SIMULAÇÃO HIDRODINÂMICA DE DRENAGEM UTILIZANDO O MODELO SWMM NO MUNICÍPIO DE PORTO VELHO

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1 SIMULAÇÃO HIDRODINÂMICA DE DRENAGEM UTILIZANDO O MODELO SWMM NO MUNICÍPIO DE PORTO VELHO Joadi de Melo Lacerda Júnior 1 ; Andréia Tamy Konasugawa Pereira 2 ; Gustavo da Costa Leal 3 ; Juliana Gama e Gama 4 ; Daniel Cunha de Carvalho 5 ; Janduir Silva de Freitas Filho 6 * Resumo Este trabalho tem como objetivo utilizar o modelo computacional SWMM para encontrar pontos críticos de alagamento no sistema de drenagem do bairro Aponiã, simulando eventos de diferentes Intensidades-Duração-Frequência (IDF), além de trabalhar dados pluviométricos reais captados por um pluviógrafo localizado no próprio bairro. Foi encontrado o maior evento pluviométrico diário ocorrido dentre os quatro anos de coleta do pluviógrafo e foram feitos cálculos de IDF para períodos de retorno de 1, 15 e 2 anos, os dados obtidos foram utilizados na simulação do modelo. Os projetos de drenagem foram obtidos junto a Secretaria de Planejamento e Obras Especiais (SEMPRE) e foram inseridos seus dados no modelo SWMM Foram obtidos, como resultados, tabelas de síntese de alagamento nos nós, mapas dos nós críticos, gráfico de volume alagado, e perfil longitudinal dos condutos e nós críticos. O modelo apresentou resultados satisfatórios, tendo como base a resposta de moradores locais quando perguntados sobre quais áreas alagavam. Porém, para estudos posteriores, é aconselhável que seja feita a validação do modelo. Palavras-Chave SWMM. Drenagem. Alagamento. SIMULATION DRAINAGE USING HYDRODYNAMICS SWMM MODEL IN PORTO VELHO CITY Abstract This paper aims to use computational model SWMM to find critical points of flooding in the drainage district Aponiã system, simulating events of different intensities - Duration - Frequency ( IDF ), in addition to working real rainfall data captured by a rain gauge located at the very neighborhood.the highest daily rainfall event occurred among the four years of collecting rain gauge and IDF calculations were made for return periods of 1, 15 and 2 years were found, the data were used in the simulation model.the drainage projects were obtained from the Department of Planning and Special Works and their data were entered into the SWMM model were obtained as a result of synthesis of flooding tables on us, maps of critical nodes, the flooded volume chart, and longitudinal profile of the conduits and critical nodes.the model presented conclusive results, based on the response of local residents when asked which areas flooded.however, for further studies, it is advisable that the validation of the model is made Keywords SWMM, Drainage, Flooding. 1,2, 3, 4,5 Graduado em Engenharia Civil. Universidade Federal de Rondônia, Campus José Ribeiro Filho. 6 Professor do Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal de Rondônia, Campus José Ribeiro Filho - BR 364, Km 9,5 CEP: Porto Velho - RO, janduirfilho@unir.br XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 1. INTRODUÇÃO Os intensos programas de ocupação da região norte, realizados pelo governo federal brasileiro nas décadas de 7 e 8, ocasionaram o desenvolvimento acelerado, porém, sem planejamento do município de Porto Velho. Atualmente, obras como as usinas hidrelétricas de Jirau e Santo Antônio também contribuem para esse crescimento desordenado. Esse é um grave problema enfrentado na capital do estado de Rondônia, e dentro dele destaca-se a ineficiência de alguns projetos de drenagem, a má execução, ou até mesmo a inexistência dos mesmos, causando transtornos devido a alagamentos gerados por grandes eventos pluviométricos, em diversos pontos da cidade. O alagamento urbano é um problema que vem crescendo no município, devido ao aumento da urbanização, esta por sua vez ocasiona a impermeabilização do solo. Dessa forma, com o solo impermeabilizado, quase 1% da água proveniente das precipitações torna-se escoamento superficial, reduzindo o tempo de concentração da bacia, ocasionando picos de vazão. Esse problema acentua-se devido à falta de educação ambiental de grande parte da população do município que além de realizarem ligações clandestinas entre esgoto doméstico e a drenagem pluvial, jogam resíduos sólidos em locais inadequados, causando a obstrução de bocas de lobo e condutos. Segundo a Secretaria Municipal de Projetos e Obras Especiais (SEMPRE), algumas ruas de Porto Velho, mesmo depois de obras recentes de drenagem, apresentam problemas de alagamento, provavelmente devido a erros de projeto, execução da microdrenagem ou práticas irregulares da população, gerando transtornos durante períodos chuvosos. Os alagamentos no bairro Aponiã estão gerando transtornos para a população local, afetando serviços essenciais para a população, como escolas, postos de saúde, entre outros, causando também transtornos no trânsito. Por estes motivos, foi realizado um estudo de caso para encontrar a origem do problema de alagamento no município de Porto Velho, mais especificamente no bairro Aponiã. Para isso foi utilizado o modelo Storm Water Management Model (SWMM). 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Escolha da área de estudo Para escolha da área de estudo foi feita uma visita à Secretaria Municipal de Projetos e Obras Especiais (SEMPRE) onde foi indicada a drenagem pluvial do bairro Aponiã por tratar-se de uma obra recente que apresenta problemas de alagamento. O estudo foi realizado levando em conta somente a drenagem cuja obra foi realizada nos anos de 21, 211 e 212, pois o bairro já possuía drenagem em alguns pontos. Esta drenagem existente foi interligada a nova drenagem, porém a SEMPRE não possui nenhum tipo de projeto ou dados dessas obras antigas, portanto a secretaria fez medições e estimativas de dimensionamento da drenagem existente para que fosse dimensionada a nova drenagem. Foi cedido pela secretaria todo o projeto atual de drenagem pluvial do bairro, em formato DWG. A delimitação da bacia estudada encontra-se na figura 1. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Figura 1 - Delimitação da bacia estudada. (Fonte: Autor.) 2.2. Dados pluviométricos utilizados na simulação do SWMM O pluviógrafo utilizado está instalado na escola municipal Guadalupe, Rua Andréia, bairro Aponiã, dentro da bacia estudada. O aparelho é configurado para registrar ocorrências de chuvas a cada 1 minutos. O Sistema de Proteção da Amazônia (SIPAM) é o responsável pela manutenção e coleta de dados do aparelho. Foram fornecidos pelo SIPAM os dados de precipitação do período de fevereiro de 211 a outubro de 214. Os dados foram separados em mm/mês para os anos de 211 à 214, em seguida foi tirada a média entre os meses de cada ano de coletas, com isso obteve-se o mês onde ocorre maior precipitação. Após obtido o mês de maior precipitação, foram analisados os dados diários desse mês onde obteve-se o dia onde ocorreu o maior evento. Posteriormente foi feita uma análise da precipitação horária do dia de maior evento pluviométrico. A precipitação de 25 de dezembro de 211, correspondente a 19 mm/dia, continua sendo o maior evento diário, com pico de 16,2 mm em 1 minutos, por este motivo este evento será utilizado na primeira simulação realizada no modelo SWMM. Para isso foi feito um gráfico com os dados diários do pluviógrafo, discretizados em mm a cada 1 minutos. Os dados da Figura 2 são os que mais interessam na simulação da drenagem de pequenas bacias, pois são essas chuvas intensas em um pequeno espaço de tempo que causam os chamados picos de vazão e mais interessam no dimensionamento da drenagem local. Para suprir a carência de séries históricas de precipitação, são utilizadas as relações Intensidade- Duração-Frequência (IDF) estimando dados de chuvas para diferentes tempos de retorno e diferentes durações. (GONÇALVES, 211). Por não possuir uma série histórica longa para o local, foi usado o cálculo de IDF variando o tempo de retorno para 1, 15 e 2 anos. A precipitação com tempo de retorno para 1 anos apresenta um total diário de 185,33 mm com pico de 25,48 mm em 1 minutos. A precipitação com tempo de retorno para 15 anos apresenta um total diário de 197,62 mm com pico de 27,18 mm em 1 minutos. Já a precipitação com tempo de retorno de 2 anos apresenta um total diário de 27,2 mm com pico de 28,46 mm em 1 minutos. Os resultados encontram-se nas figuras 3, 4 e 5 respectivamente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 : :5 1:4 2:3 3:2 4:1 5: 5:5 6:4 7:3 8:2 9:1 1: 1:5 11:4 12:3 13:2 14:1 15: 15:5 16:4 17:3 18:2 19:1 2: 2:5 21:4 22:3 23:2 mm : :5 1:4 2:3 3:2 4:1 5: 5:5 6:4 7:3 8:2 9:1 1: 1:5 11:4 12:3 13:2 14:1 15: 15:5 16:4 17:3 18:2 19:1 2: 2:5 21:4 22:3 23:2 mm : :5 1:4 2:3 3:2 4:1 5: 5:5 6:4 7:3 8:2 9:1 1: 1:5 11:4 12:3 13:2 14:1 15: 15:5 16:4 17:3 18:2 19:1 2: 2:5 21:4 22:3 23:2 mm : :5 1:4 2:3 3:2 4:1 5: 5:5 6:4 7:3 8:2 9:1 1: 1:5 11:4 12:3 13:2 14:1 15: 15:5 16:4 17:3 18:2 19:1 2: 2:5 21:4 22:3 23:2 mm horas Figura 2 - Precipitação discretizada a cada 1 min. do dia 25/12/211 horas 3, 25, 2, 15, 1, 5,, Figura 3 Precipitação com Tr de 1 anos em mm/1min horas Figura 4 Precipitação com Tr de 15 anos em mm/1min 3, 25, 2, 15, 1, 5,, Figura 5 Precipitação com Tr de 2 anos em mm/1min horas XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 2.3. Relevo Foi utilizado o arquivo em formato DWG das curvas de nível de Porto Velho, cedido pela prefeitura, para determinação das áreas de influência. Devido algumas falhas no mapa, alguns pontos precisaram de uma análise mais cautelosa, por isso foram realizadas visitas no bairro Aponiã, após e durante eventos pluviométricos para determinar, observando o escoamento da água, as áreas de influência de precipitação Rede de drenagem Para auxiliar na inserção dos elementos da drenagem pluvial do bairro Aponiã, fez-se necessário o uso de uma imagem de fundo do mapa do local. Foi utilizado um mapa do bairro retirado do software Google Maps, o mesmo foi georreferenciado com as coordenadas UTM obtidas do software Google Earth e inserido em escala no modelo SWMM. Posteriormente foi realizado a alocação dos nós, foram traçados os condutos ligando os poços de visitas e finalizando nos exutório. A Figura 6 mostra a rede de drenagem. 3. RESULTADOS 3.1. Simulação com dados pluviométricos reais Figura 6 Rede de drenagem Depois de realizada a simulação no mapa, o modelo apresenta, dentre os nós inundados, os pontos mais críticos (Figura 7), onde, em algum momento da simulação a lamina d água excedeu a crista do nó e ocasionou alagamento. Os nós mais críticos são os nós N15, N11, N114 e N5, localizados nas ruas Andréia e Luiz de Camões. Figura 8 abaixo indica a vazão em cada trecho crítico no decorrer do evento pluviométrico. De acordo com a mesma figura, o trecho C3 atingiu a vazão de pico de aproximadamente 3,1 m³/s. Esta vazão de pico ocorreu em dois momentos com duração total de 8 horas. Foi observado ainda que os trechos C16, C17, C18, C19, C11 e C111 atingiram sua capacidade máxima de escoamento, evidenciado pelo formato constante dos gráficos em certos momentos. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 3.2. Simulação com dados IDF Foi realizado a simulação hidrodinâmica para os tempos de retorno de chuva de 1, 15 e 2 anos, o modelo apresenta, dentre os nós inundados, os pontos mais críticos onde, em algum momento da simulação a lamina d água excedeu a crista do nó e ocasionou alagamento. As figuras 9 a 11 são pontos críticos para diferentes tempos de retorno. De acordo com a Figura 12, o trecho C3 atingiu a vazão de pico de aproximadamente 3,3 m³/s. Esta vazão de pico teve duração total de 8 horas. Foi observado ainda que os trechos C16, C17, C18, C19, C11 e C111 atingiram sua capacidade máxima de escoamento, evidenciado pelo formato constante dos gráficos em certos momentos. De acordo com a Figura 13, o trecho C3 atingiu a vazão de pico de aproximadamente 3,4 m³/s. Esta vazão de pico teve duração total de 8 horas. Foi observado ainda que os trechos C17, C18, C19 e C11 atingiram sua capacidade máxima de escoamento, evidenciado pelo formato constante dos gráficos em certos momentos. De acordo com a Figura 14, o trecho C3 atingiu a vazão de pico de aproximadamente 3,45 m³/s. Esta vazão de pico teve duração total de 8 horas. Foi observado ainda que os trechos C3, C14, C17, C18, C19 e C11 atingiram sua capacidade máxima de escoamento, evidenciado pelo formato constante dos gráficos em certos momentos. Figura 7 - Pontos críticos de alagamento: dados pluviométricos reais Figura 1 - Pontos críticos de alagamento: Tr=15 anos Figura 9 - Pontos críticos de alagamento: Tr=1 anos Figura 11 - Pontos críticos de alagamento: Tr= 2 anos XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Vazão (LPS) Vazão (LPS) Vazão (LPS) Vazão (LPS) :5: 2:35: 5:5: 7:35: 15:5: 12:35: 1:5: Tempo (h) 17:35: 2:5: 22:35: C16 C17 C18 C19 C11 C111 C :5: 2:35: 5:5: 7:35: 1:5: 12:35: Tempo (h) 15:5: 17:35: 2:5: 22:35: C16 C17 C18 C19 C11 C111 C3 Figura 8 Vazão x tempo dos trechos críticos: evento real Figura 12 - Vazão x tempo dos trechos críticos: Tr=15 anos :5: 2:35: 5:5: 7:35: 15:5: 12:35: 1:5: Tempo (h) 17:35: 2:5: 22:35: C17 C18 C19 C11 C111 C :5: 2:35: 5:5: 7:35: 12:35: 1:5: Tempo (h) 15:5: 17:35: 2:5: 22:35: C14 C15 C16 C18 C19 C11 C111 C3 Figura 13 - Vazão x tempo dos trechos críticos: Tr=1 anos Figura 14 - Vazão x tempo dos trechos críticos: Tr=2 anos XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 4. CONCLUSÕES Para as precipitações simuladas, as vazões não foram suportadas pelo sistema de drenagem, superando a sua capacidade hidráulica. Portanto o sistema estudado apresentou-se subdimensionado, tendo em vista os vários pontos de alagamento obtidos. Os resultados deste trabalho permitiram um melhor conhecimento dos pontos críticos de alagamento no bairro Aponiã, podendo servir de base para as autoridades competentes sanarem os problemas de alagamento do local. O modelo apresentou resultados contundentes, tendo como base a resposta de moradores locais quando perguntados sobre quais áreas alagavam. REFERÊNCIAS GONÇALVEZ, L. S.; Relações Intensidade-Duração-Frequência com base em estimativas de precipitação por satélite. Dissertação de mestrado, Porto Alegre, 211. SEMPRE. Secretaria Municipal de Projetos e Obras Especiais. Porto Velho SIPAM. Sistema de Proteção da Amazônia. Porto Velho XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8