A elaboração da presente dissertação teve como principal objetivo averiguar a existência de afluências indevidas através da utilização do SSOAP Toolbox e do software SWMM, ambos desenvolvidos pela EPA. De facto, esta problemática encontra-se na base de situações muito preocupantes relativas ao funcionamento das redes de águas residuais, bem como de diversos danos colaterais a nível socioeconómico, ambiental e de saúde pública.
O SSOAP Toolbox dispõe de ferramentas essenciais na análise e avaliação dos sistemas para melhorar o funcionamento da rede de coletores. O modelo baseia-se no hidrograma unitário e permite a avaliaç ão das AI (RDII) numa dada bacia de um sistema de drenagem de águas residuais . A análise RDII é feita através do método RTK, que nos indica se as RDII resultam de AI e/ou de infiltrações no sistema.
Por forma a avaliar o problema das afluências indevidas selecionou-se o sistema de coletores de SJT, em Loures, pelo facto de existir um conjunto de dados disponíveis que resultam de uma campanha de monitorização realizada em 2010 pelas empresas ENGIDRO/HIDRA para a SIMTEJO.
Em primeiro lugar determinaram-se os caudais de tempo seco para cada uma das bacias pertencentes à área de estudo. A determinação dos padrões de tempo seco deve ser realizada de forma criteriosa, uma vez que influenciará todo o trabalho seguinte, isto é, a determinação dos eventos RDII, a calibração dos parâmetros RTK e, posteriormente, a validação do modelo SWMM que permite avaliar a capacidade hidráulica do Sistema Intercetor de SJT. A calibração dos parâmetros RTK foi realizada de forma iterativa e com base nos hidrogramas RDII elaborados pelo SSOAP Toolbox. Por fim, a validaç ão da capacidade hidráulica foi feita através de diversas simulações realizadas no modelo SWMM para um conjunto de eventos selecionados com base nos registos udométricos obtidos durante a campanha de monitorização.
A avaliação global do sistema de SJT permitiu diagnosticar a presença de afluências indevidas em todas as bacias, com uma certa expressão volumétrica. Verificou-se que os volumes de tempo seco que afluem à ETAR são inferiores aos volumes de cada um dos quatro eventos determinados , comprovando-se desta forma que existem afluências que não são devidas às águas residuais coletadas para as quais foi concebido o sistema. Relativamente às simulações realizadas, observou-se que a maioria dos coletores entra em carga nos eventos pluviométricos e ocorrem excedentes em algumas câmaras de visita.
Em relação à análise de tempo seco, constatou-se que os dados existentes permitiram a obtenção de dados consistentes. Contudo, a análise de tempo húmido apresentou algumas lacunas, o que poderá dever-se ao reduzido período de medição de dados de caudal e de precipitação. Na verdade, o facto de a campanha de monitorização ter sido realizada durante um mês condiciona as análises de tempo seco e de tempo húmido do sistema intercetor, nomeadamente, no que diz respeito à ocorrência de apenas quatro eventos RDII
Neste trabalho apresentam-se os resultados gerais obtidos para cada uma das bacias tendo-se, contudo, analisado apenas as bacias H, J2+J3+J4 e L com maior detalhe, devido à extensão do trabalho. Constatou-se que os valores simulados correspondem a uma boa aproximação dos valores observados. Embora a bacia H represente apenas 0.54% da área de estudo, corresponde a cerca de 6% das afluências indevidas que afluem à ETAR nos eventos 1 e 2. A bacia J2+J3+J4 representa 3.3% da área total e contribui com cerca de 22% das afluências indevidas. A bacia L, com cerca de 5.3% da área de estudo, contribui com cerca de 18% das afluências indevidas. Deste modo, é possível concluir que a reabilitação das bacias H, J2+J3+J3 e L é prioritária, uma vez que representam cerca de 45% de afluências indevidas da totalidade do sistema.
Em conclusão, pode afirmar-se que este modelo constitui uma ferramenta útil que permite uma análise das condições de funcionamento do sistema de coletores e a avaliação das afluências indevidas , permitindo deste modo a tomada de medidas necessárias para ultrapassar este problema. De facto, a utilização desta ferramenta possibilita uma análise eficaz na averiguação da existência de afluências indevidas, bem como na identificação da causa que origina esta problemática. Assim, esta ferrament a apresenta diversas funcionalidades que auxiliam o trabalho desenvolvido por projetistas e por entidades gestoras, uma vez que é facilmente acessível e utilizável. Sendo certo que a monitorização continuará a ser fundamental para uma gestão adequada dos sistemas de águas residuais, a utilização combinada das ferramentas SSOAP e SWMM possibilitará, também, uma significativa economi a de meios para a análise do respetivo comportamento hidráulico e para a identificação de soluções a adotar.
No entanto, verificaram-se diversas anomalias no SSOAP Toolbox que merecem ser evidenciadas , como por exemplo:
Relativamente à interface entre o SSOAP Toolbox e SWMM, existe uma anomalia que não permite realizar esta ação. Assim, optou-se pela introdução manual dos dados de precipitação, de padrões de tempo seco semanais e de fim-de-semana e de parâmetros RTK para que se pudesse concretizar a avaliação da capacidade hidráulica do sistema. Esta anomalia constitui uma desvantagem pois requer um período de utilização superior ao que seria desejável. A introdução de dados no SSOAP apresenta algumas dificuldades relacionadas com a inserção
de unidades, uma vez que apresenta-nos diversas opções relativamente à escolha de unidades mas, aparentemente, a leitura dos dados é feita com base no sistema de unidades americano. Desta forma, o utilizador de unidades do Sistema internacional poderá, por exemplo, apresent ar diversas dificuldades na utilização desta ferramenta.
Por fim, apresentam-se algumas considerações relativamente a possíveis desenvolvimentos de trabalhos futuros:
Considera-se importante que as entidades gestoras realizem campanhas de monitorização contínuas em pontos críticos da rede. Pretende-se desta forma identificar rapidamente os locais da rede que merecem ser reparados, tal como coletores, intercetores, caixas de visita, câmaras de visita ou equipamentos. Assim, será possível melhorar o funcionamento dos sistemas de drenagem e evitar eventuais problemas que possam surgir, nomeadamente os relacionados
com a presença de afluências indevidas, bem como os respetivos custos económicos e ambientais associados.
Recomenda-se também que as campanhas de monitorização tenham uma duração de, pelo menos, um ano hidrológico para que seja possível realizar uma análise mais precisa e completa, mas também de forma a possibilitar a identificação e seleção de mais event os pluviométricos.
Reforçar as ações de sensibilização e de fiscalização das ligações indevidas de águas pluviais nos atuais sistemas de águas residuais.
Face aos cenários atuais de alterações climáticas, afigura-se oportuno e importante que não se deixe de ter em conta o previsível aumento do nível médio da água do mar nos sistemas de águas residuais que estejam mais próximos de zonas influenciadas pelas marés. Do mesmo modo, dever-se-á aprofundar o estudo das consequências que as previsíveis modificações dos padrões de precipitação poderão vir a ter nas afluências devidas à infiltração das redes de águas residuais.
No desenvolvimento do trabalho não foi possível detetar a origem a origem das anomalias do SSOAP Toolbox por falta de interlocutor por parte da EPA. Assim, constata-se que seria útil tentar retificar a origem dos erros e corrigi-los.
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ANEXO A – Dados das bacias de drenagem do caso de
estudo
Bacias de Drenagem Área (ha) Inclinação Média (%) Área Impermeável (%)
A1 70.1 3.3 90 A2 77.3 2.3 70 B 13.3 4.5 90 C 17.8 5.7 90 D 10.4 5.7 60 E 36.1 5.8 90 F1 90.7 2.9 70 F2 44.8 4.5 70 G 18.7 5.8 90 H 5.1 5.8 80 I 21.9 5.9 90 J1 82.8 4.4 80 J2 12.3 5.6 70 J3 8.4 4.8 70 J4 10.1 5.6 70 K1 51.4 4.5 90 K2 25.4 6.4 90 K3 22.2 6.9 80 K4 7.9 7.7 70 K5 15.4 8.0 80 L 49.6 4.7 80 M 40 6.4 70 N1 56 2.6 60 N2 26.7 2.3 60 N3 20.9 8.2 40 O 11.1 5.3 90 P 10.3 5.8 60 Q 5.3 7.2 90 R 71.2 4.5 70
ANEXO B – Campanha de Monitorização
1) Considerações iniciais
Durante o período entre 18 de Outubro e 17 de Novembro de 2010 realizou-se uma campanha de monitorização no sistema de SJT, na qual se recolheu a informação necessária ao conhecimento do funcionamento hidráulico do sistema, tanto em situação de tempo seco como durante os eventos de precipitação que ocorreram naquele período. Foram utilizados diversos equipamentos para a medição da precipitação (udómetros), de caudal, e de nível durante a campanha de monitorização.
A identificação dos medidores de precipitação, de caudal e de nível foi feita tendo por base um código alfanumérico do tipo X_SJT_00, em que X corresponde ao tipo de equipamento, SJT refere-se ao sistema de S. João da Talha e 00 distingue os medidores de cada tipo.
2) Udómetros
A medição da precipitação foi efetuada com recurso a dois equipamentos, U_SJT_01 e U_SJT_02, apresentados respetivamente na Figura B.1 e na Figura B.2.
i) U_SJT_01
O medidor U_SJT_01 foi instalado no topo do edifício do Concelho Português para os Refugiados e cobre a totalidade das bacias de drenagem associadas ao IS e algumas do IN. O medidor utilizado é do tipo Rain Gauge. Verificou-se que não ocorreram incidências durante a medição.
ii) U_SJT_02
O medidor U_SJT_02 foi instalado na cobertura do reservatório apoiado pertencente aos SMAS de Loures e cobre as restantes bacias do IN, isto é, as que não são cobertas pelo U_SJT_01. O medidor utilizado é do tipo Rain Gauge. Verificou-se que o datalogger ficou danificado durante o primeiro event o de precipitação, não havendo registo de precipitações para o período de 29 a 31 de Outubro de 2010. Desta forma, assumiram-se os dados de precipitação medidos no udómetro U_SJT_01 para o
Figura B.2 - Instalação do udómetro U_SJT_01
Figura B.1 - Instalação do udómetro U_SJT_02
U_SJT_02, durante este intervalo de tempo, uma vez que a distância entre os dois udómetros é relativamente reduzida.
No Quadro B.1 apresentam-se os dados de precipitação medidos durante a campanha de monitorização realizada, bem como as intensidades médias e máximas diárias, para cada udómetro.
Quadro B.1 - Valores diários da altura de precipitação, Intensidade média e Intensidade máxima para os udómetros U_SJT_01 e U_SJT_02
U_SJT_01 U_SJT_02 Dia Precipitação (mm) Iméd (mm/h) Imáx (mm/h) Precipitação (mm) Iméd (mm/h) Imáx(mm/h) 18/10 0 0 0 0 0 0 19/10 0 0 0 0 0 0 20/10 0 0 0 0 0 0 21/10 0 0 0 0 0 0 22/10 0 0 0 0 0 0 23/10 0 0 0 0 0 0 24/10 0 0 0 0 0 0 25/10 0 0 0 0 0 0 26/10 0 0 0 0 0 0 27/10 0 0 0 0 0 0 28/10 0 0 0 0 0 0 29/10 41.6 1.73 132 41.6 1.73 132 30/10 44.7 1.86 90 44.7 1.86 90 31/10 6.4 0.27 36 6.4 0.27 36 1/11 0 0 0 0 0 0 2/11 0 0 0 0 0 0 3/11 0 0 0 0 0 0 4/11 0 0 0 0 0 0 5/11 0 0 0 0 0 0 6/11 0 0 0 0 0 0 7/11 0 0 0 0 0 0 8/11 0.6 0.03 6 0.7 0.03 6 9/11 2.8 0.12 18 2 0.08 12 10/11 0.9 0.04 6 3.2 0.13 24 11/11 0 0 0 0 0 0 12/11 0 0 0 0 0 0 13/11 0.6 0.03 6 0.7 0.03 6 14/11 10.6 0.44 24 15.2 0.63 36 15/11 0.1 0.00 6 0 0 0 16/11 0 0 0 0 0 0 17/11 22.3 1.59 24 22.3 1.59 24
A altura de precipitação máxima ocorreu no dia 30 de Outubro, para ambos os udómetros, o que também coincide com a máxima intensidade média horária registada. Verifica-se que a intensidade máxima diária foi registada no dia 29 de Outubro, com um valor de 132 mm/h.
Relativamente ao udómetro U_SJT_01, constata-se que a precipitação média diária corresponde a 4.21 mm e que a precipitação ocorreu durante 10 dias. Quanto ao udómetro U_SJT_02, verifica-se que a precipitação média diária corresponde a 4.41 mm e que a precipitação ocorreu durante 9 dias.
Na Figura B.3 é possível observar as alturas de precipitação diária para cada um dos udómetros.
Figura B.3 - Alturas de precipitação diárias dos udómetros U_SJT_01 e U_SJT_02
3) Medidores de nível
A medição de nível foi realizada em 11 locais distintos, nomeadamente em descarregadores de tempestade e em descargas dos intercetores. É de notar que as medições de nível foram realizadas com o intuito de averiguar a correlação entre a entrada em funcionamento dos des carregadores e a ocorrência de eventos pluviométricos registados durante o mesmo período de monitorização. Desta forma, a existência desta correlação permite-nos considerar como bastante plausível a hipótese de afluências pluviais indevidas.
De seguida, descreve-se de forma breve todos os medidores de nível instalados nesta campanha de monitorização. No Quadro B.2 apresentam-se os medidores associados ao U_SJT_02 e no Quadro B.3 os medidores associados ao U_SJT_01.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 A lt u ra d e p re ci p it a çã o (m m ) Dia Dados Pluviométricos U_SJT_01 U_SJT_02
Quadro B.2 - Medidores de nível associados ao udómetro U_SJT_02
Nome do medidor Tipo de medidor H_SJT_02 Sensor ultra-sónico de ar
H_SJT_03 Sensor de nível NivuCompact
H_SJT_04 Sensor de nível NivuCompact
H_SJT_05 Sensor de nível NivuCompact
H_SJT_11 Sensor ultra-sónico de ar
H_SJT_12 Sensor ultra-sónico de ar
Quadro B.3 - Medidores de nível associados ao U_SJT_01
Nome do medidor Tipo de medidor H_SJT_06 Sensor ultra-sónico
H_SJT_07 Sensor ultra-sónico
H_SJT_08 Sensor ultra-sónico
H_SJT_09 Sensor ultra-sónico
H_SJT_10 Sensor ultra-sónico
A maioria das medições de nível não apresentaram anomalias, excetuando-se os medidores H_SJT_02, em que o sensor de nível não funcionou entre 29/10 e 31/10, e o H_SJT_12, no qual o transmissor foi arrastado pelo escoamento pelo que não forneceu resultados durante o período de 28/10 a 11/11.
Na Figura B.4 apresenta-se um dos sensores de nível NivuCompact utilizados na campanha de monitorização, na Figura B.5 um sensor ultrassónico e na Figura B.6 de um sensor ultrassónico de ar.
Figura B.5 - Exemplo de sensor ultrassónico H_SJT_08 Figura B.4 - Exemplo de sensor ultrassónico
Figura B.6 - Exemplo de sensor ultrassónico de ar - H_SJT_12
As medições de nível foram realizadas em descarregadores de tempestade e em descargas dos intercetores. O Quadro B.4 indica-nos as alturas máximas registadas pelos medidores de nível e a data de ocorrência respetiva.
Quadro B.4 - Alturas máximas registadas em cada medidor de nível
Medidor Hdescarregador (m) Hmáx (m) Dia
H_SJT_02 0 0.463 14/11/2010 H_SJT_03 0.37 0.462 29/10/2010 H_SJT_04 0 0.524 29/10/2010 H_SJT_05 2.82 2.937 17/11//2010 H_SJT_06 0.10 0.851 17/11/2010 H_SJT_07 0.08 1.345 29/10/2010 e 14/11/2010 H_SJT_08 1.10 2.157 30/10/2010 H_SJT_09 0.10 0.219 29/10/2010 H_SJT_10 0.15 0.469 29/10/2010 H_SJT_11 0.13 0.812 29/10/2010 H_SJT_12 0.13 0.502 14/11/2010
Observando os valores do Quadro B.1 e do Quadro B.4, constata-se que a ocorrência das descargas máximas coincide com os dias chuvosos registados pelos udómetros U_SJT_01 e U_SJT_02.
4) Medidores de caudal
Os medidores de caudal foram instalados no sistema de SJT em 27 pontos notáveis da rede. Os pontos notáveis escolhidos correspondem, essencialmente, a locais de transição entre os sistemas de drenagem “em alta” e “em baixa”, bem como a locais de divisão de bacias. Os caudais foram medidos tendo por base as velocidades e as alturas de escoamento, medidas com intervalos de tempo de um minuto.
Na maior parte dos locais foram simultaneamente instalados sensores para a medição da temperatura das águas residuais.
No Quadro B.5 indicam-se os medidores, as respetivas bacias e/ou intercetor, bem como algumas observações pertinentes. De seguida, descreve-se sucintamente cada tipo de medidor adotado:
Multisensor: consiste em dois sensores de nível (ultrassónico de ar e de água), um sensor de pressão e um de velocidade, associados a um transmissor PCM 4.
CPP: inclui uma tubagem tipo cachimbo CPP-000, associado a um transmissor PCM 4, em que 000 corresponde ao diâmetro utilizado.
NPP: inclui uma tubagem tipo cachimbo NPP-000 e com balão de expansão, associado a um transmissor PCM 4, em que 000 corresponde ao diâmetro utilizado.
Sensor: instalação de um sensor de nível (ultrassónico ar) e de velocidade (combinado com sensor de pressão), associado a um transmissor PCM 4.
Quadro B.5 - Caraterização dos medidores
Medidor Tipo Bacia e/ou Intercetor associado M_SJT_01 Multisensor Bacia R (IN)
M_SJT_03 Multisensor Bacia N1 (IN)
M_SJT_04 CPP-400 Ligação entre a bacia N e o IN
M_SJT_05 Multisensor Localizado no IN
M_SJT_07 Multisensor Localizado no IN
M_SJT_09 Multisensor Localizado no IN
M_SJT_10 Multisensor Bacia K2 (IN)
M_SJT_11 NPP-150 Bacia K1 (IN)
M_SJT_12 Multisensor Bacia K (IN)
M_SJT_13 Multisensor Bacias J e K (IN)
M_SJT_14 Multisensor Localizado no IN
M_SJT_15 CPP-250 Bacia J1 (IN)
M_SJT_16 NPP-150 Bacia I (IN)
M_SJT_17 Sensor Bacia H (IN)
M_SJT_18 NPP-150 Bacia F2 (IN)
M_SJT_19 CPP-300 Bacia G (IN)
M_SJT_20 Sensor Bacias F1 e F2 (IN)
M_SJT_21 Sensor Final do IN, a montante da ligação com o IS
M_SJT_22 Sensor Final do IS, a montante da ligação com o IN
M_SJT_23 CPP-250 Bacia E (IS)
M_SJT_24 Sensor Localizado no IS
M_SJT_25 Sensor Bacia C (IS)
M_SJT_26 Sensor Localizado no IS
M_SJT_27 Sensor Bacia A (IS)
M_SJT_28 Sensor Bacia A1 (IS)
M_SJT_29 Multisensor Bacia N3 (IN)
Na Figura B.7, Figura B.8, Figura B.9 e Figura B.10 apresentam-se alguns exemplos de medidores de caudal utilizados na campanha de monitorização (ENGIDRO/HIDRA, 2010a).
Figura B.7 - Exemplo de um equipamento multisensor utilizado - M_SJT_12
Figura B.8 - Exemplo de um equipamento CPP utilizado - M_SJT_15
Figura B.9 - Exemplo de um equipamento NPP utilizado - M_SJT_16
Figura B.10 - Exemplo de um equipamento do tipo "sensor" utilizado - M_SJT_17
As medições de caudal foram realizadas em pontos notáveis da rede, tal como fora referido anteriormente, e permitiram a calibração de cada uma das bacias definidas. Relativamente às bacias
de cabeceira, os medidores de caudal foram dispostos no local mais a jusante das mesmas. Quanto às