Este trabalho apresenta uma nova proposta metodológica de previsão de enchentes: o Modelo de Alerta Hidrológico com Base Participativa (MAHP). O MAHP consiste em um modelo de previsão de enchentes em bacias urbanas que integra Informações Geográficas Voluntárias (VGI) e redes de sensores sem fio (WSN). A principal contribuição deste modelo é o uso de dados de fontes heterogêneas (sensores aliados a dados fornecidos por voluntários) com o objetivo de reduzir a incerteza na previsão de enchentes. O modelo MAHP foi dividido em módulos, cada um deles é responsável por uma atividade no processo de previsão de enchentes. Embora o modelo possua diversos módulos auxiliares, pode-se resumir o modelo MAHP em três módulos principais: aquisição de dados; previsão de precipitações e, por fim, o módulo responsável pela previsão das enchentes. Para o módulo de aquisição de dados foram desenvolvidas metodologias para uso de dados voluntários de nível da água e sensores medidores de nível foram instalados para a composição da rede de sensores sem fio em pontos estratégicos nos canais fluviais da cidade. No módulo de previsão da precipitação do modelo MAHP foram desenvolvidos dois softwares de previsão, sendo um modelo de previsão da precipitação conceitual e um empírico. Para o funcionamento do módulo responsável pela previsão das enchentes foi feita a modelagem da bacia urbana de São Carlos no modelo SWMM (Storm Water Management Model). As simulações chuva-vazão realizadas com a bacia modelada apresentaram ajustes satisfatórios quando comparadas com eventos de enchente reais. Como o uso de informações voluntárias na previsão de enchentes é um conceito bastante novo, outra importante contribuição do trabalho foi propor parâmetros espaço-temporais que influenciam na qualidade da previsão ocasionada pelo uso de dados VGI. Existem vários cenários e combinações de uso de informações voluntárias que podem influenciar na previsão de enchentes. Neste trabalho foi considerada apenas uma destas combinações. Devido à ausência de dados VGI reais em eventos de enchente recentes foram utilizados dados de nível medidos por sensores para simular dados voluntários. Foram levantadas diversas hipóteses para que a inserção de dados voluntários no modelo MAHP tenham maior influência na redução da incerteza na previsão de enchentes. / This work presents a new approach forflood forecasting: Hydrological Alert Model with Participatory Base (HAMPB). The HAMPB consists of a flood forecasting model applied to urban basins integrating Volunteered Geographic Information (VGI) and Wireless Sensor Networks (WSN). The main contribution of this model is the use of heterogeneous data sources (convencional sensors and volunteered data) aiming to reduce the uncertainty in the flood forecasting. The HAMPB model was divided in modules, which are responsible for the forecasting process activities. Although the model has multiple auxiliary modules, we can summarize the HAMPB model in three modules: data acquisition; rainfall forecasting and, finally, the module responsible for flood forecasting. Telemetric water level sensors were installed at strategic points in river channels of the city to create the WSN. In order to use the volunteered information, a methodology was proposed tdevelop the acquisition module. The rainfall forecasting module consists of two forecasting models: an empirical model and a conceptual model. The conceptual prediction model presented closest predictions of observed rainfall compared to the forecast of the empirical model. In order to apply the flood forecasting methodology, we modelled the urban basin of São Carlos using SWMM model. The rainfall-runoff simulations performed with the basin model showed satisfactory adjustments compared with actual flood events. Since the use of voluntary information on flood forecasting is a fairly new concept, another important contribution of this work was the proposition of spatiotemporal parameters that influence on the forecast caused by the use of VGI data. There are many scenarios and combinations which using volunteered information can be helpful in the flood forecasting. In this work we consider only one combination. Due to absence of real volunteered data, we use sensor data to simulate VGI data. Several hypotheses have been raised to the inclusion of volunteers in HAMPB data model to produce more relevant results than using traditional methods of forecasting.

Um calibrador automático multiobjetivo para o Storm Water Management Model (SWMM) foi desenvolvido utilizando o método de otimização multiobjetivo Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA II) com elistismo controlado (Deb & Goel, 2001). O programa utiliza o código fonte do SWMM na etapa de avaliação das soluções, para determinar o valor das vazões simuladas, utilizado no cálculo das funções objetivo (FOs). Os testes do calibrador foram aplicados a dois sistemas diferentes, sendo o primeiro uma bacia exemplo hipotética disponibilizada no pacote de instalação do SWMM e o segundo a bacia do córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Foi realizada a análise de sensibilidade para os dois sistemas, visando determinar os parâmetros a serem calibrados. De modo geral, a porcentagem de áreas impermeáveis e os parâmetros de rugosidade e de infiltração apresentaram maior influência sobre a resposta do sistema em termos de vazão de pico e volume total escoado das bacias. O programa desenvolvido se mostrou eficiente para ambos os sistemas calibrados, com coeficientes de eficiência de Nash & Sutcliffe (1970) médios de 0,99 para a bacia exemplo e 0,87 para a bacia do córrego do Gregório, respectivamente, com um número reduzido de iterações. Construído o calibrador, testes foram realizados para identificar a melhor combinação de FOs e a abordagem multievento mais eficiente. Para tanto, foram testadas 55 diferentes combinações de FOs duas a duas. Os resultados evidenciaram que a melhor combinação testada foi a F2-F6, e a abordagem multievento mais eficiente foi a avaliação da médias das FOs, considerando todos os eventos utilizados na etapa de calibração. Cabe ressaltar que estas conclusões se aplicam somente ao sistema considerado neste estudo. Por fim, a validação comprovou a eficiência do calibrador, aplicada a 10 eventos distintos registrados na bacia do córrego do Gregório, com coeficiente de eficiência médio de 0,84. / An automatic multiobjective calibrator for the Storm Water Management Model (SWMM) was developed using the Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA II) method with controlled elitism (Deb & Goel, 2001). The software uses the SWMM source code for evaluating the solutions, to determine the simulated flow values, used in the objective functions (OFs) calculation. The calibrator tests were applied on two different systems, a hypothetical example basin provided jointly to the SWMM installation package, and the basin of Gregório stream, located in São Carlos (SP). The sensitivity analysis was performed for both systems to determine the parameters to be calibrated. Generally, the percent of imperviousness, the roughness and infiltration parameters variations resulted in large modifications on the system response in terms of peak flow and total runoff volume. The developed software proved to be efficient for both calibrated systems, presenting an average of the Nash & Sutcliffe (1970) efficiency coeficient of 0.99 and 0.87 for the example basin and the Gregório stream basin, respectively, with a few number of iterations. After the calibrator built, tests were conducted aiming to identify the best OFs combination and the more efficient multievent approach. Thus, 55 different combinations in pairs of OFs were tested. The results showed that the best combination tested was the F2-F6 and most efficient multievent approach was the evaluation of the OFs means, considering all the calibration events. It is worth noting that these conclusions apply only to the system considered in this study. Finally, the validation confirmed the calibrator efficiency, applied to 10 different events recorded in the Gregório stream basin, presenting an average of the efficiency coeficient of 0.84.

Nos últimos anos os modelos hidrológicos distribuídos vêm ganhando espaço por permitirem que a variabilidade espacial das características das bacias hidrográficas seja incorporada no processo de transformação chuva-vazão. Porém, devido a essa capacidade, os modelos distribuídos tendem a ser matematicamente complexos, impondo que muitos parâmetros sejam medidos ou estimados. Apesar de a literatura apresentar diversos trabalhos que tentem verificar o nível de detalhamento mais adequado à representação dos diversos sistemas, as conclusões são contraditórias, mostrando que há necessidade de estudos mais aprofundados. O presente trabalho propõe e avalia diferentes níveis de detalhamento na representação da bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, na cidade de São Carlos, SP, submetida aos processos hidrológicos intervenientes na transformação chuva-vazão, empregando o modelo hidrológico Storm Water Management Model - SWMM. A calibração dos eventos, necessária a adequação dos parâmetros do modelo, utilizou como ferramenta os algoritmos genéticos, produzindo resultados satisfatórios, com coeficientes de eficiência de Nash e Sutfliffe (1970) entre 0,74 e 0,87, variáveis de evento para evento. De uma forma geral, os resultados obtidos com a análise dos diferentes níveis de detalhe evidenciaram a importância da consideração da micro-drenagem na representação dos sistemas. Para os eventos mais freqüentes submetidos à análise quanto maior o detalhe imposto na representação da bacia, maior a velocidade de escoamento resultante da baixa rugosidade das galerias pluviais, e, portanto, maiores vazões de pico foram encontradas. Os resultados ressaltaram também a influência das áreas impermeáveis sobre os hidrogramas, ratificando a importância da determinação criteriosa desse parâmetro. / For the last years, the distributed hydrological models have been recognized by allowing the incorporation of the spatial variability of catchment characteristics for rainfall-runoff simulation. However, due to this ability, the distributed models tend to be mathematically complex and to require many parameters to be measured or estimated. Although the literature presents several works that attempt to ascertain the level of discretization more appropriate to represent the various systems, the results are contradictory, showing the need for further studies. This work proposes and evaluates different levels of representation of the watershed of the Gregory Creek in the city of São Carlos, SP, under rainfall-runoff simulation, by applying the hydrologic model Storm Water Management Model - SWMM. The calibration of the events, needed to adequacy the model parameters, used as tool the genetic algorithm, producing satisfactory results, with values of Nash and Sutcliffe (1970) efficiency coefficients ranging between 0,74 and 0,87, varying from event to event . In general, the results showed the importance of considering the micro-drainage in the systems representation. For more frequent events, by increasing the level of catchment representation, the velocity of flow became greater, resulted from the low roughness of the conduits, and, therefore, higher peak flows rates were found. The results also emphasized the influence of the impervious areas on the hydrographs, confirming the great importance of careful determination of this parameter.

Os eventos hidrológicos se tornaram recorrentes nos últimos anos no Brasil. Diversos elementos contribuem para o aumento da frequência destes eventos nas áreas urbanas, entre eles se destaca o uso e ocupação do solo inadequados, que tornam as cidades brasileiras cada vez mais vulneráveis, acarretando prejuízos a população, chegando a vítimas fatais em alguns casos. A gestão de risco relacionada aos desastres naturais muita das vezes se restringe ao uso do monitoramento da chuva como elemento deflagrador da emissão de um alerta de risco e deixa de considerar o sistema de drenagem implementado no município como um elemento que fomenta tais eventos. Com intuito de auxiliar na tomada de decisão dos gestores, este trabalho avaliou a estimativa de precipitação do produto Merge (Cptec/INPE) e o comparou com as estações do INMET em quatorze municípios brasileiros contidos na área de estudo proposta. Além disso, também desenvolveu a ferramenta Monte Carlo que estima valores de precipitação, em função de dados de precipitação do produto Merge em conjunto com fatores condicionantes para as áreas Alfa e Beta do estudo, finalizando com a geração de um arquivo para simulação hidráulica no software livre SWMM. As análises dos resultados obtidos foram avaliadas utilizando o Erro médio (EM) e a Raiz do erro médio quadrático (REMQ) para o período de 21 novembro a 1º de dezembro de 2017. Os resultados observados apontaram para variações entre o produto Merge e as estações do INMET que podem ter sido ocasionados pela diferença espacial e temporal da varredura do satélite em relação ao acumulado do pluviômetro. A área Beta apresentou melhores resultados do que a área Alfa, sendo este fato explicado pela proximidade com a estação Uberaba (A5568) e pela amostra de valores estimados de precipitação serem mais representativos para o evento estudado do que para a área Alfa para o evento estudado. Em relação a simulação hidráulica realizada na bacia hidrográfica do córrego das Lages, os resultados obtidos apresentaram uma correlação melhor para a precipitação estimados pela área Beta, com destaque para os nós localizados no córrego das Bicas e no córrego das Lages na região próxima a junção destes dois afluentes que atingiram a cota de transbordamento de referência do estudo. Portanto, a ferramenta computacional Monte Carlo, associada ao software SWMM mostrou-se satisfatória e possível de ser utilizada para auxiliar os gestores da tomada de decisão de envio de alertas para áreas de risco hidrológico. / Hydrological events have become recurrent in recent years in Brazil. Several elements contribute to increasing the frequency of these events in urban areas, including inadequate land use and occupation, which render Brazilian cities increasingly vulnerable, resulting in losses to the population, leading to some cases of fatalities. Risk management related to natural disasters often restrict itself to the use of atmospheric monitoring as a triggering element for the issuance of a risk alert and fails to consider the drainage system implemented in the municipality as an element that encourages such events. In order to assist managers in decision making, this work evaluated the precipitation estimation of the Merge product (Cptec / INPE) and compared it with the INMET stations in fourteen Brazilian municipalities within the proposed study area. In addition, it also developed the Monte Carlo tool that estimates precipitation values as a function of precipitation data of the Merge product together with conditioning factors for the Alpha and Beta areas of the study, ending with the generation of a file for hydraulic simulation in the software free SWMM. The analysis of the obtained results was evaluated using the Mean Error (EM) and Root Mean Square Error (REMQ) for the period from November 21 to December 1, 2017. The observed results pointed to variations between the Merge product and the seasons of the INMET that may have been caused by the different spatial and temporal of the satellite scan in relation to the accumulated rain gauge. A Beta area has a result that is an Alpha area, a fact explained by the proximity to Uberaba station (A5568) and by the sample of estimated values of the more representative attraction for the studied event than for an Alpha area for the event studied. In relation to the hydraulic simulation performed in the Lages stream water catchment area, the results obtained presented a better the correlation for the precipitation estimated by the Beta area, especially the nodes located in the Bicas stream and in the Lages stream in the region near the junction of these two tributaries that reached the reference overflow the quota of the study. Therefore, the Monte Carlo computational tool, associated to the SWMM software, was satisfactory and possible to be used to help decision-makers to send alerts to hydrological risk areas.

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem. / This project refers to the development of an automatic multi-objective calibrator for the SWMM (Storm Water Management Model), and the evaluation of some uncertainties sources inherent to the calibration process, aiming to a satisfactory rainfall-runoff transformation representation. The code was written in C language, and applies the concepts of the multi-objective optimization method NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) with controlled elitism, using the source code of SWMM to calculate the simulated flow. In addition, a visual interface was also created to improve the calibrators usability. The calibrator tests were applied to three different systems: a hypothetical system available in the SWMM installation package; a real system of small dimensions, called La Terraza, located in the city of Sierra Vista, Arizona (USA); and a large dimensions system, the watershed of Gregório Stream, located in São Carlos (SP). The results indicate that the calibrator built presents, in general, satisfactory efficiency, although it is very dependent on the observed data quality and the input parameters selected by the user. The importance of the events chosen for calibration, the settlement of appropriate limits on the decision variables values, the objective functions choice, and especially the quality and representativeness of the rainfall and runoff monitoring data were demonstrated. We conclude that these performed tests contribute to the thorough understanding of the processes involved in modeling and calibration, enabling advances in the modeling results reliability.

O estado da drenagem urbana relaciona-se com o tipo e frequência de cheias, o aumento da poluição difusa e a degradação da qualidade da água. Como parte dos projetos FINEP/MAPLU \"Manejo de águas pluviais em meio urbano\" e FAPESP-IAV \"Assessment of impacts and vulnerability to climate change in Brazil and strategies for adaptation options\", o presente estudo teve por objetivo a análise experimental e a modelagem quali-quantitativa da poluição difusa da drenagem urbana com base ecohidrológica. O estudo foi realizado na área urbana da cidade de São Carlos, em 5 sub-bacias com áreas de drenagem entre 3,4 e 75,6 km², com grau de urbanização entre 0 e 100% e com potencial de escoamento (CN) de 58 a 95. Foram escolhidos 14 pontos para o levantamento de dados experimentais. Avaliando a continuidade dos rios, pode-se observar o impacto da urbanização na redução da qualidade no sentido da nascente à foz, com influência de esgoto. Os intervalos das variáveis de qualidade foram de: 235 a 35.000 kg/km²/ano para DQO; 0 a 7300 kg/km²/ano para DBO; 0 a 1378 kg/km²/ano para N-amoniacal; 0 a 133 kg/km²/ano para Fósforo Total e 7,8 x \'10 POT.4\' a 1,3 x \'10 POT.7\' NMP/km²/ano para coliformes fecais. Os maiores valores para as cargas específicas de DBO, DQO, N-amoniacal, Fósforo Total e Coliformes Fecais foram observados na saída das duas bacias com maior grau de urbanização. Dois indicadores ecohidrológicos foram aqui estudados: o indicador de continuidade X1 relaciona o número de afluentes laterais por unidade de comprimento do rio principal (nº/km), e X18, relacionado à vulnerabilidade, é obtido pelo produto entre velocidade e profundidade da água (m²/s). Em geral, X1 apresentou comportamento variado em cada sub-bacia, enquanto X18 mostrou elevação contínua no sentido de montante a jusante. A modelagem matemática foi realizada com o modelo SWMM no qual foram simulados cenários de macrodrenagem com base em mudanças no uso e ocupação do solo adaptados do Millenium Ecosystem Assessment. Para chuva de projeto com TR = 10 anos foram simulados cenários conforme o macrozoneamento, variando valores de CN, declividade e coeficiente de rugosidade n-Manning. Com horizontes futuros de uso e ocupação para os anos 2025, 2050, 2075 e 2100, os cenários de políticas reativas (\"GO\" e \"OS\") apresentaram vazão máxima específica e carga máxima de poluição específica superiores aos verificados nos cenários pró-ativos (\"AM\" e \"TG\"). Os resultados indicaram que a variabilidade quali-quantitativa da drenagem urbana é afetada não somente por aspectos antropogênicos, como lançamento de esgotos e falta de planejamento, como também por critérios ecohidrológicos mais complexos que sugerem aumentar expressivamente o monitoramento e simulações quali-quantitativas da poluição difusa urbana. / Urban drainage is influenced by the frequency of floods, the increase of diffuse pollution and the degradation of water quality. As a component of research projects FINEP/MAPLU \"Urban water management\" and FAPESP-IAV \"Assessment of impacts and vulnerability to climate change in Brazil and strategies for adaptation options\", this study aimed to do experimental analyses and quali-quantitative modeling of diffuse pollution of urban drainage based on ecohydrology. The study was developed at the urban area of São Carlos, in 5 sub-basins with drainage area between 3,4 and 75,6 km². The urbanization varies between 0 and 100% and the runoff potential (CN) between 58 to 95. Evaluating the continuity of the river, we can notice the impact of urbanization in decreasing water quality from upstream to downstream. Experimental analyses were made in 14 points and the quality variables oscillated between 235 - 35.000 kg/km²/yr to COD; 0 - 7300 kg/km²/yr to BOD; 0 - 1378 kg/km²/yr to N-NH3; 0 - 133 kg/km²/yr to total phosphorus and 7,8 x \'10 POT.4\' - 1,3 x \'10 POT.7\' MPN/km²/yr to fecal coliform. The highest values of specific charge for COD, N-NH3 and phosphorus were observed at sub-basins with high degree of urbanization. Two ecohydrological indicators were estimated. The continuity indicator X1, relates to the number of lateral affluents and to the length of the river. X18 is related to vulnerability, and obtained by the product between velocity and depth. The indicator X1 showed different behaviors in sub-basins, while X18 increased in direction upstream to downstream. Both indicators didnt show a tipical behavior. Mathematical modeling used SWMM model to simulate scenarios of macrodrainage based on land use changes adapted from Millenium Ecosystem Assessment. Rainfall of project with return period of 10 years was used to simulate scenarios in all sub-basins according to the macrozoning, ranging values for runoff potential (CN), slope and rugosity coefficient. The scenarios were simulated with horizons of use and occupation for the years 2025, 2050, 2075 e 2100. The reactive scenarios (\"GO\" and \"OS\") showed maximum specific flow and maximum specific load higher than the proactives scenarios (\"AM\" and \"TG\"). The results indicated that the variability quali-quantitative of an urban drainage is affected by antropogenic factors, like wastewater and lack of planning, and also by ecohydrologic criteria. This fact sugests the necessity of a significant increase in the monitoring and simulations quali-quantitaives of the diffuse pollution in urban drainage.

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem. / This project refers to the development of an automatic multi-objective calibrator for the SWMM (Storm Water Management Model), and the evaluation of some uncertainties sources inherent to the calibration process, aiming to a satisfactory rainfall-runoff transformation representation. The code was written in C language, and applies the concepts of the multi-objective optimization method NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) with controlled elitism, using the source code of SWMM to calculate the simulated flow. In addition, a visual interface was also created to improve the calibrators usability. The calibrator tests were applied to three different systems: a hypothetical system available in the SWMM installation package; a real system of small dimensions, called La Terraza, located in the city of Sierra Vista, Arizona (USA); and a large dimensions system, the watershed of Gregório Stream, located in São Carlos (SP). The results indicate that the calibrator built presents, in general, satisfactory efficiency, although it is very dependent on the observed data quality and the input parameters selected by the user. The importance of the events chosen for calibration, the settlement of appropriate limits on the decision variables values, the objective functions choice, and especially the quality and representativeness of the rainfall and runoff monitoring data were demonstrated. We conclude that these performed tests contribute to the thorough understanding of the processes involved in modeling and calibration, enabling advances in the modeling results reliability.

O estado da drenagem urbana relaciona-se com o tipo e frequência de cheias, o aumento da poluição difusa e a degradação da qualidade da água. Como parte dos projetos FINEP/MAPLU \"Manejo de águas pluviais em meio urbano\" e FAPESP-IAV \"Assessment of impacts and vulnerability to climate change in Brazil and strategies for adaptation options\", o presente estudo teve por objetivo a análise experimental e a modelagem quali-quantitativa da poluição difusa da drenagem urbana com base ecohidrológica. O estudo foi realizado na área urbana da cidade de São Carlos, em 5 sub-bacias com áreas de drenagem entre 3,4 e 75,6 km², com grau de urbanização entre 0 e 100% e com potencial de escoamento (CN) de 58 a 95. Foram escolhidos 14 pontos para o levantamento de dados experimentais. Avaliando a continuidade dos rios, pode-se observar o impacto da urbanização na redução da qualidade no sentido da nascente à foz, com influência de esgoto. Os intervalos das variáveis de qualidade foram de: 235 a 35.000 kg/km²/ano para DQO; 0 a 7300 kg/km²/ano para DBO; 0 a 1378 kg/km²/ano para N-amoniacal; 0 a 133 kg/km²/ano para Fósforo Total e 7,8 x \'10 POT.4\' a 1,3 x \'10 POT.7\' NMP/km²/ano para coliformes fecais. Os maiores valores para as cargas específicas de DBO, DQO, N-amoniacal, Fósforo Total e Coliformes Fecais foram observados na saída das duas bacias com maior grau de urbanização. Dois indicadores ecohidrológicos foram aqui estudados: o indicador de continuidade X1 relaciona o número de afluentes laterais por unidade de comprimento do rio principal (nº/km), e X18, relacionado à vulnerabilidade, é obtido pelo produto entre velocidade e profundidade da água (m²/s). Em geral, X1 apresentou comportamento variado em cada sub-bacia, enquanto X18 mostrou elevação contínua no sentido de montante a jusante. A modelagem matemática foi realizada com o modelo SWMM no qual foram simulados cenários de macrodrenagem com base em mudanças no uso e ocupação do solo adaptados do Millenium Ecosystem Assessment. Para chuva de projeto com TR = 10 anos foram simulados cenários conforme o macrozoneamento, variando valores de CN, declividade e coeficiente de rugosidade n-Manning. Com horizontes futuros de uso e ocupação para os anos 2025, 2050, 2075 e 2100, os cenários de políticas reativas (\"GO\" e \"OS\") apresentaram vazão máxima específica e carga máxima de poluição específica superiores aos verificados nos cenários pró-ativos (\"AM\" e \"TG\"). Os resultados indicaram que a variabilidade quali-quantitativa da drenagem urbana é afetada não somente por aspectos antropogênicos, como lançamento de esgotos e falta de planejamento, como também por critérios ecohidrológicos mais complexos que sugerem aumentar expressivamente o monitoramento e simulações quali-quantitativas da poluição difusa urbana. / Urban drainage is influenced by the frequency of floods, the increase of diffuse pollution and the degradation of water quality. As a component of research projects FINEP/MAPLU \"Urban water management\" and FAPESP-IAV \"Assessment of impacts and vulnerability to climate change in Brazil and strategies for adaptation options\", this study aimed to do experimental analyses and quali-quantitative modeling of diffuse pollution of urban drainage based on ecohydrology. The study was developed at the urban area of São Carlos, in 5 sub-basins with drainage area between 3,4 and 75,6 km². The urbanization varies between 0 and 100% and the runoff potential (CN) between 58 to 95. Evaluating the continuity of the river, we can notice the impact of urbanization in decreasing water quality from upstream to downstream. Experimental analyses were made in 14 points and the quality variables oscillated between 235 - 35.000 kg/km²/yr to COD; 0 - 7300 kg/km²/yr to BOD; 0 - 1378 kg/km²/yr to N-NH3; 0 - 133 kg/km²/yr to total phosphorus and 7,8 x \'10 POT.4\' - 1,3 x \'10 POT.7\' MPN/km²/yr to fecal coliform. The highest values of specific charge for COD, N-NH3 and phosphorus were observed at sub-basins with high degree of urbanization. Two ecohydrological indicators were estimated. The continuity indicator X1, relates to the number of lateral affluents and to the length of the river. X18 is related to vulnerability, and obtained by the product between velocity and depth. The indicator X1 showed different behaviors in sub-basins, while X18 increased in direction upstream to downstream. Both indicators didnt show a tipical behavior. Mathematical modeling used SWMM model to simulate scenarios of macrodrainage based on land use changes adapted from Millenium Ecosystem Assessment. Rainfall of project with return period of 10 years was used to simulate scenarios in all sub-basins according to the macrozoning, ranging values for runoff potential (CN), slope and rugosity coefficient. The scenarios were simulated with horizons of use and occupation for the years 2025, 2050, 2075 e 2100. The reactive scenarios (\"GO\" and \"OS\") showed maximum specific flow and maximum specific load higher than the proactives scenarios (\"AM\" and \"TG\"). The results indicated that the variability quali-quantitative of an urban drainage is affected by antropogenic factors, like wastewater and lack of planning, and also by ecohydrologic criteria. This fact sugests the necessity of a significant increase in the monitoring and simulations quali-quantitaives of the diffuse pollution in urban drainage.

Nos últimos anos os modelos hidrológicos distribuídos vêm ganhando espaço por permitirem que a variabilidade espacial das características das bacias hidrográficas seja incorporada no processo de transformação chuva-vazão. Porém, devido a essa capacidade, os modelos distribuídos tendem a ser matematicamente complexos, impondo que muitos parâmetros sejam medidos ou estimados. Apesar de a literatura apresentar diversos trabalhos que tentem verificar o nível de detalhamento mais adequado à representação dos diversos sistemas, as conclusões são contraditórias, mostrando que há necessidade de estudos mais aprofundados. O presente trabalho propõe e avalia diferentes níveis de detalhamento na representação da bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, na cidade de São Carlos, SP, submetida aos processos hidrológicos intervenientes na transformação chuva-vazão, empregando o modelo hidrológico Storm Water Management Model - SWMM. A calibração dos eventos, necessária a adequação dos parâmetros do modelo, utilizou como ferramenta os algoritmos genéticos, produzindo resultados satisfatórios, com coeficientes de eficiência de Nash e Sutfliffe (1970) entre 0,74 e 0,87, variáveis de evento para evento. De uma forma geral, os resultados obtidos com a análise dos diferentes níveis de detalhe evidenciaram a importância da consideração da micro-drenagem na representação dos sistemas. Para os eventos mais freqüentes submetidos à análise quanto maior o detalhe imposto na representação da bacia, maior a velocidade de escoamento resultante da baixa rugosidade das galerias pluviais, e, portanto, maiores vazões de pico foram encontradas. Os resultados ressaltaram também a influência das áreas impermeáveis sobre os hidrogramas, ratificando a importância da determinação criteriosa desse parâmetro. / For the last years, the distributed hydrological models have been recognized by allowing the incorporation of the spatial variability of catchment characteristics for rainfall-runoff simulation. However, due to this ability, the distributed models tend to be mathematically complex and to require many parameters to be measured or estimated. Although the literature presents several works that attempt to ascertain the level of discretization more appropriate to represent the various systems, the results are contradictory, showing the need for further studies. This work proposes and evaluates different levels of representation of the watershed of the Gregory Creek in the city of São Carlos, SP, under rainfall-runoff simulation, by applying the hydrologic model Storm Water Management Model - SWMM. The calibration of the events, needed to adequacy the model parameters, used as tool the genetic algorithm, producing satisfactory results, with values of Nash and Sutcliffe (1970) efficiency coefficients ranging between 0,74 and 0,87, varying from event to event . In general, the results showed the importance of considering the micro-drainage in the systems representation. For more frequent events, by increasing the level of catchment representation, the velocity of flow became greater, resulted from the low roughness of the conduits, and, therefore, higher peak flows rates were found. The results also emphasized the influence of the impervious areas on the hydrographs, confirming the great importance of careful determination of this parameter.

Diante do agravo da condição das águas, tanto em qualidade e quantidade, há urgência de se controlar não somente a poluição hídrica pontual, mas também a de origem difusa, que é aquela distribuída ao longo da superfície do solo por inúmeros agentes poluidores, e que afluem aos corpos dágua, preferencialmente, por ocasião dos eventos de precipitação. Esse trabalho teve como objetivo proceder à simulação da poluição difusa hídrica gerada na bacia do Córrego do Mineirinho, São Carlos SP, por meio de dois modelos hidrológicos: SWMM (Storm Water Management Model) e L-THIA (Long Term Hydrologic Impact Assessment), que foram comparados quanto ao volume de escoamento e produção de cargas anuais de poluição difusa. Foram exploradas as vantagens e desvantagens encontradas na aplicação de cada modelo, em três cenários de uso e ocupação do solo de base, atual e futuro. O mapa de uso e ocupação foi construído por meio de identificação visual de imagem digital de satélite e vetorização manual das feições. Pode-se dizer que, em relação às estimativas de escoamento superficial e das cargas difusas, ambos os modelos perceberam alteração drástica de volume entre o cenário de base e o atual, enquanto que, entre este cenário e o futuro, também houve aumento, mas não da monta do que ocorreu entre os cenários anteriores. De maneira geral, o SWMM sobrestimou os resultados do L-THIA, exceto para o cenário de base. Os modelos produziram variações distintas nas respostas, sendo que, pelo SWMM, os impactos no volume de escoamento e na produção cargas devidos à mudança do uso do solo foram mais elevados. Fica evidente a necessidade de dados observados se para efetuar uma calibração dos modelos visando a uma maior correspondência entre os resultados modelados e a realidade da bacia. Conforme os resultados obtidos, para modelagem em as bacias desprovidas de dados observados e para fins de planejamento e estimativas preliminares, recomenda-se optar pelo modelo L-THIA, por ser mais simples e por requerer menos dados de entrada, já que a maior quantidade de parâmetros exigidos por modelos mais complexos, que devem ser objeto de calibração, pode levar a maiores incertezas. / The aggravation of the water condition concerning both quality and quantity has led to an urgent need of monitoring, not only point sources, but also diffuse sources of pollution. The latter is distributed over the soil surface by numerous polluting agents and flows to the water bodies during precipitation events. In this context, this dissertation deals with the simulation of diffuse water pollution generated in Mineirinhos stream basin, São Carlos SP, by using two hydrological models: SWMM (Storm Water Management Model) and LTHIA (Long-Term Hydrologic Impact Assessment), which were compared in terms of volume flow and annual loads of diffuse pollution. The advantages and disadvantages encountered in the application of each model were explored in three land use scenarios: baseline, current and future. The land use maps were elaborated through the visual identification of a satellite image and manual vectorization of the features. Both models drastically changed the runoff and diffuse loads between the baseline and current scenarios, whereas, between current and future scenarios, the increase was not so high. In general, SWMM overestimated the results of L-THIA, except for the baseline scenario. The models produced different variations in their responses, and the SWMM highly impacted on the volume flow and loads. The need for monitored data to calibrate models was evident, so that a greater correspondence between the modeled results and the reality of the basin could be achieved. The results allowed to concluding that L-THIA is recommended for an ungauged basin, as it is simpler, and more complex models, with a greater number of parameters, may lead to greater uncertainties.