Modelling in GIS of an Urban Superficial Drainage System

Dissertação de Mestrado em Engenharia GeográficaAs inundações em zonas urbanas produzem um grande impacto negativo ao nível da sociedade, sendo provocadas por vários fatores nomeadamente a ocupação indevida junto às margens dos rios, ou a impermeabilização induzida pela forte urbanização que se tem verificado ao longo dos anos, associados a fenómenos de precipitação. Para prever zonas afetadas por precipitações intensas em zonas urbanas, e como o recurso aos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) se tem revelado uma metodologia promissora para apoiar a modelação hidrológica e hidráulica, desenvolveu-se uma metodologia para construir uma base de dados em ambiente SIG preparando toda a informação necessária para ambas as modelações. Para a geração do SIG, usou-se o software ArcGIS bem como a extensão ArcHydro, para a delineação das bacias e rede hidrográfica de forma automática, e também a extensão HEC-GeoHMS e HEC-GeoRAS, para preparação dos dados a serem introduzidos nos modelos hidrológicos e hidráulicos. Na aplicação dos modelos hidrológicos, usou-se o software HEC-HMS para cálculo do caudal em cada sub-bacia e o hidrograma de cheia; para os modelos hidráulicos, utilizou-se o software HEC-RAS para obtenção dos perfis com o nível de inundação e a velocidade de escoamento. O caso de estudo considerado foi uma zona urbana da cidade de Coimbra – centro oeste de Portugal continental - na margem norte do Rio Mondego. Trata-se de uma zona da cidade onde o estudo realizado é pertinente dado o facto de esta zona apresentar uma gama variada de declives do terreno e de ocupação do solo, desde uma área fortemente edificada a uma zona de floresta (Jardim Botânico). Pretende-se assim garantir uma zona relativamente pequena mas suficientemente diversa e exemplificativa do solo urbano de Coimbra. Com a aplicação dos modelos HEC-HMS e HEC-RAS, avaliou-se em que medida a intensificação da ocupação urbana afeta o escoamento e consequentes inundações.Flooding in urban areas have a great negative impact on society being caused by various factors, such as improper occupation of riverbanks or waterproofing induced by heavy urbanisation throughout the years associated to rainfalls. To foresee areas affected by intensive rainfall in urban areas, and as the resource to Geographical Information Systems (GIS) has revealed to being a promising methodology to support the hydrological and hydraulic modelling, a methodology was developed to build a data base in GIS environment preparing all the necessary information for both models. For the creation of a GIS system, ArcGIS was used as well as its ArcHydro extension for the automatic delineation of hydrographical networks and basins; in addition, HEC-GeoHMS and HEC-GeoRAS extensions were used for the preparation of geodata to be inputted into the hydrological and hydraulic models. With regards to hydrological models, HEC-HMS was used to calculate the flow in each sub-basin and flood hydrographs; as to the hydraulic models, HEC-RAS was used to obtain profiles with the level of flooding and draining speed. As a case study, an urban area in the city of Coimbra – west centre of Portugal’s mainland – was considered on the north bank of the river Mondego. This is a particularly relevant area due to the fact that it consists of a broad range of land slopes and land covers, from a heavily built-up area to a forest zone (corresponding to the university’s Botanical Gardens). We sought indeed a relatively small area but diverse enough to better illustrate Coimbra’s reality. The usage of both HEC-HMS and HEC-RAS models enabled us to evaluate to what extent the intensification of urban occupation, and associate land impermeability, affects rain drainage and consequent flooding