XII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE ESTIMATIVAS DE DISPONIBILIDADE DE ÁGUA DE CHUVA EM EDIFICAÇÕES RESIDENCIAIS NO MEIO URBANO

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1 XII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE ESTIMATIVAS DE DISPONIBILIDADE DE ÁGUA DE CHUVA EM EDIFICAÇÕES RESIDENCIAIS NO MEIO URBANO Tayron Juliano Souza 1 ; Carlos de Oliveira Galvão 2 & Iana Alexandra Alves Rufino 2 RESUMO Este trabalho realiza uma avaliação preliminar da oferta de água de chuva para usos não potáveis no meio urbano, como forma de subsídio a programas de oferta de água complementar ao sistema de abastecimento convencional. A área estudada abrange um setor censitário do bairro do Catolé, na cidade de Campina Grande, Paraíba. Para testar a metodologia foram realizadas medições das áreas de captação residencial, utilizando um SIG. Após a identificação das demandas, simulações determinaram o volume da cisterna que proporcionou o melhor valor de garantia do abastecimento. Os resultados encontrados apontam que a área em estudo apresenta potencial de captação de água de chuva independente da classe de telhado e a capacidade de litros forneceu garantia acima de 53% para todas as situações. O volume anual médio proveniente da captação de água de chuva corresponde a 9,9% da demanda total do setor residencial. ABSTRACT This paper carries on a preliminary evaluation of the rainwater supply for nonpotable uses in the urban environment, to support water supply programs to complement the conventional supply system. The study area covers one census tract of the Catolé district in the city of Campina Grande, Paraíba. In order to test the methodology, roof of houses were measured, using a GIS. After identifying the demands, simulations determined the volume of the tank that provided the best supply guarantee value. The results show that the area presents potential for rainwater harvesting, regardless of the roof area class, and the capacity of liters provided the guarantee above of 54% for all situations. The medium annual volume from the rainwater harvesting corresponds to 9,9% of the residential tract s total demand. Palavras-Chave Captação de água de chuva, potencial, garantia. 1) Mestrando em Engenharia Civil e Ambiental Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), Avenida Aprígio Veloso, 882, Bodocongó, Campina Grande-PB, , tayron.js@hotmail.com 2) Professor Universidade Federal de Campina Grande, galvao@dec.ufcg.edu.br; iana.alexandra@ufcg.edu.br XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 1

2 1 - INTRODUÇÃO O crescimento desordenado dos centros urbanos, associado ao aumento da população, provocam pressões sobre os serviços de infraestrutura urbana, que por muitas vezes não conseguem acompanhar o rápido desenvolvimento das cidades. Para Mara & Formiga (2009), as cidades devem garantir a estrutura física a comunidade urbana. No entanto, devido ao rápido crescimento nas últimas décadas, essa estrutura tornou-se muito complexa para administrar. Ainda segundo as autoras, entre as estruturas do meio urbano, deve-se destaque ao sistema de abastecimento de água (SAA), por se tratar de um recurso natural cada vez mais escasso. Annecchini (2005) caracteriza o modelo de sistema de abastecimento de água, ainda nos dias de hoje, como arcaico, pois sofre problemas para manter o abastecimento contínuo e com qualidade. Essa situação é mais agravante, quando se trata de áreas de morros e periferias que apresentam problemas sociais e econômicos onde, em muitos casos, nem existe SAA. Diante da complexidade que envolve o SAA (infraestrutura e escassez dos recursos hídricos), surge a necessidade de buscar fontes complementares ao sistema de abastecimento de água convencional para aliviar as pressões sobre o mesmo. Nesse enfoque, tem destaque o aproveitamento de água de chuva no meio urbano, por se tratar de um sistema de baixo custo, fácil instalação e possibilidade de atendimento das demandas totais ou parciais dos usuários para usos não potáveis. Conforme Jones & Hunt (2009), o uso desta alternativa ficou marcado em áreas em que o sistema de abastecimento ficou limitado pelas condições climáticas ou de infraestrutura, porém, vem sendo utilizada em regiões úmidas e bem desenvolvidas, devido aos riscos da seca, aumento da demanda da água e consciência pública dos riscos ambientais ocasionados pelas águas pluviais, na busca pelo uso racional da água. Nesse contexto, o aproveitamento das águas pluviais pode desempenhar importante papel para o aumento da oferta de água, além de reduzir os impactos sobre o ambiente. Muitas regiões com problemas de escassez de água já fazem uso da água de chuva, como acontece na zona rural do semiárido brasileiro através de ações do Programa um milhão de cisternas - P1MC que beneficiou mais de 2 milhões de pessoas na zona rural com água para cozinhar e beber, através da captação e armazenamento de água de chuva em cisternas (ASA, 2014). O município de Campina Grande, PB, no decorrer de sua história passou por momentos de crise e ainda hoje pode enfrentar sérios problemas no sistema de abastecimento, provocados pela falta de planejamento e gestão das águas do Açude Epitácio Pessoa que abastece Campina Grande e demais cidades do denominado Compartimento da Borborema. Nessa perspectiva, foi selecionado XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 2

3 um setor censitário do bairro do Catolé, predominantemente residencial, para testar a metodologia em estudo com o objetivo de realizar uma avaliação preliminar da oferta de água de chuva para usos não potáveis no meio urbano, como forma de subsídio a programas complementares ao sistema de abastecimento. 2 ÁREA DE ESTUDO O município de Campina Grande-PB está localizado no Nordeste do país, inserido na bacia hidrográfica do rio Paraíba, mais especificamente no médio Paraíba. Possui área territorial de 594,182 km 2 e população total de habitantes, distribuída entre a zona rural e urbana (IBGE, 2010). A cidade de Campina Grande passa por rápido processo de expansão urbana, possivelmente por sua localização privilegiada que dá acesso a vários centros regionais, além de grande destaque nos aspectos político, econômico e tecnológico, que atrai inúmeras pessoas para a região (GUEDES, 2009). No decorrer de sua história, Campina Grande passou por momentos de crises no tocante ao sistema de abastecimento de água, como ocorreu no período de 1997 a 2000, quando a população sofreu pela redução no abastecimento de água. No entanto, em 2012 devido aos baixos índices pluviométricos, teve início mais um período de crise (2012-atual) em Campina Grande e demais municípios abastecidos pelo Açude Epitácio Pessoa. Os mesmos problemas verificados na última crise se repetem. Diante da problemática apresentada, surge a necessidade de buscar e aperfeiçoar fontes alternativas de água para suprir as demandas dos diferentes usuários, tendo destaque a captação de água de chuva, que é uma técnica de aplicação muito fácil e de baixo custo. Muitos países vêm utilizando o aproveitamento de água de chuva como fonte complementar ao sistema de distribuição no meio urbano, como por exemplo, Alemanha, França e Japão. 3 MATERIAIS E MÉTODOS No âmbito deste trabalho, a metodologia proposta é aplicada em um setor censitário no bairro do Catolé para avaliar o potencial de aproveitamento de água de chuva no meio urbano. O setor é constituído por 198 lotes residenciais, 786 habitantes, e rendimento nominal médio de R$ 1.155,24 por domicílio. A Figura 1 destaca a área urbana, o bairro do Catolé e a área de estudo. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 3

4 Figura 1: Área urbana de Campina Grande-PB, destacando o bairro do Catolé e o setor censitário. Para a determinação da disponibilidade de água de chuva da área em estudo, inicialmente é apresentada a aquisição de dados para a simulação (precipitação local, identificação das edificações do tipo residenciais, áreas das projeções horizontais das edificações residenciais, coeficiente de escoamento, demandas, etc) e, por fim, é apresentada a metodologia de determinação do volume ótimo das cisternas das unidades habitacionais Dados pluviométricos Os dados diários de precipitação foram fornecidos pela Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba AESA. Como este trabalho é uma avaliação preliminar para aplicação da metodologia em estudo, foram utilizados valores de precipitação referentes aos doze meses do ano de Em estudos definitivos, série de longo prazo, com no mínimo 30 anos, deve ser utilizada, pois representará a alta variabilidade da precipitação local Levantamento da área de Telhado XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 4

5 Para determinar as áreas dos telhados residenciais utilizou-se um mosaico de imagens aéreas de alta resolução espacial (10 x 10 cm), e sua respectiva representação vetorial em forma de mapa digital, com informações de uso do solo, e de edificações do meio urbano. Todos estes dados foram fornecidos pela Secretaria de Planejamento SEPLAN, da Prefeitura Municipal de Campina Grande. De posse dos dados, utilizando o software ArcGIS 10.1, as áreas dos telhados foram vetorizadas, utilizando a interpretação das imagens como critério para as delimitações dos polígonos, e calculadas as áreas de forma automática. Neste estudo, foram selecionados apenas os lotes de uso residencial. Após a determinação das áreas, estas foram subdivididas em classes para facilitar o processamento das simulações da disponibilidade de água de chuva em uma planilha eletrônica Demandas Para estimar as demandas de água do sistema de distribuição convencional, foi realizada uma revisão na literatura, buscando os valores diários necessários para suprir as demandas de uma unidade habitacional, que leva em consideração o número de pessoas, classe social e nível de conscientização dos moradores. Entre as fontes, destacam-se o Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento SNIS que traz valores estimados em nível nacional e estadual do consumo diário de água por habitante e a Companhia de Água e Esgotos da Paraíba CAGEPA que estima o consumo diário no meio urbano para Campina Grande em 200 l/hab.dia. Como o aproveitamento de água de chuva é uma fonte complementar, foi adotado um consumo de 100 l/habitação para usos externos na edificação, como a rega, lavagem e carros e calçadas, uma vez que para usos internos são necessárias maiores intervenções nas edificações que onerarão a implantação do sistema Dimensionamento do reservatório O dimensionamento do reservatório foi realizado através do método da simulação descrito na NBR 15527/2007. Para aplicação desse método a evaporação deve ser desprezada e o volume do reservatório deve ser considerado cheio no início do período de simulação. Para os cálculos, utilizaram-se as equações abaixo em unidades volumétricas. Q (t) * = P (t) * A cap *C, onde: (1) XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 5

6 Q (t) é o volume que pode ser captado, A cap é a área de captação; C é o coeficiente de escoamento; P t é a precipitação ocorrida entre os dias t-1 e t. V (t) = Q (t) * + V (t-1) D (t), supondo que 0 V CR (2) Onde: V (t) = volume de água no reservatório no tempo t; V (t-1) = volume de água no reservatório no tempo t-1; Q (t) = volume de chuva captado no tempo t; D (t) = demandas no tempo t; e CR = capacidade do reservatório. Com todas as variáveis fixas determinadas (área do telhado, coeficiente de escoamento, demandas e capacidade do reservatório) foram realizadas simulações do balanço hídrico em planilha eletrônica, utilizando as equações acima para determinar a capacidade da cisterna que melhor atenda aos usos não potáveis (ou parte deles), como fonte complementar ao sistema de distribuição de água. Neste artigo, o reservatório selecionado foi o que possibilitou garantia máxima ao sistema, que pode ser entendido como número de dias que o sistema atendeu às demandas com relação ao número de dias simulados. 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 2 mostra a distribuição das áreas de telhados das residências em 6 classes, com intervalos de 31 m 2. É possível verificar que as áreas de coberturas unifamiliares com maior número de ocorrência estão entre as classes (1), (2) e (3), com área média de 29, 60,3 e 89 m 2, respectivamente. Frequêcia relativa (%) 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Classes de distribuição Figura 2: Distribuição das áreas de captação. Após a distribuição em classes, os lotes foram associados às suas respectivas áreas de telhado para identificar as zonas com maior potencial de aproveitamento de água de chuva (Figura 3). Com XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 6

7 esse tipo de estudo, são detectadas as regiões com potencial de captação de água de chuva no meio urbano, com as maiores áreas de edificações. Figura 3: Espacialização dos lotes por área de telhado. Para a simulação dos reservatórios, com passo de simulação diário, foram consideradas as variáveis fixas: área média das classes, demanda e coeficiente de escoamento (Tabela 1). Utilizando o método de tentativas foi selecionado o reservatório com capacidade de litros, pois o mesmo proporcionou maior garantia de oferta hídrica para todas as classes de área de captação, além de apresentar custo comercial relativamente baixo para implantação e dimensões (diâmetro: 280 cm; altura: 232 cm e base: 238 cm) que podem ser compatíveis com a área livre do lote, fator limitante no meio urbano para seleção do reservatório. Tabela 1: Valores utilizados na simulação. Classe de área do telhado (m 2 ) Área média do telhado (m 2 ) Demanda (l/dia) 13,6 Ⱶ 44,6 29,0 44,6 Ⱶ 75,6 60,3 75,6 Ⱶ 106,6 89,0 106,6 Ⱶ 137,6 118,5 137,6 Ⱶ 168, 6 151,1 230,6 Ⱶ 261,6 261,5 Coeficiente de escoamento 100 0,8 XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 7

8 Quando avaliada a garantia de captação de água de chuva, foi verificado que todas as classes de superfícies de captação, com demanda fixada em 100 l/habitação.dia, apresentaram garantia superior a 50% (Figura 4). À medida que as superfícies aumentaram ocorreu o aumento de garantia, alcançando valores máximos para as classes (5) e (6) com garantia de 91% e 95%, respectivamente. 100% 90% Garantia (%) 80% 70% 60% 50% 40% Área de captação (m²) Figura 4: Garantia do sistema. Com os resultados das simulações, também foi determinado o volume de captação de água de chuva de litros, que corresponde a uma economia de 9,9% no sistema de distribuição de água com relação às demandas anuais residenciais do setor censitário. 5 CONCLUSÃO Os resultados desta avaliação preliminar do aproveitamento de água de chuva no meio urbano indicam que pode ser viável como fonte complementar ao sistema de distribuição convencional de água. Para o setor estudado, o volume anual médio proveniente da captação de água de chuva corresponde a 9,9% da demanda total do setor residencial. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Pesquisa CNPq e à FINEP (Projeto LIGA), pelo apoio financeiro aos estudos, e à Secretaria de Planejamento da Prefeitura Municipal de Campina Grande, à Agência Executiva de Gestão de Águas do Estado da Paraíba AESA e à Companhia de Água e Esgotos da Paraíba CAGEPA, pela cessão de dados. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 8

9 6 BIBLIOGRAFIA ANNECCHINI, K.P.V. (2005). Aproveitamento da água da chuva para fins não potáveis na cidade de Vitória (ES). Dissertação de mestrado Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR (2007). Água de chuva: aproveitamento em áreas urbanas para fins não potáveis: requisitos. Rio de Janeiro, RJ. ASA. Programa de Formação e Mobilização Social para a Convivência com o Semi-Árido: Um Milhão de Cisternas Rurais. (2014). Disponível em: < Acesso em 20 de jun Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas IBGE (2010). Disponível em: < Acesso em: 20 jun JONES, M.P.; HUNT, W.F. (2009). Performance of rainwater harvesting systems in the southeastern United States. Resources, Conservation and Recycling (54), pp MARA, R. O. ; FORMIGA, K. T. M. (2009). O uso de Sistemas de Informações Geográficas na Operação de Sistemas de Distribuição de Água. Infogeo (58), pp GUEDES, M. J. F. (2009). Gerenciamento de demanda de água: proposta de alternativas na escala urbana de uma cidade. Dissertação de mestrado Universidade Federal de Campina Grande, PB, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais. ESRI. (2014). ArcGIS Redlands, California, USA. Disponível em: < XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 9