Influência do tamanho de séries temporais de precipitação em simulações de sistemas de aproveitamento de água pluvial em edificações

Abstract

Este trabalho avaliou a influência do uso de diferentes tamanhos de séries temporais de precipitação em simulações de sistemas de aproveitamento de água pluvial em edificações. O objetivo principal foi verificar qual tamanho de série temporal consegue produzir resultados significativamente similares aos resultados obtidos com o uso de uma série histórica. O estudo foi feito para uma amostra de treze cidades localizadas em diferentes países. Foram utilizadas séries históricas de 30 anos de dados diários como referência e, a partir destas, foram criadas séries temporais curtas, ou seja, 30 séries de 1 ano, 29 séries de 2 anos, etc. Com as séries temporais curtas e as séries históricas, utilizou-se o programa computacional Netuno para realizar simulações e comparar os resultados. Foi definido um modelo de simulação com parâmetros fixos, como área de captação e número de moradores, e foram variados outros parâmetros, como o tamanho da série temporal e a demanda de água pluvial. Para comparar os resultados, realizou-se uma análise quantitativa a partir de três comparações: diferença entre os potenciais de economia gerados para os mesmos volumes de reservatório; volumes ideais de reservatório; e potencial de economia de água potável correspondente ao volume ideal de reservatório. A partir da contabilização da frequência dos resultados similares, foram determinados tamanhos de séries temporais representativos (quando pelo menos 90% dos resultados foram similares aos da série histórica) para cada cidade. Foi realizada a validação do tamanho de série representativo por meio de uma segunda etapa de simulação utilizando uma série de um período diferente do período utilizado na simulação inicial. Paralelamente, foi realizada uma análise qualitativa por meio da comparação de características pluviométricas das séries históricas com características pluviométricas das séries temporais curtas que geraram resultados similares aos da série histórica. Como resultados, foram obtidos diferentes tamanhos de séries temporais representativas dependendo da cidade. A menor série temporal representativa encontrada foi 6 anos, e a maior, 20 anos. Percebeu-se que para sete das treze cidades avaliadas, séries temporais de 15 anos foram suficientes para representar resultados similares aos da série histórica. Concluiu-se que o uso de séries temporais curtas no lugar de séries históricas para simulação de sistemas de aproveitamento de água pluvial é válido e principalmente dependente da quantidade média anual de dias sem precipitação e sazonalidade, características pluviométricas da região. Em casos de cidades com características pluviométricas semelhantes às das cidades avaliadas neste estudo, podem ser utilizados tamanhos representativos conforme os determinados, porém, uma análise específica é necessária em casos de caracterização pluviométrica muito diferente. Além disso, a partir da análise qualitativa, concluiu-se que a quantidade média anual de dias sem precipitação foi a característica mais importante na avaliação da representatividade de séries temporais curtas no lugar de séries históricas para simulação de sistemas de aproveitamento de águas pluviais.

Abstract: This study assessed the use of different rainfall time series sizes in rainwater harvesting in buildings. The main objective was to determine which rainfall time series size could provide results equivalent to those obtained using a long-term time series size. The study was conducted in thirteen cities around the world. It was used 30-years series as long-term time series size (as a reference) and short-term time series based on the long-term time series, i.e., 30 1-year series, 29 2-years series, and so on. The Netuno computer programme was used to run the simulations for each time series size and a model with some fixed parameters, as roof area and a number of residents, and some variable parameters, as the rainfall time series size and rainwater demand. The simulations results were compared with the long-term time series results in three ways: difference of potential for potable water savings, using the same rainwater tank capacity; optimal rainwater tank capacity; and potential for potable water savings relative to the optimal tank. Then, for each city, a representative rainfall time series was taken as the one which has at least 90% of equivalent results to those obtained for the long-term time series. A validation was conducted using a time series of the same size as the representative one, but with different rainfall data. A qualitative analysis was also performed by comparing the features of long-term and short-term time series that generate equivalent results. It was obtained that different time series size can be used to provide equivalent results to those obtained for the long-term time series, depending on the city. The shortest time series size was 6 years, and the longest was 20 years. In seven cities, 15-years time series size would provide equivalent results to those obtained for the long-term time series. The conclusion was that the use of short-term time series size instead of long-term time series size for rainwater harvesting systems is valid and mostly dependent on the rainfall patterns. In cities with rainfall patterns similar to those used in this study, short-term time series size as found in this study can be used, but a specific analysis is needed in case of different rainfall patterns. Last, the qualitative analysis showed that the annual average of days with no rainfall is the most important feature on the evaluation of short-term instead of long-term time series size to assess rainwater harvesting in buildings.