ABSTRACT Rainfall simulators are an important tool in many areas of geosciences. The authors of most of the studies published with rainfall simulators try to get the most uniform distribution of precipitation as possible. However, since this is very difficult, indexes are used to assess the greater or lesser uniformity of precipitation in the plot area under study. One of the most used indexes is the Christiansen uniformity coefficient. In this work, changes in the geometry of the wetted area of the plot were analyzed to improve the uniformity of precipitation. This was evaluated through the intensity of precipitation and Christiansen uniformity coefficient in the wet area. The tests were carried out using two models of spray nozzles and different operating pressures. The initial plot geometry was 0.7 x 1.0 m (0.7 m2). The Christiansen uniformity coefficient results were classified as low, while the best performance in terms of precipitation uniformity was obtained at a pressure of 48.3 kPa. Non-uniform precipitation was observable near the outer limits of the plot. Based on the best Christiansen uniformity coefficient results, it was proposed to reduce the effective area of the experimental plot from 0.70 to 0.56 m2, leading to a precipitation intensity of 114.07 and 149.20 mm·h−1, and a Christiansen uniformity coefficient of 81.6 and 83.8%, with the two models of spray nozzles. The results showed that adjusting the geometry of the plot can lead, in a simple and fast way, to a better uniformity of artificial rainfall.

RESUMO Os simuladores de chuva são uma importante ferramenta para várias áreas das geociências. Os autores da maioria dos estudos publicados com simuladores de chuva tentam conseguir uma distribuição da precipitação o mais uniforme possível. Contudo, sendo tal muito difícil, são utilizados índices que visam aferir a maior ou menor uniformidade da precipitação na área da parcela em estudo. Um dos mais utilizados é o coeficiente de uniformidade de Christiansen. Neste trabalho, foram analisadas possíveis alterações da geometria da área molhada da parcela para melhorar a uniformidade da precipitação. Isso foi avaliado através da intensidade da precipitação e do coeficiente de uniformidade de Christiansen na área molhada da parcela. Os testes foram realizados utilizando dois modelos de bicos pulverizadores e diferentes pressões de operação. A geometria inicial da parcela era de 0,7 x 1,0 m (0.70 m2). Os resultados do coeficiente de uniformidade de Christiansen foram classificados como baixos, enquanto o melhor desempenho em termos de uniformidade de precipitação foi obtido a uma pressão de 48,3 kPa. A precipitação com menor uniformidade foi observável próximo dos limites externos da parcela. Com base nos melhores resultados do coeficiente de uniformidade de Christiansen, propôs-se reduzir a área útil da parcela experimental de 0,70 para 0,56 m2, levando a uma intensidade de precipitação de 114.07 e 149.20 mm·h−1 e a um coeficiente de uniformidade de Christiansen de 81,6 e 83,8% para os dois modelos de bicos pulverizadores. Os resultados mostraram que proceder com ajustes na geometria da parcela pode conduzir, de forma simples e rápida, a uma maior uniformidade da precipitação artificial.

RESUMO Este trabalho apresentou o desenvolvimento e teste de um simulador de chuva em larga escala (large-scale rainfall simulator — LSRS) para utilização em pesquisa sobre o processo de chuva-vazão e processos associados em áreas urbanas. O simulador é composto por um sistema pressurizado de abastecimento de água que abastece um conjunto de 16 bicos aspersores. Chuvas artificiais com diferentes intensidades de precipitação podem ser produzida sobre uma bacia de drenagem com área de 100.0 m2 em forma de V. O simulador é protegido por uma estrutura em acrílico que elimina a influência do vento e da chuva natural. A vazão é medida e coletada no exutório da bacia de drenagem, de onde é bombeada para um reservatório de armazenamento que permite a reutilização da água. Hidrogramas de vazão e polutogramas são apresentados como exemplos de possíveis resultados de ensaios a serem realizados com este equipamento. O LSRS demonstrou ser possível reproduzir o processo de chuva-vazão e processos associados sob eventos de chuva simulada com intensidade e distribuição espacial semelhantes a outros experimentos descritos na literatura.

ABSTRACT This work presented the development and testing of a large-scale rainfall simulator (LSRS) to be used as a research tool on rainfall-runoff and associated transport processes in urban areas. The rainfall simulator consists of a pressurized water supply system which supplies a set of 16 full-cone nozzles. Artificial rainfall with different rainfall intensities can be produced over an area of 100 m2 in a V shape. The assembly is housed in a tailor-made acrylic structure to eliminate the influence of wind and natural rainfall. Runoff is measured and collected at the outlet of the drainage basin, from where it is pumped to a storage tank that enables the reuse of water. Runoff hydrographs and pollutographs are presented as examples of possible outcomes from this facility. The LSRS is showed to be able to reproduce the rainfall-runoff and pollutant transport processes under simulated rainfall events with intensity and spatial uniformity similar to other experiments described in the literature.

RESUMO O estudo do escoamento superficial e transporte de poluentes é de grande importância, pois ajuda na prevenção de impactos ambientais, auxiliando em planejamentos a serem realizados pelo poder público. Neste trabalho, teve-se como objetivo estudar, em laboratório, a dinâmica do transporte de material (cloreto de sódio - NaCl) disposto sobre uma superfície impermeável, dissolvido pela aplicação de água via simulador de chuva, tendo como fonte de variação três variáveis independentes: declividade, intensidade de precipitação e posição do material. Utilizou-se o delineamento experimental de faces centradas, que contemplou diferentes cenários reproduzidos nos experimentos, onde se avaliou a influência das três variáveis independentes sobre às dependentes (tempo de transporte, valor de pico, tempo de pico e massa total transportada), cujas respostas foram monitoradas no exutório do modelo experimental. A análise de resultados obtidos permitiu identificar o efeito significativo da declividade e posição do material sobre todas as variáveis dependentes estudadas e ainda o efeito quadrático da declividade para o tempo de transporte e a massa total transportada. Já para a intensidade de precipitação, verificou-se influência apenas para o tempo de transporte, dentro dos intervalos de estudo com nível de significância de 95%. O modelo produzido para o tempo de transporte é capaz de explicar 90% da variabilidade dos dados, enquanto o para o valor de pico possui uma capacidade de explicação de 67,9%. O tempo de pico possui um modelo capaz de explicar 74,2% da variabilidade dos dados, e o modelo produzido para a massa total transportada possui uma capacidade de explicação de 62,4% da variabilidade dos dados.

ABSTRACT The study of surface runoff and transport of pollutants is of major importance, as it helps preventing environmental impacts, and supports planning tasks carried out by public authorities. The goal of this research was to study the dynamics of the transport of material (NaCl) on an impermeable surface, dissolved by the application of water through a rainfall simulator, having as its source of variation three independent variables: slope, rainfall intensity and position of the material. Face-centered experimental design was used, which contemplated different scenarios reproduced in the experiments, where the influence of the three independent variables on the dependent variables (transport time, peak value, peak time and total mass transported) was evaluated, whose responses were monitored at the outlet of the experimental model. The analysis of the results allowed to identify the significant effect of the slope and position of the material on all the dependent variables studied, as well as the quadratic effect of the slope for the transportation time and total mass transported. As for the rainfall intensity, only influence was observed for transportation time, within the study intervals with a level of significance of 95%. The resulting model is capable of explaining: 90% for transport time, 67.9% for peak value, 74.2% for peak time and 62.4% total mass transported.

RESUMO Um dos impactos da urbanização no meio ambiente é a alteração do processo de transformação da chuva em escoamento superficial, levando à alteração da qualidade dos recursos hídricos. Com este trabalho, objetivou-se simular o transporte de partículas em suspensão e de poluentes dissolvidos, transportados pelo escoamento, sobre uma superfície impermeável em escala de laboratório. O modelo experimental consistiu de um simulador para a aplicação de chuva artificial sobre uma superfície acrílica impermeável com 8,40 m2, na qual foram definidas quatro posições para a distribuição do cloreto de sódio e da areia fina, simulando fontes difusas de poluição. Os resultados indicaram diferenças entre os tempos de pico do transporte de poluentes dissolvidos e em suspensão, em função da posição desses. O efeito de first flush foi verificado para os poluentes dissolvidos independentemente da posição da fonte, enquanto para os poluentes transportados em suspensão o mesmo efeito só foi verificado quando a fonte estava mais próxima da saída da superfície impermeável.

ABSTRACT One of the impacts of urbanization on the environment is the changes in the rainfall-runoff process, causing changes in water resources quality. The objective of this project was to simulate the transport of suspended particles and pollutants dissolved on runoff, an impermeable surface at laboratory scale. The experimental model consisted on a simulator for the application of artificial rainfall on an impermeable surface with 8,40 m2, in which sodium chloride and fine sand were distributed in four defined regions, simulating sources of diffuse pollution. The results showed differences between peak transport times of dissolved and suspended pollutants, depending on their position. The first-flush effect was observed for the dissolved pollutants independently of the source position, whereas for the pollutants transported in suspension the same effect was only found when the source was closer to the outlet of the impervious surface.