Alocação de microrreservatórios de detenção em redes de drenagem urbana

Abstract

Resumo: A alocação de volumes tem um papel fundamental no gerenciamento de águas pluviais urbanas. Formas diversas de planejamento têm se tornado objeto de estudo. Contudo, a determinação dessa alocação é uma decisão complexa e multi-objetiva, que pode apresentar subjetividade e propagar erros. Neste contexto, o presente estudo buscou desenvolver um método capaz de determinar uma distribuição ótima de volumes em redes de drenagem, a partir de critérios determinados pelo tomador de decisão. Com base na interação entre um algoritmo de recozimento simulado e do modelo hidrológico SWMM, procurou-se estabelecer a alocação ótima dos microrreservatórios de detenção, adotando como função objetivo a minimização dos volumes dos microrreservatórios e dos volumes de inundação nas bacias atual e à jusante, para duas áreas de estudo A primeira, mais simples, para avaliação e análise de sensibilidade do algoritmo. A segunda área hipotética foi usada para análise hidráulica e dos parâmetros da função objetivo. Foram elaborados ainda três modelos. O modelo simplificado utilizou a área I para as análises realizadas sobre o algoritmo. O modelo 1 implementou a área II e a função objetivo para a determinação de um cenário ótimo sem considerar volumes de inundação à jusante. Por fim, o modelo 2 definiu um cenário ótimo de distribuição de volumes para a área II, considerando volumes de inundação à montante e à jusante. Os resultados apontaram para um bom funcionamento do algoritmo e uma boa resposta do modelo hidrológico às mudanças realizadas no algoritmo e na função objetivo. Foi possível notar a não hierarquização de reservatórios na rede de drenagem, o que aponta para soluções distribuídas. Por fim, o método se mostrou eficaz para a gestão dos volumes dos microrreservatórios e de inundação. Palavras-Chave: Drenagem urbana multi-objetiva. Alocação de microrreservatórios. Otimização. Recozimento simulado. Gestão de águas pluviais urbanas.

Abstract: Volume allocation plays a key role in urban storm water management. Distinct ways of planning have become objects of study. However, the determination of such allocation is a complex and multi-objective decision that can present ambiguity and propagate errors. In this context, the present study aims to develop a method capable of determining an optimal distribution of volumes in a drainage network, based on criteria determined by actors involved and decision makers. Built on the interaction between a simulated annealing algorithm and the SWMM hydrological model, it was attempted to establish the optimal allocation of the detention microreservoirs, adopting as objective function the minimization of reservoirs volumes and flood volumes in the current and downstream basins. The study was developed using two hypothetical areas as study areas. The first area was applied for an evaluation and a sensitivity analysis of the algorithm. The second area was enforced for hydraulic analysis and objective function parameters. Three models were conceived. The simplified model, that used area I to make a sensitivity analysis of the algorithm. The Model 1, which implemented the study area II and the objective function for determining an optimal scenario without considering downstream flood volumes. And the model 2, that defined the optimal volume distribution scenario for area II, considering upstream and downstream flood volumes. The results indicated to a proper functioning of the algorithm and a good response of the hydrological model to variations stablished in the algorithm and the objective function. It was possible to note the nonhierarchy of reservoirs in the drainage network, which signed to distributed solutions. Lastly, the method proved itself effective for microreservoirs and flood volume management. Keywords: Multiobjective urban drainage. Microreservoir Allocation. Optimization. Simulated Annealing. Stormwater Management.