RELATÓRIO PARCIAL
DOCENTES ENVOLVIDOS
ELDEMIR PEREIRA DE OLIVEIRA (COORDENADOR)
JAIRO RIBEIRO DA COSTA
WALTER CORRÊA CARVALHO JUNIOR PESQUISADORES
ALBEDS MESQUITA POVUAÇÃO
JOÃO HENRIQUE RIBEIRO IGNÁCIO
LEONARDO PINHO RIBEIRO
FELIPE FERNANDES DE SOUZA
LAURA CAROLINE DO AMARAL
ROGÉRIO DA SILVA MACHADO
WILSON HENRIQUE DA SILVA JUNIOR I – INTRODUÇÃO:
Notadamente necessita-se de água em qualidade e quantidade suficiente para manter os serviços básicos à vida humana, ou seja, a água é parte importante e impactante da engenharia. Neste prisma entram em cena os usos de recursos hídricos, que resumidamente se trata da conversão da água em insumo para atividades antrópicas específicas, e.g. Saneamento ambiental, lazer, indústrias, agropecuária, geração hidrelétrica, etc.
É extremamente relevante o fato de que os serviços de saneamento são entendidos como o conjunto de medidas que visam à preservação ou modificação das condições do meio ambiente, a fim de prevenir doenças e promover saúde para população além de facilitar a atividade econômica (INSTITUTO TRATA BRASIL, 2017; BRASIL, 2007; TUCCI, 2009; JORDÃO & PESSÔA, 2005; BRAGA et. al., 2005; FUNASA, 2007).
Mesmo com o advento de leis nacionais específicas a essa área, podendo ser citada a Lei de Saneamento Básico (BRASIL, 2007) e Política Nacional de Recursos Hídricos, a Lei das Águas (BRASIL, 1997), a população carece de melhoria da qualidade de vida.
Assim, foi proposto o projeto UNIVÁGUAS, fundamentado no curso de Engenharia Civil, com ações de curto, médio e longo prazo, para contribuir com a melhoria da situação da população várzea-grandense. O projeto consiste em 3 partes:
UNIVÁGUAS – PARTE 1: CONHECENDO AS ÁGUAS DE VÁRZEA GRANDE (ciclo 2017-2018): visa realizar o levantamento dos dados monitorados disponíveis para a cidade de Várzea Grande e gerar as principais modelagens matemáticas de dados hidrológicos (Chuva e Vazão) necessários ao desenvolvimento da Gestão de Recursos Hídricos.
UNIVÁGUAS – PARTE 2: CONHECENDO AS ÁGUAS DE VÁRZEA GRANDE (ciclo 2018-2019): visa propor novas metodologias e novos pontos de monitoramento para os principais rios e córregos da cidade de Várzea Grande com a finalidade de fomentar a modelagem matemática dos Recursos Hídricos e disponibilização de dados.
UNIVÁGUAS – PARTE 3: DESENVOLVENDO A GESTÃO DAS ÁGUAS EM VÁRZEA GRANDE (ciclo 2019-2020): visa fomentar a Gestão dos Recursos Hídricos na cidade com vista à resolução das principais problemáticas identificadas nas duas primeiras etapas.
Existe a possibilidade e é extremamente relevante a interação com outros cursos de interesse como Agronomia, Engenharia Ambiental, Arquitetura e Urbanismo, Serviço Social, Sistema de Informação, C.S.T. em Análise e Desenvolvimento de Sistemas, entre outros. Bem como a parceria com órgãos de interesse como Defesa Civil Estadual e Municipal, Prefeitura de Várzea Grande, Ministério Público, entre outros.
II – OBJETIVO:
Nesta primeira etapa do projeto é visado Conhecer e Identificar a disponibilidade hídrica nos corpos hídricos de várzea grande, as demandas por uso de recursos hídricos e cidadãos fragilizados pela ocorrência de eventos extremos.
III – DILIGÊNCIAS REALIZADAS:
Primeira Reunião
grupo de pesquisa ainda não havia iniciado suas atividades. Na reunião foram socializadas as metas e objetivos do grupo de pesquisa identificando possibilidades de atuação. Neste momento foi realizada a separação dos pesquisadores em dois sub-grupos, azul e vermelho, conforme a Figura 1 e definida a área de atuação de cada integrante.
Figura 1. Definição dos sub-grupos do projeto e identificação da área de atuação de cada pesquisador.
O Grupo Azul ficou encarregado de pesquisar os dados hidrológicos (notadamente chuva) em Várzea Grande, sendo a meta realizar visita técnica no Aeroporto de Várzea Grande, no Ministério de Agricultura de Pecuária (MAPA) e curso de agronomia do UNIVAG com a intenção de levantar os dados já existentes.
Já o Grupo Vermelho ficou encarregado da busca de dados geopolíticos (notadamente mapas geográficos e de uso e ocupação do solo) em Várzea Grande, tendo como meta a realização de visita técnica a Defesa Civil Estadual para obtenção de dados de mapeamento de alagamentos e erosões na cidade e identificação de bairros fragilizados; visita técnica ao Departamento de Água e Esgoto de Várzea Grande (DAE-VG) em busca de dados de projeto de drenagem urbana e córregos canalizados bem como plantas de engenharia e também visita técnica a Secretaria de Serviços Públicos e Mobilidade Urbana sobre o Plano de Mobilidade Urbana Sustentável de Várzea Grande para gerenciamento urbanístico da cidade.
Também foi realizada a reprogramação do cronograma de pesquisa para se adequar a realidade cotidiana de cada pesquisador, sendo definido que as reuniões passassem a ser mensais, definição da 2º reunião para agosto e participação no VII Seminário de Pesquisa e de Iniciação Científica do UNIVAG. A figura 2 apresenta o novo cronograma de atividades para o mês de
agosto/2017 e na figura 3 os integrantes do UNIVÁGUAS que participaram do Seminário de Iniciação Científica.
Figura 2. Reprogramação do cronograma do projeto de pesquisa para o mês de agosto/2017.
Figura 3. Pesquisadores participantes do VII Seminário de Pesquisa e de Iniciação Científica do UNIVAG.
Segunda Reunião
A segunda reunião ocorreu no dia 16/08/2017 e marcou o efetivo início das atividades do grupo de pesquisa. Nesta reunião foram definidas prioridades de trabalho a fim de atingir as metas estabelecidas além da definição dos componentes do grupo conforme Termo de Compromisso entre os discentes e o UNIVAG Centro Universitário.
Inclusive nesta reunião houve a participação de um representante da SEMOB/VG, o sr. Deivison, que disponibilizou documentos importantes para o andamento da pesquisa, são eles:
- Apresentação em Power Point da confecção da Carta Geotécnica referente a orla sul (margem direita) do Rio Cuiabá; e
- Lei de Zoneamento, Uso e Ocupação do Solo em Várzea Grande.
Terceira Reunião
A terceira reunião ocorreu na data de 08/09/2017 e se tratou mais com a intenção de motivar os discentes para continuidade das pesquisas. Até este momento o grupo havia conseguido poucos dados para trabalhar devido a real e premente dificuldade de aquisição de dados no município de Várzea Grande.
Quarta Reunião
Aconteceu na data de 18/10/2017 tendo como pauta a socialização dos dados já coletados e resumo das pesquisas realizadas. Nesta reunião foi identificada a posse dos seguintes dados coletados:
Médias de chuvas mensais em Várzea Grande – Av. da FEB Médias de chuvas mensais em Várzea Grande – Aeroporto Apresentação em Power Point da Carta Geotécnica da cidade Lei de Uso e Ocupação do Solo em Várzea Grande
Decreto do Zoneamento do solo em Várzea Grande Incluiu-se a necessidade da aquisição dos seguintes dados:
a. Dados de chuvas horárias em Várzea Grande; b. Mapa digital da cidade e carta geotécnica; c. Mapeamento das áreas de risco existentes;
A fim de atingir a meta foi marcada uma visita técnica ao Professor Elder Madruga da UFMT, pois este havia participado da confecção da carta geotécnica atual da cidade. Também foi firmada uma visita técnica na Defesa Civil Estadual para levantamento das áreas de risco na cidade.
Quinta Reunião
Ocorreu na data de 03/11/2017 e se tratou de uma reunião pedagógica para socializar conhecimentos de obtenção de dados pluviométricos disponíveis on line e também de chuvas
estimadas por imagem de satélite. Nesta oportunidade, contou-se com a participação do Professor Ibraim Cruz da UFMT como especialista em hidrologia, sendo que esta troca de experiência foi altamente gratificante para o grupo UNIVÁGUAS.
IV – RESULTADOS PARCIAIS:
Grupo Azul
Foi identificado que os dados de precipitação disponíveis para a cidade de Várzea Grande são referentes à Estação CUIABÁ do INMET/INPE que se situa na Avenida da FEB junto ao Ministério da Agricultura e Pecuária (MAPA) nas coordenadas geográficas Longitude Oeste 56º6’32” e Latitude Sul 15º37’12,5” conforme apresentado na figura 4.
Figura 4. Localização da Estação CUIABÁ do INMET/INPE.
Trata-se de uma estação pluviométrica que disponibiliza dados de precipitações diárias com série histórica de janeiro de 1961 até os dias atuais compondo exatos 50 anos de série histórica já que existem 5 anos de falhas, onde as chuvas não foram monitoradas. O grupo de pesquisa realizou o download dos dados mensais e calcularam a estatística de precipitações médias mensais, resultando no gráfico apresentado na figura 5 com precipitação média de 114,5 mm/mês.
Cuiabá
Figura 5. Precipitações médias mensais da estação CUIABÁ INMET/INPE e média histórica.
Também se identificou a frequência de chuvas diárias máximas anuais através da seleção da maior chuva diária de cada ano da série histórica resultando no gráfico apresentado na figura 6. A média de chuvas diárias máximas é de 90,90 mm e desvio padrão de 20,79 mm tendo, portanto, um coeficiente de variação de 0,228.
Na intenção de encontrar uma função densidade de probabilidade (FDP) que se ajuste aos dados de precipitações diárias máximas anuais se calculou o número de ocorrências dos eventos extremos para posteriormente ser ajustado ao um modelo probabilístico.
A frequência foi calculada pela metodologia Weibull que é comumente utilizada em hidrologia tratando-se da estimativa da probabilidade de excedência de um evento qualquer:
Sendo,
Prob = a probabilidade de o evento ocorrer;
i = a ordem do valor na amostra ordenada do valor mais raro para o menos raro; e N = é o tamanho da amostra.
Utiliza-se também o conceito hidrológico de tempo de retorno (TR) que é o tempo médio em que determinado evento acontece e é dado pelo inverso da probabilidade:
Em que TR é dado em anos.
Desta maneira tentou-se ajustar os valores da amostra de precipitações diárias máximas anuais a duas distribuições estatísticas geralmente utilizadas em modelos hidrológicos, são elas: Distribuição Assintótica dos Extremos do tipo I, também conhecida como distribuição de Gumbel e a uma Distribuição Exponencial.
a) Distribuição de Gumbel
A função cumulativa de probabilidade de não-excedência de Gumbel é dada por:
Onde α e μ são parâmetros da distribuição. O parâmetro α é de escala e o parâmetro μ de locação. Sendo y as variáveis aleatórias formadas pelos valores máximos anuais.
Os parâmetros α e μ podem ser resolvidos pelo Método dos Momentos em função da média ( ) e desvio padrão (S) da amostra, resultando nas seguintes equações:
Deve-se considerar ainda que a distribuição de Gumbel é solucionada para probabilidade de não-excedência de valores, portanto deve-se utilizar o complemento de TR, ou seja:
Finalmente manipulando as equações (3) e (6), têm-se:
̂ * (
)+ ̂
b) Distribuição Exponencial
O modelo probabilístico exponencial, Prob = e-α.x pode ser linearizado utilizando os lagaritmos naturais (base e) retornando uma equação geral do tipo:
Os parâmetros B0 e B1 podem ser estimados pelo método dos mínimos quadrados. Esta
metodologia possui a lógica da minimização da diferença quadrática entre os valores medidos e calculados através da função exponencial.
A estimativa dos parâmetros é realizada de maneira iterativa, para tanto se utilizou da ferramenta Solver da planilha eletrônica do Microsoft Excel. O valor dos mínimos quadrados é obtido através da expressão a seguir:
Onde:
MMQ – Método dos Mínimos Quadrados;
y – são as variáveis aleatórias formadas pelos valores máximos anuais; e ycalc – variáveis calculadas através da equação (8).
O resultado do ajuste pelo MMQ foi a seguinte equação:
Por fim gerou-se um gráfico onde foram plotados os resultados medidos e calculados sendo apresentado na figura 7.
Figura 7. Frequência das precipitações e ajuste estatístico por Gumbel e Exponencial.
Até o momento a avaliação do melhor ajuste probabilístico foi realizada com base no quadrado do coeficiente de correlação do momento do produto de Pearson (R²) que pode ser interpretado como a proporção da variância dos valores calculados que podem ser atribuídos à variância dos valores observados. Esta estatística é dada pela equação a seguir:
[ ∑ ̅ ̅̅̅̅̅̅̅
√∑ ̅ ∑ ̅̅̅̅̅̅ ] Quanto mais o R² estiver próximo a unidade significa um melhor ajuste dos dados calculados aos observados. A tabela 1 a seguir mostra o resultado do R² relativo aos cálculos realizados.
Tabela 1. Resultado do quadrado do coeficiente de Pearson (R²) para os dados calculados.
Precipitação calc Gumbel Precipitação calc Exponencial
Precipitação Observada 0,9567 0,8760
Percebe-se que o ajuste de Gumbel é melhor que o ajuste Exponencial para os dados de precipitação diária máxima anual na estação pluviométrica CUIABÁ INMET/INPE mesmo que visualmente esteja superdimensionando os valores para tempos de retorno maiores que 10 anos.
Estes são os resultados parciais do grupo azul até o momento. Como próximos passos é interessante realizar o ajuste por outras funções estatísticas a fim de se averiguar alguma que se adeque ao padrão da série histórica de precipitações estudada. Também é proposto o levantamento dos dados de chuva estimada por satélite para comparar com dados de monitoramento. Se possível realizar também cálculo para precipitação horária.
Grupo Vermelho
Este grupo tem como meta o levantamento de dados geopolíticos da cidade principalmente relativo ao gerenciamento e melhoria das condições de áreas de risco de enchentes e inundações na cidade e da carta geotécnica.
O grupo obteve o estudo realizado em Várzea Grande que resultou no mapa Geotécnico da cidade conforme apresentado na figura 8. Foi identificado que o trabalho foi realizado apenas na orla sul, ou seja, nas margens do Rio Cuiabá, faltando o restante da cidade.
Uma grande possibilidade de pesquisa é de se utilizar metodologias de imageamento de satélite apoiada por visitas a campo para confeccionar carta geotécnica para o restante da cidade. Como próximo passos, pesquisar-se-á metodologias em artigos científicos e trabalhos de conclusão de curso para aprofundar melhor nos possíveis procedimentos e atividades daqui em diante.
Figura 8. Carta Geotécnica da cidade de Várzea Grande. Fonte: Grupo de Pesquisa Geologia de Engenharia UFMT (2012).
Na data de 07/11/2017 o grupo vermelho fez uma visita técnica na Defesa Civil Estadual realizando reunião que contou com a presença do Secretário Adjunto de Proteção e Defesa Civil de Mato Grosso, TC. Abadio Cunha, e o Gerente de Monitoramento e Alerta, 3º SGT José Bruno Souza Filho.
Na oportunidade o grupo recebeu uma aula sobre o que é o que faz a Defesa Civil e apresentou o objetivo do Grupo de Pesquisa UNIVÁGUAS. Infelizmente, o Secretário informou que o município de Várzea Grande realmente é muito carente de dados de quaisquer áreas inclusive quanto a mapeamento de áreas de risco e controle hidrológico de eventos extremos.
Conquanto, partilhou-se contato com a Gerência de Monitoramento e Alerta para estreitar laços de pesquisa nesta área. O grupo se mostrou disponível para realizar trabalhos voltados ao
V – CONSTATAÇÕES:
Após três meses se passado do início das atividades do grupo de pesquisa UNIVÁGUAS nota-se grandes dificuldades na obtenção de informações e dados de engenharia na cidade de Várzea Grande obstaculizando sobremaneira a realização de quaisquer trabalhos de engenharia. Entretanto é salutar especificar as deficiências reconhecidas e deste modo constata-se o que se segue:
1 – Quanto aos dados de precipitações em Várzea Grande são dois órgãos que detém a responsabilidade pelo monitoramento: INMET/INPE e INFRAERO/Aeroporto sendo que os dois entes criam diversos empecilhos para evitar o acesso aos dados, sendo os principais:
a- Alegam que os dados monitorados são apenas para uso interno do órgão; e
b- Apresentam deficiências nos equipamentos como justificativa para o déficit no monitoramento, e.g. equipamento com tecnologia manual e defasada e dificuldade na aquisição de peças para manutenção;
2 – Os únicos dados disponíveis são dados de pluviometria diária;
3 – A Prefeitura de Várzea não demonstra qualquer interesse na melhoria do sistema de monitoramento e realização de trabalhos e pesquisa;
4 – A carta geotécnica existente remete apenas a orla da cidade, pois foi alvo de conflito de uso e ocupação do solo sendo que o restante da cidade continua sem previsão para estudos nesta área;
VI – PROVIDENCIAS A SEREM TOMADAS:
Grupo Azul: realizará pesquisa através da obtenção de chuvas estimadas por imagem de satélites e comparação com dados monitorados em solo.
Grupo Vermelho: realizará pesquisa com metodologias que utilizem inferências de imagem de satélite apoiada com visitas in loco.
A fim de gerar um banco de dados dos problemas vivenciados na cidade, todo o grupo realizará um levantamento histórico e contínuo dos acontecimentos que vitimem a população várzea-grandense através de fotos e reportagens a fim de fundamentar situações anormais e proporcionar a obtenção de recursos para a pesquisa.
É o relatório. Várzea Grande-MT, 27 de novembro de 2017.
___________________________________ Eldemir Pereira de Oliveira Coordenador do Grupo de Pesquisa
UNIVÁGUAS
___________________________________ Jairo Ribeiro da Costa
Professor Colaborador do Grupo UNIVÁGUAS
___________________________________ Walter Corrêa Carvalho Junior Professor Colaborador do Grupo
UNIVÁGUAS
___________________________________ Alexandre de Sousa Oliveira Coordenador do Curso Engenharia Civil
VII – REFERÊNCIAS:
- Braga, B. et. al. Introdução a Engenharia Ambiental: O desafio do desenvolvimento sustentável. 2º Edição. Editora Pearson Prentice Hall. Rio de Janeiro: 2005.
- BRASIL. Lei Nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997. Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, regulamenta o inciso XIX do art. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº 8.001, de 13 de março de 1990, que modificou a Lei nº 7.990, de 28 de dezembro de 1989. Diário Oficial da União de 09 de janeiro de 1997. Brasília, DF.
- BRASIL. Lei Nº 11.445, de 5 de janeiro de 2007. Estabelece diretrizes nacionais para o saneamento básico; altera as Leis nº 6766, de 19 de dezembro de 1979, 8036, de 11 de maio de 1990, 8666, de 21 de junho de 1993, 8987, de 13 de fevereiro de 1995; revoga a Lei nº 6528, de 11 de maio de 1978; e dá outras providências. Diário Oficial da União de 08 de janeiro de 2007. Brasília, DF.
- Fundação Nacional da Saúde – FUNASA. Ministério da Saúde. Manual de Saneamento:
Orientações Técnicas. Brasília: 2007. Disponível em:
http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariacivil/pos-graduacao/funasa-manual-saneamento.pdf, acessado em 20/04/2017.
- Jordão, E. P e Pessôa, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Edição. Rio de Janeiro: ABES, 932p. 2005.
- Instituto Trata Brasil. Déficit em saneamento básico no Brasil. Fonte:
http://www.tratabrasil.org.br/deficit-em-saneamento-basico-no-brasil, acessado em: 10/04/2017. - Instituto Trata Brasil. Ranking do Saneamento Instituto Trata Brasil. Relatório Oficial, São Paulo/SP: 2012.
- Sun Tzu. A Arte da Guerra. China: Século IV a. C.
- Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação. 4º Edição. Editora UFRGS/ABRH. Porto Alegre: 2009.
