Palavras-chave: simulação hidrológica, cenários de planejamento, Plano Diretor,

RESUMO

BENINI, R. M. (2005) CENÁRIOS DE OCUPAÇÃO URBANA E SEUS IMPACTOS HIDROLÓGICOS NA DA BACIA DO CÓRREGO DO MINEIRINHO. Dissertação (Mestrado). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.

Este trabalho teve por objetivo principal estabelecer e comparar diferentes cenários de ocupação urbana e seus efeitos no ciclo hidrológico. Buscou-se avaliar os riscos de enchentes à jusante, causados pelo crescimento urbano e aumento das áreas de impermeabilização que ocorrerão com a implantação do novo Campus da USP – São Carlos – SP e a conseqüente ocupação da bacia devido à especulação imobiliária. Dessa forma, a bacia do córrego do Alto Mineirinho foi dividida em sub-bacias, utilizando a abordagem de bacias embutidas. Foram estudados 4 cenários de ocupação urbana: cenário pré-urbanização (1972);

cenário atual (2000), cenário 2025 com Plano Diretor (CPD) que inclui recuperação ambiental; e cenário 2025 sem Plano Diretor (SPD). Foram necessárias aerofotografias para demarcação do uso e ocupação do solo. Além disso, esse trabalho iniciou o monitoramento experimental de parâmetros hidrológicos e ambientais. Para avaliação e comparação dos diferentes cenários realizaram-se simulações hidrológicas com uso do modelo hidrológico IPH II. Com as análises hidrológicas foi possível verificar que a bacia, com apenas 18,6 % de urbanização (2000), apresenta qualidade hídrica inferior à recomendada para os corpos d’água classe 2 (CONAMA 357/05). Em relação às simulações hidrológicas, pôde-se observar que no cenário 2025 SPD, a vazão máxima cresceu 388,0 % quando comparada ao cenário 1972 e 319,4 % quando comparada ao cenário 2000. Entre os cenários 2025 CPD e 2025 SPD há diminuição de 22,3 % na vazão máxima e o aumento no tempo de pico é de 50 minutos. Porém, os riscos de enchente, analisados pelo método de curvas de permanência, mostraram-se que mesmo com aplicação de diretrizes do PD os riscos de inundações continuam altos, o que indica a necessidade de integrar medidas estruturais e medidas não-estruturais para amenizar os efeitos de enchentes à jusante.

Palavras-chave: simulação hidrológica, cenários de planejamento, Plano Diretor,

mitigação de enchentes, IPH II, e Campus 2.

ABSTRACT

BENINI, R. M. (2005) SCENARIOS OF URBAN OCCUPATION AND ITS HYDROLOGIC IMPACTS IN THE MINEIRINHO RIVER BASIN. Máster Diss.

Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.

This work aims to establish and to compare different scenarios of urban occupation and its hydrologic effects. It evaluates downstream flood risks caused from upstream urban growth increased due to impervious areas and housing speculation surrounding the implantation of the new Campus of University of Sao Paulo in Sao Carlos city, SP. The Mineirinho river basin was studied through nested sub-basin approach. Four scenarios of urban occupation have been depicted: pre- urbanization (year 1972), current situation (year 2000), prospective scenario with Master Plan (until year 2025; “CPD”), and expected situation without Master Plan (until year 2025; “SPD”). Aerial photos were used to help on the evolution of land occupation between past and current situation. The comparison of different scenarios was outlined with use of hydrologic model IPH II. Moreover, this work set the monitoring and record of hydrologic time series. Through experimental analyses it was verified that with 18,6 % of urban areas the water quality of sub-basins decreased significantly. Hydrologic modeling simulations showed that maximum streamflow discharges of scenario 2025 SPD would rise up to 388,0 % higher than scenario 1972 and 319,4 % higher than scenario 2000 respectively. Maximum stream discharges and peak timing of scenario with Master Plan of year 2025 (CPD) would have respectively a reduction of 22,3 % and a increase of 50 minutes in comparison to scenario without Master Plan of year 2025 (SPD). Permanency curves revealed with the application of Master Plan guidelines flood risks however continue high, thereby pointing the needs of integrate structural and non-structural measures to cope with floods downstream.

Key-words: hydrologic simulation, planning scenarios, Master Plan, flood risk

reduction, IPH II, Campus 2.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Fluxograma de processos decorrentes da urbanização e impactos (adaptado de PORTO 1995).

6

Figura 2 Esquema conceitual de uma área ripária (modificado a partir de LIKENS,1992 apud LIMA & ZAKIA, 2000).

10

Figura 3 Seqüência de uso do modelo dentro das fases de estudo (TUCCI 1998 apud OHNUMA JR, 2005).

15

Figura 4 Fluxograma de cálculo do modelo IPH II (MINE, 1998, apud IPH-UFRGS-2004)

18

Figura 5 Continuidade na camada superior do solo (MINE, 1998, apud IPH-UFRGS-2004).

19

Figura 6 Localização de São Carlos – estado de São Paulo (MURO, 2000).

21

Figura 7 Área onde estará situado o Campus 2 da USP – São Carlos.

Adaptado de PMSC, 2001.

23

Figura 8 Parte à montante da bacia do córrego do Mineirinho, onde o Campus 2 da USP encontra-se em fase de implantação.

30

Figura 9 Área de implantação o Campus 2 da USP – São Carlos (2004).

30

Figura 10 Estação climatológica completa (Campbell

) instalada no Campus 2, USP, São Carlos, SP.

33

Figura 11 Local onde foi implantada a estação climatológica completa. 33 Figura 12 Calhas Parshall e medidores de nível que deverão ser

instalados para o monitoramento ambiental do Campus 2.

34

Figura 13 Período de estiagem durante as medidas de vazões (abril/

2005)

34

Figura 14 Sub-bacias inseridas na parte à montante da bacia do córrego do Mineirinho

36

Figura 15 Fotografias aéreas e evolução da urbanização da bacia do córrego do Mineirinho nos anos de 1972 e 2000

38

Figura 16 Fotointerpretação, com uso de fotografia aérea e o programa AutoCAD

2000

39

Figura 17 Forma do histograma tempo-área para diferentes valores do parâmetro XN (XN=n) Fonte: IPH-UFRGS-2004

44

Figura 18 Medição de altura e largura dos exutórios das sub 45 Figura 19 Medição de altura e largura dos exutórios das sub 45 Figura 20 Dados do pH na bacia do Mineirinho (Janeiro a Abril/2005) 50 Figura 21 Dados da demanda química de oxigênio - DQO na bacia do

Mineirinho (Janeiro a Abril/2005)

51

Figura 22 Dados da Condutividade elétrica na bacia do Mineirinho (Janeiro a Abril/2005)

52

Figura 23 Dados de fósforo total - PT na bacia do Mineirinho (Janeiro a Abril/2005)

53

Figura 24 Dados de Nitrogênio na bacia do Mineirinho (Janeiro a Abril/2005)

54

Figura 25 Dados de Escherichia coli na bacia do Mineirinho (Janeiro a Abril/2005)

55

Figura 26 Dados de Salmonella sp. na bacia do Mineirinho (Janeiro a Abril/2005)

56

Figura 27 Lançamento de efluente doméstico próximo ao córrego do Mineirinho

57

Figura 28 Sub-bacias 1a e 1b 58

Figura 29 Sub-bacia 2 e 3a 59

Figura 30 Sub-bacia 3b e 4 59

Figura 31 Sub-bacia 5 e 6 60

Figura 32 Sub-bacia 7a e 7b 60

Figura 33 Sub-bacias 1 e 3 62

Figura 34 Sub-bacias 7 e bacia total do córrego do Mineirinho 62

Figura 35 Cenário pré-urbanização (1972) 63

Figura 36 Cenário atual (2000) 67

Figura 37 Depósito de efluentes domésticos, entulhos e assoreamento do córrego

68

Figura 38 Evolução das principais ocupações do solo na bacia do córrego do Mineirinho nos cenários pré-urbanização (1972) e atual (2000)

68

Figura 39 Floresta paludosa (brejo) às margens do córrego do Mineirinho.

69

Figura 40 Apresentação das diferentes situações ambientais encontradas no Campus 2.Adaptado de BENINI e TONISSI (2003)

70

Figura 41 Acréscimo e decréscimo populacional no município de São Carlos. Fonte: adaptado de PMSC, 2004

72

Figura 42 Cenário 2025 sem Plano Diretor 73

Figura 43 Cenário com Plano Diretor (2025) 75 Figura 44 Evolução das áreas com remanescentes florestais na bacia

do córrego do Mineirinho, com plano diretor (CPD) e sem plano diretor (SPD)

76

Figura 45 Evolução das áreas impermeabilizadas na bacia do córrego do Mineirinho, com plano diretor (CPD) e sem plano diretor (SPD)

77

Figura 46 Evolução das áreas impermeáveis na bacia do córrego do Mineirinho, com plano diretor (CPD) e sem plano diretor (SPD)

78

Figura 47 Evolução das principais ocupações do solo na bacia do córrego do Mineirinho no cenário pré-urbanização (1972), cenário 2000, cenário2005 SPD e cenário 2005 CPD

80

Figura 48 Simulação para o ano de 1972, evento 17 e 18 de nov/2004 82 Figura 49 Simulação para o ano 2000, evento 17 e 18 de nov/2004 83 Figura 50 Simulação para o ano 2025 SPD, evento 17 e 18 de nov/2004 84 Figura 51 Simulação para o ano 2025 CPD, evento 17 e 18 de nov/2004 84 Figura 52 Simulação para todos os cenários, evento 17 e 18 de

nov/2004 (bacia do Mineirinho)

85

Figura 53 Simulação para o ano de 1972, evento 6 e 7 de dez/2004 86 Figura 54 Simulação para o ano 2000, evento 6 e 7 de dez/2004 87 Figura 55 Simulação para o ano 2025 SPD, evento 6 e 7 de dez/2004 88 Figura 56 Simulação para o ano 2025 CPD, evento 6 e 7 de dez/2004 88 Figura 57 Simulação para todos os cenários, evento 6 e 7 de dez/2004

(bacia do Mineirinho)

89

Figura 58 Simulação para o ano de 1972, evento 19 e 20 de dez/2004 90 Figura 59 Simulação para o ano 2000, evento 19 e 20 de dez/2004 90 Figura 60 Simulação para o ano 2025 SPD, evento 19 e 20 de dez/2004 91 Figura 61 Simulação para o ano 2025 CPD, evento 19 e 20 de dez/2004 91 Figura 62 Simulação para todos os cenários, evento 19 e 20 de

dez/2004 (bacia do Mineirinho)

92

Figura 63 Alterações nas vazões máximas em função dos cenários. 96 Figura 64 Crescimento das vazões máximas em função das taxas de

impermeabilização do solo

96

Figura 65 Curva de permanência para o cenário pré-urbanização (1972) 97 Figura 66 Curva de permanência para o cenário atual (2000) 98 Figura 67 Curva de permanência para o cenário 2025 SPD 99 Figura 68 Curva de permanência para o cenário 2025 CPD 99 Figura 69 Curva de permanência para todos os cenários (sub-bacia 1) 100 Figura 70 Curva de permanência para todos os cenários (sub-bacia 3) 101 Figura 71 Curva de permanência para todos os cenários (sub-bacia 7) 101 Figura 72 Curva de permanência para todos os cenários (bacia do

Mineirinho)

102

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Especificações da estação climatológica, calhas Parshall e medidores de nível – equipamentos a serem instalados para o monitoramento ambiental do Campus 2

32

Tabela 2 Técnicas utilizadas para medição dos parâmetros limnológicos no Campus 2

35

Tabela 3 Localização dos pontos de coleta d’água para análises limnológicas

35

Tabela 4 Cenários ambientais a serem estudados 37 Tabela 5 Eventos observados na bacia do Mineirinho utilizados para

simulação no IPHS-1

41

Tabela 6 Parâmetros da equação de Horton, utilizada pelo modelo IPH II

42

Tabela 7 Tipos de solo de acordo com sua capacidade de escoamento superficial e infiltração

42

Tabela 8 Valores de Ks e Kb 43

Tabela 9 Valores do parâmetro R

44

Tabela 10 Valores de rugosidade de Manning para o canal 46 Tabela 11 Análise da qualidade das águas da bacia hidrográfica do

córrego do Mineirinho (12/Jan/ 2005)

49

Tabela 12 Segunda análise da qualidade das águas da bacia do córrego do Mineirinho (24/fev/2005)

49

Tabela 13 Terceira análise da qualidade das águas da bacia do córrego do Mineirinho (21/abril/2005)

50

Tabela 14 Características das sub-bacia inserida na bacia do córrego do Mineirinho

61

Tabela 15 Uso e ocupação do solo e parâmetros hidrológicos em cada sub-bacia para o cenário pré-urbanização (1972)

65

Tabela 16 Uso e ocupação do solo e parâmetros hidrológicos em cada sub-bacia para o cenário atual (2000)

71

Tabela 17 Uso e ocupação do solo e parâmetros hidrológicos em cada sub-bacia para o cenário sem Plano Diretor (2025)

74

Tabela 18 Uso e ocupação do solo e parâmetros hidrológicos em cada sub-bacia para o cenário com Plano Diretor (2025)

79

Tabela 19 Parâmetros hidrológicos em cada sub-bacia para o todos os cenários

81

Tabela 20 Parâmetros hidrológicos constantes em cada sub-bacia utilizados para todos os cenários

82

Tabela 21 Características dos hidrogramas nas sub-bacias do Mineirinho, para o evento 2 (89 mm)

94

Tabela 22 Características dos hidrogramas nas sub-bacias do Mineirinho, para o evento 3 (86,4 mm)

94

Tabela 23 Características dos hidrogramas nas sub-bacias do Mineirinho, para o evento 5 (68,5 mm)

95

LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS

a Altura do canal Aimp Área impermeável

At Área total

c Comprimento dos trechos d’água c

Cota máxima

c

Cota mínima CPD Com plano diretor

DQO Demanda química de Oxigênio h Desnível da sub-bacia

HTA Histograma tempo-área

Ib Capacidade de infiltração final do solo Io Capacidade de infiltração inicial do solo IPH II Modelo

IPHS-1 Sistema computacional

Kb Tempo de escoamento subterrâneo

Ks Tempo de retardo do escoamento superficial L Comprimento do talvegue

l Largura do canal

n Coeficiente de Rugosidade de Manning NTK Nitrogênio Orgânico total

P Precipitação total PD Plano Diretor

PDO Plano Diretor de Ocupação do Campus 2.

PDMSC Plano Diretor Municipal de São Carlos PT Fósforo total

PUB Prediction in Ungaged Basins

Q Vazão

Qmax Vazão máxima

R

Capacidade de retenção máxima da precipitação RSL Reservatório linear simples

SPD Sem plano diretor

t Tempo

T

Tempo de concentração

XN Forma do histograma Tempo – Área