Modelagem e Calibração da Rede de Água de Reguengos de Monsaraz: Perdas e Eficiência, Slides de AutoCAD

Baixe Modelagem e Calibração da Rede de Água de Reguengos de Monsaraz: Perdas e Eficiência e outras Slides em PDF para AutoCAD, somente na Docsity!

PAULO JORGE DELGADO CHAVEIRO

MODELAÇÃO E CALIBRAÇÃO HIDRÁULICA DA REDE DE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA DE REGUENGOS DE MONSARAZ

"Declaro ser o autor deste trabalho, que é original e inédito. Autores e trabalhos consultados estão devidamente citados no texto e constam da listagem de referências incluída."

AGRADECIMENTOS

Ao chegar ao fim de mais uma etapa da minha vida pessoal e profissional não posso terminar sem efetuar alguns agradecimentos sentidos. Assim sendo, quero agradecer à minha família, nomeadamente ao meu pai e à minha mãe, Eliseu e Antónia Chaveiro, por nunca me terem deixado de apoiar e incentivar a continuar a aprender mais e mais, nem que para isso tivessem que insistir durante algum tempo. À minha esposa, Eunice Pimpão, por ter sido, e por continuar a ser, o meu braço direito em tudo e o meu suporte mais profundo. Sem o seu apoio e generosidade dificilmente seria possível avançar este desafio. Ao meu filho, Rafael Pimpão Chaveiro, por ser a cada dia que passa a minha maior fonte de inspiração e o meu suporte emocional. A todos os restantes familiares e amigos, que me têm acompanhado, quero que saibam que o vosso apoio me motiva. Profissionalmente, quero deixar o meu agradecimento ao Município de Reguengos de Monsaraz, na pessoa do seu presidente e vereador, por terem percebido a mais-valia que este projeto, pessoal e profissional podia proporcionar à entidade e com isso me terem proporcionado todas as condições para a realização do trabalho. O agradecimento é extensivo a todos os trabalhadores do serviço de Águas e Saneamento Básico, pelo apoio na instalação dos dataloggers, muito importante para o trabalho na sua componente de campo. Por último, agradecer à Universidade do Algarve, aos responsáveis do mestrado em Ciclo Urbano da Água e ao meu orientador Jorge Isidoro por me terem acompanhado nesta viagem de dois anos. Obrigado a todos!

ii

ABSTRACT

Water supply managing entities have as a mandatory mission an efficient management of water distribution networks. Within this scope the hydraulic modelling and calibration of the water supply network of the town of Reguengos de Monsaraz was carried out. For this purpose, EPANET 2.0 software was used, the calibration being based on data from inlet flow in the distribution network and from a pressure monitoring campaign specifically prepared for this work in 20 reading points. The town of Reguengos de Monsaraz has 7261 habitants and the extension of the water distribution network is of 75.86 km, with 4156 household mains connections, of which only 2736 are active. The management of the water supply system (distribution) is controlled by the Municipality of Reguengos de Monsaraz. According to the reports issued by the Portuguese Water and Waste Services Regulatory Agency, in 2016 the water distribution network had physical water losses of 28% and an unbilled water rate of 39%, signals of an ageing network. For the simulation of the network the register data was transposed through the SIGREDES platform, which allowed to export a large number of data and topology of the network to the data input format of EPANET 2.0. The pressure monitoring campaign allowed the correct characterization of the evolution of pressure in the network. For choosing the placement of the monitoring points, the different types of consumers, the topography, as well as the type and age of the water pipes were considered. The network simulation model allows the testing of new network management solutions as well as the creation / simulation of District Monitoring Areas (DMA), with the goal of promoting the reduction of water physical water losses. Keywords Hydraulic Modeling, Calibration, Water Distribution Network, District Monitoring Areas (DMA), Reguengos de Monsaraz, EPANET 2.0.

iii

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO 1

1.1 Enquadramento geral 1 1.2 Objetivo 3 1.3 Estrutura 4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7 2.1 Introdução 7 2.2 Componentes do SAA 7 2.3 Pensar a rede de distribuição de água de acordo com o Decreto Regulamentar n.º 23/95 de 23 de agosto

2.3.1 Previsão do consumo de água 10 2.3.2 Perdas de água e os seus indicadores 12 2.3.3 Combate a incêndios e fatores de ponta 14 2.3.4 Pressões, velocidade, diâmetro nominal das condutas e os reservatórios

2.4 Tubos, acessórios e órgãos de manobra 17 2.5 Medidores de água 19 2.6 Controlo ativo de perdas de água e zonas de medição e controlo (ZMC) 20 2.7 Qualidade da Água 25 2.8 Modelação matemática de redes de abastecimento públicas 26 2.8.1 Início da modelação hidráulica de redes de abastecimento 27 2.8.2 Modelação matemática 29 2.8.3 Calibração do modelo 31 2.9 Modelos de simulação hidráulica 34 2.10 EPANET 2.0 37 2.11 EPANET 2.0 na verificação da qualidade da água 40 2.12 Caso de estudo de calibração 41 2.13 Modelos de gestão em Portugal do setor da água 43

v Figura 3.2 Pontos de adução à rede de distribuição de água de Reguengos de Monsaraz (a) – Reservatório Outeiro do Barro Velho, b) Outeiro do Barro Novo, c) Reservatório do Moinho de Vento, d) Reservatório do Moinho de Vento Elevado)

Figura 3.3 Fotografias demonstrativas das incidências mais comuns na rede de distribuição de Reguengos de Monsaraz (a), b) e) e f) – roturas de água nas condutas de água; b), c) e d) – inoperacionalidade de órgãos de manobra, idade das condutas e natureza; c) -subdimensionamento da rede de distribuição de água; g) biofilme nas paredes das condutas de água).

Figura 3.4 Esquema da rede de abastecimento de água da cidade de Reguengos de Monsaraz retirado da plataforma SIGREDES

Figura 3.5 Instalação do datalogger nos 20 pontos de medição da pressão na rede de abastecimento de água de Reguengos de Monsaraz

Figura 3.6 Localização dos 20 pontos de medição da pressão na rede de abastecimento de água de Reguengos de Monsaraz

Figura 3.7 Localização dos bairros e ruas utilizados, a azul, para caraterização pontual de nós relativos ao consumo do tipo consumidor doméstico

Figura 3.8 Consumos diários em Reguengos de Monsaraz (dias úteis) 66 Figura 3.9 Consumos diários em Reguengos de Monsaraz (fins de semana) 66 Figura 3.10 Gráficos comparativos das pressões médias horárias entre dias de semana e fins de semana para as cinco campanhas de medições

Figura 3.11 Variação da pressão horária para os nós 02278 (Quinta da Luz) e 02264 (Rua Prof. Mota Pinto)

Figura 3.12 Padrões de consumo criados para o modelo hidráulico (1 – consumidores domésticos; 2- indústria; 3 – grande consumidor; 4 – parque da cidade

Figura 3.13 Gráficos comparativos entre as pressões medidas e simuladas (pré- calibração)

vi Figura 3.14 Valores de pressão horária simulada no nó correspondente ao ponto de monitorização Praceta Sá Carneiro, através do EPANET 2.0, antes e após a calibração do modelo

Figura 3.15 Valores de pressão horária simulada no nó correspondente ao ponto de monitorização Parque da Cidade, através do EPANET 2.0, antes e após a calibração do modelo

Figura 3.16 (^) Valores de pressão horária simulada no nó correspondente ao ponto de monitorização Rua de Mourão, através do EPANET 2.0, antes e após a calibração do modelo

Figura 3.17 Padrões de consumo do grande consumidor (CARMIM), para a situação de pré-calibração (a) e pós calibração (b)

Figura 3.18 Valores de pressão horária simulada no nó correspondente ao ponto de monitorização Rua Professor Mota Pinto, através do EPANET 2.0, antes e após a calibração do modelo

Figura 3.19 Planta do modelo simulado, após calibração, da rede de abastecimento de água de Reguengos de Monsaraz às 16:00 com os dados, através de cores, das pressões nos nós e velocidade de escoamento nos troços de conduta

Figura 3.20 Desenho representativo da possível criação da ZMC em Reguengos de Monsaraz (teste preliminar 2)

Figura 4.1 (^) Comportamento da rede de abastecimento de água de Reguengos de Monsaraz às 11:00, 17:00 e 23:00 – a), b) e c) respetivamente

Figura 4.2 Diagrama de pressões na rede de abastecimento de água de Reguengos de Monsaraz às 11:00 (a) ), 17:00 (b) ) e 23:00 (c) )

Figura 4.3 (^) Balanço dos caudais aduzidos à rede de distribuição de água durante 72 horas de simulação

Figura 4.4 Diagrama comparativo na rede de abastecimento de água às 11:00 e 23:00 com a criação de quatro ZMC

1

1. INTRODUÇÃO

1.1 Enquadramento geral O acesso a água potável é tido como pedra angular de toda uma população. Devido ao grande crescimento demográfico das povoações, assim como ao aumento das necessidades hídricas para o abastecimento público e à indústria, alterou-se o paradigma para as condições de operação e de optimização das infraestruturas de distribuição de água. De facto, somente o garante de um bom serviço de distribuição de água permitirá o crescimento industrial assim como a manutenção da qualidade de vida das populações e a garantia da saúde pública, sendo por isso vital para as entidades gestoras aumentarem o seu conhecimento acerca de boas práticas. Cada vez mais se verifica o aumento de infraestruturas antigas de distribuição de água, em alguns casos, há muito a necessitarem de substituição e sofrendo também problemas de sub ou de sobredimensionamento. As redes de distribuição de água, enquanto infraestruturas físicas, devem ser dimensionadas para, pelo menos, as quatro décadas seguintes, pois apresentam reduzida flexibilidade de adaptação às alterações do tecido urbano. Esta realidade acarreta grandes dificuldades na gestão de uma rede de abastecimento, pelo que perante cenários de crescimento não programado da área urbana, não raras vezes, a rede de distribuição de água não permite uma resposta viável para fazer face às novas necessidades de consumos. O dimensionamento para o crescimento de uma rede, em suma, deverá ter em conta não só a reabilitação dos sistemas de distribuição de água potável como também o desenvolvimento de sistemas de distribuição que prestem serviço às novas zonas de expansão urbana. A distribuição de água em áreas urbanas é tradicionalmente subdividida em três componentes essenciais: condutas, acessórios e órgãos (estações de bombagem ou pontos elevados que permitem a pressurização da rede de distribuição de água) (Mays, 2000; Liu et al. , 2013; Roma, 2015). Fica claro que no âmbito do Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais 2020 (PENSAAR 2020) se considera o sistema de abastecimento de água público (SAA) e o saneamento de águas residuais (SAR) urbanos - serviços públicos de caráter estrutural -, essenciais para o funcionamento do tecido social e económico, assim como para a proteção e melhoria da qualidade ambiental e da saúde pública. No futuro, os investimentos do setor estarão dependentes de fatores como a melhoria da qualidade das massas de água, sendo esse investimento proporcional à pressão resultante do ciclo urbano da água. A expansão das zonas urbanas e o subsequente aumento da concentração

3 cuidadoso, de acordo com parâmetros de maior eficiência e eficácia. Infelizmente, em muitos sistemas de abastecimento de água de Portugal, a modelação tem tido uma utilização efetiva muito reduzida na indústria da água, sendo quase somente utilizada na verificação de soluções de projeto (Coelho et al. , 2006). Os motivos para a fraca utilização de modelos hidráulicos da rede devem-se nomeadamente: » À fraca especialização técnica que permita uma correta abordagem ao desenvolvimento de modelos; » À dificuldade na criação de dados necessários para a construção e manutenção de um modelo; » À informação disponível ser insuficiente, estar dispersa ou simplesmente não ter coerência ou qualidade; » Ao fato de a manutenção do modelo exigir o estabelecimento de procedimentos sistemáticos e a afetação específica de recursos humanos, sem os quais o modelo se torna obsoleto muito rapidamente. Os modelos de simulação são ferramentas que permitem, com uma margem de erro estimável, analisar e prever o comportamento hidráulico e de parâmetros de qualidade da água, a partir das caraterísticas dos seus componentes, da sua forma de operação e dos consumos solicitados. Assim, estes modelos permitem uma rápida e eficaz realização de análises de sensibilidade e a simulação dos cenários mais variados, com suficiente aproximação sem ser necessário interferir com o sistema de distribuição de água em causa. Permitem também simular alternativas para a expansão / remodelação da rede, permitindo atingir soluções mais sustentáveis do ponto de vista técnico, económico e ambiental. 1.2 Objetivo O presente trabalho tem como objetivo modelar a rede de abastecimento de água da cidade de Reguengos de Monsaraz através:

4 a) Da criação e calibração o modelo hidráulico da rede de distribuição de água da cidade de Reguengos de Monsaraz; b) Da avaliação da rede e processamento dos ajustes, quer do modelo, quer da própria rede de distribuição de forma a torná-la eficiente em termos de capacidade de fornecimento de água no seu todo, em momentos de ponta de consumo com pressões de conforto; c) Da criação de Zonas de Medição e Controlo (ZMC) para a rede de distribuição de água de Reguengos de Monsaraz, com vista a uma estratégia ativa de redução de perdas reais de água; 1.3 Estrutura Para que os objetivos acima propostos sejam atingidos, é necessário conhecer os seguintes dados referentes à rede de abastecimento: i) Tipologia, geometria, altimetria, tipo de condutas, válvulas, reservatórios e outros elementos acessórios da rede; ii) Solicitações ao sistema, sob forma de consumos e caudais, tanto na sua distribuição espacial como na escala e variação temporal, para além da recolha de pressão em 20 pontos de monitorização da rede; iii) Identificação do número de válvulas de seccionamento fechadas. A simulação será realizada com o software EPANET 2.0 da Environmental Protection Agency (USEPA), com os dados e cadastro retirados de um sistema de informação geográfica, devidamente atualizado, através da plataforma do Alentejo Central - SIGREDES - com uma base de dados relacionais em ambiente SQL. O presente trabalho está organizado em cinco capítulos dos quais se apresenta em seguida um breve resumo. Capítulo 1 Capítulo constituído pelo enquadramento, objetivos e estrutura do trabalho.