Impactos da variabilidade espacial na modelagem hidrológica urbana: um estudo de caso da Bacia do Canal do Mangue no Rio de Janeiro, Brasil

Sampaio Júnior, James de Melo; Reis, Marcelo de Miranda; Paz, Igor da Silva Rocha

doi:10.1590/2318-0331.302520240004

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Scientific/Technical Article • RBRH 30 • 2025 • https://doi.org/10.1590/2318-0331.302520240004 linkcopiar

Impactos da variabilidade espacial na modelagem hidrológica urbana: um estudo de caso da Bacia do Canal do Mangue no Rio de Janeiro, Brasil

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RESUMO

Este estudo analisa a variabilidade espacial e pluviométrica de uma bacia urbana utilizando o SWMM (Stormwater Management Model), um modelo hidrológico semi-distribuído e de código aberto. A Bacia do Canal do Mangue (BCM), localizada no Rio de Janeiro-RJ, Brasil, foi modelada empregando três resoluções de mapas, variando o número de sub-bacias, e três métodos de espacialização pluviométrica: média aritmética, polígonos de Thiessen e Inverse Distance Weighted (IDW). Os níveis d’água simulados foram comparados com dados observados em pontos de controle da bacia, considerando diferentes densidades de pluviômetros. Os resultados indicaram boa aproximação geral entre os volumes observados e simulados. O método da média aritmética apresentou o melhor desempenho geral, com erros variando de 0,00% a 18,60%, enquanto o IDW demonstrou maior precisão em nós específicos (10,82% a 15,18%). O estudo conclui que a resolução espacial, os métodos de interpolação e a densidade de pluviômetros afetam significativamente o desempenho do modelo, fornecendo informações valiosas para otimizar a modelagem hidrológica em bacias urbanas.

Palavras-chave:
Modelagem hidrológica urbana; Variabilidade espacial; Pluviômetro; Uso e cobertura do solo; SWMM

Hydrological Classes	Forest Area > 70%	Forest Area < 70%
A	25	45
B	55	66
C	70	77
Urban	92	92

Property	Map R1	Map R2	Map R3
Sub-basin Area (ha)	0.83 to 168.29	7.61 to 231.81	61.39 to 394.89
Sub-basin Width (m)	50.61 to 1369.33	198.83 to 1854.62	515.19 to 1745.68
Sub-basin Slope (%)	0.24 to 59.09	0.50 to 48.21	0.68 to 48.14
Average Sub-basin Slope (%)	15.09	18.40	19.25
Impervious Area (%)	0.00 to 100.00	0.88 to 99.80	0.88 to 98.37
Watercourse Roughness	0.015 to 0.070	0.015 to 0.070	0.015 to 0.070
Average Watercourse Slope (%)	2.80	2.80	2.80
Curve Number (CN)	25 to 92	25 to 92	25 to 92

Hydrological Classes	Lower Limit	Upper Limit
A	25	72
B	55	81
C	70	88
Urban	51	92

Event	Spatialization Method	Resolution 1	Resolution 2	Resolution 3
Event 1	Arithmetic Mean	R1-1-M	R2-1-M	R3-1-M
	Thiessen Polygons	R1-1-T	R2-1-T	R3-1-T
	IDW	R1-1-I	R2-1-I	R3-1-I
Event 2	Arithmetic Mean	R1-2-M	R2-2-M	R3-2-M
	Thiessen Polygons	R1-2-T	R2-2-T	R3-2-T
	IDW	R1-2-I	R2-2-I	R3-2-I
Event 3	Arithmetic Mean	R1-3-M	R2-3-M	R3-3-M
	Thiessen Polygons	R1-3-T	R2-3-T	R3-3-T
	IDW	R1-3-I	R2-3-I	R3-3-I
Event 4	Arithmetic Mean	R1-4-M	R2-4-M	R3-4-M
	Thiessen Polygons	R1-4-T	R2-4-T	R3-4-T
	IDW	R1-4-I	R2-4-I	R3-4-I

Nodes		N-19	N-35	N-45	N-50
Observed Max Water Level (m)		9.00	7.90	2.30	7.10
R1-1-I (280 times)	Simulated Max (m)	9.04	7.79	2.03	6.30
	Abs. Diff. (m)	0.04	-0.11	-0.27	-0.80
	Percentage Diff. (%)	0.44%	-1.39%	-11.74%	-11.27%
R2-1-I (222 times)	Simulated Max (m)	9.03	7.78	2.10	6.27
	Abs. Diff. (m)	0.03	-0.12	-0.20	-0.83
	Percentage Diff. (%)	0.33%	-1.52%	-8.70%	-11.69%
R3-1-I (186 times.)	Simulated Max (m)	8.99	7.82	2.01	6.27
	Abs. Diff. (m)	-0.01	-0.08	-0.29	-0.83
	Percentage Diff. (%)	-0.11%	-1.01%	-12.61%	-11.69%

Node	Lower difference	Upper difference
N-19	1.25% (R3-1-M)	4.09% (R2-1-T)
N-35	0.89% (R1-1-T)	7.72% (R1-1-M)
N-45	4.35% (R2-1-T)	12.61% (R3-1-I)
N-50	9.15% (R1-1-M)	12.11% (R2-1-T)

Node	Lower difference	Upper difference
N-19	10.82% (R1-3-I and R2-3-I)	13.73% (R3-2-M)
N-35	0.00% (R3-2-T, R3-3-I and R3-4-I)	2.07% (R1-3-I and R1-4-I)
N-39	9.12% (R2-2-M and R3-2-M)	22.35% (R3-1-I)
N-40	6.20% (R1-2-M, R2-2-M and R3-2-M)	20.80% (R3-3-I)
N-42	18.60% (R1-2-M)	27.29% (R2-3-I)
N-48	15.18% (R1-3-M)	16.96% (R3-2-T, R3-3-T and R3-4-T)

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