GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Secretaria de Estado do Ambiente - SEA. Fundação Superintendência Estadual de Rios e Lagoas SERLA

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1 GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Secretaria de Estado do Ambiente - SEA Fundação Superintendência Estadual de Rios e Lagoas SERLA PLANO DIRETOR DE RECURSOS HÍDRICOS, CONTROLE DE INUNDAÇÕES E RECUPERAÇÃO AMBIENTAL DA BACIA DO RIO IGUAÇU/SARAPUÍ Análise do comportamento hidrológico e hidrodinâmico da bacia hidrográfica do rio Botas - Iguaçu na Baixada Fluminense Relatório R3.2D PDIS-RE-009-R1 Elaboração: Fundação COPPETEC Laboratório de Hidrologia e Estudos de Meio Ambiente Fevereiro de 2009

2 Fundação Superintendência Estadual de Rios e Lagoas SERLA Campo de São Cristovão, 138 Rio de Janeiro RJ CEP: Elaboração e Execução: Fundação COPPETEC Laboratório de Hidrologia e Estudos de Meio Ambiente Todos os direitos Reservados. É permitida a reprodução de dados e de informações contidos nesta publicação, desde que citada a fonte.

3 APRESENTAÇÃO Este relatório, previsto no Plano de Trabalho como Relatório R3.2D, tem como objetivo apresentar o sistema de modelagem hidrológica e hidrodinâmica da bacia hidrográfica do rio Botas-Iguaçu. O presente trabalho é parte integrante das atividades em desenvolvimento pela Fundação COPPETEC no âmbito do Contrato firmado em 23/12/2007 com a Fundação Superintendência Estadual de Rios e Lagoas (SERLA), tendo em vista a realização dos estudos de atualização do Plano Diretor de Recursos Hídricos, Controle de Inundações e Recuperação Ambiental da Bacia dos rios Iguaçu-Sarapuí, na Baixada Fluminense. O Plano original, denominado Projeto Iguaçu, foi executado pelo Laboratório de Hidrologia e Estudos do Meio Ambiente da COPPE, através de contrato firmado pela Fundação COPPETEC com o Governo Estadual, com recursos do BIRD.

4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS METODOLOGIA SISTEMA DE MODELAGEM Modelo Hidrológico Hidro-Flu Modelo Hidrodinâmico Modelo de Células de Escoamento ÁREA DE ESTUDO Descrição da Bacia MODELAGEM DA BACIA DO RIO BOTAS Levantamento de Dados Modelação Topográfica, Hidráulica e Topológica Entrada de Dados Calibração e Validação Simulação dos Cenários APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Cenário Cenário CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...21 Anexo 1 - Perfil longitudinal do rio Botas com cotas de NA para tempo de recorrência de 20 e 50 anos

5 1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS Este trabalho tem como objetivo analisar, através de modelos matemáticos, o comportamento hidrológico e hidrodinâmico da bacia hidrográfica do rio Botas, na baixada fluminense, a partir das características atuais de ocupação e uso do solo. As condições da calha do rio Botas são as preconizadas pelo Laboratório de Hidrologia da COPPE/UFRJ, quando do estudo realizado em setembro de 2007, com vistas às obras de macro-drenagem concebidas naquela oportunidade. Nos cenários simulados são consideradas as intervenções estruturais e não estruturais propostas para o rio Iguaçu no presente Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do rio Iguaçu-Sarapuí ainda em fase de execução. A modelagem hidrodinâmica considerou toda a extensão da calha principal do rio Botas e as planícies marginais do mesmo, desde a confluência dos valões Cacuia e Palmares na cabeceira da bacia, juntando-se ao rio Iguaçu mais a jusante e terminando na Baía de Guanabara após a confluência com o rio Sarapuí. Essa análise permitiu a previsão dos níveis d água ao longo do rio Botas para diferentes tempos de recorrência. 1

6 2. METODOLOGIA O presente trabalho pretende avaliar a bacia do rio Botas com o uso do Mod-Celas1, desenvolvido por Miguez e Mascarenhas, e com apoio de um modelo hidrológico capaz de gerar vazões a partir de chuvas de projeto, modelo Hidro-Flu 2, desenvolvido por Magalhães. Com eles pretende-se avaliar diferentes abordagens na construção dos cenários de simulação. Essas ferramentas, resumidamente apresentadas no Capítulo 3, possuem uma abordagem mais detalhada apresentada no Relatório R3.2B PDIS-RE-002-R1, produzido pela Fundação COPPETEC e apresentado à SERLA em março de O Capítulo 4 descreve algumas características da bacia hidrográfica em estudo. O Capítulo 5 apresenta a aplicação das ferramentas de modelagem nessa área enquanto no Capítulo 6 são apresentados os resultados obtidos pelo processo de modelagem, seguido de uma breve discussão desses resultados e algumas recomendações pertinentes no Capítulo 7. 1 Modelo de Células de Escoamento para cálculo de cheias em planícies de inundação, Laboratório de Hidráulica Computacional, COPPE/UFRJ, 2 Sistema HIDRO-FLU para Apoio a Projetos de Controle de Cheias, Laboratório de Hidráulica Computacional, COPPE/UFRJ, 2

7 3. SISTEMA DE MODELAGEM O sistema de modelagem do rio Botas envolve dois módulos, um modelo hidrológico utilizado para previsão das vazões nos afluentes ao curso d água principal e um modelo hidrodinâmico utilizado para simular o comportamento de uma onda de cheia ao longo do canal. Neste capítulo são apresentadas brevemente as ferramentas de modelagem utilizadas neste estudo. Uma descrição mais detalhada desses modelos é parte integrante do Relatório R3.2B PDIS-RE-002-R1, referido no capítulo anterior Modelo Hidrológico Hidro-Flu Para a modelagem hidrológica utilizou-se como ferramenta o Sistema Hidro-Flu, um programa computacional desenvolvido na COPPE que, entre múltiplas aplicações, pode servir exclusivamente como um modelo chuva-vazão do tipo concentrado. No Hidro-Flu, o cálculo de um hidrograma a partir de um hietograma de projeto pode ser dividido em quatro etapas: Caracterização da Bacia Hidrográfica; Hietograma de Projeto; Separação dos Escoamentos; Hidrograma de Projeto Modelo Hidrodinâmico Modelo de Células de Escoamento As hipóteses do modelo de células são: A natureza pode ser representada por compartimentos homogêneos, interligados, chamados células de escoamento. A cidade e sua rede de drenagem são subdivididas em células, formando uma rede de escoamento bi-dimensional, com possibilidade de escoamento em várias direções nas zonas de inundação, a partir de relações unidimensionais de troca; Na célula, o perfil da superfície livre é considerado horizontal, a área desta superfície depende da elevação do nível d'água no interior da mesma e o volume de água contido em cada célula é diretamente relacionado com o nível d'água no V V( Z ) centro da célula, isto é, i = i V A x( Z - Z ), ou i = si i 0i, onde Z 0i é a cota do fundo da célula, e ASi é a área superficial da célula. Cada célula comunica-se com células vizinhas, que são arranjadas em um esquema topológico, constituído por grupos formais, onde uma célula de um dado grupo só pode se comunicar com células deste mesmo grupo, ou dos grupos imediatamente posterior ou anterior; O escoamento entre células pode ser calculado através de leis hidráulicas conhecidas, como, por exemplo, a Equação Dinâmica de Saint-Venant, completa ou simplificada, a equação de escoamento sobre vertedouros, livres ou afogados, a equação de escoamento através de orifícios, equações de escoamento através de bueiros, entre outras várias, sendo, neste estudo, considerados os efeitos de inércia no escoamento que ocorre nos cursos d água principais; 3

8 A vazão entre duas células adjacentes, em qualquer tempo, é apenas função dos Q i, k = Q( Zi, Zk ) níveis d água no centro dessas células, ou seja, ; As seções transversais de escoamento são tomadas como seções retangulares equivalentes, simples ou compostas; O escoamento pode ocorrer simultaneamente em duas camadas, uma superficial e outra subterrânea, em galeria, podendo haver comunicação entre as células de superfície e de galeria. Nas galerias, o escoamento é considerado inicialmente à superfície livre, mas pode vir a sofrer afogamento, passando a ser considerado sob pressão Modelação de uma Bacia Urbana através da Representação por Células de Escoamento As células podem representar a natureza isoladamente ou em conjuntos, formando estruturas mais complexas. Um conjunto resumido de tipos de células pode eventualmente já fornecer grande capacidade de representação, ao se pensar em suas possíveis associações. Porém, a definição do conjunto de tipos de ligação, que são representativas de leis hidráulicas que traduzem determinados escoamentos, pode fazer grande diferença na tentativa de reproduzir a multiplicidade dos padrões de escoamento de um cenário urbano. A atividade de modelação topográfica e hidráulica deve então contar com um conjunto pré-definido de tipos de célula e de tipos possíveis de ligações entre células. A Figura mostra, esquematicamente, os tipos de células existentes em uma situação típica da paisagem urbana, bem como as funções assumidas por estas células. Conjunto tipo de células pré-definido: de rio, ou canal, por onde se desenvolve o escoamento principal da drenagem à céu aberto, podendo ser a seção simples ou composta; de galeria, subterrânea, complementando a rede de drenagem; de planície, para a representação de escoamentos a superfície livre em planícies alagáveis, bem como áreas de armazenamento, ligadas umas às outras por ruas, englobando também áreas de encosta, para recepção e transporte da água precipitada nas encostas para dentro do modelo, áreas de vertimento de água de um rio para ruas vizinhas e vice-versa e áreas de transposição de margens, quando é preciso integrar as ruas marginais a um rio e que se comunicam através de uma ponte; de reservatório, simulando o armazenamento d água em um reservatório temporário de armazenamento, dispondo de uma curva cota x área superficial, a partir da qual, conhecendo-se a variação de profundidades, pode-se também conhecer a variação de volume armazenado. A célula tipo-reservatório cumpre o papel de amortecimento de uma vazão afluente. 4

9 Encosta Vertedouro Planície Galeria Canal Figura Tipos de célula A modelação hidráulica e topográfica de uma bacia hidrográfica, portanto, refere-se à forma como esta bacia é representada no modelo, ou seja, ao modo como se dá forma à realidade física dentro do modelo. Faz parte desta modelação: a identificação de áreas alagáveis e das direções principais de escoamento, o que por sua vez definirá o mapa geral do padrão do escoamento; a definição das características hidráulicas e geométricas das seções de escoamento em trechos de rio; a definição geométrica de áreas homogêneas de armazenamento; e a definição das interações que ocorrem entre os diversos elementos topográficos ou estruturas hidráulicas identificados. A partir dessa caracterização das células passa-se a discutir a combinação das mesmas, conforme possibilidade citada anteriormente, para representar estruturas hidráulicas, tais como canais, galerias, junções, entre outros, em arranjos mais complexos, que começarão a compor o modelo da bacia. A representação dos rios e canais principais pode ser feita pela composição da rede de macro-drenagem com as células de canal, margeadas por células de planície com função de vertedor, que recebem o extravasamento do rio na cheia, sendo estas células, por sua vez, ladeadas por células de alagamento, para onde fluem as águas que saíram dos rios, podendo, a partir daí, seguir seu próprio caminho através destas células de planície. Na Figura mostra-se uma vista em planta do funcionamento integrado calhavertedor-planície. Na Figura é apresentada uma vista em corte de um curso d água e uma de suas margens. Na Figura é apresentada uma representação por células para a mesma região esquemática da Figura , mostrando o escoamento superficial das encostas para a região alagável e as interações entre estas, os vertedores e os rios. A definição dos limites das áreas alagáveis, mostrada nestas figuras, por exemplo, pode-se dar por marcas de inundações históricas mapeadas para a bacia. 5

10 Região de alagamento Região de vertimento Calha Região de vertimento Região de de alagamento Figura Trecho da bacia em planta, considerando a calha do rio principal. Rua Rio Figura Vista em corte da bacia genérica de um rio e a ocupação de suas margens. 6

11 Chuva Encosta Células de Planície Vertedouro Célula de Canal (Calha Principal) Figura Representação por células da região apresentada na figura , mostrando interfaces dos escoamentos superficiais. As mudanças de declividade do fundo são feitas nos centros de célula, conforme a Figura Isto evita situações de transição não graduais ao longo do escoamento. De forma geral, as pontes, ou outras seções de controle, devem ser sempre tomadas como seções de ligação entre células, por serem capazes de definirem ou limitarem a capacidade de vazão de um determinado trecho que culmina nesta seção de controle, gerando, normalmente, alagamento a montante. Trecho Homogêneo NA Legenda: Centro de Células Seção entre Células Figura Representação de mudança de declividade do leito. 7

12 4. ÁREA DE ESTUDO A bacia hidrográfica do rio Botas faz parte da bacia do rio Iguaçu-Sarapuí a qual está descrita em maiores detalhes no Relatório R3.2B PDIS-RE-002-R1 já referido anteriormente Descrição da Bacia O rio Botas é um afluente do rio Iguaçu pela sua margem direita, aproximadamente 14 km a montante da sua foz na Baía de Guanabara. A bacia do rio Botas drena uma área total de 118,9 km 2. Limita-se a norte e a leste com a bacia do rio Iguaçu, a oeste com afluentes da baía de Sepetiba e ao Sul com a bacia do rio Sarapuí. O rio Botas tem as suas nascentes na serra do Mendanha, na área de proteção Ambiental de Gericinó Mendanha, em uma altitude média de 300m e desenvolve-se a partir do bairro conhecido como Jardim Roma (no bairro de Adrianópolis), percorrendo todo o Município de Nova Iguaçu, inicialmente no sentido leste e posteriormente no sentido nordeste até desaguar no rio Iguaçu, nas proximidades do Bairro Amapá e Vale do Ipê, no Município de Belford Roxo, num trajeto total de 25,6 km de extensão. Os principais afluentes do rio Botas são o rio das Velhas na margem esquerda e o rio Machambomba na margem direita. Além destes, o rio Botas recebe a contribuição de diversos valões em ambas as margens, nomeados a seguir e apresentados no esquema da FIGURA Valão Mirim Valão Metropolitano Valão Viga-Maranhão Valão Carmary Valão Braúna Valão Itaipu Valão Babi Valão das Velhas Valão Nova Era Valão Fábrica Eboni Valão Moquetá Valão Machambomba Valão Santa Amélia Valão Caramuru Valão Estrela Branca Valão São Vicente Valão Tenente Leal O clima da bacia é quente e úmido com estação chuvosa no verão. A bacia tem uma temperatura média anual de 22 C e uma precipitação média anual de 1.700mm. A bacia do rio Botas esta localizada na região metropolitana do Rio de Janeiro e abriga por completo os municípios de Belford Roxo e Nova Iguaçu. A população desses municípios, segundo o Censo 2000 do IBGE, totaliza habitantes. 8

13 5. MODELAGEM DA BACIA DO RIO BOTAS A modelagem da bacia do rio Botas considera toda a bacia do rio Iguaçu-Sarapuí. A modelagem hidrodinâmica abrange o curso principal do Botas, suas planícies marginais e o trecho final do rio Iguaçu a jusante da confluência, até a sua foz na Baía de Guanabara. Os principais cursos d água contribuintes ao rio Botas foram considerados como condições de contorno e as planícies adjacentes à calha foram discretizadas como células de escoamento, permitindo assim a análise dos escoamentos das águas mesmo fora da calha principal do rio, fornecendo níveis d água mais condizentes com a realidade Levantamento de Dados Para a confecção dos arquivos de entrada de dados no modelo, foram necessários dados topográficos, fisiográficos, hidrológicos e hidráulicos da bacia em estudo. Os dados topográficos foram retirados de um conjunto de plantas na escala 1:10000 e 1:2000, referentes ao levantamento realizado pela fundação CIDE em 1996, abrangendo todo o curso do rio Botas desde a cabeceira da bacia até sua foz no rio Iguaçu. Também foram utilizadas seções de projeto do rio Botas provenientes dos estudos iniciais da bacia realizados pelo Laboratório de Hidrologia e Meio Ambiente da COPPE datados de novembro de 2007 para a 1ª Fase do Projeto de Controle de Inundações e Recuperação Ambiental das Bacias dos Rios Iguaçu/Botas e Sarapuí. Para a caracterização hidrológica da região.foram considerados os estudos hidrológicos do Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do Rio Iguaçu-Sarapuí (Relatório IG-RE- 009-R1) Modelação Topográfica, Hidráulica e Topológica A partir da conclusão do levantamento de dados, passa-se à tradução dos dados levantados para uma linguagem aceita pelo modelo matemático. Assim, foi realizada uma análise dos mapas em escala 1:2.000 e 1: disponíveis, de forma a se estudar a topografia da região, caracterizando o padrão de comportamento do escoamento da cheia. Com este estudo realizado, passou-se à divisão da área de interesse através de células de escoamento e a determinação das suas comunicações com suas vizinhas. Ao término desta divisão, foi construído um esquema topológico que integra a rede de células, mostrando as suas interações com as células vizinhas e com as condições de contorno localizadas nas fronteiras da área modelada. Nesta etapa, foi efetuado o levantamento das informações gerais necessárias para caracterização de cada célula de escoamento, tais como: Área de contribuição e de armazenagem; Cota do terreno; Número e tipos de ligações com células vizinhas; Distância entre as células; Demais parâmetros individuais de cada tipo de ligação entre as células, conforme a definição hidráulica dos mesmos. O modelo de células do rio Botas/Iguaçu abrange o trecho que vai desde a confluência dos valões Cacuia e Palmares na cabeceira da bacia, juntando-se ao rio Iguaçu mais a 9

14 jusante e terminando na Baía de Guanabara após a confluência do rio Sarapuí totalizando 79 células de canal representativas dos cursos principais desses rios mais 227 células em seu entorno, representando a planície e o funcionamento aproximado de alguns reservatórios pulmão como o Pôlder do Outeiro, totalizando 306 células. As células do canal principal foram definidas de acordo com as seções do Projeto de Controle de Inundações e Recuperação Ambiental das Bacias dos rios Iguaçu, Botas e Sarapuí realizado pelo Laboratório de Hidrologia e Meio Ambiente da COPPE/UFRJ. Na Figura e 5.2.2, são apresentados respectivamente, desenhos esquemáticos dos rios e valões afluentes ao Botas considerados no processo de modelagem o esquema topológico com as células e suas ligações. A Tabela apresenta as vazões de pico dos afluentes do rio Botas utilizadas como condições de contorno no modelo. Para a discretização hidráulica, a planície é dividida em células formando uma rede de escoamento bidimensional, permitindo o escoamento da cheia em várias direções. O escoamento entre células pode ser calculado através de equações hidráulicas, como equações de vertedouro, livre ou afogado, equações através de orifícios ou mesmo as equações de Saint Venant, completas ou simplificadas. Esse método permite considerar as precipitações em cada célula, aplicando-se então processos de chuva-vazão, somando-se essa vazão com a vazão trocada com outras células, calculando assim o volume de água na célula em cada passo de tempo. Tabela Vazões de pico dos afluentes ao rio Botas para tempo de recorrência de 20 e 50 anos Afluente Margem Esquerda Código da Condição de Contorno Vazão de pico (m³/s) TR = 20 anos TR = 50 anos Afluente Margem Direita Código da Condição de Contorno Vazão de pico (m³/s) TR = 20 anos TR = 50 anos Valão Mirim ,71 0,98 Valão Nova Era ,07 1,48 Valão Metropolitano ,90 2,55 Valão Fábrica Eboni ,90 1,27 Valão Viga-Maranhão ,80 20,32 Valão Moquetá ,25 3,09 Valão Carmary ,98 2,68 Valão Machambomba ,37 10,88 Valão Braúna ,36 1,84 Valão Santa Amélia ,25 1,69 Valão Itaipu ,56 0,75 Valão Caramuru ,83 1,14 Valão Babi ,73 5,11 Valão Estrela Branca ,87 1,17 Valão das Velhas ,80 20,32 10

15 Valão Mirim Valão Metropolitano Valão Viga-Maranhão Valão Carmary Valão Braúna Valão Itaipu Valão Babi Valão das Velhas RIO BOTAS Valão Nova Era Valão Fábrica Eboni Valão Moquetá Valão Machambomba Valão Santa Amélia Valão Caramuru Valão Estrela Branca Valão São Vicente Valão Tenente Leal Rio Sarapuí Rio Iguaçu Baía de Guanabara Figura Representação esquemática dos afluentes do rio Botas 11

16 Figura Esquema topológico da Bacia do rio Botas 12

17 5.3. Entrada de Dados Para o Modelo de Células de Escoamento, quatro tipos de arquivos são necessários para o seu funcionamento: Arquivo de Dados Iniciais, contendo as informações referentes ao arranjo geral das células e ao estado inicial de alagamento das células que compõem a bacia modelada: O arquivo de condições iniciais é fundamental pois apresenta a situação preliminar da bacia modelada antes de ocorrer a precipitação de projeto e antes da chegada da cheia. Desta forma, é possível delimitar quais as regiões da bacia iniciam o processo de simulação alagadas ou não, bastando, para isto, correlacionar à cada célula o seu respectivo nível d água inicial no processo de simulação. Arquivos de Características das Células, com os dados específicos de cada célula e de suas ligações com as células vizinhas: O arquivo da base de dados indica a discretização topográfica e hidráulica da bacia em estudo. Nele são dadas as informações específicas de cada uma das células que compõem a topologia e também os dados que permitem que cada célula se comunique com suas vizinhas. Após a delimitação da bacia em células passa a ser feito o levantamento dos dados necessários para permitir a comunicação entre uma célula e suas vizinhas. Existem informações gerais, necessárias para todas as células, e outras específicas, distintas para cada tipo de célula e cada tipo de ligação. Também é necessária a avaliação inicial dos valores dos diversos coeficientes que regem as ligações. Arquivos de Precipitação, indicando a chuva que cai sobre cada célula da área modelada, dependendo da distribuição espacial da rede pluviométrica disponível: Os arquivos de precipitação são essenciais para a realização das simulações. A entrada de dados para este arquivo pode ser feita, basicamente, de duas formas : a) Através de uma chuva real medida, usualmente adotada para os processos de calibração e de validação do modelo; b) Através de uma chuva de projeto, calculada por quaisquer métodos pertinente, adotada para as simulações desejadas. Qualquer que seja o tipo de chuva adotado, medida ou projetada, a entrada de dados no arquivo é feita de forma idêntica, apresentando uma altura d água, em mm, para cada intervalo de tempo da simulação. Arquivos de Condições de Contorno, como função da rede hidrométrica disponível e dos limites físicos estabelecidos para o modelo: As condições de contorno são introduzidas no modelo matemático através de 3 formas distintas: a) Nível d'água dado em função do tempo Z(t): usualmente adotado para a informação dos efeitos de controle de jusante como a maré; 13

18 b) Vazão dada em função do tempo Q(t): adotado para a informação da vazão de base de rios, de hidrogramas de cheias de afluentes junto aos corpos d água principais e da vazão efluente de reservatórios de amortecimento; c) Uma dada relação entre vazão e nível d'água Q(Z): adotado para a inserção de uma curva-chave a qualquer ponto da bacia modelada. Para este estudo foram utilizadas condições de contorno do tipo Q(t), representando as vazões afluentes ao longo do rio Botas. Para a confecção destas condições, foram realizados estudos com o Sistema Hidro-Flu afim de representar os hidrogramas de cada afluente a partir de uma chuva de projeto e de acordo com um tempo de recorrência prédeterminado. Essa alternativa para as vazões afluentes ao rio Botas, permitiu uma maior agilidade no processo de modelagem, sendo previsto um melhor refinamento, posterior aos estudos isolados de cada sub-bacia, com a representação desses afluentes por meio de células. Foram avaliadas chuvas com Tempo de Recorrência de 20 e 50 anos nas estações pluviométricas de Bangu e São Bento e nas estações pluviográficas de Nova Iguaçu e Xerém. Nas Tabelas e são apresentadas as precipitações máximas para diferentes durações e Tempos de Recorrência de 20 e 50 anos para os postos de Bangu e São Bento. Para os postos de Nova Iguaçu e Xerém, foram utilizadas as equações de chuvas intensas definidas no estudo desenvolvido pela SERLA/TECNOSOLO. As Tabelas e apresentam os parâmetros das equações de chuvas intensas para esses postos. As equações ajustadas são do tipo: Onde: i = A ( t+ t ) 0 b (47) i = intensidade em mm/h t = duração da precipitação em minutos A, t 0 e b = parâmetros ajustados para cada tempo de recorrência. Tabela Posto Pluviográfico de Nova Iguaçu - Equação de Chuvas Intensas Parâmetros Tempo de Recorrência (anos) A b 0,7488 0,7347 t Tabela Posto Pluviográfico de Xerém - Equação de Chuvas Intensas Parâmetros Tempo de Recorrência (anos) A b 0,6232 0,6006 t

19 Tabela Posto Pluviométrico de Bangu - Precipitações máximas Duração da Chuva Precipitações máximas (mm)) (horas) TR = 20 anos TR = 50 anos 1 80,6 93, ,3 117, ,3 131, ,9 141, ,5 149, ,0 155, ,5 161, ,5 165, ,0 170, ,2 173, ,0 176, ,6 180, ,0 182, ,2 185, ,2 187, ,3 204,0 1 dia 159,3 185,5 Tabela Posto Pluviométrico de São Bento - Precipitações máximas Duração da Chuva Precipitações máximas (mm) (horas) TR = 20 anos TR = 50 anos 1 81,9 94, ,9 119, ,2 133, ,9 143, ,6 151, ,1 157, ,8 163, ,8 168, ,4 172, ,6 175, ,5 179, ,1 182, ,5 185, ,8 187, ,8 190, ,1 206,8 1 dia 161,9 187,96 Para o cálculo da chuva média sobre as bacias hidrográficas, o estudo definiu pesos para os postos através da proporcionalidade com o inverso do quadrado da distância entre cada posto e o centro de gravidade da sub-bacia em análise. O peso dos postos está apresentado na Tabela junto com as características físicas de cada sub-bacia. Para confecção da chuva de projeto foi utilizada a equação de redução do volume da chuva em função da área de drenagem, apresentada a seguir: 15

20 redução ( área drenagem ) coef = 0,0915 ln + 1,1894 (48) Com área de drenagem em quilômetros. Tabela Características físicas para cada sub-bacia afluente ao rio Botas Contribuição Características Área (km²) CN Tempo Conc. (min) Valão Nova Era 2,30 71,0 41,70 Valão Fábrica Eboni 5,24 68,0 25,02 Valão Moquetá 4,43 71,5 28,19 Valão Machambomba 11,31 80,0 81,38 Valão Santa Amélia 2,16 74,0 27,98 Valão Caramuru 1,61 72,0 39,76 Valão Estrela Branca 1,43 74,5 21,89 Valão São Vicente 1,80 74,5 26,39 Valão Tenente Leal 1,22 74,5 27,50 Valão Mirim 1,46 72,0 30,25 Valão Metropolitano 3,24 75,0 34,97 Valão Viga-Maranhão 3,69 74,0 31,67 Valão Carmary 3,32 74,0 21,76 Valão Braúna 2,51 74,0 26,81 Valão Itaipu 1,02 74,0 23,80 Valão Babi 7,47 72,0 41,14 Rio das Velhas 20,18 82,0 185, Calibração e Validação O processo de calibração e validação do modelo busca reproduzir eventos medidos, de modo a ajustar o comportamento do modelo às particularidades da bacia em estudo e verificar a validade do ajuste feito na representação de um outro evento. Face à escassez de dados medidos na bacia, a calibração foi feita de modo a se aproximar os resultados de linha d água com os resultados obtidos nos estudos hidrodinâmicos do Projeto Iguaçu. A calibração do modelo hidrológico foi feita com base nas vazões obtidas no Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do Rio Iguaçu-Sarapuí (Relatório IG-RE-009-R1), a fim de reproduzir resultados aproximados ao daquele estudo Simulação dos Cenários Os afluentes estudados com o auxílio do modelo Hidro-Flu entraram no Mod-Cel como condições de contorno representando as contribuições laterais dessas bacias para a calha do rio Botas. Essa entrada de dados gerou as respostas demandadas de acordo com o cenário de interesse. Os cenários simulados foram: Cenário 1 - Toda a bacia contribuindo com uma vazão decorrente de uma chuva com tempo de recorrência de 20 anos, com a implementação das intervenções no rio Iguaçu previstas pelo Projeto Iguaçu. 16

21 Cenário 2 - Toda a bacia contribuindo com uma vazão decorrente de uma chuva com tempo de recorrência de 50 anos com a implementação das intervenções previstas no rio Iguaçu pelo Projeto Iguaçu. Para a criação de uma condição de contorno de jusante, considerou-se que o rio Iguaçu tem o seu regime totalmente regido pela maré na altura de sua confluência com o rio Sarapuí. 17

22 6. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Com a base de dados analisada e os arquivos de entrada de dados prontos, segue-se para a simulação dos cenários escolhidos. A seguir estão apresentados os resultados relevantes para cada simulação Cenário 1 O cenário 1 considerou toda a bacia do rio Botas/Iguaçu submetida a uma vazão de tempo de recorrência de 20 anos e foi simulado para a obtenção do perfil de linha d água ao longo do curso principal levando em conta a implementação das intervenções previstas no Rio Iguaçu pelo Projeto Iguaçu Os níveis d água resultantes da simulação serão utilizados como condição de contorno de jusante nos estudos isolados dos seus afluentes, uma vez que a passagem de uma cheia pelo curso principal do rio Botas, exerce grande influência nos níveis d água de seus tributários. O gráfico na Figura mostra as vazões ao longo do período simulado, em diferentes locais do rio Botas, como pode ser visto na legenda. 100 Vazão (m³/s) Foz no rio Iguaçu Av. Estrela Branca Foz do rio Machambomba RFFSA Dutra Av. Bernardino Tem (min.) Figura Vazões em 6 diferentes seções do rio Botas para TR = 20 anos, considerando o Projeto Iguaçu 6.2. Cenário 2 Analogamente ao Cenário 1, são apresentados na Figura os hidrogramas para cada uma das seções do rio Botas, desta vez, com toda a bacia do rio Botas/Iguaçu contribuindo com vazões referentes ao tempo de recorrência de 50 anos. 18

23 Vazão (m³/s) Foz no rio Iguaçu Av. Estrela Branca Foz do rio Machambomba RFFSA Dutra Av. Bernardino Tem (min.) Figura Vazões em 6 diferentes seções do rio Botas para TR = 50 anos, considerando o Projeto Iguaçu Com os dados calculados pelo modelo nos cenários 1 e 2, foi montado o perfil longitudinal do rio Botas com a linha d água em sua cota máxima para uma chuva na bacia toda com os tempos de recorrência de 20 e 50 anos. O perfil longitudinal do rio Botas é apresentado no Anexo 1 Na Tabela é possível visualizar as diferenças de vazões em 6 diferentes seções do o Botas para os cenários modelados com os dois diferentes tempos de recorrência. TRECHO Tabela Vazões em 6 diferentes seções do rio Botas SEÇÃO VAZÃO (m³/s) Variação TR 20 anos TR 50 anos % 6 FOZ Av. Estrela Branca Machambomba R.F.F.S.A Dutra Av. Coronel Bernadino de Melo

24 7. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A partir da análise dos resultados, é possível destacar as seguintes ocorrências: - Em ambos os cenários ocorre um extravasamento da calha do rio Botas em seu curso inferior, em um trecho localizado desde sua foz no rio Iguaçu ate 3500 metros para montante, região onde as margens ainda não são ocupadas. Esse extravasamento pode ser observado nos hidrogramas calculados e no perfil longitudinal, apresentado no Anexo 1, onde conseqüentemente, o pico das vazões é amortecido. Tal amortecimento, da ordem de 20% da vazão de pico é importante para a redução dos níveis d água no trecho do rio Iguaçu a jusante da confluência com o rio Botas para um melhor controle das cheias nas regiões adjacentes a este trecho, local já ocupado por numero razoável de habitações. - Pelo amortecimento citado anteriormente essa região na foz do rio Botas possui vital importância para o controle de cheias na parte baixa da bacia do rio Iguaçu. As medidas de controle do uso e ocupação do solo propostas para essa área são apresentadas nos relatórios PDIS-008-R0 e PDIS-010-R0. - Observando-se os perfis de linha d água para o cenário com tempo de recorrência de 20 anos não se verifica a ocorrência de extravasamentos significativos. - Observando-se os perfis de linha d água para o cenário com tempo de recorrência de 50 anos, verifica-se a ocorrência de extravasamentos limitados a situações pontuais ao longo do rio Botas, dentre as quais se destaca a região próxima à foz do valão avenida Estrela Branca. 20

25 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Baptista, M.; Nascimento, N.; Barraud, S., 2005 Técnicas Compensatórias em Drenagem Urbana. ABRH, Porto Alegre, RS, Brasil. HICON Engenharia LTDA., Sistema de Controle de Enchentes da Bacia do Canal Auxiliar do Sarapuí, novembro de 1992 e maio e julho de 1993 Hromadka II, T.V.; Clements, J.M.; Saluja, H.,1984. Computer Methods in Urban Watershed Hydraulics. Lighthouse Publications. Mission Viejo,California - Estados Unidos. COPPE/UFRJ, 2002 Modelação Matemática da Bacia do Pôlder Alberto de Oliveira, com a Modelação Parcial do Rio Sarapuí ao longo da extensão do Canal Auxiliar Cunge, J.A.; Holly Jr., F.M.; Verwey, A., 1980 Practical Aspects of Computational River Hydraulics. Pitman Advanced Publishing Program, London, UK. Laboratório de Hidrologia da COPPE / UFRJ, 1994, Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do Rio Iguaçu-Sarapuí Miguez, M. G., 2001 Modelo Matemático de Células de Escoamento para Bacias Urbanas. Tese de D.Sc.COPPE / UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Miguez, M. G., Modelação de Cheias Urbanas Manual do Usuário do modelo de Células de Escoamento, UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Miguez, M. G., Relatório II Apresentação da Modelação Topográfica e da Topologia Associada do Projeto CT-Hidro/GBH no / PEC Projeto PLANÁGUA, Enchentes no Estado do Rio de Janeiro - Uma Abordagem Geral - Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável SEMADS; Fundação Superintendência Estadual de Rios e Lagoas SERLA. SERLA/HIDROCONSULT, 1991 Projeto de Macro e Mesodrenagem das Bacias dos Rios Sarapuí e Pavuna/Meriti Barragem de Laminação de Cheias de Gericinó, Projeto Hidráulico Final, Memória Técnica. SERLA/SONDOTÉCNICA, "Procedimentos para Reavaliação das Vazões e Linhas d'água para os Projetos de Macrodrenagem das Bacias", SN-98-PR-HG-01-0A. Tucci, C. E. M; Porto, R.L.; Barros, M. T., 1995 (orgs) Drenagem Urbana, Editora da Universidade, ABRH, Associação Brasileira de Recursos Hídricos Tucci, C. E. M., Inundações Urbanas Coleção ABRH de Recursos Hídricos, Vol. 11, ABRH/RHAMA, Porto Alegre, RS, Brasil. Zanobetti, D.; Lorgeré, H.; Preissman, A.; Cunge, J.A., Mekong Delta Mathematical Program Construction. Journal of the Waterways and Harbours Division, ASCE, v.96, n.ww2, p

26 ANEXO 1 Perfil longitudinal do rio Botas com cotas de NA para o tempo de recorrência de 20 e 50 anos

27 Av.Coronel Bernardino de Melo Rodovia Presidente Dutra Estrada do Iguaçu-R.F.F.S.A Foz do Rio Machambomba Av. Estrela Branca Foz no Rio Iguaçu Cotas em metros Cotas em metros Distância da Foz (m) Vazão (m³/s) Trecho TR20 TR ,64 33,66 54,20 76,66 68,35 60,34 30,07 42,81 69,03 95,48 85,83 63,83 LEGENDA Linha de Fundo Margem Esquerda Margem Direita Nível d'água - TR20 Nível d'água - TR50 GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO FUNDAÇÃO SUPERINTENDÊNCIA ESTADUAL DE RIOS E LAGOAS - SERLA PLANO DIRETOR DE RECURSOS HÍDRICOS, CONTROLE DE INUNDAÇÕES E RECUPERAÇÃO AMBIENTAL DA BACIA DO IGUAÇU/SARAPUÍ MODELO HIDRODINÂMICO RIO BOTAS PERFIL LONGITUDINAL FUNDAÇÃO COPPETEC - LABORATÓRIO DE HIDROLOGIA ESCALA : V - 1 : 250 H - 1 : 5000 FOLHA : 1/1