YURI ANDREI GELSLEICHTER
AVALIAÇÃO E CONTROLE DE INUNDAÇÕES NA ÁREA DE FORQUILHINHAS, SÃO JOSÉ - SANTA CATARINA, PELA APLICAÇÃO DE GEOTECNOLOGIAS
Palhoça 2014
AVALIAÇÃO E CONTROLE DE INUNDAÇÕES NA ÁREA DE FORQUILHINHAS, SÃO JOSÉ - SANTA CATARINA, PELA APLICAÇÃO DE GEOTECNOLOGIAS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Ambiental e Sanitarista.
Orientador: Prof. Gabriel Cremona Parma, Dr.
Palhoça 2014
Dedico este Trabalho de Conclusão de Curso à minha amada esposa, que de muitas formas me incentiva e apoia na realização de grandes feitos.
Agradeço primeiramente a Deus pelo dom da vida e por me permitir ser útil aos meus semelhantes.
O agradecimento mais importante aos meus pais Arlindo Francisco Gelsleichter e Maria Zarli Rodrigues Gelsleichter por sempre me apoiarem nas minhas decisões e por incentivarem aos estudos, aos meus irmãos Anderson Karl Gelsleichter, Alyson Marcos Gelsleichter, Yan Ramon Rodrigues Gelsleichter, por toda a interação e todos os debates nas horas de almoço, que me influenciaram ao meio científico. Agradeço também toda minha família pelo contato direto e indireto ao passar dos anos.
Agradeço em especial minha esposa Maria Aparecida Marques por seu amor, carinho, seu apoio nas horas difíceis, e principalmente seu incentivo para a realização de grandes feitos. Agradeço ao meu orientador Gabriel Cremona Parma, por me guiar nesta pesquisa e pelas lições aprendidas no trabalho e durantes as aulas da graduação.
Agradeço a todos os professores a quem tive a honra de ser discípulo, e pelo conhecimento adquirido.
Agradeço à Francielle da Silva Cardozo autora de: Análise das áreas suscetíveis a inundações e escorregamentos na bacia do rio Forquilhas, São José/SC, pela contribuição com o material cartográfico do local estudado.
Agradeço ao Airto Moacir Agostini da setor de planejamento de Prefeitura Municipal de São José, pelo apoio com o material cartográfico.
Agradeço ao Sérgio Maurílio dos Santos pelas contribuição com as fotos aéreas. Agradeço em especial a todo os meus colegas e amigos de sala e de faculdade pela troca de ideias e informações, e pela convivência que me trouxeram muitas alegrias, especialmente Luiz Guilherme Lemos Hessmann pelo companheirismo e irmandade desde o primeiro dia de aula, e agradeço também os raros momentos difíceis, mas que trouxeram crescimento e sabedoria.
Agradeço a todos os meus amigos, especialmente Augusto Momm pelo companheirismo e coleguismo nessa e outras jornadas.
A área de Forquilhinhas, São José, Santa Catarina, situada nas imediações das coordenadas geográficas 27° 36’ Latitude sul e 48° 40’ Longitude oeste. Desde sua fundação nos anos 70 enfrenta problemas de alagamentos e inundações, devido à ocupação indevida de áreas do leito maior do rio Forquilhas, principal canal de drenagem da bacia hidrográfica. Pelos problemas citados, o estudo mostra-se fundamental para a população local. Com o objetivo de avaliar as condições locais e propor novas soluções para a mitigação e resolução deste problema, utilizou-se dados cartográficos, para uma análiutilizou-se quantitativa e qualitativa. O estudo iniciou-utilizou-se com o geoprocessamento de dados cartográficos afim de dar suporte e fornecer informações para o estudo hidrológico este, por sua vez, forneceu dados para os cálculos de volume de água a ser reservada. E a partir dos volumes obtidos pode-se optar pela proposição de duas soluções. A primeira é, a construção de um reservatório de detenção numa localidade próxima ao exutório da bacia, proposto em uma área aproximadamente 63.000 m² de baixo valor por m², o qual proporcionará um retardamento das águas ao ponto baixo da bacia, mitigando o processo de inundação. A segunda solução consiste no armazenamento por condução, planejada no principal canal de drenagem da bacia hidrográfica o rio Forquilhas com extensão de 14.500 m, com aplicação num trecho de 6.700 m interconectando as áreas urbanizadas. Além de sua principal finalidade, os reservatórios contam com espaços de recreação, lazer e mobilidade urbana.
Palavras chaves: Reservatório de detenção. Drenagem urbana. Macrodrenagem. Amortecimento de cheias por condução. Espaços de recreação e lazer. Mobilidade urbana. Geoprocessamento. Hidrologia.
The area around Forquilhinhas, São José, Santa Catarina, located at geographical coordinates 27 ° 36 '21' ' South Latitude and 48 ° 39' 16 '' West Longitude, since it was founded fights against flooding trouble. Observed improper occupation of floodplains, the Forquilhas river, main drainage channel of the watershed, the study shows it is vital for local people. Aiming to assess local conditions and propose new solutions for mitigation and resolution of this problem, it took the use of cartographic data for a quantitative and qualitative analysis. The study began with the GIS map data in order to support and provide information for hydrological study this, in turn, provided data for the calculation of volume of water to be reserved. Moreover, from volumes obtained can opt for proposing two solutions. The first is the construction is a detention reservoir a location near to the lowest point of watershed proposed in an area about 63,000 square meters of low value per m², which will provide a delay of the low waters reach the lowest point of watershed, decreasing the flooding process. The second is the storage solution for driving planned in the main drainage channel of the watershed, Forquilhas river, with extending 14,500 m, applying a stretch of 6,700 m interconnecting urbanized areas. Besides of main purpose, the reservoirs have spaces for recreation, leisure and urban mobility.
Key words: Reservoir detention. Urban drainage. Macrodrainage. Damping filled by conduction. Spaces for recreation and leisure. Urban mobility. Geoprocessing. Hydrology.
Figura 1: Localização da área de estudo ... 18
Figura 2: Classificação das medidas estruturais e não estruturais. ... 22
Figura 3: Hidrograma relacionado ao uso e ... 23
Figura 4: Hidrograma de projeto hipotético antes e após ... 23
Figura 5: Sobreposição das camadas em um SIG. ... 29
Figura 6: Foto de dispositivo redutor de velocidade... 33
Figura 7: Foto de espaços de recreação e lazer ... 33
Figura 8: Revitalização e integração de um rio ... 33
Figura 9: Foto de espaços de recreação e lazer ... 34
Figura 10: Revitalização de rio ... 34
Figura 11: Desenho em corte de reservatórios de detenção subterrâneo ... 35
Figura 12: Desenho de reservatórios de detenção aberto ... 35
Figura 13: Desenho esquemático de reservatório em série ... 36
Figura 14: Desenho esquemático de reservatório em paralelo ... 37
Figura 15: Hidrograma unitário sintético ... 44
Figura 16: Hietograma hipotético em forma de barras. ... 46
Figura 17: Meandros de um rio afluente do rio Forquilhas ... 75
Figura 18: Situação atual da calha do rio Forquilhas ... 75
Figura 19: Vista da seção do rio revitalizado, em situação de uso normal ... 75
Figura 20: Vista da seção do rio revitalizado, em situação de amortecimento de inundação .. 76
Mapa 2: Mapa de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do rio Forquilhas em 2009 . 56 Mapa 3: Mapa Pedológico da bacia hidrográfica do rio Forquilhas ... 57 Mapa 4: Mapa de informações cruzadas da bacia hidrográfica do rio Forquilhas em 2009 .... 58 Mapa 5: Mapa planialtimétrico da bacia hidrográfica do rio Forquilhas ... 59 Mapa 6: Alocação do reservatório de detenção. ... 71 Mapa 7: Amortecimento de inundação por condução ... 73
Tabela 2: Período de retorno para diferentes ocupações ... 41
Tabela resumo 3: Valores de CN “Curve Number” para áreas rurais ... 50
Tabela resumo 4: Valores de CN “Curve Number” para áreas urbanas ... 50
Tabela 5: Cálculo da intensidade de precipitação da área de Forquilhinhas ... 64
Tabela 6: Cálculo da chuva excedente da bacia hidrográfica do rio Forquilhas ... 65
Tabela 7: Cálculo do tempos de: Pico, base, e vazão unitários da bacia hidrográfica do rio Forquilhas ... 66
Tabela 8: Cálculo da vazão de pico da bacia hidrográfica do rio Forquilhas ... 67
LISTA DE QUADROS Quadro 1: Classificação hidrológica do Solo para as condições brasileiras. ... 49
Quadro resumo 2: Dados para cálculo dos volumes de escoamento ... 68
CIRAM - Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina
COHAB-SC - Companhia de habitação de Santa Catarina CN - Fator curva-número
EPAGRI - Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina hab/km² - Habitantes por quilômetro quadrado
HUT - Hidrograma Unitário Triangular
IBGE - Instituto brasileiro de geografia e estatística IDF - Intensidade-Duração-Frequência
INPE - Instituto nacional de pesquisas espaciais MDT - Modelo Digital do Terreno
NRCS - Natural Resources Conservation Service (EUA)
Pef - Precipitação efetiva aquela que não infiltrou no solo e escoa superficialmente SEPLAN - Secretaria de Planejamento da Prefeitura Municipal de São José
SIG - Sistema de Informações Geográficas ou Geographic Information Sistem (GIS) SCS - Soil Conservation Service (EUA)
1 INTRODUÇÃO ... 14 1.1 JUSTIFICATIVA, PROBLEMÁTICA ... 15 1.2 OBJETIVOS ... 15 1.2.1 Objetivos Gerais ... 15 1.2.2 Objetivos Específicos ... 15 1.3 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA ... 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 17
2.1 HISTÓRICO DO BAIRRO FORQUILHINHAS ... 17
2.2 LOCALIZAÇÃO DE ÁREA DE ESTUDO ... 17
2.3 CLIMA ... 19
2.4 HIDROGRAFIA ... 20
2.5 INUNDAÇÕES E ALAGAMENTO ... 21
2.5.1 Caracterização e definição dos Alagamentos ... 24
2.5.1.1 Enchentes ou Inundações Graduais ... 25
2.5.1.2 Enxurradas ou Inundações Bruscas ... 25
2.5.1.3 Alagamentos ... 26
2.5.1.4 Inundações litorâneas provocadas pela brusca invasão do mar ... 26
2.5.2 Histórico das inundações na área de Forquilhinhas ... 26
2.6 GEOPROCESSAMENTO ... 28
2.7 DRENAGEM URBANA ... 31
2.8 RESERVATÓRIOS DE ARMAZENAMENTO E CONTROLE DE CHEIAS ... 32
2.8.1 Reservatório em série (in line): ... 36
2.8.2 Reservatório em paralelo (off line): ... 37
3 MATERIAIS E MÉTODO ... 38
3.1 MATERIAIS ... 38
3.1.1 Equipamentos utilizados: ... 38
3.1.2 Programas computacionais: ... 38
3.1.3 Documentação, mapas e dados: ... 38
3.2 MÉTODO ... 40
3.2.1 Hidrologia ... 41
3.2.2 Período ou tempo de retorno ... 41
3.2.6 Hidrograma unitário ... 44
3.2.7 Hietograma ... 45
3.2.8 Equações para o cálculo da vazão unitária e de pico ... 46
3.2.9 Equações para a determinação do volume do reservatório ... 51
4 RESULTADOS E PROPOSTAS ... 53
4.1 RESULTADOS ... 53
4.1.1 Mapa da área de inundação ... 55
4.1.2 Mapa de ocupação do solo ... 56
4.1.3 Mapa pedológico ... 57
4.1.4 Mapa de mapa de uso e ocupação e pedológico... 58
4.1.5 Mapa planiltimétrico ... 59
4.1.6 Estudos hidrológicos... 60
4.2 SOLUÇÕES PROPOSTAS ... 68
4.2.1 Cálculo dos volumes de escoamento ... 68
4.2.2 Cálculo do volume de armazenamento ... 69
4.2.3 Reservatórios de armazenamento ... 70
4.2.3.1 Reservatório de Detenção ... 70
4.2.3.2 Amortecimento de inundações através de Armazenamento por Condução ... 72
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 77
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 79
ANEXO A ... 83
ANEXO B ... 84
1 INTRODUÇÃO
Água elemento indispensável à vida e a saúde. Motivo pelo qual as cidades naturalmente se desenvolveram as margens dos rios, pela facilidade de acesso a água. Todavia isso acarreta algumas consequências, pois nem sempre era e é possível conhecer completamente o comportamento das águas e dos rios, muitas vezes acarreta uma série de inundações. Contudo, após a população instalada em determinada localidade, as pessoas dificilmente se mudam ou desabitam sua localidade, seja pela falta de apoio do poder público, seja pela questão financeira ou cultural, os moradores acabam dispondo-se a enfrentar o problema.
A área de Forquilhinhas, São José, Santa Catarina, desde sua fundação conta com problemas de alagamentos e inundações, sendo esse o motivo do presente trabalho. O problema foi tratado de maneira singular conforme as peculiaridades da área, de acordo com o solo, a vegetação, o clima e o relevo. Essa comunidade se desenvolveu em uma área de várzea, em uma localidade natural de inundação, ou seja, no leito maior do rio.
Com o objetivo de avaliar e controlar as inundações, o estudo buscou analisar a implementação de um reservatório de detenção, próximo ao exutório da bacia e a aplicação da técnica de armazenamento por condução na calha do rio Forquilhas, principal canal de escoamento da bacia hidrográfica da área afetada.
1.1 JUSTIFICATIVA, PROBLEMÁTICA
Em decorrência da expansão natural não planejada das cidades, nos deparamos com uma série de problemas socioeconômicos. Dentre os quais podemos perceber uma gama de danos humanos e materiais.
Esse crescimento, das cidades, acarreta em desflorestamento, impermeabilização dos solos, dentre outros fatores, diminuindo e dificultando a infiltração das águas de superfície. Isso causa o aumentando da velocidade superficial de escoamento das águas, que tendem ao ponto de cota inferior da bacia hidrográfica mais rapidamente, em muitos casos proporcionando inundações graduais e principalmente bruscas.
A área de Forquilhinhas se encontra próxima ao exutório da bacia hidrográfica e ao longo dos anos registrou uma série de inundações muito danosas. Motivo pelo qual se faz necessário o presente trabalho.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivos Gerais
Planejar reservatórios de amortecimento de inundações, preferencialmente naturais de múltiplos usos, com a finalidade de mitigação e controle de inundações, junto com sistemas de canais e as suas obras auxiliares, na área de Forquilhinhas, São José - SC.
1.2.2 Objetivos Específicos
São os objetivos específicos do trabalho:
a) Apresentar breve história da origem, conformação das inundações da área de Forquilhinhas;
b) Avaliar a mancha urbana e estimar as áreas de contribuição de precipitação (impermeabilizadas e naturais) usando ferramentas atuais de geoprocessamento mapeando as áreas de inundação;
c) Efetuar um estudo hidrológico da bacia do rio Forquilhas a fim de verificar a funcionalidade das obras existentes;
d) Planejar reservatório de detenção para o amortecimento de inundações preferencialmente natural e com múltiplos usos.
1.3 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA
Quanto a abordagem, pode-se indicar que, o método utilizado teve por objetivo a análise de dados quantitativos e qualitativos. Quantitativos pois foi analisado a frequência dos acontecimentos e qualitativo por conta do nível de danos alcançado. Durante o trabalho, a documentação bibliográfica, foram utilizadas fontes de dados primárias e secundárias. Segundo Cervo (2002) “primários quando coletados em primeira mão, como pesquisa de campo, testemunho oral, depoimento, entrevista, questionários, laboratórios”.
O levantamento de dados foi efetuado por meio de fontes de dados secundárias como livros, manuais, periódicos científicos, sites especializados, teses e dissertações, resumos, jornais, relatórios, imagens orbitais e, fundamentalmente, mapas temáticos, de acordo com Cervo (2002) dados secundários. Com relação ao objetivo, este trabalho seguiu o caminho da pesquisa descritiva que, registra, observa, analisa e trabalha os dados que envolvem os fatos. Os fenômenos humanos ou naturais são investigados sem a interferência do pesquisador porém com a máxima precisão, veracidade e integridade (MOTTA; LEONEL, 2007).
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 HISTÓRICO DO BAIRRO FORQUILHINHAS
O município de São José é o quarto mais antigo de Santa Catarina, foi colonizado em 26 de outubro de 1750 por 182 casais açorianos, oriundos das Ilhas do Pico, Terceira, São Jorge, Faial, Graciosa e São Miguel, além de receber em 1829, o primeiro núcleo de colonização alemã do Estado (IBGE, 2014).
Por volta dos anos 70 essa localidade caracterizada como rural, pois desenvolvia atividades agropecuárias. Anteriormente era conhecida por Aterro, Benfica ou Picadas do Norte, o nome do bairro Forquilhinhas, advém do pequeno rio Forquilhinhas, afluente do rio Forquilhas. O loteamento tem origem através da COHAB-SC (Companhia de habitação de Santa Catarina), na sequência, outros loteamentos começaram a surgir no entorno (CARDOZO, 2009).
De acordo com Souza (2006 apud CARDOZO, 2009), que realizou entrevistas com antigos moradores, em entrevista com o Senhor Valmir Roecker proveniente das primeiras famílias que ocuparam a localidade no início do século, as pessoas se instalavam nas partes baixas do bairro onde possuíam criação de gado e cavalo, e nessa época já sofriam com o problema das inundações, que ocorriam constantemente, pois no local haviam terras encharcadas que o rio formava devido ao seu leito meandrante.
Segundo o portal POPULACAO (2014), o bairro Forquilhinhas possui uma população de 13.803 habitantes, tendo como base o censo do IBGE (Instituto brasileiro de geografia e estatística) de 2010, com uma densidade populacional média bruta de 5700 hab/km², para a área urbana e 35 hab/km², para área rural (GT-CADASTRO, 2004).
Atualmente o município conta com uma população de 209.804 habitantes de acordo com o censo do IBGE (2010), com densidade demográfica 1.376,78 hab/km², e tem uma estimativa populacional de 228.561 habitantes para o ano de 2014, em uma área da unidade territorial 152,387 km². (IBGE, 2014).
2.2 LOCALIZAÇÃO DE ÁREA DE ESTUDO
A área de estudo encontra-se no estado de Santa Catarina, no município de São José, ambos situados nas imediações das coordenadas geográficas 27° 36’ Latitude sul e 48° 40’
Longitude oeste. Suas fronteiras são com os municípios de Florianópolis, Palhoça, Biguaçu, Santo Amaro da Imperatriz, Antônio Carlos, São Pedro de Alcântara e oceano Atlântico.
A área de estudo está inserida na bacia hidrográfica do rio Forquilhas, este rio é afluente do rio Maruim. O local de estudo circunscreve a área alagada a qual se limita nas proximidades do encontro da ponte na rodovia SC 281 (antiga SC 407) sobre o rio Forquilhas, se estendendo a montante pelo rio Forquilhas passando a ponte da rua Antônio Jovita Duarte.
O rio possui extensão de 14,5 km, apresentando uma área de 54 km², o qual se mostra como principal canal do sistema de drenagem do município de São José. A figura 1 apresenta o local de estudo com a área urbana afetada pelas inundações, a qual compreende os bairros: Forquilhinhas, Flor de Nápolis e Picadas do Sul.
Figura 1: Localização da área de estudo
2.3 CLIMA
Clima é a classificação do comportamento climático, ou seja, do tempo de uma determinada região, para a caracterização de um clima é necessário o registro e análise do tempo, isto é, das condições climáticas diariamente, durante um período aproximadamente de trinta anos. Somente então se pode efetuar com segurança, a classificação climática de uma determinada região (INMET, 2014).
Segundo a classificação de Köppen, no local de estudo, predomina o Clima Subtropical Mesotérmico Úmido Cfa, com verão quente, com presença fragmentada do clima temperado mesotérmico úmido e verão ameno, sem estação seca definida. Caracteriza-se o inverno por ser bastante instável e pouco intenso, enquanto o verão é quente com médias acima de 22º C. Essa estação torna a amplitude térmica anual da área muito importante. As diferenciações microclimáticas na área de estudo são devidas aos efeitos de dissecação do relevo, do desflorestamento e do aumento da urbanização (GT-CADASTRO, 2004).
Devido à sua posição físico-geográfica, o bairro Forquilhinhas, inserido no município São José, tem predominantemente as quatro estações bem definidas, recebe intensa insolação, o que resulta em forte evapotranspiração. Fortes concentrações de núcleos de condensações ocorrem, que certamente contribuem para o acréscimo de chuvas em seu território, sempre que essa região é atingida por frentes frias, outros importantes fenômenos de ascendência dinâmica do ar, como El Niño e La Niña.
O período mais chuvoso acontece próximo e durante a estação mais quente o verão, entre os meses de novembro a fevereiro, e o período mais seco acontece entre junho e julho. Porém a distribuição pluviométrica, em geral não é uniforme durante os anos, podendo resultar em anos menos chuvosos, em consequência de alternâncias na circulação atmosférica. Em função disso os excedentes pluviométricos podem variar em torno de 600 a 800mm. Muitos desses excedentes podem resultar em inundações (GT-CADASTRO, 2004).
De acordo com os registros do INMET (Instituto nacional de meteorologia) (2014): A maior precipitação (quantidade de chuva) em 24 horas na última década foi na cidade de Florianópolis, chegando aos 404,8 mm em 15 de Novembro de 1991. Nesta localidade no mês de Novembro, normalmente chove o equivalente à 129mm, que é a média de climática mensal de 30 anos.
A umidade relativa anual tem valores aproximados entre 80 e 85%, e a pluviosidade média é de 1700-2100 mm/ano, distribuída em cerca de 150 a 200 dias chuvosos por ano (GT-CADASTRO, 2004).
Os ventos predominantes são do quadrante norte com direção N-NE, com origem no anticiclone semifixo do Atlântico Sul, centro de ação da Massa Tropical Atlântica. Os ventos do quadrante Sul estão ligados a diferentes trajetórias de massas polares e suas frentes, são menos frequentes, mais velozes (GT-CADASTRO, 2004). Muitas vezes, devido a topografia, os ventos podem mudar de direção em certas localidades. (ELETROSUL, 2014).
A temperatura média anual é superior a 20°C e com um inverno ameno. A temperatura média no inverno, oscila entre 15°C e 18°C, e a temperatura média de verão está entre 24°C e 26°C (NIMER, 1979 apud MPB, 2009).
2.4 HIDROGRAFIA
A hidrografia do estado de Santa Catarina, segundo Cardozo (2009), se decompõe em dois sistemas de drenagem, sendo o sistema integrado da vertente do interior, gerida pela bacia Paraná-Uruguai e o sistema da vertente Atlântica, formado por um conjunto de bacias independentes.
A bacia do rio Forquilhas é do tipo da vertente Atlântica, sendo este afluente no rio Maruim pela margem esquerda, e tem sentido Noroeste-Sudeste. Os rios desse tipo, tem por característica, menor volume caudal, são acidentados no perfil longitudinal, apresentam corredeiras e cascatas nas partes altas, e meandros nas partes de baixo valor hipsométrico. São administrados pelo regime pluviométrico. (SANTA CATARINA, 2007 apud CARDOZO, 2009).
O rio Forquilhas tem 14,5 km de extensão, com área de 54 km2 está inserido integralmente no município de São José, de acordo com Cardozo (2009) é o principal sistema de drenagem urbana, em sua maior extensão, está retificado, assim como a maioria de seus 38 afluentes, dentre os quais se encontram também retificados e alguns canalizados, principalmente nas áreas mais urbanizadas, essa retificação foi executada nos anos 60, resolveu os problemas de inundações a montante, entretanto, como as águas escoam mais rapidamente, isso acarretou por transferir os alagamentos para jusante.
Com o estudo realizado no município, GT-Cadastro (2004), afirma que são frequentes as máximas vazões ocasionais no verão, quando frequentemente ocorrem as instabilidades ocasionais causadas pela passagem da frente polar sobre toda a região. As chuvas de inverno, geralmente são relativamente menos intensas.
2.5 INUNDAÇÕES E ALAGAMENTO
Nos primórdios da civilização, desde os tempos Bíblicos encontram-se relatos e registros de inundações e alagamentos. O ser humano tem buscado se adaptar a esses eventos da natureza. As cidades sempre quase ocorreram às margens dos rios, pela facilidade de consumo de água, para utilizá-lo como transporte, na obtenção de alimentos, e ainda dispor seus dejetos. (TUCCI e BERTONI, 2003).
A região Sul do Brasil é marcada pela ocorrência de grandes catástrofes e muitas vezes afetada por enchentes, alagamentos, inundações bruscas e graduais, embora possam ser classificados como ameaças naturais são parte de um complexo maior, estão envolvidos fatores socioeconômicos e culturais, como a ocupação irregular de encostas, margens de rios, desmatamento, etc. Que aumentam o grau de vulnerabilidade da sociedade. (IBGE, 2013).
Para o controle e mitigação dos problemas gerado pelos alagamentos e inundações, usualmente adota-se dois caminhos de trabalho nos esforços de gestão de águas pluviais urbanas, que são:
a) Medidas estruturais: que diz respeito à infraestrutura, elementos estruturais, hidráulicos, práticas, contenção e transporte de água da chuva tanto fontes superficiais deflúvios desses lotes, parques e praças, como em sistema viário, o micro e sistemas de drenagem macro transposição transporte e deposição de sedimentos e resíduos sólidos, etc.
b) Medidas não estruturais: trata das disposições legais e administrativas da infraestrutura de drenagem e do diagnóstico da infraestrutura de drenagem existente, envolvendo operacionalidade do sistema mede, manutenção, inspeção e saneamento em tempo real, com base em defeitos naturais ou gerados devido a inevitável dinâmica de ocupação do espaço urbano. (RIGHETTO et al., 2009).
A figura 2 classifica detalhadamente as medidas estruturais e não estruturais, e ainda auxilia no processo de tomada de decisões.
Figura 2: Classificação das medidas estruturais e não estruturais.
Fonte: Adaptado de Righetto et al., (2009).
Segundo Tucci e Bertoni, (2003) “As enchentes aumentam a sua frequência e magnitude devido a impermeabilização, ocupação do solo e a construção da rede de condutos pluviais.” Na figura 3, podemos observar o hidrograma em azul antes da urbanização, percebe-se que a vazão não possui um pico acentuado, pois grande parte da água precipitada infiltra e escoa sub superficialmente, com um volume superficial reduzido, em relação ao hidrograma em vermelho. Esse representa o comportamento das águas após a urbanização, na qual a água, sem infiltrar no solo, devido a impermeabilização, escoa em sua maioria superficialmente, contribuindo com um grande volume de água para as inundações.
Técnicas compensatórias não
estruturais
Regulação do uso do solo Criação de áreas verdes
Recuperação de matas ciliares - parques lineares Não conexão ou desconexão de áreas impermeáveis Uso de revestimentos de elevada rugosidade em vias e em canais
Manejo de fertilizantes, pesticidas e detergentes
Técnicas compensatórias estruturais Controle na fonte Localizado Telhado verde Microrreservatórios Poço de infiltração Plano de infiltração
Linear Trincheira de infiltração Vala de detenção Pavimento reservatório
Pavimento permeável Áreas úmidas lineares Controle
centralizado
Bacias de detenção ou retenção Bacias de infiltraçõa Bacias de detenção e infiltração
Figura 3: Hidrograma relacionado ao uso e ocupação do solo
Fonte: FCTH, Plano Diretor de Drenagem e Manejo de Águas Pluviais.
Através das medidas supramencionadas, estruturais e não estruturais, observamos uma mudança no comportamento da vazão da bacia hidrográfica, o qual podemos observar um exemplo na figura 4, a qual mostra o hidrograma de projeto em situação pouco urbanizada, atualmente, muito urbanizada e muito urbanizada com medidas de amortecimento de cheias.
Figura 4: Hidrograma de projeto hipotético antes e após à implementação de reservatório de detenção
Fonte: FCTH, (V2,2012).
Fazendo uma comparação entre as situações na figura 4 podemos observar que em situação pouco urbanizada representada pela alinha azul, a precipitação tende a infiltrar mais no solo, gerando menos escoamento superficial. Na situação atual, representada pela linha vermelha, muito urbanizado e consequentemente, com o solo muito impermeabilizado, a á proveniente de precipitação, não infiltra no solo, e tende a escoar superficialmente gerando uma
vazão maior e consequentemente maiores inundações. Com a implementação de reservatórios de amortecimento de inundações, representada pela linha verde, a vazão é amortecida, retardando o escoamento superficial, ao ponto baixo da bacia hidrográfica, mitigando e controlando por assim dizer, o problema de inundações.
2.5.1 Caracterização e definição dos Alagamentos
Castro (2003) caracteriza “As inundações podem ser definidas como um transbordamento de água proveniente de rios, lagos e açudes”, causadas por precipitação anormal que transborda rios, lagos e canais, invade o terreno circundante, causando danos.
Em função da evolução, as inundações são classificadas em: a) enchentes ou inundações graduais;
b) enxurradas ou inundações bruscas; c) alagamentos;
d) inundações litorâneas provocadas pela brusca invasão do mar
O aumento do caudal muitas vezes acontece por conta de intensa e concentrada precipitação, mas também tem outras causas apontadas por Castro (2003), dentre as quais selecionadas as que tem relação com esse estudo, destacamos:
a) elevação dos leitos dos rios por assoreamento;
b) redução da capacidade de infiltração do solo, causada por compactação e/ou impermeabilização;
c) saturação do lençol freático por antecedentes próximos, de precipitações continuadas;
d) combinação de precipitações concentradas com períodos de marés muito elevadas;
e) drenagem deficiente de terrenos situados a montante de aterros, em estradas que cortem transversalmente vales de riachos.
Essas causas podem ocorrer de forma isolada ou combinada, além dessas citadas por Castro acrescenta-se:
a) estrangulamento de leitos de rios, provocado por pontes, resíduos sólidos, materiais sólidos, como árvores, galhos de árvores;
2.5.1.1 Enchentes ou Inundações Graduais
De acordo com Castro (2003) nas enchentes ou Inundações Graduais as águas se elevam lenta e previsivelmente, permanecem em situação de cheia durante algum tempo e depois se infiltram e escoam gradualmente. Normalmente, esse tipo de evento é cíclico e sazonal. No norte brasileiro, na grande maioria dos anos, o pico das cheias ocorre em meados de junho.
Intensificada por variáveis climatológicas de médio e longo prazo e não é influenciada por variações climatológicas diárias. Relacionam-se muito mais com longos períodos de chuva contínua, do que com chuvas intensas e concentradas. O fenômeno é caraterizado pela sua abrangência e grande extensão, “[...] a onda de cheia desenvolve-se de montante para jusante, guardando intervalos regulares.” (CASTRO, 2003)
Para IBGE (Brasil, 2013), enchentes ou inundações graduais se caracterizam pela “Elevação das águas de forma paulatina e previsível, que se mantêm em situação de cheia durante algum tempo e escoam-se gradualmente. Normalmente, as enchentes ou inundações graduais são características das grandes bacias hidrográficas e dos rios de planície.”
2.5.1.2 Enxurradas ou Inundações Bruscas
Inundações causadas por chuvas intensas e concentradas em regiões de relevo acidentado, caracterizado por violentas e repentinas elevação dos caudais, os quais escoam-se de forma rápida e intensa. Sob estas condições ocorre um desequilíbrio entre o continente (leito do rio) e o conteúdo (volume do caudal), provocando o transbordamento. (CASTRO, 2003).
Para IBGE (2013):
“[...] Inundações provocadas por chuvas intensas e concentradas, num curto espaço de tempo, em que os canais naturais [ou artificiais] de drenagem transbordam de forma rápida e imprevisível, geralmente ocasionando danos materiais e humanos mais intensos do que as enchentes ou inundações graduais. Normalmente, as enxurradas ou inundações bruscas ocorrem em bacias de médio ou pequeno porte e são intensificadas por relevos acentuados.”
Ainda Castro (2013), informa- nos que geralmente o fenômeno surpreende por sua violência e baixa previsibilidade, exigindo uma monitorizarão complexa e em geral causam mais danos do que as inundações graduais.
2.5.1.3 Alagamentos
Segundo o IBGE (Brasil,2013) os alagamentos são relacionados a sistemas de drenagem deficiente ou à falta de permeabilidade no solo que geram os acúmulos, conhecidos como alagamentos, diferentemente das enchentes ou inundações graduais e das enxurradas ou inundações bruscas, que são relacionados a fenômenos naturais em si.
Castro (2003;43) afirma “[...] inundações por alagamento, nas quais o acúmulo de água depende muito mais de deficiências nos sistemas de drenagem, a jusante da área inundada, do que da intensidade das precipitações.”
2.5.1.4 Inundações litorâneas provocadas pela brusca invasão do mar
Segundo Castro (2003), “As inundações litorâneas, provocadas pela brusca invasão do mar, normalmente caracterizam-se como desastres secundários, podendo ser provocadas por vendavais e tempestades marinhas, ciclones tropicais, trombas d’água, Tsunamis e ressacas muito intensificadas.”
2.5.2 Histórico das inundações na área de Forquilhinhas
Segundo Souza (2006 apud CARDOZO, 2009), desde antes da urbanização e a criação de loteamentos na área estudada, ocorriam naturalmente inundações na área, a qual compõe o leito maior do rio Forquilhas. Após a expansão da cidade e a criação de loteamentos a partir dos anos 70, as enchentes e inundações se tornaram cada vez mais intensas e frequentes, as quais estão especificadas na tabela 1.
De acordo com o levantamento dos desastres naturais no Estado de Santa Catarina, elaborado por Herrmann org., (2005), e com a atualização até o ano de 2011, ocorreram no município de São José 27 episódios de inundações bruscas, 10 de inundações graduais, esses desastres totalizaram 11.648 desabrigados e 13 mortes. (CARDOZO, 2009).
Segundo Herrmann, (1999 apud CARDOZO, 2009), além da precipitação existem outros fatores associados, como junção entre maré alta, lua cheia e horas de concentração de precipitação, açoreamento do fundo do canal, pontes das rodovias SC 281 (antiga SC 407) e BR 101 que usualmente acumulam resíduos causando represamento das águas o que dificulta o escoamento, estes fatores podem fortemente potencializar as inundações.
A tabela 1, traz um registro dos acontecimentos a partir do início da década de 80, até o ano de 2011, bem como o número de mortos e desabrigados, por evento.
Tabela 1: Registro das ocorrências das inundações
Ano Mês Dia Ocorrência Desabrigados Mortes
1981 Março 28 Inundação Brusca
1983 Janeiro 06 Inundação Brusca 300 1983 Dezembro 17 Inundação Gradual
1984 Agosto 06 Inundação Brusca 1984 Novembro 08 Inundação Brusca 1985 Fevereiro 15 Inundação Gradual 1986 Outubro 10 Inundação Brusca
1987 Fevereiro 14 Inundação Gradual 1
1987 Dezembro 30 Inundação Brusca 1988 Março 30 Inundação Brusca 1989 Janeiro 06 Inundação Brusca 1990 Janeiro 02 Inundação Gradual 4 1990 Janeiro 10 Inundação Gradual 1990 Fevereiro 11 Inundação Brusca
1991 Novembro 14 Inundação Brusca 3500 7
1992 Janeiro 26 Inundação Brusca 1993 Julho 02 Inundação Brusca 1993 Outubro 04 Inundação Brusca
1994 Fevereiro 22 Inundação Gradual 377 2
1994 Março 09 Inundação Brusca
1994 Maio 11 Inundação Brusca
1994 Dezembro 22 Inundação Brusca
1995 Dezembro 24 Inundação Brusca 4500 1997 Janeiro 25 Inundação Gradual 1500
2000 Março 06 Inundação Brusca 44 1
2001 Fevereiro 04 Inundação Brusca 18
2001 Setembro 30 Inundação Gradual 25 1
2001 Outubro 01 Inundação Gradual
2004 Janeiro 28 Inundação Brusca 110 2004 Março 10 Inundação Brusca
2004 Dezembro 08 Inundação Brusca 110 2008 Janeiro 31 Inundação Brusca 380 2008 Novembro 22 Inundação Gradual 130
2010 Março 25 Inundação Brusca 110 1
2010 Maio 19 Inundação Brusca 257
2011 Janeiro 22 Inundação Brusca 283 2011 Dezembro 13 Inundação Brusca
Fonte: Adaptado a partir do Relatório dos Eventos Adversos – DEDC/SC, Herrmann (1999) e Souza (2006) apud CARDOZO (2009).
2.6 GEOPROCESSAMENTO
A coleta de dados sobre o meio ambiente e as riquezas naturais, sempre fez parte do planejamento e controle dos meios urbanos e rurais, da gestão dos territórios em si, nas sociedades organizadas. Até pouco tempo atrás se utilizava mapas e documentos, o que dificultava à análise com a combinação de diversos mapas e documentos simultaneamente. Então, a partir do anos 70 começou a difundir-se a tecnologia em informática, o que possibilitou armazenar e processar tais documentos e mapas, abrindo caminho para o surgimento do geoprocessamento. (CÂMARA; DAVIS, 2004 apud MOREIRA, 2010).
Segundo Righetto et al., (2009), o geoprocessamento é uma ferramenta tecnológica de SIG (sistema de informações geográficas), muito útil no planejamento urbano, o qual utiliza as informações a partir de imagens de satélite, fotografias aéreas, mapas ou bancos de dados, que de acordo com a Revista Brasileira de Recursos Hídricos (2007), pode fornecer grande precisão aos mapeamentos e análises. Tem sido utilizado em diversas áreas relacionadas com o meio ambiente, ações ou planejamento de controle, análise de problemas e tomadas de decisões, envolve a coleta e manipulação da informação espacial, “além de envolver a coleta e a manipulação de informações espaciais e utilizar bancos de dados georreferenciados.” definindo adequadamente o uso e aplicação do solo (RIGHETTO et al., 2009).
Geoprocessamento que é uma das ferramentas de SIG, é apresentado por Moreira (2012) como o “conjunto de tecnologias voltadas à coleta e tratamento de informações espaciais para um objetivo específico” geoprocessamento também “representa qualquer tipo de processamento de dados georreferenciados”. As atividades que cercam o geoprocessamento, são realizadas por sistemas computacionais específicos para cada propósito aplicado. Esses sistemas são comumente conhecidos por Sistema de Informações Geográficas (SIG) ou Geographic Information Sistem (GIS), que “processa dados gráficos [...] com ênfase em análises e modelagem de superfícies.”
Sistema de Informações Geográficas é definido por Lillesand et al, (2004), como sistemas computacionais que lidam virtualmente com qualquer tipo de informação sobre características que podem ser referenciadas por uma localização geográfica, ou seja, georreferenciadas.
Com um ponto de uma maneira prática Evangelista (2009), nos informa que um SIG representa a integração sistemática entre hardware, software, dados e procedimentos concebidos para apoiar a captura, armazenamento, gerenciamento, atualização, manipulação, análise e visualização de dados espaciais de dados. Mais simplesmente, um SIG é um sistema
que fornece a capacidade de trabalhar com a informação que é referenciado para a superfície da terra. Um SIG irá especificar três coisas:
a) onde cada feição está geograficamente; b) o que cada feição é;
c) qual a relação de cada feição com os outros aspectos em um mapa. A figura 5 ilustra o conceito-chave de SIG em sobreposições, permitindo que várias camadas de dados geográficos possam ser sobrepostas umas sobre as outras, concedendo uma análise tal como interseção, união, apagar e juntar, dentre outros.
Figura 5: Sobreposição das camadas em um SIG.
Fonte: Adaptado de Evangelista (2009).
As camadas de dados geográficos podem conter vetores, que são tratados sempre como pontos, linhas e polígonos ou raster, que pode ser entendido como uma foto digital, que em cada pixel carrega um valor numérico de informação de dados. (EVANGELISTA, 2009). Essa “foto” é na verdade uma matriz com linhas e colunas onde cada célula (entendida como pixel), pode com o seu valor numérico, indicar a altimetria, a cor, a temperatura, o tipo de solo, o tipo de ocupação e cobertura da superfície, dentre outras informações.
Atualmente os sistemas SIG estão buscando trabalhar com escalas menores, na tentativa de representação aproximada da realidade, há modelos específicos que tratam de pequenos detalhes como “comportamento do fluxo em cruzamento de ruas, bueiros, entre outros componentes e dispositivos.” (CURITIBA, 2002).
Em muitas metrópoles o crescimento urbano acontece dos vales para as regiões mais altas. A imagem de satélite e a aerofotografia são muito utilizadas, na análise do crescimento da mancha urbana, bem como na análise da impermeabilização do solo, as imagens devem ser recentes, estar sem manchas ou pontos escuros e georreferenciadas. (CURITIBA, 2002; FCTH, V1, 2012).
Nos dias atuais o uso de geoprocessamento é muito difundido, para a classificação do uso e ocupação do solo, muito se utiliza a interpretação das imagens de satélites. Há uma gama de grandes produtos tanto referentes às imagens, como aos softwares de geoprocessamento, inclusive com opções gratuitas. (FCTH, V2, 2012).
Amplamente utilizada as aerofotografias e imagens de satélite são obtidas através de sensoriamento remoto que definido por Lillesand et al, (2004), como a ciência e arte da obtenção da informação sobre um objeto, área ou fenômeno através da análise de dados adquirida por um aparelho que não está em contato com o objeto, área ou fenômeno, sobre investigação.
Já para Sampaio (2007), sensoriamento remoto é o processo de receber informação de objetos, áreas ou fenômenos, sobre ou próximos da superfície terrestre, por um sensor de radiação eletromagnética posicionado acima desta superfície.
Como exemplos de sistemas de detecção remota podem referir-se, entre outros: a) sensores digitais instalados em satélites;
b) sensores digitais ou analógicos instalados em aviões; c) sensores portáteis usados em trabalho de campo.
Esses sensores podem ser ativos ou passivos, ativo quando emite radiação eletromagnética, ou seja, luz. Exemplificando uma câmara fotográfica com flash é denominada sensor ativo, e sem flash sensor passivo.
Pelas facilidades sempre crescentes de uso de sistemas de geoprocessamento, atualmente, Righetto et al., (2009) afirma que uma cidade de porte médio ou grande deve utilizar um cadastro informatizado atualizado de todo o espaço urbano, integrando os sistemas: viário, de abastecimento de água, de esgotamento sanitário, de drenagem urbana, da distribuição de eletricidade, da logística de coleta dos resíduos sólidos, dentre outros.
2.7 DRENAGEM URBANA
Um sistema completo de drenagem urbana é composto pelos sistemas de macro e microdrenagem. Segundo Righetto et al., (2009):
A microdrenagem urbana é definida pelo sistema de bocas-de-lobo, de sarjetas e de condutos pluviais ao nível de loteamento ou de rede primária urbana. Por sua vez, a macrodrenagem é formada pelos eixos principais de escoamento de forma a atenuar os problemas de erosões, de assoreamento e de inundações ao longo dos principais talvegues (fundo de vale, galerias de grandes dimensões, estruturas auxiliares, canais e riachos).
De acordo com Tucci e Bertoni, (2003), “A microdrenagem é definida pelo sistema de condutos pluviais ou canais a nível de loteamento ou de rede primária urbana. Este tipo de sistema de drenagem é projetado para atender à drenagem de precipitações com risco moderado.”
A macrodrenagem se define por ser a tendência de controle do escoamento da drenagem urbana, esse tipo de solução leva em conta apenas uma parte da bacia. A canalização dos pontos críticos acaba transferindo o problema de inundação para jusante. (TUCCI e BERTONI, 2003).
Segundo o IBGE (2013) “a macrodrenagem retira o excesso de água do solo, acumulada em áreas relativamente grandes, a nível distrital ou de microbacia hidrográfica. A falta dessa prática pode ocasionar enchentes [...] impedindo o aproveitamento dos terrenos para a agricultura ou a construção de residências.”
Tanto a micro como a macrodrenagem, são fundamentais no controle e remediação de cheias e alagamentos e inundações, para as cidades e as pessoas que nela vivem.
Atualmente existe uma gama de softwares, que auxiliam no planejamento e gestão da drenagem urbana. Os quais fazem à análise de fluxo (velocidades, níveis, vazões, volumes) e também incluem modelos hidrológicos de chuva-vazão e qualidade da água, permitindo um planejamento do funcionamento do sistema com bombas, vertedores e orifícios, assim como as medidas não estruturais de controle do escoamento, a demarcação de áreas inundáveis e o uso de ferramentas para análise estatística dos resultados e de apresentação de mapas temáticos, como: “topografia, pedologia, uso e ocupação do solo, rede de drenagem existente, rede de esgotamento sanitário, rede de abastecimento de água, malha viária, cadastramento dos lotes etc.” Assim como o mapeamento de áreas de inundação a partir da planta topográfica. “Neles, as informações são organizadas por setores, permitindo a rápida e contínua atualização dos dados. Essas informações têm caráter multisetorial e são importantes nos diferentes níveis de planejamento.” (RIGHETTO et al., 2009).
2.8 RESERVATÓRIOS DE ARMAZENAMENTO E CONTROLE DE CHEIAS
Os reservatórios de armazenamento e controle de cheias podem ser fechados, abertos, de superfície ou enterrados, dependendo da área disponível, da localização e também da legislação vigente, conforme Nakazone, (2005), podem ser definidos quanto a concepção são definidos como:
a) Armazenamento: Promovem a redução do pico das enchentes, armazenando temporariamente as águas, sem necessariamente reduzir o escoamento superficial;
b) Infiltração: Reduzem os volumes escoados utilizando dispositivos que facilitam sua infiltração no solo e promovem a recarga do lençol freático.
Quanto a armazenagem podem ser definidos como:
a) Retenção: Quando o escoamento superficial é armazenado por longos períodos, pode possuir finalidades de abastecimento de água para fins não potáveis, infiltração local, melhoramento paisagísticos, etc;
b) Detenção: Quando o armazenamento acontece em curtos períodos, usualmente menor que 24 horas, com a vazão de saída menor que a vazão de entrada, e o volume da saída igual ao volume de entrada, quando vazio pode ser utilizado para fins recreacionais;
c) Condução: Quando o armazenamento é feito de forma transitória, no próprio sistema de drenagem, com a utilização de seções mais amplas e baixas velocidades.
Segundo Filho et. al. (2014), os armazenamentos por condução minimizam o açoreamento e erosão, reduzem a velocidade de escoamento, através de dispositivos para tal finalidade, pode-se observar alguns exemplos nas figuras 6 e 7, esses dispositivos podem também, melhorar a qualidade da água, desde que haja a devida manutenção, e também criam oportunidade de recarga de aquíferos.
Além de seu uso principal com a finalidade de amortecimento de cheias e permitem a criação de espaços de recreação e lazer como na figuras 7, 8 e 9. Estas medidas também incentivam a recuperação, revitalização e reintegração da sociedade com os rios, de acordo com as figura 7, 8, 9 e 10.
Figura 6: Foto de dispositivo redutor de velocidade
Fonte: Filho et. al. (2014).
Figura 7: Foto de espaços de recreação e lazer criados às margens do rio
Fonte: Filho et. al. (2014).
Figura 8: Revitalização e integração de um rio
Figura 9: Foto de espaços de recreação e lazer em Santiago do Chile
Fonte: Souza (2011).
Figura 10: Revitalização de rio
Fonte: FCTH (V1, 2012).
Reservatórios de detenção subterrâneos, são definidos por Canholi (2005), como áreas normalmente secas, mas pensadas pra receber o deflúvio apenas durante e após as chuvas. O tempo de detenção é relacionado com os picos máximos de vazão requeridos a jusante e os volumes armazenados.
Segundo IBGE (Brasil, 2013), reservatório de detenção ou de amortecimento de cheias é uma “Estrutura que acumula temporariamente as águas pluviais com a função de amortecer as vazões de cheias e reduzir os riscos de inundações a jusante.” Com “O objetivo principal do dispositivo de armazenamento é a retenção do escoamento, para posterior liberação do volume. Entre eles estão bacias de detenção, retenção nos lotes e microdrenagem de forma linear.” (FCTH, V1, 2012).
As figuras 11 e 12, mostram exemplos de “[...] reservatórios de detenção, popularmente conhecidos como “piscinões”, são estruturas de acumulação temporária das águas de chuva, que contribuem para a redução das inundações urbanas.” (PORTLAND, 2013), no qual a figura 11 retrata um reservatório fechado, e a figura 12 um reservatório aberto, com múltiplos usos, o qual pode ser utilizado para recreação e lazer quando não estiver em uso.
Figura 11: Desenho em corte de reservatórios de detenção subterrâneo
Fonte: Desenho esquemático elaborado por FCTH. Adaptado de Manual de Drenagem Urbana da Região Metropolitana de Curitiba - PR apud PORTLAND, (2013).
Figura 12: Desenho de reservatórios de detenção aberto
Fonte: Canholi, (2005).
De acordo com Righetto et al., (2009), “A introdução de reservatórios de detenção tem sido uma solução de grande sucesso na região metropolitana de São Paulo e em muitas cidades de médio e de grande porte.” Como se pode observar em São Paulo, no Rio de Janeiro, em Tóquio, dentre outras.
Tucci e Bertoni (2003), anunciam uma solução integrada: “O ideal é buscar conciliar a coleta e tratamento do esgotamento sanitário somado a retenção e tratamento do escoamento pluvial dentro de uma visão integrada”.
Os reservatórios são comumente classificados de acordo com a sua posição em relação ao curso do rio, são denominados em série (in line) e em paralelo (off line), geralmente a escolha do modelo à ser adotado está diretamente ligado com o espaço físico disponível. Muitas vezes nos centros urbanos, essa falta de espaço torna-se um obstáculo difícil de transpor-se, campos de futebol, praças, áreas grandes e abertas, geralmente são o caminho encontrado, definindo o modelo à ser adotado. (PORTLAND, 2013 e CANHOLI, 2005).
Os reservatórios de detenção além de efetuar o controle dos alagamentos e das inundações, podem ser utilizados para o armazenamento de água, entretanto no brasil essa medida tem dificuldade de aplicação devido a carga de poluentes lançadas nos rios e nas águas de deflúvio.
2.8.1 Reservatório em série (in line):
Os reservatórios em série se caracterizam por estarem muito próximos ou na linha principal do sistema de drenagem, implantados sobre ou ao longo do curso d’água. Como ilustra a figura 13. Tem por característica a reposição dos escoamentos de forma atenuada e retardada, ao sistema de drenagem. Sua aplicação é usual em regiões periféricas, cabeceiras de bacias ou bacias pouco urbanizadas.
Figura 13: Desenho esquemático de reservatório em série
Fonte: FCTH. Adaptado de Manual de Drenagem Urbana De Curitiba apud PORTLAND, (2013).
2.8.2 Reservatório em paralelo (off line):
Os reservatórios em paralelo são caraterizados por receberem volumes de água desviados da rede de drenagem principal, “armazenar volumes maiores, uma vez que o fundo do reservatório pode ser mais profundo que o leito do córrego. Neste caso, comumente há a necessidade de utilização de bombas para o esvaziamento do reservatório”. (PORTLAND, 2013). Logo após o pico de vazão devolvem as águas ao sistema de drenagem. (CANHOLI, 2005). São comumente aplicados em regiões densamente urbanizadas de uma bacia, muitas vezes afastados do curso d’água, como mostra a figura 14.
Figura 14: Desenho esquemático de reservatório em paralelo
Fonte: FCTH. Adaptado de Manual de Drenagem Urbana De Curitiba apud PORTLAND, (2013).
Dependendo da situação, da disponibilidade de espaço para alocação, e da finalidade da obra, se pode aplicar os dois modelos simultaneamente, em série e em paralelo. Sendo um reservatório em série para reter os volumes iniciais do deflúvio, por normalmente conterem a maior carga poluidora. E um reservatório em paralelo para a utilização dessa água. (CANHOLI, 2005).
3 MATERIAIS E MÉTODO
3.1 MATERIAIS
3.1.1 Equipamentos utilizados:
Os principais equipamentos utilizados no presente trabalho, foram computadores pessoais e seu periféricos.
3.1.2 Programas computacionais:
Os programas computacionais utilizados foram o ArcMap versão 9.3 e ArcMap versão 10.2.2, que os quais fazem parte do conjunto de softwares ArcGIS, utilizados para edição e confecção dos mapas; Para elaboração e edição de textos utilizou-se a plataforma online Google Docs, a qual possibilitou o acompanhamento em tempo integral por parte do orientador, na fase de finalização utilizou-se o Word 2013; Para planilhas e cálculos utilizou-se o Excel 2013; Pesquisas e downloads utilizou-se o navegador Google Chrome; Para o Georreferenciamento, utilizou-se Google Earth Plus 6.0.0.1735 (beta); Para a leitura e acompanhamento de documentos em formato PDF utilizou-se o programa Foxit Phantom PDF 6.2. Todos os programas foram utilizados no sistema operacional Windows versão 7 e Windows versão 8.1, as plataformas online foram também utilizadas nos sistemas operacionais Linux Ubuntu 14.04 e Android 4.3.
3.1.3 Documentação, mapas e dados:
Toda documentação, mapas e base de dados utilizada neste trabalho é oficial, na sua maioria obtidas através de fontes e entidades do governo compreendidas entre as alíneas abaixo (a) e (g) as quais gerenciam estes serviços, geralmente através da internet sem custo. Os mapas geralmente encontram-se em forma de arquivo vetorial (Shapefile), imagem (Raster) e formato PDF, as principais entidades e fontes são:
a) Sistema Integrado de Informações sobre Desastres - S2ID;
b) Repositório de conteúdo digital da Universidade Federal de Santa Catarina;
d) Setor de obras e de planejamento da prefeitura do município de São José - SEPLAN;
e) Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI) e Centro de Informações de Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina (CIRAM);
f) Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE; g) Secretaria de Estado do Planejamento de Santa Catarina;
h) Francielle da Silva Cardozo autora da dissertação: Análise das áreas suscetíveis a inundações e escorregamentos na bacia do rio Forquilhas, São José/SC.
3.2 MÉTODO
O método aplicado no trabalho tem o propósito de guiar os procedimentos afim de alcançar o objetivo geral através do desenvolvimento. Conduzido pelos objetivos específicos. O trabalho decorreu na seguinte ordem:
a) Consulta as fontes vinculadas a localidade e ao tema, buscando uma maior compreensão e entendimento do problema;
b) Verificação da capacidade da obra de alargamento e desaçoreamento do rio Forquilhas, através dos cálculos hidrológicos, para entendimento da significância das obras que foram realizadas na localidade;
c) Utilização de softwares de Sistema de Informações Geográficas (SIGs), a fim de familiarizar-se com a topografia e entender a importância da topografia nesse processo;
d) Efetuar, através dos programas SIG, o processo de classificação de pixels, das imagens aéreas e ou orbitais, da área, com a finalidade de definir o uso e ocupação do solo.
e) Mapeamento das áreas de inundações;
f) Realização de estudos hidrológicos para obter o volume excedente de água de escoamento;
g) Calcular o volume de água de inundação, bem como o volume a ser armazenado, baseado nos dados hidrológicos;
h) Com os volumes obtidos, efetuar o planejamento reservatório de amortecimento de inundações.
Para projetos de Macrodrenagem é necessário utilizar chuva de projeto variável. O hidrograma do projeto é obtido através da chuva de projeto, através de modelos de transformação de chuva em vazão. O Modelo do Hidrograma Unitário Triangular (HUT) desenvolvido nos anos 70 pelo Soil Conservation Service (SCS) ou serviço de conservação do solo, atualmente chamado de Natural Resources Conservation Service (NRCS) ou serviço de conservação dos recursos naturais, foi aplicado no desenvolvimento dos estudos hidrológicos do presente trabalho. O método leva em conta o tipo de solo, precipitações anteriores, bem como sua ocupação.
Muito importante é o conhecimento detalhado sobre a precipitação, ou seja sua magnitude, o risco de ocorrência, sua distribuição temporal e espacial, (FCTH, V2, 2012).
Se faz importante elucidar alguns conceitos de hidrologia. Para na sequência apresentar as equações de dimensionamento.
3.2.1 Hidrologia
Hidrologia urbana é um ramo da ciência que trata do comportamento da água, ou seja, do ciclo hidrológico em bacias hidrográficas urbanizadas ou em processo de urbanização. Principalmente relacionados a eventos de grande magnitude. Os principais fatores desses acontecimentos são: Precipitações intensas, tipo de solo, taxa de infiltração de água no solo, perdas seja por evaporação ou evapotranspiração, retenções temporárias ou permanentes, naturais e ou artificiais, escoamentos superficiais e no sistema de drenagem, (FCTH, V2, 2012).
3.2.2 Período ou tempo de retorno
O período de retorno é definido pela função inversa do risco de falha da obra. Tomaz (2002) define o período de retorno como “o período de tempo médio que um determinado evento hidrológico é igualado ou superado pelo menos uma vez.”
De acordo com Righetto (2009) para diminuir o risco de falha do empreendimento se deve adotar um maior período de retorno, sempre levando em conta os custos econômicos. Canholi (2005) informa que os estudos de custo benefício feitos nas obras de São Paulo, revelam que o período de retorno de 100 anos tem o custo de aproximadamente o dobro do período de retorno de 25 anos.
Usualmente o período de retorno é adotado de acordo com a tabela 2. Tabela 2: Período de retorno para diferentes ocupações
Características do sistema Tempo de retorno
Tr (em anos)
Microdrenagem 2 a 10
Macrodrenagem 25 a 50
Grandes corredores de tráfego e áreas vitais para a cidade 100 Áreas onde se localizam instalações de uso estratégico, como, hospitais, bombeiros, polícia, centro de controle de emergências, etc.
500
Quando há risco de perdas de vidas humanas 100 (mínimo)
3.2.3 Risco de Projeto
O risco de projeto está relacionado com a probabilidade de falha da obra no decorrer do tempo, e assim se estabelece um nível de garantia da obra, que está relacionado com o período de retorno; o risco pode ser determinado pela equação 1:
= 100 1− 1 − 1
(1) Em que:
R - risco exceder ou de falha da obra (%); Tr - tempo de retorno (anos);
n - previsão de operação da obra (anos).
3.2.4 Intensidade de precipitação
Chuvas intensas são definidas como aqueles cuja intensidade excede um certo valor mínimo. Esta intensidade é obtida a partir da relação entre o precipitado e o tempo total decorrido, normalmente expressa em milímetros por hora ou milímetros por segundo, fundamentalmente importante na drenagem urbana, (FCTH, V2, 2012).
A medição da precipitação é comumente realizada em milímetros, ou seja, um milímetro de chuva equivale a um litro d’água distribuído uniformemente em um metro quadrado. Já a intensidade de precipitação é medida em (mm/h).
Festi (sem ano) nos traz a equação 2 e 3 de chuvas de Florianópolis desenvolvida pelo professor Cesar Augusto Pômpeo da Universidade Federal de Santa Catarina como:
Para o tempo de duração da chuva (t) em (min) 5 < t < 60 minutos.
= 145
,
( − 1,18) ,
(2) Para o tempo de duração da chuva (t) em (min) t ≥ 60 minutos.
= 597
,
(3) Em que:
i - intensidade de de precipitação em (mm/h); Tr - período de retorno em (anos);
3.2.5 Distribuição espacial e coeficientes de abatimento
Em bacias hidrográfica médias e grandes a chuva não ocorre de maneira homogênea Levando em conta essa distribuição espacial variada Silveira (1996 apud CURITIBA 2002), sugere para bacias hidrográficas maiores que 10 km2 a aplicação do coeficiente de abatimento de precipitação o qual possibilita corrigir, pela área da bacia, a altura ou intensidade média de precipitação dada pela equação 4:
= 1 − 0,25√
(4) Em que:
KA - coeficiente de abatimento (entre 0 e 1); A - área em km2;
β - distância teórica onde a correlação espacial se anula (variável com a duração do evento) em (km).
Silveira (1996 apud CURITIBA 2002), sugere o uso da seguinte expressão 5 empírica para β que é distância teórica onde a correlação espacial se anula (variável com a duração do evento). Medido em km:
= 6,82 ,
(5) Em que:
3.2.6 Hidrograma unitário
A cada evento de chuvas a distribuição espacial é variada, dificilmente segue um padrão, ou seja, as chuvas que ocorrem no tempo são sempre diferentes umas das outras, atribuindo uma distribuição arbitrária temporal para chuvas de projeto, baseadas em cenários ou eventos, que produzem inundações críticas.
O método escolhido se baseia em hidrogramas unitários, como mostra a figura 15, o qual exige que a chuva de projeto incorpore uma variabilidade temporal, (TUCCI, 2005).
Figura 15: Hidrograma unitário sintético triangular do SCS.
Fonte: Collischonn e Tassi (2008).
Segundo Collischonn e Tassi (2008):
A partir de um estudo com um grande número de bacias e de hidrogramas unitários nos EUA, técnicos do [...] SCS verificaram que os hidrogramas unitários podem ser aproximados por relações de tempo e vazão estimadas com base no tempo de concentração e na área das bacias. O hidrograma unitário pode ser aproximado por um triângulo, definido pela vazão de pico e pelo tempo de pico e pelo tempo de base.
As relações, que permitem calcular o hidrograma triangular são estabelecidas através das equações 6, 7, 8, e 9:
Equação 6 tempo de pico:
= 2 +
(6) Em que:
tp - tempo de pico (h);
tR - duração da precipitação excedente (h); tL - tempo de resposta da bacia (h).
Equação 7 tempo de resposta da bacia:
= 0,6 ×
(7) Em que:
tc - tempo de concentração (h).
Equação 8 tempo de precipitação excedente:
= 1,33 ×
(8) Em que:
tc - tempo de concentração (h).
Equação 9 tempo de base do hidrograma:
= 2,67 ×
(9) Em que:
TB - o tempo de base do hidrograma (h); tp - o tempo de pico (h).
A vazão de pico está apresentada no item 3.2.8.
3.2.7 Hietograma
O gráfico de hietograma é uma representação da chuva temporalmente distribuída, com sua intensidade máxima a um terço ou um meio do tempo de precipitação. Para a elaboração do hietograma, o método adotado foi o dos blocos alternados, que distribui a precipitação ao
longo do tempo, o qual é feito a partir da curva IDF (intensidade-duração-frequência) de cada localidade. Conforme o exemplo demonstrado na figura 16, (TUCCI, 2005).
Figura 16: Hietograma hipotético em forma de barras.
Fonte: FCTH, V2, 2012.
Para a aplicação do método dos blocos deve-se dividir o tempo total em intervalos iguais de tempo, para uma chuva, com tempo acima de 2 horas de duração. Recomenda-se intervalos de 12 ou 20 minutos.
3.2.8 Equações para o cálculo da vazão unitária e de pico
A vazão de projeto é obtida pela transformação de precipitação em vazão. A precipitação pode ser de projeto ou, eventualmente, uma precipitação observada. Esse método é indicado para bacias hidrográficas com área superior a 4 km², sendo inicialmente concebido para áreas rurais e posteriormente adaptado para regiões urbanas, com base nas características do solo e ocupação, sendo amplamente difundido no Brasil, o qual Curitiba (2002) apresenta pela equação 10:
, =
2,08 ×
(10) Em que:
qu,p - a vazão de pico do hidrograma unitário triangular (m3/s.cm); A - a área da bacia contribuinte (km2);
Segundo Tomas (2002) o tempo de concentração pode ser definido de duas formas a primeira “é o tempo que leva para que toda a bacia considerada contribua para o escoamento superficial.” E a segunda diz que “O tempo de concentração é o tempo que leva uma gota de água mais distante até o trecho considerado na bacia.”
Porto et al. define a equação 11 para o tempo de concentração criada pelo SCS como: = 0,43 × , , × 1000 − 9 , (11) Em que:
tc - o tempo de concentração (min);
L - o comprimento do principal curso d’água da bacia (m); S - a declividade (m/Km).
CN - o número de curva (≤100), se CN = 100 a infiltração no solo é nula.
A precipitação efetiva (Pef) é definida como a quantidade de chuva que não infiltrou no solo e está para o escoamento superficial. A Pef pode ser obtida pelo Método Curva-Número (CN), desenvolvido pelo SCS; trata-se de um método empírico para determinar a precipitação efetiva, em função da precipitação total, P. Em média, as perdas iniciais representam 20% da capacidade máxima S, onde Curitiba (2009) apresenta a equação 12:
=( − 0,2 ) + 0,8
(12) Em que:
Pef - a precipitação efetiva, ou seja, aquela que não infiltrou no solo (mm); P - a precipitação total (mm);
S - a capacidade máxima de absorção d’água da camada superior do solo S (mm). Esta equação é válida para P > 0,2S. Quando P < 0,2S, o escoamento é zero.
O parâmetro S é relacionado com um fator CN pela seguinte expressão 13:
(13) Em que:
S - o armazenamento máximo (mm);
CN - o número de curva (≤100), se CN = 100 a infiltração no solo é nula.
O valor de CN “Curve Number” varia em uma escala de 1 a 100. Esta escala retrata, o tipo de solo com sua capacidade de drenagem, bem como as condições de cobertura e solo, partindo desde uma cobertura muito impermeável (limite inferior) até uma cobertura completamente permeável (limite superior). Pode-se entender o CN como um coeficiente de infiltração, de água no solo, para esse método (adimensional).
Esses valores de CN foram desenvolvidos nos EUA, para as características e condições norte americana, contudo, Sartori (2005) et al. adaptaram esses valores para os solos brasileiros. A determinação do CN se determina em duas etapas: a primeira se faz a identificação do grupo hidrológico do solo conforme o quadro 1, e a segunda etapa se determina o valor de CN de acordo com o uso e ocupação do solo, nas tabelas resumo 3 e 4. As tabelas completas 3 e 4 se encontram nos anexos A e B.
