IPH Hidrologia II. Controle de cheias e Drenagem Urbana. Walter Collischonn

Transcrição

1 IPH Hidrologia II Controle de cheias e Drenagem Urbana Walter Collischonn

2 Definições Cheias Enchentes Inundações Alagamentos Impactos da urbanização Tipos de sistemas de drenagem

3 Definições Enchentes ribeirinhas Inundações devidas à urbanização

4 Enchentes ribeirinhas A população ocupa uma área que naturalmente tem risco de inundação por cheias naturais de um rio próximo.

5 Inundações provocadas pela urbanização Uma área começa a ser inundada por causa do aumento de escoamento superficial decorrente da impermeabilização a montante

6 Enchentes Alagamento Inundações em áreas ribeirinhas: Quando a população ocupa o leito maior do rio (inundado, em média, uma vez a cada 2 anos). Decorrência do processo natural do ciclo hidrológico. Inundações devido à urbanização: Quando a ocupação do solo (com superf. impermeáveis e redes de condutos) aumenta a magnitude e também a freqüência dos alagamentos.

7 Exemplos inundações ribeirinhas

8 União da Vitória Inundações pequenas no período de 1959 a 1982; Período de crescimento econômico Depois de 1982 várias inundações com total de prejuízo até 1993 de US $ 160 milhões para uma cidade de 80 mil habitantes Conflito com COPEL com acusações de efeito da barragem de Foz de Areia

9 União da Vitória e Porto União escoamento normal Cheia de 1983

10 Porto Alegre

11 Porto Alegre existem dados de níveis de inundação desde 1899 vários eventos até 1967 em 1970 foi construído um sistema de proteção para a cidade Nos últimos anos houve um movimento na cidade para a retirada do dique de inundação (muro da Mauá), considerando que não tinham ocorrido eventos nos últimos 38 anos

12 Exemplo inundações devidas à urbanização

13 Exemplos de impactos da urbanização

14 Seção transversal de um rio natural

15 Seção transversal 1

16 Seção transversal 2

17 Seção transversal 3

18 Seção transversal 4

19 Seção transversal 5

20 Seção transversal 6

21 Seção transversal 7

22 Seção transversal 8

23 Seção transversal natural x artificial Equilíbrio Assoreamento; tendência a criar bancos de areia e voltar a uma forma mais natural.

24 Enchentes Alagamento Inundações em áreas ribeirinhas: Quando a população ocupa o leito maior do rio (inundado, em média, uma vez a cada 2 anos). Decorrência do processo natural do ciclo hidrológico. Inundações devido à urbanização: Quando a ocupação do solo (com superf. impermeáveis e redes de condutos) aumenta a magnitude e também a freqüência dos alagamentos.

25 Impactos da urbanização

26 Impacto da urbanização

27 Impacto da urbanização

28 Impactos da urbanização

29 Outros impactos da urbanização Quando o recolhimento de resíduos sólidos (lixo) não é eficaz, a capacidade da rede de drenagem pode ser comprometida.

30 Impactos da urbanização

31 Assoreamento da rede de drenagem Florianópolis 2001

32 Impactos da urbanização

33 Outras obstruções: Pontes

34 Enfoque convencional Água e Saneamento Drenagem Urbana e Inundações Resíduos sólidos

35 Gerenciamento Integrado Água e Saneamento Drenagem Urbana e Inundações Resíduos sólidos

36 Sistemas de Drenagem Drenagem Pluvial Escoamento das água de chuva, grandes diâmetros Drenagem Cloacal; Escoamento das águas servidas, pequenos diâmetros. Rede Mista; Técnica tradicional menos oneroso. Separador Absoluto; Ideal, pois aumenta eficiência estações de tratamento (caso elas existam)

37 Problemas Freqüentes Sistemas de Drenagem cidades menores ou pequenas áreas urbanas se desenvolvem com fossas sépticas; com o crescimento, é projetada uma rede cloacal, mas não é prevista a ligação; a rede e a estação de tratamento trabalham com baixo volume de esgoto; a rede de drenagem pluvial drena o esgoto os mananciais são contaminados proliferação de doenças

38 Inundações e enchentes Vazão é maior do que a capacidade do curso d água e o excesso extravasa.

39 Vulnerabilidade Os impactos de uma inundação podem ser maiores ou menores, dependendo de quantas pessoas e propriedades estão expostas à inundação.

40 Controle de cheias Métodos estruturais aumento da capacidade canais diques reservatórios trincheiras de infiltração pavimentos permeáveis parques lineares Métodos não estruturais zoneamento de ocupação seguros

41 Drenagem Urbana: Abordagem Higienista ( tradicional ) Evacuação rápida dos excessos pluviais por canais e condutos enterrados Soluções caras e, muitas vezes, ineficientes Apenas transfere para jusante as inundações. A população perde duas vezes: custo mais alto e maiores inundações. Canais e condutos podem produzir custos 10 vezes maiores que o controle na fonte; a canalização aumenta os picos para jusante

42 Drenagem Urbana: Abordagem Higienista ( tradicional )

43 Drenagem Urbana: Abordagem Ambientalista ou Compensatória ( alternativa ) Manutenção e recuperação de ambientes, de forma a os terem saudáveis tanto interna quanto externamente à área urbana. Medidas de controle devem ser integradas ao planejamento ambiental do meio urbano

44 Sistema de proteção contra inundações de Porto Alegre Diques externos Diques internos Condutos forçados Casas de bombas

45 Medidas na macrodrenagem detenção são reservatórios mantidos secos na maior parte do tempo e são utilizados para controle de pico, ou seja controle quantitativo; retenção são reservatórios mantidos com lâminas de água que têm a função de reduzir o pico e melhoria da qualidade da água. Por exemplo, banhados ou reservatórios urbanos. As retenções necessitam de maior volume e mais espaço; As detenções fechadas podem custar até 7 vezes as enterradas (sem considerar desapropriação). A primeira parte da precipitação efetiva (~25 mm) possui 90% da carga poluente.

46 Detenção Retenção

47 Detalhe do extravasor

48 Dispositivo de saída

49 Detenção on-line

50 Detenção off-line

51 Detenção off-line

52 Detenção enterrada

53 Detenções on-line

54 Exemplos figurados

55 Planejamento da expansão da macro-drenagem geralmente as áreas junto aos rios possuem espaço para parques; Planeje os parques, utilizando um parcela do mesmo para retenção ou detenção (~2 3 da área; É possível obter as áreas no desmembramento dos loteamento dentro das áreas públicas; É possível também legislar para que o desenvolvimento do parque seja do empreendedor

56 Reservatório enterrado ligado ao telhado de uma casa Condições básicas: Limite da vazão de saída da área; Volume que permitirá o controle da vazão da saída. Condicionantes: Cota da rede pluvial; Cota do terreno.

57 Alternativas de controle de acordo com tipo de sistemas de drenagem Sistemas separados Sistemas mistos

58 Sistema com interceptor

59 Sistema separador Rede de coleta de esgoto independente com tratamento de esgoto; Rede pluvial com sistemas on-line e controle do resíduo sólido e manejo da carga poluente pluvial Vantagens: manejo adequado das detenções e retenções urbanas com maior tempo de residência, permite o controle da qualidade da água; evita-se águas contaminadas nas enchentes superiores a de projeto; evita-se o odor no período seco; evita-se o colapso de sistemas de drenagem por corrosão. Desvantagens: no cenário de transição o custo inicial da implantação da rede de esgoto separadora. Região de amortecimento Área de retenção de material sólido

60 Cenários de transição Os custos para sair de um sistema misto para separador podem ser altos; Para escalonar no tempo é possível iniciar pela macrodrenagem; Depois o projeto pode ser densenvolvido pelos sistemas secundários; Neste cenário continuam as inundações nos secundários. Quando a cidade estiver coberta pelo separador é possível eliminar as conexões. ETE Sistema de coleta de esgoto cloacal Sistema de macrodrenagem com controle O excedente é transferido para a macro-drenagem

61 Exemplos Curitiba São Paulo

62 Belo Horizonte Estacionamento Áreas esportivas

63 Natal

64 Estimativas de custos Detenções abertas da ordem de R$100 a 120/m 3 Detenções fechadas R$ 500 a 700/m 3 estes custos variam com desapropriação, uso de bombas, operação e manutenção. As estimativas de custo anual para operação e manutenção ficam da ordem de 2 a 5% do investimento, dependendo da quantidade de material sólido e freqüência com que a detenção deve ser limpa (inundações).

65 Controle por Infiltração Trincheiras Áreas permeáveis Pavimentos permeáveis

66 Infiltração Valo de infiltração Plano de Infiltração

67 Valos laterais com infiltração utilizados na lateral e na drenagem de ruas e rodovias

68 Ruas com infiltração nos passeios Trincheira de infiltração e percolação

69 Área de infiltração Telhado para área de infiltração Armazenamento e aproveitamento

70 Infiltração: Vantagens e Desvantagens redução das vazões máximas à jusante; redução do tamanho dos condutos; aumento da recarga do aqüífero; preservação da vegetação natural; redução da poluição transportada para os rios; impermeabilização do solo de algumas áreas pela falta de manutenção; aumento do nível do lençol freático, atingindo construções em subsolo.

71 Infiltração: Não é recomendável quando Profundidade do lençol freático no período chuvoso menor que 1,20 m, abaixo da superfície infiltrante; Camada impermeável a 1,20 m ou menos da superfície infiltrante; A superfície infiltrante está preenchida (ao menos que este preenchimento seja de areia ou cascalho limpos); Os solos superficiais e subsuperficiais são classificados, segundo o SCS, como pertencentes ao grupo hidrológico D, ou a taxa de infiltração saturada é menor que 7,60 mm/h, como relatado pelas pesquisas de solo do SCS;

72 Trincheiras de infiltração ou percolação: não são recomendáveis Profundidade do lençol freático no período chuvoso menor que 1,20 m, abaixo do fundo do leito de percolação; Camada impermeável a 1,20 m ou menos do fundo do leito de percolação; O leito de percolação está preenchida (ao menos que este preenchimento seja de areia ou cascalho limpos); Os solos superficiais e sub-superficiais são classificados, segundo o SCS, como pertencentes aos grupos hidrológicos C ou D, ou a condutividade hidráulica saturada dos solos é menor que 2.10^-5 m/s.

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74 Comprimento: 10 m; largura: 0,8 m; profundidade: 1m Área de contribuição: 600 m 2 Áreas com paralelepípedos, terreno natural e grama Monitorado desde Julho 1999 Trincheira 1

75 Trincheira 2 3 módulos separados comprimento: 3 m; largura: 0,8 m; profundidade: 1m Área contribuinte: 450 m 2 paralelepípedos Monitorado desde setembro de 2001

76 Pavimentos permeáveis

77 Pavimentos permeáveis Blocos vazados Asfalto poroso Concreto poroso Estacionamento construído para monitoramento no IPH

78 EXPERIMENTOS COM DIFERENTES SUPERFÍCIES

79 Variáveis* Solo Compactado Concreto Bloco de Concreto Paralelepípedo Bloco Vazados I (mm/h) P (mm) 18,66 18,33 19,33 18,33 18,33 Q (mm) 12,32 17,45 15,00 10,99 0,5 C 0,66 0,95 0,78 0,60 0,03 *I =intensidade da precipitação; P = precipitação total mm; Q = escoamento total; C = coeficiente de escoamento

80 Dispositivo Características Vantagens Desvantagens Planos e Valos de Infiltração com drenagem Planos e Valos de Infiltração sem drenagem Pavimentos permeáveis Poços de Infiltração, trincheiras de infiltração e bacias de percolação Gramados, áreas com seixos ou outro material que permita a infiltração natural Gramados, áreas com seixos ou outro material que permita a infiltração natural Superfícies construídas de concreto, asfalto ou concreto vazado com alta capacidade de infiltração Volume gerado no interior do solo que permite armazenar a água e infiltrar Permite infiltração de parte da água para o sub-solo. Permite infiltração da água para o sub-solo. Permite infiltração da água. Redução do escoamento superficial e amortecimento em função do armazenamento Planos com declividade > 0,1% não devem ser usados; o transporte de material sólido para a área de infiltração pode reduzir sua capacidade de infiltração O acúmulo de água no plano durante o período chuvoso não permite trânsito sobre a área. Planos com declividade que permita escoamento para fora do mesmo. Não deve ser utilizado para ruas com tráfego intenso e/ou de carga pesada, pois a sua eficiência pode diminuir. Pode reduzir a eficiência ao longo do tempo dependendo da quantidade de material sólido que drena para a área. Condicionantes físicos para a utilização da estrutura Profundidade do lençol freático no período chuvoso >1,20 m. A camada impermeável deve > 1,20 m de profundidade. A taxa de infiltração do solo quando saturado > 7,60 mm/h. Profundidade do lençol freático no período chuvoso > 1,20 m. A camada impermeável deve > 1,20 m de profundidade. A taxa de infiltração do solo quando saturado > 7,60 mm/h. Profundidade do lençol freático no período chuvoso maior que 1,20 m. A camada impermeável deve estar a mais de 1,20 m de profundidade. A taxa de infiltração de solo saturado > 7,60 mm/h. Profundidade do lençol freático no período chuvoso > 1,20 m. A camada impermeável deve > 1,20 m de profundidade. A taxa de infiltração de solo saturado > 7,60 mm/h.bacias de percolação a condutividade hidráulica saturada > m/s.

81 Armazenamento e infiltração

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84 Parques lineares e renaturalização

85 Parques lineares e Renaturalização Recuperar as funções naturais dos sistemas hídricos urbanos Depois da coleta e tratamento de esgoto retenções e controle da qualidade da água Recuperar o meio ambiente aquático e as condições naturais

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87 Seul Situação original: um pequeno rio corre por baixo da avenida

88 Seul

89 Seul

90 Seul

91 Cenários brasileiros a direita e recuperação de um rio a direita

92 Parque linear

93 Controle de cheias através de parques lineares Celeridade da onda de cheia é menor quando o rio inunda a planície.