Água em meio urbano - técnico lisboa - autenticação df... · drenagem urbana. seminário...

Rafaela de Saldanha Matos

Investigadora-Coordenadora

Directora de Departamento de Hidráulica e Ambiente

IST, 21 de Outubro de 2008

Água em meio Urbano

Gestão Técnica de Sistemas de Drenagem Urbana

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 2

Objectivo da Sessão

Dar uma panorâmica geral sobre aspectos relevantes

da Gestão Técnica de sistemas de águas residuais

(SAR)

entendida esta como o conjunto de metodologias, de

técnicas, de instrumentos de apoio ao funcionamento

adequado dos sistemas tendo em vista a satisfação

de bons níveis de desempenho a custo aceitável


Estrutura e Conteúdo da Sessão> Enquadramento e factores de mudança: a importância de “gerir

bem” os SAR> A reabilitação estratégica e os seus instrumentos:

Gestão da Informação• Cadastro • Inspecção visual• Dados operacionais

Operação e manutenção

Diagnóstico (hidráulico, estrutural, ambiental)

Modelação matemática

Monitorização

> Avaliação de Desempenho e o apoio à decisão

> O futuro: a evolução para a Gestão Patrimonial de infra-estruturas

(Asset Management)


Enquadramento geral

SAR - Infra-estruturas relevantes, que devem ser bem geridas

Serviço das Entidades Gestoras assumido cada vez mais como relevante e exigente

Infra-estruturas predominantemente enterradas

• condição difícil de avaliar

• Inviável proceder a inspecções directas completas e sistemáticas

• Importante associar competências de engenharia, gestão, socio-economia, segurança..

Infra-estruturas que se comportam como um sistema (e não como um somatório de componentes)

O contexto regulamentar e normativo é cada vez mais exigente


Situação em Portugal> Portugal tem investido muito em novas infra-estruturas> O PEAASAR II (2007-2013) prevê que se continue este ciclo de

investimento em novas infra-estruturas> Trata-se de activos de longa duração, que é indispensável gerir

de forma sustentável, mantendo-os adequadamentegarantindo que se investe em conservação o correspondente à depreciação real

> Para tal, é preciso saber:Que necessidades de investimento são necessárias para os manter com adequado níveis de desempenho as infra-estruturas existentes e em construção?Quando, onde e como reabilitar prioritariamente?

> Continuamos a dar menos importância do que a devida àconservação / reabilitação do património já existente

> Com o novo património, estamos a adquirir novos compromissos


Expansão de sistemas existentes

Reabilitação de sistemas existentes

Construção de novos sistemas

Desenvolvimentos em SAR


Conceitos associados à reabilitação

>1ª questão: O que é reabilitação?

>2ª questão: Porquê e quando reabilitar?

>3ª questão: Como reabilitar?


O que é a reabilitação?

> 1ª questão: O que é reabilitação?

Norma Europeia EN 752-5 (1995) - conjunto de todas as

medidas de intervenção física num sistema de drenagem

existente conducentes a uma melhoria do seu desempenho.

Renovar / reparar / substituir


Porquê e Quando Reabilitar?

Necessidade de melhorar níveis de desempenho até valores de referência aceitáveis, ao custo mínimo, ou seja, optimizando os recursos disponíveis (humanos, técnicos, operacionais e logísticos). Aspectos a considerar:

Saúde PúblicaInundações Integridade estruturalCondições de segurançaQualidade ambiental


Como Reabilitar?

Sequência lógica, integrada e articulada de procedimentos, pesquisas, medidas, acções e processos de decisão sistematizados em quatro fases:

1ª Fase - Planeamento inicial

2ª Fase - Estudos de Diagnóstico

3ª Fase - Estratégia e Plano Intervenção

4ª Fase - Concretização e avaliação ex- post


Planeamentoinicial

Planeamentoinicial

DiagnósticoHIDRÁULICODiagnóstico

HIDRÁULICODiagnóstico

ESTRUTURALDiagnóstico

ESTRUTURALDiagnósticoAMBIENTALDiagnósticoAMBIENTAL

Estratégia eplaneamento das

intervenções

Estratégia eplaneamento das

intervenções

Execução emonitorização das

intervenções

Execução emonitorização das

intervenções

Abordagem Integrada da Reabilitação



Recolha sistemáticade dados

Recolha sistemáticade dados

Inspecções de campoInspecções de campo

Actualização e arquivoda informação

Actualização e arquivoda informação

1ª FasePLANEAMENTO INICIAL

11ªª FaseFasePLANEAMENTO INICIALPLANEAMENTO INICIAL


Tipos de dados a recolher

MCA, 16-Apr-99, 13

Inspecção visual:•Visitas•CCTVOutras (ex: sonar)

Sistema de medições, amostragem e trabalho

analítico

MEDIÇÕESEstado funcional e estrutural

Categorias de dados

CADASTRO


Sistemas de informação de SAR

MCA, 16-Apr-99, 14

Informação sobre o sistema existente e seu estado:fundamental informação tão completa quanto possível

Cadastro actualizado !!!Licenças de descarga e suas característicasRelatórios de inspecções !!!Cálculos hidráulicos efectuadosAvaliações de impacto ambientalLimites de descarga para os meios receptoresNíveis freáticosMedições de caudais / qualidade


CADASTRO ACTUALIZADO

Quantidade de informação a incluir no cadastro: mínimo e suplementar.

Mínimo em documentos regulamentares e normativos:

Regulamento geral de distribuição de água e de

drenagem de águas residuais (RGDAR, 1995)

Norma Europeia EN 752-5:1997

Regulamentos municipais

Outros (UK, Alemanha, etc.)


CADASTRO ACTUALIZADO

RGDAR (1995)

Localização em planta dos colectores, acessórios e instalações complementares

Cotas de pavimento e de soleira das câmaras de visita

Secções, materiais e tipos de juntas dos colectores

Código relativo às condições de funcionamento dos colectores

Ficha individual para os ramais de ligação e instalações complementares

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 17MCA, 16-Apr-99, 17

Informação sobre o estado funcional e estrutural

• Informação sobre limpeza e manutenção de colectores (ex: datas, tipos de sedimentos removidos, profundidade das camadas de sedimentos)

• Informação de inspecção (relatórios, vídeos , fotos)

• Avaliação do funcionamento hidráulico (caudais, velocidades)

• Avaliação da condição estrutural (graduação da condição

estrutural de cada elemento)

• Relatórios de entupimentos e colapsos (inspecções de rotina

ou emergência)

• Outra: níveis e cheias (bombeiros), lixo em degraus, etc.

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 18MCA, 16-Apr-99, 18 Inundações - informação adicional


Inundações - informação adicional



Selecção do domíniode diagnóstico

Selecção do domíniode diagnóstico

ESTRUTURALESTRUTURAL

Preparação das campanhasde inspecção

Preparação das campanhasde inspecção

Realização das inspecçõesRealização das inspecções

Avaliação dascondições estruturais

Avaliação dascondições estruturais

HIDRÁULICOHIDRÁULICO

Monitorização dosistema

Monitorização dosistema

Construção, calibração everificação do modelo

Construção, calibração everificação do modelo

Avaliação dascondições hidráulicas

Avaliação dascondições hidráulicas

AMBIENTALAMBIENTAL

Preparação das campanhasde rastreio

Preparação das campanhasde rastreio

Concretização dasacções de rastreioConcretização dasacções de rastreio

Avaliação dascondições ambientais

Avaliação dascondições ambientais

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHOAVALIAÇÃO DO DESEMPENHO


Diagnóstico Estrutural

> Objectivo: avaliação do estado físico do sistema, caracterizando as principais deficiências

> Meios: campanhas de inspecção

Desempenho AmbientalDesempenho hidráulico

Desempenho estrutural


Diagnóstico hidráulico

> Reprodução das condições de funcionamento hidráulico do sistema, com identificação e análise de insuficiências, permitindo avaliar e prever as respostas do sistema a diferentes solicitações

> Domínio por excelência da modelação matemática


Diagnóstico Ambiental

> Objectivo: avaliação do desempenho ambiental do sistema, caracterizando as principais deficiências:

ligações industriais

falta de estanquidade

descargas para o meio receptor/objectivos de qualidade

odores, ruído, aspectos estéticos

atmosferas tóxicas


Estratégia e planeamento da intervenções

> Faseamento dos trabalhos

> articulação com outras infra-estruturas

> reciclagem dos materiais e resíduos produzidos

> minimização de incómodos para as populações

> custos futuros de operação

> custos totais (directos, indirectos/sociais)

> elaboração do plano incluindo etapas, duração, custos, relação com outros trabalhos, segurança


Execução e monitorização ex-post

> Soluções hidráulicas

> Soluções estruturais

> Soluções ambientais

> Verificação a posteriori do impacte da reabilitação na melhoria do desempenho

Leque de soluçõestecnológicas

(reparação, renovaçãosubstituição)

A inspecção visual


Inspecção visual de SAR

Necessária para recolher informação sobre o estado. Os métodos incluem:

inspecção do colector dentro do colectorinspecção do colector a partir da câmara de visitainspecção da câmara de visita a partir do seu interiorinspecção da câmara de visita a partir da superfície

As técnicas de inspecção incluem:controlo remoto com câmara de CCTVinspecção por pessoalcâmara fotográfica


Inspecção visual de SAR: CODIFICAÇÃO

prEN13508-2: Estado dos sistemas públicos de drenagem de águas residuais. Parte 2: Sistema de codificação da inspecção visual

armazenamento de informação resultante de inspecção visual

avaliação de deficiências no desempenho no âmbito do desenvolvimento de um plano de reabilitação [EN 752-5:§7]

fornecimento de informação para planos de actividades de manutenção [EN 752-7:§6]

na investigação de problemas específicos de operação ou manutenção [EN 752-7:§8]

armazenamento de dados de cadastro [EN 752-5:§7]


Campanha de medição de curta duração


Inspecção por CCTV


Ligações indevidas não cadastradas


Evidência de entrada em carga

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 33Sistema em operação


Inspecção por pessoal


Caudal de infiltração

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 36Secção alterada por depósitos


Depósitos / Sedimentos

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 38Ligações não cadastradas


Secções não standard

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 40Situação com potencial para acumulação de detritos


PRINCIPAIS PERIGOS A CONSIDERAR1) Perigos relacionados com a atmosfera do colector:

Explosão (gasolina, solventes, metano)Deficiência de oxigénio (N:20.9%; L: 19.5%; Fatal: <16%)Tóxicos (gás sulfidrico, dioxido de carbono, cloro)

2) Arrastamento e imersão;3) Quedas;4) Queda de objectos;5) Infecções (cortes e feridas; vacinação: tétano e

poliomielite);6) Hipotermia;7) Outros (equipamentos especializados).

Inspecção: REGRAS DE SEGURANÇA FUNDAMENTAIS


Regulamentos e normas

> Decreto Regulamentar nº 23/1995 - Regulamento Geral de SAA e de Sistemas de Águas Residuais

> Série de Normas Portuguesas NP EN 752: Sistemas Públicos de Águas Residuais (7 partes)

Parte 1: Generalidades e definições Parte 2: Requisitos de DesempenhoParte 3: ConcepçãoParte 4: Dimensionamento hidráulico e considerações ambientais Parte 5: ReabilitaçãoParte 6: Instalações elevatórias Parte 7: Exploração e manutenção

> Norma EN13508-2: Estado dos sistemas públicos de drenagem de águas residuais.

Parte 1: Avaliação do estado do sistema Parte 2: Sistema de codificação da inspecção visual

A modelação matemática


Instrumentos de engenharia para apoioà reabilitação

> Modelos de simulação: permitem avaliar e prever as respostas dos sistemas a diferentes solicitações quer hidráulicas quer de qualidade

Escolha do modeloconstrução do modelomonitorização do sistemacalibração e verificaçãosimulação, análise e diagnóstico


Diagnóstico Hidráulico - fases

Escolha do Modelo

Construção do modelo

Monitorização do Sistema

Calibração e Verificação do Modelo


Escolha do Modelo

Definição clara dos objectivos da análise

Escolha do modelo mais simples que satisfaz os objectivos da análise

Uso de um modelo consistente com o tipo e características dos dados disponíveis


Construção do modelo

Carregamento dos dados necessários, após criteriosa validação e nos formatos requeridos

Dados hidrológicos, hidráulicos, de qualidade das águas residuais, “acções” do sistema, condições de fronteira e parâmetros intrínsecos do modelo

Sistemas de bases de dados, CAD, SIG - apoio às tarefas de armazenamento, validação tratamento e manipulação.


Requisitos de dados para a modelação

Características do sistema de drenagem

Condiçõesde fronteira

Condições iniciais

Software seleccionado

Solicitações ao sistema


Calibração e verificação do modelo

Calibração: comparação dos dados medidos

com os resultados da simulação de que resultam

ajustes nos parâmetros do modelo

Verificação: passo posterior à calibração;

utilização de um conjunto distinto de dados

observados e simulados - teste à robustez dos

parâmetros


Início

Dados de Dados de Ajuste dos calibração entrada parâmetros

do modelo

Operaçãodo modelo

Resultadosadequados? Não

Sim

Verificação

Sequência calibração/verificação


Processo de calibração


Critérios de calibração

1) Caudal de pico

EP - erro adimensional no caudal de pico;Qps - caudal máximo simulação;Qpm - caudal máximo medido;

2) Forma do hidrograma(Gráfico/visual)

100xQ

QQEP

pm

pmps −=

3) Volume do hidrograma

EV - erro adimensional no volume;Vs - volume simulado num período; Vm - volume medido num período;

4) Caudais/forma

Qm(t) - o caudal medido no instante t;Qs(t) - o caudal simulado no instante t;n - número de pontos do hidrograma

100xV

VVEVm

sm −=

[ ]2

1)()(∑

=

−=n

iisim tQtQF


Tipos de modelos

• Determinísticos

• Relações matemáticas entre parâmetros físicos• A um dado conjunto de variáveis de entrada corresponde

uma só resposta do sistema

• Estocáticos

• Baseiam-se em leis estatísticas para gerar as respostas do sistema às variáveis de entrada

•A um dado conjunto de variáveis de entrada corresponde uma gama de resultados de saída


Referência a alguns modelos

• MOUSE (DHI)

• HYDROWORKS (HR Wallingford)

• SWMM (EUA) – open source


MOUSE

Visualização gráfica

• Planta do sistema• Perfis do sistema


MOUSEBacias de drenagem


MOUSERede de colectores


MIKE VIEWGráficos

A monitorização



> Monitorização dos sistemasequipamento instalado em regime contínuo ou quase contínuo para medição de variáveis importantes: precipitação, nível/caudal, cargas poluentes.


Dias úteis

Tempo (h)

Fact

or d

e ca

rga 4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Domingos

Tempo (h)

Fact

or d

e ca

rga 4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Sábados

Tempo (h)

Fact

or d

e ca

rga 4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Médias de 15 minMédia diáriasuperior 90%inferior 90

Exemplo de diagramas padrão para tempo seco


UDÓMETRO DE RECEPTÁCULOS BASCULANTES


Totalização Detalhe


Udómetro

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 65Recolha de dados de precipitação


Métodos mais comuns:• Acústico: Ultra - sons tempo de percurso entre o sinal

emitido e a recepção do eco.Desvantagens : ângulo de abertura do feixe ultrasónico, banda morta, variação com a temperatura.

• Mecânico: Variação de Pressão

Desvantagens: contacto com o efluente, deriva do zero

• Características do equipamento

(ex: gama: 3- 305 cm, resolução 0.1 mm)

Equipamento de medição: NÍVEL


Medição de nível

Seminário Desenvolvimento Sustentável IST 68Medição de nível


• Acústico: Efeito de Doppler desvio de frequências entre o sinal emitido e o sinal reflectido proporcional àvelocidade do escoamento

Desvantagens: influência dos sólidos em suspensão• Electromagnético: Lei de Faraday medição da

tensão eléctrica proporcional à velocidade do escoamento

Desvantagens: obras de instalação dispendiosas• Mecânico: Molinete movimento de rotação de uma

hélice, contagem de impulsos por volta proporcional àvelocidade do escoamentoDesvantagens: bloqueio da rotação, acumulação de depósitos na hélice.

Equipamento de medição: Velocidade


Medidor portátil de velocidade Sistema paramedição de caudal


Instalação de sensores em grande secção


Levantamento das características da secção para instalação de sensores

Gestão da Informação


Armazenamento, tratamento, manipulação, ligação a modelos - diferentes situações:

Sistemas de informação de SAR

• Mapas em papel + projectos de execução + telas finais

• CAD

• Sistemas de bases de dados

• Sistemas de informação geográfica ☺



> Sistemas de informação geográficapermitem associar e interligar a cartografia digital com estruturas de base de dados georeferenciadasexs.:

• caracterização das parcelas de terreno das bacias - tipo de solo, cobertura, declive

• armazenamento da informação sobre o estado dos colectores, dados sobre a reabilitação


Início do uso da informática

Aplicação

Ficheiros

de dados

Aplicação

Ficheiros

de dados

Aplicação

Ficheiros

de dados

Aplicação

Ficheiros

de dados

Bases de dados

Tendência actual: os dados como plataforma comum

Aplicação Aplicação Aplicação Aplicação

Uso de SGBD proprietários ou comerciais

Aplicação

Bases de

dados

Aplicação

Bases de

dados

Aplicação

Bases de

dados

Aplicação

Bases de

dados

Estratégia integrada de reabilitação (Referência ao projecto europeu CARE S)


Projecto CARE SProjecto CARE SCComputer omputer AAided ided ReRehabilitationhabilitation of of SSewer ewer Networks (2002Networks (2002--2006)2006)

16 Parceiros e 19 utilizadores finais (entidades gestoras) de 12 países europeus:

• Universidades e Instituições de investigação

• Municípios

Portugal – LNEC e SMAS Oeiras e Amadora


Objectivo

Desenvolver um sistema de apoio à decisão, para apoiar pragmaticamente o gestor de sistemas de águas residuais no planeamento da reabilitação das suas redes respondendo às

questões:Qual é o estado de determinado um colector e do sistema no seu conjunto?Quais são os colectores mais vulneráveis?Qual a previsão de falhas e de obstruções para o futuro?Como definir prioridades na selecção de projectos de reabilitação?Que tecnologias de reabilitação seleccionar?Quais as consequências sócio-económicas das falhas e dos trabalhos de reabilitação no sistema?Quais são as necessidades de investimento futuro no sistema de drenagem de águas residuais?Como se poderá planear melhor a reabilitação do sistema de drenagem de águas residuais?


Protótipo CARES

Previsão dacondiçãoestrutural

Conversão CCTV para o sistema CEN

Previsão dacondição estrutural

In/ExfiltraçãoEntupimentos

Análise da CorrosãoProbabilidade de

colapsos

Previsão dacondiçãoestrutural

Conversão CCTV para o sistema CEN

Previsão dacondição estrutural

In/ExfiltraçãoObstruções

Análise da CorrosãoProbabilidade de

colapsos

AnáliseHidráulica e ambiental

Modelaçãohidráulica

Alteração de parâmetros

hidráulicos pordegradação

Consequênciasambientais

Análise de risco

AnáliseHidráulica e ambiental

Modelaçãohidráulica

Alteração de parâmetros

hidráulicos pordegradação

Consequênciasambientais

Análise de risco

Apoio àdecisão

multicritério

Seleccão dos colectores a

reabilitarSelecção de

tecnologias de reabilitação e Estratégias de reabilitação de

longo prazo

Apoio àdecisão

multicritério

Seleccão dos colectores a

reabilitarSelecção de

tecnologias de reabilitação e Estratégias de reabilitação de

longo prazo

ConsequênciasSocio-

económicas

Consequências de falhas

Consequências de trabalhos de reabilitação

ConsequênciasSocio-

económicas

Consequências de falhas

Consequências de trabalhos de reabilitação

Indicadoresde

desempenho(PI-tool/S)

Avaliação o desempenho de um sistema de águas residuaispara efeitos de diagnóstico, de-

finição de prioridades e benchmarking.

LNEC, Portugal Univ. Bolonha e Palermo, Itália Uni. Brno, Rep. Checa, SINTEF e NTNU Noruega, Univ.

Dresden, Alemanha

SINTEF, Noruega, CEMAGREF, França, Univ. Aalborg, Dinamarca, Univ. Budapeste, Hungria, CSIRO, Austrália

Univ. Dresden, Alemanha

WRc, Inglaterra

Base de dados

TecnologiasReabilitação

Base de tecnologias de reabilitação e respectivos

custos

Base de dados

TecnologiasReabilitação

Base de tecnologias de reabilitação e respectivos

custos

Interface gráfico com o utilizador (GUI)

Base de dados centralizada CARE-S

“CARE-S MANAGER”

CEMAGREF, França, LNEC, PortugalSINTEF, Noruega,

Clabsa, Espanha, Uni. Brno, Rep.

Checa

MOUSE, SWMM ou Infoworks


PITool/S – Avaliação do desempenho


PI Tool/S

Ferramenta de apoio ao diagnóstico, definição de prioridades e benchmarking, através da avaliação de indicadores de desempenho (PI)

Útil e fácil de usar

Aplicado de forma regular (desde 2002)

Muito importante para a implementação de procedimentos de recolha de dados e sua organização


Conversor de dados CCTV

Converte os dados CCTV de várias normas nacionais para a norma CEN (EN 13508-2)

Os dados CCTV foram introduzidos directamente na BD de acordo com a norma CEN


Condição Estrutural

Permite fazer previsões da condição estrutural, da infiltração e exfiltração, das falhas e obstruções, análise da corrosão e probabilidade de colapsos


Desempenho hidráulico e ambiental

Modelação hidráulica com base na alteração de parâmetros hidráulicos devido à degradação do sistema, níveis c/ eventuais inundações, consequências ambientais e análise de risco


Desempenho hidráulico e ambiental - Hellmud

A – não entra em cargaB – carga baixaC – carga médiaD - inundação

É um modelo matemático para a análise da fiabilidade do desempenho de sistemas gravíticos


Base de dados de tecnologias de reabilitação

Consiste numa BD de vários métodos de reabilitação e dos custos associados / Tem que se adaptar à realidade de cada país

1ª utilização consumidora de tempoActualização frequenteFácil de usar e muito útil


Consequências socio-económicas

Prepara critérios relacionados com os custos socio-económicos das falhas de colectores e dos trabalhos de reabilitaçãoConsumidora de tempo na preparação dos dadosDeve ser introduzida no SIGDependente dos resultados do módulo de apoio à decisão


Consequências das falhas

Consequências das obras de reabilitação


Apoio à decisão multicritério

Permite seleccionar os colectores a serem reabilitadosCompara as vantagens/desvantagens das tecnologias de reabilitação

tendo em conta os objectivosPermite escolher a estratégia de reabilitação mais apropriada através da

comparação de custos e de previsões de desempenho


Apoio à decisão

• Seleccionar– Colectores a reabilitar (SRP)– Técnicas (SRT)– Estratégias de reabilitação (LTP)

O futuro: A Gestão patrimonial de infra-

estruturas (Asset Management)


Gestão patrimonial de infra-estruturas:

Gestão patrimonial de infra-estruturas é …

…uma estratégia de toda a organização

…procura equilibrar desempenho, custo e risco ao longo da vida das obras;

Requer intervenção coordenada aos níveis estratégico, táctico e operacional.

Requer a existência de competências em quatro pilares fundamentais: gestão, engenharia, informação e ciências sociais (economia, sociologia da organização,comunicação).

(Alegre, 2006)


Nível operacional

Nível táctico

Nível estratégico

Desem

penh

o

Risco

Custo

Ciências sociais

Gestão financeira e organizacional

EngenhariaInformação


Vai ter lugar no LNEC, em Novembro próximo, o Curso Internacional sobre Gestão do Risco em Engenharia Civilhttp://www.lnec-riskmanagement.org/.

Depois da LESAM 2007

Água em meio urbano - técnico lisboa - autenticação df... · drenagem urbana. seminário...

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