Manejo de Águas Pluviais no Plano Piloto
Leonardo R. de O. Maldi; Laoana T. G. Mendes; Sérgio Koide
Resumo – O crescimento populacional nas cidades traz transformações ambientais que ocasionam
problemas quanto à degradação da qualidade de recursos naturais. Essa apresentação aborda duas importantes problemáticas: o aumento do pico de vazão a jusante de redes de drenagem de águas pluviais e a deposição de sólidos carreados pelas redes em mananciais. A área de estudo escolhida é uma região que traduz o que acontece no Plano Piloto, a Sub-Bacia do Centro Olímpico, com descarga no Lago Paranoá.
É utilizado para a análise o modelo SWMM calibrado com dados de pluviógrafos, linígrafo e amostrador automático, coletados por Costa (2013). Com o modelo devidamente calibrado os cenários de interesse, com chuvas com diferentes tempos de retorno, foi estudado o efeito com trincheiras de infiltração e/ou bacias de detenção.
Verifica-se que na situação apenas com trincheiras de infiltração uma ação importante no first
flow, porém ao longo da chuva a redução do pico de vazão e dos sólidos suspensos não são tão
expressivos se comparados com as outras alternativas. Como esperado, a alternativa que tem resultados mais satisfatórios na redução pico de vazão e sólidos suspensos no exutório é a instalação de uma bacia de detenção próxima ao exutório.
Palavras-Chave – Drenagem, SWMM, Detenção.
Storm water Management in Plano Piloto
Abstract – The cities’ development comes with some ambient transformations, which cause
problems related to degradation of water quality in natural resources. This presentation goes through two important points: the increase of high-level flow after the drainage systems and the deposition of solids particles brought from the drainage system. The study area chosen shows very well what happens in Plano Piloto, Centro Olimpico Sub-Basin, discharge to Paranoá Lake.
The SWMM model, calibrated with pluviographs’, linigraphs’ and automatic sampler’s data by Costa (2013), was used to make analysis. Some interests scenarios, with different return times, was studied the effects putting infiltration trench and/or detention basin.
The situation with just infiltration trench has an important result looking to the problems of first flow, although to long to the storm it doesn’t decreased the high-flow and solids particles comparing to other alternatives in analysis. As expected, the alternative with best results of high-flow decrease and solids particles reduction is the installation of the detention basin next the discharge, at almost the end of the drainage system.
Keywords – Drainage, SWMM, Detention.
evento de chuva são incorporadas ao escoamento superficial e levadas nas redes de drenagem até o lançamento final nos corpos de água receptores.
Brasília é um caso diferenciado dentro do contexto de análise de problemas vinculados ao sistema de drenagem urbana, porém recentemente aconteceram alguns problemas que despertaram a necessidade de um estudo desse tipo. Em 2009 ocorreu um evento e diversos prédios da Universidade de Brasília foram tomados por águas pluviais, atingindo até três metros de altura em alguns pontos, segundo a Universidade de Brasília. Em dezembro de 2014 também houve um evento que causou grandes transtornos, vias ficaram completamente alagadas e subsolos dos prédios transbordaram, como divulgado pelo correio braziliense.
Um ponto de partida para o presente trabalho seria a análise da viabilidade das bacias propostas pelo Plano Diretor de Drenagem Urbana do DF (PDDU-DF). Esse estudo prevê a implantação de uma bacia de detenção, que se localizará no canteiro central da L4 Norte. Para tanto, pretende-se analisar a implantação de bacias como essas e outras soluções não-convencionais a fim de propor ao longo da bacia melhorias no manejo das águas pluviais do Plano Piloto/DF.
Para a elaboração deste trabalho, foram utilizados os dados coletados em um outro estudo realizado também nessa sub-bacia, realizado por Costa (2013).
Materiais e Métodos
O estudo em questão refere-se à sub-bacia urbana denominada Sub-Bacia do C.O., que se localiza na Bacia Hidrográfica do Lago Paranoá, responsável pela maior área drenada do Distrito Federal.
O sistema de infraestrutura urbana, que emprega o Lago Paranoá como corpo receptor, contém cerca de 105 galerias, deságuam suas águas urbanas, sem qualquer tipo de tratamento, carreando poluentes para a futura fonte de abastecimento humano do DF (Caesb, 2010).
A Sub-Bacia do C.O. tem como cabeceira o Autódromo Nelson Piquet e como exutório o Centro Olímpico da Universidade de Brasília, abrangendo quadras comerciais, residenciais, o setor de oficinas, escolas e universidades.
A rede de drenagem na Sub-Bacia do C.O. é de concreto e tem seção transversal de diversas formas, variando entre retangular, quadrada e circular, e ao final dela os dois ramos principais se unem próximo à Universidade de Brasília em uma galeria de 2,2 x 2,2 m.
A declividade média dessa Sub-Bacia é de 2,84 %, tendo como ponto mais alto a cota de 1140 m e o ponto mais baixo o Lago Paranoá à cota de 1000 m. para reduzir a velocidade da água em seu interior há degraus de 1m ao longo de seus 15,3 km de comprimento (Costa, 2013).
Tabela.1 – Características da sub-bacia do C.O. Fonte: Costa, 2013 Bacia do C.O.
Área 5,43 Km2
Comprimento 15,3 Km
Tempo de Concentração 46 min
Ponto mais elevado Autódromo Nelson Piquet
Declividade Média 2,84%
Exutório Centro Olímpico da Universidade de Brasília
Tipos de uso e ocupação do solo
Setor de Grandes Áreas Norte (quadras 905, 906, 605, 606 e 607), o Setor Comercial e Residencial Norte (quadras 705 e 706, as superquadras 305, 306, 105, 106, 205, 206, 207, 405 e
406) e parte do campus
universitário Darcy Ribeiro
Cota do ponto mais elevado 1140 m
Cota do exutório 1000 m
O modelo foi calibrado fazendo uso tanto o programa computacional SWMM, como o PCSWMM. Assim, fez-se calibração manual do modelo orientado pela análise de sensibilidade acompanhando passo a passo o processo. E em seguida, foi refinada no PCSWMM para auxiliar num maior conhecimento sobre os parâmetros do modelo, reduzindo assim os erros de calibração, Costa (2013).
Um resumo dos parâmetros estatísticos analisados, bem como os erros associados ao trabalho realizado por Costa (2013) é mostrado na Tabela 2.
Tabela.2 – Dados estatísticos do evento do dia 19/01/2013 Fonte: Costa, 2013 Análise Estatística
ISE rating Muito bom
ISE 5,19
R2 0,97
NS 0,97
SEE 0,245
RMSE 1,17
Processamento do Modelo para Cenários de Interesse
A modelagem matemática foi realizada através do programa SWMM. Para tanto, esse modelo foi utilizado, numa primeira fase, para verificar a situação da rede de drenagem atual, através dos dados coletados por Costa (2013).
Para o método de infiltração foi adotado para a análise deste estudo o SCS, já que este utiliza o CN como parâmetro principal. Utilizou-se o modelo da Onda dinâmica para o modelo de transporte, já que este, por resolver a equação de Saint-Venant, gera uma simulação mais próxima da realidade.
O SWMM, em sua última versão, tem capacidade de modelar o desempenho hidrológico de tipos específicos de controles de desenvolvimento de baixo impacto (LID). Assim, foram simulados cenários com diversas combinações de medidas para que se possa verificar as melhorias trazidas para o sistema de drenagem atual.
Esses cenários são definidos pela implantação das seguintes técnicas na sub-bacia: Alternativa 1: bacia de detenção na L4 Norte (Bacia 1)
Alternativa 2: bacia de detenção na L3 Norte (Bacia 2) Alternativa 3: bacia de detenção no Eixão Norte (Bacia 3)
Alternativa 7: combinação de trincheiras nas localizações já apresentadas combinadas com a bacia de detenção na L4 Norte (Bacia 1).
Essas simulações foram realizadas inicialmente para a o evento de chuva do dia 19/01/2013, contudo como este evento não possui uma distribuição espacial uniforme, utilizou-se uma chuva de projeto constante sobre toda a bacia. Para que se pudesse comparar a eficiência das técnicas ao longo de toda a sub-bacia, não sofrendo influência da distribuição da chuva.
Assim, foram utilizados dois tempos de retorno (Tr = 5 anos e Tr = 15 anos) combinados com duas durações de chuva (30 min e 60 min).
Essa análise pode ser feita utilizando a curva IDF. A curva IDF da cidade de Brasília adotada pela NOVACAP (2005).
Resultados Obtidos
O comportamento da rede para os diferentes tempos de retorno e diferentes durações foi semelhante com ligeiras peculiaridades que não influenciaram na conclusão final que era foco desse estudo: adoção da(s) técnica(s) mais apropriada(s) para a situação atual que se encontra a rede de drenagem a fim de uma melhor adequação para as necessidades da região em termos de drenagem de águas pluviais.
Foram analisadas para duas das condições de projetos para duas chuvas: Tr 5 anos e duração 30 min;
Tr 15 anos e duração 60 min.
Na Tabela 3 são mostradas os resultados de vazão obtidos para as diferentes alternativas.
Figura.2 – Localização das bacias de detenção da sub-bacia do C.O.
Tabela.3 – Percentagem de abatimento da vazão de pico para um evento com Tr = 5 anos e D = 30 min; Tr = 15 anos e D = 60 min.
Tr = 5 Anos e D = 30
min min Tr = 15 Anos e D = 60
Altern ativa Vazã o de Pico (m3/s) Percen tual de Abatimento Vazão de Pico (m3/s) Percen tual de Abatimento Atual 18,92 - 23,63 - Altern ativa 1 2,15 88,64 % 2,85 87,94 % Altern ativa 2 6,03 68,13 % 8,37 64,58 % Altern ativa 3 14,29 24,47 % 20,07 15,07 % Altern ativa 4 17,27 8,72% 22,79 3,55% Altern ativa 5 4,06 78,54 % 7,49 68,30 % Altern 27,59 14,77 BACIA 1 BACIA 2 BACIA 3 BACIA 4
Com relação à quantidade de sólidos suspensos lançados no lago percebe-se que a alternativa 1, juntamente com a alternativa 7 são as que levaram aos melhores resultados (Tabela 4). Porém, tendo-se em vista que a alternativa 7 é uma variação da alternativa 1, concebe-se a alternativa 1 como sendo de maior importância no estudo levantado. Na alternativa em questão, nota-se uma redução significativa, ficando retido no evento com chuva de projeto de 5 anos 152,13kg de sólidos suspensos e no evento com chuva de projeto de 15 anos 206,15kg.
Tabela.4 – Percentagem de abatimento da carga de SS lançada no exutório para um evento com Tr = 5 anos e D = 30 min; Tr = 15 anos e D = 60 min.
Tr = 5 Anos e D = 30 min Tr = 15 Anos e D = 60 min Altern ativa Carga Total de SS (Kg) Percent ual de Abatimento Carga Total de SS (Kg) Percentu al de Abatimento Atual 203,37 - 250,82 - Altern ativa 1 51,24 74,80% 44,66 82,19% Altern ativa 2 98,11 51,76% 99,24 60,43% Altern ativa 3 169,56 16,63% 199,88 20,31% Altern ativa 4 179,00 11,98% 220,08 12,26% Altern ativa 5 77,81 61,74% 86,44 65,54% Altern ativa 6 169,54 16,63% 206,65 17,61% Altern ativa 7 54,09 73,40% 45,30 81,94% Conclusões
Duas situações se destacam com relação à eficiência na redução de vazão: uma refere-se a implantação de uma bacia de detenção na região bem próxima do pico de vazão (alternativa 2 das bacias de detenção), a qual regulariza a vazão ao longo de praticamente toda a rede, reduzindo o pico de vazão de forma satisfatória. A outra refere-se a utilização de trincheiras de infiltração, que promove uma redução da vazão na região dos ramos que influenciará em toda a rede de drenagem de águas pluviais, reduzindo o pico de consideravelmente, bem como a vazão em todos os pontos da rede de drenagem.
Com relação à redução de sólidos suspensos lançados no Lago Paranoá pode-se perceber que a primeira solução proposta de bacias de detenção é muito mais eficientes que as demais. A implementação de uma bacia de detenção nessa localização, mais próxima do exutório, favorece a retenção de sedimentos que seriam lançados no lago, reduzindo em torno de 40% a quantidade de sólidos suspensos. Além disso, ela está localizada em uma faixa que é de patrimônio público e compreende um espaço do canteiro central de uma via pública, o que não deve causar tantos transtornos aos usuários ou às entidades públicas ao promover sua implantação.
Uma verificação importante que pode ser feita é em relação ao volume de sólidos que pode ficar retido nas bacias de detenção. Como visto, nas bacias mais eficientes, a quantidade de sólidos que fica retida por evento é algo em torno de 200kg, que, a uma massa específica de 1500kg/m3 , gera um volume de aproximadamente 0,13 m3. Este valor de volume por evento, é insignificante
quando considerado o volume total que a bacia consegue reter sem precisar de manutenção, algo em torno de 3000m3. Esse ponto pode trazer uma reflexão que leva a pensar que a carga de sólidos suspensos não é tão alta antes mesmo da implantação das técnicas compensatórias. Esse caráter é notório, tendo em vista que Brasília tem esse caráter sui generis, quando comparada com outras cidades de mesma proporção, de ter seus problemas ligados a drenagem de águas pluviais muito menores e mais facilmente equacionáveis, nas áreas já consolidadas. O estado de Costa (2013) e Souza (2014) mostra que a carga em regiões em que estão sendo realizadas obras civis é muitas vezes maior em função de não se realizar o controle de sedimentos nas obras. É importante para o lago a criação de legislação fiscal para controle desses sedimentos.
Certamente o objetivo principal tratado nessa questão é uma preocupação com a manutenção e preservação do Lago Paranoá, tendo em vista que ainda não se tem problemas extremos nessa região. No entanto, não foi realizada nesse estudo uma avaliação das cargas de nutrientes, aspecto muito importante para o lago, provavelmente a razão maior para a implementação das trincheiras e bacias de detenção para a redução dessas cargas.
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