No contexto da Hidrologia, Hidráulica e Recursos Hídricos, pretende-se a promoção de metodologias de gestão avançada do Ciclo da Água, de forma integrada, onde se atende, por um lado, ao fator antrópico, e por outro lado, aos desafios decorrentes da variabilidade climática, mas típica da irregularidade do tipo de Clima Mediterrâneo, num contexto de Alterações Climáticas, caracterizado por cenários de intensificação e agravamento da severidade de eventos naturais extremos, com eventuais danos em bens e pessoas (aumento do Risco (perigosidade (probabilidade (velocidade x profundidade)) x dano potencial ou consequência (vulnerabilidade x valor económico dos elementos expostos)).
A título exemplificativo, consulte-se a seguinte figura, embutida no texto no final deste parágrafo (hiperligação/apontador), referente a limiares para avaliação do risco de inundação, em pessoas (e propriedade), na Europa, extraída de: PRIEST, S., TAPSELL, S., PENNING-ROWSELL, E.; VIAVATTENE, C.; WILSON, T. (2008) - Task 10: Building models to estimate loss of life for flood events. Produced for FLOODsite, Report number T10-08-10 FLOODsite.): PRIEST, et al., 2008, p. 12.

1) Como objetivos para a realização de estudos / projetos relacionados com redes de águas residuais e pluviais enumeram-se, fundamentalmente:

 

• Avaliação do desempenho hidráulico-sanitário (canais abertos e/ou fechados): considerando o funcionamento com caudais médios e caudais para determinados tempos de retorno - multireturn period, (normalmente até 10 anos para a rede de saneamento, não obstante ser possível proceder à modelação matemática de caudais para tempos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos). No apoio à avaliação do desempenho, o diagnóstico pode apresentar métricas, vide guia técnico 17 da Entidade Reguladora dos Serviços de Águas e Resíduos (ERSAR). A avaliação efetua-se em face ao previsto na legislação portuguesa da especialidade, isto é, em face do art.º 133.º do Regulamento Geral dos Sistemas Públicos e Prediais de Distribuição de Água e de Drenagem de Águas Residuais - RGSPPDADAR (Decreto Regulamentar n.º 23/1995, de 23/08 (retificado pela Declaração de rectificação n.º 153/1995, de 30/11), conforme previsto pelo artigo 3.º do DL n.º 207/1994, de 06/08 que aprova o regime de conceção, instalação e exploração dos sistemas públicos e prediais de distribuição de água e drenagem de águas residuais. De acordo com o artigo 79.º do DL n.º 194/2009, de 20/08 - Estabelece o regime jurídico dos serviços municipais de abastecimento público de água, de saneamento de águas residuais e de gestão de resíduos urbanos -, considera-se revogado o RGSPPDADAR em tudo o que contrarie o disposto no DL n.º 194/2009, até à aprovação do decreto regulamentar previsto no respetivo artigo 74.º.

  • a avaliação efetua-se para tempo seco (rede unitárias ou domésticas) e húmido/de chuva: as (i) inclinações, (ii) velocidades mínimas e máximas (garantia do critério de autolimpeza através da verificação das velocidades mínimas registadas no sistema, em tempo seco, mas também do poder de transporte) e (iii) altura da lâmina de água/fluxo. Também se atende, de forma implícita, aos critérios de dimensionamento estabelecidos no art.º 165.º (escoamento superficial nas valetas de águas pluviais para Tr de 2 a 10 anos), nomeadamente, critério do não transbordamento, limitação da velocidade e limitação da largura máxima da lâmina de água na valeta junto ao lancil. Relativamente à rede de saneamento pluvial ou unitária, é necessário o cadastro das componentes que a caracterizam. Quanto à rede de canais abertos, sempre que necessário deverá ser efetuado o levantamento topo-batimétrico dos mesmos e o levantamento da seção transversal e longitudinal subjacente às obras de arte (se aplicável).

• Propostas de solução / recomendações de gestão do sistema: considerando os trechos de canal aberto e/ou fechado (por exemplo coletor pluvial ou unitário (ou doméstico) com desempenho hidráulico-sanitário inadequado (Principais tipos de consequências do desempenho inadequado, vide ERSAR (2010, pp. 32-37): (i) Dimensão técnica; (ii) Dimensão económico-financeira; (iii) Dimensão saúde e segurança públicas; (iv) Dimensão ambiental; (v) Dimensão social)), para as probabilidades aplicáveis (seja área residencial, comercial ou industrial), incluindo o zonamento do leito de inundação, por tempo de retorno. Como exemplos de objetivos de modelação em sistemas de águas residuais e pluviais a ERSAR (2010, p. 126) refere: (i) planeamento, (ii) dimensionamento de novos sistemas, (iii) operação e manutenção, (iv) reabilitação.

• Estabelecer perímetros de inundação de cursos de água (no contexto do Ordenamento do Território e Proteção Civil).

• Suporte à atividade seguradora: tipificação e quantificação do risco.

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Para o efeito recorre-se ao SWMM, uma aplicação que apoia a simulação para estimar a quantidade e qualidade do escoamento residual/pluvial/fluvial, em áreas urbanas e rústicas.

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Pretende-se que sejam estudos que sirvam em concreto:

• Entidades Gestoras de Infraestruturas de Águas Residuais e Pluviais: Serviços Municipalizados de Água e Saneamento - SMAS e/ou Serviços de Obras Municipais e Serviços Urbanos - SOMSU, que passam a dispor de um diagnóstico das condições hidrológicas e hidráulicas da rede, incluindo de soluções, para eventual planeamento, dimensionamento, operação e manutenção, e reabilitação (atendendo ao previsto no RGSPPDADAR e guias técnicos da ERSAR);

• Serviços de Ordenamento do Território e de Urbanismo: para efeitos de consideração em Planos de Ordenamento do Território (por aplicação do DL n.º 364/1998, 21/11, e DL n.º 115/2010, 22/10 (Diretiva n.º 2007/60/CE), ou DL n.º 166/2008, 22/08 (alterado e republicado pelo DL n.º 239/2012, 02/11) e RCM n.º 81/2012, 03/10 (alterada e republicada pela Declaração de Rectificação n.º 71/2012, 30/11), e se aplicável, considerando o DL n.º 115/2010, 22/10;

• Serviços e Agentes de Proteção Civil: Serviços de Proteção Civil - SPC e demais Agentes de Proteção Civil - APC, cujos resultados dos estudos devem ser articulados com os avisos meteorológicos, pois apresentam utilidade em termos de prevenção para os SPC e APC. Por exemplo, os estudos podem ser incorporados nos planos gerais de emergência ou planos especiais de emergência, vide Resolução n.º 25/2008, 18/07, nomeadamente, o Plano Municipal de Emergência de Proteção Civil de determinado município ou Plano Especial de Emergência de Proteção Civil para cheias e/ou inundações em determinado município;

• Atividade seguradora: suporte à atividade económica na realização de contratos de seguro, através da identificação e diagnóstico do risco.

 

No estudo de redes de drenagem, e por exemplo, a propósito da gestão patrimonial de infraestruturas de águas residuais e pluviais, de entre as utilizações mais comuns poderão destacar-se o apoio às seguintes atividades:

• planeamento - no estudo de desenvolvimentos estratégicos em planeamento dos sistemas de águas residuais e de águas pluviais. Neste caso os modelos não podem ser calibrados ou validados.

• dimensionamento da rede ou de órgãos especiais - os modelos permitem avaliar e comparar alternativas de projeto de novos sistemas e de expansão de sistemas existentes. Neste caso, baseiam-se em cenários e projeções, podendo ser usados alguns dados de outros sistemas de características semelhantes. Estes modelos não podem ser calibrados ou validados.

• operação e manutenção - no estudo de cenários de operação e manutenção alternativos, tanto em situação normal de funcionamento como para ocorrências excecionais. Estes modelos devem basear-se em informação histórica devidamente tratada estatisticamente e devem ser calibrados e verificados utilizando, por exemplo, séries de precipitação, de caudal, ou resultados de campanhas de medição de curta duração.

• reabilitação - no diagnóstico das deficiências existentes, nomeadamente em termos hidráulicos e ambientais, no estudo de soluções corretivas e na avaliação de cenários de faseamento das intervenções. Estes modelos devem basear-se em informação histórica devidamente tratada estatisticamente e devem ser calibrados e verificados utilizando, por exemplo, séries de precipitação, de caudal, ou resultados de campanhas de medição de curta duração.

 

A seguir apresentam-se exemplos de objetivos de modelação em sistemas de águas residuais e pluviais, consoante a finalidade do modelo utilizado. Um modelo poderá ter múltiplas finalidades e, portanto, múltiplos objetivos.

 

Exemplos de objetivos de modelação em sistemas de águas residuais e pluviais (Ext. de ERSAR, 2010, p. 126).

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Planeamento

Avaliação da capacidade de transporte dos caudais gerados na área servida (caudais máximos e mínimos) e de expansões planeadas a longo prazo. Determinação da localização e capacidade de novas instalações elevatórias.

 

Dimensionamento de novos sistemas

Determinação da melhor configuração dos coletores e condutas elevatórias. Determinação dos diâmetros e declives dos coletores, e características das bombas.

 

Operação e manutenção (exploração)

Avaliação e melhoria de estratégias de operação de reguladores, por exemplo, estações elevatórias. Determinação de zonas propícias a deposição de sedimentos nas redes de coletores.

 

Reabilitação

Identificação de ocorrência de entrada em carga, de descargas de tempestade e de inundação. Avaliação dos impactos de melhorias a implementar no sistema resultantes de soluções de reabilitação.

 

Segundo o guia técnico da mesma entidade, ERSAR (2010, pp. 127 e seguintes), a propósito das metodologias para desenvolvimento e utilização de modelos matemáticos, refere-se que «O desenvolvimento de modelos matemáticos com a finalidade de proceder a simulação funcional de sistemas de águas residuais e pluviais deverá ser abordado pelas entidades gestoras de uma forma estruturada e sistemática, que permita garantir o melhor aproveitamento possível do esforço e recursos investidos, tanto na geração da solução inicial como na manutenção do modelo....».

 

Face à especificidade de cada sistema de drenagem (cadastro e sua topologia) contexto climático e geomorfológico (amplitudes altimétricas, comandos de vertente, tempos de atraso e de concentração, entre outras variáveis, como condições de fronteira/contorno) e uso e ocupação do território (aumento das áreas impermeabilizadas), os estudos poderão ser faseados e contemplar inicialmente setores de Território com rede de saneamento que apresenta desempenho funcional e formal inadequado, ou que carece de uma caracterização, diagnóstico e reabilitação das condições de circulação, energia e pressão a que a lâmina/coluna de água transportada é submetida, após génese do escoamento, e que atenda às condições hidrológico-hidráulicas atuais, afim de diagnosticar e propor a sua eventual reabilitação por forma a desempenhar a sua função hidráulico-sanitária, atendendo aos tempos de retorno aplicáveis.

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Modelação Dinâmica com HEC (HEC-HMS, HEC-RAS)

Também se utilizam os programas de modelação hidrológica e hidráulica da família HEC (HEC-HMS, HEC-RAS) para realização de modelação do escoamento unidimensional ou bidimensional de cursos de água no sentido de aplicar eventuais medidas de conservação e reabilitação da rede hidrográfica e zonas ribeirinhas (artigo 33.º da Lei n.º 58/2005, 29/12, versão atual).

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2) Por outro lado, também é possível oferecer serviços em termos de Gestão Avançada de Sistemas de Abastecimento de Água. Para o efeito, recorre-se ao EPANET, cujas potencialidades se encontram desdobradas ao seguinte nível:

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Capacidades de cálculo (hidráulico)

• Cálculo de perdas de carga contínua e em singularidades;

• Inserção de múltiplas categorias de consumo nos nós;

• Modelação de vários tipos de válvulas:

  • válvulas de seccionamento (como elemento conduta ou elemento válvula),

  • válvulas de retenção (no elemento conduta),

  • válvulas de regulação de pressão,

  • válvulas de regulação de caudal,

  • entre outras (de alívio, de perda de carga fixa, …);

• Modelação de bombas de velocidade fixa ou variável;

• Cálculo da altura de água num reservatório de secção variável em função do volume;

• Não simula o choque hidráulico.

Capacidades de cálculo (qualidade da água)

• Modela o transporte, a mistura e a transformação de substâncias recativas;

  • cloro residual, um subproduto da desinfeção

• Modela reações no seio do escoamento e na parede da tubagem;

  • Coeficiente de decaimento no seio do escoamento;

  • Coeficiente de decaimento de parede da conduta;

• Modela o tempo de percurso da água através da rede;

  • Tempo médio que uma parcela de água demora a chegar a um determinado nó a partir de outro nó da rede;

• Efetua o rastreio de uma origem de água;

  • Percentagem de água que, tendo origem num nó específico, chega a um determinado nó da rede, ao longo do tempo.

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O EPANET foi concebido para ser uma ferramenta de apoio à análise de sistemas de distribuição, melhorando o conhecimento sobre o transporte e o destino dos constituintes da água para consumo humano. Pode ser utilizado em diversas situações onde seja necessário efetuar simulações de sistemas pressurizados de distribuição. O estabelecimento de cenários de projeto (p.ex., planeamento, análise e diagnóstico, expansão de uma rede existente), a calibração de modelos hidráulicos, a análise do decaimento do cloro residual e a avaliação dos consumos são alguns exemplos de aplicação do programa.
O EPANET pode ajudar a analisar estratégias alternativas de gestão, de modo a melhorar a qualidade da água do sistema, através de:

•  Alterações na utilização de origens da água num sistema com múltiplas origens;

•  Alteração de esquema de funcionamento de grupos elevatórios e enchimento/esvaziamento de reservatórios de nível variável;

•  Utilização de tratamento adicional, tal como a recloragem;

•  Seleção de tubulações para limpeza e substituição (reabilitação).

 

Tanto a abordagem à modelação de águas residuais e pluviais, como à de abastecimento, pode ser complementada com documentação da ERSAR, vide URL: http://www.ersar.pt/pt/publicacoes/publicacoes-tecnicas/.