Inundações urbanas: impactos da urbanização

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1 INUNDAÇÕES URBANAS
Carlos E. M. Tucci
No início deste século, a população urbana compunha cerca de 15% da população
mundial, enquanto que, para o seu final, prevê-se que atingirá a marca de 50%. Esse processo
é mais acelerado nos países em desenvolvimento. Na América Latina e no Caribe, a população
urbana cresce a taxas de 3 a 5% ao ano. No ano 2000, cerca de seis cidades deverão
ultrapassar 10 milhões de habitantes, e de 30 a 35 deverão ter população superior a 1 milhão
(Foster, 1986). Nos países desenvolvidos, esse processo já está estável.
O Brasil apresentou, ao longo das últimas décadas, um crescimento significativo da
população urbana, criando-se as chamadas regiões metropolitanas. A taxa de população urbana
brasileira é de 80%, próxima à saturação. O processo de urbanização acelerado ocorreu depois
da década de 60, gerando uma população urbana praticamente sem infra-estrutura,
principalmente na década de 80, quando os investimentos foram reduzidos.
Os efeitos desse processo fazem-se sentir sobre todo o aparelhamento urbano relativo a
recursos hídricos: abastecimento de água, transporte e tratamento de esgotos cloacais e
drenagem pluvial. As conseqüências desse processo são importantes. Por exemplo, o acesso à
água e ao saneamento reduz, em média, 55% da mortalidade infantil (WRI, 1992).
As enchentes urbanas constituem-se num dos importantes impactos sobre a sociedade.
Esses impactos podem ocorrer devido à urbanização ou à inundação natural da várzea
ribeirinha.
Na bacia hidrográfica rural, o fluxo é retido pela vegetação, infiltra-se no subsolo e, o
que resta, escoa sobre a superfície de forma gradual, produzindo um hidrograma com variação
lenta de vazão e com picos de enchentes moderados. As enchentes naturais extravazam a sua
calha menor, em média, a cada dois anos, ocupando o seu leito maior.
Conhecidos os processos e suas conseqüências, é necessário planejar-se a ocupação do
espaço urbano com a infra-estrutura e as condições que evitem impactos econômico-sociais
sobre a sociedade.
Este capítulo busca dar uma visão de conjunto dos principais aspectos das cheias
urbanas, das suas causas, conseqüências e de como o problema vem sendo tratado no país. Os
principais impactos ambientais serão destacados a seguir, finalizando-se com um resumo dos
métodos utilizados na quantificação das conseqüências da urbanização sobre o escoamento.
1.1 Enchentes urbanas
As enchentes em áreas urbanas são conseqüência de dois processos, que ocorrem
isoladamente ou de forma integrada:
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· enchentes em áreas ribeirinhas - as enchentes naturais que atingem a população que
ocupa os leitos de rios por falta de planejamento do uso do solo;
· urbanização - são as enchentes provocadas pela urbanização.
Enchentes em áreas ribeirinhas
Essas enchentes ocorrem, principalmente, pelo processo natural no qual o rio ocupa o
seu leito maior, de acordo com os eventos chuvosos extremos, em média com tempo de
retorno superior a dois anos (figura 1.1). Esse tipo de enchente, normalmente, ocorre em
bacias grandes ( > 1000 km2) e é decorrência do processo natural. Os impactos sobre a
população são causados, principalmente, pela ocupação inadequada do espaço urbano. Essas
condições ocorrem, em geral, devido às seguintes ações:
· como, no Plano Diretor Urbano da quase totalidade das cidades brasileiras, não existe
nenhuma restrição quanto ao loteamento de áreas de risco de inundação, a seqüência de
anos sem enchentes é razão suficiente para que empresários loteiem áreas inadequadas;
· invasão de áreas ribeirinhas, que pertencem ao poder público, pela população de baixa
renda;
· ocupação de áreas de médio risco, que são atingidas com freqüência menor, mas que
quando o são, sofrem prejuízos significativos.
Figura 1.1 Inundação de áreas ribeirinhas
Enchentes devido à urbanização
Com o desenvolvimento urbano, ocorre a impermeabilização do solo através de telhados,
ruas calçadas e pátios, entre outros. Dessa forma, a parcela da água que infiltrava passa a
escoar pelos condutos, aumentando o escoamento superficial. O volume que escoava
lentamente pela superfície do solo e ficava retido pelas plantas, com a urbanização, passa a
escoar no canal, exigindo maior capacidade de escoamento das seções. O hidrograma típico de
uma bacia natural e aquele resultante da urbanização são apresentados na figura 1.2a. Os
efeitos principais da urbanização são o aumento da vazão máxima, a
Inundações Urbanas 17
a - hidrograma hipotético
b - Arroio Dilúvio, Porto Alegre (Motta e Tucci, 1984)
Figura 1.2 - Impacto da urbanização no hidrograma
antecipação do pico e o aumento do volume do escoamento superficial.
Na figura 1.2b, são apresentados os hidrogramas com pequena urbanização e a previsão
com a urbanização planejada no Plano Diretor da cidade de Porto Alegre para um trecho da
bacia do arroio Dilúvio.
Inundações localizadas
As inundações localizadas podem ser provocadas por:
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· estrangulamento da seção do rio devido a aterros e pilares de pontes, estradas, aterros
para aproveitamento da área, assoreamento do leito do rio e lixo;
· remanso devido a macrodrenagem, rio principal, lago, reservatório ou oceano;
· erros de execução e projeto de drenagem de rodovias e avenidas, entre outros.
Normalmente, esses problemas disseminam-se nas áreas urbanas, à medida que existe
pouco controle sobre as diferentes entidades que atuam na infra-estrutura urbana.
Adutoras, pontes ou rodovias são, freqüentemente, projetadas sem se considerar seu
impacto sobre a drenagem.
Os três tipos de inundações, normalmente, ocorrem em diferentes pontos das cidades,
isoladamente ou pela combinação dessas situações. Por exemplo, o rio Tietê, no início deste
século, inundou a região de São Paulo algumas vezes, como em 1929, representando situações
do primeiro tipo. Com o desenvolvimento urbano descontrolado, a freqüência dessas
inundações aumentou, devido à urbanização intensa de sua área ribeirinha e de seus afluentes
principais, como o Tamanduateí e o Pinheiros (bacia total de cerca de 3.000 km2). O rio
Iguaçu inunda a Região Metropolitana de Curitiba devido às suas cheias naturais e à
urbanização intensa de afluentes como o rio Belém.
1.2 Causas, impactos e controles quantitativos
As principais causas das enchentes serão discutidas, a seguir dentro da classificação
apresentada no item anterior.
Enchentes da várzea natural
As cidades, no passado, localizavam-se próximas a rios de médio e grande portes, para
uso do transporte fluvial. A parcela do leito maior ocupada pela população sempre dependeu
da memória dos habitantes e da freqüência com que as enchentes ocorriam. Uma seqüência de
anos sem inundação é motivo para que a sociedade pressione para que haja ocupação do leito
maior do rio. Na cidade de Blumenau, existem registros de cotas de inundações que atingem o
leito maior desde 1852. No período de 1912 a 1982 (71 anos), não ocorreu nenhuma enchente
com cota superior a 13,00 m, enquanto que, em 1852 (16,50m), 1880 (17,10m), 1911
(16,90m), 1983 (15,34m) e 1984 (15,50m) ocorreram grandes enchentes, com cotas muito
superiores a essa. No período de baixas enchentes, houve grande ocupação do vale de
inundação, o que resultou em significativos prejuízos com a enchente de 1983, representando
16% do PIB da época de Santa Catarina. A Cia. Hering, fundada no ano da maior enchente,
1880, manteve, na memória, esse impacto e não sofreu com as inundações posteriores.
Outro exemplo é a cidade de Porto Alegre. A grande enchente deste século foi em 1941
e atingiu grande parte do centro da cidade e algumas áreas ribeirinhas. Em 1967, ocorreu uma
enchente de menor porte, mas, depois dessa data, não houve nenhuma cheia importante. Na
décadade 70, foi construído um sistema de diques de proteção para a cidade. A necessidade
desse sistema de proteção vem sendo questionada por parte significativa da população, já que,
há muitos anos, não ocorre nenhuma enchente que atinja a cota de proteção.
Inundações Urbanas 19
Em algumas cidades onde a freqüência de inundação é alta, as áreas de risco são
ocupadas por subabitações, porque representam espaço urbano pertencente ao poder público
ou desprezado economicamente pelo poder privado. A defesa civil é, constantemente,
acionada para proteger essa parte da população. A questão com a qual o administrador
municipal depara-se, nesse caso, é que, ao transferir essa população para uma área segura,
outros se alojam no mesmo lugar, como resultado das dificuldades econômicas e das diferenças
sociais.
Devido a tais impactos, a população pressiona seus dirigentes por soluções do tipo
estrutural, como canalização, barragens, diques, etc. Essas obras, em geral, têm um custo que
os municípios e, muitas vezes, os Estados, não têm condições de suportar. Até 1990, o DNOS
- Departamento Nacional de Obras e Saneamento -, a nível federal, atendia parte desses
problemas. Com o seu fechamento e a redução de técnicos, a Secretaria de Desenvolvimento
Regional ficou com o pouco que resta para apoiar as cidades, apesar da Constituição Federal
estabelecer, no seu artigo 21, que "compete à União" e, no inciso 28, "planejar e promover a
defesa permanente contra as calamidades públicas, especialmente as secas e as inundações".
As administrações estaduais, em geral, não estão preparadas técnica e financeiramente
para planejar e controlar esses impactos, já que os recursos hídricos são, normalmente,
tratados de forma setorizada (energia elétrica, abastecimento urbano e tratamento de esgoto,
irrigação e navegação), sem que haja maior interação na administração e seu controle. A
regulamentação do impacto ambiental envolve o controle da ação do homem sobre o meio
ambiente e não a prevenção e controle de enchentes. Os municípios foram pressionados a
estabelecerem o Plano Diretor Urbano, o qual, na sua quase totalidade, não contempla os
aspectos de prevenção contra a ocupação dos espaços de risco de enchentes. Observa-se que
os Planos Diretores já tratam de aspectos de preservação ambiental do espaço, disseminados
pela divulgação da proteção ambiental, mas, por falta de conhecimento e orientação, não se
observa nenhum dispositivo de prevenção da ocupação das áreas de risco de enchentes.
O prejuízo médio de inundação, nos Estados Unidos, chegou a cerca de 5 bilhões de
dólares anuais (estimativa de 1983, Hudlow et al., apud NRC, 1991). No Brasil, são raros os
estudos que quantificam esse impacto. JICA (1986) estimou em 7% do valor de todas as
propriedades de Blumenau o custo médio anual de enchentes para essa cidade e em 22 milhões
de dólares para todo o Vale do Itajaí. O prejuízo previsto para uma cheia de 50 anos foi de 250
milhões de dólares.
Urbanização
As enchentes ampliadas pela urbanização, em geral, ocorrem em bacias de pequeno
porte, de alguns quilômetros quadrados. Evidentemente que as exceções são as grandes
regiões metropolitanas, como São Paulo, onde o problema abrange cerca de 800 km2. Nas
grandes bacias, existe o efeito da combinação da drenagem dos vários canais de
macrodrenagem, que são influenciados pela distribuição temporal e espacial das precipitações
máximas.
A tendência da urbanização é de ocorrer no sentido de jusante para montante, na
macrodrenagem urbana, devido às características de relevo. Quando um loteamento é
projetado, os municípios exigem apenas que o projeto de esgotos pluviais seja eficiente no
sentido de drenar a água do loteamento. Quando o poder público não controla essa
urbanização ou não amplia a capacidade da macrodrenagem, a ocorrência das enchentes
aumenta, com perdas sociais e econômicas. Normalmente, o impacto do aumento da vazão
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máxima sobre o restante da bacia não é avaliado pelo projetista ou exigido pelo município. A
combinação do impacto dos diferentes loteamentos produz aumento da ocorrência de
enchentes a jusante. Esse processo ocorre através da sobrecarga da drenagem secundária
(condutos) sobre a macrodrenagem (riachos e canais) que atravessa as cidades. As áreas mais
afetadas, devido à construção das novas habitações a montante, são as mais antigas, localizadas
a jusante (figura 1.3).
As conseqüências dessa falta de planejamento e regulamentação são sentidas em,
praticamente, todas as cidades de médio e grande portes do país. Depois que o espaço está
todo ocupado, as soluções disponíveis são extremamente caras, tais como canalizações, diques
com bombeamentos, reversões e barragens, entre outras. O poder público passa a investir uma
parte significativa do seu orçamento para proteger uma parcela da cidade que sofre devido à
imprevidência da ocupação do solo. Esses fundos provêm de impostos de toda a população do
município, estado ou da federação. Portanto, cabe, muitas vezes, questionar quem deve pagar
e se deveria ser permitida essa ocupação.
Figura 1.3 - Tendência da ocupação e impacto
O controle das inundações
Ocupação das áreas ribeirinhas. As medidas de controle de inundações podem ser
classificadas em estruturais, quando o homem modifica o rio, e em não-estruturais, quando o
homem convive com o rio. No primeiro caso, estão as medidas de controle através de obras
hidráulicas, tais como barragens, diques e canalização, entre outras. No segundo caso,
encontram-se medidas do tipo preventivo, tais como zoneamento de áreas de inundação, alerta
e seguros. Evidentemente que as medidas estruturais envolvem custos maiores que as medidas
não-estruturais.
As principais medidas de controle de enchentes não-estruturais são: zoneamento de áreas
de inundação, sistema de alerta ligado à defesa civil e seguros. O zoneamento é baseado no
mapeamento das áreas de inundação dentro da delimitação da cheia de 100 anos ou maior
registrada. Dentro dessa faixa, são definidas áreas de acordo com o risco e com a capacidade
hidráulica de interferir nas cotas de cheia a montante e a jusante. A regulamentação depende
das características de escoamento, topografia e tipo de ocupação dessas faixas. O zoneamento
é incorporado pelo Plano Diretor Urbano da cidade e regulamentado por legislação municipal
específica ou pelo Código de Obras. Para as áreas já ocupadas, o zoneamento pode estabelecer
um programa de transferência da população e/ou convivência com os eventos mais freqüentes.
Inundações Urbanas 21
O sistema de alerta tem a função de prevenir com antecedência de curto prazo, reduzindo os
prejuízos, pela remoção, dentro da antecipação permitida. Além disso, o sistema de alerta é
fundamental para os eventos que atingem raramente as cotas maiores, quando as pessoas
sentem-se seguras. Para maiores detalhes sobre medidas de controle de enchentes, consulte
Tucci (1993b) ou Simons et al. (1977), entre outros.
A solução ideal deve ser definida para cada caso em função das características do rio, do
benefício da redução das enchentes e dos aspectos sociais de seu impacto. Certamente, para
cada situação, medidas estruturais e não-estruturais podem ser combinadas para uma melhor
solução. De qualquer forma, o processo de controle inicia pela regulamentação do uso do solo
urbano através de um plano diretor que contemple as enchentes.
Em 1936, nos Estados Unidos, foi aprovada uma legislação, a nível federal, sobre
controle de enchentes, que identificava a natureza pública dos programas de redução de
enchentes e caracterizava a implantação de medidas físicas ou estruturais como um meio de
reduzir esses danos. Com isso, acelerou-se a ocupação das várzeas, o que resultou em
aumento dos danos ocasionados pelas enchentes. Em 1966, o governo reconheceuque as
medidas anteriores eram inadequadas, devido ao seu alto custo, e deu ênfase a medidas não-
estruturais, principalmente ao programa de seguros. Nesse programa, toda obra financiada
pelo governo e outras entidades particulares exige que o proprietário que ocupa a área de
inundação pague um seguro de enchentes.
No Brasil, não existe nenhum programa sistemático de controle de enchentes que
envolva seus diferentes aspectos. O que se observa são ações isoladas por parte de algumas
cidades. Estrela, no Rio Grande do Sul, implementou, dentro de seu Plano Diretor, a
legislação de zonas de uso especial, definidas pela restrição de ocupação e de construções
abaixo de determinadas cotas, estabelecidas no zoneamento de inundação previamente
elaborado (Rezende e Tucci, 1979). O município prevê, na legislação, a troca de área de
inundação por índice de ocupação em zonas valorizadas, como uma forma de adquirir áreas de
risco para uso público. O DAEE (1990), com o apoio de várias Associações ligadas a
Recursos Naturais, desenvolveu recomendações para artigos da seção de Recursos Hídricos
nas leis orgânicas dos municípios, onde, no art. 2, inciso IV, é prescrito que se deve " proceder
ao zoneamento das áreas sujeitas a riscos de inundações, .." e, no inciso VI, é recomendado o
seguinte: " implantar sistema de alerta e defesa civil, para garantir a saúde e segurança
públicas, quando de eventos hidrológicos indesejáveis".
Como se observa, não existe nenhum programa sistemático em qualquer nível para
controle da ocupação das áreas de risco de inundação no Brasil. Há, apenas, poucas ações
isoladas de alguns poucos profissionais. Em geral, o atendimento a enchente somente é
realizado depois de sua ocorrência. A tendência é que o problema fique no esquecimento após
cada enchente, retornando na seguinte. Isso se deve a vários fatores, entre os quais estão os
seguintes:
· falta de conhecimento sobre controle de enchentes por parte dos planejadores urbanos;
· desorganização, a níveis federal e estadual, sobre controle de enchentes;
· pouca informação técnica sobre o assunto a nível de graduação na Engenharia;
· o desgaste político para o administrador público, resultante do controle não-estrutural
(zoneamento), já que a população está sempre esperando uma obra hidráulica;
· falta de educação da população sobre controle de enchentes.
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Urbanização. A tendência de controle das cheias urbanas devido à urbanização é que ele seja
realizado, na maioria das vezes, através da canalização dos trechos críticos. Esse tipo de
solução segue a visão particular de um trecho da bacia, sem que as conseqüências sejam
previstas para o restante da mesma ou dentro de diferentes horizontes de ocupação urbana. A
canalização dos pontos críticos acaba apenas transferindo a inundação de um lugar para outro
na bacia. Esse processo, em geral, ocorre na seguinte seqüência (figura 1.4):
Figura 1.4 Estágios da transferência das enchentes por canalização
estágio 1: a bacia começa a ser urbanizada de forma distribuída, com maior densificação
a jusante, aparecendo, no leito natural, os locais de inundação devido a estrangulamentos
naturais ao longo do seu curso (figura 1.4a);
estágio 2: as primeiras canalizações são executadas a jusante, com base na urbanização
atual; com isso, o hidrograma a jusante aumenta, mas é ainda contido pelas áreas que
inundam a montante e porque a bacia não está totalmente densificada. (figura 1.4b);
estágio 3: com a maior densificação, a pressão pública faz com os administradores
continuem o processo de canalização para montante. Quando o processo se completa, ou
mesmo antes, as inundações retornam a jusante, devido ao aumento da vazão máxima,
quando esta não tem mais condições de ser ampliada. As áreas de montante funcionavam
como reservatórios de amortecimento. Nesse estágio, a canalização simplesmente
transfere a inundação para jusante (figura 1.4c). Já não existem espaços laterais para
Inundações Urbanas 23
ampliar os canais a jusante, e as soluções convergem para o aprofundamento do canal,
com custos extremamente altos (podendo chegar a US$ 50 milhões/km, dependendo do
subsolo, largura, revestimento, etc.).
Esse processo é prejudicial aos interesses públicos e representa um prejuízo
extremamente alto para toda a sociedade ao longo do tempo.
Se existe uma regulamentação que impede a ampliação da cheia natural, como é possível
construir um loteamento residencial, comercial ou industrial sem que isso não ocorra? Essa é a
primeira pergunta formulada por leigos e profissionais acostumados ao tipo de projeto
existente na nossa realidade.
A prática observada, em outros países, tem sido a de se utilizarem áreas temporárias de
retardo da vazão, como os reservatórios de detenção, o que gera a pergunta seguinte: como
construir um reservatório numa área urbana? A idéia de reservatório no Brasil é, em geral, a
de grandes obras; no entanto, o reservatório urbano pode representar uma pequena superfície
de pequeno volume, que faça parte de uma área pública ou mesmo de um condomínio. A
característica da cheia urbana é que ela apresenta um pico alto e pequeno volume; portanto, se
houver um reservatório, mesmo de volume pequeno, numa área urbana, ele será suficiente para
reduzir a vazão máxima significativamente. Na figura 1.5, são apresentados os hidrogramas
correspondentes à situação natural, com a urbanização e o resultante do uso do reservatório de
detenção.
Na literatura, são descritos outros dispositivos para controle de cheia urbana, tais como
uso de pavimento poroso, armazenamento em telhados, pequenos tanques residenciais e poços
subterrâneos, que produzem a redução distribuída do efeito da urbanização. As características
da urbanização residencial brasileira, com lotes pequenos e intensamente urbanizados, tendem
a ampliar ainda mais esse efeito e a dificultar tais controles. Esses aspectos serão discutidos no
Capítulo 7 deste livro.
Figura 1.5 Amortecimento em reservatórios urbanos
Num lote urbano, a parcela do pátio impermeabilizada pode representar um fator
significativo no hidrograma do terreno. Na ocupação urbana, normalmente, existem os índices
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de ocupação (parcela, em planta, construída do lote) e de aproveitamento (parcela construída
com relação à área total do terreno), que são indicadores para o planejamento da densificação
urbana. No entanto, não existe nenhum indicador como um índice de impermeabilização, que é
a parcela do terreno que contribui para o escoamento superficial no projeto de
desenvolvimento do lote. A principal crítica a esse índice decorre da sua fiscalização, já que
pequenas mudanças internas podem alterar seu resultando; no entanto, a educação ambiental,
agregada à legislação, poderá reduzir o impacto de uma parcela ponderável das condições hoje
existentes.
1.3 Impactos Ambientais
Até aqui, foram discutidos os tipos de inundações e o impacto devido à urbanização
sobre o escoamento. Os outros impactos, tão importantes quanto a parte quantitativa das
enchentes, são aqueles devido ao aumento da produção de sedimentos e à degradação da
qualidade da água drenada pelos esgotos pluviais e contaminação dos aqüíferos.
Durante o desenvolvimento urbano, o aumento dos sedimentos produzidos pela bacia
hidrográfica é significativo, devido às construções, limpeza de terrenos para novos
loteamentos, construção de ruas, avenidas e rodovias, entre outras causas. Na figura 1.6, pode
ser observada a produção de sedimentos de uma bacia natural, em desenvolvimento e
desenvolvida.
Essa produção de sedimentos tem conseqüências ambientais importantes para as áreas
urbanas. Algumas delas são as seguintes:
· assoreamento da drenagem, com redução da capacidade de escoamento de condutos,
rios elagos urbanos. A lagoa da Pampulha é um exemplo de um lago urbano que tem
sido assoreado. O arroio Dilúvio, em Porto Alegre, devido a sua largura e pequena
profundidade durante as estiagens, tem depositado o aumento de produção de
sedimentos das bacias de montante. Como conseqüência, criou-se vegetação dentro do
canal, reduzindo sua capacidade para escoamento das enchentes;
· transporte de substância poluente agregada ao sedimento. Durante as enchentes, as
substâncias existentes na água da lavagem das ruas podem agregar-se aos sedimentos.
Vários resultados apresentados na literatura têm demonstrado que a qualidade de água
do pluvial não é melhor que a do efluente de um tratamento secundário. Em geral, a
quantidade de material suspenso na drenagem pluvial é muito superior à encontrada no esgoto
in natura. Esse volume é mais significativo no início das enchentes.
Inundações Urbanas 25
Figura 1.6 Relação entre área de drenagem, produção de sedimentos e atividade de
construção (Wolman et al., 1967)
Os esgotos podem ser combinados (cloacal e pluvial num mesmo conduto) ou separados
(rede pluvial e cloacal separadas). No Brasil, a maioria das redes é do segundo tipo; somente
em áreas antigas de algumas cidades, existem sistemas combinados. A qualidade da água dos
pluviais depende de vários fatores: da limpeza urbana e sua freqüência, da intensidade da
precipitação e sua distribuição temporal e espacial, da época do ano e do tipo de uso da área
urbana. Existe uma grande variabilidade dos parâmetros de qualidade da água de acordo com
esses fatores. Na tabela 1.1, são resumidos alguns valores médios de alguns parâmetros para
algumas cidades.
Os aqüíferos urbanos são contaminados, principalmente, pelos aterros sanitários e pela
infiltração indiscriminada de águas pluviais contaminadas pelo transporte de lixo, sedimentos e
lavagem de ruas. O aumento de áreas permeáveis diretas, ou seja, que permitem a infiltração
de água não contaminada, possibilitará reduzir o impacto sobre o aqüífero.
Tabela 1.1 Valores médios de parâmetros de qualidade da água de pluviais em mg/l
Parâmetro Durham (1) Cincinatti
(2)
Tulsa (3) P. Alegre
(4)
APWA (5)
mínimo máximo
DBO 19 11,8 31,8 1 700
sólidos totais 1440 545 1523 450 14.600
pH 7,5 7,4 7,2
coliformes
(NMP/100ml)
23.000 18.000 1 5 10 7, x 55 11 2 107, x
Ferro 12 30,3
Chumbo 0,46 0,19
Amônia 0,4 1,0
1 - Colson (1974); 2 - Weibel et al. (1964); 3 - AVCO (1970); 4 - Ide (1984); 5 - APWA (1969)
2626 Carlos E. M. Tucci
Uma das principais conseqüências do desenvolvimento urbano, no meio ambiente dos
pequenos rios urbanos, tem sido a redução da vazão no período de estiagem. Com o aumento
do escoamento superficial devido à impermeabilização, os aqüíferos não são abastecidos, e a
capacidade do rio é reduzida. O escoamento, muitas vezes, é devido a esgoto jogado in natura
ou a ligação clandestina de esgoto cloacal no pluvial.
1.4 Metodologias de quantificação do escoamento numa bacia urbana
No gerenciamento e ações mencionados nos itens anteriores, é necessário a quantificação
das enchentes, seja para avaliar o impacto, projetar novas obras ou verificar o benefícios das
ações. Para a quantificação, o sistema pode ser separado em micro e macrodrenagem. A
microdrenagem envolve, na maioria das situações, o projeto de loteamentos e drenagem
específicos, como de avenidas ou outro desenvolvimento urbano.
No caso da microdrenagem, a ocupação já foi definida pelo plano diretor urbano e pelo
loteador; portanto, o dimensionamento é realizado dentro de bases conhecidas. Quando o
dimensionamento envolve somente diâmetros máximos e a bacia é pequena, o método racional
é utilizado. Quando, nesse projeto, é necessário amortecer a enchente, onde os volumes são
importantes, é preciso utilizarem-se métodos que estimem o hidrograma de projeto. As
metodologias sobre microdrenagem são apresentadas no Capítulo 3.
Como foi discutido anteriormente deve-se avaliar o impacto da microdrenagem sobre a
macrodrenagem, seja no seu dimensionamento ou no planejamento futuro, o que pode ser
realizado nas seguintes situações:
· quantificação do escoamento de uma bacia em expansão onde não estão delineados os
espaços. Nessa situação, dispõe-se apenas da tendência de ocupação urbana, com seus
vetores de expansão, representando o planejamento de médio e longo prazos da
drenagem da bacia. Para essa situação, são utilizados modelos hidrológicos que
avaliem, de forma mais global, os processos;
· quantificação quando os espaço estão definidos, ou seja, conhecem-se a distribuição de
ruas, o tipo de ocupação, a drenagem específica de bueiros e o projeto pluvial
(projetado ou existente). Normalmente, são utilizados modelos distribuídos, que
detalham a bacia e os condutos.
Modelos concentrados: ocupação sem definição específica
A estimativa da vazão máxima pode ser realizada pela análise da probabilidade das
enchentes ou por modelos matemáticos hidrológicos a partir da precipitação máxima. No
primeiro caso, é necessário dispor-se da série de vazões representativa e estacionária, o que é
difícil numa área urbana, principalmente no Brasil, onde o desenvolvimento urbano foi
acelerado a partir da década de 70 e, praticamente, inexistem dados sobre bacias urbanas.
Essas metodologias combinam a vazão máxima da curva de probabilidade com a taxa de área
impermeável e o grau de melhoria do canal principal.
Os modelos hidrológicos procuram descrever o processo de transformação de
precipitação em vazão, dentro de uma visão de macroanálise, tendo também, como
parâmetros, a taxa de áreas impermeáveis e a eficiência do escoamento superficial. As
estruturas básicas desses modelos são: algoritmo de perdas por depressão e impermeabilização,
Inundações Urbanas 27
perda por infiltração, escoamento superficial de toda a bacia e escoamento à superfície livre em
canais. As principais simplificações desses modelos são as seguintes:
· as características em cada sub-bacias são uniformes;
· não consideram a distribuição espacial das características de impermeabilização numa
sub-bacia do modelo;
· não consideram o escoamento em condutos, mas a propagação geral da sub-bacia;
· a separação do escoamento é realizada por índices, de acordo com o tipo de ocupação
urbana existente.
Esses modelos são descritos, principalmente, no Capítulo 4 deste livro.
Modelos distribuídos: ocupação definida
Esses modelos são utilizados, geralmente, para a simulação de áreas de pequenas bacias,
onde são representados cada quadra urbana, escoamento na superfície, sarjeta, entrada nos
bueiros e rede de pluviais. Esse tipo de modelo é suficientemente detalhado para estudar-se a
capacidade de escoamento da rede e verificarem-se as condições de projeto.
O escoamento na bacia, normalmente, é simulado pelos métodos mencionados
anteriormente de perdas, e a propagação superficial ocorre através das sarjetas até os bueiros.
A parcela de escoamento em pluviais passa a ter peso mais significativo.
O critério básico, em geral adotado no projeto de uma rede de drenagem urbana, é que a
vazão de pico provocada por uma tormenta de projeto deve escoar pela rede à superfície livre,
ou, sob pressão, com uma carga pequena. O limite superior aceitável da linha piezométrica é
o greide das ruas. Normalmente, é adotado, para o evento de projeto, um tempo de recorrência
de dois a dez anos (tempo de retorno da precipitação). Posteriormente, a rede é verificada
com uma tormenta de uma recorrência maior.
A grande maioria dos métodos utilizados para propagar a vazão nos condutos adota a
simplificação de supor regime permanente, introduzindo, ocasionalmente, correções para levar
em conta o efeito do armazenamento. O tempo de traslado das vazões é estimado somando-seo tempo de chegada da água até a boca-de-lobo e o tempo de viagem dentro da rede. Este
último, geralmente, é calculado a partir da full bore velocity. Esses métodos baseiam-se no uso
da equação da continuidade.
Os modelos classificados como de armazenamento analisam o escoamento não-
permanente com a equação de continuidade e uma equação empírica de armazenamento. Esse
tipo de modelo permite um ganho com relação aos métodos anteriores. Como exemplos,
podem ser citados o método de Muskingum (ou Muskingum-Cunge), o método do Time-Lag e
os métodos adimensionais.
A denominação método de verificação (ou de simulação) será usada, aqui, para referir-se
àqueles modelos que têm capacidade de fazer uma simulação mais rigorosa dos fenômenos
físicos que acontecem numa rede de drenagem. Esses modelos permitem fazer a verificação da
rede em dois sentidos. Primeiro, pode-se estudar o comportamento da rede para a tormenta de
projeto, procurando-se identificar problemas provocados por aqueles fenômenos que não
foram levados em conta no dimensionamento. Segundo, pode-se realizar uma melhor análise
dos efeitos da tormenta de 50 ou 100 anos, na qual o fluxo é bem mais complexo do que no
evento de projeto.
2828 Carlos E. M. Tucci
Os modelos de verificação podem ser classificados em dois tipos, em função da sua
capacidade de simulação hidráulica:
· modelos que adotam algum tipo de simplificação, como, por exemplo, onda cinemática
para fluxo à superfície livre, ou análise grosseira de fluxo sob pressão. Casos típicos de
modelos desse tipo são o modelo do MIT, o SWMM (Storm Water Management
Model), da EPA, e o ISS (Illinois Storm Sewer System Simulation Model). O modelo
do MIT utiliza o método da onda cinemática, resolvido mediante um esquema de
diferenças finitas, para a propagação do fluxo nos condutos à superfície livre. Quando
aparece fluxo sob pressão, a vazão que excede a capacidade de escoamento do conduto
cheio é propagada pela superfície ou transformada em volume e armazenada, também
na superfície. O SWMM faz um tratamento similar ao anterior, sem a possibilidade de
propagar superficialmente os excessos. O ISS propaga nos condutos, utilizando as
equações completas de Saint Venant, mas não pode representar fluxo sob pressão. O
tratamento das confluências está baseado na sobreposição de segmentos em forma de
Y;
· modelos que utilizam as equações completas de fluxo não-permanente e representam as
diversas situações de fluxo com um mínimo de simplificações. Em geral, podem
representar redes malhadas e contemplam todos os efeitos de remanso. As equações de
fluxo são resolvidas por esquemas implícitos de diferenças finitas. As estruturas
especiais que aparecem numa rede de drenagem são representadas, geralmente, de
forma simplificada, mas contemplando todos os efeitos importantes que elas provocam.
Em geral, todos aqueles fenômenos ou situações de fluxo que são importantes estão
representados.
Os modelos utilizados para simulação da macrodrenagem são apresentados nos capítulos
4 e 5.
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