manual swmm, auxilia nos sistemas hidraulico, Esquemas de Engenharia Civil

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SWMM 5.

MANUAL DO USUÁRIO

por

Lewis A. Rossman Water Supply and Water Resources Division National Risk Management Research Laboratory Cincinnati, OH 45268

Tradução

Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento Universidade Federal da Paraíba, UFPB, BRASIL.

Este trabalho é fruto do convênio ECV-DTP 004/2010 firmado entre a ELETROBRAS, no âmbito do PROCEL, e a UFPB/FUNAPE, tendo como um de seus produtos a elaboração da versão brasileira do Manual e Programa do SWWM - Modelo de Gestão de Drenagem Urbana.

ELETROBRAS/PROCEL

Presidência José da Costa Carvalho Neto

Diretoria de Transmissão José Antônio Muniz Lopes

Departamento de Projetos de Eficiência Energética Fernando Pinto Dias Perrone

Divisão de Eficiência Energética na Indústria e Comércio Marco Aurélio R. Gonçalves Moreira

UFPB

Reitor Rômulo Soares Polari

Vice-Reitora Maria Yara Campos Matos

Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa Isac Almeida de Medeiros

Diretor do Centro de Tecnologia Clivaldo Silva de Araújo

EQUIPE TÉCNICA

ELETROBRÁS/PROCEL Equipe PROCEL SANEAR Denise Pereira Barros Eduardo Ramos Duarte Luciana Dias Lago Machado Marcus Paes Barreto Pamela Silva dos Santos Simone Ribeiro Matos

CEPEL Airton Sampaio Gomes Paulo da Silva Capella

Revisão Gráfica Kelli Cristine Mondaini

LENHS Heber Pimentel Gomes (Coordenador) Paulo Sérgio Oliveira de Carvalho Ronildo Soares de Alencar Moisés Menezes Salvino Luís Simão de Andrade Filho Simplício Arnaud da Silva Roberta Macêdo Marques Gouveia Alain Passerat de Silans Cristiano das Neves Almeida Wil Lavor Lucena Camboim Gênnisson Batista Carneiro Nicolle de Belmont Sabino Rocha Renato de Sousa Flávia Lima Cordeiro de Moura Allan Santos de Sousa Rômulo de Oliveira Azevêdo

Diagramação Roberta Macêdo Marques Gouveia

PREFÁCIO DA EDIÇÃO ORIGINAL

A U.S. Environmental Protection Agency (EPA) é a agência estatal norte-americana encarregada pelo Congresso dos Estados Unidos da América de proteger os seus recursos naturais (terra, ar e recursos hídricos). De acordo com a legislação norte- americana em matéria ambiental, cabe a esta instituição conceber e implementar ações que conduzam a um balanço entre as atividades humanas e a capacidade dos sistemas naturais para suportar e garantir níveis ambientais aceitáveis. Para cumprir este objetivo, o programa de pesquisa da EPA fornece informação de base e suporte técnico para a resolução de problemas ambientais reais, que permitam construir uma base de conhecimento científico necessária a uma adequada gestão dos recursos ecológicos, e que também permitam ajudar a compreender o modo como os poluentes podem afetar a saúde pública e prevenir ou minimizar futuros riscos ambientais.

O National Risk Management Research Laboratory^1 , um dos laboratórios da EPA, constitui a unidade principal para a pesquisa de técnicas e metodologias de gestão que permita reduzir os riscos para a saúde humana e o ambiente. Os seus principais objetivos são: o desenvolvimento de metodologias de prevenção e controle da poluição do ar, terras e recursos superficiais; a proteção da qualidade da água em sistemas públicos de abastecimento; o melhoramento das condições ambientais de locais contaminados e de aquíferos subterrâneos; e a prevenção e controle da poluição do ar em recintos fechados. As principais funções desta unidade de pesquisa são: desenvolver e implementar tecnologias ambientais inovadoras e economicamente viáveis; desenvolver informação científica e de engenharia, necessárias à EPA para apoio à decisão no âmbito de regulamentos e de políticas; e, ainda, fornecer suporte técnico e proporcionar a transferência de informação que assegure a implementação eficaz de decisões e regulamentações ambientais.

A degradação da qualidade da água devido ao escoamento superficial de áreas urbanas, e em desenvolvimento, continua a ser a maior ameaça à qualidade ambiental dos rios do nosso país. O Storm Water Management Model é um programa computacional que pode analisar o impacto do escoamento superficial e avaliar a efetividade de estratégias de mitigação. A versão modernizada e atualizada do modelo, descrito neste documento, o tornará uma ferramenta mais acessível e valiosa para pesquisadores e usuários relacionados às áreas de recursos hídricos e gerenciamento e planejamento da qualidade das águas.

E. Timothy Oppelt Diretor do National Risk Management Research Laboratory

(^1) Laboratório Nacional de Investigação sobre Gestão do Risco

PREFÁCIO DA EDIÇÃO BRASILEIRA

A versão do programa SWMM para o português, falado e escrito no Brasil, é uma iniciativa do Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS), pertencente ao Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, do Centro de Tecnologia, da Universidade Federal da Paraíba (UFPB). Esta iniciativa foi proporcionada pela necessidade de se dispor, no Brasil, de forma acessível a todos os possíveis usuários, de um programa de modelagem e gestão de drenagem urbana, que possa auxiliar os profissionais e estudiosos que lidam com o melhoramento das condições de gerenciamento operacionais de sistemas de drenagem urbana.

A elaboração da versão brasileira do SWMM somente foi possível graças à louvável política da EPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos) que disponibiliza o programa livremente, com o seu código fonte, de forma que este possa ser adaptado para outras versões a serem realizadas no mundo.

O arquivo de instalação da versão brasileira do SWMM 5.0 e o seu respectivo Manual estão disponibilizados para download no endereço www.lenhs.ct.ufpb.br.

A presente edição da versão brasileira do SWMM contou com o patrocínio da ELETROBRAS (Centrais Elétricas Brasileiras S. A.), no âmbito do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica para o Setor de Saneamento (PROCEL SANEAR – Eficiência Energética no Saneamento Ambiental).

Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento da UFPB Junho de 2012

• CAPÍTULO 1 - Introdução ao EPA SWMM
• 1.1 O que é o Storm Water Management Model?
• CAPÍTULO 2 - Tutorial
• 2.1 Exemplo de Estudo
• 2.2 Configuração do Projeto
• 2.3 Desenho dos Objetos
• 2.4 Definindo as Propriedades dos Objetos
• 2.5 Execução de uma Simulação
  • 2.5.1 Definição das Opções de Simulação
  • 2.5.2 Executando a Simulação
  • 2.5.3 Visualizando o Relatório do Estado
  • 2.5.4 Visualização dos Resultados no Mapa
  • 2.5.5 Gráficos de Séries Temporais
  • 2.5.6 Gráficos de Perfis Longitudinais
  • 2.5.7 Realização de uma Análise com o Modelo Completo da Onda Dinâmica
• 2.6 Simulação da Qualidade da água
• 2.7 Realização de uma Simulação Contínua
• CAPÍTULO 3 - Modelo Conceitual
• 3.1 Introdução
• 3.2 Objetos Físicos
  • 3.2.1 Pluviômetros
  • 3.2.2 Sub-bacias
  • 3.2.3 Nós de Conexão
  • 3.2.4 Nós Exutórios
  • 3.2.5 Divisores de Fluxo
  • 3.2.6 Unidades de Armazenamento
  • 3.2.7 Condutos
  • 3.2.8 Bombas
  • 3.2.9 Reguladores de Vazão
  • 3.2.10 Rótulos do Mapa
• 3.3 Objetos Virtuais (sem representação gráfica)
  • 3.3.1 Climatologia
  • 3.3.2 Acumulação de Neve
  • 3.3.3 Aquíferos
  • 3.3.4 Hidrogramas Unitários
  • 3.3.5 Seção Transversal Irregular
  • 3.3.6 Contribuições Externas de Vazão
  • 3.3.7 Regras de Controle
  • 3.3.8 Agentes Poluentes
  • 3.3.9 Usos do Solo
  • 3.3.10 Tratamento
  • 3.3.11 Curvas
  • 3.3.12 Série Temporal
  • 3.3.13 Padrões Temporais
  • 3.3.14 Controles por Dispositivos de Baixo Impacto (LID)
• 3.4 Métodos Computacionais
  • 3.4.1 Escoamento Superficial
  • 3.4.2 Infiltração
  • 3.4.3 Águas Subterrâneas
  • 3.4.4 Degelo
  • 3.4.5 Modelo de Transporte Hidráulico
  • 3.4.6 Alagamento
  • 3.4.7 Modelo de Qualidade da Água
  • 3.4.8 Representação do Objeto LID
• CAPÍTULO 4 - Janela Principal do SWMM
• 4.1 Visão Geral
• 4.2 O Menu Principal
  • 4.2.1 Menu Arquivo
  • 4.2.2 Menu Editar
  • 4.2.3 Menu Visualizar
  • 4.2.4 Menu Projeto
  • 4.2.5 Menu Relatório
  • 4.2.6 Menu Ferramentas
  • 4.2.7 Menu Janela
  • 4.2.8 Menu Ajuda
• 4.3 As Barras de Ferramentas
  • 4.3.1 Barra de Ferramentas Padrão
  • 4.3.2 Barra de Ferramentas do Mapa
  • 4.3.3 Barra de Ferramentas Objeto
• 4.4 A Barra de Estado
• 4.5 O Mapa da Área de Estudo
• 4.6 Painel de Navegação de Dados
• 4.7 O Painel de Navegação do Mapa
• 4.8 O Editor de Propriedades
• 4.9 Fixar as Preferências do Programa
  • 4.9.1 Preferências Gerais
  • 4.9.2 Formato de Números
• CAPÍTULO 5 – Trabalhando com Projetos
• 5.1 Criar um Novo Projeto
• 5.2 Abrir um Projeto Existente
• 5.3 Salvar um Projeto
• 5.4 Configurações Pré-definidas do Projeto
  • 5.4.1 Identificadores Pré-definidos
  • 5.4.2 Propriedades Pré-definidas das Sub-bacias
  • 5.4.3 Propriedades Pré-definidas de Nós e Trechos
• 5.5 Unidades de Medida
• 5.6 Convenções para o Offset dos Trechos
• 5.7 Dados de Calibração
  • 5.7.1 Arquivos de Calibração
  • 5.7.2 Registrando Dados de Calibração
• 5.8 Visualizar Todos os Dados do Projeto
• CAPÍTULO 6 – Trabalhando com Objetos
• 6.1 Tipos de Objetos
• 6.2 Inserir um Objeto
  • 6.2.1 Inserir um Pluviômetro
  • 6.2.2 Inserir uma Sub-bacia
  • 6.2.3 Inserir um Nó
  • 6.2.4 Inserir um Trecho
  • 6.2.5 Inserir um Rótulo no Mapa
  • 6.2.6 Inserir um Objeto Não Visível
• 6.3 Selecionar e Mover Objetos
• 6.4 Editar Objetos
• 6.5 Converter Objetos
• 6.6 Copiar e Colar Objetos
• 6.7 Dar Forma e Inverter um Trecho
• 6.8 Dar Forma a uma Sub-bacia
• 6.9 Excluir um Objeto
• 6.10 Editar ou Excluir um Grupo de Objetos
• CAPÍTULO 7 – Trabalhando com o Mapa
• 7.1 Selecionar um Objeto para o Mapa
• 7.2 Configurar as Dimensões do Mapa
• 7.3 Utilizar um Mapa de Fundo
• 7.4 Medindo Distâncias
• 7.5 Zoom do Mapa
• 7.6 Mover ou Enquadrar o Mapa
• 7.7 Visualizar Mapa Completo
• 7.8 Localizar um Objeto
• 7.9 Realizar uma Consulta sobre o Mapa
• 7.10 Utilizar as Legendas do Mapa
• 7.11 Utilizando a Vista Panorâmica do Mapa
• 7.12 Configurar a Apresentação do Mapa
  • 7.12.1 Opções de Sub-bacia
  • 7.12.2 Opções de Nós
  • 7.12.3 Opções de Trechos
  • 7.12.4 Opções de Rótulos
  • 7.12.5 Opções de Anotações
  • 7.12.6 Opções de Símbolos
  • 7.12.7 Opções de Setas de Fluxo
  • 7.12.8 Opções de Fundo do Mapa
• 7.13 Exportar o Mapa
• CAPÍTULO 8 – Executando uma Simulação
• 8.1 Configurando Opções de Simulação
  • 8.1.1 Opções Gerais
  • 8.1.2 Opções de Datas
  • 8.1.3 Opções de Passo de Tempo
  • 8.1.4 Opções do Modelo da Onda Dinâmica
  • 8.1.5 Opções de Arquivos
• 8.2 Configurando as Opções de Relatório
• 8.3 Iniciar uma Simulação
• 8.4 Problemas nos Resultados Obtidos
• CAPÍTULO 9 – Visualizando os Resultados da Simulação
• 9.1 Visualizar um Relatório do Estado da Simulação
• 9.2 Variáveis que Podem ser Visualizadas
• 9.3 Visualizando Resultados no Mapa
• 9.4 Visualizar Resultados com um Gráfico
  • 9.4.1 Gráfico de Série Temporal
  • 9.4.2 Gráfico do Perfil Longitudinal
  • 9.4.3 Gráfico de Dispersão
• 9.5 Personalizar a Aparência de um Gráfico
  • 9.5.1 Caixa de Diálogo de Opções de Gráfico
  • 9.5.2 Opções Gerais de Gráficos
  • 9.5.3 Opções de Eixos do Gráfico
  • 9.5.4 Opções de Legenda do Gráfico
  • 9.5.5 Opções de Séries do Gráfico
  • 9.5.6 Opções para o Perfil Longitudinal
• 9.6 Visualizando Resultados com uma Tabela
• 9.7 Visualizar um Relatório de Estatísticas
• CAPÍTULO 10 – Impressão e Cópia
• 10.1 Selecionando uma Impressora
• 10.2 Configurando o Formato da Página
• 10.3 Visualizar Impressão
• 10.4 Imprimindo a Vista Ativada
• 10.5 Copiando para a Área de Transferência ou para um Arquivo
• CAPÍTULO 11 – Arquivos Utilizados pelo SWMM
• 11.1 Arquivo de Projeto
• 11.2 Arquivos de Saída e de Relatório
• 11.3 Arquivos de Precipitação
• 11.4 Arquivos de Clima
• 11.5 Arquivos de Calibração
• 11.6 Arquivos de Séries Temporais
• 11.7 Arquivos de Interface
• CAPÍTULO 12 – Ferramentas Adicionais
• 12.1 O que são as Ferramentas Adicionais
• 12.2 Configurando Ferramentas Adicionais
• APÊNDICE A – Tabelas Úteis
• APÊNDICE B – Propriedades dos Objetos Físicos
• APÊNDICE C – Editores de Propriedades Especiais
• APÊNDICE D – Linhas de Comando
• APÊNDICE E – Mensagens de Erro e Advertência

CAPÍTULO

Introdução ao EPA SWMM ____________

1 CAPÍTULO 1 - Introdução a EPA SWMM

1.1 O que é o Storm Water Management Model?

O Storm Water Management Model – SWMM (Modelo de Gestão de Drenagem Urbana - SWMM), da EPA, é um modelo dinâmico chuva-vazão que simula a quantidade e a qualidade do escoamento superficial, especialmente em áreas urbanas; pode ser utilizado para a simulação de um único evento chuvoso, bem como para uma simulação contínua de longo prazo. O componente relativo ao escoamento superficial do SWMM opera com um conjunto de sub-bacias hidrográficas que recebem precipitações e geram escoamentos e cargas poluidoras. O módulo de transporte hidráulico do SWMM simula o percurso destas águas através de um sistema composto por tubulações, canais, dispositivos de armazenamento e tratamento, bombas e elementos de regulação. O SWMM acompanha a evolução da quantidade e da qualidade do escoamento dentro de cada sub-bacia, assim como a vazão, a altura de escoamento e a qualidade da água em cada tubulação e canal, durante um período de simulação composto por múltiplos intervalos de tempo.

O SWMM foi desenvolvido em 1971^2 , tendo sofrido, desde então, diversas atualizações^3. É amplamente utilizado em várias partes do mundo para o planejamento, análises e projetos de sistemas de drenagem de águas pluviais em áreas urbanas, sistemas coletores de águas residuárias (sejam eles separados, unitários ou mistos), com muitas aplicações, também, em áreas não urbanas. A edição atual, que corresponde à quinta versão do programa, é um código reescrito completamente a partir de edições anteriores. Funcionando sob a plataforma Windows®, o SWMM 5 proporciona um ambiente integrado, que permite a entrada de dados para a área de estudo, simular o comportamento hidrológico, hidráulico, estimar a qualidade da água e visualizar os resultados da modelagem em uma grande variedade de formatos. Como exemplos, podem-se citar: áreas de drenagem codificadas por meio de cores; mapas de sistemas de coletores de água; gráficos e tabelas de séries temporais; diagramas de perfil e análises estatísticas de frequência.

(^2) Metcalf & Eddy, Inc., University of Florida, Water Resources Engineers, Inc. “ Storm Water Management Model, Volume I – Final Report”, 11024DOC07/71, Water Quality Office, Environmental Protection Agency, Washington, DC, Julio 1971. (^3) Huber, W.C. & Dickinson, R.E., “ Storm Water Management Model, Version 4: User’s Manual ”, EPA/600/3-88/001a, Environmental Research Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency, Athens, GA, Octubre 1992.

LENHS UFPB

Introdução ao EPA SWMM

15

> Aplicar controles dinâmicos, definidos pelo usuário, para simular o funcionamento das bombas, a abertura de orifícios ou a posição da crista de vertedores.

Além de modelar a geração e transporte do escoamento superficial, o SWMM também pode estimar a produção e a evolução de cargas de agentes poluentes associadas a este tipo de escoamento. Os processos seguintes podem ser modelados para qualquer número de substâncias associadas à qualidade da água definidas pelo usuário:

> Acumulação do poluente durante o tempo seco, para diferentes usos do solo. > Lixiviação do agente poluente como função do tipo de uso do solo. > Contribuição direta decorrente da própria chuva. > Redução da poluição acumulada devido à limpeza da rua. > Redução da carga de poluentes arrastados pela enxurrada devido a boas práticas de manejo (BMPs^5 ). > Entrada de águas residuárias em tempo seco e outras contribuições externas especificadas pelo usuário em qualquer ponto do sistema de drenagem. > Propagação de substâncias associadas à qualidade da água ao longo do sistema de drenagem. > Redução na concentração do poluente por meio de tratamentos em reservatórios ou devido a processos naturais em tubulações e canais.

Aplicações Típicas do SWMM

Desde a sua criação, o SWMM tem sido utilizado em milhares de estudos de redes de drenagem, tanto de águas residuárias como de águas pluviais. Entre as aplicações típicas podem-se mencionar:

> Concepção e dimensionamento de componentes da rede de drenagem para controle de inundações. > Dimensionamento de estruturas de retenção e acessórios para o controle de inundações e a proteção da qualidade das águas. > Delimitação de zonas de inundação em leitos naturais. > Concepção de estratégias de controle para minimizar o transbordamento de sistemas unitários e mistos. > Avaliação do impacto de contribuições e infiltrações sobre o transbordamento de sistemas de drenagem de águas residuárias. > Geração de poluição difusa para estudos de lançamento de efluentes (carga de contaminantes). > Avaliação da eficácia das BMPs (Boas Práticas de Manejo) para reduzir o carreamento de poluentes durante a chuva.

Instalação do EPA SWMM

A versão 5 do EPA SWMM está concebida para trabalhar com os sistemas operacionais Windows® 98/NT/ME/2000/XP/Vista/7, para computadores compatíveis com

(^5) Do inglês Best Management Practices , pode ser traduzido para o português como Boas Práticas de Manejo. Na tradução deste Manual e do programa a abreviação em inglês foi preservada.

Manual do SWMM Brasil

Introdução ao EPA SWMM

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IBM/Intel. É distribuída em um único arquivo, swmm_50022_brasil.exe , que contém um programa de instalação automática. Para instalar o EPA SWMM:

1. Selecione Executar a partir do Menu de Início do Windows.
2. Introduza o caminho completo onde se encontra o arquivo swmm_50022_brasil.exe ou clique no botão de Pesquisar... para localizar este arquivo em seu computador.
3. Clique no botão OK para começar o processo de instalação. O programa de instalação solicitará uma pasta onde os arquivos do SWMM serão instalados. A pasta pré-definida é C:\Arquivos de Programa\SWMM 5.00.22 Brasil. Uma vez terminada a instalação, o Menu Iniciar contará com uma nova opção denominada SWMM 5.00.22 Brasil. Para iniciar o SWMM, basta selecionar o Menu e clicar na opção SWMM 5.00.22 Brasil , que aparecerá no correspondente submenu (o nome do arquivo executável que executa o SWMM em Windows® é epaswmm5.exe ). Em ambientes Windows® 2000, XP, Vista e 7, as configurações pessoais para executar o SWMM são armazenadas na subpasta EPASWMM na pasta do usuário do aplicativo. Caso necessite armazenar essas configurações em outro local, pode-se criar um atalho na área de trabalho cujo caminho de entrada é o Programa executável seguido de /s e o nome da pasta do usuário onde serão armazenadas as configurações do SWMM 5.0. Por exemplo: “C:\Arquivos de Programa\SWMM 5.00.22 Brasil\ epaswmm5.exe” /s “C:\Usuários\Usuário1\SWMM5\” Para desinstalar o SWMM 5.00.22 Brasil do computador, deve-se proceder da seguinte forma:
4. Selecione Configuração a partir do Menu Iniciar do Windows.
5. Selecione Painel de Controle a partir do Menu Configuração.
6. Clique duas vezes na opção Instalar ou Remover Programas.
7. Selecione SWMM 5.00.22 Brasil da lista de programas.
8. Clique no botão de Instalar/Remover. Passos na Utilização do SWMM Geralmente, quando se executa o SWMM para modelar o escoamento sobre uma área de estudo, os seguintes passos são executados:
9. Especificar um conjunto predeterminado de opções de trabalho e de propriedades dos objetos (ver seção 5.4).
10. Desenhar uma representação gráfica dos objetos físicos do sistema no mapa da área de estudo (ver seção 6.2).
11. Editar as propriedades dos objetos que compõem o sistema (ver seção 6.4).
12. Selecionar o conjunto de opções para análise (ver seção 8.1).
13. Executar a simulação (ver seção 8.2).
14. Ver os resultados da simulação (ver capítulo 9). Alternativamente, o usuário pode converter arquivos de dados de entrada de projetos elaborados com versões anteriores do SWMM em vez de proceder com os passos 1 a 4 descritos anteriormente.

Manual do SWMM Brasil

Introdução ao EPA SWMM

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Apêndice B - Lista as propriedades editáveis para todos os objetos que podem ser apresentados visualmente no mapa e podem ser editados clicando sobre eles. Apêndice C - Descreve os editores especializados disponíveis para ajustar as propriedades dos objetos não visíveis. Apêndice D - Fornece as instruções para executar o SWMM em sua versão em linha de comandos e inclui uma descrição detalhada do formato do arquivo de projeto. Apêndice E - Lista todas as mensagens de erro e advertência que o SWMM pode produzir e qual o seu significado.

CAPÍTULO

Tutorial ____________________________

2 CAPÍTULO 2 - Tutorial

Este capítulo contém um tutorial do programa SWMM. Caso não esteja familiarizado com os elementos que compõem um sistema de drenagem, e como eles são representados no modelo SWMM, deve-se antes revisar o Capítulo 3.

2.1 Exemplo de Estudo

Neste tutorial será modelado um sistema de drenagem pluvial, correspondente a uma área de uso residencial de 4.86 ha. O traçado da rede de drenagem é apresentado na Figura 2.1, que consiste de três sub-bacias^6 (numeradas S1, S2 e S3), quatro trechos coletores (T1 a T4) e quatro nós de conexão (N1 a N4).

Figura 2.1 - Área de estudo do exemplo

(^6) Uma sub-bacia é uma porção do terreno composta por superfícies permeáveis e impermeáveis, as quais drenam a um ponto comum de descarga. Tal ponto de descarga pode ser um nó da rede de drenagem ou outra sub-bacia.