Abstract The management of drainage and urban rainwater management in Brazil and in the world faces numerous challenges in order to be sustainable. When dealing with sustainability, it is important to relate the aspects: of social, environmental and economic, known as the sustainability tripod. Compensatory urban drainage techniques, through infiltration or detention and increasing the evapotranspiration rate, have the potential to reduce: the amount of rainwater runoff; flow peaks; vulnerability of urban areas to flooding; contamination of water courses. It is important that, even with all these benefits, such technologies are associated with such aspects. In this context, this systematic review article (SR) was developed, which aimed to identify trends in the use of sustainable drainage technologies adopted in Brazil and in the world, relating them to aspects of sustainability. For that, a systematic review (SR) was carried out in which the following were identified: trends in the adoption of technologies for sustainable drainage in the world and in Brazil; and the terms used and related to technologies for sustainable drainage. It was also observed, both in Brazil and in the world, that the approach to the theme begins with the technological aspect involving the implementation, life cycle and maintenance of sustainable technologies and, in sequence, the environmental, economic and social aspects unfold in this order, but which are not done in an integral way. It was possible to characterize an important knowledge gap. tripod techniques rate reduce runoff peaks flooding courses benefits context SR (SR developed identified observed implementation sequence way gap

RESUMO O crescimento desordenado das cidades e o excesso de impermeabilização são problemáticas dos grandes centros urbanos, tendo como consequência principal a ocorrência de inundações e alagamentos. Nesse contexto, a modelagem hidrodinâmica pode ser uma importante ferramenta para a determinação de áreas inundáveis, permitindo estimar as cotas de inundação para diferentes cenários de tempos de retorno (TR) e chuvas de projetos, permitindo, assim, representar mais fielmente a realidade e minimizar erros decorrentes de projetos hidráulicos. Trabalhando em conjunto com o Sistema de Informações Geográficas (SIG), em que a geometria do canal é extraída por meio do Modelo Digital do Terreno (MDT) de alta precisão gerado por levantamento com técnica LiDAR (Light Detection and Ranging) e software de modelagem hidrodinâmica (Hydrologic Engineering Center — River Analysis System — HEC-RAS), foi possível avaliar diferentes cenários de inundações no trecho canalizado em concreto, no córrego Botafogo, em Goiânia, Goiás. Com os resultados da modelagem hidrodinâmica foi possível avaliar o comportamento da propagação das vazões geradas, constatando-se que para precipitações com TR de 50 anos ou mais, os limites da canalização não suportam os volumes gerados e transportados, provocando inundações em seis trechos críticos. Os dados obtidos pelo HEC-RAS puderam ser validados a partir de registros fotográficos divulgados pela imprensa local e levantamento topográfico dos locais inundados, de modo que a integração entre o SIG e a modelagem hidrodinâmica se mostrou eficiente para o estudo de áreas inundáveis.

ABSTRACT The disordered growth of cities and the excessive waterproofing are problematic of the large urban centers, having as a main consequence the occurrence of floods and overflows. Within this context, hydrodynamic modeling can be an important tool for the determination of floodable areas, allowing the estimation of flood quotas for different scenarios of return periods (TR) and project rainfall, thus allowing to more accurately represent reality and minimize errors arising from hydraulic designs. Working with Geographic Information System (GIS), where the channel geometry is extracted using the high precision Digital Terrain Model (DTM) generated by LiDAR (Light Detection and Ranging) survey and hydrodynamic modeling software (HEC-RAS), it was possible to evaluate different flood scenarios in the channeled concrete section, in the Botafogo Stream in Goiânia, Goiás. With the results of hydrodynamic modeling, it was possible to evaluate the propagation behavior of the generated flows, finding that for precipitation with TR 50 years or older, the plumbing limits do not support the generated and transported volumes, causing flooding in six critical stretches. The data obtained by HEC-RAS could be validated from photographic records released by the press and topographic survey of flooded sites, so that the integration between GIS and hydrodynamic modeling proved to be efficient for the study of floodable areas.

Resumo O presente trabalho teve como objetivo avaliar o processo de ocupação urbana e sua influência no comportamento da morfologia da Bacia Hidrográfica do Córrego Barreiro, situado em Goiânia - GO, analisando suas disposições atuais para uso em contraste com as características de distintos períodos do meio físico. A metodologia adotada avaliou o espaço-temporal entre mudanças na cobertura e uso do solo urbano entre 2006, 2012, 2016 e 2019 e o comportamento da morfologia do canal, frente ao aumento dos índices de impermeabilização. Identificaram-se as classes Impermeável, Não-permeável, Área verde, Arruamento, Solo exposto e Erosão. Observou-se uma tendência de aumento das classes Impermeável e Solo exposto, enquanto a classe Não-permeável apresentou queda e a classe Área verde apresentou respostas diversas. O aumento da classe Solo exposto está relacionado com o crescimento da área urbana na bacia do estudo. Também foi realizada uma análise granulométrica de amostras de solos e as análises apresentaram uma maior presença de areia seguida pelo silte, configurando materiais com textura leve, que desagregam com facilidade e são carregados com o escoamento. Os resultados indicam como os impactos da urbanização interferem na bacia hidrográfica.

Abstract This work aimed to evaluate the process of urban occupation and its influence on the morphological behavior of the Barreiro Creek Basin, located in Goiânia - GO, analyzing its current arrangements for use in contrast with the characteristics of different periods of the physical environment. The methodology adopted evaluated the space-time between changes in coverage and urban land use/land cover (LULC) between 2006, 2012, 2016 and 2019 and the behavior of the channel morphology, in view of the increase in waterproofing rates. The classes Waterproof, Non-permeable, Green Area, exposed were identified, while the class Non-permeable presented a drop and the class Green Area presented several answers. The increase of the Solo exposed class is related to the growth of the urban area in the study basin. A granulometric analysis of soil samples was also performed and the analyses showed a greater presence of sand followed by silt, configuring materials with light texture, which disintegrate easily and are loaded with flow. The results indicate how the impacts of urbanization interfere with the watershed.

Resumo A impermeabilização do solo e ausência de cobertura arbórea produz maior volume de escoamento superficial, amplia o pico de vazão e reduz o tempo de retardo. A busca por alternativas para diminuição do volume de escoamento superficial em áreas urbanas é importante para obter respostas hidrológicas aos problemas ocasionados pelo processo de urbanização e, com isso, amenizar o risco de inundação. Este estudo se propôs a estimar a redução do escoamento superficial e o atraso no pico de vazão ocasionados pela presença das árvores de três espécies (Mangifera indica, Tabebuia ochracea e Licania tomentosa) no meio urbano, o que permitiu a quantificação e análise do desempenho de espécies arbóreas na redução do escoamento urbano; correlacionou os parâmetros arbóreos com a capacidade de redução do escoamento; bem como averiguou se há redução e atraso nos picos de vazão. Os benefícios provenientes da interceptação das águas pluviais pelas árvores precisam ser ponderados e garantidos nos planos diretores de arborização e de drenagem urbana, de modo a alcançar a mitigação dos prejuízos provocados pelo descaso com as águas urbanas. Para isso, foram utilizados sensores de nível (linígrafos) para a quantificação do escoamento superficial em áreas com e sem a presença da cobertura arbórea, e em estruturas experimentais instaladas sobre solo impermeabilizado, semipermeável e permeável. Em eventos cujo valor mediano de precipitação bruta foi de 17.1 mm, a presença dos indivíduos arbóreos ocasionou um atraso mediano no tempo ao pico de vazão de 3 minutos, uma redução do pico de vazão de 0.8 mm/min e do escoamento superficial de 4.7 mm/min.

Abstract Soil proofing and absence of tree cover produces more volume of surface runoff, enlarges the peak flow and reduces the delay time. The search for alternatives to reduce the volume of surface runoff in urban areas is important to get the hydrological answers to the problems caused by the urbanization process and, along with that, to reduce the risk of flooding. This article proposes to estimate the reduction of runoff and the delay in the peak flow caused by the presence of three species of trees (Mangifera indica, Tabebuia ochracea and Licania tomentosa) in urban areas. This allowed the quantification and the performance analysis of tree species in reducing urban runoff; the arboreal parameters correlated with the flow capacity reduction; and examined whether there is reduction and delay in the peak flows. The benefits from the interception of storm water for trees need to be pondered and guaranteed in afforestation master plans and urban drainage in order to reach the mitigation of damage caused by the neglect of urban water. For this, level sensors were used (limnigraphs) to quantify the surface runoff in areas with and without the presence of arboreal coverage, and in experimental structures set on waterproof, semipermeable and permeable soil. For events with an average value of gross precipitation of 17.1 mm, the presence of arboreal individuals caused an average time delay up to the peak flow of 3 minutes, an average reduction of peak flow of 0.8 mm/min and it contributed to an average reduction of surface runoff of 4.7 mm/min.

RESUMO O estudo teve por objetivo a realização da calibração do modelo hidrológico Storm Water Management Model (SWMM) para a Bacia Hidrográfica do Arroio Cancela, localizada em Santa Maria, Rio Grande do Sul, utilizando o algoritmo evolucionário multiobjetivo R-NSGA. Para tanto, foram realizadas modificações na estrutura do SWMM, de modo que permitisse seu acoplamento como Evolucionary Reference Point Based Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (R-NSGA) em ambiente de programação MATLAB. As funções objetivo utilizadas foram o Coeficiente de Eficiência de Nash-Sutcliffe (COE), o Erro da Vazão de Pico (EQP) e o Erro do Volume Escoado (EVOL) aplicadas simultaneamente na calibração do modelo. Foi proposto um método para determinação da maior compatibilidade de modo a elencar as melhores soluções. Os resultados dos parâmetros calibrados do SWMM foram próximos aos valores físicos da bacia, com exceção dos valores relativos à equação de Horton. As soluções de maior compatibilidade apresentam um melhor comportamento para os eventos de validação, evidenciando a importância da otimização multiobjetivo.

ABSTRACT This paper focused on the calibration of Storm Water Management Model (SWMM) for the Cancela River Basin, located in Santa Maria, Rio Grande do Sul, Brazil, using the multi-objective Evolucionary Reference Point Based Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm R-NSGA. Modifications were made in SWMM structure to allow its linking with R-NSGA in MATLAB. The objective functions proposed were the efficiency coefficient of Nash-Sutcliffe (eNS), the Peak Flow Error (EQ) and Runoff Volume error (EVOL), which were applied simultaneously to the model calibration. A method for determining the maximum compatibility to rank the best solutions is proposed. The parameters estimated by SWMM calibration were close to physical values of the basin, except those relating to the Horton equation in the most compatible solutions have a better behavior for the validation event, highlighting the importance of multi-objective optimization.

RESUMO O uso de modelos hidrodinâmicos para a determinação das vazões em cursos d’água tem crescido nos últimos anos devido aos problemas relativos à utilização do método da curva-chave para monitoramento das vazões. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um método para determinação das vazões em canais abertos utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivos (NSGA-II) e medições de nível da superfície livre associadas a um modelo hidrodinâmico. Dados obtidos de ensaios em um canal experimental de laboratório foram utilizados para calibração e validação do modelo. O algoritmo de otimização NSGA-II apresentou excelentes resultados, obtendo-se coeficientes de Nash-Sutcliffe superiores a 0,99 tanto para a calibração quanto para a validação do modelo hidrodinâmico. As vazões calculadas pelo modelo hidrodinâmico apresentaram uma variação de até 150% para um mesmo nível quando comparadas às vazões estimadas pela curva-chave, o que demonstrou que o uso da curva-chave para medição de vazão em regime variável apresenta erros elevados.

ABSTRACT The use of hydrodynamic models to determine stream discharges has been grown in recent years due to the problems regarding the use of rating curve method for discharge estimating. This study aims to develop a method for determining discharges in open channels using multiobjective evolutionary algorithms (NSGA-II) and free surface level measurements associated with a hydrodynamic model. Data obtained from experiments on a laboratory experimental channel have been used for model calibration and validation. NSGA-II optimization algorithm presented excellent results and Nash-Sutcliffe coefficients greater than 0.99 have been obtained for both calibration and validation of the hydrodynamic model. Discharges calculated by the hydrodynamic model showed variations of up to 150% for the same level when compared to the discharges estimated by the rating curve, which showed that the use of rating curve for discharge measurements during transient flows results in high errors.

Resumo Neste trabalho buscou-se estabelecer uma relação proveniente das análises espaciais de agrupamentos dos 246 municípios do estado de Goiás, Brasil, considerando os dados de saneamento básico, índice de desenvolvimento humano e cobertura vegetal. Os dados de E. coli, turbidez e cor aparente de 140 mananciais goianos também foram coletados mensalmente entre 2005 e 2009 e comparados com a cobertura vegetal e o regime de precipitação. Para a elaboração de análises espaciais de agrupamento, utilizou-se o índice de Getis-Ord, aplicado aos dados de saneamento, IDH e índice de cobertura vegetal (imagens Landsat7 ETM+ obtidas em 2002). Notou-se uma forte correlação (p<0,05) entre as áreas que possuem maior índice de saneamento com as regiões que tem maior IDH, e relação inversa com o índice de remanescente vegetal. Foi possível observar a alteração da qualidade da água dentre os municípios que possuem maior intervenção e modificação do meio ambiente, sendo que o Norte Goiano, que possui maior remanescente vegetal, apresentou um dos melhores valores para cor aparente, turbidez e E. coli, dentre os demais municípios. Ainda, foi observada elevação nas concentrações destes parâmetros, influenciada pela precipitação, que no estado de Goiás, Brasil, ocorrem primordialmente nos meses de novembro a abril.

Abstract This study presents the results of the spatial clustering of the 246 towns of the State of Goiás, Brazil, considering basic sanitation data, human development index and land use. Monthly data related to E. coli, turbidity and apparent color from 140 local sources between 2005 and 2009 were also analyzed and compared with the vegetation cover and precipitation. For the preparation of spatial clustering analysis, the Getis-Ord index was used and it was applied to sanitation, Human Development Index (HDI) and vegetation cover index (Landsat 7 ETM+ images acquired in 2002). It was observed that there is a strong correlation (p<0.05) between areas that have higher rates of sanitation with the regions that have the highest HDI levels, and an inverse relationship with the occurrence of remaining vegetation cover index. There was a change in water quality among towns that have greater intervention in land use, especially in the North of Goiás, Brazil, which has the largest remaining vegetation areas and showed better values for apparent color, turbidity and E. coli than the other municipalities. In addition, concentrations of these parameters increased with rainfall, which in the State of Goiás, Brazil, occurs primarily between November and April.

As ferramentas para análise hidráulica são componentes importantes na avaliação do funcionamento das redes de distribuição de água para abastecimento. Existem diversos métodos que podem ser utilizados para essa análise, no entanto, os modelos que procuram resolver o sistema de equações correspondente através do método Newton-Raphson ou por meio de linearizações sucessivas são os mais eficientes. Quatro formulações baseadas nestes esquemas são avaliadas neste trabalho. O objetivo deste trabalho é fazer uma comparação dos métodos Newton-Raphson, Teoria Linear, Híbrido e Gradiente para a análise de redes de distribuição de água em regime permanente, considerando a demanda dirigida pela pressão e os Vazamentos. Para tanto, foi utilizado um layout de rede frequentemente empregado na literatura dotado de válvulas. O método do Gradiente foi o que convergiu em um número menor de iterações para redes mais simples, o Método Híbrido foi o que mais se adaptou para sistemas mais complexos.

The hydraulic analysis tools are important in the performance evaluation of water distribution networks. Various methods are available for such analysis. However, the hydraulic models that solve the system of equations describing the flow problem through Newton-Raphson or through its successive linearizations are the most efficient. It is the purpose of this paper to compare Newton-Raphson, Linear Theory, Hybrid and Gradient methods for steady-state hydraulic network analysis, considering leakage and pressure driven demand modeling. The network layout with hydraulic components frequently used in the literature was employed for this analysis. The Gradient method was found to produce best results in terms of number of iterations for the more simple networks, whereas the Hybrid method was better for more complex networks.