Simulação de fluxo na zona não saturada em valas de infiltração urbana

Abstract

Dentre o rol de alternativas para abordagem do problema dascheias urbanas destacam-se as técnicas compensatórias, que têm porobjetivo precípuo aumentar a parcela da água pluvial retida ou infiltradadevendo, assim, serem implantadas de modo que as águas superficiaisurbanas não contaminem o ambiente subterrâneo. O conhecimento sobreinfiltrações e movimento da água no solo surge então, como uma medidapreventiva, em razão de que se pode simular o comportamento deescoamentos por meio da modelagem matemática, uma vez que reduzemo tempo e os recursos exigidos pelos testes em campo ou em laboratórios.Diante do contexto, este trabalho dedicou-se a estudar o desempenho domodelo HYDRUS-1D para a simulação do fluxo de água na zona nãosaturada de valas de infiltração de águas pluviais urbanas. Para atingir talobjetivo, realizou-se a calibração do modelo por meio da modelageminversa, a partir de dados de um evento devidamente selecionado. Aeficiência na predição e acurácia dos resultados simulados foideterminada pelo Coeficiente de Eficiência de Nash e Sutcliffe (NSE),Raíz do Erro Quadrático Médio (RMSE) e Coeficiente de Determinação(??2). Os valores dos erros do evento selecionado para calibração foramde 0,009 (RMSE); 0,094 (NSE) e 0,89 (??2). Estes valores foramclassificados como ?muito bom? e assim, atingiu-se a calibração domodelo. Adiante, para a validação do modelo HYDRUS-1D foramsimulados 5 eventos e os valores dos estimadores estatísticos variaramentre 0,01 a 0,06 (RMSE); 0,87 a 0,91 (NSE) e 0,72 e 0,085 (??2).Conclui-se que o desempenho do modelo HYDRUS-1D para os eventos1 e 6 foram classificados como satisfatório (NSE) e bom (R2), já oseventos 2 e 4 obtiveram desempenho bom (NSE) e bom (R2) e, o evento5 obteve desempenho muito bom (NSE) e muito bom (R2). Entretanto, ofluxo simulado do Evento 4 e 1 não tiveram um bom ajuste, assim comoos diversos picos do Evento 6. Conclui-se então, que o desempenho domodelo HYDRUS-1D foi satisfatório, uma vez que, os eventos possuíamvariabilidade na distribuição das precipitações e as simulações sem omonitoramento do potencial matricial ao longo do perfil, se tornam maiscomplexas, devido às incertezas em relação as condições iniciais do solo.

Abstract: Among the alternatives to address the problem of urban flooding are thecompensatory techniques, whose main objective is to increase the amountof rainwater that is retained or infiltrated, and must therefore be deployedin such a way that urban surface water does not contaminate theenvironment underground. The knowledge about infiltration and watermovement in the soil then appears as a preventive measure, since it ispossible to simulate the behavior of flows through mathematicalmodeling, since they reduce the time and resources required by field testsor in laboratories. In the context of this work, this work was devoted tostudying the performance of the HYDRUS-1D model for the simulationof water flow in the unsaturated zone of urban rainwater infiltrationtrenches. In order to reach this objective, the calibration of the model wasperformed by means of the inverse modeling, from data of a duly selectedevent. Efficiency in the prediction and accuracy of the simulated resultswas determined by the Nash and Sutcliffe Efficiency Coefficient (NSE),Root Mean Square Error (RMSE) and Determination Coefficient (R2).The event error values selected for calibration were 0.009 (RMSE); 0.094(NSE) and 0.89 (R2). These values were classified as \"very good\" andthus, the calibration of the model was reached. Further, for the validationof the HYDRUS-1D model, 5 events were simulated and the values of thestatistical estimators ranged from 0.01 to 0.06 (RMSE); 0.87 to 0.91(NSE) and 0.72 and 0.085 (R2). It was concluded that the performance ofthe HYDRUS-1D model for events 1 and 6 were classified as satisfactory(NSE) and good (R2), while events 2 and 4 obtained good (NSE) and goodperformance (R), and event 5 obtained very good (NSE) and very good(R2) performance. However, the simulated flow of Event 4 and 1 did nothave a good fit, as did the various peaks of Event 6. It was concluded thatthe performance of the HYDRUS-1D model was satisfactory, since theevents had variability in distribution of precipitations and simulationswithout the monitoring of the matrix potential along the profile, becomemore complex, due to the uncertainties regarding the initial conditions ofthe soil.