Post on 10-Feb-2017
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
MODELAÇÃO DINÂMICA DE
SISTEMAS DE DRENAGEM
DOUTORAMENTO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE
UNIDADE CURRICULAR DE
GESTÃO INTEGRADA DE SISTEMAS DE SANEAMENTO
Filipa Ferreira
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
ÍNDICE (6ª AULA)
1. CASOS DE ESTUDO.
2. APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM.
3. INÍCIO DO 1º TRABALHO PRÁTICO - SIMULAÇÃO DE
SISTEMAS DE DRENAGEM.
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
• Sistemas de drenagem de S. João da Talha, em Loures
• Redes de drenagem das bacias piloto na empresa Águas do Ave
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Sistema de drenagem de S. João da Talha
Objectivos: Definir procedimentos de gestão e/ou beneficiação do
sistema, que contribuam para a mitigação dos principais
problemas de exploração actuais.
Desafio à modelação:
forte contribuição industrial ↑ variabilidade Q e CP afluentes
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
MODELAÇÃO E GESTÃO AVANÇADA DE INFRA-ESTRUTURAS DE
SANEAMENTO: SISTEMAS DE DRENAGEM E ETAR
CASOS DE ESTUDO
Caracterização do sistema de drenagem
• Localização: concelho de Loures
(Freguesias de Bobadela, S. Iria da Azóia e
S. João da Talha)
• Interceptor Norte:
L= 3,8 km
DN 315 a 800 mm
(trecho de ligação à ETAR: L=8 m; DN = 1000 mm)
• Interceptor Sul:
L= 2 km
DN 400 a 600 mm
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Modelação do sistema interceptor – aplicação do MOUSE
Construção do modelo topológico:
• caracterização física detalhada dos componentes
do sistema de drenagem:
– colectores; câmaras de visita; descarregadores;
bacias de drenagem;…
• condições de fronteira: efeito de maré…
-84000.0 -83000.0 -82000.0
[m]
-96000.0
-95500.0
-95000.0
-94500.0
-94000.0
-93500.0
-93000.0
-92500.0
-92000.0
-91500.0
-91000.0
-90500.0
[m] Standard
-83140.0 -83120.0 -83100.0 -83080.0 -83060.0
[m]
-94160.0
-94155.0
-94150.0
-94145.0
-94140.0
-94135.0
-94130.0
-94125.0
-94120.0
-94115.0
-94110.0
-94105.0
-94100.0
-94095.0
-94090.0
-94085.0
-94080.0
-94075.0
-94070.0
-94065.0
-94060.0
-94055.0
-94050.0
-94045.0
[m] Standard
IN0445
IN0450
IS0195
IS0200
OE
OE-jus
Cx.1
ETARGrad
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Simulação hidráulica:
• Períodos de tempo seco coincidentes com as campanhas
experimentais.
• Evento um evento pluviométrico com frequência de ocorrência de
aproximadamente 10 vezes por ano (D=42 min; Imáx=18 mm/h e Imédia= 6,3 mm/h).
0.0 500.0 1000.0 1500.0 2000.0 2500.0 3000.0 3500.0
[m]
0.0
5.0
10.0
15.0
[m]
WATER LEVEL BRANCHES - 14-1-2005 00:00:02 RUN-teste09.PRF
IN00
05
IN00
10
IN00
15
IN00
20
IN00
25
IN00
30
IN00
35
IN00
40
IN00
45
IN00
50
IN00
55
IN00
60
IN00
65
IN00
70
IN00
75
IN00
80
IN00
85
IN00
90
IN00
95
IN01
00
IN01
05
IN01
10
IN01
15
IN01
20
IN01
25
IN01
30
IN01
35
IN01
40
IN01
45
IN01
50
IN01
55
IN01
60
IN01
65
IN01
70
IN01
80
IN01
85
IN01
90
IN01
95
IN02
00
IN02
05
IN02
10
IN02
15
IN02
20
IN02
25
IN02
30
IN02
35
IN02
38
IN02
40
IN02
45
IN02
50
IN02
55
IN02
60
IN02
65
IN02
70
IN02
75
IN02
80
IN02
85
IN02
90
IN02
95
IN03
00
IN03
05
IN03
10
IN03
15
IN03
20
IN03
25
IN03
30
IN03
35
IN03
40
IN03
45
IN03
50
IN03
55
IN03
60
IN03
65
IN03
70
IN03
75
IN03
80
IN03
85
IN03
90
IN03
95
IN04
00
IN04
05
IN04
10
IN04
15
IN04
20
IN04
25
IN04
30
IN04
35
IN04
40
IN04
45
IN04
50
m3/sDischarge
Interceptor Norte
EXEMPLO: Perfis longitudinais para período de tempo seco (situação actual).
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0 1600.0 1800.0 2000.0
[m]
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
[m]
WATER LEVEL BRANCHES - 14-1-2005 00:00:02 RUN-teste09.PRF
IS000
5
IS001
0
IS001
5
IS002
0
IS002
5
IS003
5
IS004
0
IS004
5
IS005
0
IS005
5
IS006
0
IS006
5
IS007
0
IS007
5
IS008
0
IS008
5
IS009
0
IS009
5
IS010
0
IS010
5
IS011
0
IS011
5
IS012
0
IS013
0
IS013
5
IS014
0
IS014
5
IS015
0
IS015
5
IS016
0
IS016
5
IS017
0
IS018
0
IS018
5
IS019
0
IS019
5
IS020
0
IN04
50
m3/sDischarge 0.007 0.010 0.011 0.016 0.029 0.030 0.030 0.031
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0
[m]
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
[m]
WATER LEVEL BRANCHES - 14-1-2005 00:00:02 RUN-teste09.PRF
IN04
50
ETARO
E-jus
Cx.
1Cx.
2
RT
m3/sDischarge -0.000 0.000 0.000Interceptor Sul
By-pass geral da ETAR
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Principais conclusões do estudo
Os caudais modelados aproximam-se dos valores registados nos
medidores de caudal da ETAR.
Apesar da rede ser predominantemente separativa, durante a ocorrência
de precipitações frequentes (que ocorrem, em média, 10 vezes por ano), a
percentagem de caudal pluvial afluente ao sistema relativamente ao
caudal médio doméstico é de cerca de 41%.
Embora os interceptores apresentem declives positivos e negativos, grande
parte dos troços cumpre o critério da velocidade mínima pelo menos uma
vez por dia, em tempo seco, não sendo muito provável a existência de
problemas de auto-limpeza.
Verifica-se a influência dinâmica da entrada em funcionamento e da
paragem dos parafusos de Arquimedes no comportamento hidráulico do
interceptor Norte.
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Durante precipitações de reduzida intensidade, é frequente a entrada
em pressão de alguns troços dos interceptores provável ocorrência
de inundações em diversos trechos dos interceptores Norte e Sul (zonas
de cotas de terreno reduzidas).
Esta situação resulta do facto da crista do descarregador de
tempestade da ETAR se encontrar demasiadamente elevada,
verificando-se que ocorrem inundações anteriormente à entrada em
funcionamento do descarregador.
A melhoria do comportamento do sistema depende da beneficiação
da ETAR e também da reabilitação ou beneficiação dos
interceptores e da rede de drenagem.
Depende também da adopção de medidas de operação e gestão
integrada (designadamente, regime de funcionamento de parafusos da
ETAR que controle as alturas do escoamento nos interceptores).
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Bacias de drenagem da Águas do Ave, S.A.
Objectivos: Definir áreas prioritárias de intervenção, no sentido de mitigar / eliminar
entradas em carga e descargas para o meio receptor.
Desafio à modelação:
redes separativas domésticas quantificar / localizar ligações indevidas
bacias de pequena dimensão dificuldades de medição e de definição de padrões
campanhas de curta duração dificuldades de definição de padrões
Problema: Existência de ligações indevidas de caudal pluvial em redes
separativas domésticas
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Caracterização do sistema de drenagem
• Localização: área de atendimento da Ave do Ave, S.A.
(Municípios de Guimarães, Fafe, Póvoa de Lanhoso, Santo Tirso, Trofa, Vieira do Minho, Vila
Nova de Famalicão, Vizela)
• 12 bacias piloto:
Áreas entre 2 e 10 ha
Comprimento de rede cerca de 1km
Diâmetros entre 200 e 250mm
• Campanhas de medição:
Medição de caudal na secção de jusante
Campanhas de curta duração
CASOS DE ESTUDO
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Sistema separativo (ARD):
•Processos hidrológicos
• Ligações indevidas Caudal
• Contribuições domésticas
Sistemas separativos com ligações indevidas
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
De acordo com o Método Racional:
Q = C. i. A
onde:
Q – caudal de ponta (m3/s)
C – coeficiente de drenagem (-)
i – intensidade de precipitação (m/s)
A– área da bacia (m2)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 24 48 72 96 120
Q (m3/s)
t (h)
Volume produzido pela P
Volume afluente ao
sistema separativo
Caudal de ponta – Método Racional
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
V’ = C. I. A’
onde:
V’– volume indevido no sistema separativo (m3)
C – coeficiente de escoamento (-)
I – precipitação (m)
A’– área impermeável contributiva (m2)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 24 48 72 96 120
Q (m3/s)
t (h) V’ = C’ . I . A
onde:
V’– volume indevido no sistema separativo (m3)
C ‘– coeficiente de escoamento aparente (-)
I – rainfall (m)
A – área da bacia(m2)
Assumindo que o C da área impermeável é de 1.0,
C’ representa a % de Aimp na bacia
que realmente contribui para a rede separativa
Estimar o valor de C’ (coeficiente de escoamento aparente)
Percentage of rainfall volume (R-value) – Método Racional
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
• Determinar padrões de tempo seco
Dados de monitorização contínua de outro projecto
Período de 3 anos
36 medidores de caudal
Diâmetros entre 200 e 500mm
• Adimensionalizar os padrões
Metodologia
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
• Ajustar os padrões aos dados do projecto
• Remover o escoamento de base de tempo seco dos hidrogramas
• Determinar o volume indevido
•Modelar diversos eventos de precipitação
•Determinar C’
•Aferir zonas de intervenção prioritária
Metodologia
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Principais desafios
Bacias de pequena dimensão:
- reduzido caudal afluente
- dificuldade de medição de altura de água e velocidade
- depósitos em tempo seco e arrastamento após chuvadas – alteração dos parâmetros de
calibração do medidor
- necessidade de uma manutenção intensiva
- verificação exaustiva da qualidade dos dados recolhidos
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Velocidade (m/s)
Alt
ura
de e
sco
am
en
to (
mm
) hmáx registado
hmín ADS
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
400.0
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
Velocidade (m/s)A
ltu
ra d
e e
sco
am
en
to (
mm
)
hmín registado
hmáx registado
hmin ADS
0
50
100
150
200
250
300
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Velocidade (m/s)
Alt
ura
de e
sco
am
en
to (
mm
)
hmín registado
hmáx registado
hmin ADS
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
Principais desafios
Necessidade de utilização de hidrogramas padrão de tempo seco de outro projecto,
com posterior adaptação:
- bacias de reduzida dimensão
- os comportamentos individuais adquirem expressão no hidrograma
- qualquer alteração no ciclo de utilização de AA reflecte-se de imediato em ARD
- a determinação de hidrogramas médios resulta num padrão com pontas amortecidas
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Características do modelo em SWMM
Modelo hidráulico:
• bacias piloto constituídas unicamente por colectores e caixas de visita
• rede de drenagem nem extensa nem complexa
• ocorrência de fenómenos rapidamente variados devido à afluência de caudais pluviais,
• possível entrada em carga
• possível inversão do escoamento,
Modelo hidrológico:
• reduzidas áreas superficiais que contribuem para a rede de drenagem doméstica,
• o parâmetro que conduz a resultados significativamente diferentes é a %Aimp.
• utilização do modelo de Green-Ampt, com a parametrização média típica de bacias urbanas.
• em Aimp: caracterização das áreas afluentes de telhado, estrada e calçada, com Ks respectivo
CASOS DE ESTUDO
não houve
necessidade de
efectuar
simplificações
utilizou-
-se a onda
dinâmica.
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Calibração / validação do modelo em SWMM
CASOS DE ESTUDO
Tempo seco
EV : entre –10% e +10%
EQp : entre –10% e +10%
Ocorrência de P
EV : entre –10% e +20%
EQp : entre –15% e +25%
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Relação entre caudais medidos e caudais modelados (l/s)
Alguns resultados – tempo seco
CASOS DE ESTUDO
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Relação entre caudais medidos e caudais modelados (l/s)
Alguns resultados – ocorrência de precipitação
CASOS DE ESTUDO
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
CASOS DE ESTUDO
4 a 31 eventos
Valores de C’ obtidos e condições hidráulicas de simulação
Principais conclusões
Identificadas as áreas prioritárias para maior intensidade de trabalho de campo
Implementadas estratégias de actuação de médio / longo prazo
Manutenção / reabilitação direccionadas para locais onde se prevê o máximo efeito / retorno
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO
PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Modelo de simulação dos fenómenos hidrológicos e hidráulicos em
bacias hidrográficas urbanas
•Modelação de Quantidade e Qualidade:
• Componente de Escoamento Superficial: modela os fenómenos hidrológicos devidos à
ocorrência de eventos de precipitação sobre as subbcias hidrográficas e o consequente
escoamento na superfície do terreno e em profundidade.
• Componente de Escoamento na Rede de Drenagem: transporta esse escoamento para o
sistema composto por colectores, canais, dispositivos de armazenamento e tratamento,
estações elevatórias e reguladores de caudal. Modela a hidrodinâmica do escoamento (caudal,
altura e velocidade de escoamento) e a qualidade do fluido
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
SWMM – Storm Water Management Model
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Historial
• Desenvolvido em 1971, tendo sofrido diversos
upgrades.
• É propriedade da EPA – Environmental Protection
Agency, agência governamental dos Estados Unidos
para o Ambiente
• Utilização livre a partir da Internet em
•http://www.epa.gov/ednnrmrl/models/swmm/
•Utilizações mais frequentes:
• Projecto, planeamento e análise de situações existentes
• Sistemas unitários, separativos pluviais, separativos domésticos ou pseudo-separativos
• Controlo de cheias, controlo de qualidade em descargas, delimitação de leitos de cheia, estratégias para
redução de descargas de ARD, avaliação do impacto de infiltração em sistemas de ARD, avaliação de
desempenho de sistemas de controlo na origem
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Capacidades do modelo
Fenómenos hidrológicos:
• eventos de precipitação variáveis no tempo
• evaporação em corpos de água
• acumulação de neve e derretimento
• intercepção da precipitação por retenção superficial
• infiltração da precipitação em solos não saturados
• percolação da água infiltrada para o subsolo
• escoamento entre o subsolo e o sistema de drenagem
• modelação não linear do escoamento superficial
•A variação espacial é obtida pela definição prévia de subbacias hidrográficas mais pequenas
do que a área de estudo, homogéneas em termos da sua caracterização física.
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Fenómenos hidráulicos:
• simula escoamento em redes de comprimento ilimitado
• possibilidade de definir uma variedade de secções transversais abertas ou
fechadas
• modela elementos especiais como unidades de armazenamento, bombas,
descarregadores, orifícios
• recebe informação de quantidade e qualidade do modelo de escoamento
superficial
• recebe inputs externos sobre a forma de séries temporais (entradas de
ARD, efeitos de maré)
• utiliza a aproximação da onda cinemática ou a onda dinâmica completa
para resolução da equação da conservação da quantidade de movimento
• aplica regras de controle definidas pelo utilizador para simular a operação
de bombas, abertura e fecho de orifícios
• modela diversos fenómenos hidráulicos como ressalto hidráulico, entrada
em carga, contra-escoamento, e acumulação à superfície
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Fenómenos de qualidade da água:
• alteração de qualidade para diversos poluentes
• acumulação em tempo seco para diferentes utilizações do solo
• redução da acumulação em arruamentos devido a limpeza
• redução da carga poluente devido à aplicação de soluções de controlo na origem
• recebe inputs externos sobre a forma de séries temporais (entradas de ARD ou outras)
• redução da concentração de poluentes devido ao tempo de retenção em dispositivos de
armazenamento ou nos próprios colectores
Representação gráfica:
• interface com SIGs e possibilidade de integração de plantas coordenadas
• representação colorida em planta e perfil da simulação ao longo do tempo
• análises estatísticas
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Manual do SWMM
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Cap 1 – Introdução
Cap 2 – Exemplo prático (tutorial)
Cap 3 – Estrutura do modelo, entidades e métodos computacionais
Cap 4 – Estrutura do ecrã e funcionalidades das toolbars
Cap 5 - Criação de um novo projecto e utilização de calibrações
Cap 6 – Introdução de dados das subbacias e da rede de drenagem
Cap 7 – Edição gráfica
Cap 8 – Efectuar simulações e alguns erros mais frequentes
Cap 9 – Visualização de resultados
Cap 10 – Impressão e cópia de resultados
Cap 11 – Utilização de ficheiros de parametrização externos
Apêndices:
A – valores mais usuais dos parâmetros
B – descrição do significado físico das propriedades de cada uma das entidades
C – utilização dos editores de dados de cada entidade
D – utilização de programação
E – lista de todas as mensagens de erro e seu significado
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Conceptualização do modelo
•Atmosphere
compartment
•Land surface
compartment
•Groundwater
compartment
•Transport
compartment
•Raingage objects: rainfall inputs
•Subcathment objects
•Node and link objects •Aquifer objects
•Precipitation falls / snow
•Pollutants
•Infiltration
•Surface runoff
•Pollutant loadings
•Groundwater
interflow
•Dry weather inflow
•User defined hidrographs
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Categorias de dados
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
• udómetros,
• bacias de drenagem,
• nós,
• troços,
• etiquetas de texto
• …
Instituto Superior Técnico
2011/2012
• Largura: Width
• Inclinação: slope
• Infiltração:infiltration
• Maré: tide
• Modelo de escoamento: Routing model
• Nós: Nodes
• Regras de funcionamento: control rules
• Saída de resultados: Reporting
• Secção transversal: transects
• ST: Profundidade do nó: Node max
depth
• Subbacias :Subcathments
• Troços: Links
• Udómetros : Rain Gages
• Unidades de caudal: flow units
Glossário:
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
• Afluências de caudal: inflows
• Área impermeável: impervious
area
• Área permeável: pervious area
• Armazenamento superficial:
depression storage
• Bombas: Pumps
• Caixas de visita: Junctions
• Colectores: Conduits
• Cota de soleira: invert elevation
• Descarregador: weir
• Escoamento em tempo seco: dry
weather runoff
• Escoamento em tempo chuvoso:
wet weather runoff
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Métodos computacionais
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
• Sub-bacias Reservatórios não lineares Evap P, snow
d
dP – dep storage
Q
•Q ocorre quando d > dP
•Q: equação de Manning
• Infiltração
• Equação de Horton - Necessário: taxas de infiltração máximas e mínimas, coeficiente
de decaimento, tempo que demora o solo saturado a secar
• Método de Green-Ampt - Necessério: humidade inicial, conductividade hidráulica do
solo, carga hidráulica na frente molhada
• Método do SCS (Curve Number) - Necessário: conhecer a ocupação do solo
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
ESCOAMENTO NO SUBSOLO
(GROUNDWATER)
• Assume que a zona superficial do terreno está
não saturada com um determinado teor de
humidade e que a zona mais profunda está
saturada
• Registam-se diversos fluxos
• volume /(área.tempo)
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
ESCOAMENTO NA REDE DE DRENAGEM
• Modelo hidrodinâmico baseado nas equações de St. Venant
• Pode seleccionar-se o nível de resolução da equação da conservação de
massa:
• Steady Flow: escoamento constante e uniforme; translacção simples do
hidrograma de montante para jusante; apenas para uma análise preliminar de
longo prazo de situações muito simples
• Kinematic Wave Routing: aproximação da onda cinemática; acelerações
pequenas e escoamento quase constante; escoamento rápido, sem influência
de jusante; permite variação temporal e espacial do caudal e da área de
escoamento; não simula transientes; útil para simulações de longo prazo onde
não se preveja ocorrência de escoamento variável
• Dynamic Wave Routing: onda dinâmica; resolução completa das equações;
permite simulação de escoamento em pressão, contra-escoamento, re-entrada
de descargas, etc; utilizar para simulações onde se preveja ocorrência de
escoamento variável
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
ESCOAMENTO NA REDE DE DRENAGEM
• Escoamento em pressão: método da Preissmann’s Slot
• Necessário atentar ao passo de cálculo
• Método numérico: iterações de Picard (método explicito de aproximações
sucessivas) e intervalo de tempo variável baseado na condição de estabilidade de
Courrant
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
SIMULAÇÃO
Necessário pré-definir uma série de opções
• Geral: unidades, modelo de infiltração,
modelo hidráulico, se permite alagamento e
se se pretende relatório sobre as acções
de controlo
• Datas: início e fim da simulação, início da
saída de resultados, início e fim da limpeza
de ruas (para estudos de qualidade),
período seco anterior
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
• Intervalos de tempo: escoamento em
tempo de chuva e em tempo seco, modelo
hidrodinâmico e saída de resultados; a
verificar se ocorrerem erros na simulação
• Ficheiros: referencia os ficheiros externos
que se pretende utilizar: de P, runoff, RDII,
hotstart (usar os resultados de outra
simulação como condições de inicio para a
presente simulação)
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
• Onda dinâmica: é possível optar por critérios diferentes para a resolução numérica
das equações com vista a reduzir a probabilidade de erro e instabilidade
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
• Inertial Terms: Indica o que fazer com os termos inerciais da equação da conservação de
massa de St. Venant
• KEEP: mantém estes termos em qualquer condição
• DAMPEN: reduz esses termos à medida que o escoamento se aproxima de crítico e ignora-os
quando o escoamento é rápido
• IGNORE: retira esses termos da equação, produzindo uma solução de onda difusiva (esta
solução minimiza a probabilidade de instabilidade)
• Variable time step: Usado para satisfazer a condição de estabilidade de Courant e para
prevenir uma variação excessiva de altura de água em cada nó
• Safety factor: Entre 10% e 200%, aplicável ao Dt variável calculado pelo critério de Courant
(quanto menor, menor a probabilidade de instabilidade)
• Time step for conduit lengthning: Artifício usado para aumentar o comprimento de
colectores por forma a que se cumpra a condição de Courant em secção cheia (ou seja, de
modo a que o tempo de percurso de uma onda não seja inferior a este tiem step) Quanto
menor este valor, menos troços irão reqerer ser aumentados.
• Minumum surface area: valor mínimo a considerar nos nós quando se simula alterações em
altura de água
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
• Se o modelo não conseguir efectuar a simulação, surge um aviso identificando o erro
detectado.
• Mesmo quando a simulação corre bem, no final surge um aviso com os erros de balanço de
massa, para que o utilizador saiba se tem de ajustar algum parâmetro – aparece uma
percentagem para os “continuity errors” no módulo de Surface Runoff, Flow Routing e Quality
Routing.
• Sugere-se não permitir erros superiores a 10%.
• Caso tal ocorra, verificar logo os Time Steps definidos
Erros
• Podem surgir instabilidades numéricas devido à própria natureza do método utilizado,
especialmente com a utilização da Dynamic Wave.
• O utilizador deve verificar alguns gráficos nalguns pontos chave da rede para detectar essas
eventuais instabilidades.
• Se as detectar, pedir Reports com Dt mais pequenos.
• Se se mantiverem, rever os Time Steps e, seguidamente, as Dynamic Wave Options.
Instabilidade no cálculo hidráulico
APRESENTAÇÃO E APLICAÇÃO PRÁTICA DO SWMM
Instituto Superior Técnico
2011/2012
Instituto Superior Técnico
2011/2012
1º TRABALHO
MODELAÇÃO DINÂMICA DE SISTEMAS DE DRENAGEM
URBANA: Aplicação do modelo SWMM ao sistema de
drenagem pluvial da Costa da Caparica