LUIZ CARLOS MITTELSTADT JÚNIOR
ÁGUAS PLUVIAIS E DRENAGEM URBANA: INFLUÊNCIA DE
RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO NO CONTROLE DE VAZÕES
Santa Rosa 2014
ÁGUAS PLUVIAIS E DRENAGEM URBANA: INFLUÊNCIA DE
RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO NO CONTROLE DE VAZÕES
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Giuliano Crauss Daronco
Santa Rosa 2014
ÁGUAS PLUVIAIS E DRENAGEM URBANA: INFLUÊNCIA DE
RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO NO CONTROLE DE VAZÕES
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelos membros da banca examinadora.
Santa Rosa, 11 de Dezembro de 2014
Prof. Giuliano Crauss Daronco Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. Eder Claro Pedrozo Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Giuliano Crauss Daronco (UNIJUÍ) Doutor pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Dedico esse trabalho em especial aos meus pais que estiveram sempre presente em todos os momentos da minha vida.
momentos importantes da minha vida, me ajudando a superar todas as dificuldades, acreditando em todas as decisões que tomei e todos os ensinamentos que guardarei para sempre na minha vida.
Ao meu orientador, professor Giuliano Crauss Daronco que dedicou bastante tempo dando sugestões, críticas e em geral me ajudando a realizar todo o trabalho.
A todos os professores envolvidos na minha caminhada em direção ao meu sonho por me transmitirem seus conhecimentos e me instigarem a sempre buscar mais conhecimentos.
O sucesso é uma consequência e não um objetivo.
urbana: Influência de reservatórios de detenção no controle de vazões. 2014. Trabalho de Conclusão de Curso – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias, DCEEng, UNIJUÍ, Santa Rosa, 2014.
A falta de planos municipais de drenagem urbana em conjunto com a elevada taxa de impermeabilização devido ao aumento desenfreado da urbanização vem causando um grande número de inundações e enchentes nas cidades e consequentemente grandes prejuízos a várias famílias. Nos últimos anos vem sendo pesquisadas e sendo postas em prática várias medidas de controle de escoamento com o intuito de deixar para trás o pensamento de levar toda a água pluvial a jusante da bacia. Boa parte dessas medidas já são largamente empregadas em outros países e inclusive em alguns estados do Brasil. Com intenção de melhorar a qualidade de drenagem urbana tentar e trazer novas soluções para os problemas, este trabalho tem como objetivo dissertar sobre reservatórios de detenção. Através de análise de vazões e volume produzido por chuvas serão avaliados os benefícios produzidos por esses reservatórios e a sua influência como controle de escoamento superficial sobre a vazão de enchentes. Para tal, foi escolhida uma bacia da cidade de Santa Rosa e através de imagens de satélite e dos dados hidrológicos existentes da cidade foi realizado os cálculos necessários para transformar a chuva em escoamento superficial, calculos de vazão e volume de água, e por fim calcular os volume dos reservatórios obtendo assim, na analise final as eficiência e benefício produzidos por ele.
urbana: Influência de reservatórios de detenção no controle de vazões. 2014. Trabalho de Conclusão de Curso – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias, DCEEng, UNIJUÍ, Santa Rosa, 2014.
The lack of municipal urban drainage systems plans in conjunction with the high level of waterproofing due to the rampant increase in urbanization is causing a lot of flooding in cities and consequently great material loss, and sometimes human loss to many families. In recent years has been researched and putting into action various measures of flood control in order to leave behind the thought of taking all the rain water downstream of the basin. Most of these measures are already widely used in other countries and even in some states of Brazil. Intended to improve the quality of urban drainage and try to bring new solutions to urban drainage in the city, this paper aims to elaborate on detention reservoirs. Through analysis of streamflow and rainfall volume produced will be evaluated the benefits produced by these reservoirs and its influence as a control runoff flow on the flood. To accomplish this will be chosen a bowl from Santa Rosa who has a high degree of waterproofing and through satellite images and existing hydrological data of the city the necessary calculations to transform the rain in runoff and calculate the volumes of the reservoirs and their efficiency and benefit.
Figura 2 - Santa Rosa ... 24
Figura 3 - Bacia Hidrográfica U30 - TURVO / SANTA ROSA / SANTO CRISTO 25 Figura 4 - Perimetro Urbano de Santa Rosa e os cursos d'agua que o cruzam .. 26
Figura 5 - Trechos da macrodrenagem tradicionalmente inundáveis ... 28
Figura 6 - Hidrograma e Hietograma ... 31
Figura 7 - Hidrograma Triangular do método Racional ... 35
Figura 8 - Tempo de concentração. Métodos mais frequentemente utilizados. ... 36
Figura 9 - Delineamento da pesquisa ... 39
Figura 10 - Bacia do Arroio Pessegueirinho ... 40
Figura 11 - Área escolhida para o Estudo ... 42
Figura 12 - Divisão de Bairros de Santa Rosa na Área Estudada ... 43
Figura 13 - Pluviometro ... 44
Figura 14 - Pluviografo ... 44
Figura 15 - Curva IDF e parâmetros para Santa Rosa ... 46
Figura 16 - Imagem reduzida da parte da bacia ... 47
Figura 17 - Tamanho da imagem comparada com o total da bacia ... 48
Figura 18 - Trecho do Talvegue Principal e sua Inclinação ... 51
Figura 19 - Hidrograma Pré-Urbanização ... 54
Figura 20 - Hidrograma Pós-Urbanização ... 54
Figura 21 - Porcentagem das áreas da bacia estudada ... 56
Figura 22 - Taxa de Ocupação dos Terrenos e Quadras ... 57
Figura 23 - Habitações nas proximidades do Arroio Pessegueiro ... 58
Figura 24 - Relação da Vazão Produzida ... 59
Figura 25 - Hidrograma comparativo entre as Chuvas Pré e Pós Desenvolvimento Urbano ... 60
Figura 26 - Áreas verdes próximas ao ponto de interesse no Arroio Pessegueiro ... 62
por tipo de rede coletora – 2000/2008 ... 19
Tabela 2 - População Urbana e Rural Brasileira ... 20
Tabela 3 - Dados Referentes as sub-bacias presentas na área de Santa Rosa . 25 Tabela 4 - Valores do Coeficiente C (ASCE, 1969) ... 34
Tabela 5 - - Postos Pluviométrico em operação em Santa Rosa ... 45
Tabela 6 - Média de Precipitações da região de Santa Rosa ... 46
Tabela 7 - Relação entre áreas da bacia ... 49
BNH Banco Nacional de Habitação
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística MMA Ministério do Meio Ambiente
NBR Norma Brasileira Revisada
PMSB Pesquisa Municipal de Saneamento Básico PNSB Pesquisa Nacional do Saneamento Básico SEMA Secretaria do Meio Ambiente
SuDs Sustainable Drainage System; Sistemas urbanos de Drenagem sustentável
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 Motivação ... 13 1.2 Problema ... 14 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 14 1.2.2 Objetivos ... 14 1.3 Delimitação: ... 15 2 DRENAGEM URBANA ... 16
2.1 Histórico da Drenagem urbana ... 16
2.2 Conceitos e Atualidades ... 18
2.2.1 Urbanização ... 19
2.2.1.1 Impacto no Ciclo Hidrológico: ... 21
2.2.1.2 Impacto sobre o sistema aquatico ... 22
2.2.1.3 Controles na Macrodrenagem: ... 22
2.3 Drenagem Urbana de Santa Rosa... 23
2.3.1 Informações Gerais ... 23
2.3.2 Microdrenagem ... 26
2.3.3 Macrodrenagem ... 27
2.3.4 Histórico de Inundações: ... 27
3 SUDS E RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO ... 29
3.1 Reservatórios de Captação: ... 31
3.1.1 Dimensionamento ... 32
3.1.1.1 Método Racional ... 33
4.1 Classificação da Pesquisa ... 37
4.2 Delineamento ... 37
5 DESENVOLVIMENTO ... 40
5.1 Escolha da Bacia Hidrográfica ... 40
5.2 Características da Bacia escolhida para o estudo ... 40
5.2.1 Características principais da área escolhida ... 42
5.3 Dados Pluviométricos ... 44
5.4 Áreas Impermeabilizadas ... 47
5.5 Intensidade da Chuva ... 49
5.5.1 Tempo de Concentração ... 49
5.5.1.1 Comprimento do talvegue principal da bacia ... 50
5.5.1.2 Inclinação do Talvegue e diferença das cotas de altura ... 50
5.5.2 Calculo da Intensidade da Chuva ... 52
5.6 Vazão Atual da Bacia ... 52
5.7 Vazão da Bacia sem áreas impermeabilizadas ... 53
5.8 Hidrogramas ... 53
5.8.1 Hidrograma Pré-Urbanização ... 53
5.8.2 Hidrograma Pós-Urbanização ... 54
5.9 Dimensionamento dos SUDs ... 55
6 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 56
6.1 Mapeamento das áreas ... 56
6.2 Vazões e Volumes ... 59
1 INTRODUÇÃO
Devido ao crescimento das cidades, o nível de impermeabilização das áreas urbanas acaba se tornando muito alto. Esse fato em conjunto com a falta de planos urbanos de drenagem, gerência inadequada e filosofia errônea dos projetos de engenharia, vem causando ao longo dos anos uma elevada série de inundações e consequentemente prejuízos muito elevados para sociedade como um todo que poderiam ser evitados (TUCCI, 1995).
Essas inundações são um problema crônico no Brasil. (Tucci, 1995) Como mostra a Pesquisa Nacional do saneamento básico de 2008, feita pelo IBGE que apenas 48,8% dos municípios brasileiros declararam não apresentar algum tipo de problema com inundação ou estrangulamento no sistema de drenagem. Dos municípios que sofreram esses problemas, grande parte são causados pelo dimensionamento inadequado de projetos, obstrução de bueiros e bocas de lobo, obras inadequadas, lençol freático alto, interferências físicas no sistema de drenagem, desmatamento entre outros.
O uso de novas técnicas de drenagem urbana, baseadas em sustentabilidade, chamados de SuDS ( Sustainable urban Drainage Systems) começaram a surgir nos outros países e apresentam uma série de relatos de experiências na execução dessas iniciativas a partir de década de 1980, como mostra Argue (2002) nos grandes progressos feitos na Austrália, Japão, Inglaterra e outros países.
Como se baseiam em sustentabilidade, esses SuDS buscam utilizar um novo pensamento na atividade gerencial do ciclo da água no meio urbano (Argue, 2002). Os SuDS buscam realizar o que Tucci (1995) chama de melhor drenagem que é a que drenagem o escoamento sem produzir impactos nem no local e nem a jusante.
1.1 Motivação
A principal motivação foi o interesse pessoal na verificação do aumento de volume produzido pela urbanização e os possíveis métodos de redução dessas vazões
de pico para a diminuição de enchentes e inundações com a utilização de novos métodos de drenagem com pensamento sustentável ao meio ambiente e a população.
Outra motivação foi a existência de pouca informação e estudos relacionados a esse assunto em pequenas e médias cidades, havendo a existência apenas nas capitais dos estados e em cidades grandes.
1.2 Problema
A falta de planos de drenagem municipais, a alta impermeabilização e filosofia errônea na execução de projetos de engenharia, objetivando drenar para longe o mais rápido possível o escoamento, vem elevando a ocorrência e frequência de inundações (TUCCI, 1995).
Existe uma grande quantidade de problemas de inundações urbanas que necessitam de medidas estruturais, mas várias experiências, tanto internacionais como nacionais, vêm mostrando que tais medidas, além de serem onerosas, não representam por si só solução eficaz e sustentável dos problemas mais complexos de drenagem urbana (TUCCI et al, 2009).
1.2.1 Questões de Pesquisa
Principal: Qual a influência de áreas impermáveis no aumento do escoamento superficial e o benefício produzido por reservatórios para captação da água da chuva quando utilizados como métodos de redução de vazões de picos em bacias urbanas para diminuir essas vazões?
Secundário: Qual a influência do uso de reservatório de captação em relação com as enchentes e inundação a jusante das bacias urbanas?
1.2.2 Objetivos
Principal: Avaliar o volume produzido por áreas impermeáveis criadas a partir da expansão urbana e os benefícios produzidos por reservatórios de detenção quando
utilizados para reduzir vazões de pico em bacias urbanas através do cálculo de volume de água da chuva produzido na bacia.
Secundário: Comparar o volume que deve ser retirado das ruas e o tamanho dos reservatórios para verificar a influência que esses reservatórios têm com enchentes e inundações a jusante das bacias;
1.3 Delimitação:
Essa pesquisa será delimitada a apenas uma bacia hidrográfica da cidade de Santa Rosa e aos dados hidrológicos existentes para a cidade.
2 DRENAGEM URBANA
Neste capítulo será abordada uma revisão bibliográfica sobre a drenagem urbana, buscando explicar sobre as suas origens, conceitos, atualidades, urbanização, enchentes, tipos de drenagem existentes, métodos utilizados pelas cidades, e sobre a drenagem urbana de Santa Rosa.
2.1 Histórico da Drenagem urbana
O ser humano sempre procurou se localizar nas proximidades de rios e assim surgiram as primeiras cidades devido às áreas próximas geralmente serem planas e propícias para o assentamento. Além disso, era fácil a obtenção de água, existia a possibilidade de utilização do rio como transporte e a existência de uma maneira de dispor os dejetos produzidos (TUCCI, 2003).
A ocorrência de inundações é um fenômeno normal da natureza, mas passaram a ser um problema com o surgimento das cidades nas proximidades dos rios. As famílias mais antigas, que tinham um maior conhecimento desses eventos históricos de inundações, começaram a se instalar nas áreas mais elevadas, mas com o crescimento dessas cidades as áreas mais baixas, propensas a inundações começaram a ser ocupadas por famílias da classe social mais baixa que não possuíam riquezas para se assentar em melhores lugares e com isso sofriam com inundações seguidas, sempre perdendo todos os seus bens (TUCCI, 2003).
Então a partir do momento que o ser humano tentou controlar o meio ambiente e a natureza na qual está inserido começaram a ser desenvolvidos sistemas de drenagem artificiais (BUTLER e DAVIES, 2004).
Em grandes cidades de antigas civilizações como os Gregos, na cidade de Atenas e os Mesopotâmios existem evidências arqueológicas de sistemas de drenagem para as construções existentes (BUTLER e DAVIES, 2004).
Segundo Webster (1962 apud Burian e Edwards 2002) duas ruínas das cidades da civilização Hindu, que floresceu as margens rio Valley por volta de 3000 AC, apresentam traços de sistemas de drenagem urbana. As cidades de Harappa e Mohenjo-Daro, separadas por 563 km, se apresentam arranjadas de acordo com um plano e que a drenagem urbana estava coordenada com o traçado da área das cidades. Existem conecções de praticamente todas as residências a canais abertos no meio das ruas, escavados ou construídos a cima dela. Os esgotos produzidos eram proibidos de escoar pelos canais sem um tratamento prévio realizado por valas que retiam os sólidos deixavam apenas passar o líquido. Os canais eram cobertos com rochas e podiam ser abertos para manutenções e limpezas periódicas.
De acordo com Jones (1967 apud Burian e Edwards 2002) o Império Mesopotamio, mais precisamente nos estados da Babilonia e Assiria apresentaram grandes avanços na drenagem urbana durante o segundo Milenio AC. As antigas cidades de Ur e Babilonia, localizados no presente Iraque, possuíam efetivos sistemas de controle de água pluvial. Esses sistemas continham sistemas ligados as residências para o esgoto e drenos específicos para escoamento da água da chuva.
Burian e Edwards (2002) citam grandes civilizações além das citadas possuíam sistemas de drenagem, principalmente os Egípcios, Hitiitas, Gregos e Chineses.
Benevolo (2003) cita as cidades do Império Romano, principalmente Roma que apresentava sistemas de esgoto cujas construções se iniciaram no século VIU e foram continuamente ampliadas e aumentadas. Esses sistemas destinavam-se a recolher as águas da chuva, a água em excesso dos aquedutos e as descargas dos edifícios públicos. Hill (1984) diz que fora a única civilização na Europa e Ásia da antiguidade até 1800 a utilizar ruas como superfícies permeáveis para drenagem da água pluvial. Hodge (1992 apud Burian e Edward) cita que além de drenar a água pluvial para longe, eram utilizadas cisternas no interior das residências para coletar o volume de água produzido pela chuva que caia no telhado dessas residências.
No Brasil a drenagem começou a pequenos passos, Santos Neto e Barros (2003 apud Marques 2006) citam a crise de cólera em 1855 na cidade do Rio de Janeiro que
causou a morte de mais de 5 mil pessoas e forçou o governo a decretar, no ano seguinte, a construção de redes de esgoto sanitário e águas pluviais na cidade. Entre 1964 e 1985 foi caracterizado pelo início dos investimentos na drenagem urbana no Brasil, financiado por empréstimos internacionais. Com a criação do Banco Nacional da habitação (BNH) foi autorizado recursos para a área de saneamento e com isso surgiu um montante inédito para a área.
Cruz, Tucci e Souza (2007) citam o início de novas abordagens de gestão no controle da drenagem urbana, saindo dos sistemas utilizados no passado. Primeiramente em Belo Horizonte com o seu Plano de Desenvolvimento Urbano. Em 2001, o município de São Paulo procedeu uma avaliação dos instrumentos legais disponíveis a nível municipal para o controle da impermeabilização e propuseram alterações. Em Curitiba no Paraná, no ano de 2003, fora criado o Programa de Conservação e uso racional de água nas Edificações (PURAE). Várias outras cidades apresentam iniciativas dispersas nessa gestão.
Em 2006, o Governo Federal lançou o programa Drenagem Urbana Sustentável, que está buscando promover políticas de desenvolvimento urbano sustentáveis através do uso e ocupação do solo e gestão das bacias hidrográficas com ações estruturais e não-estruturais.
2.2 Conceitos e Atualidades
De acordo com Butler e Davies (2004), sistemas de drenagem são necessários com o desenvolvimento e crescimento das cidades devido à interação do homem com o ciclo natural da água. Essa interação se apresenta de duas formas, águas residuais produzidas a partir do uso e consumo humano e águas pluviais produzidas através da chuva ou qualquer tipo de precipitação e precisam ser dispostos de maneira correta (BUTLER e DAVIES, 2004).
Os sistemas de drenagem urbana servem então para controlar esses tipos de águas produzidas com o intuito de minimizar os problemas a vida humana e ao meio ambiente. (Butler e Davies, 2004).
No Brasil, segundo a Lei N º 11.445 (BRASIL, 2007), que estabelece as diretrizes nacionais para o saneamento básico, é considerado apenas como drenagem urbana:
Conjunto de atividades, infra-estruturas e instalações operacionais de drenagem urbana de águas pluviais, de transporte, detenção ou retenção para o amortecimento de vazões de cheias, tratamento e disposição final das águas pluviais drenadas nas áreas urbanas;
Mesmo a com lei Nº 11.445 (BRASIL, 2007) separando a drenagem urbana de esgotamento sanitário, ainda é possível encontrar várias cidades no Brasil com sistemas de drenagem mistos, que recebem tanto água pluvial quanto esgoto, como mostra a tabela 1 da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico de 2008 (IBGE, 2014).
Tabela 1 - Municipios, total e com sistemas de drenagem urbana subterraneo, por tipo de rede coletora – 2000/2008
Grandes Regiões, Unidades da Federação, Regiões Metropolitanas e Municípios das Capitais
Municipios
Total
Com Sistemas de Drenagem Subterraneo
Total
Tipo de Rede Coletora Unitária ou
Mista Separadora 2000 2008 2000 2008 2000 2008 2000 2008 Brasil 5507 5564 3690 4019 806 987 3019 3384
Fonte: IBGE, 2014.
Pode-se perceber que o sistema de drenagem que prevalece na grande maioria das cidades é o sistema de separador absoluto, onde das 4.371 cidades que apresentam um sistema de drenagem subterrâneo, 3.019 são redes coletoras separadoras e apenas 987 são redes coletoras mistas, isso é apenas 69% das cidades. 2.2.1 Urbanização
A migração, principalmente as que ocorrem de áreas rurais para centros urbanos, ocorrem devido às pessoas acreditarem que ficarão mais satisfeitas com seus desejos e necessidades no novo local aonde vão, do que no local em que estavam. (Hassan e Khan, 2012). A partir disso grande parte da população rural veio em direção
das cidades em busca de empregos e vidas melhores o que acarretou um grande desenvolvimento urbano.
Essa migração é chamada de êxodo rural e começou a acontecer a partir de 1.950 no Brasil, como é mostrado na tabela 2, obtida nos censos demográficos feitos pelo IBGE.
Tabela 2 - População Urbana e Rural Brasileira
Total 2010 2000 1996 1991 1980 1970 1960 1950 Urbana 160.925.804 137.953.959 123.076.831 110.875.826 82.013.375 52.904.744 32.004.817 18.782.891 Rural 29.829.995 31.845.211 33.993.332 36.041.633 39.137.198 41.603.839 38.987.526 33.161.506 Percentual Urbana 84,36 81,25 78,36 75,47 67,7 55,98 45,08 36,16 Rural 15,64 18,75 21,64 24,53 32,3 44,02 54,92 63,84 Fonte:IBGE
Percebe-se pela tabela que de 1.950, havia 63,84% de toda população morando em áreas rurais e no ano de 2010 é apenas 15,64%. Ainda vale ressaltar que a população total em 1.950 era 51.944.477 pessoas enquanto que em 2.010 era de 190.752.799 pessoas.
Com a vinda de mais pessoas as cidades é iniciado um processo de urbanização que ocorre devido à necessidade de moradia a essas pessoas, e com isso surge uma série de impactos ambientais e populacionais. Segundo Tucci (2003) um dos problemas é como a urbanização se desenvolveu, sem projetos de drenagem urbana adequados e com isso eleva-se em várias ordens de magnitude a vazão máxima, a frequência e o nível de inundações.
A ocorrência dessas inundações que constituem um dos importantes impactos sobre a sociedade e são consequências dos seguintes processos (Tucci, 1995):
Enchentes em áreas ribeirinhas: são enchentes naturais que atingem a população que ocupa os leitos dos rios por falta de planejamento do uso do solo.
Segundo Tucci (2003) outros impactos produzidos pela urbanização sem planejamento são divididos da seguinte maneira:
Impacto no ciclo hidrológico;
Impacto ambiental sobre o sistema aquático;
Impactos produzidos pelos controles feitos na macrodrenagem;
2.2.1.1 Impacto no Ciclo Hidrológico:
De acordo com Tucci (2003), à medida que a urbanização aumenta a cobertura vegetal que ocupava a área, diminui devido ao aumento do índice de impermeabilização da bacia hidrográfica, através de telhados, ruas, calçadas, pátios. Toda água pluvial que antes era infiltrada pelo solo e ficava retida na vegetação agora é transformada em vazão e é escoada pelos condutos muitas vezes mal projetados e com isso, aumenta o escoamento superficial e a exigência de uma maior capacidade de escoamento dos condutos. Isso causa as seguintes alterações no ciclo hidrológico:
Redução da infiltração do solo; Aumento do escoamento superficial;
Diminuição do nível do lençol freático devido a baixa infiltração; Redução da evapotranspiração devido a diminuição da vegetação;
Fonte: Tucci, 2009
2.2.1.2 Impacto sobre o sistema aquático
Ocorre o aumento da temperatura devido à alta impermeabilização, onde os materiais utilizados como asfaltos e concretos absorvem mais energia da radiação solar e com isso a emissão da radiação térmica desses materiais de volta para o ambiente gera calor aumentando as temperaturas. Com o aumento da temperatura o índice de evaporação aumenta e consequentemente as precipitações também se elevam (TUCCI, 2003).
Outro impacto é obtido pelo aumento dos sedimentos produzidos pela limpeza de terrenos para edificação e construção de ruas. Com esse aumento a ocorrência de assoreamento das seções de drenagem com a redução da capacidade de escoamento, o transporte de poluentes agregados aos sedimentos contaminando as águas pluviais e com isso diminui a qualidade da água (TUCCI, 2003)
A contaminação dos aquíferos através da construção de aterros sanitários e da utilização de fossas sépticas como disposição final dos esgotos (TUCCI, 2003).
2.2.1.3 Controles na Macrodrenagem:
A utilização em projetos do princípio equivocado de que a melhor drenagem é a que retira a água excedente o mais rápido possível do seu local de origem e não considerar a bacia como um sistema de controle, onde os impactos são transferidos de um ponto a outro, em conjunto com os itens apresentados anteriormente causam um elevado prejuízo para a população e o poder público (TUCCI, 2003).
Com isso os controles na macrodrenagem são sempre a canalização dos corpos d’água em trechos críticos, o que resolve o problema apenas no ponto onde o trecho é executado, piorando a situação em outros locais onde esta se torna ainda pior (TUCCI, 2003).
Tucci e Genz (1995) definem sistemas de drenagem, que servem de medidas estruturais de controle do escoamento superficial e para combater os impactos produzidos pela urbanização, em:
Na fonte: sistema de controle do escoamento que ocorre no lote, condomínio ou empreendimento individualizado, estacionamentos, parques e passeios.
Micro drenagem: sistema de controle utilizando condutos pluviais ou canais em nível de loteamento ou de rede primária urbana.
Macrodrenagem: sistema de controle que envolve os sistemas coletores de diferentes sistemas de micro drenagem, envolve áreas de pelo menos 2km², são principais corpos d’água urbanos.
O principal objetivo desses sistemas de drenagem urbana foi ao longo de muitos anos evitar transtornos, prejuízos e riscos de inundação através da remoção do excesso de águas pluviais produzidas pelas chuvas da forma mais eficiente e rápida possível. Com esse enfoque várias ações foram concentradas na execução de projetos e obras e na análise econômica dos benefícios e custos dessas medidas, ditas estruturais (TUCCI et al, 2009).
De acordo com Argue (2002), a utilização de novos métodos de drenagem urbana que levam em consideração a qualidade e quantidade da água e a preocupação com o meio ambiente vem se tornando uma nova visão para a drenagem urbana. São chamados de Sustainable Urban Drainage Systems (SUDS) na Europa e LID (Low Impact Developmente) em Vancouver – Seattle e nos Estados Unidos, principalmente em Florida, Maryland e Washington DC. Existem vários documentos envolvendo essas iniciativas, incluindo descobertas importantes nessa área por Schueler (1987) (ARGUE, 2002).
2.3 Drenagem Urbana de Santa Rosa
Neste capítulo será abordada a drenagem urbana existente em Santa Rosa, mostrando dados gerais sobre a cidade e as bacias hidrográficas em que ela está inserida, microdrenagem, macrodrenagem e dados históricos de inundações.
Santa Rosa é um município brasileiro localizado no noroeste do Estado Rio Grande do Sul. Possui área total de 489,798km² e está localizada nas coordenadas geográficas latitude 27°52’16” e longitude 54°25’55” com altitude de 277 metros em relação ao nível do mar (IBGE, 2014).
De acordo com Fundação Estadual de Proteção Ambiental (2004) está localizado no clima Cfa – mesotérmico úmido e que apresenta chuvas bem distribuídas ao longo do ano com precipitações mínimas de 60mm no mês mais seco.
Fonte: Wikipedia, 2006.
Segundo o Plano Municipal de Saneamento Básico de Santa Rosa (2010), a cidade apresenta um índice pluviométrico médio de 1855,4mm por ano, dados obtidos de registros hidrológicos do posto pluviométrico de Giruá (código 2854003) entre as datas de 1977 a 2001.
Está localizada na Região Hidrográfica do Uruguai, que é dividida em 10 unidades, e Santa Rosa faz parte da unidade hidrográfica Turvo / Santa Rosa / Santo Cristo (U-30)
A bacia hidrográfica U30 é dividida em sub-bacias e Santa Rosa está inserida nas áreas das sub-bacias dos rios Amandaú, Santa Rosa e Santo Cristo, que ocupam 10,80%, 64,11% e 25,09% da área do município, respectivamente (Secretaria do Meio Ambiente - SEMA, 2014).
Fonte: FEPAM.
Tabela 3 - Dados Referentes as sub-bacias presentas na área de Santa Rosa Sub-bacias Hidrográficas Área
(km²) Comprimento do rio principal (km) Rede de drenagem(km) Perimetro (km) Desnivel do Talvegue (m/km) Densidade de Drenagem (km/km²) Sub-Bacia do Rio Amandaú 541,44 83,80 452,96 140,57 2,98 0,84 Sub-bacia do Rio Santa Rosa 1399,59 185,14 1022,67 212,81 1,62 0,73 Sub-bacia do Rio Santo
Cristo 898,10 121,73 716,29 155,22 2,46 0,80
Fonte: PMSB de Santa Rosa, 2010.
Fonte: PMSB de Santa Rosa, 2010.
De acordo com o PMSB de Santa Rosa (2010), os arroios Pessegueiro, Pessegueirinho e a Sanga do Inácio atravessam o perímetro urbano da cidade (figura 03). A cidade se desenvolveu em direção leste, partindo de sua região central seguindo a Avenida Expedicionário Weber que é o divisor de águas entre o arroio pessegueiro e a sanga do Inácio (PMSB de Santa Rosa, 2010).
2.3.2 Microdrenagem
Segundo o PMSB de Santa Rosa (2010) a cidade apresenta uma rede de drenagem subterrânea bastante fragmentada, contando com poucos trechos de tubulações, fazendo que a drenagem seja realizada diretamente pelas sarjetas e leito de ruas e avenidas. Devido à inexistência de cadastro geral do sistema de drenagem é impossibilitado um levantamento mais exato da rede existente.
O PMSB de Santa Rosa (2010), diz que com a existência de bocas de lobo e poços de visita em locais aparentemente aleatórios é constatado que as intervenções
estruturais na rede de drenagem são realizadas de forma pontual, sem critérios de projeto e de forma não sistemática. As obras de microdrenagem existentes não seguem uma padronização construtiva e apresentam riscos a população por falta de acabamentos adequados (PMSB,2010).
A falta de manutenção e a intervenção da população, com a elevação do acesso a garagem, por exemplo, causam grandes problemas na drenagem (PMSB, 2010). 2.3.3 Macrodrenagem
Toda a macrodrenagem da cidade de Santa Rosa é constituída pelos arroios que cruzam a área urbana do município, todos os cursos d’água apresentam leito em solo e rochas naturais, menos um pequeno trecho do arroio Pessegueirinho com cerca de 1.300 metros que tem o fundo e as margens revestidas de concreto. Esse trecho revestido de concreto apresenta vários problemas, como a existência de várias placas de concreto tombadas (PMSB, 2010).
2.3.4 Histórico de Inundações:
De acordo com o PMSB (2010), periodicamente a cidade de Santa Rosa enfrenta problemas devido a inundações, como por exemplo a inundação ocorrida em 2009, onde 197 famílias foram atingidas após uma precipitação de 120mm em 5 horas.
O PMSB (2010) classifica os alagamentos que acontecem na cidade de Santa Rosa em:
Alagamentos devido à urbanização: que ocorre devido à impermeabilização do solo, onde ruas, pátios, passeios são alagados temporariamente e podem ocorrer em qualquer local da bacia.
Inundações ribeirinhas: ocorrem geralmente devido a causas naturais caracterizados pelos efeitos de enchentes periódicas, em média de 1,5 a 2 anos nos cursos d’água, tem duração superior aos alagamentos devido à urbanização e são localizados no fundo dos vales e várzeas.
Segundo o PMSB (2010), a inexistência de uma rede de drenagem eficiente é um dos maiores problemas da ocorrência de alagamentos, onde a água escoa pelas
vias publicas causando interrupções no trânsito e problemas nos pavimentos. O traçado dessas vias é outro problema, onde grande parte delas estão orientadas para os fundos dos vales, cortando perpendicularmente as curvas de nível e com isso acelerando o escoamento superficial (PMSB, 2010).
Fonte: PMSB de Santa Rosa, 2010.
A figura 5 mostra as áreas com maior facilidade de inundações. Pode-se perceber que a região onde o arroio Pessegueirinho e a Sanga do Inácio se juntam é o ponto onde são observados os maiores problemas com inundações ribeirinhas, onde estão os bairros: Vila Jardim Petrópolis, Vila Nova, Vila Planalto, Vila Piekala e Vila Esmeralda (PMSB, 2010).
3 SUDS E RESERVATÓRIOS DE DETENÇÃO
Woods-Ballard et al. (2007) definem como SuDs todos sistemas de drenagem desenvolvidos com os ideais de sustentabilidade. A utilização desses sistemas tem como objetivo minimizar os impactos no desenvolvimento da qualidade e quantidade do escoamento e contribuir sempre que possível na melhoria ambiental.
Esses sistemas de drenagem são mais sustentáveis que os sitemas de drenagem convencionais devido ao fato de controlarem a taxa de escoamento, reduzirem os impactos da urbanização na ocorrência de enchentes, protegerem e melhorarem a qualidade da água, atenderem as necessidades das populações locais, providenciarem um habitat para os animais nos cursos d’água urbanos e contribuírem na recarga natural das águas subterrâneas (ANDOH E IWUGO, 2002).
Esses sistemas são designados para contribuir sempre que possível na melhoria ambiental e manejar os riscos ao meio ambiente resultantes do escoamento da água pluvial. A filosofia principal que os SuDs utilizam é replicar, da maneira mais próxima possível, a drenagem natural que ocorreria antes do desenvolvimento urbano da região (WOODS-BALLARD et all, 2007).
Além das medidas estruturais através dos SUDS definidas por Tucci (2009) como “obras de engenharia implementadas para reduzir o risco de enchentes”, existem medidas não estruturais definidas como “aquelas em que os prejuízos são reduzidos pela melhor convivência da população com as enchentes”. Essas medidas podem ser divididas em:
A regulamentação do uso da terra ou zoneamento de áreas inundáveis: onde não será permitida a ocupação de áreas facilmente inundáveis, principalmente nas áreas ribeirinhas, que deverão ser utilizadas para recreação desde que o investimento seja baixo e não, recomendações aos sistemas de esgoto cloacal, pluvial e viário;
Construções a prova de enchentes: São as medidas projetadas para reduzir as perdas em habitações localizadas perto de várzeas durante enchentes;
Previsão e alerta: composto de um centro de análise de dados hidrológicos que realiza previsão sobre chuvas com modelos matemáticos e um Plano de Defesa Civil que envolve todas as ações para reduzir as perdas durante as enchentes; Seguro: Permite aos indivíduos ou as empresas a obtenção de uma proteção
econômica para as perdas eventuais.
Woods-Ballard et al. (2007) define como os SUDS mais tipicamente usados: Filter Strips: Áreas grandes e pouco inclinadas cobertas de vegetação que tratam
escoamento superficial de áreas vizinhas;
Swales: Canais rasos cobertos de vegetação, usados para transportar e armazenar o escoamento e infiltra água no solo;
Infiltration Basins: Depressões na superfície designados para armazenar o escoamento e infiltrar a água no solo;
Wet Ponds: Bacias com água permanente, utilizadas para o controle da qualidade da água. Providenciam um armazenamento temporal para o escoamento superficial acima do nível permanente de água;
Extended detention basins: Bacias normalmente secas ou com um pouco de água permanente, designadas para armazenar certos volumes de água da chuva e providenciar a qualidade da água através de tratamento.
Filter Drains: Trincheiras preenchidas com material permeável, usados normalmente em estradas onde a água do pavimento escoa para a trincheira. São usados drenos na parte inferior da trincheira para transportar a água para outros locais;
Infiltration devices: Armazenam água por um breve período de tempo permitindo a percolação da água no solo;
Pervious Surfaces: Superfícies permeáveis que permitem a água da chuva de se infiltrar numa camada de armazenamento existente sobre a essa superfície. Essa água pode ser reusada ou lançada na superfície antes de se infiltrar;
Green Roofs: Telhados verdes, eles são sistemas que ocupam o telhado de uma
3.1 Reservatórios de Captação:
De acordo com Tucci (2009) com o desenvolvimento e o aumento da superfície impermeável de uma bacia é provocado um aumento do pico dos hidrogramas e o uso de reservatórios de armazenamento é uma medida intensiva que serve de controle de enchentes retendo parte do volume das chuvas, diminuindo o pico dos hidrograma durante as enchentes, reduzindo o impacto a jusante do barreamento.
Porto (1995) define como hidrograma um gráfico, ao longo do tempo, das vazões causadas por um determinado hietograma (medida usada na meteorologia para determinar a quantidade de chuva em um local).
Fonte:UNAMA, 2009.
O uso desses reservatórios não diminui o volume de escoamento gerado, apenas o redistribuem ao longo de um tempo maior, diminuindo os impactos na macrodrenagem. São geralmente drenados em menos de um dia. Sua área de ocupação pode ser utilizada para fins recreacionais quando seca (TUCCI, 2009).
Tucci (2009) apresenta os seguintes benefícios na utilização desses reservatórios:
Reduzir o problema de inundações localizadas;
Reduzir os custos de um sistema de galerias de drenagem, divido a redução das dimensões das galerias;
Melhorar a qualidade da água;
Minorar os problemas de erosão nos cursos d’água devido a redução da vazão; Aumentar o tempo de resposta do escoamento superficial;
Melhorar as condições para o reuso de água e recarga dos aquíferos; Reduzir às vazões máximas de inundação a jusante;
Os reservatórios podem ser tanto enterrados com a céu aberto, dependendo apenas da sua localização e das condições existentes nesse local. Essa localização depende da urbanização da área na qual quer se instalar, pois depende de espaço devido ao seu tamanho e das áreas que ainda serão desenvolvidas, procurando instalar o reservatório em áreas de pouco valor, aproveitando as depressões naturais e parques existentes (TUCCI e GENZ, 1995).
3.1.1 Dimensionamento
Para realizar o dimensionamento dos reservatórios é necessário calcular primeiramente o seu volume efetivo. Tucci e Genz (1995) dizem que esse volume pode ser obtido pelos seguintes cálculos:
Métodos Simplificados, quando a área é pequena ou a nível de planejamento; Modelo de amortecimento em reservatórios, para caso de projeto;
O modelo simplificado, que se encaixa no nosso caso, utiliza apenas algumas informações do hidrograma, como o valor da vazão de pico, tempo de pico e tempo de concentração. (Tucci e Genz, 1995).
McCuen (1989) utilizou um hidrograma triangular para realizar o cálculo do volume do reservatório, e apresentou a seguinte expressão para o cálculo do Vs (volume entre o hidrograma de entrada e o hidrograma de saída):
onde
Onde:
Q = Vazão de pico antes e depois da urbanização; onde td = tempo depois da urbanização.
3.1.1.1 Método Racional
O conhecimento da vazão máxima (de pico) de uma bacia hidrográfica e seu hidrograma é muito importante devido a possibilidade de sua utilização na previsão de enchentes e no projeto de obras hidráulicas e necessários para o controle e atenuação de cheias numa determinada área (TUCCI, 1995).
Em 1851, o Irlandês Thomas Mulvaney, desenvolveu um método para realizar o cálculo dessa vazão máxima chamado de Método Racional e utilizado por Emil Kuichling em 1899 nos Estados Unidos da América. É um método indireto largamente utilizado para determinar a vazão de projeto de pequenas bacias de até 2 km² (TUCCI, 1995), mas vários autores e outros países utilizam para áreas maiores.
A equação do Modelo de cálculo Racional é a seguinte:
Onde:
Qmax= Vazão máxima;
C = Coeficiente de perdas;
I = Intensidade da precipitação (mm/h); A = Área da bacia hidrográfica (km²).
3.1.2 Intensidade da Chuva
É a intensidade média da chuva, em mm/h considerada constante em toda a sua duração.
3.1.3 Coeficiente de Perdas (C)
Segundo Tucci (1995), a estimativa do coeficiente é baseada em tabelas propostas por pesquisadores e tem aspectos subjetivos. Na tabela a seguir, são apresentados os valores recomendados.
Embora o método Racional apenas tenha como resultado a vazão de pico, Porto (1995) diz que é possível determinar o hidrograma para aquela bacia desde que seja admitida a forma triangular para o mesmo e que o coeficiente C represente apenas a transformação da chuva total em chuva excedente.
Tabela 4 - Valores do Coeficiente C (ASCE, 1969)
Superficie C
Intevalo Valor esperado
Pavimento
Asfalto 0,70 - 0,95 0,83
Concreto 0,80 - 0,95 0,88
Calçadas 0,75 - 0,85 0,80
Telhado 0,75 - 0,95 0,85
Cobertura: Grama solo
arenoso
Plano (2%) 0,05 - 0,10 0,08
Médio (2 a 7%) 0,10 - 0,15 0,13
Alta (7%) 0,15 - 0,20 0,18
Grama, solo pesado
Plano (2%) 0,13 - 0,17 0,15
Médio (2 a 7%) 0,18 - 0,22 0,20 Declividade alta (7%) 0,25 - 0,35 0,30
Fonte: Porto (1995).
De acordo com Porto (1995) o tempo de concentração juntamente com o coeficiente C são parâmetros cruciais no método Racional. Existem diversas fórmulas para o seu cálculo que consideram as características físicas da bacia, da sua ocupação e da intensidade da chuva.
A Forma mais aceita é através do método cinemático, que consiste em dividir a bacia em N trechos homogêneos e calcular a velocidade de escoamento para cada um deles (Porto, 1995). O tempo de concentração seria dado por:
∑ Onde:
Li = Comprimento de cada trecho homogêneo, em metros;
Vi = Velocidade de escoamento no trecho, em m/s.
Devido a necessidade de saber o tempo de concentração, vários autores, através de pesquisas e estudos criaram fórmulas baseadas em vários fatores, como comprimento do talvegue, no caso o rio, inclinação média, entre outros. As fórmulas mais aceitas para se calcular esses tempos estão na figura 8, a seguir.
Fonte: Martins, Pinheiro e Carmo (2003).
Martins, Pinheiro e Carmo (2003) apresentam a tabela acima com os métodos frequentemente utilizados para realizar o cálculo do tempo de concentração.
A partir desses dados é possível determinar os hidrogramas triangulares da bacia hidrográfica e consequentemente calcular o volume necessário ao reservatório.
4 METODOLOGIA
Nesse capítulo será classificado o tipo de pesquisa, explicando a metodologia que será utilizada para chegar aos resultados finais e explicando o cronograma previsto para o término da pesquisa.
4.1 Classificação da Pesquisa
Esta pesquisa pode ser classificada quanto à natureza, como uma pesquisa aplicada, pois procura produzir conhecimentos para aplicação prática dirigidos a solução de problemas específicos.
Quanto a forma de abordagem é classificada como quantitativa e qualitativa pois utilizará dados históricos de chuvas e uma abordagem descritiva dos processos que ocorrem na urbanização e drenagem urbana.
Quanto aos objetivos é uma pesquisa exploratória, aproximando-se de uma pesquisa explicativa, com procedimentos de pesquisa bibliográfica pois envolve levantamento bibliográfico e busca proporcionar maior familiaridade e visão do problema, tornando-o explicito ou construindo hipótese sobre ele.
4.2 Delineamento
O Delineamento da pesquisa segue a figura 8 mostrada a seguir.
Após o término da etapa exploratória, na qual se realizou a revisão bibliográfica, foi iniciado o desenvolvimento da pesquisa, que consistiu em primeiramente realizar um pré-calculo do escoamento superficial e o volume de água produzido utilizando o método racional:
Antes da urbanização, partindo da premissa da bacia escolhida estar coberta de vegetação;
Após a urbanização, onde irá ser considerado que o aumento do escoamento devido as áreas impermeáveis;
Para a realização desses cálculos foram realizadas as caracterizações de várias variáveis. Primeiramente foi escolhida uma parte de uma bacia da cidade de Santa Rosa na qual foi realizado o estudo. Após a escolha o processo de cálculo das áreas impermeáveis através da utilização de imagens de satélite, obtidas do software Google Earth, foi iniciado, na qual foi possível identificar áreas impermeabilizadas e áreas verdes.
Com o mapeamento de todas as áreas impermeáveis da bacia foi iniciado o processo de cálculo das outras variáveis, como a intensidade média da chuva obtida pelos dados pluviométricos da cidade de Santa Rosa através da curva IDF ajustada para cidade e o coeficiente de escoamento superficial, que considera áreas impermeáveis e áreas permeáveis, tempos de concentração.
Com todas as variáveis encontradas foi aplicado o modelo de cálculo das vazões de pico para as duas diferentes situações.
Com as duas vazões de pico foram criados os Hidrogramas para representar as duas situações, utilizando o modelo triangular e assim realizar comparações e dimensionar os reservatórios de armazenamento.
Por fim, na etapa de reflexão, a partir dos dados obtidos foram realizados comparativos e assim identificados os possíveis benefícios da execução desses SuDs e a sua influência nas enchentes que acontecem na cidade de Santa Rosa.
Após o desenvolvimento do estudo foram feitas as considerações finais sobre os resultados obtidos com a realização deste trabalho.
Fonte: Autoria Própria. Figura 9 - Delineamento da pesquisa
5 DESENVOLVIMENTO
Nesse capítulo será realizado o desenvolvimento do trabalho através da escolha da área de uma das bacias hidrográficas da cidade de Santa Rosa e sua caracterização e mapeamento. Também serão obtidos os dados históricos pluviais existentes da cidade para a realização dos cálculos necessários para obtenção dos resultados finais. 5.1 Escolha da Bacia Hidrográfica
A área urbana da cidade de Santa Rosa é banhada por três rios, mais precisamente dois arroios e uma sanga chamados respectivamente de Arroio Pessegueiro, Arroio Pessegueirinho e Sanga do Inácio, como mostra a figura 5 no capítulo 2.
Dessa maneira pode se dividir a cidade em três Bacias Hidrográficas, sendo uma para cada um dos cursos hídricos. A Sanga do Inácio e o Arroio Pessegueirinho tem sua fonte na área urbana da cidade e ambas desaguam no Arroio Pessegueiro, e este desagua no Rio Santo Cristo que deságua no Rio Uruguai.
A escolha da Bacia Hidrográfica a ser estudada foi realizada através de um sorteio entre as três bacias existentes. Foi escolhido para receber o estudo a Bacia do Rio Pessegueirinho que apresenta várias características que serão explicadas e aprofundadas no próximo capítulo.
5.2 Característica da Bacia escolhida para o estudo
A bacia hidrográfica do Arroio Pessegueirinho apresenta uma grande extensão de área na qual é bastante dividida entre áreas altamente urbanizadas e também áreas com pouca urbanização, com bastante vegetação e áreas de plantio agrícola. Essas áreas pouco urbanizadas estão no plano de planejamento e expansão da cidade e devem ser bem estudadas para não haver problemas de drenagem urbana no futuro.
A bacia apresenta como seus divisores de água Avenida Expedicionário Weber e a BR 472 formando uma área de grande extensão como mostra a figura 9, a seguir:
Através da imagem é possível perceber que a área da bacia, em contorno amarelo, do arroio Pessegueirinho é de grande extensão, ocupando grande parte urbana da cidade. Devido a essa grande extensão da área da bacia, foi optado realizar o estudo apenas na parte inicial da bacia como mostra a figura 11, a seguir.
Fonte: Autoria Própria.
5.2.1 Características principais da área escolhida
A área escolhida para realizar o estudo está localizada na parte inicial do Arroio Pessegueirinho, desde sua fonte, até o 19° RC Mec considerado como parte inicial da bacia, tendo como seus divisores de água a Avenida Expedicionário Weber e a BR 472, da mesma forma que toda a Bacia do Arroio Pessegueirinho.
Sua área total é bem dividida entre áreas rurais e áreas urbanas, diferentemente do resto da cidade, sendo que as áreas rurais ocupam mais que 50% de sua área total, sendo essas vegetação nativa e campos agrícolas.
É ocupada em grande parte pelo Bairro Central e pequenas partes do Bairro Cruzeiro, Bairro Centro e do Bairro Glória, como mostra a figura 11, a seguir.
Fonte: Plano Diretor de Santa Rosa. http://www.santarosa.rs.gov.br/downloads_ver.php?dow_id=102
Através de imagens de satélite e os mapas da cidade é possível identificar que a vila Flores e a Vila Beatriz, ao sul do arroio pessegueiro, apresentam um desenvolvimento urbano alto, com uma uniforme ocupação das quadras.
No lado oposto a essas vilas, no lado norte do arroio Pessegueirinho é possível perceber uma grande quantidade de áreas verdes, divididas em áreas com floresta nativa, principalmente as margens do arroio devido a área ser de preservação ambiental e áreas de plantações.
5.3 Dados Pluviométricos
“A precipitação é entendida em hidrologia como toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície terrestre.” (TUCCI, 1997).
Para poder aplicar modelos de cálculo de vazão, para dimensionar SUDs e outros sistemas de drenagem ou detectar locais de inundações em várzeas ribeirinhas é necessário saber o valor da precipitação intensa ou máxima (ZAHED e MARCELLINI, 1995).
O problema e a dificuldade estão em determinar com precisão esses dados devido à necessidade da previsão e interpretação de chuvas, pois elas são um fenômeno meteorológico de grande aleatoriedade (BUTLER e DAVIES, 2004).
Sua determinação se baseia através da observação ao longo de muitos anos criando séries históricas de dados que podem ser usadas para a determinação das chuvas, inclusive as máximas existentes para as áreas.
A observação e a coleta de dados pode ser feita de várias maneiras e com vários instrumentos. Os mais utilizados pluviômetros, figura 12, ou por pluviógrafos, figura 13.
Fonte: Fotos tirada por Samantha. Disponivel em: http://meteoropole.com.br/2011/12/o-que-e-um-pluviometro/
Esses equipamentos têm como função medir a quantidade de chuva que ocorre numa determinada área unitária e é representada por uma medida de comprimento, no caso, uma altura. Ela representa uma altura equivalente de água sobre uma superfície de área em que todo o volume precipitado fosse distribuído uniformemente (ZAHED e MARCELLINI, 1995).
Devido à impossibilidade de realizar a medição do volume total precipitado em uma área grande é feita uma instalação desses equipamentos em pontos específicos para realizar assim uma estimativa do volume total precipitado.
Segundo o Plano Municipal de Saneamento Básico (2010), no município de Santa Rosa existem nove pontos de amostragem, sendo apenas um deles não cadastrado na rede nacional. A tabela a seguir mostra os pontos, sua localização.
Fonte: Plano de Saneamento Básico de Santa Rosa.
Todos esses postos estão distribuídos nas proximidades da área urbana da cidade que é um fator físico que influencia a precisão real da chuva que ocorre na área urbana (PMSB, 2010).
Esses postos apresentam uma série dados históricos consistentes, do período de Janeiro de 1939 até Novembro de 2009, e com isso foi possível, através do método do polígono de Thiesen, espacializar as precipitações transformando esses dados em médias mensais como mostra a tabela 6 a seguir (PMSB, 2010).
Fonte: Plano Municipal de Saneamento Básico de Santa Rosa (2010).
A partir desses dados mensais e com a execução de uma degradação da chuva em um dia foi possível obter uma equação analítica que relaciona a intensidade da precipitação (mm/h) em função da duração (h) e do tempo de retorno (ano), uma curva IDF ajustada para a cidade de Santa Rosa (PMSB, 2010) como mostra a figura a seguir.
Fonte: Plano Municipal de Saneamento Básico de Santa Rosa (2010). Tabela 6 - Média de Precipitações da
região de Santa Rosa
5.4 Áreas Impermeabilizadas
Na bacia escolhida como já citado, existem áreas impermeabilizadas, sendo estas compostas em sua grande parte por telhados, calçadas e ruas. Para calcular a vazão total produzida nessa parte da bacia é necessário saber o quanto de volume será produzido.
Assim, através de imagens de satélites obtidas pelo software Google Earth, foi possível realizar uma composição de áreas impermeáveis e áreas permeáveis da bacia escolhida para obter sua metragem, através da utilização do Software AutoCad.
Como a área escolhida para realizar o estudo é grande, a utilização de uma única imagem de satélite total da bacia se tornou inviável devido a qualidade dela ser ruím e impossibilitar uma definição mais precisa das áreas de telhados e calçadas. A partir disso foi optado por dividir toda a bacia em várias imagens aproximadas, onde cada uma englobando algumas quadras, sendo assim possível definir de maneira mais precisa as áreas de telhado, calçadas e ruas, como mostra a figura 15, a seguir como exemplo. O restante das imagens da bacia está em anexo.
Fonte: Autoria Própria.
Na imagem é possível perceber que ela representa apenas um pedaço do total da bacia, representando apenas os telhados e calçadas de 7 quadras. A imagem está aproximada a 100 metros da superficie na qual é possível identificar de maneira precisa as áreas de telhado, calçadas e áreas verdes. A figura 16, a seguir representa a área da imagem acima, em vermelho, comparada com a total estuda em amarelo.
Fonte: Autoria Própria.
Após a divisão de toda a bacia em imagens e a identificação das áreas de telhado, calçadas e ruas de cada uma delas foi obtido a seguinte composição:
Tabela 7 - Relação entre áreas da bacia Bacia do Arroio Pessegueirinho
Ocupação Área (Ha) Percentual Coberturas e Calçadas 50,98 8,85
Ruas 32,63 5,66 Áreas Verdes e Vegetação 492,78 85,49
Total: 576,39 100,00 Fonte: Autoria Própria.
5.5 Intensidade da Chuva
A intensidade da chuva para o estudo foi calculada a partir da fórmula da Curva IDF – Intensidade, Duração e Frequencia, da cidade de Santa Rosa obtida a partir do PMSB (2010). A fórmula obtida foi a seguinte:
Onde:
i = Intensidade da chuva (em mm/h);
Tr = Tempo de retorno da chuva (em anos); t = duração da precipitação (em horas).
Dos dados necessários para a realizar o cálculo da intesidade da chuva, o Tempo de Retorno foi optado por ser de 100 anos e a duração da chuva foi escolhida como o tempo de concentração da bacia hidrográfica, que está mostrado a seguir. 5.5.1 Tempo de Concentração
Como mostrado no capítulo 3, existem muitas fórmulas e maneiras de se calcular o tempo de concentração. No estudo foi escolhido as fórmulas da SCS e de Kirpich (1940).
SCS:
(
)
Onde:Tc = Tempo de concentração (horas);
L = Comprimento do talvegue principal da bacia (km); I = Inclinação do talvegue principal da bacia.
Kirpich:
Tc = Tempo de concentração (horas);
Lb = Comprimento do talvegue principal da bacia (km);
h= Diferença de cotas do talvegue principal da extrema montante até a seção de referencia (m).
5.5.1.1 Comprimento do talvegue principal da bacia
Através do auxílio do software autocad e das imagens de satélite disponíveis no software Google Earth foi possível medir o comprimento do talvegue principal. Seu comprimento é Lb = 2819,22 m.
5.5.1.2 Inclinação do Talvegue e diferença das cotas de altura
Com o auxílio do software Google Earth é possível identificar a inclinação do talveguei principal devido a um recurso disponível na qual você traça um caminho, no caso o talvegue principal da bacia, e ele te da as informações de inclinações e comprimentos ao longo de todo o trecho.
A figura a seguir representa todo o trecho principal do talvegue a bacia estudada em azul e sua inclinação ao longo de toda extensão.
Fonte: Autoria Própria.
Para o método SCS foi utilizado a inclinação média igual a de 2,4% já calculada pelo Software Google Earth e para o método de Kirpich foram usados a diferença entre cotas máximas de 309m até 273m tendo um Δh de 36m.
SCS:
(
)
(
)
Kirpich:
5.5.2 Cálculo da Intensidade da Chuva
Com o valor do tempo de concentração, escolhido do método do SCS, foi considerado como o tempo de duração da chuva e a escolha do tempo de retorno como 100 anos foi calculado intensidade da chuva através da fórmula mostrada anteriormente e obtido o seguinte valor:
5.6 Vazão Atual da Bacia
O cálculo da vazão de uma bacia através do método racional é dado pela seguinte formula:
Onde:
Qmax= Vazão máxima;
C = Coeficiente de perdas;
I = Intensidade da precipitação (mm/h); A = Área da bacia hidrográfica (km²)
Utilizando a intensidades da chuva, a área e o coeficiente C sendo dividida entre as áreas impermeáveis (Telhados e Ruas = 0,85) e verdes (Vegetação = 0,20) foi obtido o seguinte valor.
5.7 Vazão da Bacia sem áreas impermeabilizadas
O cálculo da vazão de uma bacia através do método racional é dado pela seguinte fórmula:
Onde:
Qmax= Vazão máxima;
C = Coeficiente de perdas;
I = Intensidade da precipitação (mm/h); A = Área da bacia hidrográfica (km²)
Utilizando a intensidade da chuva, a área total, considerando tudo com vegetação nativa e o coeficiente C sendo todos como áreas verdes foi obtido o seguinte valor.
5.8 Hidrogramas
A partir dos dados obtidos anteriormente é possível criar os hidrogramas das chuvas os considerados como traingulares.
5.8.1 Hidrograma Pré-Urbanização
A partir dos dados da vazão e tempo de concentração foi admitido o formato do hidrograma como tringular e que o coeficiente C represente a transformação da chuva total em excedente.
Fonte: Autoria Própria.
5.8.2 Hidrograma Pós-Urbanização
Da mesma forma que o hidrograma pré-urbanização este foi realizado a partir dos dados da vazão e tempo de concentração e admitido o formato do hidrograma como tringular e que o coeficiente C represente a transformação da chuva total em excedente.
Fonte: Autoria Própria.
Figura 19 - Hidrograma Pré-Urbanização
5.9 Dimensionamento dos SUDs
Como já citado no capítulo 3 McCuen (1989), através de hidrogramas triangulares, realizou o cálculo do volume do reservatório, e apresentou a seguinte expressão para o cálculo do Vs (volume entre o hidrograma de entrada e o hidrograma de saída):
onde
No caso da bacia estudada são obtidos os seguintes volumes:
6 ANÁLISE DOS RESULTADOS
Neste capítulo estarão apresentados as análises dos resultados obtidos no desenvolvimento do trabalho e alguns comparativos e influências que o uso de métodos de diminuição da vazão teria em relação a toda a área de estudo.
6.1 Mapeamento das áreas
O mapeamento de todas as áreas da bacia permitiu algumas considerações essencias para o estudo e para futuros estudos sobre esse assunto.
A totalidade da área impermeavéis de telhados, calçadas e ruas asfaltadas não chegou a passar de 15% da área total estuda, no caso 8,85% de áreas de calçadas e telhados e 5,66% de áreas de ruas, numa totalidade de 14,51%, sendo muito inferior a área permeavel existente com um total de 85,49%.
Fonte: Autoria Própria.
Isso se da ao fato de a bacia estudada estar na parte inicial do arroio pessegueirinho onde grande parte de sua área de drenagem ainda não apresenta
8,85 5,66 85,49 100,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Coberturas e Calçadas
Ruas Áreas Verdes e Vegetação Total: % d as ár e as
desenvolvimento urbano, sendo bastante ocupada por áreas verdes e de preservação, essa ao redor do arroio pessegueiro.
Sobre o mapeamento das áreas de telhados e calçadas pode-se perceber que em grande parte dos terrenos apresentavam taxas de ocupação médias. Dessa forma, a maioria das quadras apresentavam uma área verde equivalente a impermeável e assim a quantidade de escoamento produzida é menor comparada ao que poderia ser produzido pois essas áreas impermeáveis são a parte com maior influência na produção direta da vazão.
Fonte: Autoria Própria.
A existência dessa taxa de ocupação baixa nessas áreas urbanas acontece porque elas são mais destinadas ao uso residencial, onde a construção de habitações devem respeitar a limites impostos por lei na cidade e onde não há a necessidade de ocupação total do lote como existem em áreas comerciais nos grandes centros urbanos.
As áreas das ruas apresentam pequena porcentagem em relação ao total, mas mesmo assim elas tem grande influência nos escoamentos produzidos devido ao fato de serem impermeáveis e da mesma forma que os telhados e calçadas transformam a precipitação em escoamento diretamente.
As áreas verdes são principalmente ocupadas plantações, glebas urbanas de área muito elevada e em alguns locais ainda apresentam floresta nativa. Essas florestas existem apenas ao redor do Arroio, onde é definido por lei como áreas de preservação. Ainda assim existem em vários locais ao longo do Arroio construções e habitações que não respeitam os limites de distância impostos por essas leis podendo sofrer grandes danos sobre áreas de preservação ambiental ao redor de rios.
Fonte: Autoria Própria.
6.2 Vazões e Volumes
O cálculo das vazões e volumes produzidos por uma chuva nessa bacia hidrografica estudada permitiu algumas considerações essencias para o estudo e para futuros estudos sobre esse assunto.
Para o cálculo das vazões e volumes de água produzido nessa bacia foi necessário o cálculo da intensidade da chuva e esta apresentou um valor elevado de 194,72 mm/h. Esse alto valor é devido a escolha de um tempo de retorno de 100 anos, tempo normalmente escolhido para obras de macrodrenagem, significando que uma chuva desse tipo só aconteceria uma vez a cada 100 anos.
Outra condicionante nesse valor foi o tempo de duração da chuva, utilizado 9,33 minutos, que para bacias pequenas pode ser utilizado igual ao tempo de concentração que é calculado a partir da inclinação do talvegue principal da bacia, no caso o arroio pessegueirinho.
A partir dessa chuva e do mapeamento das áreas da bacia foi utilizado o método racional para obter as vazões para depois da da urbanização e para antes da urbanização e obtido os seguintes valores.
Tabela 8 - Vazões Encontradas Relação Vazão Pré-Pós Pré (m³/s) Pós (m³/s) 62,33837684 91,72709452
Fonte: Autoria Própria.
Figura 24 - Relação da Vazão Produzida
0 20 40 60 80 100 Pré Urbanização(m³/s) Pós Urbanização(m³/s) Vazão p ro d u zi d a (m ³/ s)
