O crescimento rápido e descontrolado da urbanização, principalmente nos países em desenvolvimento, vem provocando impactos significativos tanto no meio ambiente quanto para a própria população. A existência de áreas altamente impermeabilizadas traz como consequência o aumento do volume escoado superficialmente, causando aumento nas vazões máximas de até seis vezes a vazão de pré-urbanização. Surge, então, a necessidade de alternativas que solucionem ou reduzem os problemas relacionados ao aumento do volume escoado, não somente que os transfira para outro local. Neste sentido, pode-se aplicar as Melhores Práticas de Gestão (Best Management Practices – BMPs), medidas que servem no gerenciamento das águas pluviais em áreas urbanas, destacando-se os reservatórios de detenção. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método para avaliar a minimização do impacto hidrológico de uma bacia urbanizada para que ela se comporte de maneira hidrologicamente semelhante às condições de pré-urbanização, analisando os custos de implantação de bacias de detenção para evitar alagamentos à jusante. Para isso, fez-se uso de simulação hidrológica com modelo IPHS1 para determinação dos hidrogramas de saída dos afluentes da bacia estudada. O dimensionamento dos reservatórios foi realizado com a aplicação do método da curvaenvelope e a escolha dos melhores locais para implantação deu-se a partir da análise dos hidrogramas. Com isso, ajustaram-se funções do tipo Qp=f(V). Estas funções foram utilizadas no modelo de otimização não-linear, considerando-se diferentes restrições de custo. A área de estudo corresponde à bacia hidrográfica Mãe D’água, de 3,39 km², localizada na Vila Santa Isabel no município de Viamão/RS. Os resultados mostraram que a aplicação de uma técnica de otimização associada a um modelo hidrológico mostrou-se útil na avaliação dos custos de projetos de controle do escoamento pluvial (bacias de detenção) urbano para a bacia estudada, podendo servir como material de consulta para o Poder Público e Privado. Além disso, mesmo sem disponibilidade de dados hidrológicos observados e informações mais detalhadas acerca do processo de urbanização da área de estudo, é possível, através da aplicação da metodologia apresentada, desenvolver cenários para análise do aumento da zona urbana e quantificação do impacto hidrológico, para que assim o problema identificado seja minimizado. / The rapid and uncontrolled urbanization, especially in developing countries, has led to significant impacts on both the environment and people themselves. The existence of highly impermeable areas brings as consequence the increase in surface runoff volume, causing an increase in peak flows up to six times the pre-urbanization flow. This requires thus, the need of alternatives to solve or reduce the problems related to the increased volume disposed, and not only transferring it to another location. In this context, the Best Management Practices (BMPs) can be implemented, which are measures for managing storm water in urban areas as, for example, the detention reservoirs. Thus, this work aims to develop a method to evaluate the hydrological impact minimization of an urbanized basin, so that it can behave hydrologically similar to pre-urbanization conditions, analyzing deployment costs of detention basins to prevent flooding downstream. Hence, a hydrologic simulation model with IPHS1 has been used to determine the studied basin tributaries output hydrographs. The reservoirs sizing was evaluated with the application of the Envelope-Curve Method and the choice of the best localizations for their implantation was done by analyzing the hydrographs. Therefore, functions as Qp=f (V) were fitted. These functions were used in the nonlinear optimization model considering different costs constraints. The study area represents the Mãe D’água watershed, with 3,39 km², located at Vila Santa Isabel in Viamão/RS. The results showed that the application of an optimization technique associated with a hydrological model has proven to be useful in storm water runoff control projects costs evaluation (detention basins) for the urban study area and may serve as reference material for Government and Private institutions. Moreover, even without the availability of observed hydrological data and detailed information about the process of urbanization in the study area, it is possible, through the application of the presented methodology, to develop scenarios for analyzing the urban zone expansion and quantification of hydrological impact, in order to minimize the identified problem.

Este trabalho teve por objetivo principal estabelecer e comparar diferentes cenários de ocupação urbana e seus efeitos no ciclo hidrológico. Buscou-se avaliar os riscos de enchentes à jusante, causados pelo crescimento urbano e aumento das áreas de impermeabilização que ocorrerão com a implantação do novo campus da USP – São Carlos – SP e a conseqüente ocupação da bacia devido à especulação imobiliária. Dessa forma, a bacia do córrego do Alto Mineirinho foi dividida em sub-bacias, utilizando a abordagem de bacias embutidas. Foram estudados 4 cenários de ocupação urbana: cenário pré-urbanização (1972); cenário atual (2000), cenário 2025 com plano diretor (CPD) que inclui recuperação ambiental; e cenário 2025 sem plano diretor (SPD). Foram necessárias aerofotografias para demarcação do uso e ocupação do solo. Além disso, esse trabalho iniciou o monitoramento experimental de parâmetros hidrológicos e ambientais. Para avaliação e comparação dos diferentes cenários realizaram-se simulações hidrológicas com uso do modelo hidrológico IPH II. Com as análises hidrológicas foi possível verificar que a bacia, com apenas 18,6 % de urbanização (2000), apresenta qualidade hídrica inferior à recomendada para os corpos d’água classe 2 (CONAMA 357/05). Em relação às simulações hidrológicas, pôde-se observar que no cenário 2025 SPD, a vazão máxima cresceu 388,0 % quando comparada ao cenário 1972 e 319,4 % quando comparada ao cenário 2000. Entre os cenários 2025 CPD e 2025 SPD há diminuição de 22,3 % na vazão máxima e o aumento no tempo de pico é de 50 minutos. Porém, os riscos de enchente, analisados pelo método de curvas de permanência, mostraram-se que mesmo com aplicação de diretrizes do PD os riscos de inundações continuam altos, o que indica a necessidade de integrar medidas estruturais e medidas não-estruturais para amenizar os efeitos de enchentes à jusante / This work aims to establish and to compare different scenarios of urban occupation and its hydrologic effects. It evaluates downstream flood risks caused from upstream urban growth increased due to impervious areas and housing speculation surrounding the implantation of the new campus of University of Sao Paulo in Sao Carlos city, SP. The Mineirinho river basin was studied through nested sub-basin approach. Four scenarios of urban occupation have been depicted: pre-urbanization (year 1972), current situation (year 2000), prospective scenario with master plan (until year 2025; CPD), and expected situation without master plan (until year 2025; SPD). Aerial photos were used to help on the evolution of land occupation between past and current situation. The comparison of different scenarios was outlined with use of hydrologic model IPH II. Moreover, this work set the monitoring and record of hydrologic time series. Through experimental analyses it was verified that with 18,6 % of urban areas the water quality of sub-basins decreased significantly. Hydrologic modeling simulations showed that maximum streamflow discharges of scenario 2025 SPD would rise up to 388,0 % higher than scenario 1972 and 319,4 % higher than scenario 2000 respectively. Maximum stream discharges and peak timing of scenario with master plan of year 2025 (CPD) would have respectively a reduction of 22,3 % and a increase of 50 minutes in comparison to scenario without master plan of year 2025 (SPD). Permanency curves revealed with the application of master plan guidelines flood risks however continue high, thereby pointing the needs of integrate structural and non-structural measures to cope with floods downstream

O crescimento rápido e descontrolado da urbanização, principalmente nos países em desenvolvimento, vem provocando impactos significativos tanto no meio ambiente quanto para a própria população. A existência de áreas altamente impermeabilizadas traz como consequência o aumento do volume escoado superficialmente, causando aumento nas vazões máximas de até seis vezes a vazão de pré-urbanização. Surge, então, a necessidade de alternativas que solucionem ou reduzem os problemas relacionados ao aumento do volume escoado, não somente que os transfira para outro local. Neste sentido, pode-se aplicar as Melhores Práticas de Gestão (Best Management Practices – BMPs), medidas que servem no gerenciamento das águas pluviais em áreas urbanas, destacando-se os reservatórios de detenção. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método para avaliar a minimização do impacto hidrológico de uma bacia urbanizada para que ela se comporte de maneira hidrologicamente semelhante às condições de pré-urbanização, analisando os custos de implantação de bacias de detenção para evitar alagamentos à jusante. Para isso, fez-se uso de simulação hidrológica com modelo IPHS1 para determinação dos hidrogramas de saída dos afluentes da bacia estudada. O dimensionamento dos reservatórios foi realizado com a aplicação do método da curvaenvelope e a escolha dos melhores locais para implantação deu-se a partir da análise dos hidrogramas. Com isso, ajustaram-se funções do tipo Qp=f(V). Estas funções foram utilizadas no modelo de otimização não-linear, considerando-se diferentes restrições de custo. A área de estudo corresponde à bacia hidrográfica Mãe D’água, de 3,39 km², localizada na Vila Santa Isabel no município de Viamão/RS. Os resultados mostraram que a aplicação de uma técnica de otimização associada a um modelo hidrológico mostrou-se útil na avaliação dos custos de projetos de controle do escoamento pluvial (bacias de detenção) urbano para a bacia estudada, podendo servir como material de consulta para o Poder Público e Privado. Além disso, mesmo sem disponibilidade de dados hidrológicos observados e informações mais detalhadas acerca do processo de urbanização da área de estudo, é possível, através da aplicação da metodologia apresentada, desenvolver cenários para análise do aumento da zona urbana e quantificação do impacto hidrológico, para que assim o problema identificado seja minimizado. / The rapid and uncontrolled urbanization, especially in developing countries, has led to significant impacts on both the environment and people themselves. The existence of highly impermeable areas brings as consequence the increase in surface runoff volume, causing an increase in peak flows up to six times the pre-urbanization flow. This requires thus, the need of alternatives to solve or reduce the problems related to the increased volume disposed, and not only transferring it to another location. In this context, the Best Management Practices (BMPs) can be implemented, which are measures for managing storm water in urban areas as, for example, the detention reservoirs. Thus, this work aims to develop a method to evaluate the hydrological impact minimization of an urbanized basin, so that it can behave hydrologically similar to pre-urbanization conditions, analyzing deployment costs of detention basins to prevent flooding downstream. Hence, a hydrologic simulation model with IPHS1 has been used to determine the studied basin tributaries output hydrographs. The reservoirs sizing was evaluated with the application of the Envelope-Curve Method and the choice of the best localizations for their implantation was done by analyzing the hydrographs. Therefore, functions as Qp=f (V) were fitted. These functions were used in the nonlinear optimization model considering different costs constraints. The study area represents the Mãe D’água watershed, with 3,39 km², located at Vila Santa Isabel in Viamão/RS. The results showed that the application of an optimization technique associated with a hydrological model has proven to be useful in storm water runoff control projects costs evaluation (detention basins) for the urban study area and may serve as reference material for Government and Private institutions. Moreover, even without the availability of observed hydrological data and detailed information about the process of urbanization in the study area, it is possible, through the application of the presented methodology, to develop scenarios for analyzing the urban zone expansion and quantification of hydrological impact, in order to minimize the identified problem.

O crescimento rápido e descontrolado da urbanização, principalmente nos países em desenvolvimento, vem provocando impactos significativos tanto no meio ambiente quanto para a própria população. A existência de áreas altamente impermeabilizadas traz como consequência o aumento do volume escoado superficialmente, causando aumento nas vazões máximas de até seis vezes a vazão de pré-urbanização. Surge, então, a necessidade de alternativas que solucionem ou reduzem os problemas relacionados ao aumento do volume escoado, não somente que os transfira para outro local. Neste sentido, pode-se aplicar as Melhores Práticas de Gestão (Best Management Practices – BMPs), medidas que servem no gerenciamento das águas pluviais em áreas urbanas, destacando-se os reservatórios de detenção. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método para avaliar a minimização do impacto hidrológico de uma bacia urbanizada para que ela se comporte de maneira hidrologicamente semelhante às condições de pré-urbanização, analisando os custos de implantação de bacias de detenção para evitar alagamentos à jusante. Para isso, fez-se uso de simulação hidrológica com modelo IPHS1 para determinação dos hidrogramas de saída dos afluentes da bacia estudada. O dimensionamento dos reservatórios foi realizado com a aplicação do método da curvaenvelope e a escolha dos melhores locais para implantação deu-se a partir da análise dos hidrogramas. Com isso, ajustaram-se funções do tipo Qp=f(V). Estas funções foram utilizadas no modelo de otimização não-linear, considerando-se diferentes restrições de custo. A área de estudo corresponde à bacia hidrográfica Mãe D’água, de 3,39 km², localizada na Vila Santa Isabel no município de Viamão/RS. Os resultados mostraram que a aplicação de uma técnica de otimização associada a um modelo hidrológico mostrou-se útil na avaliação dos custos de projetos de controle do escoamento pluvial (bacias de detenção) urbano para a bacia estudada, podendo servir como material de consulta para o Poder Público e Privado. Além disso, mesmo sem disponibilidade de dados hidrológicos observados e informações mais detalhadas acerca do processo de urbanização da área de estudo, é possível, através da aplicação da metodologia apresentada, desenvolver cenários para análise do aumento da zona urbana e quantificação do impacto hidrológico, para que assim o problema identificado seja minimizado. / The rapid and uncontrolled urbanization, especially in developing countries, has led to significant impacts on both the environment and people themselves. The existence of highly impermeable areas brings as consequence the increase in surface runoff volume, causing an increase in peak flows up to six times the pre-urbanization flow. This requires thus, the need of alternatives to solve or reduce the problems related to the increased volume disposed, and not only transferring it to another location. In this context, the Best Management Practices (BMPs) can be implemented, which are measures for managing storm water in urban areas as, for example, the detention reservoirs. Thus, this work aims to develop a method to evaluate the hydrological impact minimization of an urbanized basin, so that it can behave hydrologically similar to pre-urbanization conditions, analyzing deployment costs of detention basins to prevent flooding downstream. Hence, a hydrologic simulation model with IPHS1 has been used to determine the studied basin tributaries output hydrographs. The reservoirs sizing was evaluated with the application of the Envelope-Curve Method and the choice of the best localizations for their implantation was done by analyzing the hydrographs. Therefore, functions as Qp=f (V) were fitted. These functions were used in the nonlinear optimization model considering different costs constraints. The study area represents the Mãe D’água watershed, with 3,39 km², located at Vila Santa Isabel in Viamão/RS. The results showed that the application of an optimization technique associated with a hydrological model has proven to be useful in storm water runoff control projects costs evaluation (detention basins) for the urban study area and may serve as reference material for Government and Private institutions. Moreover, even without the availability of observed hydrological data and detailed information about the process of urbanization in the study area, it is possible, through the application of the presented methodology, to develop scenarios for analyzing the urban zone expansion and quantification of hydrological impact, in order to minimize the identified problem.

A pesquisa objetiva a composição de cenários de planejamento para o Plano Diretor utilizando-se de medidas de recuperação ambiental através de uma bacia selecionada. São avaliadas simulações hidrológicas através: a) da implantação de: medidas de reúso de águas pluviais com microreservatórios instalados no lote, b) da arborização urbana, c) do reservatório de detenção, d) do coeficiente de permeabilidade, e outras medidas para micro e macro-drenagem. A metodologia utiliza uma base regional para espacializar através de bacias embutidas (MENDIONDO E TUCCI, 1997) a classificação de uso e ocupação do solo para os anos: 1962, 1972 e 1998. Os resultados oferecem diretrizes para novos empreendimentos, loteamentos urbanos e políticas públicas. A situação de passivo ambiental da bacia justifica o estudo em micro-bacias urbanas embutidas. As simulações envolvem cenários retrospectivos de 40 anos, atual e prospectivos de 15 anos com e sem Plano Diretor. Os critérios adotados resultam para o planejamento ambiental melhorias na carga de poluição hídrica e prevê a recuperação de suas funções hidrológicas e ambientais. Inclui-se uma análise de incertezas a partir dos diferentes estados de condições de umidade antecedente que afetam o valor de CN. A partir destes resultados, recomenda-se avaliar novos cenários de planejamento, instrumentação de monitoramento para bacias sem dados que visem o estudo aplicado do aproveitamento de águas pluviais no lote associado às incertezas das previsões hidrológicas dessas bacias sem dados, conforme o programa PUB - Predictions in Ungauged Basins (SIVAPALAN et al, 2003) / The research aims to compose planning scenarios for Master Plan using measures of environmental recovering to control of urban drainage at the scale of an ungauged basin selected. Hydrologic simulations are assessed by the implementation of several measures as: a) indirect impacts of rain water use system in the urban lot, b) urban arborization, c) detention reservoir, d) permeability coefficient and complementary measures at micro and macro drainage. The methodology uses regionally-based nested basins (MENDIONDO e TUCCI, 1997) with a classification of land-use in years: 1962, 1972 and 1998. Results will offer directive to new urban achievements and water policies. Environmental passive situations (diagnosis) at the basin scale justify experimental studies in nested urban micro-basins. The simulations involve retrospective scenarios through 40 years, present state (1998) and prospective scenarios of 15 years with and without master plan. Criteria adopted result in best management practices (BMP’s) in water pollution and foresee recovery of hydrologic environmental functions. Analysis of uncertainties of hydrologic estimations to different antecedent moisture conditions through the CN parameter is also presented and discussed. From these results it is recommended to assess new planning scenarios that aim experimental study, thereby looking forward to proposing new concepts of rain water use, i.e. by using micro reservoir at domiciliary lot. These scenarios are to be depicted into the hydrologic uncertainties at basins without data especially addressing the PUB program - Predictions in Ungauged Basins (SIVAPALAN et al, 2003)

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