de conservação pior do que a sub-rede 1. A conjugação destes factores explica a diferença significativa entre os caudais estimados para estas sub-redes para a componente de infiltração indirecta, que se deve à influência do nível freático da rede de drenagem. O coeficiente de afluência à rede, obtido através dos pressupostos utilizados para estimar o caudal de infiltração directa, é um valor que se justifica pelo facto dos arruamentos onde se inserem as sub-redes 1 e 2 terem pavimento betuminoso, e existirem zonas com vegetação que impossibilitam que, embora ocorra precipitação, exista escoamento superficial. Por outro lado, existem eventos de pluviosidade que não originam escoamento superficial, em virtude da fraca intensidade. Dos 2636 registos de precipitação, 1478 representam intensidades iguais ou inferiores a 1,5 mm/h. A existência dos registos dos consumos de água na população associada às sub-redes 1 e 2 contribuiu também para validar os pressupostos para a estimativa do caudal de origem doméstica, sendo que os valores obtidos para o coeficiente de afluência (0.78 para a sub-rede 1 e 0.77 para a sub-rede 2) se situam dentro dos valores teóricos referidos na bibliografia para este parâmetro, que variam entre 0.7 e 0.9. O cálculo destes coeficientes de afluência foi também muito importante para a construção do modelo de simulação do escoamento com o programa SWMM. Relativamente aos diagramas cronológicos de águas residuais (figuras 22, 23, 24 e 25), concluiu-se que são aceitáveis, na medida em que traduzem o quotidiano típico dos habitantes de uma zona residencial. P á g i n a 69

70 O modelo construído permitiu identificar os troços das duas sub-redes que entraram em carga no período monitorizado, que se encontram localizados na sua maioria na sub-rede 2, reforçando o facto desta rede se encontrar em pior estado comparativamente à sub-rede1. A análise de sensibilidade efectuada ao modelo permitiu concluir que os colectores entram em carga quando chove, porque fazendo a simulação do modelo ignorando os eventos de precipitação não se obtém a entrada em carga de nenhum troço das sub-redes monitorizadas. Como choveu cerca de 5272 minutos durante o período de medição, conclui-se que ocorreu uma entrada em carga de alguns colectores, em temos médios, em cerca de 10 % do tempo em que se registaram eventos de pluviosidade. A variação do coeficiente de rugosidade permitiu concluir que a sub-rede 2 apresenta maiores problemas relacionados com a deposição de sedimentos, visto que apenas com um valor do coeficiente de rugosidade de 20 m 1/3 s -1 se conseguiu aproximar os valores modelados aos valores medidos dos parâmetros velocidade e altura de escoamento, tendo-se conseguido essa aproximação na sub-rede 1 utilizando um valor de 40 m 1/3 s -1. É claro que é necessária prudência numa eventual transposição de conclusões para outras redes. Por um lado, há que ter em conta o facto da rede estudada ser uma rede de cabeceira e totalmente gravítica. O pressuposto considerado para a estimativa do caudal de infiltração indirecta de não ser expectável a existência de caudal de origem doméstica no período entre a 1 e as 5 horas da manhã pode não ser aplicável a uma rede intermédia, situada por exemplo 4 km a jusante desta rede, devido ao facto do caudal descarregado na rede de cabeceira só passar nesses pontos intermédios algumas horas depois. Outros factores que consubstanciam a dificuldade de generalização dos dados obtidos relacionam-se com a influência do nível freático e com as características das bacias de drenagem, nomeadamente a percentagem de impermeabilização e a idade e o estado de conservação da tubagem e das caixas de visita. P á g i n a 70

71 8 Propostas de trabalho futuro Depois de quantificada a infiltração nas redes separativas de drenagem de águas residuais domésticas será necessário implementar metodologias conducentes à redução esta componente indesejada no caudal transportado pelos colectores, e que representa um acréscimo de custos operacionais dos sistemas de saneamento. Dos factores que contribuem para a infiltração, afigura-se de difícil detecção os problemas existentes nas redes no que concerne à deterioração das tubagens. De facto, e considerando a extensão das redes afectas a cada entidade gestora, seriam necessários investimentos avultados em CCTV para se conseguirem identificar estas roturas e se implementarem planos para a substituição de tubagens e reparação de caixas de visita. Uma medida que poderia ser facilmente implementada tendo em vista a redução da infiltração, e com pouco investimento financeiro, seria a identificação e eliminação de ligações pluviais indevidas, nomeadamente nos ramais domiciliários. Essas ligações poderiam ser identificadas com o recurso à realização de testes de fumo ou à utilização de traçadores. P á g i n a 71

72 9 Bibliografia ADML (2005); Estudo das condições de arranque dos subsistemas de saneamento no concelho de Viana do Castelo, Viana do Castelo; ADML (2005); Projecto de execução do sistema de intercepção e transporte de Viana do Castelo Zona Industrial, Viana do Castelo; AINGER, M.; AMSTRONG, J.; BUTER, D. (1998); Dry weather flow in sewers; CIRIA Report 177; London; ALMEIDA, S.; MONTEIRO, P. (2005); Incidência de caudais de águas pluviais em redes de drenagem de águas residuais, Porto; BAPTISTA, J.; PÁSSARO, D.; PIRES, J.(2007); Facturação de serviços em alta de saneamento de águas residuais urbanas em sistemas com contribuição de águas pluviais, Recomendação IRAR n.º 04/2007, Lisboa; BARBOSA, N. (1998), Apontamentos Didácticos de Hidráulica Aplicada, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto; BETRAND-KRAJEWSKI, J.L. (2005); Towards a better knowledge and management of infiltration and exfiltration in sewer systems: the APUSS project, Copenhagen; DECRETO REGULAMENTAR nº 23/95 (1995), Regulamento geral dos sistemas públicos e prediais de distribuição de água e de drenagem de águas residuais, Diário da República, I Série-B n.º194, Lisboa; ENGIDRO/HIDRA (2005); Elaboração dos planos de minimização de afluências indevidas nos sistemas municipais de drenagem na área de concessão da Águas do Ave, Lisboa; HYDER (2005), Greater Dublin Strategic Drainage Study, Regional Drainage Policies Volume 4 Inflow Infiltration & Exfiltration, Dublin; MERRILL,S., LUKAS, A., SWARNER, B.; KLUSMAN, S. (2001); Infiltration and Inflow, Infiltration or Inflow Which is the Problem; Seattle, Washington; P á g i n a 72

73 NIEHAUS, J. (1995); Rainfall-Derived Infiltration and Inflow: An Innovative Approach; Cincinatti, Ohio; ROSSMAN, L. (2005), Storm Water Management Model User s Manual Version 5.0, EUA; WADE, M. (1999); Controlling Inflow and Infiltration in Wastewater Collection Systems; EUA; WHITE, J.; JOHNSON, H. (1996); Control of infiltration to sewers; CIRIA Project Report for RP501; London. P á g i n a 73

74 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Anexo A Metodologia utilizada para a construção do modelo de simulação no programa SWMM (Storm Water Management Model) P á g i n a 74

75 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Modelação do escoamento Para se poderem estimar as alturas de escoamento, que dependem dos caudais afluentes em cada caixa de visita, e avaliar as condições de funcionamento do sistema de drenagem, recorreu-se à utilização de modelos matemáticos, considerando pelo menos as condições de regime uniforme. Os programas que simulam o comportamento dos sistemas de drenagem modelam o escoamento dinâmico, incluem aspectos hidráulicos e hidrológicos e podem, muitas vezes, ser aplicados à modelação do escoamento superficial, do escoamento com superfície livre (em canais e colectores) e sob pressão. A modelação do comportamento hidráulico de sistemas de drenagem está amplamente divulgada no meio científico, sendo comum a sua aplicação, mormente com vista à avaliação de zonas sujeitas a inundações, à estimativa de descargas directas de excedentes e à determinação de caudais afluentes à ETAR, e incide sobretudo na avaliação do escoamento superficial, por balanços hídricos, e propagação do escoamento na rede de colectores. Modelo SWMM O modelo foi desenvolvido inicialmente em 1971 e tem sido continuamente actualizado, incluindo actualmente opções de simulação de escoamento em contra-corrente, sob pressão, e com efeitos de regolfo, bem como ferramentas de análise estatística e elaboração de hidrogramas e polutogramas. O SWMM inclui os módulos Runoff, Transport e Extran, progressivamente mais detalhados: as simulações de qualidade baseiam-se nos módulos Runoff e Transport que não permitem a simulação de escoamentos em contra-corrente nem sob pressão, embora este tipo de escoamentos possa ser simulado através do módulo Extran ( Extended Transport Module ) que pode ser utilizado na resolução das equações completas de Saint-Venant. O módulo Transport baseia-se no modelo cinemático. Este programa utiliza os seguintes princípios: propagação do escoamento superficial, avaliada pelo método do hidrograma unitário; perdas hidrológicas, incluindo a retenção superficial e infiltração, modeladas pelas fórmulas de Horton e Green-Ampt e pelo número do escoamento do Soil Conservative Service; P á g i n a 75

76 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM propagação do escoamento superficial, descrita pelo modelo cinemático; propagação do escoamento na rede de colectores, descrita pelo modelo dinâmico completo (equações completas de Saint-Venant), ou pelo modelo cinemático ou difusivo. A acumulação de poluentes no escoamento superficial pode ser avaliada por equações de potência, exponenciais (equação exponencial de Alley e Smith (1981)) e de saturação (equação de Michaelis-Menton) e o arrastamento de poluentes no escoamento superficial pode ser avaliado pela equação exponencial de Jewel e Adrian (1978). Figura 43: Exemplo da simulação dinâmica do escoamento numa rede de drenagem através da utilização do SWMM. A modelação do transporte de poluentes é feita por advecção e mistura nas condutas, e por escoamento, êmbolo ou mistura completa em tanques de armazenamento. O modelo contabiliza a sedimentação, ressuspensão de sedimentos e processos de decaimento, modelados por expressões de primeira ordem. No entanto, os poluentes não conservativos não estão interligados, pelo que o decaimento de uns não afecta os restantes. Deste modo, para além de não existir interacção entre os processos P á g i n a 76

77 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM de qualidade (excepto no que se refere à adsorpção), as principais limitações do modelo devemse ao facto de se admitir uma concentração constante para a qualidade do escoamento de base, e da rotina de cálculo da deposição de sedimentos do módulo Transport ser pouco robusta. Avaliação do escoamento superficial A precipitação, ou o respectivo hietograma, é transformada em precipitação útil efectiva tendo em conta as perdas hidrológicas (em função da infiltração, intercepção, evaporação e armazenamento em depressões do terreno), de modo a obter, posteriormente, um hidrograma correspondente ao escoamento superficial. A precipitação útil pode ser calculada pelo Modelo do Hidrograma Unitário (UHM), considerando que as perdas por infiltração se podem representar por uma expressão apresentada pelos Serviços de Conservação do Solo dos Estados Unidos da América ( Soil Conservation Service ). Para descrever a propagação do escoamento superficial são usados, em regra, os seguintes modelos: hidrograma unitário, curvas tempo-área, modelo do reservatório e modelo cinemático. Seguidamente descrevem-se sucintamente os modelos mais comuns: Curvas tempo-área - a forma do hidrograma gerado pelo escoamento superficial depende do tempo de concentração da bacia e da sua forma (traduzida pela respectiva curva tempo-área); Modelo de reservatório o escoamento proveniente de uma bacia é considerado proporcional à altura de água gerada pela precipitação, sendo o volume escoado condicionado pelas perdas iniciais, dimensão da bacia e infiltração. A forma do hidrograma depende de constantes empíricas definidas previamente; Modelo de reservatório não linear ou modelo cinemático o escoamento é simulado como se tratasse de um canal com superfície livre, considerando apenas forças gravíticas e de atrito, pelo que o volume escoado é determinado com base nas diversas perdas de carga e nas dimensões da bacia, enquanto que a forma do hidrograma é determinada pelo comprimento, inclinação e rugosidade da superfície, nomeadamente pela equação de Manning-Strickler. P á g i n a 77

78 Propagação do escoamento na rede de colectores Afluências indevidas aos sistemas de drenagem de águas residuais Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM A propagação do escoamento na rede de colectores com superfície livre pode ser avaliada aplicando o modelo de canais de regime variável, baseado nas equações de Saint-Venant (integração na vertical das equações da continuidade e da conservação do momento), que permitem descrever a hidráulica do escoamento. Consoante a metodologia de resolução das equações de Saint-Venant e os termos da equação que se desprezarem, podem ser obtidos os seguintes três modelos hidrodinâmicos: Modelo cinemático modelo simples, em que o escoamento é calculado assumindo-se o equilíbrio entre as forças resistentes e gravíticas. Não se adequa a modelar o escoamento para montante e poder ser traduzido pela expressão de Gaukler Manning Strickler. Modelo difusivo modela o atrito no perímetro molhado, as forças de gravidade e despreza a inércia (permite a modelação em condições de escoamento para montante, em que as variações de inércia são desprezáveis), e permite considerar condições fronteira. Modelo dinâmico considera todos os termos da equação de conservação do movimento, permitindo a simulação correcta de transientes hidráulicos. Deve ser utilizado quando as alterações nos parâmetros de inércia, ao longo do tempo ou do espaço, não são desprezáveis (exemplo dos colectores pouco inclinados e existência de reduzidas forças de atrito). Por vezes são adoptados modelos hidráulicos mais simples, computacionalmente menos exigentes, que respeitam a equação da continuidade mas substituem a conservação do momento por uma relação conceptual modelo de reservatórios em cascata (em que a água é transferida para jusante). Estes modelos permitem a simulação rápida, mas não são adequados para modelar o escoamento em ressaltos hidráulicos ou em condutas em pressão. No entanto, esta abordagem simplificada pode ser aplicada ao fenómeno de transporte de partículas, sendo frequentemente associada à simulação da qualidade da água. P á g i n a 78

79 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM A aplicação das equações de Saint-Venant e condutas sob pressão pode ser concretizada através da aplicação do conceito introduzido por Preissmann, que contempla a existência de uma hipotética ranhura na geratriz superior da tubagem, de tal ordem de grandeza que não aumente significativamente a secção do escoamento nem o respectivo raio hidráulico. Os resultados da modelação podem ser analisados em termos dos seguintes aspectos: Altura de escoamento em cada troço de colector, relativa à secção de montante ou de jusante (este parâmetro corresponde à altura piezométrica na mesma secção, sempre que o colector entra em carga); Caudal descarregado em cada troço de colector relativa à secção de montante, correspondente à entrada de caudal, ou de jusante, correspondente à saída de caudal; Altura de água nas câmaras de visita; Altura de água nos poços de bombagem das estações elevatórias; Caudal bombeado em cada instalação elevatória; Caudal descarregado pelos descarregadores. P á g i n a 79

80 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Construção do modelo A construção do modelo no programa SWMM envolveu a importação do traçado da rede de colectores do autocad 2007, incluindo as caixas de visita, e a definição das bacias de escoamento e a introdução dos dados de precipitação, das bacias de drenagem, dos colectores, das caixas de visita e das condições de escoamento. Características dos colectores e caixas de visita Caixas de visita Os dados introduzidos nas caixas de visita foram a cota de soleira (Invert El.) e a profundidade da caixa (Max. Depth). A origem dos valores foi a base de dados dos SMSBVC e o levantamento topográfico da cota do terreno em cada caixa de visita. Figura 44 Interface do SWMM para a introdução das características das caixas de visita Para além destas variáveis foi necessário introduzir informação, em cada caixa de visita, relativa ao caudal de infiltração directa, caudal de origem doméstica e hidrograma unitário. O valor do caudal de infiltração indirecta resultou da divisão do valor médio estimado para este parâmetro para as sub-redes 1 e 2 pelo n.º de caixas de visita de cada sub-rede, resultando num caudal de infiltração por caixa de visita de l/s para a sub-rede 1 e de l/s para a sub-rede 2. P á g i n a 80

81 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 45 Interface do SWMM para a introdução do valor do caudal de infiltração indirecta O passo seguinte foi atribuir a cada caixa de visita um caudal médio diário de origem doméstica. Esse caudal foi calculado através da lista de consumos reais de água fornecida pelos SMSBVC e, associando a cada cliente de facturação, uma caixa de vista onde ligam os ramais domiciliários. Afectando os consumos de água pelo coeficiente de afluência à rede estimado no procedimento experimental (0.78 para a sub-rede 1 e 0.77 para a sub-rede 2), calcularam-se os caudais médios diários de origem doméstica que entram em cada caixa de visita. O objectivo desta metodologia adoptada foi o de construir um modelo que representasse o melhor possível as condições reais de escoamento nas sub-redes estudadas. Aos caudais em tempo seco associaram-se também os padrões de descarga de águas residuais apresentados no capítulo 6.4, tendo-se introduzido no programa os quatro padrões calculados (padrão de semana e de fim de semana da sub-rede 1 e padrão de semana e de fim de semana da sub-rede 2). P á g i n a 81

82 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 46 Interface do SWMM para a introdução do valor do caudal de tempo seco e padrões associados Introduziu-se também um diagrama unitário, calculado com base na análise dos dados dos medidores, que permitiram constatar que o caudal máximo na rede em dias de chuva, entre a 1 e as 5 horas da manhã, ocorre 10 minutos após o início da precipitação, e que o efeito da precipitação no caudal da rede só cessa 40 minutos após parar de chover. P á g i n a 82

83 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 47 Interface do SWMM para a introdução dos valores do hidrograma unitário Colectores Em cada troço de colector foi introduzida a informação relativa ao diâmetro (Max.Depth), e rugosidade de Manning-Strickler, que se considerou como igual a para as tubagens de Grés e de PVC. O valor do comprimento de cada troço foi introduzido automaticamente pelo programa quando se importou o traçado da rede do Autocad, tendo-se seleccionado a opção Auto-Lenght On. P á g i n a 83

84 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 48 Interface do SWMM para a introdução das características dos colectores Figura 49 Interface do SWMM para a introdução da geometria dos colectores P á g i n a 84

85 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Bacias de drenagem Os diversos parâmetros de caracterização das bacias introduzidos no modelo são os seguintes: precipitação associada à bacia (Rain Gage); identificação do nó (caixa de visita) que recebe o escoamento da bacia (Outlet); declive calculou-se o declive médio da zona estudada, que é de 1.74 %; percentagem de áreas impermeáveis (% Imperv) o valor considerado resulta da estimativa do coeficiente de afluência estimado para o cálculo da infiltração directa; modelo de infiltração. Figura 50 Interface do SWMM para a introdução das características das bacias de drenagem Como modelo de infiltração considerou-se o modelo do Soil Conservation Service - SCS tendo sido necessário introduzir o valor do número de escoamento. Seguidamente apresenta-se a P á g i n a 85

86 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM metodologia utilizada para o cálculo do número de escoamento, ou em terminologia anglo-saxónica curve number, CN. O parâmetro CN representa o número de escoamento e usualmente entra em linha de conta com a utilização/ocupação do solo numa bacia hidrográfica, considerando a incidência das áreas impermeáveis. O referido parâmetro traduz o tipo de solo, a sua utilização e a capacidade de escoamento superficial e encontra-se tabelado, consoante a classificação hidrológica do solo: Solos Tipo A (baixo potencial de escoamento superficial) - solos com elevadas intensidades de infiltração, mesmo quando completamente humedecidos. Incluem principalmente areias profundas com drenagem boa ou excessiva. Solos Tipo B (potencial de escoamento superficial abaixo da média) - solos com intensidades de infiltração moderadas, quando completamente humedecidos. Incluem principalmente solos medianamente profundos, com textura moderadamente fina e moderadamente grosseira e medianamente drenados. Solos Tipo C (potencial de escoamento superficial acima da média) - solos com baixas intensidades de infiltração, quando completamente humedecidos. Incluem principalmente solos com camadas impermeáveis subjacentes e solos com textura moderadamente fina. Solos Tipo D (elevado potencial de escoamento superficial) solos com intensidades de infiltração muito baixas, quando completamente humedecidos. Incluem principalmente solos argilosos expansíveis, solos com o nível freático permanentemente próximo da superfície e solos com substratos impermeáveis a pouca profundidade. Consultou-se a secção dos Mapas de Sistemas de Informação Geográfica (Atlas da Água), inserida nos elementos constantes na página do Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos (SNIRH), para se conhecer o tipo de solo. A consulta do mapa e da tabela de atributos do Sistema de Informação Geográfica, na zona onde se localizam as bacias de drenagem das sub-redes estudadas, permitiu saber que o tipo de solo é o B. P á g i n a 86

87 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 51 Mapa do sítio no SNIRH para a determinação do tipo de solo O número de escoamento depende, também, das condições antecedentes de humidades. Na tabela 12 apresenta-se a definição dos três tipos de condições que se podem distinguir. Tabela 12 Definição das condições antecedentes de humidade (adoptado de Rossman, 2005). Condições antecedentes de humidade AMC I AMC II AMC III Definição Situação em que os solos estão secos, mas acima do ponto de emurchecimento. A consideração deste caso é pouco recomendável para o estudo de caudais de cheia. Situação média que, segundo Morel-Seytoux e Verdin (1980) deve corresponder aproximadamente à capacidade de campo. Esta situação corresponde provavelmente às condições de humidade antecedentes de cheias de pequena dimensão. Situação em que ocorrem precipitações consideráveis nos cinco dias anteriores e o solo se encontra quase saturado. É a situação mais propícia à formação de maiores cheias, e portanto aquela que se reveste de maior importância para o projecto. Na tabela 13 apresentam-se os valores do número de escoamento determinados para condições AMC II (condições médias antecedentes de humidade). P á g i n a 87

88 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Tabela 13 Número de escoamento para regiões urbanas, suburbanas e agrícolas (adoptado de Rossman, 2005). Considerando os valores de CN II tabelados e as percentagens de ocupação de cada zona, que se apresentam na tabela 14, calculou-se o valor médio para este parâmetro. Tabela 14 distribuição dos espaços para a estimativa do valor médio do número de curva Zona CN II (tabelado) distribuição Valor médio Espaços abertos (menos de 75%) % Zonas residenciais % 82.3 Arruamentos e estradas % Declive médio 1.74% P á g i n a 88

89 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 52 Interface do SWMM para a introdução do valor do número de escoamento Precipitação Os valores introduzidos para a série de precipitação foram as unidades e o intervalo de registo, tendo-se associado um ficheiro de texto com os valores de precipitação do período em que ocorreram. O formato do ficheiro contém a identificação da estação, que foi designada por STA 01, o ano, mês, dia, hora e minuto da ocorrência de precipitação, e o valor da intensidade de precipitação nesse instante. P á g i n a 89

90 Anexo A Modelação do escoamento através do programa SWMM Figura 53 Interface do SWMM para a introdução das características da precipitação Opções de simulação utilizadas Figura 54 Interface do SWMM para a introdução das opções de simulação P á g i n a 90

91 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Anexo B - Casos de estudo para a estimativa da infiltração P á g i n a 91

92 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Casos de estudo Neste anexo apresentam-se algumas experiências relativas à contabilização das infiltrações em redes de drenagem de águas residuais. A problemática da infiltração nos sistemas de drenagem de águas residuais em Portugal, embora constitua uma questão amplamente divulgada, ainda não se encontra quantificada na maioria dos sistemas de drenagem existentes. O Decreto Regulamentar n.º 23/95 consagra, no artigo nº 126, a necessidade de, no dimensionamento de redes de drenagem, se contabilizar uma componente de infiltrações, sendo estimada em função do diâmetro da tubagem a instalar. Portugal Em ALMEIDA, 2005, são descritos dois casos de estudo no norte de Portugal, nomeadamente a contabilização dos caudais de infiltração afluentes às estações de tratamento de águas residuais de Mirandela e do Freixo. A ETAR de Mirandela serve actualmente cerca de habitantes, tendo entrado em funcionamento em 1997 e sido projectada para tratar um caudal de m 3 /d. A ETAR do Freixo foi projectada para tratar as águas residuais produzidas por cerca de habitantes, tendo entrado em funcionamento em 2000 Para estimar a componente doméstica e a componente de escoamento superficial foi utilizado o método do triângulo, descrito no capítulo 3. Bacia subsidiária da ETAR de Mirandela Apresenta-se na figura 55 a representação cronológica dos registos pluviométricos e de caudais diários afluentes à ETAR de Mirandela, no ano de Durante esse ano verificaram-se algumas lacunas em registos de caudais na ETAR, pelo que o intervalo do estudo efectuado resume-se a 340 dias, onde se registou um volume de águas residuais afluente à ETAR de m 3. P á g i n a 92

93 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Figura 55 - Diagrama cronológico de caudais medidos na ETAR de Mirandela e da precipitação registada durante o ano de 1999 (caudal eixo inferior; precipitação eixo superior) Através deste diagrama cronológico de caudais e precipitações diárias verificou-se que existe uma clara correspondência do aumento de caudal com as precipitações mais elevadas. Os dias em que o caudal tende a ser mais elevado são antecedidos por um período de precipitação mais longo. Observou-se também um decaimento generalizado dos caudais na forma de uma curva de esgotamento, nos dias que se seguem ao fim da precipitação. Este decaimento pode ter interpretação no efeito da drenagem rápida na rede. O caudal médio diário de origem doméstica foi estimado a partir da média dos caudais registados durante 91 dias em tempo seco durante a época estival, cujo valor é de cerca de 1332 m 3 /d. Com base neste valor, que se considera constante, e nos registos cronológicos dos caudais brutos afluentes, construiu-se a curva de caudais classificados. P á g i n a 93

94 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Figura 56 - Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de origem doméstica, infiltração e escoamento superficial ETAR de Mirandela A área correspondente ao escoamento superficial é relativamente superior à área associada à infiltração pelo que, em termos gerais, a contribuição do primeiro é mais significativo do que a do segundo, no conjunto dos caudais excedentes. Em termos globais, o volume devido a caudais excedentes por infiltração e escoamento superficial representaram cerca de 13,1% do volume total tratado na ETAR durante o ano. Esta análise resulta numa avaliação global cujos resultados permitem apenas uma quantificação geral em termos médios no período em estudo. Porém, os problemas mais graves que se conhecem em sistemas de drenagem e de tratamento surgem quando se escoam caudais que são atingidos num curto espaço de tempo, ou seja, os caudais de ponta, e que conduzem frequentemente à excedência da capacidade hidráulica da rede e da estação de tratamento. Na figura 57 apresenta-se o acréscimo diário de volume afluente à ETAR, tendo-se admitindo que o volume esperado é o volume diário de origem doméstica. P á g i n a 94

95 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Figura 57 - Incremento percentual do volume de origem doméstica ao longo do tempo em relação ao seu valor médio (incremento do volume de origem doméstica eixo inferior; precipitação eixo superior). Dados correspondentes à ETAR de Mirandela, Bacia subsidiária da ETAR do Freixo Na figura 58 apresenta-se a representação cronológica dos caudais afluentes à ETAR e da precipitação. P á g i n a 95

96 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Figura 58 - Diagrama cronológico de caudais medidos na ETAR do Freixo e da precipitação durante o ano de 2002 (caudal eixo inferior; precipitação eixo superior) Da análise dos dados apresentados verificou-se a existência de uma variação entre a precipitação e o caudal afluente à ETAR similar aos dados apresentados para a ETAR de Mirandela. Devido ao facto de não estar associado a eventos pluviométricos, excluiu-se o mês de Abril desta análise. O caudal de origem doméstica foi estimado com base em 86 dias de registo em tempo seco em período estival, e cujo valor é da ordem dos m 3. O volume total considerado nos 340 dias foi de m 3. O gráfico seguinte (figura 59) foi obtido pela aplicação do método do triângulo aos dados disponíveis. P á g i n a 96

97 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Figura 59 - Aplicação do método do triângulo para a separação das parcelas de origem doméstica, infiltração e escoamento superficial ETAR do Freixo, Das áreas associadas aos caudais excedentes definidas nesta figura, a área relativa ao escoamento superficial é significativamente superior à área correspondente à infiltração, pelo que, globalmente, é aquele que mais contribui para o caudal excedente afluente à ETAR do Freixo. A contribuição global anual do volume devido aos caudais excedentes, por infiltração e escoamento superficial, é cerca de 10% do volume anual tratado na ETAR. Apresenta-se na figura 60 a avaliação do incremento ao longo do tempo do volume de origem doméstica P á g i n a 97

98 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Figura 60 - Incremento percentual do volume de origem doméstica ao longo do tempo em relação ao seu valor médio (incremento do volume médio de origem doméstica eixo inferior; precipitação eixo superior). Dados correspondentes à ETAR do Freixo, Através dos resultados que se obtiveram pela aplicação do método do triângulo, e que se resumem na tabela 15, concluiu-se que as redes transportam caudais adicionais devido ao escoamento superficial e à infiltração. Tabela 15 - Resumo da aplicação do método do triângulo para a separação de caudais nas ETAR de Mirandela e do Freixo. Pela análise desta tabela pode conclui-se que, dos volumes afluentes às ETAR de Mirandela e Freixo, as parcelas devidas à existência de caudais excedentes representaram, respectivamente, 13,1% e 10% do volume total tratado. P á g i n a 98

99 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Verificou-se também que a componente resultante do escoamento superficial representa cerca de 7,9% de acréscimo sobre o efluente doméstico nas duas ETAR estudadas, o acréscimo do volume doméstico devido à componente de infiltração foi de 7,1% na bacia de Mirandela e de apenas 3,2% na bacia da ETAR do Freixo, o que se explica pelas características fisiográficas das bacias e aspectos de ordem construtiva, nomeadamente o maior índice de impermeabilização da bacia da ETAR do Freixo. Irlanda Existe, na Irlanda, muito pouca informação relacionada com estudos de infiltração e programas para a sua minimização. As áreas de drenagem objecto de estudo (incluídas no projecto de novas redes de drenagem) identificaram a infiltração nas redes como um problema, tendo as autoridades locais preconizado a realização de estudos, com o intuito de localizar as fontes de infiltração e de as minimizar. Entre 2001 e 2004 foi realizado um grande estudo em Dublin, que abrangeu 18 redes de drenagem, servindo cerca de 1,4 milhões de habitantes. O programa de medição de caudal (no qual foram utilizados 480 caudalímetros e 270 udómetros) e de modelação das águas residuais nas redes estudadas permitiu estimar o valor da taxa de infiltração. Na tabela 16 apresentam-se os valores dos caudais de infiltração para a bacia de drenagem de Ringsend. Tabela 16 caudal de infiltração na bacia de Ringsend Sub-bacia Caudal de infiltração (l/s) Grand Canal System 615 City Centre/Docklands 558 Dun Laoghaire 338 Rathmines & Pembroke High 500 Level Total 2011 Os valores registados durante períodos anteriores forneceram informação relacionada com a infiltração. Os seguintes exemplos dão uma ideia da taxa de infiltração em algumas redes de Dublin: P á g i n a 99

100 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Na rede de Rathmines e Pembroke, que serve cerca de habitantes, uma parte considerável da rede de Pembroke desenvolve-se abaixo do nível freático registado durante a Primavera, e verifica-se também a entrada na rede de drenagem de uma quantidade significativa de subsolo. Os registos do caudal de bombagem na estação terminal indiciam que o caudal médio de infiltração é da ordem dos 80 l/s, e representa cerca de 25% do caudal médio diário em tempo seco, Na rede de drenagem do centro da cidade, que serve cerca de habitantes, o caudal de infiltração estimado foi da ordem dos 156 l/s, representando cerca de 12% do caudal médio diário em tempo seco. O registo dos caudais diários na principal estação elevatória associada à rede de drenagem do centro da cidade permitiu identificar alguns fenómenos de infiltração, nomeadamente: - a acentuada variação de caudais, e a influência da precipitação nos caudais registados durante longos períodos de tempo seco. - A drenagem de cursos de água e de redes pluviais no sistema de drenagem. Em 2000, a modelação da rede de drenagem de Dublin permitiu averiguar que os caudais provenientes do centro da cidade constituíam o principal factor da subida do nível freático em período seco, e que os caudais de bombagem na principal estação elevatória da rede subiam substancialmente quando ocorria uma subida do nível freático. A influência do nível freático foi também registada nos colectores que se desenvolviam junto ao rio. Na primavera de 2001, uma medição de caudais efectuada no grande canal permitiu averiguar a existência de caudais nocturnos em tempo seco variando entre os 150 l/s e os 500 l/s, representado uma taxa de infiltração estimada de 10% a 50% do caudal médio diário em tempo seco. Investigadores do Lower Liffey Valley Regional Sewerage Scheme comcluiram que existiam elevadas taxas de infiltração devido ao nível freático, particularmente durante o período do Outono e da Primavera. O aumento do tempo de bombagem foi registado P á g i n a 100

101 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração nas estações elevatórias, devendo-se à existência de infiltração. Foi também averiguada a existência de ligações de alguns colectores pluviais a redes separativas de drenagem. Em Leixlip, Celbridge e Maynooth, a taxa de infiltração variou entre 25% e 75% do caudal total em tempo seco. Em Kilcock, o registo mínimo de infiltração foi de 45% do caudal em tempo seco. O estudo concluiu a necessidade de se proceder à reabilitação dos colectores. Um estudo para a identificação da rede de drenagem da parte sul de Dublin com o objectivo de a ampliar permitiu estimar caudais de infiltração da ordem dos 70 l/s, representando cerca de 30% do caudal em tempo seco, sendo a área da bacia de drenagem de aproximadamente 2300 ha. O caudal de infiltração directa estimado foi de cerca de 20% do caudal medido, tendo-se notado a influência da impermeabilização das bacias de drenagem. Foi recomendado a identificação e eliminação das ligações pluviais à rede de drenagem. Outro estudo elaborado no grande canal permitiu averiguar grandes diferenças nas taxas de infiltração de duas redes a ele afluentes: a rede 9B (Clondalkin) e a rede 9C (Blanchardstown). Na rede 9B registou-se uma taxa de infiltração mais baixa, cerca de 5 a 10% do caudal em tempo seco. Na rede 9C, o mesmo parâmetro foi estimado como variando entre 40% a 50% do caudal em tempo seco. Foi também possível registar a existência de uma rápida variação do caudal em períodos de ocorrência de precipitação (factores de ponta superiores a 5 vezes o caudal médio), o que indiciou a presença de caudais na rede provenientes do escoamento directo. Inglaterra e Escócia As redes de drenagem de águas residuais em Inglaterra são uma mistura de redes antigas, essencialmente do tipo unitário, com redes recentes, do tipo separativo. Os serviços relacionados com o abastecimento de água e drenagem e tratamento de águas residuais são assegurados maioritariamente por empresas privadas, reguladas pelo departamento de serviços de água (OFWAT). Depois da privatização em 1989, foram elaborados estudos que identificaram a existência de valores consideráveis de infiltração nas redes. Um dos estudos elaborados, intitulado Controlo da infiltração nas redes refere que das 1646 bacias de drenagem analisadas, 28% apresentavam uma taxa de infiltração superior a 25% e 9% P á g i n a 101

102 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração apresentavam valores superiores a 50% para a infiltração. Este estudo refere ainda métodos de quantificação da infiltração e procedimentos para estimar o custo efectivo para a sua redução. Um estudo posterior, intitulado caudal em tempo seco nos colectores, no qual foi analisado o caudal registado em tempo seco em 95 cidades de Inglaterra e do País de Gales, concluiu que a infiltração nas redes estudadas variava entre 0 e 89%, registando um valor médio de 45%. Este valor, reportando a um efluente predominantemente doméstico, equivale a uma capitação entre 115 e 120 litros/hab.dia. Em 2001, foi elaborado um guia (Sewers for Adoption, Water UK), que refere na elaboração de projectos de novas redes a consideração de um caudal de infiltração igual a 10% do caudal de projecto para colectores gravíticos, e igual a 4000 litros/habitação/dia, equivalente a uma capitação doméstica de 120 litros/hab.dia. Com o objectivo de melhorar a qualidade da água nas zonas balneares, foi implementado um projecto de investigação, que preconizou um máximo, em termos médios, de 3 descargas diárias dos descarregadores de tempestade das ETAR, durante a época balnear. Perceber de que forma é que a infiltração varia nos meses de Verão tornou-se um objectivo, tendo em vista a optimização do dimensionamento dos descarregadores de tempestade, para cumprir o número de descargas estipulado. Uma análise efectuada na descarga de 3 descarregadores de tempestade no sul de Inglaterra durante 5 anos concluiu que a infiltração varia sazonalmente, mas é mais influenciada pela precipitação antecedente. Mostrou-se também que o caudal de infiltração era influenciado pela precipitação ocorrida 3 meses antes. Outro estudo realizado à entrada da estação de tratamento de águas residuais de Edimburgo durante um longo período temporal permitiu constatar que a infiltração era da ordem dos 60% do caudal em tempo seco, tendo-se igualmente registado flutuações sazonais no registo dos valores. EUA A USEPA elaborou um guia, em 1975, tendo em vista definir programas para a eliminação da infiltração nas redes, de forma a optimizar o transporte e a eficiência das estações de tratamento P á g i n a 102

103 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração de águas residuais. A maioria das redes nos EUA são do tipo separativo, não tendo portanto sido dimensionadas para transportar os caudais de cheia. O caudal de infiltração definido para redes antigas foi da ordem dos 140 litros/dia/mm de diâmetro/ km de extensão da rede, e foi aconselhada a redução do caudal de infiltração, sempre que ultrapasse este valor indicativo. Para novas redes, a USEPA refere como valor indicativo de infiltração 18,5 litros/dia/mm de diâmetro/ km de extensão da rede. Muitos programas elaborados tendo em vista a eliminação da infiltração revelaram-se economicamente inviáveis de serem implementados. Recentemente, o recurso à monitorização do caudal permitiu estabelecer prioridades de acção, definindo objectivos concretos de redução da infiltração, de forma a poder ser de concretização sustentável. A redução da infiltração nas redes varia muito de programa para programa. Em Nashville, registou-se uma variação da infiltração registada em cinco bacias de drenagem entre 49% e 86%. Em Seatlle, conseguiu-se reduzir a infiltração em cerca de 60%, com a implementação de um programa de minimização das infiltrações na rede numa área piloto de 4 ha. Um manual de boas práticas, elaborado em 1999, refere que a percentagem de redução máxima que se consegue com a implementação de programas de minimização de infiltrações em redes é da ordem dos 50%, e que o investimento realizado é recuperado num período de 3 a 5 anos. Um dos factores que contribui para a dificuldade da redução das taxas de infiltração nas redes é o facto de uma grande percentagem de fontes directas de infiltração se situar em propriedades privadas. Em Cincinnati, Ohio, um programa com o objectivo de reduzir o número de ligações indevidas de redes pluviais às redes domésticas previu um financiamento de cerca de 3000 dólares a cada proprietário, para que reencaminhe a rede de águas pluviais para os destinos adequados. Foram identificadas cerca de ligações pluviais não autorizadas, representando um custo total de eliminação de 16 milhões de dólares e uma redução, com a sua concretização, nos custos de capital de investimento e de operação, de cerca de 300 milhões de dólares. As duas principais fontes de ligação indevida que foram eliminadas foram as ligações provenientes das caleiras dos telhados e as ligações das sarjetas e sumidouros. Foi também solicitada uma alteração da lei, para permitir a identificação destas ligações situadas em terrenos particulares. P á g i n a 103

104 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Um programa similar foi implementado em St Paul, Minnesota, com base num guia de redução da infiltração elaborado pela USEPA, em Estimou-se que cerca de 20% do caudal excedente nos sistemas unitários era proveniente da drenagem dos telhados. Através do reembolso de cerca de 40 dólares aos habitantes que redireccionassem as suas ligações pluviais, conseguiu-se eliminar em 3 anos cerca de ligações indevidas. Em Indianapolis, Indiana, registou-se a ocorrência frequente de saída de caudal nas redes de drenagem, o que motivou a queixa de cerca de 1000 habitantes. A monitorização do caudal em cerca de 400 redes de drenagem permitiu averiguar que cerca de 27% do sistema contribuía com 80% da infiltração. A construção de uma nova rede nesta área permitiu reduzir os custos de manutenção em cerca de 21 milhões de euros. Outras experiências Em Singapura, foi elaborado, em 1990, um programa intensivo para estudar a infiltração em 8 bacias de drenagem, com o objectivo de identificar as redes que apresentavam um maior risco de deterioração. A maioria das redes separativas foi construída nos anos 70. Foram utilizados modelos hidráulicos, tendo-se registado caudais em 178 pontos da rede, correspondente a uma área média drenante aproximada de 32,5 ha. A calibração do modelo foi utilizada para permitir identificar as componentes de infiltração directa e indirecta. Indexou-se a infiltração através da definição do seu valor em l/s/mm de diâmetro da tubagem/km de extensão da rede. Obtiveram-se valores de infiltração em tempo seco variando entre 0% e 57% do caudal registado. O caudal proveniente da infiltração directa representou mais do dobro do caudal de ponta em tempo seco para um período de retorno de um ano, tendo-se obtido um registo máximo de 10 vezes o caudal de ponta em tempo seco, para um período de retorno de 5 anos. Um estudo piloto em Hong Kong, tendo como objectivo a redução da infiltração numa área servindo cerca de 1,34 milhões de habitantes, envolveu a monitorização do caudal e da precipitação, a modelação hidráulica, a inspecção vídeo e a utilização de uma análise custo/benefício para optimizar a taxa de redução da infiltração. Verificou-se a viabilidade da reabilitação da rede em 33 bacias de drenagem estudadas. P á g i n a 104

105 Anexo B Casos de estudo para a estimativa da infiltração Na Nova Zelândia (NZ Water and Wastes Association, 1996), foi elaborado um manual que preconiza a realização de três importantes factores para controlar com sucesso a infiltração nas redes: a medição do caudal antes e depois dos trabalhos de remodelação das redes, o estudo das sub-bacias de drenagem, para identificar as áreas mais problemáticas, e a reabilitação das ligações domiciliárias. P á g i n a 105

106 Anexo C Resultados do SWMM Anexo C Resultados do Programa SWMM P á g i n a 106

107 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 107

108 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 108

109 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 109

110 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 110

111 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 111

112 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 112

113 Anexo C Resultados do SWMM P á g i n a 113

114 Anexo C Resultados do SWMM Figura 61 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 2 (tempo húmido) P á g i n a 114

115 Anexo C Resultados do SWMM Figura 62 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 2 (tempo seco) P á g i n a 115

116 Anexo C Resultados do SWMM Figura 63 Variação da altura de escoamento na rede principal da sub-bacia 1 (tempo húmido) P á g i n a 116