Comparative analysis of the effect of space-time distribution of heavy rainfall events in the formation of flows in urban catchments.

Esta pesquisa tem como finalidade discutir os impactos da variabilidade espacial e temporal de precipitações intensas nas vazões de cursos d\'água em bacias urbanizadas mediante a análise de dados históricos da pluviometria obtidos durante eventos críticos. A bacia hidrográfica do rio Tietê, em sua porção mais urbanizada, é a área objeto deste estudo. Após uma revisão sobre o tema na literatura específica, foram desenvolvidas chuvas de projeto com os padrões observados e com padrões teóricos, frequentemente utilizados na geração das tormentas sintéticas. O volume total precipitado foi associado ao período de retorno (TR) de 100 anos, a partir da análise estatística de chuvas pontuais e pela aplicação de fatores de redução de área (FRA) observados na área em estudo e de outras regiões, que vêm sendo utilizados em projetos de drenagem, sem qualquer estudo de validação; o intuito foi o de demonstrar a importância da definição de FRA específicos, a fim de evitar superdimensionamentos e otimizar as soluções. As chuvas de projeto foram aplicadas num modelo matemático de transformação chuva-vazão, devidamente calibrado, para obtenção das vazões de projeto resultantes no limite de jusante da bacia hidrográfica, frente aos diferentes padrões de solicitações hidrológicas. Para auxiliar a calibração do modelo estavam disponíveis dados dos postos telemétricos do Sistema de Alerta a Inundações de São Paulo - SAISP, curvas-chave e, para melhor representação dos eventos de precipitação observados, pode-se contar com as imagens do radar de Ponte Nova, em complementação às informações da rede de superfície. A comparação dos resultados obtidos no modelo hidrológico mostrou que os efeitos dos parâmetros variáveis (volume, distribuição espacial e temporal) são expressivos na composição dos hidrogramas de projeto. Dos testes realizados, identificaram-se as situações mais e menos críticas para a bacia, em termos de distribuição espacial e temporal e duração da chuva de projeto, além de estabelecer as diferenças no dimensionamento do sistema de drenagem pela adoção de FRA específico. Concluiu-se que, pela metodologia proposta, é possível chegar a vazões máximas de projeto apenas pela simulação de tormentas sintéticas, com diferenças de 10% a 20% das tormentas observadas maximizadas. Há, no entanto, a necessidade de realização de estudos adicionais, tanto para definição dos valores de FRA específicos, quanto de simulação de quantidade maior de padrões críticos observados, para a aplicação prática das indicações desse estudo com maior confiabilidade.This research aims to discuss the impact of the spatial and temporal variability of heavy rainfall in the river flows in urbanized catchments by the historical rainfall data analysis obtained during critical events. The Tiete River catchment, in its most urbanized portion, is the subject of study of this research. After a review of the subject in the specific literature, design rainfall was developed along with the observed and theoretical patterns, often used in the generation of synthetic storms. The total volume precipitated was associated with the 100 years return period (RP), from the statistical analysis of point rainfall and for the application of areal reduction factors (ARF) observed in the study area and in other regions, which have been used in drainage projects without any validation study; the intention was to demonstrate the importance of the definition of specific ARF, in order to avoid oversizing and optimizing solutions. The design precipitation was applied on rainfall-runoff mathematical model, properly calibrated, so as to obtain the resulting design flow at the downstream boundary of the catchment, facing the different patterns of hydrological solicitations. In order to assist the calibration of the model, available data has been used from telemetric stations of the Sistema de Alerta a Inundações de São Paulo (São Paulo Flooding Alert System) - SAISP, discharge curves, and for better representation of the observed precipitation events, can be counted on the images taken from the Ponte Nova radar, as a complement to the information from the surface network. The comparison of the results of the hydrological model has shown that the effects of the variable parameters (volume, spatial and temporal distributions) are significant in the composition of the design hydrograph. Out of the performed tests, the most and the least critical situations were identified concerning the catchment in terms of both spatial and temporal distribution as well as the duration of the design storm. Also, the differences in the dimensions of the of the drainage system design were established by the adoption of specific ARF. Thus, it has been concluded, according to the proposed methodology, that it is possible to reach maximum design flow just by simulating synthetic storms, with differences ranging from 10% to 20% of the observed storms maximized. However, there is a need for additional studies, either to set up setting specific values of ARF or to simulate a larger quantity of critical patterns observed, in order to apply the indications of this study with higher reliability