Aproveitamento de Água Pluvial em Sistema Modular de Telhado Verde com Aplicação em Sistemas de Drenagem Urbana

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1 Aproveitamento de Água Pluvial em Sistema Modular de Telhado Verde com Aplicação em Sistemas de Drenagem Urbana ARAÚJO, A. P. C. S. a,puzzi, L. C. M. a, BALDIN, M. G. a, SQUIZZATO, R. a, SOTTI, G. a, COSTANZI, R. N. a* a.universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina PR Resumo Atualmente, a maioria das cidades está passando por um processo de aumento populacional de modo desorganizado e sem planejamento de sua urbanização. Este fato acarreta uma modificação do uso do solo com graves consequências para os sistemas de drenagem urbana. Desta forma, aumenta-se o risco de inundações mais frequentes, bem como do aumento de picos de vazões no escoamento superficial. O uso de técnicas de drenagem sustentáveis inclui sistemas de telhado verde para atenuar vazões de pico e aproveitar uma parcela da água pluvial. Um sistema modular de telhado verde foi instalado na Universidade Tecnológica Federal do Paraná em Londrina. O sistema foi analisado durante 47 dias. Foram medidos a evapotranspiração e os dados de precipitação. A evapotranspiração média foi de aproximadamente 1,9±0,93 mm.d -1. O sistema apresentou 94,57 mm de evapotranspiração, 292,7 mm de precipitação e irrigação e 191,3 mm de drenagem; com um acúmulo no sistema de 6,83 mm. A redução de volume médio no sistema de drenagem foi de 46,4%.O telhado verde modular permite uma redução significativa da precipitação efetiva no sistema de drenagem. Palavras-chave: Telhado verde, drenagem urbana, enchente 1. Introdução Atualmente, os processos de urbanização não planejados associados com o rápido crescimento populacional constituem riscos a população devido à falta de infraestrutura sanitária e de drenagem urbana (FAO, 2008). Este processo de urbanização modifica o uso do solo com consequente aumento da impermeabilização e das vazões de drenagem de águas pluviais (Fontes et al., 2003; Tucci, 2008). Portanto,enchentes em áreas urbanas têm se tornado cada vez mais frequentes (Bates et al., 2008). Para reduzir a quantidade do escoamento superficial de sistemas urbanos, agências ambientais tem promovido o uso de Sistemas de Drenagem Sustentáveis (CIRIA, 2007), que utilizam processos naturais para minimizar o escoamento superficial, tais como: infiltração, atenuação, tratamento biológico e mecanismos de resposta de drenagem. Dentre estas tecnologias, o uso de telhados verdes tem sido empregado (Swan, 2010). Telhados verdes são cada vez mais conhecidos como uma moderna e ecológica tecnologia para problemas ambientais urbanos, tais como atenuação da drenagem superficial (HONGMING, 2010). Devido a capacidade de retenção de água associada a evapotranspiração, pode ocorrer uma defasagem

2 2 do tempo entre o pico de vazão de escoamento de um telhado convencional e de um telhado verde, bem como sua redução (Berndtsson, 2010). Outros benefícios do telhado verde, incluem: resfriamento da temperatura ambiente com atenuaçãodo efeito da ilha de calor; criação de espaços verdes, especialmente em áreas urbanas compactas; e aumento da biodiversidade urbana (Rowe, 2011; Moody et al., 2013). Este trabalho tem como objetivo principal determinar o potencial de atenuação de pico de vazão com medição in loco de um sistema modular comercial de telhado verde para aproveitamento parcial das águas pluviais e auxílio na prevenção de enchentes pela redução do escoamento superficial das águas pluviais devido à infiltração e a evapotranspiração. 2. Materiais e Métodos Este estudo foi realizado na Universidade Tecnológica Federal do Paraná na cidade de Londrina nas coordenadas 23o18 S e W. O clima da região pode ser classificado como subtropical úmido mesotérmico com temperatura média anual em torno dos 20 C. Para execução deste trabalho, foi confeccionado um protótipo suporte de aço para inserção desistema modular de telhado verdecom 100 cm de largura, 71 cm de comprimento e 120 cm de altura. Foi utilizada uma declividade de 15,7 graus. O sistema foi instalado em local aberto e livre de sombreamento. Foram instaladas três células suporte (módulos) que representam a estrutura de um telhado verde. Estesistema pode ser classificado como extensivo(substrato variando de 2 a 20 cm)segundo OBERNDORFER et al., Os módulos são compostos de resíduos de indústria de couro reciclável e foram adquiridos comercialmente. Em cada estrutura foi inserida uma camada de feltro para evitar que a água das chuvas e das regas arraste partículas de solo no sistema de drenagem. Para a impermeabilização do sistema foi inseridauma manta geotêxtil na parte inferior dos módulos. Na parte superior dos módulos foram alocados solo juntamente com vegetação gramínea da espécie esmeralda (Zoysiajaponica) vide Fig. 1. Fig. 1 Sistema modular de telhado verde com três unidades e vegetação tipo gramínea. Durante um período de 47 dias foi realizada a medição gravimétrica dos módulos, resultando na evapotranspiração pela determinação da variação de massa de cada módulo. Também foram realizadas medições volumétricas da quantidade de precipitação e/ou de inserção de água por irrigação e o volume de drenagem pluvial.

3 3 Para obtenção do volume de drenagem, foram confeccionadas duas saídas de água do sistema para o escoamento do excedente de água pluvial. Ao lado do sistema foi instalado um pluviômetro. Para os dias de precipitação, foram considerados como nulos valores de evapotranspiração. 3. Resultados Os resultados podem ser analisados de modo global ou em intervalos de tempo para melhor compreensão do sistema modular de telhado verde. 3.1 Análise Global Durante o período de funcionamento do sistema modular de telhado verde, a evapotranspiração média foi de aproximadamente 1,9±0,93 mm.d -1 (vide Fig. 2) com temperatura média de aproximadamente 17,7 o C e umidade relativa média do ar de 83,1%. 5 4 Eto (mm/d) Dias Fig. 2 Variação da Evapotranspiração no sistema modular de telhado verde em mm.d -1. A precipitação total incidida no sistema foi de 282,1 mm medida no pluviômetro. O volume de drenagem obtido foi de 146,7 L, que corresponde a uma lâmina total de 191,3 mm. Foram realizadas irrigações controladas durante o período de estiagem entre eventos de precipitações com inserção total de 10,6 mm de água. De modo geral, a irrigação foi insuficiente para gerar um excedente na forma de drenagem no sistema. Desta forma, o balanço hídrico no sistema foi correspondente a 94,57 mm de evapotranspiração, 292,7 mm de precipitação e irrigação e 191,3 mm de drenagem. Desta forma, houve um acúmulo no sistema de 6,83mm. Este acúmulo pode ser variável ao longo do ensaio devido a possibilidade de variação de água no sistema associada a variação climática. Um aspecto importante a ser considerado na implantação de sistemas similares foi a possibilidade de acúmulo e remoção por evapotranspiração da água pluvial correspondente a 32,31 e 2,33 % da precipitação total. Estes valores globais relativos ao sistema de escoamento superficial podem significar uma diminuição e defasagem dos picos de vazão em hidrogramas. Mentes et al. (2006) obtiveram valores de precipitação efetiva variando de 30 a 60 % da precipitação total em telhados verdes de várias profundidades. 3.2 Análise temporal específica Durante eventos de precipitação, a redução de volume médio no sistema de drenagem foi de 46,4%. Pode-se verificar que precipitações totais diárias menores que 12 mm aumentam o impacto do sistema

4 4 de telhado verde na redução de pico de vazão de sistemas de drenagem pluvial. A maior porcentagem de redução de volume de drenagem foi de 64,6% com uma precipitação de aproximadamente 12 mm. A menor redução obtida no sistema foi de 32,4 mm. Estes valores podem ser adotados em uma cobertura de 100 m 2, que corresponde a uma capacidade de retenção de água média de 2 m 3 para uma precipitação média diária total ocorrida de 25,5 mm. Esta capacidade de retenção de água pode ser significativa para minimização de picos de vazão em áreas urbanas sem planejamento e sem sistema de drenagem adequado. 4. Conclusões Este trabalho foi realizado com um protótipo acoplado a sistema modular de telhado verde, com três unidades, para verificar o aproveitamento pluvial e as modificações da drenagem urbana associadas ao balanço hídrico durante determinado período de tempo. Os resultados são significativos para compreender a variação de picos de drenagem em sistemas modulares de telhado verde comparados com sistemas convencionais. O telhado verde modular permite uma redução significativa da precipitação efetiva no sistema de drenagem para precipitações menores que 12 mm, ou seja, pode ter como função retardar o efeito de pico de uma precipitação extrema em alguns locais, retendo uma parte da água a ser escoada superficialmente em áreas urbanas. Desta forma, possui similaridade a um reservatório de acúmulo de água que contribui para redução de picos de vazão. 5. ReferênciasBibliográficas Bates, B.C.,Kundzewicz, Z.W., Wu, S., Palutikof, J.P Climate Change and Water. Technical Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Geneva.210 p. Berndtsson, J. C Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: A review. Ecological Engineering.Volume 36, Issue 4, April 2010, Pages Construction Industry Research and Information Association (CIRIA) The Sustainable drainage systems (SUDs) Manual. C697, ECIV 9BP, UK. 606p.. Fontes, A. R. M.; Barbassa, A. P Diagnóstico e Prognóstico da Ocupação e da Impermeabilização Urbana. Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 8 n.2 Abr/Jun, Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) Climate change and disaster risk management. Technical Background Document of High Level Conference on food security: the challenges of climate change and bioenergy. Rome, Jun., 17 p.. Hongming He, C.Y. Jim Simulation of thermodynamic transmission in green roof ecosystem. Ecological Modelling 221, Köhler, M.; Schmidt, M.; Grimme, F. W.; Laar, M.; Paiva, V. L. A Greenroofs in temperate climates and in the hot-humid tropics far beyond the aesthetics. Environmental Manage Health 13, Mentes, J., Raes, D., Hermy, M Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21 st century? Landscape and Urban Planning. 77, Oberndorfer, E.; Lunholm, J.; Bass, B.; Coffman, R. R.; Doshi, H.; Dunnett, N.; Gaffin, S.; Koehler, M.; Liu, K. K. Y.; Rowe, B Green roofs as urban ecosystems: ecological structures, functions, and services. Bioscience 57 (10), Rowe Green roofs as a means of pollution abatement. Environmental Pollution.Volume 159,

5 5 Issues 8 9, August September 2011, Pages Swan, A How increased urbanisation has induced flooding problems in the UK:A lesson for African cities?physics and Chemistry of the Earth Taha, H.; Akbari, H.; Rosenfeld, A Heat island and oasis effects of vegetative canopies: micrometeorological field measurements. Theor. Appl. Climatol. 1991, 44, Tucci, C. E. M Águas urbanas. Estudos Avançados, vol. 22, n. 63, Agradecimentos Os autores deste trabalho agradecem o apoio da UTFPR-LD para o desenvolvimento da pesquisa pela área de estudo cedida.