ESTUDO DO BALANÇO HIDRICO PARA APLICAÇÃO EM PROJETOS DE APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS: ESTUDO DE CASO CIDADE DE APUCARANA

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1 ESTUDO DO BALANÇO HIDRICO PARA APLICAÇÃO EM PROJETOS DE APROVEITAMENTO DE ÁGUAS PLUVIAIS: ESTUDO DE CASO CIDADE DE APUCARANA 1 Andrea Sartori Jabur *, Adriana Macedo Patriota Faganello 1, Ana Cláudia Ueda 1, Valquíria Aparecida dos Santos Ribeiro 2. Abstract The objective of this work is to present a hydrological study to evaluate the conditions of rainwater utilization, using the Thontwaite equation, in cities where they only have precipitation and temperature data, for example the city of Apucarana, Paraná, Brazil. For the initial research, the temperature and precipitation data from the years 2005 to 2013 were obtained from SIMEPAR (2015) (Paraná Meteorological System). In order to obtain the graphs and calculations for the water balance of the city of Apucarana, the Thornthwaite & Mather methodology was adopted. The results of the climatic water balances can be visualized in Figure 2. It is verified that the annual average precipitation rains in Apucarana reaches values of 1,508 mm.year-1, irregularly distributed during the year, characteristically represented by a rainy season (September to April) and dry season (May to August). Keywords (en negritas): Hidrology cicle, Thonrthwaite & Mather equation and water reuse. Introdução Muitas cidades estão estabelecendo medidas que induzam a utilização de fontes alternativas para captação de água nas novas edificações. No estado do Paraná, o município de Curitiba foi a localidade que iniciou o processo de utilização da água pluvial, com a formação do PURAE (Programa de Conservação e Uso Racional da Água nas Edificações), em No Brasil, existem normas e diretrizes legais para o aproveitamento de águas pluviais para fins não potáveis, tendo como exemplo a NBR (ABNT, 2007) que apresenta diretrizes para Água Pluvial - Aproveitamento de coberturas em áreas urbanas para fins potáveis. Esta Norma acima citada define água pluvial como á gua resultante de precipitações atmosféricas coletada em coberturas, telhados, onde não haja circulação de pessoas, veículos e animais. A racionalização dos usos da água potável, a preservação e conservação dos recursos hídricos pela utilização de fontes alternativas tais como águas pluviais e cinzas para fins não potáveis são de suma importância, porém não é ainda incorporado na maioria das habitações das cidades brasileiras. Para utilização da Norma NBR (ABNT, 2007) é necessário, em alguns métodos descritos, da determinação de meses de estiagens, como também é fundamental o estudo dos meses de cheias (alta precipitação), deste modo, consegue-se determinar o volume do 1 Engenharia Química, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Apucarana, Paraná, Brasil. 2 Engenharia Têxtil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Apucarana, Paraná, Brasil. * Engenharia Química, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Apucarana, Rua Marcílio Dias, 635, CEP.: , Jardim Paraíso, Apucarana, Paraná, Brasil. .:sartorijabur@utfpr.edu.br

2 reservatório de armazenamento de água pluvial e quais os meses onde o usuário é obrigado a utilizar-se de agua potável, devido à escassez local. O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo hidrológico para avaliar as condições de aproveitamento de água pluvial, utilizando a equação de Thonrthwaite & Mather, em cidades onde possuem apenas dados de precipitação e temperatura, tendo com exemplo a cidade de Apucarana. METODOLOGIA O local de estudo é a cidade de Apucarana (Figura 1) localizada na região Norte do Estado do Paraná, a 350 km da capital, Curitiba. Situado no Terceiro Planalto Paranaense, sobre um grande divisor de águas entre as bacias hidrográficas dos rios Tibagi a Leste, Ivaí ao Sul e Paranapanema ao Norte, o município de Apucarana apresenta altitudes compreendidas entre 750 e 860 metros ao longo deste interflúvio principal, até cotas inferiores a 500 metros, nas extremidades Leste, Oeste e Sul do município (MANOSSO, 2007). Figura 1: Localização da cidade de Apucarana. Fonte: Manosso (2007). Segundo a classificação de Koppen o clima é Cfa Clima subtropical; temperatura média no mês mais frio inferior a 18 C (mesotérmico) e temperatura média no mês mais quente acima de 22 C, com verões quentes, geadas pouco frequentes e tendência de concentração das chuvas nos meses de verão, contudo sem estação seca definida (IAPAR, 2016), com pluviometria anual acumulada entre e 1.700mm e uma temperatura média anual de 20ºC (SIMEPAR, série de dados apud MANOSSO, 2007).

3 Para a pesquisa inicial, foram obtidos os dados de temperatura e de precipitação dos anos de 2005 a 2013, cedidos pela SIMEPAR (2015) (Sistema Meteorológico do Paraná). Para obtenção dos gráficos e dos cálculos para o balanço hídrico da cidade de Apucarana, adotou-se a metodologia de Thornthwaite &Mather (Fernandes; Foster, 2006), em que a evapotranspiração é calculada por meio das equações (1), (2) e (3), onde o método é baseado na temperatura diária local. T a I E = 16.(10 ) equação 1 Onde E é a evapotranspiração, T a temperatura média do mês e I o índice temperatura (equação 2) e a é o parâmetro que depende da região de estudo (equação 3). I = 12 j=1 T 1,514 ( j ) 5 equação 2 Onde T j é a temperatura média anual, do ano em estudo. 8 a = 67, 5.10.I 3 6 7, I , I + 0, equação 3 Para finalizar o calculo da evaporação potencial, os valores foram ajustado, através da latitude local, através do fator de correção Fc do método Thornthwaite & Matter (Tucci, 2009). RESULTADOS Com os dados diários de temperatura e de precipitação, cedidos pela SIMEPAR, estes foram organizados em planilhas eletrônicas de modo a calcular a média anual de temperatura e precipitação, como também os dados mensais, que estão ilustrados na tabela 1: Tabela 1. Valores mensais de precipitação, em milímetros (mm) dos anos de 2004 a Ano Janeir Fevereir Setembr Novembr Dezembr Março Abril Maio Junho Julho Agosto Outubro o o o o o ,4 65,6 100,6 127, ,4 0, ,6 127,2 91, , ,8 82, ,4 34, ,6 227,6 96,4 54, ,80 254,80 137,60 58,00 14,40 21,80 32,40 18,80 188,60 129,20 110,80 230, , , , ,4 11, ,6 83, ,2 159,6 147, ,4 39,8 7,8 185,2 72,6 98, , ,4 76,8 4,6 92,8 131,2 164,8 77,4 194,8 313,2 243,4 248, ,6 113,4 127,2 68, ,2 33,8 127,6 214,4 172, , ,4 7,4 148,6 135,2 50,2 18,6 261, ,8 93,8 130,2 130,4 281,8 20,2 2, , ,4

4 , ,40 179,60 172,60 179,00 324,80 87,00 3,20 107,20 120,00 68,80 228,20 Fonte: SIMEPAR (2015) Os resultados dos balanços hídricos climáticos podem ser visualizados na Figura 2. Verifica-se que a média anual das chuvas precipitadas em Apucarana atinge valores de mm.ano -1, irregularmente distribuída durante o ano, caracteristicamente representada por uma estação chuvosa (setembro a abril) e outra seca (maio a agosto). No período de setembro a março (correspondendo a 72% do total anual de chuva precipitada na região) foram obtidos índices pluviométricos superiores a 100 mm. mês -1, sendo janeiro o mês de maior total mensal precipitado (± 203mm). Nos meses do inverno e início da primavera, os índices pluviométricos na região são bastante diminuídos e se caracterizam por proporcionarem um grande número de pancadas de chuvas de fraca a moderada (P 10mm). O mês agosto é o que apresenta o menor índice pluviométrico ( 40 mm. mês -1 ).

5 Figura 2: Distribuição da precipitação e Evapotranspiração para anos de 2010 a Nas condições de estudo do Balanço Hídrico de Apucarana pode-se concluir, portanto, que a evapotranspiração potencial estimada exibe valores oscilando entre 21 mm (agosto, mês mais seco) e 94 mm (Janeiro, mês mais chuvoso), com temperaturas média entre 17,1ºC e 22,9ºC. A deficiência hídrica se manteve em 44 mm.ano -1, dentro da faixa esperada para essa região do Estado do Paraná. Para estudo de captação de agua pluvial, para a cidade, pode-se considerar que em períodos de estiagem, o usuário terá que utilizar-se de agua potável, uma vez que o índice de precipitação é baixo. Isso pode ser representado no mês de agosto de 2012 e 2013, o qual a precipitação foi 2,8 e 3,2 mm.mês -1 consecutivamente. Considerando a simulação de uma casa, com área de telhado para captação de água pluvial de 50 m 2 e considerando o método de Azevedo Netto, conforme descrito NBR (ABNT, 2007), para determinar o volume do reservatório de armazenamento o cálculo é ilustrado conforme equação 4:

6 V = 0, 042.P.A.T equação 4 Onde V é o volume do reservatório em litros, A área do telhado em m 2, T o número de meses de estiagem e P é a precipitação anual em mm. Os resultados obtidos no estudo, apresenta no mínimo 3 meses de estiagens, precipitação de 1.508mm, o volume do reservatório seria de litros, ou de 9,5 m 3. Observa-se que o método não se considera a quantidade de usuários na residência e sim a quantidade de precipitação local, a área do telhado e os meses de estiagens. Logo, o volume de 9,5 m 3 não necessariamente poderá ser suficiente para um residência. No Brasil, a média de consumo de água residencial é entre 150 à 250 L/habitante.dia (Sistema Nacional de Informações do Saneamento, SNIS, 2011). Este consumo pode variar conforme o poder aquisitivo do usuário Em uma residência com quatro moradores, o consumo de água potável por mês seria de litros, considerando o consumo de 150 L/habitante.dia. Separando os valores de uso de água potável para fins nobres, como banho, dessedentação e para preparo de alimentos e o consumo de água pluvial para uso em vaso sanitários, rega de jardim e lavagem de piso/veículos, o valor de consumo estabeleceria entre 33% da água potável. Deste modo o volume do reservatório seria de aproximadamente 6 m 3, facilitando a instalação do reservatório em residências construídas, como um custo de implantação inferior em comparação ao calculo estipulado pela Norma NBR CONSIDERAÇÕES FINAIS De acordo com os resultados do período de 2004 a 2013, observa-se que a cidade de Apucarana apresenta a precipitação pluviométrica dividida em dois períodos bem definidos; os meses de maior pluviosidade, de setembro a abril e de menor pluviosidade, de maio a agosto. O mês de maior precipitação ocorre em janeiro, com a média de 203mm e o mês de menor precipitação é o mês de agosto, com o valor médio de 40,5mm. A precipitação média anual é de 1.504mm, entre os 10 (dez) anos de estudo. A cidade possue variações anuais; sucederam períodos de déficit hídrico com maiores evapotranspirações, como nos anos de 2005 e 2006 e períodos de altas precipitações, como nos anos de 2008, 2009 e Em relação ao dimensionamento de reservatórios de armazenamento de água pluvial, o clima local proporciona um alto índice de precipitação, facilitando o armazenamento e uso, porém o usuário do sistema deve ter consciência que, em alguns meses durante o ano, o reservatório poderá estar com valores abaixo do consumo diário, uma vez que a estiagem observada foi para um período de três meses. Referencias bibliográficas CARDOSO, C. A., TEIXEIRA DIAS, H. C., MARTINS, S. V.; SOARES, C. P. B.. Caracterização hidroambiental da bacia hidrográfica do rio Debossan, Nova Friburgo, RJ. R. Árvore, Viçosa-MG, v.30, n.2, p , FERNANDES, D. S.; FOSTER, P. R.P. Cálculo da evapotranspiração potencial através do método de Thornthwaite e comparação com dados de reanálise de Evaporação potencial do NCEP para a cidade de Pelotas-RS. In: Congresso Brasileiro de Meteorologia , IAPAR. Cartas Climáticas do Paraná.Disponível em < conteudo/conteudo.php?conteudo=863 >. Acesso em 16 de novembro de 2016.

7 MANOSSO, F. C. Geoturismo: uma proposta teórico-metodológica a partir de um estudo de caso no município de Apucarana-PR. Caderno Virtual de Turismo, Vol. 7, N 2 (2007). Disponível em: < file:///c:/users/user/downloads/ pb.pdf>. Acesso em 08/12/2016. SIMEPAR Sistema Meteorológico do Paraná Dados de precipitação e temperatura da cidade de Apucarana, SNIS - Sistema Nacional de Informações do Saneamento, Snis. Consumo de água Disponível em < >. Acesso em 27/02/2018. TUCCI, Carlos E. M. (Org.). Hidrologia: ciência e aplicação. 4. ed. Porto Alegre, RS: UFRGS-Faculdade de Agronomia, p. (Coleção ABRH de recursos hídricos ; v. 4).