COPPE/UFRJ COPPE/UFRJ
INTEGRAÇÃO DE TÉCNICAS PARA APOIO À GESTÃO DE SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA APLICADA A UMA BACIA HIDROGRÁFICA NO
MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO
Gustavo Bezerra Zampronio
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
Orientadores: Marcelo Gomes Miguez José Paulo Soares de Azevedo
Rio de Janeiro Dezembro de 2009
INTEGRAÇÃO DE TÉCNICAS PARA APOIO À GESTÃO DE SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA APLICADA A UMA BACIA HIDROGRÁFICA NO
MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO
Gustavo Bezerra Zampronio
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.
Examinada por:
________________________________________________ Prof. José Paulo Soares de Azevedo, Ph.D.
________________________________________________ Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.
________________________________________________ Prof. Otto Corrêa Rotunno Filho, Ph.D.
________________________________________________ Prof ª. Luciene Pimentel da Silva, Ph.D.
________________________________________________ Prof. Paulo Roberto Ferreira Carneiro, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL DEZEMBRO DE 2009
Zampronio, Gustavo Bezerra
Integração de Técnicas para Apoio à Gestão de Sistemas de Drenagem Urbana Aplicada a uma Bacia Hidrográfica no Município do Rio de Janeiro / Gustavo Bezerra Zampronio. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009.
XV, 145 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadores: Marcelo Gomes Miguez José Paulo Soares de Azevedo
Dissertação – UFRJ / COPPE / Programa de Engenharia Civil, 2009.
Referencias Bibliográficas: p. 134-145.
1. Avaliação de Sistemas de Drenagem Urbana. 2. Riscos de Cheias. 3. Prejuízos de Enchentes. I. Miguez, Marcelo Gomes et al.. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Titulo.
Dedico esta dissertação aos meus pais, Helena e Liseo, e ao meu irmão, Guilherme, pela confiança e pelo apoio durante todo o curso.
AGRADECIMENTOS
Agradeço, primeiramente, a Deus pela oportunidade e pela capacidade que me foram concedidas para concluir mais esta etapa da minha carreira.
Agradeço aos meus pais, Helena e Liseo, e ao meu irmão, Guilherme, pela companhia, pelo apoio, pelos conselhos e pela força que me ofereceram durante todo o curso de mestrado, incluindo os momentos mais difíceis, quando parecia impossível conciliar todas a tarefas que tinha que cumprir.
Agradeço aos meus avós e aos meus tios por todo o conhecimento e toda a experiência que me passaram ao longo da vida, que me capacitaram ainda mais para terminar este trabalho.
Agradeço ao CNPq pelo apoio financeiro ao longo do curso, através da bolsa de estudos.
Agradeço aos meus colegas de departamento e chefes no BNDES pelo apoio e pela compreensão para que eu terminasse este mestrado, desde que passei a trabalhar na instituição ao longo do último ano.
Agradeço aos professores Webe João Mansur e Otto Corrêa Rotunno Filho pelas aulas, pelas dúvidas esclarecidas nas disciplinas, pelo tempo e pela atenção ao longo do curso.
Agradeço aos professores Paulo Canedo de Magalhães e Paulo Roberto Ferreira Carneiro pelos conselhos, sugestões e orientações oferecidos.
Agradeço ao amigo Luiz Paulo Canedo de Magalhães pela orientação, desde o projeto de graduação na UFRJ, pelas sugestões, pela ajuda e pela recomendação de materiais e referências para a elaboração desta dissertação, que foram muito importantes para este trabalho.
Agradeço às amigas Juliana Zonensein e Fernanda Raquel Maximiano Nagem pela enorme e fundamental contribuição para este trabalho, na ajuda com a utilização das ferramentas que tinham conhecimento, e pelas explicações sobre as ótimas dissertações que desenvolveram.
Agradeço ao professor José Paulo Soares de Azevedo pela orientação e pela ajuda ao longo do curso e da dissertação.
Agradeço ao professor Marcelo Gomes Miguez pela orientação sempre dedicada e prestativa desta dissertação, pelas excelentes aulas ao longo das disciplinas, pelo grande conhecimento que me passou ao longo do curso e por todas as demais contribuições para que este trabalho ganhasse em qualidade e precisão.
Agradeço à minha amiga e colega de pesquisa Magali Ferreira Mattos pelos conselhos, pelo convívio, pelo apoio, pela parceria e pela amizade ao longo de todo o curso, tornando-o muito mais agradável.
Finalmente, agradeço aos amigos Thiago, André, Nathália, Patrícia, Felipe, Telma, Max, Danielli, Osvaldo, Matheus, Mel e Rodrigo pelo convívio, pela ajuda, por compartilharem as dificuldades e pela amizade ao longo dos últimos anos.
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
INTEGRAÇÃO DE TÉCNICAS PARA APOIO À GESTÃO DE SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA APLICADA A UMA BACIA HIDROGRÁFICA NO
MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO
Gustavo Bezerra Zampronio
Dezembro/2009
Orientadores: Marcelo Gomes Miguez José Paulo Soares de Azevedo
Programa: Engenharia Civil
As chuvas intensas e as cheias provocadas por elas geram desastres naturais com alguma recorrência no Brasil. O crescimento populacional e a ocupação de áreas inundáveis fazem com que as pessoas estejam cada vez mais expostas a esses eventos. Além disso, as modificações físicas provocadas pela urbanização fazem com que escoamentos e acúmulos de água superficiais sejam amplificados. Essas características incorrem em prejuízos econômicos e riscos sociais para as cidades, a cada inundação. Para a realização deste trabalho, serão apresentados alguns dos critérios e políticas de gerenciamento de riscos de cheias usados no mundo. A partir dessa revisão bibliográfica, serão listadas opções para a quantificação de prejuízos econômicos e de riscos para a população. Também serão apresentadas alternativas e variáveis para a caracterização das inundações causadoras dessas perdas. De posse desse conhecimento, será proposta uma metodologia de avaliação de projetos com vista à redução de alagamentos, prejuízos econômicos e riscos de cheias, conjuntamente.
O estudo de caso proposto se dará na bacia hidrográfica do rio Joana. Através de modelagem matemática e da simulação de cenários, obras que têm o objetivo de reduzir somente alagamentos serão comparadas com obras concebidas sob uma ótica integrada de redução de alagamentos, prejuízos econômicos e riscos de cheias.
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
INTEGRATION OF TECHNIQUES TO SUPPORT THE MANAGEMENT OF URBAN DRAINAGE SYSTEMS APPLIED TO A HIDROGRAPHIC BASIN IN THE
RIO DE JANEIRO CITY
Gustavo Bezerra Zampronio
December/2009
Advisors: Marcelo Gomes Miguez José Paulo Soares de Azevedo
Department: Civil Engineering
Storms and floods generate disasters in Brazil and they take place with some frequency. The population growth and the occupation of flood plains make people more exposed to these events. Beyond this, the physical modifications imposed by urbanization make superficial water flow volumes to become larger and to concentrate faster. These characteristics cause economic damages and social risks to the cities, on every inundation that occurs.
To make possible this work, there will be presented some of the flood risk management criteria and policies used in the world. From this bibliographic review, options for the quantification of economic damages and risks to the population will be listed. Alternatives and variables for the characterization of the floods that cause these losses will also be presented. With this knowledge, a methodology will be proposed with the aim to jointly reduce inundations, economic damages and flood risks.
The case study will take place in the hydrographic basin of Joana river. Through mathematical modeling and scenarios simulation, control measures with the aim to reduce only inundations will be compared to those with the aim to reduce inundations, economic damages and flood risks, under an integrated point of view.
ÍNDICE
1 - Introdução ... 1
1.1 - Apresentação ... 1
1.2 - Os Desastres Naturais ... 1
1.3 - Discussão Preliminar sobre Gerenciamento de Desastres... 3
1.4 - O Tratamento do Problema das Cheias Urbanas... 4
1.5 - Escopo ... 6 1.6 - Objetivos ... 7 1.6.1 - Objetivo Geral ... 7 1.6.2 - Objetivos Específicos... 7 1.7 - Metodologia ... 8 1.8 - Resultados Esperados... 9 1.9 - Estrutura do Texto... 10
2 - Sistemas de Drenagem Urbana ... 12
2.1 - Apresentação ... 12
2.2 - As Cheias Urbanas ... 12
2.3 - A Modelagem Matemática de Cheias Urbanas ... 13
2.4 - Tempos de Recorrência de Projetos ... 15
2.5 - Medidas Estruturais... 16
2.6 - Medidas Não-Estruturais... 19
2.7 - Planejamento de Sistemas de Drenagem Urbana... 21
3 - O Gerenciamento de Riscos de Cheias na Europa ... 23
3.1 - Apresentação ... 23
3.2 - Avaliação de Prejuízos Econômicos Provocados por Cheias ... 23
3.2.1 - Caso 1: Inglaterra ... 25
3.2.2 - Caso 2: Holanda ... 29
3.2.3 - Caso 3: República Tcheca ... 33
3.2.4 - Caso 4: Alemanha ... 35
3.3 - Gerenciamento de Risco e Vulnerabilidade ... 38
3.3.1 - Caso 1: Avaliação Multi-Critério através de SIG na Alemanha ... 42
3.3.2 - Caso 2: Risco e Vulnerabilidade Social na Região Alpina Italiana ... 45
3.4.1 - Caso 1: Inglaterra ... 48
3.4.2 - Caso 2: Holanda ... 49
3.4.3 - Caso 3: França... 50
3.4.4 - Caso 4: Hungria... 51
3.5 - Sistemas de Alerta... 52
3.5.1 - Caso 1: O Modelo Inglês de Prejuízos Evitados por Alertas ... 53
3.5.2 - Caso 2: O Sistema de Alerta Francês ... 55
3.5.3 - Caso 3: Medidas Adotadas na República Tcheca ... 56
3.6 - Estratégias Preventivas e Seguros ... 57
3.6.1 - Caso 1: Estratégias de Gerenciamento no Estuário do Rio Tâmisa ... 60
3.6.2 - Caso 2: Leis Francesas de Seguros e Prevenção de Cheias ... 60
3.6.3 - Caso 3: Planejamento Estratégico para o Rio Schelde... 61
3.7 - Riscos para a Vida... 64
3.7.1 - Modelagem de Riscos para Vidas na Europa... 65
4 - O Gerenciamento de Riscos de Cheias nos Estados Unidos... 68
4.1 - Apresentação ... 68
4.2 - A Agência Federal de Gerenciamento de Emergências (FEMA) ... 68
4.3 - Gerenciamento de Planícies de Inundação e o Programa Nacional de Seguro de Cheias (NFIP) ... 70
4.4 - Riscos e Recomendações ... 72
5 - O Gerenciamento de Riscos de Cheias no Brasil... 75
5.1 - Apresentação ... 75
5.2 - A Influência dos Problemas Políticos e Sociais ... 75
5.3 - As Faixas Marginais de Proteção (FMPs)... 78
5.4 - Índice de Risco de Cheias (IRC) ... 80
5.5 - Avaliações de Prejuízos Provocados por Cheias... 82
5.6 - O Sistema Alerta-Rio ... 86
5.7 - Controle de Inundações Integrado ao Planejamento Urbano ... 87
5.8 - A Defesa Civil... 88
6 - Metodologia Proposta para Avaliação de Cheias Urbanas ... 91
6.1 - Apresentação ... 91
6.2 - Discussão sobre as Técnicas Revisadas ... 92
6.4 - Representação Gráfica Através de CAD e GIS... 100
6.5 - Indicadores e Mapeamento de Riscos de Cheias ... 101
6.6 - Avaliações e Mapeamento de Prejuízos Econômicos Provocados por Cheias e Estudos de Viabilidade Financeira ... 104
6.7 - Simulação Matemática de Cenários ... 107
6.8 - Metodologia e Avaliação Proposta ... 108
7 - Estudo de Caso: Bacia Hidrográfica do Rio Joana ... 110
7.1 - Apresentação ... 110
7.2 - Caracterização da Bacia Hidrográfica... 111
7.3 - Mancha de Inundação Atual da Bacia... 115
7.4 - Mapa de Riscos Atual da Bacia... 117
7.5 - Mapa de Prejuízos Econômicos Atual da Bacia... 119
7.6 - Medidas de Controle Propostas... 120
7.7 - Mancha de Inundação para os Cenários Propostos ... 122
7.8 - Mapa de Riscos para os Cenários Propostos... 124
7.9 - Mapa de Prejuízos Econômicos para os Cenários Propostos e Estudo de Viabilidade das Obras... 126
8 - Conclusões e Recomendações... 128
8.1 - Conclusões ... 128
8.2 - Recomendações... 132
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1: Mortes e prejuízos financeiros provocados por enchentes, por continente.... 2
Figura 3.1: Exemplo de curvas profundidade x prejuízo. ... 25
Figura 3.2: Exemplo de curva de probabilidade x prejuízo... 39
Figura 3.3: Tipos e construção de indicadores de vulnerabilidade... 40
Figura 3.4: Componentes do Gerenciamento de Risco de Cheia. ... 58
Figura 3.5: Alterações encontradas para os níveis d’água do estuário, para cada período de retorno, no ano de 2100 e em cada cenário... 63
Figura 3.6: Riscos futuros para cada cenário, por ano... 64
Figura 5.1: Crianças atravessam rua alagada em São Cristóvão, na Zona Norte, ignorando recomendções e se expondo a doenças e a riscos para suas vidas. ... 77
Figura 5.2: Registro de sujeira na Av. Prof. Manuel de Abreu, no Maracanã , devido ao arraste de resíduos sólidos. ... 78
Figura 6.1: Esquema do funcionamento do Modelo de Células... 98
Figura 6.2: Rio que cerca o bairro Vargem Grande (RJ) transborda e deixa os moradores ilhados... 102
Figura 6.3: Carros sobem na calçada para tentar escapar da água próximo ao Maracanã. ... 103
Figura 6.4: Carros ficam sem saída em ruas do bairro de São Cristóvão... 103
Figura 6.5: Galho de árvore cai e amassa dois carros na rua Barão da Torre, em Ipanema. ... 105
Figura 6.6: Telhado desaba após deslizamento provocado por chuva. ... 106
Figura 6.7: Inundação provoca prejuízos a veículos, ao trânsito e a propriedades, próximo à Praça da Bandeira... 106
Figura 7.1: Posicionamento da bacia do Rio Joana e destaque nos bairros que se encontram nos seus limites. ... 112
Figura 7.2: Rede de macrodrenagem da bacia do Rio Joana... 113
Figura 7.3: Sobreposição da malha de células com os setores censitários do IBGE.... 115
Figura 7.4: Mancha de inundação atual da bacia... 116
Figura 7.5: Mapa de Índice de Risco de Cheia atual da bacia... 118
Figura 7.6: Mapa de prejuízos econômicos atuais devido a cheias na bacia... 119
Figura 7.8: Mancha de inundação obtida com as obras simuladas no cenário 2. ... 123
Figura 7.9: Mapa de risco de cheia obtido para a situação do cenário 1. ... 124
Figura 7.10: Mapa de risco de cheia obtido para a situação do cenário 2. ... 125
Figura 7.11: Mapa de prejuízos econômicos obtido no cenário 1. ... 126
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1: Tempos de recorrência comuns em projetos, para diferentes ocupações da área (DAEE/CETESB, 1980 apud TUCCI, 2004) ... 16 Tabela 2.2: Diferenças entre os conceitos de canalização e de reservação (CANHOLI,
2005)... 18 Tabela 3.1: Número de funções de prejuízos para cada categoria de uso do solo (KOK et al., 2004 apud MEYER & MESSNER, 2005). ... 32 Tabela 3.2: Critérios usados em análises de riscos realizadas em algumas publicações
(adaptada de MEYER, 2007). ... 43 Tabela 6.1: Resumo das técnicas de gerenciamento de riscos de cheias encontradas.... 92
LISTA DE SIGLAS
BMP – Best Management Practices
BNDES – Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social CAD – Computer Aided Design
DEFRA – Department of Environment, Food and Rural Affairs EC – Evacuation Calculator
EPA – Environmental Protection Agency FAT – Flood Analysis Toolbox
FCDPAG3 – Flood and Coastal Defense Project Appraisal Guidance 3 FEMA – Federal Emergency Management Agency
FHRC – Flood Hazard Research Center FMA – Flood Mitigation Assistance FMP – Faixa Marginal de Proteção
FUNCAP – Fundo Especial para Calamidades Públicas FWRBP – Flood Warning Response and Benefits Path GIS – Geographic Information System
HIS – High-water Information System HWSK – Hochwasserschutzkonzepte
ICMS – Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços IRC – Índice de Risco de Cheia
MCM – Multi Coloured Manual
NAAR – National Appraisal of Assets at Risk NFIP – National Flood Insurance Program PNDC – Política Nacional de Defesa Civil
SCHAPI – Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations
SIG – Sistema de Informação Geográfica SNDC – Secretaria Nacional de Defesa Civil SPC – Services de Prévision des Crues
1 - Introdução
1.1 - Apresentação
As cheias urbanas são eventos naturais que podem causar vítimas, prejuízos sociais e prejuízos econômicos diversos. Frequentemente, é noticiado que uma chuva causou uma enchente em algum município brasileiro, provocando graves consequências. Recentemente, o estado do Rio de Janeiro vem aparecendo nos noticiários com cheias em larga escala na Baixada Fluminense, casas inundadas e desabrigados, trânsito parado e veículos perdidos e atividades econômicas atingidas. No sul do estado, deslizamentos de terra provocaram inúmeras perdas e mortes. Essas notícias são atuais, mas não são novidades.
Algumas das perdas provocadas por essas cheias são majoradas pela má concepção ou pela falta de manutenção dos dispositivos de drenagem urbana. Outras se devem à ocupação inadequada de planícies de inundação e de pontos naturalmente alagáveis das bacias hidrográficas. Além disso, com alguma frequência, ocorrem precipitações que geram escoamentos superficiais superiores à capacidade do sistema de drenagem.
Este capítulo introduzirá o escopo, os objetivos, a metodologia, os resultados esperados e a estrutura do trabalho.
1.2 - Os Desastres Naturais
Ao longo da história, diversos desastres naturais causaram vítimas e prejuízos para a humanidade. Esses desastres podem ter diversas origens, com alguns predominantes em determinadas regiões. Dentre eles, pode-se destacar as erupções de vulcões no Japão e no Havaí, os tornados nos Estados Unidos, as nevascas na Rússia, os terremotos que ocorrem em diversos países, entre outros. No Brasil, alguns dos fenômenos naturais que merecem destaque são os vendavais, as inundações, as geadas, os incêndios florestais, os deslizamentos de terra, os raios e tempestades, o granizo e os tornados, segundo a Secretaria Nacional de Defesa Civil (SNDC, 2007).
Tratando somente das enchentes, a Figura 1.1 (CLARKE & KING, 2006) mostra o número de mortes e prejuízos que elas provocaram durante a década de 1990. Por sua vez, FREEMAN (1999) estimou que 60% das mortes e 30% das perdas econômicas relacionadas a desastres naturais ocorrem devido a enchentes, o que mostra o quanto elas são significativas neste contexto.
Figura 1.1: Mortes e prejuízos financeiros provocados por enchentes, por continente.
Fonte: Adaptado de CLARKE & KING, 2006.
No que diz respeito às características físicas, as cheias urbanas apresentam certa imprevisibilidade e podem ocorrer com intensidade e rapidez, o que dificulta ações em tempo real, especialmente em pequenas bacias, onde o efeito convectivo prevaleça. Essas chuvas e enchentes ocorrem com maior frequencia nas estações mais quentes, de continentes quentes e úmidos.
A partir destas informações, as enchentes podem ser tratadas como importantes desastres naturais, em uma abordagem mais abrangente. Elas ganham mais importância quando se observa que este tipo de “desastre” é muito mais frequente que outros desastres naturais, por fazer parte do ciclo natural das águas na natureza. É verdade que, muitas vezes, é a própria ação antrópica que dá contornos de maior gravidade às cheias, mas é nítida a importância destes eventos na sociedade atual, em que o crescimento das cidades já faz a população urbana superar a população rural. Reconhecidamente, a
urbanização, especialmente quando considerada a evolução tradicional das cidades, ainda fora de um contexto de desenvolvimento sustentável, é um fator agravante do processo de cheias naturais. Esse conjunto de dados, considerando o contexto de cheias urbanas em particular, aparece como principal motivação para o estudo proposto e realizado no presente trabalho, onde se busca integrar a avaliação de prejuízos econômicos, de riscos de cheias e de níveis de alagamentos como critérios para a tomada de decisão de projetos de drenagem urbana.
1.3 - Discussão Preliminar sobre Gerenciamento de Desastres
Cada país tem sua política para lidar com catástrofes. É possível que os governos federais, estaduais e municipais tenham que atuar em planos emergenciais, com a liberação de recursos financeiros excepcionais para cidades atingidas por desastres, em ações a posteriori. Outra opção, porém, é a implantação de medidas preventivas, reduzindo a atuação pós-evento.
Uma divisão conhecida para as etapas do gerenciamento de desastres conta com quatro estágios. Eles são (ATKINSON et al., 2006):
• prevenção e mitigação – planos e mapas; • preparação – educação e simulações;
• resposta – serviços de informação e coordenação de procedimentos; e • recuperação – reconstrução e atendimento a locais e pessoas afetados.
Os Estados Unidos, país que sofre com catástrofes frequentemente, definiram uma série de conceitos e estabeleceram vários procedimentos que devem ser tomados quando da ocorrência de uma catástofe. Eles são coordenados através da Agência Federal de Gerenciamento de Emergências (ou Federal Emergency Management Agency ou FEMA), correspondente à Defesa Civil brasileira. Eles consideram diversos tipos de desastre, incluindo atentados terroristas e acidentes nucleares. Além disso, contam com uma série de estudos estatísticos e mapas para a prevenção e caracterização de emergências (FEMA, 2009). Antes da ocorrência, as pessoas também são instruídas a estocarem alimentos, irem para locais seguros e protegerem suas posses, reduzindo perdas e facilitando o resgate e a recuperação.
No Brasil, o planejamento do gerenciamento de desastres é realizado pela Secretaria Nacional de Defesa Civil. As definições, os órgãos, os procedimentos, as metas nacionais e as bases legais estão definidas na Política Nacional de Defesa Civil - PNDC (SNDC, 2007). Os recursos financeiros disponibilizados para o tema vêm do Fundo Especial para Calamidades Públicas (FUNCAP). Para desastres de maior escala, pode ser solicitada a ajuda do governo federal, geralmente através dos Ministérios das Cidades e da Integração Nacional, sendo ela submetida à aprovação e liberação do presidente da república. Além da ajuda disponibilizada através da Secretaria Nacional de Defesa Civil, o governo federal pode destinar recursos especiais para a recuperação de empresas, através do BNDES. Os benefícios são concedidos para municípios que comprovadamente se encontram em estado de calamidade pública ou de emergência. Esses estados são declarados através do preenchimeto dos formulários da Defesa Civil pelo governo local, acompanhados de quantificações de perdas e de mapas de áreas atingidas. Essas informações são analisadas e aprovadas pelo governo estadual e, em seguida, pelo governo federal.
1.4 - O Tratamento do Problema das Cheias Urbanas
Quando a urbanização de uma área é iniciada, inúmeras alterações físicas ocorrem na região. São alterados, por exemplo, as camadas mais superficiais do solo, a cobertura vegetal e a topografia do terreno. Com isso, os escoamentos distribuídos que ali ocorriam são direcionados a ruas e valas, a infiltração no terreno e a retenção por vegetais são reduzidas e a água disponível na superfície aumenta, podendo ocorrer grandes concentrações de água indesejáveis em pontos diversos da cidade.
A implantação de cidades próximas aos corpos d´água requer que sejam tomadas algumas decisões, sob o ponto de vista da ocorrência de cheias. Uma delas é que a urbanização contemple a planície de inundação, tornando-se necessário que sejam adotadas as medidas de proteção apropriadas. Outra opção de ocupação é que seja preservada a planície de inundação, afastando as atividades urbanas das inundações mais frequentes e de maior lâmina d’água. As medidas de controle adotadas e a
preservação de parte da cobertura vegetal e do solo para premitir a infiltração e a retenção da água também são decisões de drenagem urbana que podem ser tomadas.
As proximidades dos rios e lagos são áreas muito cobiçadas por empresas imobiliárias e por indústrias de diversos setores, por diversos motivos econômicos. Com isso, são necessárias medidas de controle de cheias que evitem a inundação desses empreendimentos e medidas compensatórias que preservem o comportamento hidráulico do corpo hídrico, protegendo-o da erosão e do assoreamento excessivos, caso essas regiões sejam ocupadas. É preciso, também, que os prejuízos e riscos sofridos pelos ocupantes da região sejam monitorados e controlados.
A preservação da planície de inundação geralmente é a opção que gera menores custos de controle de cheias e prejuízos futuros (TUCCI, 2004). Em contrapartida, todo o potencial econômico da região pode ser perdido, caso ela fique ociosa. Sendo assim, pode ser desejável que essas localidades sejam ocupadas por atividades que não sejam muito impactadas pelo excesso de água. Com isso, a região estaria sendo aproveitada sem que ocorressem prejuízos excessivos com as cheias. Alguns usos que poderiam proporcionar esse aproveitamento são a implantação de parques longitudinais ou de hortas comunitárias, entre outros. Nesse contexto, o uso de paisagens multifuncionais pode ser uma opção adequada (MIGUEZ et al., 2007).
Como as cidades estão inseridas em bacias hidrográficas e sujeitas às cheias existentes nela, bem como a urbanização causa modificações físicas que tendem a amplificar esses eventos, esta dissertação buscará estudar, em uma ampla revisão bibliográfica, como são realizadas as decisões de planejamento urbano e gerenciamento de riscos de cheias em várias partes do mundo. O estudo será focado, principalmente, onde as questões de drenagem urbana encontram-se em estágios mais avançados, de modo a se consubstanciar as discussões posteriores, no âmbito deste trabalho, no sentido de integrar diversas ferramentas de decisão para o adequado controle de riscos, prejuízos e alagamentos em uma bacia.
1.5 - Escopo
As cheias urbanas podem provocar prejuízos econômicos e caracterizar riscos diversos. Conforme foi discutido preliminarmente no item anterior, as cidades estão inseridas em bacias hidrográficas, alteram suas características físicas e afetam e são afetadas pelas cheias existentes nelas. Nesse contexto, para a elaboração deste trabalho, serão estudados os métodos e as teorias de gerenciamento de riscos de cheias já existentes no mundo, para reconhecimento e caracterização de ferramentas de avaliação de cheias urbanas que não considerem somente a análise de alagamentos, mas também os prejuízos econômicos e riscos possíveis de serem evitados. Em seguida, as ferramentas e critérios serão analisados à luz das características particulares de bacias urbanas brasileiras, em particular no contexto da cidade do Rio de Janeiro, integrados em uma metodologia de avaliação de sistemas de drenagem.
Primeiramente, serão estudados e resumidos os parâmetros e medidas de controle usados frequentemente para o controle de cheias. Serão também pesquisados métodos não convencionais e de planejamento de sistemas de drenagem urbana, para criar uma base de opções a serem consideradas.
Em seguida, será feita uma revisão bibliográfica das práticas e medidas usadas na Europa e nos Estados Unidos. Esses locais foram escolhidos pela disponibilidade de material, pelo desenvolvimento técnico e acadêmico que possuem e pela qualidade dos estudos realizados neles. Serão também pesquisadas as práticas usadas no Brasil, para a crítica e verificação das opções coincidentes e daquelas que são aplicáveis ao contexto nacional.
De posse desse conhecimento, serão selecionadas ferramentas e critérios aplicáveis ao contexto brasileiro para serem usados como apoio à gestão de sistemas de drenagem urbana. Buscar-se-á que esses itens possam ser usados na avaliação da situação atual da bacia e para a seleção de medidas de controle visando à redução de riscos de cheias, prejuízos econômicos e alagamentos.
Para que as ferramentas e critérios escolhidos sejam testados, eles serão integrados e usados na bacia hidrográfica do rio Joana, na zona norte do município do Rio de Janeiro. Essa aplicação buscará a verificação das diferenças de resultados obtidos entre projetos que buscam somente a redução de alagamentos e projetos que buscam, de forma integrada, a redução de alagamentos, prejuízos econômicos e riscos. Serão, então, tiradas conclusões e críticas e sugeridas recomendações, a partir da bibliografia revisada e dos resultados obtidos.
1.6 - Objetivos
1.6.1 - Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo geral a realização de uma pesquisa que permita estabelecer uma base de trabalho onde seja possível reconhecer as práticas de gerenciamento de sistemas de drenagem e cheias utilizadas nas principais cidades do mundo, avaliar as semelhanças e diferenças entre essas práticas e as já existentes no Brasil, selecionar ferramentas disponíveis para avaliação de alagamentos, riscos e prejuízos econômicos e propor uma metodologia de avaliação de sistemas de drenagem urbana que possa ser usada para apoio à tomada de decisão de projeto, levando em conta os resultados da aplicação integrada das ferramentas selecionadas.
1.6.2 - Objetivos Específicos
• montar um painel expositivo sobre as práticas de gerenciamento de cheias vigentes nas principais cidades da Europa e Estados Unidos, no que diz respeito a níveis de alagamentos, riscos e prejuízos econômicos;
• montar um painel equivalente ao anterior sobre as práticas de gerenciamento de sistemas de drenagem urbana e cheias no Brasil;
• realizar uma avaliação comparativa entre os painéis obtidos;
• selecionar ferramentas de avaliação de alagamentos, riscos e prejuízos econômicos de cheias urbanas;
• confeccionar mapas de alagamentos, de riscos e de prejuízos econômicos para a bacia em estudo – bacia hidrográfica do rio Joana, na cidade do Rio de Janeiro;
• propor uma metodologia que integre as ferramentas propostas, de modo a produzir projetos de controle de enchentes urbanas com potencial para serem mais eficazes e econômicos; e
• comparar resultados obtidos com a proposição de um conjunto de obras concebido com foco apenas na redução de alagamentos com os resultados obtidos para um conjunto de obras proposto a partir da metodologia utilizada nesta dissertação.
1.7 - Metodologia
A metodologia da pesquisa aqui proposta apresenta, resumidamente, as seguintes etapas:
• revisão dos conceitos técnicos que envolvem a drenagem urbana e o dimensionamento de medidas de controle de cheias;
• estudo e resumo das práticas de gerenciamento de riscos de cheias usadas na Europa, nos Estados Unidos e no Brasil;
• comparação entre as práticas estrangeiras e brasileiras de gerenciamento de riscos de cheias;
• utilização das feramentas e critérios aplicáveis ou já disponíveis no Brasil:
• utilização do MODCEL (MIGUEZ, 2001), um modelo hidrológico-hidrodinâmico de simulação de cheias em áreas urbanas de topografia complexa, capaz de mapear alagamentos em um ambiente bidimensional, pela representação da cidade e sua rede de drenagem através do conceito de células de escoamento;
• utilização do Índice de Risco de Cheias – IRC, desenvolvido por ZONENSEIN (2007);
• utilização das equações de cálculo de prejuízos econômicos de cheias urbanas, desenvolvidas por NAGEM (2008);
• caracterização da bacia hidrográfica do rio Joana, no Rio de Janeiro;
• construção dos mapas de alagamentos, de riscos e de prejuízos econômicos para a bacia do rio Joana, para a situação atual;
• avaliação dos locais críticos em termos da observação conjunta dos três mapas produzidos, de modo a apontar para os locais que precisam prioritariamente ser
trabalhados, para diminuição dos alagamentos, riscos e prejuízos, de forma integrada;
• proposição de um conjunto de obras específico para tratar os locais críticos observados;
• construção de novo conjunto de mapas de alagamentos, de riscos e de prejuízos para o cenário com as intervenções propostas pelo direcionamento dado por esta dissertação;
• resgate do conjunto de obras proposto para a bacia do rio Joana, em projeto anterior (COPPETEC, 2004b), que considerou apenas a ótica da redução de alagamentos;
• construção também dos mapas de alagamentos, riscos e prejuízos decorrentes das obras propostas no item anterior;
• análise comparativa de resultados, por observação direta dos mapas resultantes dos dois cenários de projeto; e
• tirada de conclusões e recomendações sobre todo o material pesquisado e sobre os resultados obtidos no estudo de caso.
1.8 - Resultados Esperados
Algumas práticas de gerenciamento de riscos de cheias usadas na Europa e nos Estados Unidos, provavelmente, não serão aplicáveis ao Brasil, no curto prazo, devido a diferenças culturais. Porém, espera-se que as tendências apontadas, combinadas com as ferramentas já existentes, permitam a proposição de uma metodologia integrada, que permita análises de prejuízos e riscos de cheias, de modo a complementar as decisões tomadas a partir da análise de lâminas de inundação, com ganhos econômicos a partir desta nova abordagem de decisão.
No estudo de caso, com a aplicação da metodologia proposta nesta dissertação, espera-se que os resultados mostrem que a inclusão da avaliação de prejuízos econômicos e de riscos de cheias à análise de projetos aponte para intervenções diferentes daquelas escolhidas com o objetivo de reduzir somente alagamentos, de modo a otimizar o resultado geral. Espera-se, com isso, que a redução de prejuízos e riscos seja maior quando esses fatores são considerados na escolha de medidas de controle e que o
resultado seja a racionalização de recursos, nem sempre fartos, para a ação sobre este problema, que vem se tornando crescente em nossas cidades.
1.9 - Estrutura do Texto
Para que o objetivo do trabalho fosse atingido e a metodologia fosse organizada, o texto está dividido nos capítulos listados abaixo.
No Capítulo 2, são descritos o problema das cheias urbanas, os modelos para quantificá-las, as medidas de controle de cheias e como os tempos de recorrência usados em projetos influenciam no risco e no nível de proteção da área que compõe o sistema de drenagem. Também são descritos alguns conceitos de planejamento de sistemas de drenagem.
No Capítulo 3, são descritos métodos e práticas usados no continente europeu para o gerenciamento de riscos de cheias. Esse capítulo mostra formas de quantificação de prejuízos e riscos, tipos de riscos de cheias e políticas de prevenção e mitigação operacionalizadas com a participação ou não do público.
No Capítulo 4, a mesma análise feita para os casos europeus é feita para os Estados Unidos. Também são apresentados métodos e recomendações para o controle de cheias, que incluem a participação da população e o gerenciamento de prejuízos pelo poder público.
No Capítulo 5, são apresentados e discutidos as práticas de gestão de sistemas de drenagem urbana em desenvolvimento no Brasil e os problemas econômicos e sociais encontrados no contexto brasileiro. Também são mostrados alguns órgãos responsáveis pelo gerenciamento de desastres no país.
No Capítulo 6, é feito um resumo e uma crítica da bibliografia pesquisada e são propostas uma série de procedimentos e uma metodologia de avaliação de enchentes, que pode ser usada no auxílio à gestão de sistemas de drenagem urbana. Essa
metodologia busca utilizar as práticas estrangeiras compatíveis com o cenário nacional, em adição às formulações e aos dados já disponíveis no Brasil.
No Capítulo 7, a metodologia criada é aplicada à bacia hidrográfica do rio Joana, no município do Rio de Janeiro, compondo o estudo de caso da dissertação. Nessa aplicação, os procedimentos criados são testados, podendo ser verificados em um caso real.
Finalmente, no Capítulo 8, são tiradas conclusões sobre este estudo, focando o método proposto e o caso estudado. São também recomendados estudos futuros, desde melhorias a serem desenvolvidas na metodologia usada até ajustes nas formulações utilizadas para a quantificação do problema.
2 - Sistemas de Drenagem Urbana
2.1 - Apresentação
Os principais aspectos estudados neste capítulo são os impactos da urbanização em bacias hidrográficas, os princípios de modelagem de cheias, o risco de ocorrência das cheias, os tipos de medidas de controle e os procedimentos de planejamento possíveis de serem utilizados.
A urbanização leva a uma série de alterações nos escoamentos das bacias hidrográficas. Esses escoamentos podem provocar várias consequências e ser quantificados por diversos modelos matemáticos. Com as alterações físicas e para a minimização das enchentes, surge a necessidade de implantação de obras de drenagem. A probabilidade de falha a que uma obra está sujeita pode ser expressa pelo tempo de recorrência das cheias ou das chuvas intensas que as causam. Essas medidas de controle podem ser estruturais ou não-estruturais, dependendo da forma como atuam no problema.
Já o planejamento é a atividade que organiza todos os aspectos mencionados e busca utilizar as medidas de controle de forma integrada às atividades urbanas. Busca também organizar o crescimento urbano e integrá-lo ao controle de cheias de forma que as regiões da cidade tenham seus alagamentos controlados ou minimizados.
2.2 - As Cheias Urbanas
A urbanização está diretamente relacionada ao problema das cheias urbanas. As cidades, quando são implantadas, são inseridas em bacias hidrográficas que apresentam padrões de escoamentos e vazões naturais, se sobrepondo a essa paisagem e sofrendo a influência dessa água. Além disso, a sequência de modificações físicas imposta pela urbanização faz com que as vazões de escoamentos superficiais sejam aumentadas, reorganizadas ou artificializadas, elevando o acúmulo de água sobre o terreno.
Em bacias hidrográficas pouco urbanizadas, os fenômenos comuns que podem ocorrer com a água precipitada são a infiltração, a retenção em depressões ou por vegetais e o
escoamento superficial (COPPETEC, 2004a). Nesses casos, a cidade tem que conviver com a parcela da chuva que escoa sobre o terreno. Mas ela é reduzida devido à parcela infiltrada e àquela retida, que ainda podem ser consideráveis devido à preservação de parte da cobertura vegetal e de parte das características naturais do solo.
Em bacias hidrográficas com urbanização já consolidada ou em processo avançado, as obras fazem com que seja aumentada a parcela de escoamento superficial da água da chuva. Algumas das modificações que provocam esse aumento são o desmatamento, a impermeabilização do solo, a canalização dos escoamentos, a ocupação de planícies de inundação, os acúmulos de resíduos sólidos e a favelização (COPPETEC, 2004a).
Essa relação entre a urbanização e as enchentes pode trazer diversas consequências para as cidades. Entre elas estão a paralisação do comércio, deslizamentos de encostas, colapsos na infraestrututra urbana, interrupção do tráfego de veículos, prejuízos materiais, contato da população com água poluída, perda de vidas, entre outros (D’ALTÉRIO, 2004).
2.3 - A Modelagem Matemática de Cheias Urbanas
A quantificação dos volumes de água que podem provocar as cheias urbanas pode contar com diversas fórmulas matemáticas. Essas fórmulas podem, ainda, ser inseridas em programas computacionais e usadas para a modelagem matemática de cheias. Dentre os modelos possíveis de serem usados para o estudo de cheias, estão os hidrológicos e os hidrodinâmicos.
Primeiramente, para a obtenção de valores para as variáveis das fórmulas hidrológicas e hidráulicas, são necessárias informações sobre a bacia hidrográfica. Essas informações podem ser sobre as características físicas, contemplando as dimensões, o relevo e o tipo de ocupação da bacia, ou características climáticas, considerando os tipos de precipitação e os volumes de chuva observados historicamente.
De posse das características da bacia hidrográfica, é possível a estimativa das vazões superficiais, através de modelos hidrológicos. Uma sequência possível para o uso desses
modelos é o cálculo do tempo de concentração, a eleboração da chuva de projeto, a separação da chuva efetiva e a determinação do hidrograma de projeto (MAGALHÃES et al., 2005). Para a determinação do tempo de concentração, no Rio de Janeiro, é comum o uso da fórmula de Ribeiro, que faz uso do comprimento do rio principal (em km), da porcentagem da bacia com cobertura vegetal (de 0 a 1) e da declividade média da bacia (m/m). Para a elaboração da chuva de projeto, pode ser usada a equação clássica de chuvas intensas, que calcula a intensidade (em mm/h) a partir do tempo de recorrência (em anos) e da duração da chuva (em minutos). Para a determinação da chuva efetiva, podem ser usados o método racional ou o método do SCS (Soil Conservation Service), que usam o coeficiente de runoff e o CN (curve number), respectivamente, como parâmetros para a separação da parcela de chuva que escoará superficialmente. Essas equações podem ser usadas em conjunto, de forma iterativa ao longo de intervalos de tempo, em um modelo computacional, para a obtenção do hidrograma de projeto (MAGALHÃES et al., 2005). Esse hidrograma pode ser usado para a representação das vazões reais de escoamento superficial da bacia.
A partir das vazões que escoam superficialmente na bacia, pode ser também modelada a propagação da água ao longo dela, através de características e fórmulas hidráulicas e iterações realizadas em programas computacionais. Isso permitiria a previsão do comportamento de enchentes reais. O uso desses modelos cresceu exponencialmente a partir da década de 1980 (CUNGE et al., 1980). Como as bacias hidrográficas abrangem uma área, os modelos hidrodinâmicos bidimensionais são uma opção para representar as cheias que ocorrem nelas.
Segundo MIGUEZ (2001), o primeiro modelo matemático bidimensional relevante foi proposto e construído na década de 1960, aplicado ao delta do rio Mekong pela Societé Grenobloise d'Etudes et Applications Hydrauliques (SOGREAH), a pedido da UNESCO. O modelo tinha como princípio a divisão da bacia hidrográfica em células de armazenamento. A partir dessa concepção, foi desenvolvido o Modelo Matemático de Células de Escoamento, para aplicação a cheias em meio urbano (MIGUEZ, 2001). Esse modelo será usado neste trabalho e será descrito no capítulo 6.
2.4 - Tempos de Recorrência de Projetos
As precipitações são fenômenos aleatórios que podem ser associados a algum tipo de função probabilística, para que cada altura de chuva tenha a sua frequência estimada. Portanto, essa frequência ou probabilidade seria uma medida de quanto uma área está sujeita a sofrer aquela lâmina de chuva.
Uma forma comum de se calcular essa frequência é através do tempo de recorrência. Ele significa o tempo esperado para que uma precipitação seja igualada ou superada. Consequentemente, o inverso do tempo de recorrência significa a probabilidade daquela chuva ocorrer em um ano qualquer.
A escolha do tempo de recorrência da chuva de projeto é uma das decisões a serem tomadas no processo de gestão de drenagem de bacias hidrográficas. Esse valor será associado ao grau de proteção com que a população contará e ao risco da obra implantada falhar, já que ele representa a probabilidade de um evento de maior intensidade ocorrer.
Para fundamentar a escolha do tempo de recorrência da chuva de projeto de uma obra, diversos critérios podem ser adotados. Estudos econômicos e financeiros são comuns para que se chegue a uma decisão. Porém, existem valores éticos e subjetivos que dificultam essa escolha. Quanto maiores os tempos de recorrência, maiores as obras de controle de cheias, o que pode resultar em altos custos para o poder público e, consequentemente, para a população. Podem, também, requerer a relocação de famílias e a desapropriação de imóveis no meio urbano, além de causarem engarrafamentos de veículos e prejuízos para o comércio, durante as obras de implantação. Por outro lado, a escolha de tempos de recorrência muito baixos pode expor a população a riscos elevados, provocando graves perdas quando uma cheia ocorrer. A Tabela 2.1 mostra tempos de recorrência comuns em projetos no meio técnico (DAEE/CETESB, 1980). Além desses valores, é comum, no município do Rio de Janeiro, serem realizados projetos de micro e macrodrenagem para tempos de recorrência de 10 e 20 anos, respectivamente.
Tabela 2.1: Tempos de recorrência comuns em projetos, para diferentes ocupações da área (DAEE/CETESB, 1980 apud TUCCI, 2004)
Obra Tipo de Ocupação da Área Tr (anos)
Residencial 2 Comercial 5
Áreas com edifícios de serviços ao público 5
Aeroportos 2 - 5
Microdrenagem
Áreas comerciais e artérias de tráfego 5 - 10
Áreas comerciais e residenciais 50 - 100
Macrodrenagem
Áreas de importância específica 500
Sendo assim, o tempo de recorrência de um projeto é uma decisão pública que depende do conflito de interesses de diversos usuários da bacia hidrográfica e da capacidade política desses usuários em influirem nas decisões. A escolha de valores intermediários, que não resultem nem em riscos nem em custos demasiadamente elevados pode ser polêmica e beneficiar ou prejudicar alguns grupos de pessoas da região. Sendo assim, quanto mais transparentes e tecnicamente fundamentados forem os critérios para a escolha dos valores dos parâmetros de um projeto, mais simples e justa pode ser sua realização.
2.5 - Medidas Estruturais
As medidas estruturais consistem na construção de obras que alterarão as características naturais de drenagem da bacia. Com isso, podem ser alteradas declividades, seções de escoamento, trajetórias de escoamentos, rugosidade das paredes de canais, entre outras características hidráulicas. Essas obras podem causar, conseqüentemente, a alteração do regime, do volume e da velocidade dos escoamentos e têm o objetivo de minimizar as inundações, reduzindo a intensidade da cheia ou atuando na sua origem (TUCCI, 2004).
Dentre as intervenções na calha fluvial, a retificação de meandros, o aumento da seção e da declividade da calha e o derrocamento do fundo dos rios são algumas das medidas passíveis de serem tomadas. Com isso, seriam aumentadas a seção hidráulica e a velocidade do escoamento, sendo promovida a rápida retirada da água da bacia. Porém, essas soluções causam problemas na região próxima ao corpo d’água receptor, devido ao alto volume que chegará rapidamente ao local. Além disso, necessitam de manutenção preventiva freqüente, como dragagem para o desassoreamento do fundo.
Como vantagem, pode-se destacar a redução do tempo de permanência da cheia nos trechos médio e superior da bacia hidrográfica.
Outra intervenção ao longo da calha seria a construção de diques longitudinais ao rio. Com isso, haveria um obstáculo, com a altura apropriada, que bloquearia a passagem da água do rio para a planície de inundação durante a ocorrência de cheias. Além disso, a drenagem das áreas internas aos diques requer cuidados, em geral associados à manutenção de reservatórios de armazenamento temporários e estruturas auxiliares de descarga. Essas obras são de alto custo de investimento. No estado do Rio de Janeiro, esse tipo de intervenção é observado na Baixada Fluminense, ao longo dos rios Iguaçu e Sarapuí, principalmente.
A construção de reservatórios de controle de cheias também é muito adotada como medida de controle. Eles são posicionados em algum ponto do rio, preferencialmente sem comportas para terem menores probabilidades de ocorrência de erros operacionais. Eles são mantidos no menor nível possível, para que haja capacidade para água ficar armazenada quando ocorrer uma cheia. Em seguida, ela seria liberada gradualmente, reduzindo a elevação do nível d’água do rio a jusante. Essa obra também requer alto investimento e necessidade de área para implantação, mas pode ser posicionada em algum ponto mais afastado ou menos urbanizado da cidade. Essa intervenção atua na macrodrenagem da bacia, reduzindo a vazão de pico da cheia, porém, aumentando o seu tempo de permanência. Seu dimensionamento requer um grande estudo das áreas de contribuição para o reservatório e da capacidade das galerias de água pluviais e dos canais a jusante. A Tabela 2.2 mostra a diferença entre a atuação de medidas de reservação e de canalização (CANHOLI, 2005).
Como alternativas de reservatórios de controle de cheias, existem os de retenção e os de detenção. Os reservatórios de retenção permanecem cheios após a chuva, podendo ser utilizados como unidade de tratamento de efluentes. É uma alternativa para bacias com problemas de qualidade ambiental da água. Já os reservatórios de detenção, após serem cheios em um evento de precipitação, liberariam o volume, com uma menor vazão, na galeria de drenagem existente.
Portanto, existe uma grande quantidade de opções de medidas estruturais de controle de cheias. Na maioria dos casos, combinações entre elas são a melhor alternativa para a drenagem das bacias. Porém, são poucas as medidas estruturais que não causam impacto no cotidiano da cidade. Em algumas regiões, os rios foram cobertos pela urbanização e convertidos em canais artificiais ou galerias. As obras iriam causar a interrupção do tráfego para a realização de escavações, já que as canalizações seguem, geralmente, o traçado das ruas e das calçadas para não invadirem os lotes.
Tabela 2.2: Diferenças entre os conceitos de canalização e de reservação (CANHOLI, 2005).
Característica Canalização Reservação
Função Remoção rápida dos
escoamentos
Contenção temporária para subsequente liberação
Componentes
principais Canais abertos/galerias
Reservatórios à superfície livre, reservatórios subterrâneos, retenção sub-superficial
Aplicabilidade
Instalação em áreas novas, construção por fases, ampliação de capacidade pode se tornar difícil (centros urbanos)
Áreas novas (em implantação), construção por fases, áreas existentes (à superfície ou subterrâneas) Impacto nos trechos de jusante (quantidade) Aumenta significativamente os picos das enchentes em relação à condição anterior; maiores obras nos sistemas de jusante
Áreas novas: podem ser dimensionadas para impacto zero (Legislação EUA); Reabilitação de sistemas: podem tornar vazões a jusante compatíveis com a capacidade disponível
Impacto nos trechos de jusante (qualidade)
Tansporta para o corpo receptor toda carga poluente
Facilita remoção de material flutuante por concentração em áreas de recirculação dos reservatórios e dos sólidos em suspensão, pelo processo natural de decantação
Manutenção/ operação
Manutenção em geral pouco frequente (pode ocorrer excesso de assoreamento e de lixo); Manutenção nas galerias é difícil (condições de acesso)
Necessária limpeza periódica, necessária fiscalização, sistemas de bombeamento requerem
operação/manutenção, desinfecção eventual (insetos)
Estudos
hidrológicos/ hidráulicos
Requer definição dos picos de enchente
Requer definição dos hidrogramas (volumes das enchentes)
2.6 - Medidas Não-Estruturais
As medidas não-estruturais de controle não são constituídas por obras hidráulicas, para criar melhores condições de escoamento. Elas consistem em uma série de intervenções que objetivam adequar a cidade e suas atividades aos cursos d’água e às cheias existentes (TUCCI, 2004).
Um instrumento comum entre essas medidas é o plano diretor de drenagem urbana. Através dele, estariam sendo avaliadas e respeitadas as regiões alagáveis da bacia ou estariam sendo previstas e planejadas formas de ocupação para elas. Dentro desse plano, algumas medidas seriam a construção de edificações fora da várzea de inundação e o controle da impermeabilização das planícies e encostas, o que seriam soluções de menor custo. Em algumas regiões, poderiam ser posicionados campos, praças e áreas de lazer, que seriam usados em tempo seco e inundados durante as chuvas. Porém, a falta de presença e de planejamento do poder público e a intensa especulação imobiliária tornam esse procedimento de difícil gestão e com alta influência política.
Já para os casos onde se decidiu pela ocupação da planície de inundação, uma solução para que as cheias não resultem em perdas na infra-estrutura urbana seria a construção de estruturas resistentes às enchentes. Em outras palavras, seriam construídos pilares, fundações e aterros impermeáveis e resistentes ao fenômeno, ou até estruturas flutuantes. Essa solução tem alto custo de implantação, sendo viável somente em locais onde a população conta com maior poder econômico.
Uma outra medida não-estrutural seria a adoção de uma compensação econômica para as regiões atingidas. Dessa forma, haveria o pagamento de um seguro por parte das indústrias, do comércio e das residências para que fossem ressarcidas eventuais perdas provocadas pela cheia. Essa medida é arriscada, pois algumas perdas podem não ser tangíveis, além de haver a necessidade da população e dos empresários disporem de
recursos para o pagamento desse seguro. Esse capital estaria sujeito, também, à má administração financeira em alguns locais. Com isso, essa medida pode agir no sentido contrário à solução do problema, desestimulando a adoção de intervenções mais eficientes.
Outra alternativa que poderia ser adotada, em conjunto com aquelas acima descritas e com as medidas estruturais, seria a instalação de um sistema de previsão em tempo real e de alerta contra inundações. Dessa forma, seriam possíveis evacuações e a preparação da população para o evento. Essa alternativa requer tecnologia e técnicos preparados para o serviço, o que pode ser oneroso em países menos desenvolvidos.
A instalação de postos para controle em tempo real também é importante para a gestão de enchentes oriundas de regiões montanhosas, já que as chuvas orográficas que ocorrem nos morros geram grandes vazões e são muito freqüentes. No município do Rio de Janeiro, existe um sistema de alerta, mas o foco prioritário é a possibilidade de acidentes geotécnicos, geralmente provocados pelo agravamento da instabilidade dos taludes provocado pelas chuvas (SISTEMA ALERTA-RIO, 2009). Outra informação relevante é que a Defesa Civil emite alertas de tempestades, a partir da previsão meteorológica, mas sem maiores detalhes sobre a intensidade do fenômeno.
As medidas não-estruturais buscam a solução do problema de drenagem urbana para qualquer cheia que ocorra na bacia hidrográfica. Ao contrário das medidas estruturais, que são dimensionadas para uma vazão com um determinado tempo de recorrência, as medidas não-estruturais podem ser operacionalizadas de modo que sejam eficientes em acidentes de ocorrência ainda mais rara. Com o problema de cheia já instalado, entretanto, é muito difícil não recorrer ao uso de medidas estruturais. Pode-se dizer, então, que a situação mais frequente e adequada combinará soluções estruturais e não-estruturais.
Recentemente, uma nova abordagem foi desenvolvida pela Environmental Protection Agency (EPA), que é a agência ambiental dos Estados Unidos. Essa abordagem, conhecida como Best Management Practices (BMP ou Melhores Práticas de Gerenciamento), consiste na adoção de medidas estruturais e não-estruturais para o controle da quantidade e da qualidade da água das bacias hidrográficas. Essas medidas
buscam restaurar, dentro do possível, condições anteriores à urbanização, de forma integrada ao ambiente urbano.
2.7 - Planejamento de Sistemas de Drenagem Urbana
A gestão de sistemas de drenagem urbana pode requerer tomadas de decisão no que diz respeito ao uso do solo, aos riscos toleráveis e aos tipos de medidas de controle apropriados. Além disso, devido à intensa urbanização, algumas soluções terão que ser inovadoras, e não convencionais. Também é importante entender que, quando se lida com a macrodrenagem de uma bacia hidrográfica, as decisões tomadas interferirão em um amplo sistema.
Os sistemas são conjuntos de dispositivos ou partes que formam uma estrutura maior e mais complexa, tendo cada uma dessas partes alguma influência ou importância na composição total do sistema. A falta de visão sistêmica faz com que, por muitas vezes, as medidas de controle de cheias sejam mal escolhidas ou prejudiquem outros pontos da bacia. Quando esse conceito é entendido, é possível a busca pela adoção de medidas preventivas onde ainda é possível e de corretivas onde é necessário. Nesse contexto, existem os planos diretores de macrodrenagem (CANHOLI, 2005).
A formulação de planos diretores de drenagem deve ser incorporada na etapa inicial de desenvolvimento urbano. Quando essa prática não é adotada, as intervenções tornam-se cada vez mais onerosas para o poder público, podendo chegar à inviabilidade técnica e econômica (BRAGA, 1994 apud CANHOLI, 2005). Esses planos devem estar integrados aos planos de saneamento básico, de uso do solo e de transportes para atingirem os seus objetivos. Alguns dos principais desses objetivos estão listados a seguir (SHEAFFER & WRIGHT, 1982):
• incentivar o aproveitamento das águas pluviais em usos industriais, irrigação e abastecimento;
• controlar a poluição difusa;
• integrar os projetos de prevenção e correção aos objetivos gerais do planejamento urbano;
• manter as regiões ribeirinhas não urbanizadas;
• minimizar as interferências na capacidade natural de escoamento e armazenamento dos talvegues;
• minimizar os problemas de erosão e assoreamento;
• reduzir gradativamente o risco de inundações para pessoas e propriedades; e • reduzir o nível de prejuízos por enchentes;
A elaboração de planos diretores de drenagem urbana requer grande multidisciplinaridade e pode ser bastante complexa. Por exemplo, ela pode exigir que sejam feitos inventários e análises iniciais das bases de dados e formulação, avaliação e seleção de alternativas (WANIELISTA & YOUSEF, 1993 apud CANHOLI, 2005). Outra sequência que pode ser adotada é o processamento das informações básicas, o diagnóstico da situação atual da bacia, a recomendação de intervenções imediatas, a execução de ações prioritárias nas sub-bacias e a listagem de ações sistemáticas a serem tomadas (DAEE, 1990 apud CANHOLI, 2005).
É possível perceber que a elaboração de planos de macrodrenagem requer um amplo estudo, onde as melhores alternativas de intervenções para toda a bacia devem ser buscadas. Com isso, são necessários levantamentos de dados e informações, além de grande conhecimento hidrológico, hidráulico, ambiental, institucional, social, econômico, financeiro e político.
3 - O Gerenciamento de Riscos de Cheias na Europa
3.1 - Apresentação
A Europa é um continente que apresenta grande variedade e complexidade de origens de enchentes. Elas podem ser causadas pela elevação do nível do mar, como em Veneza (Itália), por falhas em diques, como na Holanda, por processos fluviais e estuarinos, como em Londres, além da elevação do nível d’água dos rios devido às precipitações ocorridas nas estações chuvosas, em diversos outros países.
Devido a essa variedade de casos, os técnicos e estudiosos europeus desenvolveram diversos métodos de análise para o processo de tomada de decisão e vários tipos de medidas de controle e de mitigação do problema. Esses métodos podem adotar, como referência, diversos critérios, dependendo das características dos desastres ocorridos e da região. Podem ser usados, por exemplo, estimativas de prejuízos, análises de riscos, mapas de trânsito, sistemas de alerta, entre outros, conforme será mostrado nas seções a seguir, para diversos países europeus.
Portanto, o continente europeu é uma rica fonte de referências para o estudo de métodos de gerenciamento de drenagem urbana. Na Europa existem cheias oriundas de diversas causas, são usados diferentes tipos de medidas e ferramentas de controle e de gerenciamento e existem diversos institutos de pesquisa e projetos em desenvolvimento, de onde podem ser tiradas experiências e definições. Com isso, este capítulo tem o objetivo de resumir as práticas de gerenciamento de riscos de cheias e as medidas de controle usadas no continente europeu. Apesar de algumas referências mencionadas nesse capítulo serem de origem americana, os exemplos foram tirados da aplicação na Europa.
3.2 - Avaliação de Prejuízos Econômicos Provocados por Cheias
No continente europeu, a avaliação de prejuízos provocados por cheias é um dos critérios utilizados para tomada de decisão. Alguns países são mais experientes e bem sucedidos nessa análise do que outros. Porém, já foi incluído nas diretrizes da União
Europeia que a avaliação de prejuízos de cheias seja um dos critérios a serem usados no gerenciamento e na avaliação de enchentes (MESSNER et al., 2007).
Geralmente, essa avaliação é realizada em diversos níveis de detalhe, dependendo da área de interesse e se os recursos utilizados são federais, estaduais ou municipais. Ela pode ser usada pelos governos federais para a escolha da destinação de recursos financeiros ou para priorização de obras em áreas críticas. Para os menores níveis espaciais, as avaliações de prejuízos econômicos podem ser usadas em análises de benefício-custo para o estudo de viabilidade e para a seleção de projetos.
No que diz respeito aos prejuízos avaliados, eles são divididos em quatro tipos principais, na maior parte do continente. Esses tipos são os prejuízos diretos ou indiretos e os tangíveis ou intangíveis, que podem ser variáveis de acordo com as propriedades de cada região (SMITH & WARD, 1998; PARKER et al., 1987; PENNING-ROWSELL et al., 2003; MESSNER & MEYER, 2005).
Para a realização das avaliações, geralmente são usadas bases de dados de uso do solo ou pesquisas de campo, dependendo da disponibilidade dessas informações na região em estudo. É feita, também, a caracterização das cheias que podem ocorrer, para o risco e a recorrência desejados. Unindo as informações do uso do solo aos estudos hidráulicos e hidológicos, são obtidas, em muitos países, funções de profundidade x prejuízo, para cada tipo de edificação. Essas funções são usadas, principalmente, para a avaliação de prejuízos tangíveis diretos. Um exemplo dessas funções pode ser visto na Figura 3.1, onde podem ser observadas curvas para diversos tipos de edificação.
Figura 3.1: Exemplo de curvas profundidade x prejuízo.
Fonte: Adaptado de PENNING-ROWSELL et al., 2003 apud MEYER & MESSNER, 2005.
A partir das funções de profundidade x prejuízo ou de outras quantificações feitas para as demais categorias de prejuízos, podem ser feitas as análises de benefício-custo para a escolha de medidas de proteção ou para a priorização de investimentos.
Alguns países europeus apresentam maior experiência na análise de prejuízos provocados por enchentes. A Inglaterra e a Holanda apresentam alguma tradição nessas análises, enquanto Alemanha e República Tcheca iniciaram, mais tarde, aplicações práticas para o assunto (MEYER & MESSNER, 2005). Esses países foram os usados, neste trabalho, como casos de avaliação de prejuízos de enchentes, mostrando diferentes filosofias para esse tipo de análise, segundo as informações de MEYER & MESSNER (2005).
3.2.1 - Caso 1: Inglaterra
Nesse país, uma série de métodos de avaliação de riscos e de danos de enchentes vêm evoluindo, em processo de melhoria contínua. Esses métodos têm o objetivo de auxiliar no planejamento e na alocação de recursos financeiros.
Em nível nacional, os métodos desenvolvidos são melhorias do National Appraisal of Assets at Risk (NAAR) (DEFRA, 2001) e, em estudos recentes, têm o objetivo de
avaliarem o desenvolvimento do risco de enchentes nos próximos 100 anos, para diferentes cenários.
No nível regional, a avaliação é feita através dos métodos Catchment Flood Management Plans (CFMP; EA, 2004) e Shoreline Management Plans (SMP), que foram usados em programas para a obtenção de uma abordagem unificada de avaliação de impactos econômicos e sociais devido a enchentes.
Em quase todos os níveis, dados-padrão de danos desenvolvidos pelo Flood Hazard Research Centre (FHRC, Middlesex Universtity) são os usados na avaliação de prejuízos.
Dentre as publicações existentes, O Blue Manual ou Manual Azul (PENNING-ROWSELL & CHATTERTON, 1977) lida com danos diretos e tangíveis. O Red Manual ou Manual Vermelho (PARKER et al., 1987) acrescenta dados de perdas indiretas à análise. O Yellow Manual ou Manual Amarelo (PENNING-ROWSELL et al., 1992) foca o estudo em erosão costeira e nas enchentes. Uma nova e atualizada versão de todos esse manuais é o Multi Coloured Manual ou Manual Multi-Cor (MCM; PENNING-ROWSELL et al., 2003).
Os principais órgãos que tratam do manejo de cheias na Inglaterra são o Departamento de Meio Ambiente, Alimentos e Relações Rurais (DEFRA), responsável pela política de defesa contra enchentes, e a Agência Ambiental (EA), que tem a responsabilidade operacional sobre o assunto. Como a maioria dos recursos para essa área vêm, direta ou indiretamente, do governo central, a avaliação de perdas é uma forma de buscar a eficiência dos investimentos públicos e garantir o acesso aos fundos governamentais por essas instituições. A eficiência econômica é avaliada por análises de benefício-custo, apesar de ser recomendada a verificação de perdas não valoradas, da quantidade de pessoas afetadas e dos habitats que devem ser protegidos. Além disso, existem limites padrão de proteção que são adotados, caso a análise aponte para soluções fora dele.
Os métodos usados nas avaliações de prejuízos têm como base, geralmente, os dados do MCM, principalmente para propriedades residenciais e não-residenciais. A partir deles, são criadas funções de prejuízos, para os diversos tipos de edificação.
As propriedades residenciais são distinguidas por tipo, idade e classe social, cada uma apresentando um inventário típico. É feito, então, um cálculo da depreciação da estrutura e do inventário, determinado pelo custo de reposição a preços de mercado, e da suscetibilidade a perdas pra cada profundidade. São geradas, com isso, funções profundidade x prejuízo, podendo ser feita uma distinção entre enchentes longas e curtas.
No caso de propriedades não-residenciais, as funções de danos levam em conta duas características. As primeiras são as posses em risco em cada setor comercial ou industrial. A segunda é a suscetibilidade de cada propriedade às enchentes. Nas avaliações desse tipo de edificação, as funções fornecem os prejuízos por metro quadrado de propriedade, sendo esses valores diferentes para cada setor. São recomendadas, geralmente, investigações de danos potenciais para cada setor industrial e comercial, devido às particularidades de cada um.
O uso de funções profundidade x prejuízo é uma opção para a avaliação de danos de cheias. O seu detalhamento, em geral, dependerá do objetivo da avaliação e dos dados de uso do solo disponíveis. Eles podem ser obtidos em alguns órgãos ingleses, nacionais ou regionais, além dos censos demográficos e da realização de levantamentos de campo.
Porém, em nível nacional, funções profundidade x prejuízo não são muito usadas. Nesses casos, são calculados prejuízos médios ponderados de cheias. Esse cálculo é feito através da suposição de uma profundidade média de cheia para faixas de tempos de recorrência provenientes de dados empíricos de cheias.
Apesar dos danos tangíveis diretos serem o principal foco das avaliações de prejuízos de cheias, as perdas intangíveis e indiretas também são descritas no MCM. O FHRC, por exemplo, analisa os custos de serviços de emergências durante cheias e o MCM recomenda que seja aplicado um multiplicador de 1,107 sobre os prejuízos a propriedades, devido a esses custos. O MCM apresenta, também, métodos de avaliação de perdas devido à interrupção do tráfego em ferrovias e estradas principais, com cálculo baseado no custo de atraso pelo uso de rotas alternativas.
