Tese de mestrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Os sistemas relacionados à gestão e manejo dos recursos hídricos são concebidos e operados em todo o mundo considerando, dentre outras, a hipótese da estacionariedade da precipitação. Sob a hipótese da não estacionariedade, o possível aumento na magnitude e frequência de eventos extremos pode reduzir o nível de proteção das obras hidráulicas e acarretar em prejuízos econômicos, sociais e ambientais significativos. Em metrópoles como São Paulo, onde as bacias hidrográficas sofreram grandes transformações, o aumento da vulnerabilidade da infraestrutura hídrica, como os sistemas de drenagem, pode representar um risco ainda maior. Inserido neste contexto, esta pesquisa possui o objetivo de verificar se a precipitação na cidade de São Paulo apresenta um comportamento não estacionário e quais seriam as suas implicações sobre estudos hidrológicos, projetos de engenharia e custo de obras. Os testes não paramétricos de Mann-Kendall e Mann-Whitney foram aplicados para a detecção de mudanças graduais e abruptas respectivamente. A distribuição generalizada de valores extremos foi ajustada para identificação e quantificação das mudanças na magnitude e frequência da precipitação. A partir dos registros de precipitação em seis postos pluviométricos localizados na cidade de São Paulo, o comportamento não estacionário foi identificado em três séries de precipitação total anual e em duas séries de precipitação máxima diária anual. Para um aumento na precipitação de 9,5% entre 1997 e 2012, o aumento do escoamento superficial é superior a 28% para os tempos de retorno entre 10 e 100 anos. Esta mudança na precipitação pode acarretar em um aumento dos custos das obras de sistemas de micro e macrodrenagem entre 6% e 11%. / Water resources systems are planned and managed under rainfall stationarity hypothesis. Under non-stationarity, possible extreme precipitation magnitude and frequency increase may reduce water structures risk protection and cause several significant economic, social and environmental damage. In metropolises such as São Paulo, water infrastructure vulnerability increase may represent an even important risk, especially of flooding. In this context, this paper aims to verify in the city of São Paulo, if rainfall time series follow a non-stationary behavior and what would be its implications of hydrologic studies, engineering projects and work costs. Mann-Kendall and Mann-Whitney non-parametric tests were performed to detect changes gradually and in moments respectively. GEV distribution was fitted to identify and quantify changes in rainfall magnitude and frequency. From six rainfall series recorded in rain gauges in São Paulo city, non-stationarity was identified in three series of annual total and two of annual maximum daily precipitation. For an observed increase of total precipitation of 9.5% between 1997 and 2012, runoff increases in more than 28% for return periods between 10 and 100 years. This change of rainfall may increase work cost of minor and major drainage systems between 6% to 11%.

Os sistemas relacionados à gestão e manejo dos recursos hídricos são concebidos e operados em todo o mundo considerando, dentre outras, a hipótese da estacionariedade da precipitação. Sob a hipótese da não estacionariedade, o possível aumento na magnitude e frequência de eventos extremos pode reduzir o nível de proteção das obras hidráulicas e acarretar em prejuízos econômicos, sociais e ambientais significativos. Em metrópoles como São Paulo, onde as bacias hidrográficas sofreram grandes transformações, o aumento da vulnerabilidade da infraestrutura hídrica, como os sistemas de drenagem, pode representar um risco ainda maior. Inserido neste contexto, esta pesquisa possui o objetivo de verificar se a precipitação na cidade de São Paulo apresenta um comportamento não estacionário e quais seriam as suas implicações sobre estudos hidrológicos, projetos de engenharia e custo de obras. Os testes não paramétricos de Mann-Kendall e Mann-Whitney foram aplicados para a detecção de mudanças graduais e abruptas respectivamente. A distribuição generalizada de valores extremos foi ajustada para identificação e quantificação das mudanças na magnitude e frequência da precipitação. A partir dos registros de precipitação em seis postos pluviométricos localizados na cidade de São Paulo, o comportamento não estacionário foi identificado em três séries de precipitação total anual e em duas séries de precipitação máxima diária anual. Para um aumento na precipitação de 9,5% entre 1997 e 2012, o aumento do escoamento superficial é superior a 28% para os tempos de retorno entre 10 e 100 anos. Esta mudança na precipitação pode acarretar em um aumento dos custos das obras de sistemas de micro e macrodrenagem entre 6% e 11%. / Water resources systems are planned and managed under rainfall stationarity hypothesis. Under non-stationarity, possible extreme precipitation magnitude and frequency increase may reduce water structures risk protection and cause several significant economic, social and environmental damage. In metropolises such as São Paulo, water infrastructure vulnerability increase may represent an even important risk, especially of flooding. In this context, this paper aims to verify in the city of São Paulo, if rainfall time series follow a non-stationary behavior and what would be its implications of hydrologic studies, engineering projects and work costs. Mann-Kendall and Mann-Whitney non-parametric tests were performed to detect changes gradually and in moments respectively. GEV distribution was fitted to identify and quantify changes in rainfall magnitude and frequency. From six rainfall series recorded in rain gauges in São Paulo city, non-stationarity was identified in three series of annual total and two of annual maximum daily precipitation. For an observed increase of total precipitation of 9.5% between 1997 and 2012, runoff increases in more than 28% for return periods between 10 and 100 years. This change of rainfall may increase work cost of minor and major drainage systems between 6% to 11%.

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No. of bitstreams: 1 ThiagoDeSouzaLouzada_DISSERT.pdf: 3393583 bytes, checksum: f028e15c08ddbf01395ac570bdc51d25 (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Considerando a situa??o ambiental atual das grandes cidades, bem como a impermeabiliza??o do solo, o que acaba por diminuir a capacidade de infiltra??o da ?gua, este trabalho apresenta o telhado verde como alternativa vi?vel e compensat?ria no controle do escoamento superficial urbano. Os telhados vivos, coberturas vegetadas ou ecotelhados como tamb?m s?o chamados, al?m de contribu?rem no controle do escoamento superficial urbano, proporcionam vantagens, como a diminui??o de ilhas de calor em centros urbanos, bom isolamento t?rmico em climas frios e quentes, melhora da qualidade do ar e outros. As coberturas verdes s?o relativamente populares na Europa, especialmente na Alemanha, pa?s onde h? uma ampla e crescente utiliza??o do sistema. Os geossint?ticos mostram-se importantes para o avan?o da t?cnica, podem ser utilizados com diferentes fun??es, como na impermeabiliza??o da base, na prote??o contra ra?zes, como filtro, na drenagem, no armazenamento de ?gua e na estabilidade do substrato. Como objetivo geral desta pesquisa, buscou-se a partir de modelos f?sicos experimentais e um simulador de chuvas, observar a capacidade de reten??o de ?gua para diferentes configura??es de telhados verdes. As varia??es foram no material geossint?tico utilizado como camada drenante e na inclina??o dos m?dulos. Aspectos construtivos e de funcionamento dos m?dulos tamb?m foram observados. Como resultados, comprovou-se que os telhados verdes mesmo que com 4 cm de altura de substrato, conseguem reter consider?vel quantidade de ?gua, que somado ao atraso no inicio do escoamento, os torna uma medida compensat?ria nos sistemas de drenagem urbana. A capacidade de reten??o, do m?dulo que teve uma geomanta como camada drenante ficou entre 47% quando inclinado e 65% quando plano. Essa reten??o foi obtida para intensidades de precipita??o de 44 mm/h e 42 mm/h respectivamente, para simula??es de 20 minutos. Para este mesmo m?dulo, o atraso no inicio de escoamento foi de 9 minutos quando inclinado e 15 minutos quando plano, comprovando que a inclina??o da cobertura verde influencia na capacidade de reten??o e no tempo de inicio de escoamento. O m?dulo em que apenas um geot?xtil separava o substrato da camada de impermeabiliza??o apresentou uma excelente capacidade de reten??o de ?gua, mas a capacidade de drenagem foi insuficiente, ou seja, a intensidade de precipita??o foi superior a vaz?o apresentada pelo sistema, levando-o a transbordar. No m?dulo com a geomanta como camada drenante o sistema funcionou perfeitamente, n?o apresentando transbordamento em nenhuma ocasi?o. Quanto ? utiliza??o dos geossint?ticos, eles possibilitaram a montagem dos m?dulos sem maiores problemas, de forma simples e r?pida, bastando apenas algumas horas para fixar os materiais e plantar a vegeta??o. / Considering the current environmental situation in large cities, as well as the soil sealing, which is responsible for reducing the soil infiltration capacity, this study presents the green roofing technique as a feasible and compensatory alternative in controlling urban runoff. Besides, the green roofs, also known as living roofs, vegetated roofs or ecoroofs, provide advantages such as reduction of heat islands in urban centers, good thermal insulation in hot and cold climates, improve the air quality and others. Green roofs are relatively popular in Europe, especially in Germany, where there is a wide and growing use of the system. Geosynthetic materials may play na importante role in technical improvements, since they can be used with different functions such as waterproofing the base, protection against roots, filter, drain, water storage and stability of the substrate. The main objective of this research was to register the water retention capacity of different configurations of green roofs through small scale green roof modules and a rain simulator. Different geosynthetics materials were used as drainage layer. In addition, plane and inclined conditions were tested. Construction and operational aspects of the modules were also observed. As a result, it was confirmed that green roofs, even with substrate height of 4 cm, can retain considerable amount of water, which added to the delay in the beginning of the flow. They can be used as a compensatory measure in urban drainage systems. The retention rate from the module that there was geomat as drainage layer was between 47% (inclined) and 65% (plane). Such water retention rate was obtained for precipitation intensities equal to 44 mm/h and 42 mm/h, respectively, subjected to 20-minute long rain simulation. This module presented a delay in the flow beginning equal to 9 minutes (inclined) and 15 minutes (plane). Thus, the slope of the green roof has shown a great influence in both the retention rate and the time necessary to start the flow of rainwater. The module in which only a geotextile nonwoven separates the substrate from the waterproofing layer presented excellent water retention capacity, yet a lower drainage capabiltiy. It means that the intensity of precipitation was higher than the flow rate supported by the system, causing overflowing. In the module with geomat as drainage layer, the system worked perfectly, showing no overflow at any occasion. Regarding the use of geosynthetics, it was possible to mount the modules without any problems, in a simple and quickly manner, requiring only a few hours to assemble the materials and vegetation.