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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20940
Tipo: Dissertação
Título: Integração de algoritmos genéticos ao modelo hidrológico SWMM na otimização de sistemas de drenagem urbana sustentável
Título(s) alternativo(s): Aplicação de algoritmos genéticos na otimização de sistemas de drenagem urbana com a utilização de controles LIDs - low impact development
Autor(es): Lopes, Moana Duarte
Primeiro Orientador: Silva, Gustavo Barbosa Lima da
Resumo: Elevadas taxas de impermeabilização do solo, intensificadas pela urbanização, vêm contribuindo fortemente para a ocorrência de alagamentos e inundações ao redor do mundo. De forma a mitigar esses impactos, as técnicas de Desenvolvimento de Baixo Impacto (LID) buscam preservar as condições hidrológicas de uma bacia próximas àquelas de pré-urbanização a partir do uso de sistemas de controles distribuídos. Porém, a utilização dessas técnicas está associada a diversos desafios de planejamento, incluindo o dimensionamento das estruturas de controle, devido a grandes quantidades de variáveis envolvidas e à necessidade de atender a múltiplos objetivos simultaneamente. Neste contexto, a aplicação de modelos de simulação hidrológica integrados a técnicas de otimização vem sendo recentemente explorada como uma maneira de auxiliar no planejamento desses cenários. Esse trabalho se propôs a verificar a aplicabilidade de uma adaptação do Algoritmo Genético NSGA-II, junto ao modelo hidrológico SWMM, para subsidiar o dimensionamento ótimo de cenários LIDs, buscando reduções do escoamento superficial e dos custos de implantação e manutenção para diferentes tempos de retorno. Os cenários consideraram a implementação de pavimentos permeáveis, telhados verdes e células de biorretenção de forma individual e combinada. Os resultados mostraram que o modelo foi capaz de encontrar uma grande variedade de soluções ótimas para diversos níveis de redução do escoamento superficial, a diferentes custos associados, para todos os casos avaliados. Cada cenário apresentou diferentes relações de custo-eficiência entre as soluções ótimas obtidas e de trade-off entre as funções objetivo definidas, de acordo com as limitações e potencialidades dos LIDs utilizados e da complexidade envolvida no cenário. Com relação à aplicabilidade do modelo como método de dimensionamento das estruturas de controle, percebeu-se que diversas soluções ótimas apresentaram espessuras das camadas de substrato e armazenamento superdimensionadas e que o modelo apresentou dificuldades em considerar áreas iguais a zero em todos os cenários. Neste sentido, sugeriu-se maneiras de aperfeiçoar o modelo buscando contornar esses problemas. Por fim, para os parâmetros de projeto definidos, a inclusão ou exclusão dos custos de manutenção na otimização não alterou de forma significativa a configuração geral das soluções ótimas. No entanto, a importância desses custos não deve ser subestimada pois pode levar a prejuízos econômicos bastante graves.
Abstract: High rates of soil imperviousness, intensified by urbanization, have been contributing strongly to the occurrence of floods all over the world. In order to mitigate these impacts, Low Impact Development (LID) techniques seek to preserve the hydrology of urban catchments closer to pre-development conditions by using distributed stormwater control systems. Nevertheless, the application of these techniques is associated with a variety of challenges, including the design of the LID controls, due to the great number of variables involved and the need to attend to multiple objectives simultaneously. Within this context, the application of hydrologic simulation models integrated with optimization techniques is being recently explored as an alternative to assist the planning of LID scenarios. This work aims to verify the applicability of an adaptation of the Genetic Algorithm NSGA-II, together with the hydrologic model SWMM, to assist the optimal design of LID scenarios seeking to reduce the stormwater runoff and the implementation and maintenance costs on different return periods. The scenarios have considered the implementation of permeable pavements, green roofs and bioretention cells either individually or integrated. The results showed that the model was capable of finding a great variety of optimal solution on various levels of runoff reduction, at different costs, to all situations considered. Each scenario presented different cost-efficiency and trade-off trends for the optimal solutions and the objective functions, respectively, according to the limitations and potentials of the correspondent LID and with the complexity of the scenario. Regarding the applicability of the optimization model as a LID design method, it was observed that various optimal solutions presented an oversizing of the storage and soil layer. Besides that, it was possible to notice that the model also presented difficulties to consider null areas for all scenarios. Therefore, suggestions on how to improve the model have been made to solve the identified problems. At last, considering the adopted project parameters, the inclusion or exclusion of the maintenance costs in the optimization process did not alter significantly the general configuration of the optimal solutions. However, the importance of these costs cannot be underestimated otherwise it can lead to quite serious economic damages.
Palavras-chave: Modelagem hidrológica
SWMM
Otimização multiobjetivo
Algoritmos genéticos
LIDs
Hydrologic modeling
Multi-objective optimization
Genetic algorithm
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Civil e Ambiental
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso aberto
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20940
Data do documento: 20-Ago-2020
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental

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