PHD 2537 Água em ambientes urbanos

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1 ESCOLA POLITÉCNICA USP DEPTO. DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA Curso: PHD 2537 Água em ambientes urbanos Professores: Prof. Dr. Rubem La Laina Porto Prof. Dr. Luís Antonio Villaça de Garcia Prof. Dr. Kamel Zahed Filho Prof a. Dr a. Monica Ferreira do Amaral Porto Título: Recursos hídricos em Berlim - Panorama Autor: Müller, Lucas Omar N USP: Data de entrega:

2 2 Índice 1. Berlim Recursos hídricos na área urbana Abastecimento de água Coleta e tratamento de esgoto e drenagem urbana Redução da demanda Elevação do lençol freático Problemas para o futuro Bibliografia...13

3 3 1. Berlim A cidade de Berlim é a capital da República Federativa Alemã (Bundesrepublik Deutschland) desde 1993, após ser, durante 40 anos, uma cidade dividida, não só política, mas também fisicamente. Hoje, a cidade possui 3,387 milhões de habitantes. A tendência de crescimento da população de Berlim é regressiva desde a reunificação alemã (1989). Em média o crescimento relativo nos últimos 15 anos foi de -0.15% (Statistisches Landesamt Berlim). Apesar desta mudança na quantidade de habitantes parecer insignificante, as maiores mudanças na cidade são devidas à mudança do tipo de população atual em relação à anterior. 2. Recursos hídricos na área urbana A precipitação média anual registrada na cidade é de 568 mm/m², sendo esta muito baixa para o padrão do norte europeu, mas correspondendo a particularidade da região, que representa um clima de transição entre os frios continentais e secos do Oriente, além de ser o clima mais temperado e úmido da Europa Ocidental. A geologia da paisagem atual foi definida principalmente na última glaciação, que na área de Berlim, cobriu o território continental entre AP e AP (Groundwater Levels of the Main Aquifer and Panke Valley Aquifer, 2004). A cidade se encontra no vale de um antigo rio chamado de Warschau Berliner Urstromtal (figura 1). As glaciações criaram enormes depósitos de sedimentos arenosos (com leve conteúdo de siltes), representando estes um ótimo reservatório de água de excelente qualidade. Porém, estes recursos se encontram expostos a contaminações Figura 1: Mapa geológico da cidade de Berlim superficiais de origem antropogênica, (Groundwater Levels of the Main Aquifer and Panke Valley Aquifer, 2004). sendo, por isso, imprescindível, uma severa fiscalização para a preservação dos recursos hídricos. A figura 2 representa um corte transversal do terreno onde se situa Berlim, mostrando o condutor de água principal e os secundários. É possível observar que o condutor principal não tem proteção de nenhum tipo de aquafuge, mas apenas de uma leve capa de

4 4 sedimentos aluvionais depositados recentemente (em termos geológicos) pela ação do rio Spree e outros córregos menores. Figura 2: Corte hidrogeológico na area de Berlim (Groundwater Levels of the Main Aquifer and Panke Valley Aquifer, 2004). Os principais rios que atravessam a cidade são o Havel e o Spree. O Spree é o maior deles, e possui uma vazão média de 45 m³/s, o que o coloca na categoria de rios pequenos, se comparado com outros rios alemães. As águas do Spree enchem numerosos canais que foram construídos através da história da cidade. Os rios Spree e Havel formam uma série de lagos na área periférica de Berlim, constituindo estes uma espécie de reservatórios naturais de águas superficiais. A cidade situa-se numa área que contribui com a bacia hidrográfica do rio Elba (2 maior rio da Alemanha, depois do Reno). Esta bacia foi estabelecida como unidade de manejo de recursos hídricos, no contexto da Diretriz Européia da Água, que entrou em vigor em 2000 (European Water Framework Directive, 2000). A lei que rege sobre o uso dos recursos hídricos é a Berliner Wassergesetz (BWG), que será citada em mais de uma ocasião neste relatório. A água subterrânea de Berlim possui um preço: 0.31 são cobrados por cada m³ extraído, se o volume total extraído anualmente superar os 6000 m³ (artigo 13a da Berliner Wassergesetz). Esta cobrança é um das mudanças geradas pela implementação da European Water Framework Directive (WFD). Apesar dos enormes esforços dos diferentes partidos envolvidos na implementação das diversas diretrizes da WFD, os planejadores estão encontrando grandes obstáculos. Parte dessas dificuldades origina-se no conflito de interesse, já que a bacia do Elba ocupa 4 países, com situações sócio-políticas bem diferentes (Alemanha, Polônia, República Tcheca e Áustria); ao mesmo tempo, a falta de metodologias para a implementação de algumas medidas também dificulta muito esse processo.

5 5 Um exemplo muito interessante relacionado aos problemas originados pela implementação da WFD é a cobrança da água. Apesar de Berlim possuir uma tarifa pelo uso do recurso, a quantificação desta não segue os princípios estabelecidos na WFD e recomendados dadas pelo mundo científico atual. Até agora, a economia ambiental não conseguiu definir uma metodologia capaz de refletir no preço da água uma quantificação justa dos diferentes custos ambientais gerados por seu uso, impossibilitando assim a avaliação racional da performance de diferentes provedores de água e até mesmo das leis vigentes que, de certa forma, internalizam as externalidades causadas pelo uso da água. 3. Abastecimento de água O saneamento básico da cidade (abastecimento de água e coleta e tratamento de esgotos) é efetuado pela Berliner Wasserbetriebe (BWB), empresa que, no passado, era integralmente pública, e hoje, representa um exemplo da liberação do mercado da água na Europa. A BWB forma atualmente uma chamada Private Public Partnership (PPP), com uma considerável participação privada (49%) e sendo o Estado o maior membro acionista e, ao mesmo tempo, agente regulador. A cidade é abastecida com água subterrânea captada principalmente ao lado de cursos de água ou lagos por médio de galerias de conjuntos motor-bombas verticais (mais de 800 conjuntos), localizados numa profundidade que varia entre 20 e 40 metros (figura 3). Além de ser favorecida pelos cursos de água, a recarga do lençol freático é induzida artificialmente mediante um enriquecimento artificial do aqüífero, pelo qual água superficial é captada, tratada e infiltrada artificialmente no solo (figura 3). Figura 3: Esquema conceitual do sistema de abastecimento de Berlim (Water Conservation Districts and Groundwater Use, 2001)

6 6 As galerias abastecem 9 Wasserwerke (combinação de estações de bombeamento com estações de tratamento de água bruta) que distribuem a água tratada a través de 7830 km de adutoras (figura 4). O consumo médio em Berlim é de 117 litros por habitante por dia, situando-se debaixo da média habitual para um país altamente industrializado. Em 2004, foram providos 209 milhões de m³ de água, o que indica uma média de 6.7 m³/s. As perdas do sistema, segundo dados da BWB, estão abaixo de 5% (BWB). Para proteger as captações de água a BWG estabeleceu a implementação de zonas de proteção. A Figua 4: Wasserwerke da BWB, (BWB) delimitação física destas zonas foi baseada no conceito de isócronas. Isócronas determinam fronteiras com igual tempo de escoamento da água subterrânea, que vão desde aquela até o ponto de captação (figura 5). As áreas de proteção de mananciais estão divididas em 3 diferentes tipos de zonas, em relação ao tempo necessário para uma eventual contaminação pontual do aqüífero chegar até o ponto de captação. Essas zonas têm diferentes restrições de uso. A delimitação da zona I não corresponde ao principio de isócronas, sendo delimitada por uma distancia de 10 metros em torno do ponto de captação. Nesta zona, não são permitidos nenhum tipo de atividades, com exceção daquelas de manutenção e operação das bombas. A zona II é delimitada pela isócrona que determina o perímetro a partir do qual a água demoraria 50 dias para chegar até o ponto de captação. A função desta área é a de proteção do manancial contra agentes patogênicos (vírus e bactérias), já que após 50 dias no meio, este tipo de ameaças é neutralizada pelas próprias propriedades do solo. A zona III protege a captação contra substâncias químicas de grande período de permanência no meio ambiente, como compostos petroquímicos, radioativos etc. A zona é subdividida em A e B. A restrição de uso do solo nestas sub-zonas é muito distinta, já que a Figura 5: Esquema conceitual do princípio de isocronas (Water Conservation Districts and Groundwater Use, 2001)

7 7 isócrona para a zona III A é de 500 a 1000 dias, enquanto que a mesma para III B, demoraria de 2500 a dias para atingir o ponto de captação. 4. Coleta e tratamento de esgoto e drenagem urbana Na cidade de Berlim o sistema de coleta de esgoto é heterogêneo. Um quarto da canalização é composto por um sistema unitário, construído no ano Este é o caso da parte velha (e cêntrica) da cidade. A parte restante é constituída por um sistema separado. Este coleta separadamente tanto os esgotos sanitários quanto as águas de chuva. A vazão coletada é de aproximadamente 8 m³/s (Entsorgung von Regen und Abwasser, 2004). A área sem canalização corresponde a 7% da área da cidade. Nestas zonas os esgotos são coletados em recipientes especiais e transportados às estações de tratamento de esgotos, enquanto a água de chuva é liberada para a infiltração no solo sem qualquer tratamento (ibid). A porcentagem da população conectada à rede de coleta de esgoto é de 98%. Dados publicados em 2003 prognosticam uma cobertura total da área construída para o fim de 2005 (BWB). 5. Redução da demanda No início deste relatório (Item 1) foi comentado que a tendência do crescimento populacional de Berlim era levemente decrescente. Um simples estudo demográfico levaria a conclusões erradas sobre a evolução do consumo de água em relação ao desenvolvimento populacional, uma vez que a população teve um declínio pequeno (-0,15%), porém a demanda de água caiu bruscamente. A figura 6 representa a evolução do consumo de água na cidade de Berlim, a partir da reunificação em 1989.

8 8 O gráfico é impressionante, uma cidade que se torno o centro político de uma das Figura 6: evolução da demanda de água em Berlim (Water Conservation Districts and Groundwater Use, 2001) nações mais poderosas da Europa, experimentou uma queda drástica no consumo de água na década dos 90. Os dados para 2004 foram de 204 milhões de m³ de água extraída, confirmando que a tendência continua. Esta queda no consumo de água foi atribuída principalmente à desativação da indústria pesada que existia no lado leste da cidade nos tempos da República Democrática Alemã. Outros fatores que contribuíram para este processo são a melhora da infra-estrutura e a tendência dos consumidores a implementar equipamentos de baixo consumo, tanto por causa da consciência de que a água é um recurso finito, quanto ao aumento do preço pelo serviço de saneamento (em parte induzido pela introdução da cobrança pelo uso da água, como de leis de proteção ambiental mais rigorosas que forçaram os provedores de serviços a melhorar a qualidade dos efluentes finais, aumentando o custo do tratamento e, conseqüentemente, o preço do serviço).

9 9 Preço da água de abastecimento por m³ Preço de esgoto por m³ Preço da água de chuva por m²/ano ,45 DM 3,86 DM 1,75 DM ,45 DM 3,86 DM 2,93 DM ,45 DM = 1,764 3,86 DM = 1,974 2,42 DM = 1, ,764 1,974 1, ,764 1,959 1, ,971 2,329 1, ,069 2,452 1,479 Tabela 1: Evolução do preço por serviços de saneamento básico (BWB). Esta redução na demanda de água, por sua vez, aumenta o custo da água para o consumidor final. A BWG estabelece, baseada na WFD, que as empresas de abastecimento de água devem cobrir os gastos gerados pelo serviço oferecido, eliminando qualquer caráter subsidiário, de maneira de induzir a criação de um mercado livre, porém regularizado, dos entes públicos. Esta elevação do custo dos serviços de saneamento se faz evidente ao considerar que os custos fixos de uma empresa de saneamento na Europa atingem 90% dos custos totais. Sellner (1999) oferece um exemplo claro do efeito desta política nos preços do serviço: 100 pessoas consumem 1000 m³ de água num ano. O custo da produção desses 1000 m³ é de unidades monetárias unidades refletem os custos fixos e os variáveis. Nesse ano, 1 m³ custaria 10 unidades monetárias. Se no seguinte ano essas 100 pessoas consumirem 500 m³, o custo total não seria de unidades monetárias unidades seriam gastas devido a custos fixos, e 500 devido à quantidade de água extraída. Conclusão: as mesmas 100 pessoas deveriam cobrir o custo de unidades monetárias por 500 m³, ou seja, cada m³ custaria 19 unidades monetárias. Os preços do serviço de saneamento básico de Berlim vêm subindo desde o começo da queda na demanda (tabela 1). Desde 2000 até hoje, o preço pelo saneamento básico (sem considerar a coleta de água de chuva) aumentou em 20%. Especificações relativas à evolução dos preços em anos anteriores não podem ser efetuadas devido à falta de dados disponíveis. A porcentagem de ligações com medidores de consumo é praticamente total (98%). A quantidade de esgoto produzida é deduzida da medição de água para consumo. Devido ao alto custo do serviço de tratamento de esgoto, a empresa de saneamento de Berlim provê usuários com medidores de vazão para aparelhos de irrigação de jardins, de maneira de descontar a quantidade de água usada para irrigação da conta de volume de esgoto produzido, uma vez que aquela infiltra no terreno (BWB).

10 10 6. Elevação do lençol freático Além de problemas de poluição do aqüífero devido a práticas inapropriadas no passado, Berlim enfrenta um problema relacionado às águas subterrâneas um tanto particular. Depois da segunda guerra mundial, Berlim experimentou uma rápida fase de crescimento, com um grande número de construções civis sendo feitas e um aumento repentino da população. Este ritmo de crescimento acelerado, tanto da infra-estrutura, como da população e indústrias, foi mantido até a queda do muro de Berlim. Como já foi comentado na seção 5, a demanda de água e, com isso, a extração de águas subterrâneas, caiu fortemente. As construções efetuadas durante os 40 anos que seguiram a Segunda Guerra Mundial, levaram em consideração os níveis do lençol freático da época para determinar profundidades adequadas para a construção, métodos de revestimento de construções etc (Water Conservation Districts and Groundwater Use, 2001). Os níveis considerados por estas construções antigas eram determinados em grande parte pela influência dos 16 Wasserwerke (a BWB possui 16 estações de bombeamento que estiveram em funcionamento até 1990 e foram desativadas seqüencialmente, acompanhando a queda da demanda). Hoje, só 9 dos 16 Wasserwerke são utilizados e o volume de água extraído é praticamente metade do extraído em Isto, somado a distribuição heterogênea do consumo na cidade (figura 7), causaram uma subida do nível do lençol freático de até 3 metros em algumas áreas da ex-berlim Oriental e em algumas áreas da parte oeste da cidade também (Water Conservation Districts and Groundwater Use, 2001). As conseqüências deste fenômeno são principalmente perdas econômicas enormes por parte de civis, que são obrigados a fazer grandes investimentos ou mesmo abandonar as casas. Além disso, grandes empresas radicadas em Berlim possuem nas fundações dos seus prédios todo o equipamento de controle, informática, calefação etc. Estas empresas chegam a pagar para que a BWB opere Wasserwerke vizinhos, de maneira a rebaixar o nível do lençol freático. Uma outra conseqüência é o aumento de exposição do aqüífero (cuja proteção na- Figura 7: Milhões de m³ de água extraída na região oeste (west) e leste (ost) (Water Conservation Districts and Groundwater Use, 2001)

11 11 tural, geológica, já é precária) a eventos de poluição provenientes da superfície. A solução encontrada pelas entidades reguladoras é um aumento de 50% da extração na zona leste da cidade e uma conseqüente diminuição na zona oeste. O maior medo é uma transferência do problema de inundação de construções na área oeste da cidade. Para evitar este tipo de problema, o enriquecimento artificial do aqüífero com águas superficiais tratadas será suspenso. Para aumentar a extração na zona leste, velhas estações de bombeamento devem ser modernizadas e as imediações corretamente saneadas, já que a maioria das estações que no passado foram fechadas por causa da queda na demanda apresentavam sérios problemas de contaminação, especialmente devido ao alto conteúdo de derivados orgânicos (compostos de nitrogênio especialmente). Estes compostos foram introduzidos no aqüífero em parte por práticas agrícolas, mas a maior parte devido a os chamados Rieselfelder, que eram grandes bacias onde os barros produzidos nas estações de tratamento de esgoto e- ram desidratados. Estas bacias de desidratação não possuíam nenhum tipo de isolamento nem coleta dos lixiviados. 7. Problemas para o futuro Os problemas de saneamento poderão ser solucionados no percurso dos anos graças a uma disponibilidade de recursos considerável e um legislação ambiental e hídrica cada vez mas rigorosa. Na área de gestão, a adoção da WFD em Berlim é um desafio, no qual a cidade e instituições acadêmicas investem grandes esforços. Porém serão necessários ainda muitos anos para o desenvolvimento de metodologias hoje inexistentes. Apesar de atualmente o maior problema relacionado aos recursos hídricos de Berlim parece ser um excesso dos mesmos na área urbana, um problema totalmente diferente será observado na região nas próximas décadas. Já foi comentado que o maior contribuinte de recursos hídricos é o rio Spree. Este rio passa pela região do Lausitz, uma área onde é praticada a extração de lignite a céu aberto. As reservas de lignite se encontram numa média de 120 metros de profundidade, sendo necessário para sua extração, um rebaixamento do lençol freático enorme, por meio do bombeamento da água subterrânea no rio Spree. A atividade de mineração caiu abruptamente depois da reunificação em 1990, reduzindo também a quantidade de água extraída e vertida no Spree. Atualmente a vazão de contribuição da mineração no rio Spree é de aproximadamente 12 m³/s, que representa uma parcela considerável da vazão do rio. A mineração nesta área é altamente subsidiada e considerada não sustentável, sendo a clausura dos campos de mineração restantes totalmente imprescindível. A tendência é uma redução gradual da extração de lignite na área nas seguintes décadas.

12 12 Isto irá reduzir a chegada de água na cidade de Berlim, como também influenciará o equilíbrio dos ecossistemas presentes à jusante das zonas de mineração. Além da redução da água bombeada soma-se o problema da necessidade de encher os buracos gigantescos deixados pelas atividades mineradoras com água doce, já que um enchimento gradual com águas subterrâneas tardaria muito tempo, dando lugar à pirita presente nos sedimentos entrar em contacto com oxigênio, acidificando os futuros lagos a níveis totalmente inapropriados para a vida de organismos (como já tem acontecido em alguns lagos que foram abandonados no passado, onde são registrados valores de ph de até 1,7).

13 13 8. Bibliografia - Berliner Wasserbetriebe. Sitio oficial. [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em 08/06/ Berliner Wassergesetz. [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em 09/06/ Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council establishing a framework for Community action in the field of water policy Official Journal of the European Communities. [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em 09/06/ Entsorgung von Regen und Abwasser [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em Groundwater Levels of the Main Aquifer and Panke Valley Aquifer [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em Water Conservation Districts and Groundwater Use [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em Statistisches Landesamt Berlin (Escritório Estadual de Estatística de Berlim). [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em Sellner, Falko The proposed European Water Framework Directive, its main features and possible impacts on the regulation of water in England, Wales and Germany. Centre for Energy, Petroleum and Mineral Law and Policy, University of Dundee. [versão electrónica]. Disponível na internet via WWW: < Pesquisado em