COMPARISON BETWEEN THE TIME OF CONCENTRATION ESTIMATED BY THE NRCS VELOCITY METHOD AND THE EMPIRICAL EQUATIONS IN TWO URBAN WATERSHED AT MARECHAL CÂNDIDO RONDON, PARANA STATE, BRAZIL

Authors

DOI:

https://doi.org/10.61636/bpg.v1i113.3432

Keywords:

Urbanização, Drenagem urbana, Oeste do Paraná

Abstract

The objective of the work is to estimate the concentration time (Tc) of two small urban watersheds using the NRCS kinematic method and compare it with Tc values calculated by the empirical equations most commonly used in the literature. The urban watersheds are located at Marechal Cândido Rondon, Western region of Paraná state, Brazil and are part of the headwaters of the Guará and Borboleta streams, called in this paper the Unioeste and Peixe Frito points respectively. The Tc obtained by the NRCS kinematic method, and the empirical equations were compared using the percentage error, aiming to identify the empirical methods that provided the closest results with the kinematic method, taken as a reference. The results obtained show that most empirical equations tended to underestimate or overestimate Tc by various magnitudes in comparison with the values estimated by the NRCS kinematic method. This trend was observed in empirical equations applied to both rural and urban basins. No empirical method stood out in either watershed. The two watersheds presented a high degree of urbanization (>90%), however their morphometric characteristics are different, the Unioeste point has a lower slope and an oval shape, while the Peixe Frito point has a higher slope and a very elongated shape. These conditions of urbanization and morphometry gave rise to the prominence of the Corps Engineers, Desbordes and McCuen equations (of rural, urban and urban applications respectively) at the Unioeste point and the Carter, Picking and Kirpich formulas (urban, rural and rural formulas respectively) at the Peixe Frito point.

Author Biographies

Oscar Vicente Quinonez Fernandez, Western Paraná State University

Possui graduação em Geologia (Universidad Nacional de Asunción, 1985), mestrado(1990) e doutorado (1996) em Geociências pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp). Desde 1997 professor no curso graduação de Geografia e no Programa de Pós-Graduação em Geografia (mestrado/doutorado), Universidade Estadual do Oeste do Paraná (Unioeste), campus de Marechal Cândido Rondon.

Henrique da Silva Pizzo, Companhia de Saneamento Municipal de Juiz de Fora (MG)

Henrique Pizzo é engenheiro civil, doutor em recursos hídricos.
Desde 1997 trabalha na Companhia Municipal de Saneamento de Juiz de Fora, Minas Gerais, Brasil.
Atuou no departamento de projetos até 2020 e, atualmente, no departamento de medições hidráulicas,
principalmente com controle de perdas no sistema de abastecimento de água. A sua principal área
de atividade e investigação é a hidráulica aplicada a sistemas urbanos, nomeadamente redes de
distribuição de tubagens e controlo de cheias.

References

AGUNWAMBA, J.C.; MMONWUBA, N.C. Comparative analysis of some existing models for estimating the time of concentration for watersheds in Anambra State, Nigeria. Journal of Engineering Research and Reports, 20 (5): 64–75. 2021. https://doi.org/10.9734/jerr/2021/v20i517314.

AKAN, A.O. Time of concentration of overland flow. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 112(4): 283–292. 1986. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(1986)112:4(283).

APARECIDO, L.E.O.; ROLIM, G.S.; RICHETTI, J.; SOUZA, P.S.; JOHANN, J.A. Köppen, Thornthwaite and Camargo climate classifications for climatic zoning in the State of Paraná, Brazil. Ciência e Agrotecnologia, v. 40, n.4, p. 405-417. 2016. Disponível em: https://www.scielo.br/j/cagro/a/nfcXCJMXKD35kv6DppjpPMy/?format=pdf&lang=en. Acesso: dezembro 2022.

BIDONE, F.R.A.; TUCCI, C.E.M. Microdrenagem. In: Drenagem Urbana (TUCCI, C.E.M.; PORTO, R.L.; BARROS, M.T., Orgs.) Editora da Universidade ABRH, p. 77-105. 1995.

CALZAVARA, S.F. Uso e cobertura do solo e escoamento superficial nas bacias hidrográficas urbanas de Marechal Cândido Rondon-PR. 2015, 141f. Dissertação, Mestrado em Geografia. Universidade Estadual do Oeste do Paraná, campus de Marechal Cândido Rondon. Inédita.

CANHOLI, A.P. Drenagem urbana e controle de enchentes. São Paulo, editora Oficina de Textos, 384 p., 2014.

CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) Drenagem Urbana - Manual de Projeto. 3a ed., 452 p. 1986.

ECHEVERRI-DÍAZ, J.; CORONADO-HERNÁNDEZ, Ó.E.; GATICA, G.; LINFATI, R.; MÉNDEZ-ANILLO, R.D.; CORONADO-HERNÁNDEZ, J.R. Sensitivity of empirical equation parameters for the calculation of time of concentration in urbanized watersheds. Water, 14(18): 2847. 2022. https://doi.org/10.3390/w14182847.

FANG, X.; THOMPSON, D.B.; CLEVELAND, T.G.; PRADHAN, P.; MALLA, R. Time of concentration estimated using watershed parameters determined by automated and manual methods. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 134(2): 202–211. (2008). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2008)134:2(202).

FERNANDEZ, O.V.Q. Caracterização morfométrica das bacias hidrográficas urbanas e periurbanas de Marechal Cândido Rondon, Paraná. Revista Geografia em Questão, v. 9, n 2, p. 88-106, 2016. Disponível em: https://e-revista.unioeste.br/index.php/geoemquestao/article/view/13770/11292. Acesso: dezembro de 2022.

FOWERAKER, J. A luta pela terra: a economia política da fronteira pioneira no Brasil em 1930 aos dias atuais. Rio de Janeiro, Ed. Zahar. 1982.

FRUET, J.G.W. Fragilidade ambiental: subsídios para a gestão de uso e ocupação do solo nas bacias hidrográficas periurbanas de Marechal Cândido Rondon, PR. 2016. 126f. Dissertação (Mestrado em Geografia), Programa de Pós-Graduação em Geografia, campus de Marechal Cândido Rondon, Universidade Estadual do Oeste do Paraná.

GEBERT, D.M.P.; KIST, A.; VIRGENS FILHO, J.S. Determinação de regiões homogêneas de precipitação pluviométrica no estado do Paraná por meio de técnicas de análise multivariada e geoestatistica. Revista Brasileira de Climatologia, v. 14, n 23, p. 374-388. 2018. Disponível em: https://revistas.ufpr.br/revistaabclima/article/view/60406. Acesso: dezembro de 2022.

GONZÁLEZ-ÁLVAREZ, Á.; MOLINA-PÉREZ, J.; MEZA-ZÚÑIGA, B.; VILORIA-MARIMÓN, O.M.; TESFAGIORGIS, K.; MOUTHÓN-BELLO, J.A. Assessing the performance of different time of concentration equations in urban ungauged watersheds: case study of Cartagena de Indias, Colombia. Hydrology, 7(3): 47. 2020. https://doi.org/10.3390/hydrology7030047.

IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística). Marechal Cândido Rondon. Disponível em: <https://www.ibge.gov.br/cidades-e-estados/pr/marechal-candido-rondon.html>. Acesso em junho de 2023.

JORNAL O PRESENTE (on line) Marechal Cândido Rondon (PR), 6 de janeiro de 2018. Recuperado de http://www.opresente.com.br/marechal-candido-rondon/chuva-provoca-alagamentos-em-marechal-rondon/

MAACK, R. Geografia Física do Paraná. Ponta Grossa (PR). Editora UEPG, 526 p. 2012.

MENEZES FILHO, F.C.M.; SÁ, R.A. Estudo comparativo entre as equações empíricas e o método da velocidade na estimativa do tempo de concentração. Revista Eletrônica de Engenharia Civil, 15(1): 221–244. 2019. https://doi.org/10.5216/reec.v15i1.56559.

MUDASHIRU, R.B.; ABUSTAN, I.; BAHARUDIN, F. Methods of estimating time of concentration: a case study of urban catchment of Sungai Kerayong, Kuala Lumpur. In: F. Mohamed Nazri (ed.), Proceedings of AICCE’19, Lecture Notes in Civil Engineering 53: 119–161. 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-32816-0_8.

NARDY, A.J.R.; OLIVEIRA, M.A.F.; BETANCOURT, R.H.S.; VERDUGO, D.R.H; MACHADO, F.B. Geologia e estratigrafia da Formação Serra Geral. Revista Geociências, São Paulo, 21 (1/2): 15-32. 2002.

PATTON, P.C.; BAKER, V.R. Morphometry and Floods in Small Drainage Basins Subject to Diverse Hydrogeomorphic Controls. Water Resources Research, 12 (5): 941-952. 1976.

PAVLOVIC, S.B.; MOGLEN, G.E. Discretization issues in travel time calculation. Journal of Hydrologic Engineering, 13(2): 71–79. 2008. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0699(2008)13:2(71).

PFLUCK, L.D. Riscos ambientais: enxurradas e desabamentos na cidade de Marechal Cândido Rondon –PR, 1980 e 2007. 2009. 274f. Tese (Doutorado em Geografia). Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis.

RAVAZZANI, G.; BOSCARELLO, L.; CISLAGHI, A.; MANCINI, M. Review of time-of-concentration equations and a new proposal in Italy. Journal of Hydrologic Engineering, 24(10): 04019039. 2019. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001818.

SALIMI, E.T.; NOHEGAR, A.; MALEKIAN, A.; HOSEINI, M.; HOLISAZ, A. Estimating time of concentration in large watersheds. Paddy and Water Environment, 15: 123–132. 2016. https://doi.org/10.1007/s10333-016-0534-2.

SANTOS, L.J.C.; OKA-FIORI, C.; CANALI, N.E.; FIORI, A.P.; SILVEIRA, C.T.; SILVA, J.M.F.; ROSS, J.L.S. Mapeamento geomorfológico do estado do Paraná. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 7, n. 2, p. 3-12. 2006.

SCHUMM, S.A. Evolution of drainage systems and slopes in badlands of Perth Amboy. Geological Society American Bulletin, 67: 597-646. 1956.

SHARIFI, S.; HOSSEINI, S.M. Methodology for identifying the best equations for estimating the time of concentration of watersheds in a particular region. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 137(11): 712–719. 2011. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000373.

SILVEIRA, A.L.L. Desempenho de fórmulas de tempo de concentração em bacias urbanas e rurais. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 10, pp. 5-23. 2005.

STRAHLER, A.N. Dimensional analysis applied to fluvially eroded landforms. Geological Society American Bulletin, 69: 279-300. 1958.

STRAHLER, A.N. Quantitative analysis of wastershed Geomorphology. Transaction of American Geophysics Union, 38: 913-920. 1957.

USDA-NRCS (US Department of Agriculture - Natural Resources Conservation Service) Urban hydrology for small watersheds. Technical Release No. 55 (TR-55). USDA SCS, Washington DC. 164 p. 1986.

ZAHRAEI, A.; BAGHBANI, R.; LINHOSS, A. Applying a graphical method in evaluation of empirical methods for estimating time of concentration in an arid region. Water, 13(19): 2624. 2021. https://doi.org/10.3390/w13192624.

ZOLGHADR, M.; RAFIEE, M.R.; ESMAEILMANESH, F.; FATHI, A.; TRIPATHI, R.P.; RATHNAYAKE, U.; GUNAKALA, S.R.; AZAMATHULLA, H.M. Computation of time of concentration based on two-dimensional hydraulic simulation. Water, 14(19): 3155. 2022. https://doi.org/10.3390/w14193155.

Published

2025-04-12

How to Cite

Fernandez, O. V. Q., & Pizzo, H. da S. (2025). COMPARISON BETWEEN THE TIME OF CONCENTRATION ESTIMATED BY THE NRCS VELOCITY METHOD AND THE EMPIRICAL EQUATIONS IN TWO URBAN WATERSHED AT MARECHAL CÂNDIDO RONDON, PARANA STATE, BRAZIL. Boletim Paulista De Geografia, 1(113), 273–289. https://doi.org/10.61636/bpg.v1i113.3432

Issue

Section

Artigos