O crescimento da população e dos núcleos urbanos durante o século XX, sobretudo nos países em desenvolvimento, contribuiu para o aumento das áreas impermeáveis das bacias hidrográficas, com impactos importantes nos sistemas de drenagem urbana e na ocorrência de enchentes associadas. As enchentes trazem prejuízos materiais, na saúde e sociais. Recentemente, têm sido propostas práticas conservacionistas e medidas compensatórias, que buscam contribuir para o controle das enchentes urbanas, através do retardo do pico e amortecimento dos hidrogramas. Modelos matemáticos hidrológicos-hidráulicos permitem a simulação da adoção destas medidas de controle, demonstrando e otimizando sua localização. Esta dissertação apresenta os resultados da aplicação do modelo hidrológico Storm Water Management Model (SWMM) à bacia hidrográfica de estudo e representativa do rio Morto localizada em área peri-urbana em Jacarepaguá na cidade do Rio de Janeiro, com área de 9,41 km. O processamento do modelo SWMM foi realizado com o apoio da interface Storm and Sanitary Analysis (SSA), integrada ao sistema AutoCAD Civil 3D. Além da verificação da adequabilidade do modelo à representação dos sistemas hidrológico e hidráulico na bacia, foram desenvolvidos estudos para dois cenários como medidas de controle de enchentes: cenário 1, envolvendo implantação de um reservatório de detenção e, cenário 2, considerando a implantação de reservatórios de águas pluviais nos lotes. Os hidrogramas resultantes foram comparados ao hidrograma resultante da simulação nas condições atuais. Além disso, foram avaliados os custos associados a cada um dos cenários usando o sistema de orçamento da Empresa Rio Águas da PCRJ. Nas simulações foram adotadas a base cartográfica, e os dados climatológicos e hidrológicos previamente observados no contexto do projeto HIDROCIDADES, Rede de Pesquisa BRUM/FINEP, na qual este estudo se insere. Foram representados os processos de geração e propagação do escoamento superficial e de base. Durante o processo de calibração, realizou-se a análise de sensibilidade dos parâmetros, resultando como parâmetros mais sensíveis os relativos às áreas impermeáveis, especialmente o percentual de área impermeável da bacia (Ai). A calibração foi realizada através do ajuste manual de sete parâmetros do escoamento superficial e cinco do escoamento de base para três eventos. Foram obtidos coeficientes de determinação entre 0,52 e 0,64, e a diferença entre os volumes escoados e observados entre 0,60% e 4,96%. Para a validação do modelo foi adotado um evento pluviométrico excepcional observado na cidade em abril de 2010, que à época causou enchentes e grandes transtornos na cidade. Neste caso, o coeficiente de determinação foi igual a 0,78 e a diferença entre volumes foi de 15%. As principais distorções entre hidrogramas observados e simulados foram verificados para as vazões máximas. Em ambos os cenários as enchentes foram controladas. A partir destes estudos, pôde-se concluir que o melhor custo-benefício foi o cenário 2. Para este cenário, foi observado maiores amortecimento e retardo da vazão de pico do hidrograma, igual a 21,51% da vazão simulada para as condições atuais da bacia. Os custos de implantação orçados para os reservatórios de lote ficaram 52% a menos do que o do reservatório de detenção. / Population and urban occupation growth during 20th century, mainly in underdeveloped countries, contributed for increasing impermeable surfaces in drainage basins, leading to important impacts on urban drainage systems and associated floods. Floods cause material losses, healthy and social problems, apart of great disruptions in large citys mobility. Recently, a number of, non-conventional, conservative practices and compensatory measurements have been proposed seeking urban flood control, by lengthening hydrographs time lag and promoting shallow rising limb. Hydrologic-hydraulic mathematical models allow the simulation of these flood control measurements, demonstrating and optimizing their location, maximizing the benefits of their application. This dissertation presents the results of the application of the Storm Water Management Model (SWMM) to the representative and under study catchment of Morto River, with 9,41 km2 of area, located in a peri urban area, in Jacarepaguá, city of Rio de Janeiro, Brazil. Storm and Sanitary Analysis (SSA) tool integrated to AutoCAD Civil 3D System supported the model processing. Apart of verifying the representativeness of the hydrologic-hydraulic modelling system to the physical processes in the Morto river catchment, two different scenarios were studied as means of flood control: scenario 1, involving the simulation of one retention reservoir and, scenario 2, involving the use of multiple distributed rainwater reservoirs in the lots. The resulting hydrographs were compared to the one for catchments actual conditions. Additionally, the associated costs for each scenario were evaluated applying the official budget system of Rio Águas of Rio de Janeiro Council. It was applied the cartographic data base, climatological and hydrological data obtained in the HIDROCIDADES Project, FINEP BRUM Research Network, under which this work has been developed. The processes of generation and propagation of runoff and baseflow were modelled. During the calibration process, was performed a sensitivity analysis of the parameters, resulting as the most sensitive parameters those related to impervious areas, especially the percentage of impervious area in the basin (Ai). Manually calibration was performed, seven parameters for runoff simulation and five for baseflow were adjusted, for three events, presenting values for the coefficient of determination between 0.52 and 0.64. The difference between simulated and observed volumes varied from 0.60% to 4.96 %. Model validation was performed for an exceptional rainfall event in April 2010, which caused floods in many places in the city. In this case, the coefficient of determination was equal to 0.78 and difference in runoff volumes equal to 15 %, being identified that the main differences are in peak flows discharges. In both scenarios floods were totally controlled. It was concluded that the best cost-benefit was for scenario 2. For this scenario it was observed the best result, considering both reduction on hydrographs peak flow discharge and increasing on time to peak. Peak flow discharge was reduced by 21,51% when compared to the simulated hydrograph for catchments current stage. It was found a much lower cost for scenario 2, the budget was 52% less than the budget for scenario 1.

Precipitation is considered one of the most important variables in the water cycle constantly being used for the validation of numerical models of weather and climate forecasting, water balance, radiation, among others. Understanding the spatial variability of rainfall in a given region is essential, since its interannual and seasonal pattern is crucial for agriculture and for many sectors of the economy. In this context, the reliability of estimates of rainfall becomes paramount. Brazil, with its continental dimensions, has big problems concerning the distribution of weather stations, the network of stations does not cover the whole territory satisfactorily, thus, estimated errors can significantly influence the analysis of runoff, the water deficit and the energy balance. Thus, hydrologists around the world have developed alternative techniques for obtaining the precipitation values; among these techniques, satellite photos can be highlighted. This study assessed the feasibility of applying estimated rainfall data from remote sensing by TRMM satellite in hydrologic simulation in the Japaratuba river basin, it was also analyzed the direct correlation between the precipitation values obtained through the TRMM and the values measured at the stations. The results indicate that in accumulated time scales, as ten days or monthly, estimates are better accurate than in daily scale. The rainfall-runoff simulation values obtained were 0.7 for Nash-Sutcliffe coefficient and 0.84 for Pearson Correlation, both in a monthly scale. The application in hydrological modeling should be preceded by an evaluation of data quality comparing with the pluviometric stations of the study area. / A precipitação é considerada uma das variáveis mais importantes no ciclo hidrológico, sendo constantemente empregada para a validação de modelos numéricos de previsão de tempo e clima, balanço hídrico, radiação, entre outros. A compreensão da variabilidade espacial da precipitação em determinada região é essencial, uma vez que seu padrão interanual e sazonal é crucial para a agricultura e para diversos setores da economia. Neste contexto, a confiabilidade das estimativas de precipitação torna-se de suma importância. O Brasil, com sua dimensão continental, apresenta grandes problemas com a distribuição das estações meteorológicas, onde a rede de estações não abrange todo o território de forma satisfatória, desta forma, os erros de estimativa podem influenciar significativamente na análise do escoamento superficial, do déficit hídrico e do balanço de energia. Assim, os hidrólogos do mundo inteiro têm desenvolvido técnicas alternativas para a obtenção dos valores de precipitação, dentre essas técnicas pode-se destacar as imagens por satélite. Este estudo avaliou a viabilidade de aplicação de dados de precipitação estimados via sensoriamento remoto por meio do satélite TRMM em simulação hidrológica na bacia do rio Japaratuba, tambem foram analisadas a correlação direta dos valores de precipitação obtidos atraves do TRMM com os valores medidos nas estações. Os resultados indicaram que em escalas temporais acumuladas, como dez dias e mensal as estimativas são melhores que em escala diária, na simulação chuva-vazão foram obtidos valores de 0,7 de coeficiente de Nash-Sutcliffe e 0,84 para Correlação de Pearson em escala mensal. A aplicação em modelagem hidrológica deve ser precedida de uma avaliação da qualidade dos dados frente a postos pluviométricos da região de estudo.

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)

The rapid urban growth in many Brazilian cities in the twentieth century occurred without the proper planning and infrastructure. In these cities, floods cause great material and human losses every year. Therefore, the authorities and community must propose and implement flood control measures after detailed studies of the characteristics of the watershed . Thus, hydrological simulations of the stream Jataí watershed located in Uberlândia/MG, was performed using the software ABC - Complex Watershed Analysis, from the University of São Paulo considering the return period of 100 years for the project rain. This watershed has an area of 15.99 km² and was discretized by sub-basins considering the land use and occupation at the current urbanization and critical scenario (fully urbanized and occupied basin). The damping reservoir existent in the study area were considered in the simulations and it was proposed the implementation of a parallel damping reservoir near to the watershed output. The sub-basins 02 and 08 simulated alone at the critical scenario provided the highest maximum flow rates of 193.17 and 162.78 m³/s respectively. Furthermore, the damping reservoirs 02 and 05 showed the largest decreases of input hydrogram peak flow with maximum reductions of 86.3 and 76.6% respectively at the current urbanization scenario. The implementation of the proposed parallel damping reservoir allowed the reduction of peak flows at the basin outlet of 26.8% from 211.65 to 154.87 m³/s in the current scenario and 22.3% reduction from 262.28 to 203, 86 m³/s at the critical urbanization scenario. Based on these results, it is possible to conclude that the damping reservoirs are very important to control runoff and it is necessary and urgent to implement new flood control measures in the Jataí stream watershed to reduce the inconvenience caused by heavy intensity rains. / O rápido crescimento urbano de muitas cidades brasileiras no século XX ocorreu sem o planejamento e infraestrutura adequados. Nessas cidades, as enchentes causam grandes prejuízos materiais e humanos todos os anos. Diante disso, é dever das autoridades e comunidade propor e implementar medidas de controle de enchentes após estudos detalhados das características da bacia hidrográfica. Neste sentido, foram realizadas simulações hidrológicas da microbacia hidrográfica do córrego Jataí, em Uberlândia/MG, com a utilização do software ABC Análise de Bacias Complexas da Universidade de São Paulo, considerando o período de retorno de 100 anos para a chuva de projeto. Esta microbacia possui área de 15,99 km² e foi discretizada por sub-bacias considerando o uso e ocupação do solo nos cenários de urbanização atual e crítico (bacia plenamente urbanizada e ocupada). Nas simulações foram considerados os reservatórios de amortecimento existentes na área de estudo, além de se propor a implantação de um reservatório de amortecimento paralelo próximo ao exutório da microbacia. As sub-bacias 02 e 08 simuladas isoladamente no cenário crítico forneceram as maiores vazões máximas de 193,17 e 162,78 m³/s respectivamente. Além disso, os reservatórios de amortecimento 02 e 05 apresentaram as maiores reduções das vazões de pico do hidrograma de entrada com reduções máximas de 86,3 e 76,6% no cenário atual respectivamente. A proposta de implantação do reservatório de amortecimento paralelo permitiu a redução das vazões de pico no exutório em 26,8% de 211,65 para 154,87 m³/s no cenário atual e em 22,3% de 262,28 para 203,86 m³/s no cenário crítico. Diante dos resultados obtidos, conclui-se que os reservatórios de amortecimento têm função importante no controle do escoamento superficial, sendo necessária e urgente a implantação de novas medidas de controle de enchentes na microbacia do córrego Jataí para reduzir os transtornos causados por chuvas intensas. / Mestre em Engenharia Civil