RESUMO As condições de uso e ocupação do solo de bacias hidrográficas rurais favorecem a infiltração e a consequente geração de escoamento subterrâneo, que constitui significativa contribuição para o hidrograma. Previamente à elaboração deste trabalho, o modelo MODCEL-COPPE/UFRJ somente simulava a chuva efetiva, desconsiderando as perdas ocorridas no processo de transformação de precipitação em escoamento superficial. Desta maneira, sua aplicação era mais adequada a bacias urbanas, na simulação de eventos de cheia, com predominância de escoamentos superficiais. Este estudo objetivou individualizar a infiltração e incorporar o escoamento de base à estrutura do MODCEL, viabilizando a simulação de bacias rurais e ampliando a sua aplicabilidade enquanto modelo hidrológico. Foi realizado um estudo de caso em uma sub-bacia do rio Piabanha de 417 km2, localizada em Petrópolis/RJ. Trata-se de uma bacia predominantemente rural, com 80% de sua área coberta por florestas. O modelo representou satisfatoriamente a sazonalidade e a magnitude das vazões. Na fase de calibração dos parâmetros obteve-se um coeficiente de determinação R2 = 0,75, comparando-se as vazões calculadas às observadas. No período de validação, o R 2 obtido foi de 0,76. O ajuste foi superior ao que se obteve em modelagens pregressas da mesma bacia via SMAP e MODCEL (versão anterior), e similar ao TOPMODEL. Na recessão do hidrograma, o novo MODCEL apresentou R2 = 0,75, contra 0,52 obtido na sua versão anterior.

ABSTRACT The land use characteristics of rural watersheds allow infiltration and consequent generation of groundwater flow, which constitutes a significant contribution to the hydrograph. Prior to this study, the MODCEL-COPPE/UFRJ model simulated only runoff, disregarding the losses occurred in rainfall-runoff process. Therefore, its application was more appropriate to urban watersheds, simulating flood events where surface flows prevail. This study aimed at representing the infiltration process and at incorporating the groundwater flow in the MODCEL’s structure, making feasible the rural watersheds simulation thus expanding its applicability as a hydrological model. A case study was performed in a 417 km2 subcatchment of Piabanha River, located at Petrópolis/RJ. It’s a predominantly rural watershed, with 80% of its area covered by forests. The model represented satisfactorily the seasonality and the magnitude of simulated recharges. In the parameter calibration procedure gave a coefficient of determination R2 = 0.75, comparing the calculated flows to the observed flows. During validation period, we obtained a coefficient of determination R2 = 0.76. The fit obtained was superior to that obtained in previous modeling of the same watershed by SMAP and MODCEL (previous version) and it was similar to TOPMODEL. In the hydrograph recession, new MODCEL presented R2 = 0.75, against 0.52 obtained in its previous version.

RESUMO O processo de urbanização resulta em alterações no ciclo hidrológico prejudiciais à população. Para amenizar esses efeitos, as técnicas compensatórias em drenagem urbana visam à maior sustentabilidade hidrológica na expansão urbana. Nesse sentido, este artigo teve como objetivos avaliar, por meio de modelagem computacional, o efeito da adoção dessas técnicas na escala de lote e da bacia hidrográfica e avançar com diferentes possibilidades de concepção de projeto. A modelagem foi realizada para diversos cenários, considerando a implantação das técnicas de forma isolada e combinada. Os parâmetros utilizados na modelagem visaram verificar possibilidades extremas de aplicação, de modo a disponibilizar dados para balizamento de projetos reais. As chuvas avaliadas possuem variadas durações e intensidades, facilitando a extrapolação dos resultados deste trabalho para bacias hidrográficas de diferentes escalas. Os resultados das simulações indicam potenciais benefícios na drenagem urbana oriundos do uso dessas técnicas no lote, com mais efetividade para as menores chuvas de projeto. Esse foi o caso dos cenários que avaliaram os jardins rebaixados isoladamente ou combinados em série com um reservatório de lote e os cenários de pavimentos permeáveis na calçada que receberiam o escoamento superficial do lote adjacente. Também foi verificado que a combinação paralela de um reservatório de lote com as dimensões propostas pela legislação municipal e um jardim rebaixado em 0,07 m seria capaz de neutralizar, hidrologicamente, os impactos da ocupação do lote para todas as chuvas de projeto analisadas, entretanto o reservatório proposto pela legislação municipal, quando adotado isoladamente, quase não atuou na escala da bacia..

ABSTRACT The urbanization process results in detrimental changes in the hydrological cycle to the population. In order to mitigate these effects, compensatory techniques in urban drainage aim at increasing hydrological sustainability in urban expansion. In this sense, this paper intended to, through computer modeling, evaluate the effect of the adoption of these techniques on site scale and at the watershed scale, as well as to discuss different design concepts. The modeling was performed for different scenarios, considering the implementation of the techniques isolated and combined. The parameters proposed for modeling aimed to check the extreme possibilities for their application in order to make data available for actual projects. The rainfalls have been evaluated for different durations and intensities, thus facilitating the extrapolation of this study results for variable watershed scales. The modeling results pointed to potential benefits on the urban drainage due to the compensatory techniques adoption at the lot scale, with the property owner being capable to easily control the smaller design rainfalls. This was the case of the scenarios with raingardens isolated or combined in series with a lot reservoir or the scenarios where a permeable pavement on sidewalk received runoff from the adjacent lot. The parallel combination of a lot reservoir proposed by the municipal legislation and a raingarden with only 0,07 m depth would be capable of hidrologically neutralize the impacts of the occupation for all project rains analyzed. Nevertheless, the same reservoir proposed by the municipal legislation, when used isolatedly, showed little or none benefits on the basin scale.