Sistemas de Alertas a Inundações

Transcrição

1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária PCC 2537 Água em ambientes urbanos Sistemas de Alertas a Inundações Alunos: Fabio Bergmann NUSP: João Rafael Bergamaschi Tercini NUSP: Melissa Hukai NUSP: Raphael Luiz Di Girolamo Portillo NUSP: Professores: Data: 15/11/2010 Kamel Zahed Filho José Rodolfo Scarati Martins Monica Ferreira do Amaral Porto Rubem La Laina Porto

2 Conteúdo 1-) Introdução ) Importância ) Funcionamento do sistema no estado de São Paulo ) Fluxo de Informações do SAISP ) Funcionamento técnico dos aparelhos ) Radares Meteorológicos ) Pluviômetros ) Métodos de Análise ) Sala de Situação de Eventos Hidrológicos ) Conclusão ) Bibliografia ) Obras ) Sites...22

3 1-) Introdução Como se pode observar em todos os meios de comunicação, dada a importância cada vez maior dada ao tema, a ocorrência de inundações em áreas urbanas e ribeirinhas no Brasil tem-se intensificado e tornado mais freqüente a cada ano. Se por um lado essa intensificação pode ser explicada em parte pelas mudanças climáticas bastantes críticas pelas quais nosso planeta está passando, por outro este agravamento é também função da desordenada urbanização acelerada, fazendo com que a população ocupe área que sempre constituíram os leitos naturais dos rios (área ribeirinhas) e aumento exponencialmente a impermeabilização dos solos. Por conseqüência da combinação desses dois fatores, têm-se, na época de chuvas, picos de vazões cada vez maiores e mais difíceis de serem controlados, mesmo com medidas estruturais que visam aumentar a capacidade de escoamento superficial nas áreas urbanas (como a canalização de rios ou galerias pluviais) ou então retardar esses picos (como os piscinões). Nesse contexto, mais uma vez as medidas não estruturais ganham importância, visando aumentar a prevenção em zonas de risco e garantir uma ação eficaz dos órgãos públicos no sentido de minimizar os efeitos nefastos das cheias dos rios, que são inclusive fenômenos naturais, e evitar catástrofes. Entre as inúmeras medidas não estruturais existentes para esse caso, uma das mais eficazes consiste em implantar numa região um Sistema de Alerta contra inundações, visando prever a ocorrência de chuvas e os efeitos das cheias dos rios, permitindo assim que as populações em áreas de risco sejam alertadas com a devida antecedência, podendo desocupar essas áreas. Durante essas ações, ditas de emergência, a Defesa Civil é acionada e começa então a por em prática seu Plane de Emergência que fora previamente elaborado, que inclui, por exemplo, circular com veículos de som pela cidade, colocar caminhões à

4 disposição para retirada de móveis e objetos de valor e encaminhar pessoas para abrigos seguros. 1.1-) Importância Como pudermos ver nos últimos verões brasileiros as inundações tem sido cada vez maiores e mais constantes. Com isso o número de fatalidades e o prejuízo financeiro são maiores a cada ano atingindo grandes números. E isso não é um privilegio tupiniquim, ocorrendo em diversas localidades ao redor do mundo, sendo assunto de noticiários quase toda semana. Casos como os do Paraná, São Luiz do Paraitinga no interior de São Paulo e Angra dos Reis na virada de 2009 para 2010, mostraram a capacidade de estragos que estas podem causar. Figura 1 - Deslizamento de terra na Ilha Grande Figura 2 - Deslizamento em Angra dos Reis no morro da Carioca

5 Figura 3 - Enchentes em São Luis do Paraitinga. Jan/2009 Figura 4 - Inundações em Santa Catarina A partir de estudos pluviométricos e fluviométricos estes níveis podem ser calculados e então é possível prever a quantidade de chuva (vazão e volume) que pode causar estes efeitos. Com a existência de alertas à população é possível que esta evacue o local antes que o deslizamento de terra aconteça, evitando assim a maior parte das perdas humanas e em menor escala reduzindo perdas materiais. Também há a ocorrência de inundações em áreas a jusante de barragens quando estas não mais são capazes de acumular as cheias. Com a previsão antecipada é possível que estas áreas se preparem para o impacto do alivio às barragens. Reduzindo assim os danos materiais e evitando a perda de vidas.

6 2-) Funcionamento do sistema no estado de São Paulo O Sistema de Alerta a Inundações da Região Leste do Estado de São Paulo (SAISP) foi implantado em 1976 pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE), após um período de fortes chuvas que ocorreu nessa época, e tinha como função fazer o monitoramento das chuvas e dos níveis dos principais rios na bacia do Alto Tietê. Hoje em dia, o monitoramento hidrológico do SAISP é feito pela Rede Telemétrica de Hidrologia do Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo (DAEE), graças aos pontos de medição mostrados abaixo: Figura 5 - Localização dos postos fluviométricos na rede telemétrica do Alto Tietê (fonte: DAEE)

7 Figura 6 - Localização dos postos pluviométricos na rede telemétrica do Alto Tietê (fonte: DAEE) Além de toda a Rede Telemétrica, o DAEE conta ainda, para a obtenção de dados, com o Radar Meteorológico de São Paulo, instalado na Barragem de Ponte Nova em 1989 e que possui uma área de abrangência equivalente a um círculo de 240 km de raio. Assim, consegue-se ter uma previsão quantitativa do volume esperado para uma região nas próximas três horas, isto é, o modelo prevê para uma região o volume esperado de precipitação nas próximas três horas. Um exemplo de previsão gerada pelo DAEE é mostrado abaixo:

8 Figura 7 - Exemplo de previsão gerada pelo DAEE Esses dados de previsão servem então como entrada nos modelos de previsão de inundações. Hoje em dia, o SAISP trabalha com dois tipos de modelos de inundação: modelo de previsão de vazões em rios e modelo de estados hidrológicos para áreas urbanas sujeitas a inundações. As principais características do modelo de previsão de vazões são: Utiliza os chamados Modelos Estocásticos Lineares (MEL); A vazão observada num instante anterior e a chuva observada e prevista na bacia permitem de calcular a previsão de vazão no futuro; Os resultados são apresentados em forma de tabelas e gráficos; Previsões a cada de 30 minutos (depende do tamanho da bacia); Horizonte de três horas a frente. Já para o modelo de estados hidrológicos, temos:

9 Desenvolvido para regiões que inundam por deficiência de drenagem local (causada, por exemplo, por galerias com falta de manutenção, falta de bocas de lobo, etc.); Determinação empírica da probabilidade da ocorrência da inundação em função das chuvas observadas e previstas; Previsões a cada 5 minutos; Horizonte de três horas a frente; Estabelecimento de 3 estados hidrológicos: atenção, alerta e emergência; ATENÇÃO: possibilidade de extravasamento nas próximas três horas. ALERTA: a inundação é eminente nas próximas três horas EMERGÊNCIA: a inundação já está ocorrendo Um exemplo de resultado desse modelo é mostrado na figura abaixo: Figura 8 - Modelo de estados hidrológicos: Exemplo de resultado

10 3-) Fluxo de Informações do SAISP O objetivo do SAISP é dar suporte às entidades e empresas envolvidas em operações ligadas às chuvas e seus impactos. Entre essas empresas e entidades, temos as que operam reservatórios e outras obras hidráulicas, como a SABESP e a CESP, as entidades de defesa civil, como o CEDEC (Coordenadoria de Defesa Civil do Estado) e o COMDEC - São Paulo (Comissão Municipal de Defesa Civil do Município de São Paulo), as empresas de controle de tráfego, como a CET (Companhia de Engenharia de Tráfego de São Paulo) e os veículos de comunicação em massa. A figura abaixo mostra um esquema do fluxo de informações do SAISP 1 : Figura 9 - Esquema do fluxo de informações do SAISP 1 CTH - Centro Tecnológico de Hidráulica e Recursos Hídricos do DAEE.

11 4-) Funcionamento técnico dos aparelhos 4.1-) Radares Meteorológicos Figura 10 - Radar Meteorológico (fonte: DAEE ) O radar emite ondas eletromagnéticas de alta energia que ao atravessarem cada gota causam ressonância na freqüência emitida fazendo com que estas produzam ondas eletromagnéticas em todas as direções. Quando parte da energia de todas as gotas retorna ao prato do radar, levando em conta o tempo entre a emissão e o retorno, obtém-se a distância destas ao radar. O nível de retorno, denominado refletividade, é relacionado, a partir do espectro das gotas observado, com a refletividade do radar e da taxa de precipitação através da relação ZR. Em geral o limite inferior da taxa é de 1 mm/h a uma distância de 190 km. Para garantir a qualidade dos dados, são mantidos telepluviômetros a partir dos quais é possível aferir a relação ZR. Isso se mostra necessário devido à sensibilidade do radar, que pode ser descalibrado por diversos fatores. A distribuição das gotas no volume atingido pelo redar é obtida pela intensidade do retorno. A partir das coordenadas (azimute e altitude) é possível determinar com precisão a região onde há precipitação. Emitindo 200 pulsos de energia por direção (azimute) é obtida uma amostra grande o suficiente de retorno sobre a qual é feita a média do sinal. Devido à alta

12 velocidade das ondas (próximo a velocidade da luz km/s) esse processo é bem rápido. A resolução de cada pulso é determinada pela duração destes sendo da ordem de valor de 500 metros. Com essa intensidade de dados o software necessário para interpolar os resultados é extremamente importante. Este permite que se tenha o mapa de chuvas em tempo real numa altura constante, que pode variar de 1,5 a 18 km, abrangendo uma área de 360x360 km e resolução de 2x2 km. Com seguidas medições é possível determinar a velocidade do sistema. Isso é feito através de correlação espacial entre esta e as taxas de precipitação observadas. O Intervalo entre uma medição e outra varia entre 20 e 50 minutos. Em posse destas informações extrapolam-se os campos de precipitação no tempo e espaço, prevendo a chegada do sistema a uma determinada área com até 3 horas de antecedência. Resumindo o sistema funciona de modo similar ao sistema de percepção dos morcegos, que emite um som e a partir do tempo que leva para este retornar ao seu ouvido, avalia a distância que cada objeto se apresenta evitando assim colisões. De acordo com o SAISPoradar que se encontra no Sistema de Alerta à Inundações do Estado de São Paulo cobre uma área de 240km de raio, englobando a região leste do estado, além do sul dos estados do Rio de Janeiro e Minas e possui as seguintes especificações: Banda S Freqüência: 2.7 a 2.9 GHz Marshall Palmer: Z=200R1,6 (1947)

13 4.2-) Pluviômetros Utilizados para medir o índice pluviométrico na região estudada, ou seja, a quantidade de chuva precipitada durante um intervalo de tempo em um local. Seu funcionamento é bastante simples, basta haver um bocal coletor das gotas de chuva e uma câmara que acumule estas. Assim ao término de uma chuva ou de um período é possível medir o volume de água que foi armazenado no recipiente. Existem diversos tipos, sendo facilmente feitos com sucata. Os mais modernos, utilizados por empresas e órgãos públicos, possuem sensores de medição internos que fornecem a quantia de água acumulada no período diretamente a um banco de dados transmitindo através de ondas de rádio. 4.3-) Métodos de Análise Para calcular a precipitação média nas sub-bacias hidrográficas via rede Telemétrica, é utilizado o método de Thiessen. Este método atribui pesos aos totais precipitados em cada pluviômetro, proporcionais à área de influência de cada um, podendo ser utilizado mesmo para uma distribuição não uniforme dos aparelhos. A precipitação média é dada por: onde Pm Precipitação média em mm; Pi Valor medido no iésimo pluviômetro; Ai Área de influência do iésimo pluviômetro; A Área total da bacia. Já o cálculo da precipitação média via Radar é:

14 onde n número de quadrículas correspondentes a área da Bacia; Pi Taxa de intensidade em mm/h referente ao iésimo CAPPI na quadrícula n; i número de CAPPIS contidos no intervalo de tempo para o qual se deseja calcular a precipitação média. Dt intervalo de tempo entre um CAPPI e outro. O CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator) é o mapa que mostra a intensidade e localização da precipitação em um plano de altitude constante (no SAISP está em 3km de altitude a cada 5 min), como observado na Erro! Fonte de referência não encontrada.. Figura 11 - Dados de chuva observada na área do radar meteorológico de Ponte Nova (fonte: SAISP)

15 ECHO-TOP são mapas muito semelhantes ao CAPPI, porém a medida da precipitação é do topo das nuvens, sendo útil para se avaliar o potencial de precipitação dos sistemaserro! Fonte de referência não encontrada.. Figura 12 - ECHO-TOP (Fonte: SAISP) CHUVA ACUMULADA são mapas, com as mesmas características do CAPPI em que o produto mostrado é acumulação de chuva, em mm, de1 hora, 12 horas e 24 horas (gerado às 7 horas da manhã)para permitir avaliar o estado hidrológico das bacias hidrográficas.

16 Figura 13 - Chuva Acumulada (fonte: SAISP) O SAISP possui três modelos de previsão, sendo um de previsão de chuva e dois de previsão fluviométrica 2. O modelo SHARP (Short-TermAutomaticRainfallPrediction), é o modelo de previsão de chuva que correlaciona dois CAPPIS s separados por um intervalo de tempo, determinando a velocidade do sistema. A previsão de chuva é feita a cada 10 minutos, começando do minuto 5, e o horizonte de previsão cobre três horas à frente. 2 Esses dois últimos já foram explicados anteriormente

17 Figura 14 - Exemplo de gráfico fornecido por um Pluviômetro. Precipitação, em mm/h, registrada na Zona Oeste de São Paulo (fonte:pereira, L. O.2008)

18 5-) Sala de Situação de Eventos Hidrológicos Esta sala tem a função de sistematizar todas as informações que dizem respeito ao sistema de prevenção a inundações que já existem, mostrando estas de uma forma especializada (colocar as informações sobrepostas a um globo virtual, que será o Google Earth) e esquemática (são representações sem escalas e lineares para melhor representação). O projeto foi iniciado em agosto de 2010, tem como cliente o DAEE (Departamento de Águas e Energia Elétrica). Os dados são obtidos através do radar que pertence ao DAEE e operado pelo SAISP (Sistemas de Alerta de Inundações de São Paulo) que mede o potencial de chuva (utiliza-se CAPPI, potencial a 3km de altitude), informações telemétricas de solo (precipitação e níveis dos piscinões e rios) e boletins automatizados da EMAE (Empresa Metropolitana de Águas e Energia). Este trabalho vem sendo realizado pelo LabSid (Laboratório de Sistemas de Suporte a Decisões) e pelo SAISP e coordenado pela Secretaria de Saneamento e Energia do Estado. A abrangência do monitoramento compreende a Bacia do Alto Tietê, a Região Metropolitana de São Paulo, a Bacia dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí, e do Paraíba do Sul até São Luís do Paraitinga. O projeto engloba três salas, que estarão localizadas em Piracicaba, Taubaté e São Paulo (Bairro Bela Vista) que será a integradora das demais. Elas serão dotadas de monitores com acesso a internet, televisão, telefonia e banco de dados do SAISP, funcionaram 24 horas por dia e possuindo um sistema de proteção redundante, ou seja, vários caminhos destes meios chegarem até o local para que assim esta funcione em casos de corte de telefone ou quedas de energia elétrica. Nestas salas não ocorrem operações dos sistemas de drenagem, nem tomadas de decisão, elas têm a função de acompanhamento e alerta das situações hidrológicas.

19 Sendo o alerta não para a população diretamente, mas sim com os principais órgãos que têm influencia sobre o assunto, como: prefeituras, Defesa Civil, SABESP, EMAE, Policia, CGE e CET, feitos numa linha direta. Neste sistema as informações são atualizadas constantemente, sendo 10 minutos para dados telemétricos e 30 minutos para dados do radar sem chuva e 5 minutos quando este detecta chuva. As informações que estão disponíveis na plataforma espacial ou esquemática são: Rede Pluviográfica: exibe todos os pontos com monitoramento da precipitação, se está em operação ou se com dados atrasados, com as quantidades de chuva observadas nestes pontos na ultima hora, acumulado nas últimas 12 horas e 24 horas, com estas informações em gráficos para melhorar o entendimento; Rede Fluviográfica: exibe todos os pontos com monitoramento dos níveis dos rios, se está em operação ou se com dados atrasados, com as alturas observadas nestes pontos, além de indicar as cotas de alerta (atenção, alerta, emergência e extravasamento) e cota do fundo. Para melhor representar isto é exposto num gráfico de cota versus distância do rio; Rede de Piscinões: mede os níveis dos piscinões e muda a cor deste em caso de alerta; Rede de Estruturas: níveis das barragens; Pontos de Alagamento: foram identificados pontos com maior probabilidade de ocorrência de alagamento e para estes são exibidos o número de ocorrências, e a previsão de 30 minutos, 1 e 2 horas. A informações estão sendo melhoradas como vazões vertidas na barragem e piscinões. A Sala de Situação é a primeira fase de um projeto que pretende se estender em outro denominado PLASH (Plataforma de Sistemas Hidrológicos) que consiste em

20 um conjunto de modelos matemáticos e hidrológicos de transformação de chuva em vazão com base nas informações do SAISP com finalidade de prever ocorrências com 1, 2 e 3 horas de antecedência. Porém requer uma grande calibração deste modelos, informações detalhadas das estruturas hidráulicas e uso e ocupação do solo. A terceira fase do projeto deverá contemplar um novo radar, previsões melhores e com mais tempo de antecedência, modelagem hidrodinâmica das regiões, exigindo grande trabalho de campo, consistindo em um Sistema de Suporte a Decisão.

21 6-) Conclusão Como pode ser observado, medidas não-estruturais podem ser tão importantes quanto medida estruturais, pois garantem uma ação rápida dos órgãos competentes e minimiza os prejuízos causados pelas inundações. Em áreas críticas como a região metropolitana de São Paulo, onde a urbanização fora completamente desordenada, ações como o sistema de alerta podem fazer a diferença entre uma inundação e uma catástrofe. Vimos ainda a importância, no estudo de caso, de continuar sempre melhorando esse sistema de alerta, pois a urbanização, assim como a intensidade das chuvas, continua aumentando, agravando assim os efeitos nefastos das inundações ano a ano.

22 7-) Bibliografia 7.1-) Obras Pereira, L. O.; Galvani, E. Eventos pluviais extremos: análise comparativa entre observações de radar e pluviômetros de superfície. São Paulo, Conde, F. ;Rocha Filho, K. L. ;Andrioli, C. P. ; Barros, M. T. L..Sistema de Alerta à Inundacões de São Paulo, ) Sites Acesso 07/11/ Acesso 07/11/ Acesso 07/11/10 Acesso 07/11/10 Acesso 07/11/10 Acesso 07/11/ Acesso 07/11/10 nunda.htm