Simulação hidrodinâmica integrada do escoamento em redes de drenagem urbana e nas ruas

Abstract

A drenagem de áreas urbanas ocorre em uma rede complexa de galerias e canais, com grande variação de forma e relevo, interconectada com as ruas. O escoamento neste sistema está sujeito a efeitos de remanso e pode ocorrer em regime supercrítico, subcrítico ou sob pressão, em diferentes momentos. Os projetos são realizados de forma localizada e em regime permanente, sem considerar, na maioria das vezes, as interferências dos sub-trechos entre si. Os modelos hidrodinâmicos são utilizados para representar estes processos, mas devido à grande variabilidade de condicionantes necessitam de soluções particulares para cada tipo de alteração da rede. Este trabalho apresenta o aprimoramento de um modelo hidrodinâmico de redes de drenagem de águas pluviais, desenvolvido no IPH (Villanueva, 1990 e Ramseyer, 1996). Os aprimoramentos realizados foram: a) um procedimento de inicialização, para facilitar a definição de condições iniciais do modelo; b) limitação de entrada das condições de contorno externas para simular a entrada física dos hidrogramas provenientes das bacias de contribuição; c) transporte dos excessos em trechos de rua; e d) o uso de poços de visita em trechos como uma condição de contorno interna. A verificação foi feita em duas bacias urbanas da cidade de Porto Alegre: arroio do Moinho e parte da bacia do arroio da Areia. Elas possuem altas declividades nas cabeceiras, seguidas de regiões planas nas cotas menores, há trechos não canalizados e condutos onde aparecem grandes diferenças em seções transversais. Além disso, muitas galerias têm baixa capacidade de condução. Essas características provocam algumas consequências que devem ser representadas na modelagem. Os resultados mostraram que o modelo pode simular diversas situações, fornecendo informação necessária para uma boa avaliação de sistemas como os simulados.

Drainage in urban areas occurs in a complex network of pipes and channels with major changes in cross-section and relief, interacting with streets. These systems are subject to backwater effects, under subcritical, supercritical and pressurized flows. The projects are localized and performed in steady flow, meaning that they do not take into account interferences between the reaches. The hydrodynamics models are used to represent these processes, but because of a great variability in con- ditions, they require specific solutions. This paper presents the improvement of a hydrodynamics model of a storm drainage network. This model was developed at the IPH (Villanueva, 1990 e Ramseyer, 1996). The improvements introduced in the model are: a) an initialization procedure, to facilitate the definition of initial conditions for the model; b) inflow limitation of the upstream boundary conditions to simulate the physical entrance of the network when it receives the basin hydrographs; c) transport of the water through “street reaches”; d) the use of manholes in reaches as an internal boundary condition. The verification was performed in two actual systems, urban basins in Porto Alegre, the Moinho basin and the Areia basin. They have high slopes at the heads, followed by level regions in the low part. There are natural channels and pipes with very different cross sections. Furthermore, there are pipes with low discharge capacities. These features cause problems that must be modeled by the hydrodynamic model. The results showed that the model can simulate these situations, generating the necessary information for a good assessment of the systems.