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Title in Portuguese: Modelagem da drenagem urbana e avaliação das cargas bacteriológicas na vertente marítima de Fortaleza, Ceará
Title: Modeling of urban drainage and evaluation of bacteriological loads in the coastal strand of Fortaleza, Ceará
Author: Mesquita, Janine Brandão de Farias
Advisor(s): Lima Neto, Iran Eduardo
Keywords: Saneamento
Drenagem urbana
Modelagem computacional
Esgotos
Coliformes fecais
Resíduos sólidos
Litoral - Fortaleza (Ceará)
Coastal zone
Rainfall
Sewage System
Issue Date: 7-Feb-2018
Citation: MESQUITA, J. B. F. Modelagem da drenagem urbana e avaliação das cargas bacteriológicas na vertente marítima de Fortaleza, Ceará. 2018. 95 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Os sistemas de drenagem urbana podem representar fontes de aporte de poluentes aos corpos receptores aos quais se destinam, principalmente em cidades litorâneas densamente povoadas. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo propor uma ferramenta para modelagem do sistema de drenagem urbana da bacia Vertente Marítima deFortaleza, Ceará, visandoaavaliação das cargas bacteriológicas.Para este fim, seguiu-se as seguintesetapas: 1) Seleção do modelo computacional, neste caso, o Stormwater Management Model-SWMMpara as simulações hidrológicas e hidráulicas nas sub-bacias; 2) Validaçãoquantitativado modelo com dados medidos de vazãoem seis sub-bacias,utilizando análise estatística (cálculo do desvio-padrão e coeficiente deeficiência deNash-Sutcliffe-CNS); 3) Proposição da ferramenta paracálculo das cargas bacteriológicasatravés da estimativa da carga difusa –CD por unidade de área (NMP. dia-1.hectare-1) e a correlação desta com uma série de variáveishidroambientais e 4) Análise de cenários para diferentes condições de precipitação pluviométrica,coleta de esgoto e resíduos sólidosdispostos inadequadamente-RSDI. Também foram realizadas campanhas de campo para levantamento de dados de entrada no SWMM, bem como coleta de amostras de água para análise do parâmetro Escherichia coli. Os resultados do trabalho mostraram que o SWMMoferece respostas representativas, sendo o desvio-padrão entre as vazões medidas e modeladas inferior a20% e o CNSsuperior a 0,90.No que tange ao modelo preditivo, foi ajustada uma função de potência de segunda ordem correlacionandoCD(NMP. dia-1.ha-1) com a precipitação média mensal (mm.dia-1) para as três sub-bacias analisadas(R²=0,972). Posteriormente, os coeficientes das equações encontradas foram correlacionados aos RSDI(Kg.dia-1) das sub-bacias, obtendo-se um ajuste logarítmico(R²=0,997), com o qual é possível obter uma equação de estimativa deCD para qualquersub-bacia da Vertente Marítima. A análise dos cenáriosmostrou haver um aumento significativo da carga em eventos chuvosos extremos e diminuição considerável com o aumento da fração da população interligada à rede de esgotoaliada àdiminuição de50% da produção RSDI. Concluiu-se que o modelo se mostrou adequado à realidade de Fortaleza, podendoser utilizadocomo ferramenta prática para a simulação da drenagem urbana e previsão das cargas afluentes à zona costeira da cidade. Espera-se que a metodologia proposta possa também ser aplicada em outras cidades com características hidroambientais semelhantes à Fortaleza.
Abstract: Urban drainage systems can represent sources of pollutants to the receiving bodies for which they are intended, especially in densely populated coastal towns. Therefore, the present work aims to propose a tool for modeling the urban drainage system of the Vertente Marítima de Fortaleza basin, Ceará, aiming to evaluate the bacteriological loads. To this end, the following steps were followed: 1) Selection of the computational model, in this case, the Stormwater Management Model-SWMM for the hydrological and hydraulic simulations in the sub-basins; 2) Quantitative model validation with measured flow data in six sub-basins, using statistical analysis (calculation of the standard deviation and Nash-Sutcliffe-CNS coefficient of efficiency); 3) Proposition of the tool for calculation of bacteriological loads by estimating the diffuse load -CD per unit area (NMP, day-1.hectare-1) and its correlation with a series of environmental variables and 4) Scenario analysis for different conditions of precipitation, sewage collection and solid residues inadequately disposed of - RSDI. Field campaigns were also carried out to collect data from the SWMM, as well as the collection of water samples for analysis of the Escherichia coli parameter. The results of the work showed that the SWMM offers representative answers, the standard deviation between measured and modeled flows being less than 20% and the CNS higher than 0.90. Regarding the predictive model, a second order power function was adjusted by correlating CD (NMP, day-1.ha-1) with the mean monthly precipitation (mm.day-1) for the three sub-basins analyzed (R² = 0.972). Afterwards, the coefficients of the equations were correlated to the RSDI (Kg.dia-1) of the sub-basins, obtaining a logarithmic adjustment (R² = 0.997), with which it is possible to obtain an equation of estimate of CD for any basin of the Coastal Strand. The scenarios analysis showed a significant increase of the load in extreme rainfall events and a considerable decrease with the increase of the fraction of the population connected to the sewage network to the reduction of 50% of the RSDI production. It was concluded that the model was adequate to the Fortaleza reality and could be used as a practical tool to simulate the urban drainage and prediction of the tributary loads to the coastal zone of the city. It is hoped that the proposed methodology may also be applied in other cities with hydro-environmental characteristics similar to Fortaleza.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30536
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