Impactos da Urbanização sobre a Água e Medidas de Controle

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1 Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária PHD2537 Água em Ambientes Urbanos Impactos da Urbanização sobre a Água e Medidas de Controle Nome dos integrantes do grupo Nº USP Adalberto Hideo Viana Alexandre Andrade Suarez Danilo Costa França Letícia Marchiori de Oliveira Patrícia Kremer Frederico Talita Sampaio Ceccarelli Wilson José Lopes da Costa Nº º semestre de 2003

2 Introdução e Características do Desenvolvimento Urbano Com o crescimento populacional e a densificação, fatores como a poluição doméstica e industrial se agravou, criando condições ambientais inadequadas, propiciando o desenvolvimento de doenças de veiculação hídrica, poluição do ar e sonora, aumento de temperatura, contaminação da água subterrânea, entre outros. Esse processo que se agravou principalmente a partir do final da década de 60, mostrou que o desenvolvimento urbano sem qualquer planejamento ambiental resulta em prejuízos significativos para a sociedade. Atualmente, prevê que a crise do século é a da água, principalmente pelo aumento de consumo e deteriorização dos mananciais existentes, que têm capacidade finita. Isso se deve à contaminação dos mananciais urbanos, através do despejo dos efluentes e dos esgotos pluviais. O Brasil apresentou um crescimento significativo da população urbana, ao longo dos anos. O desenvolvimento urbano brasileiro tem produzido aumento na freqüência das inundações, na produção de sedimentos e na deterioração da qualidade da água. À medida que a cidade se urbaniza, em geral, ocorrem os seguintes impactos: aumento das vazões máximas, em até 6 vezes, devido ao aumento da capacidade de escoamento através de condutos e canais e impermeabilização das superfícies; aumento da produção de sedimentos devido a desproteção das superfícies e a produção de resíduos sólidos (lixo); deterioração da qualidade da água, devido à lavagem das ruas, transporte de material sólido e ligações clandestinas de esgoto cloacal e pluvial. Existem, também, os impactos causados pela forma desorganizada da infra-estrutura, como pontes e taludes que obstroem o escoamento; deposição de lixo e sedimentos nos rios, canais e condutos; e projetos e obras de drenagem inadequados. Estes impactos têm produzido um ambiente degradado que só tende a piorar. As ações públicas estão voltadas para medidas estruturais com visão pontual e única. Os custos são altíssimos, o prejuízo público é dobrado, e não resolve definitivamente o problema. Na maioria das cidades, estas condições decorrem da falta de planejamento das redes, e do gerenciamento inadequado das obras em relação ao meio ambiente. 2

3 Impacto no Escoamento do Desenvolvimento Urbano Tipos de Enchentes As enchentes em áreas urbanas são causadas por dois processos, que ocorrem separadamente ou integrado: enchentes devidas à urbanização: o aumento da quantidade e da força das enchentes ocorre devido à ocupação do solo co superfícies impermeáveis e rede de condutos de escoamentos. enchentes naturais em áreas ribeirinhas: atingem a população que ocupa o leito maior dos rios. Esse é um processo natural do rio, no qual ele ocupa o seu leito maior em épocas extremas. Impacto no Ciclo Hidrológico Com a urbanização, a cobertura vegetal da bacia é alterada para pavimentos impermeáveis e são introduzidos condutos para escoamento pluvial, gerando as seguintes alterações no ciclo: 1. Redução da infiltração no solo; 2. o volume que deixa de infiltrar fica na superfície, aumentando o escoamento superficial, tornando-o mais rápido, aumentando assim as vazões máximas; 3. com a redução da infiltração, o aqüífero tende a diminuir o nível do lençol freático por falta de alimentação, reduzindo o escoamento subterrâneo; 4. devido à substituição da cobertura natural, ocorre uma redução da evapotranspiração, já que a superfície urbana não retém água. Estas são as principais alterações e a proporção com que eles ocorrem varia de acordo com o solo, cobertura, geologia, pluviosidade e clima. Numa localidade onde a cobertura é rochosa e impermeável, as alterações serão menores. Já para bacias onde o escoamento superficial é insignificante e a infiltração é importante, o impacto será maior. Impacto Ambiental sobre o Ecossistema Aquático Com o desenvolvimento urbano, vários elementos antrópicos são introduzidos na bacia hidrográfica. Alguns dos principais problemas são: Aumento de temperatura As superfícies impermeáveis absorvem parte da energia solar, aumentando a temperatura ambiente, e produzindo ilhas de calor na parte central das cidades, onde 3

4 predomina o concreto e o asfalto. Com isso, ocorre um aumento da emissão de radiação térmica, que volta pra o ambiente, gerando calor. A elevação da temperatura também cria condições de movimento de ar ascendente, podendo aumentar as precipitações. A parte central das cidades apresenta maior índice pluviométrico que a sua periferia, atribuindo essa tendência à urbanização. Aumento de sedimentos e material sólido Durante o desenvolvimento urbano, o aumento dos sedimentos produzidos pela bacia hidrográfica é significativo, devido á limpeza de terrenos para novos loteamentos, construção de ruas, avenidas, rodovias, entre outras causas. As principais conseqüências ambientais da produção de sedimentos são: Assoreamento da drenagem, com redução da capacidade de escoamento de condutos, rios e lagos urbanos. Transporte de poluentes agregados aos sedimentos, que contaminam águas pluviais. Qualidade da água pluvial A qualidade da água pluvial não é melhor que a do efluente de um tratamento secundário. A quantidade de material suspenso na drenagem pluvial é superior à encontrada no esgoto in natura. Esse volume é mais significativo no início das enchentes. A qualidade da água da rede de pluviais depende de vários fatores: limpeza urbana e sua freqüência; intensidade da precipitação e sua distribuição temporal e espacial; época do ano e tipo de uso da área urbana. Os principais indicadores da qualidade da água são os parâmetros que caracterizam a poluição orgânica e a quantidade de metais. Contaminação de aqüíferos As principais condições de contaminação dos aqüíferos urbanos são: aterros sanitários contaminam as águas subterrâneas pelo processo natural de precipitação e infiltração. Grande parte das cidades brasileiras utilizam fossas sépticas como destino final do esgoto. Este conjunto tende a contaminar uma parte superior do aqüífero. A rede de condutos pluviais pode contaminar o solo através de perdas de volume no seu transporte e até por entupimento de trechos da rede, que pressionam a água contaminada para fora do sistema de condutos. Enchentes em áreas ribeirinhas As cidades, no passado, localizavam-se próximas a rios de médio e grande porte, para uso do transporte fluvial. A parcela do leito maior, ocupada pela população, sempre 4

5 dependeu da memória dos habitantes e da freqüência com que as enchentes ocorriam. Uma seqüência de anos sem inundação é motivo para que a sociedade pressione para ocupar o leito maior do rio. As informações sobre as enchentes existem, mas é necessário utilizá-las tecnicamente para o planejamento da cidade. As medidas de controle de inundações podem ser classificadas em estruturais, quando o homem modifica o rio, e em não estruturais, quando o homem convive com o rio. No primeiro caso, estão as mediadas de controle através de obras hidráulicas, tais como barragens, diques e canalização, entre outras. No segundo caso, encontram-se medidas do tipo preventivo, tais como zoneamento de áreas de inundação, alerta e seguros. As medidas estruturais envolvem custos maiores que as medidas não-estruturais. 5

6 Mananciais Urbanos Os mananciais são as fontes de água disponíveis para uma população, para suprimento de suas necessidades. Um manancial deve possuir água com qualidade e quantidade adequadas ao uso. O tipo de uso mais nobre da água é o uso doméstico. Através do desenvolvimento urbano, desenvolvem-se duas atividades conflitantes: aumento da demanda de água com qualidade e a degradação dos mananciais urbanos por contaminação por resíduos domésticos e industriais. A tendência do desenvolvimento urbano é contaminar a rede de escoamento superficial através de despejos de esgotos, inviabilizando os mananciais e exigindo a captação de água em áreas mais distantes, não contaminadas, ou o tratamento de água ou esgotos, o que envolve custos maiores. Águas superficiais Tipos de mananciais São as águas encontradas na rede de rios de uma bacia hidrográfica. A vazão de um rio varia muito ao longo do ano, por isso é necessário conhecer essa variabilidade para definir a disponibilidade natural do rio no atendimento à demanda. A disponibilidade hídrica depende da regularização natural do rio ao longo do ano, se em determinada época do ano o rio não atende à demanda então é necessário regularizar sua vazão através de um reservatório. Para isso são utilizadas ferramentas hidrológicas estatísticas como a curva de permanência e a curva de regularização. Geralmente a demanda urbana pode ser atendida por pequenas bacias hidrográficas (<500 km²) usando regularização das vazões, porém quando utiliza- se grandes mananciais, o risco de atendimento em relação à quantidade é pequeno, então pode-se utilizar o abastecimento sem regularização. Águas subterrâneas As águas subterrâneos são a maior reserva de água doce do planeta. Existem os aqüíferos confinados (pressão superior à atmosférica, alimentados por recargas com cota superior ao ponto de captação) e os aqüíferos não confinados (a água não está sob pressão e a recarga pode ser pelo fluxo local, ou seja é mais fácil de ser contaminada). A vantagem do manancial subterrâneo é a capacidade de atendimento distribuidor através de poços, porém no Brasil isso não é usual para grandes demandas, o seu uso mais intenso em comunidades menores, e depende da capacidade de exploração e da contaminação dos aqüíferos. 6

7 Contaminação dos mananciais A contaminação das águas subterrâneas ocorre devido: ao uso de fossa séptica (aqüíferos não confinados), perfuração de poços sem cuidados específicos para evitar ligação entre camadas do sub-solo (aqüíferos confinados), depósitos de lixo (através de lixiviação e principalmente se forem em áreas de recarga e sem controle de efluente), despejos industriais em áreas de recarga para depuração dos efluentes, vazamentos de esgotos. Contaminação das águas superficiais: despejos de esgotos domésticos e industriais, despejos de esgotos pluviais com lixo urbano, drenagem de água subterrânea contaminada que chega ao rio. Legislação Proteção dos mananciais urbanos Resolução nº 20, de 18/06/86, do CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) Lei nº 8935, de 07/03/89. Gerenciamento de bacias de mananciais As cidades, por utilizarem intensamente a água devem ter um plano de controle e preservação para o cenário atual, e médio e longo prazo. Se possível, o melhor é que os municípios gerenciem seus mananciais, pois aumenta a facilidade de controle e fiscalização. Principais pontos para gerenciamento de mananciais: Seleção de potenciais mananciais((considerando custos, ocupação das bacias e viabilidade de preservação), Avaliação da disponibilidade (quanto à demanda, regularização e custos envolvidos), Ocupação e poluentes (identificação dos usos e fontes de poluição, no cenário atual e projeções futuras) 7

8 Quantificação e qualidade (com bases atuais e potenciais) Seleção (com base na qualidade,custos,desenvolvimento previsto) Programa de controle e uso do espaço (visando a preservação da bacia, evitando a ocupação, através de áreas verdes, agricultura se defensivos, etc) Projeto (de aproveitamento da água do manancial de acordo com os usos da população) Monitoramento (programa de monitoramento de quantidade e qualidade) Controle (legislação que efetivamente proteja os mananciais) Controle do espaço (evitar invasões, loteamentos clandestinos e fazer investimento em educação ambiental) 8

9 Controle do Impacto da Urbanização Princípios A Bacia como sistema: o Plano de Controle de enchentes para uma região deve considerar todas bacias onde se desenvolve a urbanização; As medidas de controle no conjunto da bacia: há uma integração de medidas estruturais e não-estruturais (preventivas), que envolvem custos que geralmente as cidades não podem arcar. Tais Soluções são específicas e para um determinado local; Os meios: são estes o Plano Diretor Urbano (linhas principais); a Legislação Municipal / Estadual (controle); e o Manual de Drenagem (normas); Horizonte de expansão: realizar ação pública preventivamente através do gerenciamento, caso contrário as conseqüências futuras serão muito sérias para todo o município; O critério fundamental de não ampliar a cheia natural: não ampliar, por exemplo, áreas impermeabilizadas, para não dificultar a absorção da água pelo terreno, e desviá-la para o sistema de águas pluviais; Controle permanente: é necessário estar atento às violações da legislação e à ocupação desordenada do solo nas áreas de risco; Educação: de toda a população é fundamental para que as decisões sejam tomadas conscientemente; Administração: depende dos municípios, através da aprovação de projetos. Os aspectos são verificados na implantação da rede de drenagem. Controle de cheias nas áreas ribeirinhas Podem ser estruturais, não-estruturais ou ainda uma combinação das duas, que é o que geralmente ocorre. Medidas Estruturais São obras de engenharia que modificam o sistema fluvial para reduzir o risco de novas enchentes. Mas estas obras não podem simplesmente desviar toda a água para jusante, as medidas estruturais devem ser consideradas do ponto onde estão até o ponto de deságüe. Medidas Não-Estruturais Tais medidas não oferecem proteção completa, são para reduzir prejuízos pela convivência da população com as enchentes. 9

10 Zoneamento Para a definição de um zoneamento é necessário um mapa de inundação, que indica as áreas atingidas. É também um conjunto de regras para a ocupação das áreas de maior risco. Para o zoneamento, pode-se dividir a seção do rio em três partes: Zona de passagem da enchente; Zona com restrições; Zona de baixo risco. Previsão em tempo real Um sistema de alerta envolve: 1. Sistema de coleta e transmissão de dados; 2. Sistema de processamento; 3. Modelo de previsão de vazões e níveis; 4. Procedimentos de acompanhamento; 5. Planejamento das situações de emergências. A previsão de enchentes é dividida em três níveis: Nível de acompanhamento; Nível de alerta; Nível de emergência. Emergências: a Defesa Civil estabelecerá procedimentos de evacuação e convivência com as inundações. Um mapa de alerta é preparado com valores de cotas em cada esquina da área risco. Controle de enchentes em áreas urbanizadas Quantificação do impacto da urbanização sobre o escoamento Para que se possa planejar efetivamente o impacto do desenvolvimento urbano é necessário quantificar os impactos decorrentes das alterações da bacia hidrográfica. A avaliação do impacto da urbanização sobre o escoamento pode ser realizada pelo método racional, em nível de micro-bacia urbana, dentro do conceito de vazão de projeto. Os métodos utilizados podem ser os seguintes: 10

11 1. método estatístico: utilizam-se de dados não-homogêneos de vazão para estimar o impacto da urbanização. A metodologia se baseia na regionalização de vazões máximas, utilizando como indicador da urbanização a parcela urbanizada. Esse tipo de procedimento requer informações que, na maioria das bacias, não existem. 2. métodos matemáticos: determinam a vazão máxima com base na precipitação, já que dificilmente existem dados hidrológicos monitorados ao longo do tempo que permitam determinar, para vários períodos de retorno, a diferença entre os cenários de pré desenvolvimento e pós urbanização. O cálculo é realizado com base no risco (tempo de retorno) da precipitação, o que não é necessariamente o mesmo risco da vazão. No entanto, as técnicas de determinação da distribuição da precipitação e definição dos parâmetros buscam maximizar as condições críticas das cheias, procurando compensar parte dessas incertezas. Para utilizar os modelos hidrológicos é necessário a estimativa: das áreas impermeáveis e a rede de drenagem da bacia para o cenário de futura urbanização; estimativa dos parâmetros dos modelo com base em dados de bacias brasileiras. O planejamento urbano é implementado através do plano diretor da cidade e a densidade habitacional é o parâmetro de planejamento para cada subdivisão da cidade (e bacia). Essa densidade é implementada através das seguintes restrições: índice de ocupação e índice de aproveitamento. Esses métodos quantitativos são essenciais para estimar as vazões máximas e o volumes para os cenários atuais e futuros do desenvolvimento urbano e avaliar as medidas de controle. Medidas de controle As medidas de controle de escoamento podem ser classificados, de acordo com sua ação na bacia hidrográfica, em: Distribuída ou na fonte: é o tipo de controle que atua sobre o lote, praças e passeios. Na microdrenagem: é o controle que age sobre o hidrograma resultante de um ou mais loteamento. Na macrodrenagem: é o controle sobre os principais riachos urbanos. As medidas de controle podem ser organizadas, de acordo com a sua ação sobre o hidrograma em cada uma da partes das bacias mencionadas acima, em: o Infiltração e percolação o Armazenamento o Aumento da eficiência do escoamento 11

12 o Diques e estações de bombeamento Mediada de controle localizado As principais medidas de controle localizado no lote, estacionamento, parques e passeios são denominadas de controle na fonte (source control): 1. Aumento de áreas de infiltração e percolação (planos de infiltração, valos de infiltração, bacias de percolação, dispositivos hidráulicos permeáveis e pavimentos permeáveis. 2. Armazenamento temporário em reservatórios residenciais ou telhados As principais características do controle local são: Aumento da eficiência do sistema de drenagem de jusante dos locais controlados Aumento da capacidade de controle de enchentes dos sistemas Dificuldade de controlar, projetar e fazer manutenção de um grande número de sistemas Os custos de operação e manutenção podem ser altos Medidas de Controle no Loteamento A medida de controle de escoamento na microdrenagem acaba transferindo para jusante o aumento do escoamento superficial, numa velocidade maior, já que o tempo de deslocamento é menor, devido à impermeabilização e canalização. Esse aumento da vazão máxima causa inundações nos troncos principais ou na macrodrenagem. Para que esse acréscimo não se transfira para jusante é necessário realizar medidas de controle à jusante (downstream control), objetivando o amortecimento do volume gerado, através de tanques, pequenos reservatórios, abertos ou enterrados, entre outros. Características e funções dos reservatórios Os reservatórios têm sido utilizados quando existem restrições, advindas da administração municipal, ao aumento da vazão máxima devido ao desenvolvimento urbano. O critério utilizado é que a vazão máxima da área, com desenvolvimento urbano, deve ser menor ou igual à vazão máxima das condições preexistentes para um tempo de retorno escolhido. Esse controle apresenta as vantagens e desvantagens a seguir: custo menor de operação e manutenção, facilidade de administrar a construção, dificuldade de achar locais adequados, custo de aquisição da área. Os reservatórios de detenção podem ser: Controle da vazão máxima. controlar os efeitos da inundação em áreas urbanas amortecendo o pico à jusante, reduzindo a seção hidráulica e mantendo as condições de vazão anteriores. 12

13 Controle do volume. utilizado quando o escoamento cloacal e pluvial são transportados por condutos combinados ou quando recebe a água de uma área sujeita à contaminação. Pode ser utilizado, também, para a deposição de sedimentos e depuração da qualidade da água. Controle de material sólido. utilizado para reter parte do sedimentos, para que estes não façam parte do sistema de drenagem. Podem ser de retenção ou detenção. O primeiro possui a vantagem de não crescer vegetação no fundo, sendo mais eficiente para o controle da qualidade da água; e o segundo, de poder ser usado para outras finalidades, ou seja, é desejável que o projeto esteja integrado ao planejamento do uso da área. Medidas de controle na macrodrenagem As medidas para controle de vazões podem ser estruturais, tais como reservatório de amortecimento, canalização e diques de contenção; e não-estruturais, como zoneamento das áreas inundáveis, através de leis de uso e ocupação do solo, ocupação com áreas de lazer, entre outras. Planejamento no controle da macrodrenagem Quando a bacia ainda não está totalmente urbanizada, pode-se proceder da seguinte forma: regulamentar o uso e ocupação do solo das áreas inundáveis; regulamentar a microdrenagem para não ampliar a enchente natural, respeitando sua capacidade e transferência para jusante; utilizar parques e áreas, que devem permanecer naturais, para amortecer e preservar hidrograma entre diferentes sub-bacias; nenhuma área desapropriada pode ficar sem implantação de infra-estrutura. Quando a bacia encontra-se num estágio avançado de desenvolvimento, a tendência é que as medidas estruturais predominem com custos altos.mas é possível minimizá-los aumentando a capacidade de amortecimento na bacia urbana, buscando recuperar, o máximo possível, o amortecimento natural, pela exploração de todas as áreas possíveis. Plano Diretor de Drenagem Urbana Problemas encontrados no Brasil que dificultam a implantação do plano diretor: 1) Invasão de áreas públicas, pessoas de baixa renda que invadem áreas porque não tem onde morar. 2) Lotes na periferia que são instalados sem supervisão ou autorização da prefeitura Nas invasões o plano diretor não é obedecido, no entanto no restante da cidade acompanha a regulamentação. 13

14 Fundamentos do Plano Diretor Não permitir ocupação de áreas de alto risco. Manejar enchentes e saber lidar com elas nas áreas de baixo risco. Planejar e distribuir água no tempo e espaço. O Plano de Drenagem (PDU) é um componente do plano diretor de planejamento urbano. Devido a interferência que a ocupação do solo tem sobre a drenagem. Separam-se por sub-bacias o controle de enchentes e regulamentados em nível distrital. A macro-drenagem urbana não deve ocupar espaço nas margens dos rios. Determinar áreas de risco a áreas de construção. Fazer um anteprojeto com o controle da macro-drenagem das sub-bacias.identificar os limites necessários ao desenvolvimento urbano. Desenvolver normas e leis reguladoras para o uso do solo. Avaliação da capacidade de Drenagem Urbana Verificar a abrangência e se a bacia vai continuar existindo com o desenvolvimento urbano. Verificar os limites e se as bacias ultrapassam os limites do distrito. Identificar as condições de desenvolvimento da bacia que são constituídas da situação atual da bacia, loteamentos e conjuntos habitacionais aprovadas, áreas ocupadas com e sem permissão. Para avaliar a macro-drenagem é preciso fazer a verificação das vazões de cheia para um tempo de retorno que se encaixe com o tipo de drenagem. Para se regulamentar é preciso se estabelecer critérios limites para a drenagem urbana como,: vazão máxima de saída, taxa de impermeabilização. Quando forem identificados problemas, controles devem ser estabelecidos para resolver esses problemas: Áreas invadidas, loteamentos clandestinos, locais em fase de densificação. Devem-se simular os sistemas em diferentes cenários para definir o equilíbrio da bacia e onde vão ocorrer problemas. Como realizar a Drenagem Urbana Objetivo de orientar projetista nos métodos mais usados e acertos para dimensionamento da drenagem da cidade. Os princípios para concepção do plano diretor de drenagem devem ser norteados pelo controle distribuído da bacia hidrográfica, previsão de cenários futuros e seus impactos. Identificação clara da área de drenagem é muito importante para concepção de projeto. O projeto deve transmitir outras possibilidades e alternativas e os critérios que foram adotados e suas razões. Tem que constar no projeto : Tempo de retorno no qual a vazão não pode ser ampliada, tempo de retorno de segurança das obras, controle sobre erosão, critério de manutenção. 14