Este tese objetiva analisar sistemas complexos de drenagem urbana visando definir uma técnica de dimensionamento de obras de reservação. Nesta pesquisa, sistemas complexos de drenagem urbana são aqueles compostos por diversos reservatórios de detenção, distribuídos numa rede de canais formada por vários trechos. Este tipo de sistema é típico em megacidades. O dimensionamento das obras de reservação em redes complexas possui uma série de condicionantes, ou seja, ele é função de diversas variáveis, muitas delas de caráter aleatório. A principal delas é a chuva de projeto. Esta tese desenvolve uma técnica conjunta de simulação e de cenarização de chuvas com defasagem no tempo e no espaço para tratar a questão da variabilidade da precipitação de projeto. Do ponto de vista hidráulico, existem outras condicionantes para dimensionamento, dependendo do tipo de reservação adotada. Basicamente existem dois tipos de reservatórios para controle de cheias em cidades, os reservatórios on-line e os reservatórios off-line, cada um apresenta características próprias de desempenho que devem ser consideradas quando o sistema é dimensionado. Esta tese apresenta uma técnica de dimensionamento iterativa que permite compor um conjunto de reservatórios (on-line ou off-line) que atendem ao grau de proteção requerido para uma bacia urbana. Os métodos foram avaliados em bacias hipotéticas típicas de grandes cidades. Desse modo, uma série de variáveis foi contemplada, na tentativa de generalizar o método proposto. Os resultados mostraram a importância da cenarização da chuva de projeto. É praticamente inviável trabalhar hoje com as premissas clássicas para definir a chuva de projeto, a cenarização permite avaliar o desempenho do sistema segundo diferentes condições hidrológicas. Finalmente, ressalta-se que esta tese apresenta um enfoque novo de dimensionamento e que certamente irá requerer novas investigações e aperfeiçoamentos. Ela procura trazer à discussão a implementação de novos paradigmas para desenvolvimento de projetos no campo da drenagem urbana em grandes cidades. / This thesis aims to analyze urban drainage complex systems in order to define a technique for the design of detention ponds structures. In this study, Urban Drainage Complex Systems are those composed of several detention ponds, distributed in a network of channels formed by various reaches. This type of system is typical in megacities. The design of the reservation structures in complex networks has a number of constraints, in other words, it is a function of several variables, many of them are randomness. The main one is the design rainfall. This thesis develops a joint technical of simulation and the design rainfall scenario generation delayed in time and space to deal with the variability of design precipitation. From the hydrological point of view, there are other constraints for scaling, depending on the type of reservation adopted. There are basically two types of detention ponds for flood control in cities, on-line detention and off-line detention, each performance has its own characteristics that must be considered when the system is designed. This thesis presents an iterative design technique for composing a set of detention ponds (on-line or off-line) that satisfy the degree of protection required for an urban watershed. The methods were evaluated in hypothetical basins typical of large cities. Thus, a series of variables was included in an attempt to generalize the proposed method. The results showed the importance of design rainfall scenario generation. It is practically impossible to work today with the classical assumptions to define the design rainfall; the scenario generation allows evaluating system performance under different hydrological conditions. Finally, we emphasize that this thesis presents a new approach to sizing and it certainly will require further research and improvements. It seeks to bring the discussion to implementation of new paradigms for development projects in the field of urban drainage in large cities.

A urbanização acelerada das últimas décadas aliada à ocupação desordenada e intensa impermeabilização do solo, têm agravado as cheias nas cidades brasileiras. Na cidade de São Paulo, recentemente, os períodos chuvosos, entre os meses de outubro e março, de 2009-2010 e 2010-2011 foram especialmente relevantes, quando ocorreram precipitações intensas e de longa duração que causaram grandes inundações e alagamentos por toda a cidade. Outro agravante é a continuidade da utilização única e exclusivamente de técnicas clássicas com enfoque higienista para a solução dos problemas de drenagem urbana, como é o caso das canalizações dos córregos e rios. Diante dessa problemática surge uma nova abordagem do tema que envolve o manejo sustentável das águas pluviais por meio da utilização de um conjunto de medidas de controle da fonte, que podem ser integradas aos sistemas de drenagem existentes. Essas medidas se baseiam na retenção e infiltração das águas pluviais e na retenção de poluentes, reduzindo a probabilidade de inundações e contribuindo para a melhoria da qualidade da água dos sistemas hídricos urbanos. O objetivo deste estudo foi avaliar, por meio da modelagem matemática, o efeito que a implantação de medidas controle na fonte pode proporcionar no abatimento dos picos de cheia em áreas urbanas densamente ocupadas. Para tanto foi selecionada a bacia do córrego da Luz localizada no centro da cidade de São Paulo que apresenta altas taxas de impermeabilização do solo. As análises foram feitas com o PCSWMM, que é um sistema de suporte a decisão espacial desenvolvido pela CHI para o SWMM5 da EPA. Foram selecionadas medidas de controle na fonte que possam se adequar em locais onde a disponibilidade de espaço é pequena, como é o caso dos pavimentos permeáveis, telhados verdes e jardins de chuva. Os cenários analisados consideraram a situação atual sem implantação de medidas de controle e a implantação individual e combinada das medidas de controle na fonte. São avaliados eventos de precipitações, considerando diferentes períodos de retorno e durações de chuva e a porcentagem de área impermeável contribuinte para as medidas de controle. Uma análise geral dos resultados da modelagem permite apontar que o amortecimento dos picos de cheia foi verificado em todos os cenários, em maior ou menor intensidade, e o melhor desempenho no abatimento do pico de cheia foi verificado nos cenários que consideraram a implantação de pavimentos permeáveis. Os resultados da modelagem e os baixos custos de implantação dos pavimentos permeáveis sugerem que esta medida, dentre as três analisadas, é a que apresenta melhor custo-benefício. Contudo sabe-se que a implantação de pavimento asfáltico permeável em 100% da área disponível pode não ser viável. Logo a implantação conjunta com outras medidas de controle pode melhorar o desempenho de um sistema de controle de cheias. / The accelerated urban growth in the last decades associated with a disordered occupation and excessive impervious surfaces has worsened the floods in Brazilian cities. In the City of São Paulo, lately, the rainy season between October and March, in 2009-2010 and in 2010-2011, were especially relevant. There were intense and long-lasting rainfalls that caused flooding all over the city. Another aggravating factor is the single and exclusive use of traditional stormwater management methods for solving urban drainage problems, which is the case of stream and river canalizations. When faced with these problems, a new approach that involves the sustainable management of rainwater starts growing. These techniques include a set of low impact development practices that should be incorporated to the existing drainage systems. They are based on the detention and infiltration of stormwater, also the retention of pollutants. They also contribute to decreasing flood probability and to improving water quality of urban water systems. The goal is to evaluate, through a mathematical modeling, the low-impact development practices effect on reducing the peak runoff rates in highly urbanized areas. To this end, a subcatchment located in the center of São Paulo city, called Córrego da Luz, was chosen. This subcatchment has high rates of soil imperviousness. The analysis will be made with the PCSWMM, which is a spatial decision support system for the SWMM5 from EPA. The PCSWMM was developed by CHI. The low-impact development techniques selected for this study are permeable pavements, green roofs and rain gardens. These techniques can be implemented in places where space is no longer available. The scenarios must consider the current situation without the implementation of control measures, the individual and combined implementation of these practices. Various rainfall events were evaluated considering different durations. Also evaluated were the different percentages of impervious areas treated by low-impact development techniques. An overview of modeling results allows stating that the reduction of peak runoff was observed in all the scenarios, at greater or lower intensity. But the best performance was observed in scenarios that considered the implementation of permeable pavements. Modeling results and low-cost implementation of permeable pavements suggest that it is the most cost-effective measure, among the three analyzed. However, it is known that the implementation of permeable pavement in 100% of the available area may not be feasible. Hence, the combined implementation with other low-impact developments might improve the performance of a flood control system.

Como resultado da crescente impermeabilização das bacias, as redes de drenagem pública são submetidas a vazões de pico cada vez maiores. Na tentativa de contornar ou amortizar este problema, pesquisadores têm estudado soluções que compensem os efeitos da urbanização. Estas soluções são denominadas técnicas compensatórias, ou BMP\'s (Best management Practices), cujo foco é manter o ciclo hidrológico mais próximo do natural da bacia, pelo menos no que se refere ao escoamento superficial. A aposta em medidas de controle na fonte de geração do escoamento, isto é, no lote, cresceu, sendo estabelecido seu uso por meio de leis e decretos. Assim, com o propósito de redução e detenção do escoamento pluvial, antes do mesmo ingressar no sistema de microdrenagem, os microrreservatórios na saída dos lotes são cogitados como estruturas compensatórias. O presente trabalho busca dimensionar e avaliar o impacto desses microrreservatórios a princípio em escalas de lote e loteamento e, em seguida, em escala de macrodrenagem. O estudo foi aplicado a uma bacia da cidade de São Carlos, estado de São Paulo, em processo de urbanização, que vem sofrendo grande pressão imobiliária para a construção de novos empreendimentos. As legislações locais sancionadas, nos últimos anos, estabelecem a implantação de poço de infiltração e reservatório de captação e reaproveitamento de águas pluviais, sem maiores detalhes sobre métodos construtivos ou estudos preliminares de viabilidade. Os resultados aqui descritos foram produzidos considerando um loteamento existente na bacia do córrego do Mineirinho, São Carlos, SP. Foram produzidos volumes para o dimensionamento dos reservatórios para as diferentes áreas de lote, assumindo os percentuais de impermeabilização de 50% e 70%, segundo os diferentes métodos de estimativa constantes da literatura. As vazões máximas e os volumes resultantes apresentaram significativa variação, quando calculados utilizando os métodos de estimativa constantes da literatura. Através da modelagem hidráulico-hidrológica, concluiu-se também que o reservatório de detenção na fonte é eficiente na redução da vazão de pico gerada no lote para vazão de pico em nível de pré-urbanização. Além disso, a definição do diâmetro do orifício de descarga mostrou-se determinante ao dimensionamento do reservatório, de modo a garantir sua eficiência. Os microrreservatórios dimensionados para duração da chuva crítica do lote (90 minutos), apesar de maiores, exibiram maior capacidade de detenção, sem extravasar quando submetidos a diferentes durações de chuvas. No loteamento, o uso desses dispositivos possibilitou a atenuação da vazão de pico de descarga em, pelo menos, 44%. Em escala de bacia, diferentes posicionamentos do loteamento, com e sem microrreservatórios de lote, foram instrumentais em demonstrar a capacidade de redução das vazões de pico locais. Este estudo comprovou que os microrreservatórios de lote são uma boa opção na redução das vazões escoadas pelo canal de macrodrenagem, quando da ocorrência de eventos de precipitação na bacia do córrego do Mineirinho. / As a result of the growing waterproofing of basins, the public drainage systems are under increasing flow rate peaks. In an attempt to mitigate these issues, researchers have studied solutions to address the effects of the urban development. These solutions are well-known as BMP\'s (Best Management Practices) and aim to preserve the hydrological cycle near to the natural basin, at least for the superficial run-off. The increasing search for solutions that controls the source of the run-off was responsible for the establishment of new laws and rules for on-site run-off control. Thus, for reduction and detention of run-off before it goes into the micro-drainage system, micro-reservoirs are considered as BMP\'s solutions. The present study aims to sizing and assess the impact of micro-reservoirs, initially on site and on residential land scale, and subsequently, on macro-drainage scale. The study was applied to Mineirinho Stream Watershed, in São Carlos city, São Paulo state. These basins are in urbanization process, and suffering from market pressure of constructions of real estate ventures. Recent local legislations have imposed the implementation of infiltration pits and rain water tanks, but without more details about construction methods or even preliminary feasibility studies. The results described in this work, regarding to sizing of micro-reservoirs to different allotment size ranges, used 50% and 70% of waterproofing percentages, according estimation methods from the literature. Peak flows and sizing showed a significant variation when calculated by these methods. Hydraulic-hydrologic SWMM software modelling showed that micro-reservoir is efficient in reducing the hydrograph peak flow from urbanization to preurbanization level. Furthermore, the definitions of the orifice diameter have demonstrated to be decisive to dimensioning of the reservoir, in order to ensure its efficiency. The microreservoirs sized for a 90 minutes critical rain, showed more detention capacity, without overflow when under different rainfall durations. The use of micro-reservoirs in the allotments of a residential division, was able to reduce the hydrograph outside peak in 44%, at least. In a basin-scale, moving the same residential division, by using or not micro-reservoirs in the allotments, were conclusive in demonstrate that this BMP is a good option to reducing the hydrograph river flow, being able to reduce the peak flow in the discharge point. The study comproved that the use of micro-reservoirs in both basin positions can be a feasible solution to recurring flooding problems in the Mineirinho Stream.

A presente pesquisa trata do estudo de cenários regionais de drenagem urbana das principais sub-bacias pertencentes à área urbana de São Carlos/SP e da aplicação de incentivos ambientais em escala de lote. As projeções temporais realizadas dizem respeito às mudanças do uso e ocupação do solo para os anos de 2025, 2050, 2075 e 2100. Os cenários de uso e ocupação do solo têm como base os estudos referentes ao Millennium Ecosystem Assessment (Global Orchestration, Order from Strength, Adapting Mosaic e TechnoGarden) e sua adequação na escala local, para macrodrenagem urbana, proposta por Mendiondo (2005). Os eventos pluviométricos utilizados nas simulações dos cenários, por sua vez, foram selecionados em função das condições de umidade antecedente. Para os cenários propostos, foram avaliadas variações dos regimes hidrológico e hidráulico através de curvas de permanência em alguns pontos ao longo da parte de montante da sub-bacia do Monjolinho. Ainda, em escala de lote, é proposta uma metodologia de incentivos ambientais com base no armazenamento potencial de água no lote e na vazão máxima instantânea, para cada cenário estudado. A metodologia proposta de incentivo ambiental revela-se de simples aplicação por parte de órgãos públicos e de rápida obtenção dos resultados. Embora os cenários propostos sejam fictícios, os custos estimados (R$/\'M POT.2\') são aplicáveis para condições atuais. / This research discussed the study of regional scenarios of urban drainage of the main sub-basins belonging to the urban area of San Carlos/SP and the application of environmental incentives in lot scale. The projections of time made are related to changes of use and occupation of land for the years of 2025, 2050, 2075 and 2100. The scenarios of use and occupation of land are based on the studies concerning the Millennium Ecosystem Assessment (Global Orchestration, Order from Strength, Adapting Mosaic and TechnoGarden) and its appropriateness in the local scale, to urban macrodrainage, proposed by Mendiondo (2005). The rainfall events used in the simulations of scenarios were selected for the conditions of background humidity. For the proposed scenarios have been evaluated changes in the hydrological and hydraulic systems through remain curves in some points along the top part of sub-basin of Monjolinho. Still, in scale of lot, is proposed a methodology for environmental incentives based on the potential for water storage in the lot and the maximum instantaneous flow for each scenario studied. The proposed methodology of environmental incentive appears to be the simple application by public agencies and quickly get the results. Although the proposed scenarios are fictitious, the estimated costs (R$/\'M POT.2\') are applicable to current conditions.

No Brasil, o processo de urbanização caracterizou-se pela falta de planejamento e infraestrutura adequada, potencializando os impactos advindos das enchentes e inundações. Para mitigá-los, é necessária a realização de estudos hidrológicos que busquem compreender e representar o comportamento da bacia hidrográfica frente aos eventos chuvosos. Uma das ferramentas mais utilizadas para a execução dessa tarefa são os Sistemas de Suporte à Decisão (SSDs) aplicados na área de recursos hídricos, destacando-se o Sistema de Suporte a Decisões para Análise de Ondas de Cheias em Bacias Complexas (ABC6). O ABC6 caracteriza-se por ser um software brasileiro, gratuito e apresentar diversos modelos de determinação da precipitação efetiva e de geração de hidrogramas sintéticos. Quando os dados hidrológicos da área de estudo, como precipitação e vazão, encontram-se disponíveis, os parâmetros desses modelos podem ser determinados. Caso contrário, faz-se necessário estima-los por meio de formulações empíricas, sendo questionável a aplicação dessas formulações em áreas com características diferentes às de sua determinação. Dessa forma, a proposta do presente trabalho consistiu em avaliar o desempenho dos modelos presentes no ABC6, utilizando suas formulações empíricas para estimar o tempo de concentração e os parâmetros dos modelos de precipitação efetiva e de geração de hidrogramas sintéticos de uma bacia hidrográfica em processo de urbanização. Os resultados obtidos colocaram em xeque a validade dos valores dos parâmetros sugeridos em literatura técnica, do modelo do SCS para a determinação da precipitação efetiva e das rotinas de cálculo do ABC6 para os modelos de Horton e de Green-Ampt. Os resultados demonstraram a necessidade da atualização das rotinas de cálculo presentes no ABC6, de forma a torna-lo mais robusto, e da elaboração de um manual técnico detalhado de suas rotinas computacionais, orientando ao usuário de forma a extrair o máximo de sua potencialidade em estudos hidrológicos. Demonstrou-se, também, a necessidade de estudos regionalizados, de forma a incorporar as características e peculiaridades de cada região aos parâmetros a serem utilizados. / In Brazil, the urbanization process was characterized by the lack of planning and adequate infrastructure, strengthening the arising of floods and flooding. In order to mitigate them, it is necessary to conduct hydrological studies that seek to understand and represent the behavior of the watershed when facing rainfall events. One of the most used tools to perform this task is the Decision Support Systems (DSS) applied in the water resources area, highlighting the Decision Support System for Flood Wave Analysis in Complex Watersheds (ABC6). The ABC6 is characterized by being a free Brazilian software and it presents many models to determine the effective precipitation and to generate synthetic hydrographs. When the hydrological data of the study area are available, such as precipitation and flow, the models parameters can be determined. Otherwise, it is necessary to estimate them through empirical formulations so that the application of these formulations is questionable in areas with different characteristics from those of their determination. Thus, the purpose of this study was to assess the performance of the models presented in ABC6 by using their empirical formulations in order to estimate the time of concentration and the model parameters of effective precipitation and synthetic hydrograph generation for a watershed in the process of urbanization. The results put into question the validity of the parameters values suggested in the technical literature of the SCS model, which is used for the effective precipitation determination and the ABC6 calculation routines for models of Horton and Green-Ampt. The results presented the need of updating the calculation routines presented in the ABC6 in order to make it more robust, and the need of the elaboration of a detailed technical manual of its computational routines, guiding the user in order to make the most of its potential in hydrological studies. In addition, it has been demonstrated a need for regionalized studies in order to incorporate the features and characteristics of each region to the parameters to be used.

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.

O processo de acelerada expansão urbana observado no Brasil a partir de meados do século XX, sem planejamento adequado, resultou em ocupação de áreas de risco de inundações urbanas por parte da população de baixa renda, gerando prejuízos sociais. Além disso, potencializou-se o risco de inundações por meio da impermeabilização do território, supressão da mata ciliar e retificação e canalização dos córregos. Com vistas à redução no risco de inundações em áreas urbanas, faz-se necessário, além da adoção de medidas mitigadoras nos locais assolados pelo problema, um disciplinamento adequado do uso e da ocupação do solo nas áreas ainda não urbanizadas da bacia, abordando a questão da drenagem. No entanto, o planejamento territorial urbano não é atribuição do sistema gestor de recursos hídricos, mas do município como um todo, de modo que há vários setores da gestão municipal que devem ser envolvidos nesse processo. Em meio a diferentes prioridades, a questão da drenagem urbana não tem sido satisfatoriamente abordada. Nesse contexto decisório a respeito do planejamento, é fundamental, portanto, que haja uma metodologia que possa conciliar os julgamentos divergentes e, por vezes, conflitantes acerca da alternativa mais adequada de uso e ocupação do solo. Os sistemas de suporte à decisão multicriteriais permitem contornar este problema, além de possibilitarem trabalhar com critérios incomensuráveis, de modo que se configuram como uma opção promissora para o planejamento territorial urbano. O objetivo deste trabalho foi justamente aplicar três métodos diferentes de análises multicriteriais ao planejamento de uso e ocupação do solo de uma bacia hidrográfica ainda em urbanização (rio Mineirinho, em São Carlos - SP) para escolher uma alternativa de uso e ocupação do solo dentre três possíveis. A primeira consistia em um futuro provável com base no histórico de urbanização da bacia e no Plano Diretor Municipal; a segunda, idem, com o acréscimo de um reservatório proposto no Plano Diretor de Drenagem Urbana de São Carlos; e a última propunha medidas de adequação da ocupação urbana ao sistema natural de drenagem. Dever-se-iam considerar os julgamentos de diferentes atores sociais e buscar a redução no risco de inundações urbanas. Um dos métodos utilizados, o Processo Analítico Hierárquico foi considerado menos adequado ao problema proposto que os outros dois (fuzzy-TOPSIS e fuzzy-ELECTRE). E apesar da dificuldade encontrada em realizar uma reunião com um conjunto de seis diferentes atores sociais para debater seus pontos de vista acerca de critérios de escolha e alternativas de uso e ocupação do solo na bacia, foi possível verificar as preferências do conjunto. Em geral, deseja-se alguma intervenção estrutural significativa para mitigar o problema das inundações, como o reservatório proposto no Plano Diretor de Drenagem Urbana de São Carlos. Embora os participantes da pesquisa tenham mostrado interesse pela proteção ambiental, não preferiram, em comparação às demais, a alternativa de uso e ocupação do solo que favorecia a adequação da ocupação urbana ao sistema natural de drenagem. / The process of accelerated urban expansion observed in Brazil from the second half of the 20th century on, without adequate planning, resulted in the occupation of areas with risk of flooding by the population of lower income, what caused social loss. Besides, waterproofing of the territory, suppression of the riparian forest, and straightening and channeling of rivers increased the risk of flooding. In order to reduce this risk in urban areas, in addition to adopting mitigating measures on the spots affected by the problem, it is necessary to discipline the use and occupation of the soil where it has not yet been urbanized, taking into consideration the drainage matter. However, urban territory planning is not only attributed to the managers of the water systems, but to the city as a whole. This way, there are various sectors of the municipal management that should be involved in this process. Among different priorities, the matter of urban drainage has not been satisfactorily discussed. Thus it is fundamental to find a method to conciliate divergent judgements about the most adequate alternative for the use and occupation of the soil. The multicriteria decision support systems are able to do this and to work with incommensurable criteria, and therefore they are a promising option to apply in the context of urban territory planning. The main objective of this work was precisely using three different methods of multicriteria analysis in the planning of the soil use and occupation of the Mineirinho watershed (São Carlos - SP), which is still in the midst of an urbanization process, in order to choose one of the three possible alternatives of soil use and occupation. The first one consisted on a probable future, based on the watershed urbanization history and the Municipal Directive Plan; the second one, idem, with the addition of a reservoir proposed in the Urban Drainage Directive Plan of São Carlos; and the last one presented measures to adequate the occupation of the basin to the natural drainage system. The judgement of different social actors and the reduction of the urban flooding risk should be taken into account. One of the used methods - the Analytic Hierarchy Process (AHP) - was considered less suitable to the proposed problem than the other two (fuzzy-TOPSIS and fuzzy-ELECTRE). And although there was some difficulties to hold a meeting with a group of six different social actors who would debate their points of view concerning the choice criteria and the alternatives of soil use and occupation, it was possible to verify the preferences of the group. In general, they want a significant structural intervention to mitigate the urban flood problem, like the reservoir proposed in the Urban Drainage Directive Plan of São Carlos. In spite of the fact that the social actors showed interest for the environmental protection, they did not prefer, when comparing to the other alternatives, the one that most favored the adequacy of the urban occupation to the natural drainage system.

Devido às conseqüências, cada vez mais freqüentes, provocadas por enchentes ao longo da história da cidade de São Carlos, SP, houve grande interesse em analisar as áreas mais afetadas desta cidade, pois as inundações atingem a população de forma intensa e provoca prejuízos sociais e econômicos. Entre essas razões o crescimento da urbanização pode ser apontado como causa da intensa modificação no uso do solo, que diminui a infiltração e aumenta o volume de escoamento superficial, tendo como conseqüência alterações no ciclo hidrológico. Em consideração a todas essas questões, este trabalho visa contribuir na avaliação das condições de urbanização e seu impacto nos hidrogramas de cheias em pontos críticos da área urbana de São Carlos. Além disso, este estudo pretende subsidiar novos projetos, bem como na verificação hidráulica das estruturas de macrodrenagem, focalizando o Plano Diretor de Drenagem Urbana desta cidade. O modelo EESC foi utilizado para determinar hidrogramas de cheias, através de três metodologias estabelecidas, mais especificamente o método de Nash, o do Soil Conservation Service (SCS) e o método de regionalização de Diaz e Tucci. Como resultados, algumas sugestões foram feitas na condição de auxiliar projetos de engenharia do sistema de macrodrenagem, buscando a segurança e bem estar da população e eficiência dos sistemas. / São Carlos city, state of São Paulo, Brazil, has been struck by flood events. Several are the reasons why such floods have become more and more frequent, contributing to socials and economics damages. Among these reasons one that can be pointed out is the increase of urbanization, which causes intense modifications in the soil use, decreases the infiltration and increases the run off and, consequently, changes the hydrological cycle. This work aims to contribute to the evaluation of the conditions of urbanization and its impacts on the floods hydrographs in critical points of the urban area of São Carlos. The main purpose of the study is to provide technical information for new projects as well as for the hydraulic verification of the existing macrodrainage structures, focusing on the master plan of urban drainage of the city. The EESC model was used to determine the floods hydrographs by three established methods, more specifically the method of Nash, SCS (Soil Conservation Service) and the regionalization method of Diaz and Tucci. As a result, some suggestions have been made in order to guide engineering projects of macrodrainage system, which seek for the safety and welfare of the population and the efficiency of the systems.

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.

Low impact developments (LID) have been used to mitigate the effects of urbanization on the hydrological cycle. However, there is a lack of studies on LID performance in subtropical climates and under potential impacts of climate change scenarios. This dissertation evaluated the impacts of two climate change scenarios (RCP 4.5 and 8.5) on urban drainage with pollutants and their effect on LID practice efficiency located in a subtropical climate, with Cfa classification according to Köppen and Geiger. First, the inlet quantity and quality parameters were calibrated. The buildup/washoff model was evaluated, comparing load calibration and concentration of pollutants: chemical oxygen demand (COD), total organic carbon (TOC), phosphate (PO4) (NH3), iron (Fe), cadmium (Cd) and zinc (Zn). Pollutant washing was studied in the area of the bioretention catchment using historical rainfall data between 2013 and 2017, analyzing the influence of the buildup/washoff parameters of each pollutant in the input mass. Afterwards, Eta5x5km (INPE) climate change scenarios were disaggregated to 5-minute intervals by the modified Bartlett-Lewis method. The disaggregated series was used to estimate the impacts of climate change on urban drainage into the bioretention. Therefore, a simple model, developed specifically for the study bioretention cell, was used to estimate the qualitative-quantitative efficiencies of each period of the climate change scenarios. According to the data acquired from INPE, climate change will result in a fall in the volume of rainfall in São Carlos, resulting in lower volumes of surface runoff. The impacts on pollutant washing, however, vary according to the buildup/washoff parameters, explained by a sensitivity analysis. Climate change does not affect the bioretention quantitative efficiency very much: 81.7% from 1980 to 1999 to 81.4% and 81.3% from 2080 to 2099 for CPR scenarios 4.5 and 8.5. The pollutant removal efficiencies, as well as the washing, depend on buildup/washoff characteristics. One of the main consequences of climate change is a drop in the runoff quality. However, even with quantitative efficiency being maintained, bioretention is capable of mitigating this increase in the concentration of pollutants in urban drainage. Thus, the LID will help preserve the quality of downstream rivers, whose volumes will already have diminished by the decrease in rainfall volume. / Técnicas compensatórias de drenagem (TC) vêm sido utilizadas para mitigar efeitos da urbanização no ciclo hidrológico. Entretanto faltam estudos sobre a performance destas TCs em clima subtropical e sob potenciais impactos de cenários de mudanças climáticas. Esta dissertação avaliou os impactos de dois cenários de mudanças climáticas (RCP 4.5 e 8.5) sobre o escoamento superficial urbano com poluentes e sua afetação na eficiência da TC localizada em clima subtropical, classificação Cfa segundo Köppen e Geiger. Primeiro se calibrou os parâmetros de quantidade e qualidade do escoamento superficial na entrada da biorretenção. O modelo buildup/washoff foi avaliado, comparando-se calibração da carga e concentração de poluentes: demanda química de oxigênio (DQO), carbono orgânico total (TOC), fosfato (PO4), nitrato (NO3), nitrito (NO2) amônia (NH3), ferro (Fe), cadmio (Cd) e zinco (Zn). Então se estudou a lavagem de poluentes na área de contribuição da biorretenção com histórico de precipitação entre 2013 e 2017 e analisando a influência dos parâmetros buildup/washoff de cada poluente na entrada de massa. Em seguida, cenários de mudanças climáticas Eta-5x5km (INPE) foram desagregados em intervalos de 5 minutos, pelo método de Bartlett-Lewis modificado. A série desagregada foi utilizada para se estimar os impactos das mudanças climáticas na drenagem urbana, a incidir na biorretenção. Então um modelo simples desenvolvido especificamente para a biorretenção em estudo foi usado para se estimar as eficiências quali-quantitativas de cada período dos cenários de mudanças climáticas. Os dados adquiridos do Inpe mostram que as mudanças climáticas resultarão em uma queda no volume de chuvas em São Carlos, resultando em menores volumes de escoamento superficial. Os impactos na lavagem de poluentes, entretanto, variam de acordo com os parâmetros buildup/washoff, explicados por uma análise de sensibilidade. As mudanças climáticas pouco afetam a eficiência quantitativa da biorretenção, 81.7% no período 1980-1999 para 81.4% e 81.3% no período 2080-2099 para cenários RCP 4.5 e 8.5. Já as eficiências de remoção de poluentes, assim como a lavagem destes, dependem das características buildup/washoff de lavagem. Uma das principais consequências observadas das mudanças climáticas é uma queda na qualidade do escoamento. Porém, mesmo com eficiência quantitativa sendo mantida, a biorretenção é capaz de amenizar essa o aumento na concentração de poluentes na drenagem urbana. Assim, a técnica ajudará a preservar a qualidade dos rios à jusante, que já terão seus volumes diminuídos pela queda no volume de chuva.