ATKINS
Como a Atkins modelou o escoamento de águas pluviais em diferentes tipos de solo usando o InfoWorks ICM para atenuar riscos de inundação em Reigate
Tempestade, esgoto, inundação
Compartilhe esta história
Resumo
Nos últimos 20 anos, o centro da cidade de Reigate, condado de Surrey, sul da Inglaterra, sofreu frequentes inundações, efeito da ação conjunta do rio Wallace Brook e de águas superficiais e águas contaminadas por esgoto. A equipe enfrentou dificuldades específicas com problemas de assoreamento no próprio riacho, mas optou por prosseguir. Era preciso encontrar uma forma de avaliar com precisão não apenas o solo do próprio riacho e do seu entorno, mas também os diferentes tipos de solo em toda a área, para que pudessem ter as informações corretas para a solução do problema.
Em um dia, chuva correspondente a uma quinzena
Em agosto de 2015, a cidade enfrentou uma precipitação de 37 mm de chuva em um só dia, quase metade da expectativa mensal para a área. Lojas e vias do centro da cidade foram inundadas, restringindo o acesso a residências e lares de idosos. Esse evento levou o Conselho de Surrey County (SCC, Surrey County Council) a contratar a Atkins, uma das empresas de consultoria em projeto, engenharia e gerenciamento de projetos mais respeitadas do mundo, para que fizesse um estudo sobre como atenuar inundações em Reigate.
Ruchi Sayal, especialista em modelagem hidráulica da equipe de engenharia, projeto e gerenciamento de projetos da Atkins, recorreu ao InfoWorks ICM para construir um modelo abrangente de captação na área do rio que também incluísse águas superficiais e águas contaminadas por esgoto. Sua meta era criar um modelo que sintetizasse dados sobre o Wallace Brook e seu afluente, o rio Mole, e também sobre pequenos lagos e outras estruturas de curso de água próximas.
Eles definiram uma base criando um modelo 2D de malha térrea com o uso de dados LiDAR, para mostrar características de superfície com sistemas de drenagem para águas superficiais e águas contaminadas por esgoto complementando a imagem.
Decisão sobre uma abordagem de modelo de infiltração
Decisão sobre uma abordagem de modelo de infiltração
A infiltração da chuva no solo é um dado importante a considerar na modelagem dos efeitos do escoamento direto dessa água. Entender as características específicas do solo é muito importante para que se preveja como ocorrerá a infiltração da captação.
O InfoWorks ICM usa vários modelos de infiltração, como Horton, Green Ampt, Fixed Infiltration e Constant Infiltration, para calcular a infiltração da captação. Ruchi optou pelo modelo Green Ampt. “O modelo Green Ampt considera uma ampla variedade de características do solo. Assim, temos uma representação mais realista da captação", ela explica. "Além disso, o Green Ampt foi usado em um modelo de captação de uma área adjacente construída para o órgão ambiental, ajustado às condições atuais.”
Eles começaram com dados obtidos no site da organização British Geological Survey (BGS), que os ajudaram a entender a distribuição mais ampla do solo do Reino Unido. A partir daí, restringiram a pesquisa e compararam a composição do solo de Reigate com a geologia da captação adjacente.
Mais informações para refinar o modelo
Condutividade hidráulica é a taxa provável de infiltração da água no solo. Tipos de solo impermeáveis, como a argila, apresentam baixo número e solos mais arenosos têm maior taxa de condutividade. Os parâmetros do modelo Green Ampt correspondiam a argila pesada na captação do Reigate, por isso eles os adotaram inicialmente em toda a captação. Eles calcularam um valor de condutividade baixo, em torno de 2 mm/hora.
A verificação com eventos históricos de inundação foi muito importante para que a equipe pudesse estabelecer a confiabilidade do seu modelo. No entanto, os dados de medição para a captação do Reigate eram limitados. Por isso, não foi possível um ajuste preciso com base em eventos históricos de inundação. Na comparação dos resultados do modelo inicial com dados históricos gerais, as áreas esperadas apareciam como modeladas para inundação. No entanto, com 20% de chance de eventos de inundação (probabilidade anual de um em cinco), o modelo mostrou que mais de 30 propriedades seriam inundadas, com mais de 1 m de profundidade. Essa hipótese de inundação grave, extensa e regular foi considerada não realista.
Eles decidiram investigar mais detalhadamente os diferentes tipos de solo na área de captação. Perfurações localizadas encontradas no site da BGS indicavam que a parte sul da região tinha um tipo de solo mais arenoso do que a argila pesada que formava a base da primeira análise de modelagem. Esse dado mudou o valor da condutividade hidráulica de aproximadamente 2 mm/hora (correspondentes à argila pesada) para 128 mm/hora (para argila arenosa).
O modelo atualizado teve bons resultados, e as áreas esperadas foram modeladas para inundação. No entanto, a aplicação de 5% a eventos de precipitação (probabilidade anual de um em 20) não ativou rotas de fluxo significativas historicamente observadas no centro de Reigate.
"Às vezes é difícil visualizar o quadro como um todo, mas o ICM foi muito útil para que eu visse o risco de inundação na área de captação. No início eu duvidava que o modelo funcionasse, mas ele funcionou. Achei a estabilidade do ICM realmente impressionante."
—Ruchi Sayal, Modeladora hidráulica, Atkins
Aprofundamento nos tipos de solo para a solução perfeita
A equipe decidiu partir para um terceiro estágio de refinamento do modelo, desta vez considerando o caráter urbano da captação no centro de Reigate. Aqui, o solo era compacto, o que afetaria a taxa de infiltração. A captação foi dividida em três setores. O setor superior, ao norte, continha argila pesada; o inferior, ao sul, possuía um solo mais arenoso, como identificaram as perfurações da BGS, e o setor do meio era uma área grande que mostrava a natureza urbana do centro da cidade.
Nessa configuração final, os parâmetros variaram, para corresponder não só aos diferentes solos, mas também ao impacto na conectividade hidráulica da compactação, construção e urbanização do solo. Usando pesquisas que sugeriam que esses fatores poderiam reduzir as taxas de infiltração em 70 a 80%, Ruchi modelou a captação com base nos três tipos diferentes de solo capazes de afetar a infiltração em toda a área.
A decisão de Ruchi de observar mais detalhadamente o efeito do tipo de solo no escoamento de águas pluviais valeu a pena. O modelo revisado teve bons resultados. As áreas esperadas foram modeladas para inundação e as profundidades foram confirmadas por incidentes relatados de inundação.
No primeiro modelo, que usou um tipo de solo uniforme em toda a captação, qualquer solução de alívio de inundação consideraria apenas um solo de baixa condutividade. O volume de infiltração de escoamento no solo seria muito baixo e, portanto, qualquer solução teria sido superdimensionada, considerando mais água do que seria o caso. Superdimensionar o risco pode levar a modelos irreais, minando a base de evidências usada para justificar esquemas e dificultando o aconselhamento às comunidades em risco.
Embora o segundo modelo tenha diferenciado os tipos de solo, a grande área central retornava um nível de infiltração alto, que não refletia a realidade. Isso poderia levá-los a subestimar o risco de inundação e a possíveis danos à propriedade.
O terceiro modelo criado, mais equilibrado, provou ser a solução certa. Ele mostrava a situação real em toda a captação e proporcionava melhor compreensão das áreas e mecanismos de risco de inundação. Como Ruchi aponta, "os modeladores sempre têm que decidir sobre como usar da melhor forma os dados de que dispõem e o nível de detalhamento a ser adotado. O Reigate ICM nos trouxe o desafio fundamental de equilibrar proporcionalidade e inclusão de detalhes suficientes para a construção de um modelo que oferecesse resultados confiáveis".
Extensão do modelo 2D do Reigate ICM (contorno vermelho). Imagem gentilmente cedida pela Atkins.
Um modelo bem-sucedido leva a um cliente feliz
A Atkins é um usuário de longa data do InfoWorks ICM, e Ruchi é uma experiente modeladora hidráulica, profunda conhecedora de muitos tipos diferentes de software, mas esta foi a primeira vez que ela usou o InfoWorks ICM. Sua boa impressão foi imediata: “Essas grandes áreas de captação são complicadas", diz ela. “No início eu duvidava que o modelo funcionasse, mas ele funcionou. Achei a estabilidade do ICM realmente impressionante.”
Conseguir reunir tudo em um só lugar ajudou muito. “Às vezes, é difícil visualizar o quadro como um todo, mas o ICM foi muito útil para que eu visse o risco de inundação. O InfoWorks ICM mostra onde estão todos os itens na área de captação", explica ela. “As ferramentas do ICM para personalização de scripts tornaram meu trabalho realmente rápido e eficiente.”
Todo o seu excelente trabalho foi bem recebido pelo Conselho de Surrey County. “Eles ficaram felizes com o resultado do modelo”, diz ela. “O trabalho que realizamos com o InfoWorks ICM mostrou que estávamos certos em usar as melhores ferramentas de modelagem para chegar ao melhor resultado."
Orientação para profissionais da área hídrica
Visite nosso blog sobre a água para obter ideias e informações:
Compartilhe esta história
