dc.creator | Persch, Cristiano Gabriel | |
dc.date.accessioned | 2022-07-21T13:30:58Z | |
dc.date.available | 2022-07-21T13:30:58Z | |
dc.date.issued | 2022-07-05 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/25622 | |
dc.description.abstract | The design and application of Nature-Based Solutions (NBSs) systems in the control of surface runoff is commonly
coupled with hydraulic-hydrological simulation to define the best strategies, potential effects, and benefits on the
surface. Since the urban environment is defined by high heterogeneity and the hydrological processes are marked
by strong non-linearity, it is necessary to understand how spatial discretization influences the modeling process,
seeking to find a balance between the level of discretization and the efforts undertaken, mainly in urban and periurban regions, where this characteristic is even more highlighted. A prominent tool to perform this task is the
SWMM (Storm Water Management Model), a model widely used in the world with considerable success in the
modeling process. SWMM solves the hydraulic and hydrological component of a basin during the simulation
process, and it is suitable for most applications by adequately simulating the flow processes in the systems.
However, it was observed in the literature that the model does not represent dynamic changes well, particularly
transitions to pressurized flow conditions, which is characteristic of extreme events. Since the model does not use
spatial discretization within conduits as a solution of the system, it can lead to high values of continuity error,
presence of peaks or numerical oscillations. In the same way, hydrological discretization also influences systems,
and the role of the modeler is to adopt solutions that minimize adverse effects of non-discretization. The level of
discretization in the hydrological components has impact on the representation of urban surfaces, and on the
performance evaluation and projects of NBSs systems. Thus, in this research, the effect of different strategies of
hydraulic and hydrological discretization in the simulation of a typical urban basin and its effect on the application
of NBSs-type structures were evaluated. Regarding the hydraulic component of the model, different strategies of
discretization of the hydraulic network were implemented in SWMM and their effect on the improvement in the
simulations, continuity errors and computational time were evaluated. The results indicated that the traditional
discretization (DTrad) did not accurately represent the observed data. On the other hand, the artificial discretization
(ASD) showed a significant improvement from the representation of conduits with lengths smaller than 20m
(NSE>0.7). However, longer computational times were necessary as smaller discretization were adopted. ASD
discretization also significantly reduced continuity errors compared to DTrad. Regarding the hydrological
component, four levels of detail of the surface of the study area (1; 5; 12 and 21 basins) were implemented in the
SWMM (with and without NBSs) evaluating the model's sensitivity related to the flow dynamics in terms of
maximum flows and the sensitivity of the parameters on the flow. The results indicated that higher resolutions (12
and 21 sub-basins) led to higher peak flows for both monitored and design events for scenarios with and without
NBSs. As the drainage system is represented in more detail, higher peak runoff flows were found. Regarding the
parameters, the greater influence of the CN variables and basin width stood out, especially in the less refined
representations (1 and 5 basins), reinforcing that less detailed discretization are more susceptible to uncertainties
compared to the others, which may potentialize errors in eventual evaluations of the effects and dimensioning. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Modelagem | por |
dc.subject | Discretização | por |
dc.subject | Soluções baseadas na natureza | por |
dc.subject | Modeling | eng |
dc.subject | Discretization | eng |
dc.subject | Nature-based solutions | eng |
dc.title | Efeito de diferentes estratégias de discretização hidráulica e hidrológica na modelagem de bacias urbanas | por |
dc.title.alternative | Effect of different hydraulic and hydrological discretization strategies on urban basin modeling | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | O projeto e a aplicação de sistemas do tipo Soluções Baseadas na Natureza (SBNs) no controle do escoamento
superficial comumente vem aliado a simulação hidráulico-hidrológica para definir as melhores estratégias,
potenciais efeitos e benefícios sobre a superfície. Uma vez que o ambiente urbano é marcado pela alta
heterogeneidade e os processos hidrológicos são marcados por uma forte não linearidade, é necessário entender
como a discretização espacial influencia no processo de modelagem buscando encontrar o equilíbrio entre o nível
de discretização e os esforços empreendidos, principalmente em regiões urbanas e periurbanas, onde essa
característica é ainda mais ressaltada. Uma ferramenta de destaque nessa tarefa é o SWMM (Storm Water
Management Model), modelo amplamente utilizado no mundo com apreciável êxito no processo de modelagem.
O SWMM resolve a componente hidráulica e hidrológica de uma bacia durante o processo de simulação, e mostrase adequado para a grande maioria das aplicações simulando adequadamente os processos de escoamento nos
sistemas. Porém, a partir de alguns estudos, observou-se que o modelo não representa bem as mudanças dinâmicas,
particularmente transições para condições de fluxo pressurizado, característico de eventos extremos, uma vez que
o modelo não usa discretização espacial dentro de condutos como forma de solução do sistema, podendo levar a
elevados valores de erro de continuidade, presença de picos ou oscilações numéricas. Da mesma maneira, a
discretização hidrológica também tem efeito sobre os sistemas, e parte do modelador adotar as soluções que
minimizem efeitos adversos da não discretização. O nível de discretização nas componentes hidrológica tem a
capacidade de impactar na representação das superfícies urbanas, e na avaliação do desempenho e projetos de
sistemas SBNs. Assim, nesta pesquisa avaliou-se o efeito de diferentes estratégias de discretizações hidráulicas e
hidrológicas na simulação de uma bacia tipicamente urbana e seu efeito sobre a aplicação de estruturas do tipo
SBNs. Com relação a componente hidráulica do modelo, foram implementados no SWMM diferentes estratégias
de discretização da rede hidráulica e avaliados seu efeito sobre a melhora nas simulações, erros de continuidade e
tempo computacional. Os resultados indicaram que a discretização tradicional (DTrad) não representou com
precisão os dados observados. Já a discretização artificial (ASD), mostrou significativa melhoria a partir da
representação dos condutos com comprimentos menores que 20m (NSE>0.7). Todavia, maiores tempos
computacionais foram necessários à medida que menores discretizações foram adotadas. A discretização ASD
também diminuiu de forma expressiva os erros de continuidade em comparação a DTrad. Em relação a componente
hidrológica, quatro níveis de detalhamento da superfície da área de estudo (1; 5; 12 e 21 bacias) foram
implementados no SWMM (com e sem SBNs) avaliando-se a sensibilidade do modelo em relação a dinâmica do
escoamento em termos de vazões máximas e a sensibilidade dos parâmetros sobre o escoamento. Os resultados
indicaram que maiores resoluções (12 e 21 sub-bacias) conduziram a maiores vazões de pico tanto para eventos
monitorados como de projeto para cenários com e sem SBN´s. À medida que o sistema de drenagem é representado
de forma mais detalhada, maiores vazões de pico de escoamento superficial foram encontradas. Em relação aos
parâmetros, destacou-se a maior influência das variáveis CN e largura da bacia, principalmente nas representações
menos refinadas (1 e 5 bacias), reforçando que discretizações menos detalhadas são muito mais suscetíveis a
incertezas em comparação às demais, podendo potencializar erros em eventuais avaliações dos efeitos e
dimensionamentos. | por |
dc.contributor.advisor1 | Piccilli, Daniel Gustavo Allasia | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3858010328968944 | por |
dc.contributor.referee1 | Pinto, Leandro Conceição | |
dc.contributor.referee2 | Garcia, Joaquin Ignacio Bonnecarrere | |
dc.contributor.referee3 | Bravo, Juan Martin | |
dc.contributor.referee4 | Vasconcelos Neto, José Goes | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/3427155717569020 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Civil | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |