Modelagem Hidrológica no SWMM - Módulo de Transporte Hidráulico

A propagação do escoamento por meio da rede de drenagem no SWMM está baseada nas equações de conservação de massa e da quantidade de movimento, para escoamento gradualmente variado não permanente (a saber, as equações de Saint Venant). O usuário pode selecionar o grau de sofisticação em que se deseja resolver estas equações, de acordo com um dos modelos de transporte hidráulicos descritos a seguir (U.S. EPA, 2010):

Escoamento em regime uniforme - consiste na forma mais simples de representar o comportamento do escoamento no interior dos condutos. Assume-se que, em cada um dos intervalos de tempo de cálculo, o escoamento é uniforme e permanente. Assim, o modelo simplesmente faz a transferência dos hidrogramas de entrada no nó de montante do conduto até o nó de jusante do mesmo trecho, sem retardar ou mudar o seu aspecto. Emprega-se a equação de Manning para relacionar a vazão com a área e a lâmina d’água no conduto (U.S. EPA, 2010).

O modelo não leva em conta o armazenamento de água que ocorre nos condutos, os fenômenos de ressalto hidráulico e as perdas nas entradas e saídas dos poços de visita, remanso ou escoamento pressurizado. Somente é aplicável em sistemas ramificados, onde cada nó possua um único conduto de saída (exceto nos casos onde o nó seja um divisor, o que requer duas tubulações de saída). O modelo de escoamento em regime uniforme é insensível ao intervalo de tempo selecionado, sendo adequado apenas para análises preliminares em simulações contínuas de longo prazo (U.S. EPA, 2010).

Modelo da Onda Cinemática - esse modelo resolve a equação da continuidade, e uma versão simplificada da equação de quantidade de movimento, de forma simultânea ao longo da rede de drenagem. Esta última equação demanda que a declividade da linha d’água seja igual à declividade de fundo da rede (U.S. EPA, 2010).

A vazão máxima que a rede de drenagem suporta é a vazão da seção plena determinada pela equação de Manning. Todo o acréscimo de vazão além deste valor no nó de entrada da rede será perdido pelo sistema ou poderá formar um alagamento na superfície do nó, reentrando novamente no sistema quando a capacidade da rede permitir (U.S. EPA, 2010).

O modelo da onda cinemática admite que tanto a vazão quanto a área variem no tempo e no espaço no interior da rede, resultando em uma certa atenuação e retardo nos hidrogramas de saída em relação aos de entrada na rede. Apesar disso, esse modelo não consegue representar efeitos como ressalto hidráulico, perdas nas entradas e saídas dos poços de visita, fluxo de remanso ou escoamento pressurizado. Sua aplicação se restringe a redes ramificadas. Geralmente com a utilização de intervalos de tempo relativamente grandes (5 a 15 min), para manter uma estabilidade numérica adequada (U.S. EPA, 2010).

Se alguns dos efeitos acima citados não ocorrem no sistema em estudo, ou não são significativos, o modelo da onda cinemática é uma opção suficientemente precisa e eficiente para modelar o transporte com tempos de simulação longos (U.S. EPA, 2010).

Modelo da Onda Dinâmica - esse modelo resolve as equações completas unidimensionais de Saint Venant e, assim, produz resultados mais precisos. Essas equações representam a aplicação da equação da continuidade e da quantidade de movimento na rede, e a equação da continuidade dos volumes nos nós de conexão (U.S. EPA, 2010).

A Onda Dinâmica permite a representação do escoamento pressurizado quando um conduto fechado se encontra totalmente cheio, de modo que a vazão que escoa pelo mesmo pode exceder a capacidade da tubulação em seção plena determinada por Manning. Os alagamentos ocorrem quando a lâmina d’água nos nós excede a profundidade útil disponível neles. Esse excesso de vazão pode perder-se ou causar um acúmulo de água na superfície do nó, retornando ao sistema de drenagem posteriormente (U.S. EPA, 2010).

Este modelo permite a simulação dos efeitos de ressalto hidráulico e as perdas nas entradas e saídas dos poços de visita, remanso e escoamento pressurizado. Visto que o modelo calcula simultaneamente a lâmina d’água nos nós e as vazões nas redes, ele pode ser empregado em qualquer tipo de configuração de rede de drenagem, mesmo nos casos onde existam nós com múltiplos divisores de escoamento para jusante. É o método apropriado para a utilização em sistemas com ocorrência de efeitos de ressalto hidráulico, devido às restrições de escoamento para jusante e à presença de elementos de controle, tais como orifícios e vertedores. Em contrapartida, intervalos de tempo muito menores (um minuto ou menos) são necessários para a aplicação desse método. No decorrer da modelagem, o SWMM reduz automaticamente o intervalo de tempo de cálculo máximo especificado pelo usuário, caso seja necessário, para manter a estabilidade de cálculo da análise (U.S. EPA, 2010).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (EPA). Storm Water Management Model – User’s Manual. EPA/600/R-05/040. National Risk Management Research Laboratory. Office of Research and Development. Cincinnati, OH 45268, USA, 2010.

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