This dissertation presents the results of the qualitative and quantitative modeling of the
Arroio Cancela urban basin, having an area of 4.35 km², with the use of the Storm Water
Management Model (SWMM5). The generation and routing of the runoff, base flows and the
processes of accumulation and washoff of the total suspended sediments (TSS) and organic
matter represented by biochemical oxygen demand (BOD5) were modeled. The package PEST
(Parameter Estimator) was used in the calibrations of the most sensitive parameters of the
SWMM5. Eight months of monitored rainfall and runoff data containing 34 rainfall events were
calibrated. Calibration of the qualitative processes used 10 events containing monitored data
with concentrations of TSS and BOD5. The validation of the average calibrated parameters was
carried out over a period of three months, having 16 rainfall events, 4 of which containing
monitored data of TSS and BOD5. The results indicate that the SWMM5 is more sensitive to
parameters related with the impermeable areas of the basin. The parameters of the permeable
areas were more sensitive in events of greater magnitude. The use of PEST proved to be
valuable in optimizing the model, considering the speed at which the algorithm converges to a
satisfactory solution. The runoff calibration of the events reached very good Nash-Sutcliffe
efficiencies (ENS) (average of 0.92). For the continuous simulations, calculated ENS reached a
value of 0.72. The average errors in the flow volume for both cases were less than 14%. The
calibration of TSS reached an average ENS value of 0.56 and, for BOD5, an average ENS of -0.75,
with a high dispersion of the washoff parameters for both pollutants. The runoff validation for
events produced an average ENS equal to 0.47, calculated median equal to 0.87 and hydrograms
with good reproduction of the shape of the observed data. The validation of the continuous
series presented ENS equal to 0.74 and an underestimation of the flow volume equal to 7.7%.
The validation of the quality processes resulted very poor ENS indexes, with deficiently
representation of the variation of TSS and BOD5 concentrations. The results indicate that the
use of the SWMM5 model coupled with the PEST calibrator can produce good results in the
prediction of runoff events and continuous flow series. However, the representation of the
qualitative processes require better initial parameter estimations for buildup and washoff, in
addition to improvements in the calculation algorithm of buildup and washoff of pollutants. / Este trabalho apresenta os resultados da modelagem qualiquantitativa da bacia urbana
do Arroio Cancela, possuindo 4,35 km² de área, com o uso do modelo Storm Water
Management Model (SWMM5). Foram modelados os processos de geração e propagação do
escoamento superficial e de base, além dos processos de acumulação e lavagem do total de
sedimentos em suspensão (TSS) e da matéria orgânica representada pela demanda bioquímica
de oxigênio (DBO5). O pacote de rotinas PEST (Parameter Estimator) foi empregado nas
calibrações dos parâmetros mais sensíveis do SWMM5. Ao total, foram calibrados 8 meses de
dados monitorados de chuva e vazão, contendo 34 eventos chuvosos. Na calibração dos
processos qualitativos empregaram-se 10 eventos contendo estimativas da concentração do
TSS e da DBO5. A validação da média dos parâmetros calibrados foi realizada num período de
3 meses, possuindo 16 eventos chuvosos, dos quais 4 contém dados monitorados do TSS e da
DBO5. Os resultados indicam que o SWMM5 é mais sensível aos parâmetros relativos às áreas
impermeáveis da bacia. Os parâmetros das áreas permeáveis foram mais sensíveis nos
eventos de maior magnitude. O uso do PEST revelou-se de grande valia na otimização do
modelo, tendo em vista a velocidade com que o algoritmo converge para uma solução
satisfatória. A calibração por eventos do escoamento superficial atingiu índices de eficiência de
Nash-Sutcliffe (ENS) muito bons (média de 0,92). Para a série contínua, o ENS calculado atingiu o
valor de 0,72. Os erros médios no volume de vazão para ambos os casos foi inferior a 14%. A
calibração do TSS atingiu ENS médio de 0,56 e, da DBO5, ENS médio de -0,75, com parâmetros
de lavagem muito dispersos para ambos os poluentes. Na validação dos eventos, a média dos
parâmetros calibrados produziu valores médios de ENS igual a 0,47, mediana calculada igual a
0,87 e hidrogramas com boa reprodução da forma da série observada. A validação da série
contínua alcançou ENS igual a 0,74 e subestimativa no volume de vazão igual a 7,7%. A
validação dos processos qualitativos foi muito deficiente, não sendo reproduzida
satisfatoriamente a variação da concentração do TSS e da DBO5. Os resultados apontam que o
uso do modelo SWMM5 acoplado ao calibrador PEST produz bons resultados na predição do
escoamento superficial em eventos isolados e em séries contínuas. Todavia, a representação
dos processos qualitativos requer melhores estimativas dos parâmetros iniciais de acumulação
e lavagem, além do aperfeiçoamento do algoritmo de cálculo dos mesmos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/7825 |
| Date | 16 May 2013 |
| Creators | Beling, Fabio Alex |
| Contributors | Paiva, Eloiza Maria Cauduro Dias de, Paiva, Joao Batista Dias de, Silveira, André Luiz Lopes da |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFSM, BR, Engenharia Civil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300100000003, 400, 300, 300, 300, 300, bfeedfad-4ea2-41e2-9393-b48336b112a4, 7e08cee6-6b6b-4299-8a57-1f4e91b8af96, 3762225f-6657-49a8-a095-373a7432c7ab, 92cfcce9-461c-4ae3-a4c2-53f9b59b72d3 |
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