Seminário. Tema 27 Sistemas de Alerta a Inundações em Áreas Urbanas

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1 ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL PHA 2537 Água em Ambientes Urbanos Prof. Dr. Kamel Zahed Filho Prof. Dr. José Rodolfo Scarati Martins Profª Drª Mônica Ferreira do Amaral Porto Seminário Tema 27 Sistemas de Alerta a Inundações em Áreas Urbanas Alberto Doo Hyun Kim Filipe Okada Tong Victor Rufino Mazzeo William Yudy Aoyagui Novembro de 2012

2 Sumário 1. Introdução Descrição do Sistema Possíveis Situações Equipamentos Exemplos de Aplicação São Paulo SP (SAISP) Rio de Janeiro RJ Blumenau SC MG (IGAM) Bacia do Rio Doce SP Análise dos exemplos Considerações finais Bibliografia

3 1. Introdução Nos últimos anos, tem-se presenciado um alto nível de desenvolvimento econômico nos países que compõem o BRICS. Entre eles, está o Brasil. Com esse desenvolvimento problemas urbanos começaram a aflorar nas cidades brasileiras. Enchentes e inundações são um dos temas mais discutidos, principalmente em épocas de eleições, devido a sua recorrência e seus impactos. Para prevenir e mitigar tais problemas podem ser adotados dois tipos de medidas: estruturais e não estruturais. As estruturais são as que adotam soluções físicas como desviar um curso d água ou construir reservatórios para amortecer o escoamento superficial direto. Estas não são dimensionadas para garantir proteção absoluta, pois devido à necessidade de grande quantidade de recursos, seriam economicamente inviáveis. Além das medidas estruturais existentes, são adotadas outras não estruturais. Estas buscam adaptar a população às inundações e possuem caráter sociopolítico, pois apresentam custos baixos, porém são de difícil aplicação. Entre as medidas não estruturais, está o Sistema de Alerta a Inundações, tema abordado neste seminário. 3

4 2. Descrição do Sistema Os sistemas de alerta a inundações geralmente são divididos em três etapas: coleta de dados, processamento de dados e transmissão de dados. A coleta de dados é feita por radares meteorológicos. Estes capturam informações em tempo real do ambiente da área de controle necessários para a fase seguinte. O estágio de processamento de dados consiste em processar os dados coletados gerando informações utilizadas na última fase. Nessa etapa intermediária, são feitos cálculos e utilizados modelos de análise, como o de previsão de vazões. A transmissão de dados baseia-se em enviar a informação processada para o usuário final, usualmente a Defesa Civil. Após essa etapa, a Defesa Civil toma as providências necessárias. Essas medidas variam de acordo com o tipo de situação e devem ser previamente planejadas. 4

5 3. Possíveis Situações Nível normal Nível em que a situação está totalmente sob controle. Nível de acompanhamento Nível a partir do qual, existe um acompanhamento por parte dos técnicos, da evolução da enchente. Nesse momento, é alertada a Defesa Civil da eventualidade da chegada de uma enchente. Inicia-se nesse momento a previsão de níveis em tempo real. Nível de alerta Ocorre quando é atingida a cota inferior a que produz prejuízos. Com base nesta cota existe forte probabilidade de ocorrer inundações. A Defesa Civil e administrações municipais passam a receber regularmente as previsões para a cidade para monitoramento da situação em tempo real. Nível de emergência Ocorre quando é prevista que dentro do tempo de previsão será atingida a cota que produz prejuízos. A população passa a receber as informações. Essas informações são: o nível atual e previsto com antecedência e o intervalo provável dos erros obtidos dos modelos. 5

6 4. Equipamentos Radar meteorológico É um radar usado na localização de precipitação, no cálculo de seu movimento, na estimativa de seu tipo (chuva, neve, granizo, etc.) e na previsão de sua intensidade e posição futura. Radares meteorológicos modernos são, em sua maioria, radares Doppler, capazes de detectar o movimento das gotículas de chuva, além da intensidade da precipitação. Ambos os tipos de dados podem ser analisados para determinar a estrutura de tempestades e seu potencial de causar um tempo severo. O princípio de funcionamento do radar meteorológico é análogo ao sistema de navegação de um morcego. O morcego emite sons de alta frequência que ao serem interceptados por obstáculos retornam ao ouvido do morcego. Quanto mais rápido o som retornar, mais perto estará o obstáculo e quanto mais distante este estiver, mais demorado será o retorno. Desta forma, o morcego é capaz de avaliar a distância ao obstáculo e se desviar do mesmo antes da colisão. No radar meteorológico são empregadas, ao invés de som, ondas eletromagnéticas de alta energia para se alcançar grandes distâncias. As ondas eletromagnéticas ao passarem por uma nuvem, causam em cada gota uma ressonância na frequência da onda incidente, de modo que cada gota produz ondas eletromagnéticas, irradiando em todas as direções. Parte desta energia gerada pelo volume total de gotas iluminado pelo feixe de onda do radar volta ao prato do radar e sabendo-se o momento em que o feixe de onda foi emitido pelo radar e quanto tempo depois o sinal retornou, determina-se a distância do alvo ao radar. A intensidade do sinal de retorno esta ligada ao tamanho e distribuição das gotas no volume iluminado pelo radar. Além disso, sabe-se qual é a elevação da antena e o azimute correspondente. Deste modo, pode-se determinar com precisão a região do espaço onde está chovendo. Para uma mesma elevação e azimute são transmitidos cerca de 200 pulsos de alta energia e, assim sendo, a mesma região do espaço é amostrada 200 6

7 vezes. Em seguida é feita uma média do sinal de retorno. Este processo é bastante rápido já que as ondas eletromagnéticas viajam à velocidade da luz ( km/s). A duração de cada pulso determina a resolução dos dados de radar. O valor médio desta resolução, para diferentes radares, é da ordem de 500 metros. O radar não mede diretamente chuva. O radar recebe um determinado nível de retorno dos alvos de chuva denominado refletividade. Esta refletividade possui uma relação física com o espectro de gotas observado pode-se determinar a partir deste espectro uma relação entre a refletividade do radar e a taxa de precipitação correspondente. Esta relação é conhecida como relação ZR. Para a maioria dos radares meteorológicos o limite inferior da taxa de precipitação é de 1mm/h, a uma distância de 190 km. Uma característica importante dos radares meteorológicos modernos é o software para tratamento do grande volume de dados de refletividade gerados. Esse software permite ter-se em tempo real o mapa de chuva a um nível de altura constante, denominado CAPPI, do inglês Constant Altitude Plan Position Indicator. Os dados de chuva na área do radar são interpolados num nível de altura constante entre 1,5 a 18,0 km de altura, numa área de 360x360 km, com uma resolução de 2x2 km. Esta resolução espacial equivale a ter-se postos pluviográficos numa área de km2 aproximadamente. A partir de dois CAPPIs distintos, separados por um intervalo de tempo variável entre 20 e 50 minutos, determina-se através de uma correlação espacial entre as taxas de precipitação observadas a velocidade do sistema. De posse da velocidade e da direção de deslocamento da chuva é possível extrapolar os campos de precipitação, no tempo e no espaço e, desta forma, obter a previsão para até 3 horas a frente da chegada do sistema, numa determinada área. A qualidade dos dados do radar meteorológico é investigada constantemente pois o equipamento é sensível e pode ser descalibrado por diversos fatores. Nesse sentido é importante manter telepluviômetros para aferição da relação ZR. 7

8 Descreveremos a seguir o equipamento utilizado na cidade de São Paulo: O radar meteorológico de São Paulo é o equipamento mestre do Sistema de Alerta a Inundações da Cidade de São Paulo. Este Sistema foi implantado e é operado pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica e Recursos Hídricos. Instalado junto à barragem de Ponte Nova, na divisa dos municípios de Salesópolis e Biritiba-Mirim, Estado de São Paulo, o equipamento rastreia a camada da atmosfera entre a superfície terrestre e a altitude de 18 km, num raio de 180 km, possibilitando a identificação da localização, do tamanho, da intensidade e do deslocamento de sistemas meteorológicos que passam pela região Leste do Estado, Sul de Minas Gerais e Sul do Rio de Janeiro. O sensoriamento remoto da chuva através do radar meteorológico torna possível o acompanhamento de sua evolução espaço-temporal sobre as bacias hidrográficas. Porém, o intervalo entre a observação do fenômeno chuva e a emissão de boletins de previsão, deve ser dotado de um sistema de aquisição e tratamento de dados em tempo real, que faça a coleta de dados de chuva a intervalos de tempo regulares, quantificando a mesma por unidade de área na superfície. Esses dados são introduzidos em modelos hidrológicos que possibilitam prever as vazões nos rios. As bacias hidrográficas da Grande São Paulo cobertas pelo radar meteorológico são caracterizadas pela intensa urbanização. O solo impermeabilizado provoca o deslocamento rápido da água da chuva ao leito do rio, causando as tradicionais inundações. O Governo do Estado de São Paulo tem se empenhado em diminuir o efeito das enchentes nesta região através de obras de aprofundamento 8

9 do leito do rio Tietê e seus afluentes, aumentando a capacidade de escoamento dos rios. Apesar dessas medidas estruturais há sempre o risco de que uma determinada enchente supere a capacidade de escoamento do rio, neste é necessário que se tomem medidas no sentido de minimizar o efeito das inundações. O intervalo de tempo entre duas varreduras completas do radar meteorológico de São Paulo é de 10 minutos. A varredura completa da troposfera leva 4 minutos e os 6 minutos restantes, até a próxima varredura, são gastos na execução de mapas das intensidades de precipitação no tempo presente, da chuva acumulada em 20 minutos, do topo das nuvens, e a previsão de chuva para pontos de interesse e previsão hidrológica até 3 horas a frente. Outros produtos podem ser programados de acordo com as necessidades do sistema de alerta às enchentes. Para auxiliar nesta averiguação faz-se uso dos dados de chuva da rede telemétrica da bacia do Alto Tietê. A figura a seguir apresenta o fluxo de informações do Sistema. O radar, instalado em Ponte Nova, envia seus dados, via rede telefônica privada, para um microcomputador tipo Pentium na Central de Operação, localizada no CTH-Cidade Universitária em São Paulo. Este computador está interligado com as diversas redes telemétricas do DAEE (Alto Tietê-Pinheiros). Os dados de radar e rede são distribuídos, via linha privada, para a Prefeitura de São Paulo, para a ELETROPAULO, para o DAEE e para a imprensa. O Sistema comporta a transmissão de dados para outros órgãos via linha telefônica discada. Além desses equipamentos o escritório central dispõe de telex e fax para o caso de haver problemas de comunicação entre os computadores envolvidos no Sistema. 9

10 5. Exemplos de Aplicação 5.1. São Paulo SP (SAISP) O SAISP, já mencionado anteriormente, é operado pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH) e oferece uma gama de produtos. Chuva observada na área do radar CAPPI: indica a intensidade de precipitação. Os dados são atualizados a cada 5 minutos e registram a chuva observada em uma altitude constante. Dados de ECHO-TOP: indica a medida de precipitação no topo das nuvens. Através do ECHO-TOP pode-se estimar a altura das nuvens responsáveis pela precipitação. Dados de ACUMM: mostra um mapa que indica a precipitação acumulada a cada 1 hora, 12 horas e 24 horas. VIL Vertical Integrated Liquid Water Content: produto que mostra a disponibilidade de água líquida integrada verticalmente em kg/m 2, em tempo real de 5 em 5 minutos. GUST: disponibiliza o campo de estimativas de rajadas de vento próximo à superfície Rio de Janeiro RJ A proteção e conservação do meio ambiente do estado do Rio de Janeiro é gerido pelo INEA (Instituto Estadual do Ambiente). Este instituto unifica e amplia a ação dos três órgãos ambientais vinculados à SEA (Secretaria de Estado do Ambiente): FEEMA (Fundação Estadual de Engenharia e Meio Ambiente), Serla (Superintendência Estadual de Rios e Lagos) e o IEF (Instituto Estadual de Florestas). O sistema de alerta de cheias do Rio de Janeiro foi implantado em 2008 na Baixada Fluminense e em 2010 na região serrana de Nova Frigurgo. Baixada Fluminense: é composta de 10 estações de monitoramento, sendo 2 pluviométricas e 8 fluviopluviométricas. 10

11 Nova Friburgo: existem 8 estações de monitoramento, sendo 1 pluviométrica e mais 7 fluviopluviométricas. Existem quatro estágios de alertas: Vigilância: sem chuvas ou chuvas fracas e espaçadas nível de água normal Atenção: previsão de ocorrência de chuvas moderadas e fortes Alerta: registro de chuvas intensas subida do nível do rio acima do normal Alerta máximo: continuação da chuva rio atingindo 80% do nível de transbordamento 5.3. Blumenau SC Após a enchente de 1983, a FURB criou o Projeto Crise, cujo objetivo é resgatar as informações hidrológicas e desenvolver estudos sobre as cheias da Bacia do Rio Itajaí-Açu. Foi instalada uma rede telemétrica pela DNAEE (Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica) com 5 estações de coleta automática de chuvas e níveis. Atualmente o sistema de alerta a inundações e enchentes é realizado pelo CEOPS (Centro de Operações do Sistema de Alerta), juntamente com o IPA (Instituto de Pesquisas Ambientais) e atende principalmente aos municípios de Blumenau, Apiúna, Ituporanga, Taió e Ibirama MG (IGAM) O IGAM (Instituto Mineiro de Gestão de Águas) é responsável pelo planejamento e administração de todas as ações relacionadas à preservação da quantidade e qualidade da água no estado de MG. O Sistema de Alerta a Inundação é realizado pelo SIMGE (Sistema de Meteorologia e Recursos Hídricos de Minas Gerais), o qual encontra-se instalado dentro do IGAM e é responsável por identificar as possibilidades de inundações nas cidades onde ele atua. 11

12 5.5. Bacia do Rio Doce SP A Bacia do Rio Doce localiza-se no sudeste do Brasil, possui uma área de km 2 e atende a uma população de 3,1 milhões de pessoas, provenientes de 222 municípios. Desde Outubro de 1997, a CPRM (Serviço Geológico do Brasil), com a ajuda da Superintendência de Belo Horizonte, vem operando um sistema de alerta na Bacia do Rio Doce durante todo o período chuvoso. O sistema consiste na coleta e análise de dados de diversas entidades, para que posteriormente seja elaborado e transmitido a previsão hidrológica para a Defesa Civil, o Corpo de Bombeiros, a Polícia Militar e mais 16 municípios localizados às margens dos rios Piranga, Piracicaba e Doce Análise dos exemplos Realizando uma análise mais abrangente, não apenas dos exemplos citados a cima, nota-se que as localidades que apresentam algum sistema de alerta a inundação são as cidades mais críticas em relação a esse assunto. Os casos citados anteriormente são os principais da região sul e sudeste do país. Todos tem o objetivo de agir como uma medida não estrutural no controle de escoamento de cheias, porém cada cidade realiza esta função de uma determinada maneira. A região de São Paulo e de Blumenau, que são controlados respectivamente pelo SAISP e pelo CEOPS, possuem um órgão próprio voltado apenas para tratar do assunto alerta de cheias. Enquanto que as demais localidades dos exemplos citados possuem um sistema de alerta contra cheias feito por órgãos que realizam diversas outras funções. 12

13 6. Considerações finais Após passar por diversos acidentes que levaram à perda de muitas vidas, como o deslizamento causado por chuvas intensas em Angra dos Reis, pôde-se notar que nem sempre as medidas estruturais são eficazes. Além de não garantirem proteção absoluta, elas exigem um grande investimento para sua construção. Por esse e outros motivos, faz-se necessário à utilização de medidas não estruturais. O próprio zoneamento prevê habitações em áreas de risco o que torna evidente a necessidade de utilização de medidas não estruturais para o controle de cheias. O uso de tais medidas, além de diminuir os custos, devem ser empregadas juntamente com a utilização de medidas estruturais para se atingir maior eficácia do sistema. Entretanto, usufruir apenas de medidas não estruturais não é suficiente para evitar ou prevenir os possíveis acidentes causados pelas chuvas intensas. O sistema de alerta contra inundações é um dos tipos de medidas não estruturais que auxilia na eficiência da prevenção contra acidentes causados por chuvas intensas e além de fornecer previsões em diversos aspectos, ao evitar acidentes catastróficos, elas acabam minimizando impactos sobre a economia da população. Dessa forma, conclui-se que a melhor solução de prevenção contra inundações é a combinação do uso de medidas estruturais e não estruturais. 13

14 7. Bibliografia SISTEMA DE ALERTA CONTRA CHEIAS, BACIA DO RIO DOCE. Minas Gerais. Disponível em: < Acesso em: 3 de Novembro de 2012 INSTITUTO MINEIRO DE GESTÃO DE ÁGUAS. Minas Gerais. Disponível em: < temid=191>. Acesso em: 3 de Novembro de 2012 INSTITUTO ESTADUAL DO AMBIENTE. Rio de Janeiro. Disponível em: < Acesso em: 3 de Novembro de 2012 INSTITUTO ESTADUAL DO AMBIENTE. Rio de Janeiro. Disponível em: < Acesso em: 3 de Novembro de 2012 SISTEMAS DE ALERTA A INUNDAÇÕES DE SÃO PAULO. São Paulo. Disponível em: < Acesso em: 3 de Novembro de 2012 WIKIPÉDIA. Disponível em: < Acesso em: 1 de Novembro de