ANÁLISE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NA SUB-BACIA SEMINÁRIO EM CAMPO GRANDE MS

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1 ANÁLISE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NA SUB-BACIA SEMINÁRIO EM CAMPO GRANDE MS Nayara Vasconcelos Estrabis ¹ * Resumo Os solos que anteriormente permitiam a infiltração da água estão cada vez mais impermeáveis, devido ao processo de adensamento populacional. Como consequência desencadeiam sérios problemas, principalmente as inundações urbanas. Este artigo analisa o escoamento superficial devido à influência da impermeabilização do solo em uma sub-bacia na cidade de Campo Grande, durante uma precipitação de sessenta minutos para diferentes tempos de retorno, através do método racional e identificando o aumento do runoff gerado em cinco cenários: anterior à ocupação, ocupação atual, ocupação total da bacia (totalmente impermeabilizada) conforme legislação, ocupação da bacia teórica (sem legislação), e ocupação da bacia com taxa de 30% (suposição). Os resultados demonstraram que o processo de urbanização aumenta significativamente os picos de vazão em relação ao período anterior à urbanização. A atual taxa de área permeável por lote de 12,5% conforme exigência em lei não é capaz de reduzir significativamente o escoamento superficial quando comparada ao cenário totalmente impermeável sem legislação, já quando essa taxa eleva-se para 30% demonstra resultados mais significativos. Verifica-se a necessidade de um bom planejamento integrado, estudos hidrológicos e dados, evitando ou minimizando os problemas de inundações na região, a sua jusante, e suas consequências. Palavras-Chave Urbanização. Inundações. Runoff. ANALYSIS OF SUPERFICIAL FLOW IN SUB-BASIN OF SEMINÁRIO IN CAMPO GRANDE MS Abstract The soils that allowed the infiltration of water are increasingly impermeable, due the process of population density. In consequence unleashes seriously problems, mainly urban floods. This article analyse the runoff by the influence of impermeable soil in a sub-basin in Campo Grande city, during a precipitation of sixty minutes for differents return times, through Racional Method and identifing the increase of runoff generated in five scenarios: previous occupation, current occupation, total occupation of basin (fully impermeable ) with legislation, occupation theoric bowl (without law), and occupation of basin with a rate of 30% (assumption). The results showed that the process of urbanization significantly increases the peak flows in comparing with the period before urbanization. The current rate for permeable area per lot of 12.5% as required by law is not able to significantly reduce runoff compared to the totally impermeable scenario without legislation, since when the rate rises to 30% demonstrates significant results. Verify the necessity for a good integrated planning, hydrological studies and datas, avoiding or minimizing the problems of flooding in the region, its downstream, and its consequences. Keywords Urbanization. Floods. Runoff. ¹ nayara.estrabis@gmail.com 1

2 INTRODUÇÃO As inundações urbanas são consequências do processo de adensamento populacional, visto que os solos, que antes apresentavam cobertura vegetal e permitiam a infiltração da água no solo, estão cada vez mais impermeabilizados (Tundisi, 2011). Assim a parcela da água que deveria infiltrar no solo permanece na superfície, aumentando o escoamento superficial, sobrecarregando a capacidade das calhas dos córregos (ou cursos d'água) e dos sistemas de drenagem (geralmente com falhas e inadequados), culminando nas inundações urbanas. Em Campo Grande, capital de Mato Grosso do Sul, a região da sub-bacia do Córrego Segredo, área deste estudo, vem sofrendo constante processo de urbanização, principalmente com o aumento nos últimos anos das atividades imobiliárias, aumentando o nível de ocupação da bacia e o aumento da taxa de impermeabilização do solo, contribuindo para a ocorrência de inundações no local e a sua jusante do local. De acordo com o Plano Diretor de Drenagem Urbana, conforme Campo Grande, (2008), o mapeamento de locais críticos em relação as ocorrências de cheias, apresentou um dos pontos de inundação grave localizado na área do Córrego Seminário. O presente estudo tem por objetivo analisar o escoamento superficial na sub-bacia Seminário em Campo Grande/MS sob influência do processo de impermeabilização do solo para diferentes cenários de ocupação através do Método Racional. METODOLOGIA O presente estudo foi desenvolvido a partir de levantamento de dados relacionados aos aspectos de solo, base cartográfica e precipitações fornecidos pela Prefeitura Municipal de Campo Grande, legislações pertinentes e bibliografias sobre drenagem urbana. Localização e Caracterização da Área de Estudo A Sub-bacia Seminário está localizada na Bacia Hidrográfica do Córrego Segredo porção norte do município de Campo Grande em Mato Grosso do Sul (Figura 1), e compreende os bairros Nasser e Seminário, onde têm-se intensificado principalmente as atividades imobiliárias nos últimos anos. A Bacia Hidrográfica do Córrego Segredo é composta pelos córregos Segredo, Seminário, Furtuoso, Maracaju e Cascudo, possui área correspondente à 46,1 km² com 10,6 km de comprimento de bacia hidrográfica e declividade média de 0,0118 m/m. Na porção norte da bacia estão localizadas as nascentes e apresenta característica de ocupação tradicionalmente rural, e em sua porção sul está localizada na região central, com alta densidade populacional (SEMADUR, 2014; CAMPO GRANDE, 2008). 2

3 Figura 1 Localização da bacia do Córrego Segredo A sub-bacia Seminário é caracterizada pelo curso d água Córrego Seminário, que nasce próximo às margens da Avenida Tamandaré (no bairro Jardim Seminário) desaguando no Córrego Segredo, curso principal da Bacia Hidrográfica, sendo este ponto determinado como exutório para este estudo. Delimitação da sub-bacia hidrográfica A delimitação da sub-bacia foi realizada através de imagens foto-aéreas do município juntamente com arquivos vetoriais disponibilizados em ambiente digital no site da Prefeitura Municipal de Campo Grande, com curvas de nível (curvas intermediárias com intervalos de 1 e 2 metros), e processadas através do software ecognition, gerando o fluxo de direção de água e identificando a área da sub-bacia. Análise das áreas impermeáveis e permeáveis As áreas impermeáveis e permeáveis da sub-bacia foram identificadas através do reconhecimento do tipo de ocupação do solo, observados através da imagem foto-aérea e identificadas com auxílio do software QGIS. Após identificação foram classificadas nas categorias de Área de vegetação; Área impermeável: áreas de telhados e estacionamentos; Residências isoladas: residências como chácaras e sítios, situadas em lugares onde mais de 70% da área total são áreas permeáveis; Asfalto e Estrada. Quantificação do escoamento A determinação da chuva excedente foi realizada através do Método Racional (Equação 1), que por ser um método indireto, estabelece uma relação entre a chuva e o escoamento superficial (TOMAZ, 2002). Este método é empregado, conforme Porto citado por Tomaz (2002), para bacias com limite máximo de 3 km², mas, outros autores como Akan (1993), Califórnia Higmays, Paulo SampaioWilken, também citado por Tomaz (2002) adotaram este método para bacias com áreas maiores chegando a 500 km². Tal método foi considerado para o presente estudo tendo em vista que a área analisada totaliza 4,558 km². 3

4 Q= 0,278. C. I. A (1) Onde: Q = Vazão de pico (m³/s); C = coeficiente de escoamento superficial varia entre 0 e 1; I = intensidade média da chuva (mm/h); A = área da bacia (ha); O coeficiente C é determinado observando-se os parâmetros listados na tabela 6.4 apresentada em Tomaz (2002, p.144) com valores definidos para cada situação da bacia e realizado ajuste no valor para os tempos de retornos analisados. Devido à presença de diferentes características de ocupação na bacia, foi realizada a média ponderada. Determinação da intensidade e do tempo de concentração A intensidade da precipitação de projeto foi realizada através da equação 1, na qual define a IDF do município de Campo Grande/MS (CAMPO GRANDE, 2008), onde I = intensidade da precipitação (mm/h); Tr = período de retorno (anos) e t = duração da chuva (minutos):sidências Isoladas; Área de estradas e asfaltos e a Área de Preservação Permanente.Os períodos de retorno a serem utilizados para a determinação dos deflúvios excedentes foram de 10, e 20 anos. O Tempo de Concentração (tc) foi determinado pela fórmula de Kirpich apresentada por Tucci et al (2004), conforme a equação x, através do comprimento do talvegue em Km (L) e a diferença de cotas (ΔH) em metros. tc= 57. (L³/ΔH) 0,38 (2) Determinação dos hidrogramas O hidrograma, construído de acordo com o tempo de duração da chuva e do tempo de concentração, segundo Tomaz (2013), é usado para pequenas bacias, em routing, e não deve ser usado para cálculos de reservatório de detenção ou retenção. Este tipo de hidrograma é baseado no método Racional, onde é determinada a suposição que o hidrograma pode ter forma triangular ou trapezoidal, dependendo da duração da chuva d. A duração da precipitação estudada foi de sessenta minutos para todos os cenários. O volume de escoamento (m³) foi obtido através da Equação 3, correspondendo com a área do trapézio, onde TD = tempo de duração da chuva em minutos. Vesc= (Tp + (TD tc)). Qp/2 (3) Descrição dos cenários de estudo Os cenários foram desenvolvidos para melhor análise de diferentes situações da bacia. Para isso foram criados 5 cenários simulando diferentes condições da sub-bacia. Cenário 1 Bacia sem a ocupação: neste cenário foi realizada a simulação da bacia anterior a ocupação com períodos de retorno de 10 e 20 anos. Cenário 2 Ocupação Atual: este cenário representa a ocupação atual da Sub-bacia Seminário com períodos de retorno de 10 e 20 anos. Cenário 3 Ocupação Total da Bacia: a simulação, neste cenário, é de urbanização total da bacia em estudo de acordo com as restrições da Lei de Uso e Ocupação do Solo vigente no município de Campo Grande, que considera para cada lote a porcentagem de 12,5% para área permeável, com exceção da APP do curso d água, com períodos de retorno de 10 e 20 anos. 4

5 Em relação aos valores de áreas de asfalto, como a sub-bacia não possui asfalto em sua totalidade, foi realizada uma projeção total de asfalto conforme preconiza a Lei Complementar nº74/2005 para Parcelamento de Interesse Social PIS. Cenário 4 Ocupação Total da Bacia teórica: foi realizado, neste cenário, a simulação de urbanização total da bacia em estudo sem restrição da Lei de Uso e Ocupação do Solo vigente, conforme descrito no cenário 3. Foram simulados períodos de retorno de 10 e 20 anos. Cenário 5 Ocupação Total da Bacia com taxa de 30%: a ocupação neste cenário simula a urbanização total da bacia, estipulando a restrição de taxa de área permeável no lote de 30% para períodos de retorno de 10 e 20 anos. Este valor foi determinado pela necessidade de área permeável maior do que é atualmente exigida, que fosse um valor inteiro (não apresentasse casas decimais), e ao mesmo tempo conciliasse a aceitação da população. A área de asfalto foi determinada conforme descrição no Cenário 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES A delimitação da sub-bacia e a identificação do tipo de ocupação presente nela gerou o seguinte mapa, apresentado na Figura 2, como também hidrogramas conforme Figura 3 e os valores dos resultados informados na Tabela 1. Figura 2 Identificação da sub-bacia e do tipo de ocupação do solo Figura 3 Hidrogramas para tempos de Retorno de 10 e 20 anos 5

6 Através do resultado do Método Racional podemos observar a variação ocorrida entre os cenários em relação as vazões de picos. Os resultados indicaram que a impermeabilização causa impacto na sub-bacia, principalmente sobre o escoamento superficial. Tabela 1 Resultado das Equações e Método Racional Tr t (min) C i (mm/h) A (km²) Q (m³/s) Volume (m³) Cenário ,220 67,871 4,558 18, , ,237 76,783 4,558 23, ,21 Cenário ,378 67,871 4,558 32, , ,408 76,783 4,558 39, ,04 Cenário ,891 67,871 4,558 76, , ,962 76,783 4,558 93, ,89 Cenário ,909 67,871 4,558 78, , ,981 76,783 4,558 95, ,16 Cenário ,770 67,871 4,558 66, , ,835 76,783 4,558 81, ,36 Relacionando os resultados obtidos nos 5 cenários, foi possível identificar que os volumes de escoamento encontrados para o cenário 2 (atual) são 1,72 vezes maior que o cenário 1 (anterior à ocupação); o cenário 3 (total ocupação com a legislação), o cenário 4 (total ocupação sem a legislação) e o cenário 5 (total impermeabilização com 30% de área permeável no lote) são respectivamente 4,05; 4,13; e 3,5 vezes maior que o cenário 1, anterior à urbanização. Os cenários 3 e 4, embora tenham sido considerados com total ocupação da sub-bacia, diferenciados apenas pelo critério da aplicabilidade e a ausência da Lei de Uso e Ocupação do solo em relação a taxa de área permeável no lote, demonstrou que não houve diferença significativa entre os valores de vazões de pico e escoamento. O cenário 3, com aplicação da lei, teve redução de 1,91% de volume de escoamento em relação ao cenário 4 mais crítico, sem aplicação da lei. Estes resultados evidenciam que a taxa de permeabilidade proposta em lei não garante redução de escoamento superficial significativa nesta área, pois resulta em valores semelhantes ou próximos aos valores quando não é aplicado a taxa para área permeável no lote. No cenário 5, com a proposta de taxa de 30% para área permeável no lote, verificou que é possível reduzir em 13,62% o volume de escoamento quando comparado ao Cenário 3, com a aplicação da taxa pela lei (12,5%), e reduzir em 15,27% em relação ao Cenário 4 com ausência de taxa mínima para área permeável no lote. CONCLUSÕES O estudo realizado, na sub-bacia localizada do bairro Seminário que integra a Bacia Hidrográfica do Córrego Segredo, demonstrou a influência do processo de impermeabilização quando analisado o escoamento superficial. Os resultados de cada cenário apontaram os efeitos da impermeabilização nesta sub-bacia e indiretamente a eficiência da taxa de área permeável por lote para o município. Essa taxa de área permeável exigida por lei foi atribuída através do Plano Diretor de Drenagem Urbana de Campo Grande, sendo esta considerada o valor para todo o município, devido (principalmente) as dificuldades e carência em dados, não considerando aspectos característicos de cada bacia. 6

7 O cenário de ocupação total analisado expõe que a determinação dada pela Lei Complementar nº 74/2005, onde os lotes devem ter no mínimo 12,5% de área permeável, não consegue comportar o volume de escoamento na área. Este aspecto foi verificado quando a análise com a taxa de 12,5% para área permeável no lote reduziu em 1,90% o escoamento superficial da sub-bacia, que em volume representa redução de 89,49 m³. Quando a condição do cenário foi alterada para a suposição de taxa de área permeável para 30%, valor considerado aceitável para a população, conseguiu reduzir a vazão em 15,23% representando em volume 715,90 m³, ou seja, 13,40% menor que o volume de escoamento verificado no cenário que possui a aplicação da lei vigente. Cada cenário evidenciou que a tendência da sub-bacia, como consequência do processo de urbanização nesta área, é piorar com a impermeabilização e o aumento do escoamento superficial, sendo possível identificar que em sua condição mais crítica esse aumento é 4,13 vezes maior que a condição da bacia anterior à ocupação. Valor que é realmente alarmante quando observado o tamanho da sub-bacia, a sua capacidade e principalmente as condições existentes à sua jusante. Verifica-se a necessidade de reavaliação na taxa atualmente exigida por lei, como também é fundamental estudos específicos e aplicações de características da bacia hidrográfica para serem desenvolvidos na respectiva bacia, e posteriormente serem geridos planos de uso e ocupação do solo e da bacia. Conforme o estudo, aqui apresentado. seria possível reduzir o escoamento superficial da subbacia, desde que haja equilíbrio da ocupação nesta área com as suas condições ambientais, intrínsecos com planejamento de ações para minimizar e evitar os efeitos negativos da ocupação, com eficiência no sistema de drenagem urbana, medidas preventivas e corretivas, medidas estruturais e não-estruturais, visando o desenvolvimento urbano sustentável nas bacias hidrográficas urbanas, considerando os aspectos hidrológicos e essenciais para evitar ou reduzir as ocorrências de inundações urbanas. REFERÊNCIAS CAMPO GRANDE (2005). Lei Complementar nº74 de 6 de setembro de Dispõe sobre o ordenamento do uso e da ocupação do solo no município de Campo Grande e dá outras providências. Lei Municipal. (2008). Plano Diretor de Drenagem Urbana de Campo Grande. Campo Grande. TOMAZ, P. (2002). Cálculos Hidrológicos e Hidráulicos para Obras Municipais. Navegar Editora-SP.. (2013) E-Book. Capítulo 11 Hidrogramas do Método Racional Curso de Manejo de Águas Pluviais. Disponível em:< com.br/downloads/novos_livros/ livro_metodo_calculos_vazao/capitulo111.pdf> TUNDISI, J. G. (2011). Recursos hídricos no Século XXI. Oficina de Textos-SP. TUCCI, C. E. M. et al (2004). Hidrologia: ciência e aplicação. UFRGS/ABRH Porto Alegre- RS. 7