Capacidades do Modelo

11.1.1.

Hidrologia

O SWMM tem em conta vários processos hidrológicos que produzem escoamento superficial, tais como:

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 camadas de solos não saturados;
Percolação de água infiltrada para o subsolo;

Trocas de escoamento entre o subsolo e o sistema de drenagem;
Modelação não linear do escoamento superficial.

A variação espacial é obtida através da definição prévia de sub-bacias hidrográficas mais pequenas do que a área total em estudo, homogéneas em termos da sua caracterização física.

11.1.2.

Hidráulica

O SWMM também contém um conjunto flexível de capacidades de modelação hidráulica aplicadas ao escoamento superficial e a entradas externas de caudal para o sistema de redes de colectores, canais, instalações de tratamento/armazenagem e outras estruturas. As capacidades de modelação hidráulica são as seguintes:

Simula escoamento em redes de tamanho ilimitado;

Possibilidade de definição de uma vasta gama de secções transversais abertas ou fechadas, assim como, os canais naturais;

Modela elementos especiais (unidades de armazenagem/tratamento, divisores de caudal, bombas, orifícios e descarregadores);

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Recebe informação de quantidade e qualidade do modelo de escoamento superficial;

Recebe dados externos sobre a forma de séries temporais (entradas de águas resíduais domésticas, efeitos de maré);

Utiliza a aproximação da onda cinemática ou da onda dinâmica completa para a resolução da equação da conservação da quantidade de movimento;

Modela diversos fenómenos hidráulicos (ressalto hidráulico, entrada em carga, contra-escoamento, e acumulação superficial);

Aplica regras de controlo definidas pelo utilizador para simular a operação de bombas, abertura e fecho de orifícios, e níveis de crista de descarregadores.

11.1.3.

Qualidade da Água

O SWMM também pode estimar a produção de cargas poluentes associadas ao escoamento. Os seguintes processos podem ser modelados para qualquer número de constituintes presentes na água, definidos da seguinte forma pelo utilizador:

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 dados de entrada 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.

11.2.

Métodos Computacionais

11.2.1.

Escoamento Superficial

A superfície de cada sub-bacia é tratada como um reservatório não linear. A afluência de caudal é proveniente da precipitação e de qualquer sub-bacia ligada

140

a montante. Existem várias saídas de caudal, incluindo a infiltração, evaporação e o escoamento superficial. A capacidade deste “reservatório” é a retenção superficial máxima. O escoamento superficial, “Q”, só ocorre quando a altura da água no “reservatório” excede a altura máxima de retenção superficial, “dp”, e é facultado pela equação de Manning. A conceptualização do escoamento superficial utilizada pelo SWMM está ilustrada na figura seguinte.

Evaporação Infiltração Precipitação, derretimento d dp Q

Figura 115 – Escoamento Superficial

A altura da água acima da sub-bacia, “d”, é continuamente actualizada com o tempo (t) através da resolução numérica da equação do balanço da água acima da sub-bacia.

11.2.2.

Infiltração

A Infiltração é o processo no qual a precipitação penetra na superfície do terreno até às zonas de solos não saturados, pertencentes às áreas permeáveis das sub- bacias. O SWMM disponibiliza três hipóteses de modelação deste fenómeno:

Método da equação de Horton – Este método é baseado em observações empíricas que mostram que a infiltração decai exponencialmente de uma taxa máxima inicial até uma taxa mínima enquanto decorre um evento longo de precipitação. Os parâmetros de entrada necessários para utilizar este método incluem as taxas de infiltração máximas e mínimas, o coeficiente de decaimento, e o tempo que o solo saturado demora a secar completamente.

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Método de Green-Ampt – Este método assume que existe uma frente molhada na coluna de solo, separando solo com alguma humidade inicial, em baixo, de um solo saturado, por cima. Os parâmetros de entrada necessários para aplicar este método são: a humidade inicial, a condutividade hidráulica do solo, e a carga hidráulica na frente molhada.

Método do SCS (CN – Número de Escoamento) – Este método assume que a capacidade total de infiltração de um solo pode ser obtida através de valores de curvas do sol, que se encontram já tabeladas. Durante um evento de precipitação esta capacidade é despoletada como função da acumulação de pluviosidade e da restante capacidade. Os parâmetros necessários à aplicação deste método são retirados através do conhecimento prévio da ocupação do solo, e incluem o número de curva, condutividade hidráulica do solo, e o tempo que o solo saturado demora a secar completamente.

11.2.3.

Escoamento no subsolo

O modelo de escoamento no subsolo utilizado pelo SWMM pode ser observado esquematicamente como indica a figura abaixo apresentada. Neste modelo, é assumido que a zona superficial do terreno está não saturada com um determinado teor de humidade e que a zona mais profunda está saturada. Os fluxos assinalados na figura seguinte, expressos em unidades de volume por área e por tempo, V/(A.t), consistem no seguinte:

U

f

f

f

f

f

f

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Em que:

fI – Infiltração proveniente da superfície;

fEU – Evapotranspiração proveniente da zona superficial;

fU – Percolação proveniente da zona superficial para a zona mais profunda;

fEL – Evapotranspiração da zona mais profunda;

fL – Percolação da zona mais profunda para o escoamento mais profundo do subsolo;

fG – Escoamento lateral do subsolo que interage com o do sistema de drenagem.

11.2.4.

Escoamento na rede de drenagem

O escoamento na rede de drenagem, no SWMM, é calculado através de um modelo hidrodinâmico baseado nas equações de conservação de massa e momento de Saint Venant. O utilizador do SWMM tem a possibilidade de escolher o nível de sofisticação, ou resolução, usado para resolver as equações. Leia-se então as principais características de cada um destes níveis.

Steady Flow – escoamento constante; Translação simples do hidrograma de montante para jusante; apenas para uma análise preliminar de longo prazo de situações muito simples.

Kinematic Wave – 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 o regime transitório; útil para simulações de longo prazo onde não se preveja a ocorrência de escoamento variável.
Dynamic Wave – onda dinâmica; Resolução completa das equações; permite simulação de escoamento em pressão, contra-escoamento, reentrada de descargas, ressalto hidráulico; utilizar para simulações onde se preveja ocorrência de escoamento variável.