Gabriel de Lyra Pessina

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1 ANÁLISE DE RISCO DE INUNDAÇÕES EM TERMOS DE PREJUÍZOS GERADOS NA PRESENÇA DE EVENTOS MAIS CRÍTICOS QUE O DEFINIDO EM PROJETO: APLICAÇÃO AO RIO IGUAÇU - BAIXADA FLUMINENSE / RJ Gabriel de Lyra Pessina Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Orientador: Marcelo Gomes Miguez Rio de Janeiro Dezembro de 2014

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3 Pessina, Gabriel de Lyra Análise de Risco de Inundações em Termos de Prejuízos Gerados na Presença de Eventos mais Críticos que o Definido em Projeto: Aplicação ao Rio Iguaçu - Baixada Fluminense / RJ / Gabriel de Lyra Pessina. Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, V, 108p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Marcelo Gomes Miguez Dissertação (mestrado) UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Civil, Referências Bibliográficas: p Risco de Inundação. 2. Modelagem Matemática. 3. Requalificação Fluvial. 4. Pôlder. 5. Prejuízo. 6. Risco Residual. I. Miguez, Marcelo Gomes. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Título. iii

4 Dedico a toda minha família, pelo amor, carinho e apoio, fundamentais na minha formação e educação, em especial a minha mãe Ana Luiza de Lyra Vaz, meu pai Leonardo Roque Pessina Bernini, meu irmão Antonio de Lyra Pessina, e ao mais novo integrante, meu sobrinhoafilhado Francisco Bohm de Lyra Pessina. iv

5 AGRADECIMENTOS Ao Prof. Marcelo Gomes Miguez, orientador, meus mais sinceros agradecimentos pela sua forma calma e dedicada nas horas compartilhadas de orientação, de troca e de muito estímulo para seguir adiante no aprofundamento dos conteúdos concernentes ao tema escolhido. Durante todo esse processo de aprendizagem usufrui em muito de seu vasto conhecimento, a sua sabedoria me transmitiu segurança nos momentos mais difíceis, principalmente, nas correções da modelagem matemática. Ao Prof. Paulo Canedo de Magalhães, que muito contribuiu para este trabalho, com suas ideias sempre pertinentes e inteligentes, seu vasto conhecimento sobre o tema e o local de trabalho, desde a época em que foi meu mestre, depois na qualificação e finalmente na banca. À professora Luciene Pimentel da Silva, meu agradecimento por ter gentilmente aceitado compor a banca examinadora do presente trabalho. Ao Prof. José Paulo Azevedo, pelos ensinamentos, apoio e incentivo desde início do mestrado. A toda a equipe do Laboratório de Hidráulica Computacional, em especial ao doutorando Matheus Sousa, que com muita paciência e sabedoria me apoiou e me orientou, quando requisitada a sua ajuda. Ao Osvaldo Rezende pelos momentos e conhecimentos compartilhados, à Luiza Ribeiro, Aline Veról, Ana Caroline Jacob, Bruna Amaral, Bruna Battemarco, Dearley, Prof. Virgilio e todos os demais. Também de forma especial agradeço ao bolsista Antonio Krishnamurti Oliveira, que me ajudou e apoiou para superar as dificuldades da distância, me tratando como se fosse um amigo de longa data, parabéns Antonio pela sua atitude. Assim como, agradeço ao Nordino pelas impressões e apoio. À Gisele Ribeiro pela parceria na elaboração da base de modelagem e pelas trocas de experiências. Aos colegas de mestrado Francisco Niedzielski, Julia Menezes, Anaí Vasconcelos, Paulo Vitor, Vinicius Sarnaglia e, em especial, ao Thiago Barral pelas contribuições e incentivo na reta final. v

6 À COPPE e UFRJ, pela oportunidade de um ensino de qualidade. A toda a equipe e amigos do INEA, inclusive aos chefes que colaboraram com as liberações para esta importante atividade de capacitação e, em especial, ao amigo Edson Falcão pelas informações e apoio concedidos. Aos colegas e amigos da CASAN, em especial aos meus chefes, que me liberaram para as diversas idas ao Rio de Janeiro, destacando o Eng. Leonardo da Silva, como grande exemplo de chefe. Aos meus Tios, Vera Maria e Mario Elian, por sempre terem me acolhido como filho em seus lares. Considero vocês meus segundos pais. A todos meus Irmãos, Tios, Primos e Sobrinhos do Rio de Janeiro e do Uruguai. Saudades dos que estão longe. Aos meus amigos de longa data, Glauco Ladik Antunes, Fernando Fenelon e Guilherme Senna, que me apoiaram nos momentos mais difíceis, ajudando em algumas tarefas fundamentais. A todos outros amigos e colegas que me incentivaram e prestaram sua colaboração no decorrer desse processo árduo. A todos os amigos da Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC, de outros cursos da UFSC e de outras partes de Floripa, do Rio, de Santo André, de São Paulo, Uruguai, e do mundo afora. Aos meus pais e irmão pelo amor e força, incondicionais e em todos os momentos. À minha companheira, Marcela de Andrade Gomes (a Marrinha), pelo seu carinho e afeto constantes, e por ter me aturado em momentos bem difíceis. A Deus, por ter me dado forças para superar os obstáculos do ano de 2014, com certeza o mais difícil da minha vida, sempre tive fé que tudo iria correr bem. vi

7 Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) ANÁLISE DE RISCO DE INUNDAÇÕES EM TERMOS DE PREJUÍZOS GERADOS NA PRESENÇA DE EVENTOS MAIS CRÍTICOS QUE O DEFINIDO EM PROJETO: APLICAÇÃO AO RIO IGUAÇU - BAIXADA FLUMINENSE / RJ Gabriel de Lyra Pessina Dezembro/2014 Orientador: Marcelo Gomes Miguez Programa: Engenharia Civil O crescimento urbano nos países em desenvolvimento tem ocorrido de forma insustentável. No Brasil, este processo acelerou-se a partir dos anos 70, com grande concentração de população em pequenos espaços, impactando os ecossistemas terrestre e aquático e a própria população com inundações, perdas materiais, degradação do ambiente, doenças de veiculação hídrica e perda da qualidade de vida. Neste trabalho, o problema das inundações é analisado sob a ótica dos riscos, materializados na forma de prejuízos, em casos em que o horizonte de projeto é superado e falhas ocorrem. Em particular, o estudo é focado na bacia do Rio Iguaçu, na Baixada Fluminense/RJ. O modelo hidrodinâmico utilizado como ferramenta para elaborar este trabalho foi o MODCEL, por permitir a avaliação do comportamento do rio e os efeitos de intervenções de projeto, para controle das inundações da bacia do caso de estudo. Os resultados aqui obtidos mostraram a importância das planícies de inundação natural nas estratégias de controle de cheias, como elementos capazes de garantir a funcionalidade em longo prazo dos sistemas implantados. vii

8 Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) FLOOD RISK ANALYSIS IN TERMS OF LOSSES GENERATED BY MORE CRITICAL EVENTS THAN THOSE DEFINED IN THE PROJECT: CASE OF IGUAÇU RIVER STUDY - BAIXADA FLUMINENSE / RIO DE JANEIRO Gabriel de Lyra Pessina December/2014 Advisor: Marcelo Gomes Miguez Department: Civil Engineering Urban growth in developing countries has been occurring unsustainably. In Brazil, this process has accelerated since the early 70's, with large population concentration in small spaces, affecting terrestrial and aquatic ecosystems and the population itself with floods, material losses, environmental degradation, waterborne diseases and loss of quality of life. In this study, the inundation problem is analyzed under a risk approach, materialized as monetary losses, when the design flood is surpassed and the project fails. Particularly, this study focuses in the Iguaçu river Basin at Baixada Fluminense lowlands, RJ-Brazil. The hydrodynamic model used as a tool to prepare this work was the MODCEL by allowing the river performance evaluation and the effects of design interventions for flood control in the studied basin. The results obtained showed the importance of natural floodplains in flood control strategies, as elements capable to ensure long-term functionality of installed systems. viii

9 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Contexto Motivação Hipótese de trabalho Objetivos gerais e específicos Metodologia Resumida Estrutura da pesquisa CHEIAS, INUNDAÇÕES E MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAIS URBANAS Medidas Estruturais de controle e minimização de inundações Medidas Não Estruturais de controle e minimização de inundações REQUALIFICAÇÃO FLUVIAL RISCO DE INUNDAÇÕES CARACTERIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DOS RIOS IGUAÇU - SARAPUÍ METODOLOGIA Revisão Conceitual do MODCEL Materialização do Risco de Inundação em termos de Curvas de Prejuízo Procedimentos propostos Dados e Estudos Hidrológicos Modelagem topográfica, topológica e hidráulica Arquivos de entrada e condições iniciais Calibração do modelo ix

10 7. CASO DE ESTUDO: RIO IGUAÇU Diagnóstico preliminar das cheias que afetam a área de estudo Modelagem da Alternativa 1, intervenções propostas no Projeto Iguaçu Modelagem da Alternativa 2 solução tradicional de engenharia Modelagem da Alternativa 3 situação atual de implantação do projeto Iguaçu Análise dos resultados de Prejuízos e Alagamentos para os Cenários Simulados Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 25 anos Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 50 anos Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 100 anos Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 200 anos Comparação dos resultados e Discussão final CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS x

11 1. INTRODUÇÃO 1.1 Contexto O crescimento urbano nos países em desenvolvimento tem ocorrido de forma insustentável. No Brasil, este processo acelerou-se a partir dos anos 70, com grande concentração de população em pequenos espaços, impactando os ecossistemas terrestre e aquático, e a própria população, com inundações, perdas materiais, degradação do ambiente, doenças de veiculação hídrica e perda da qualidade de vida. Isso ocorre, principalmente, em decorrência da falta de controle adequado de ocupação do espaço urbano, que tem influência direta sobre a infraestrutura de saneamento básico: abastecimento público, esgotamento sanitário, águas pluviais (drenagem urbana e inundações ribeirinhas) e resíduos sólidos. Rios sempre foram um atrativo para o desenvolvimento das civilizações antigas. Eles serviam como meio de transporte, como fonte de abastecimento de água para uso humano e para a agricultura, funcionavam como canais de saneamento (para escoamento de águas residuais) e proteção militar. Desde o início, o desenvolvimento nas planícies de inundação ocorreu atraindo comunidades e favorecendo a agricultura, servindo como centros de comércio, com portos fluviais fazendo a ligação com localidades regionais, nacionais e internacionais. Junto com a atratividade da ocupação, porém, veio o risco (SAYERS et al., 2013), principalmente o risco de inundações e as consequentes perdas quando estas inundações atingem pesadamente os sistemas econômicos instalados nas planícies ribeirinhas. Segundo Carneiro e Miguez (2011): Algumas cidades cresceram em sítios elevados priorizando a capacidade de defesa, outras apareceram em interseções de rotas comerciais, a partir de mercados estabelecidos nestes pontos estratégicos, mas grande parte das primeiras cidades da Antiguidade cresceu em áreas associadas aos rios, em função da necessidade de água para abastecimento, de terras férteis e de irrigação para a produção de alimentos excedentes para abastecê-las, da possibilidade de utilizar o rio em rotas comerciais e também pela proteção conferida pelo rio como barreira natural. Destacam-se como cidades marcantes deste período: Babilônia (posteriormente Bagdá, banhada pelos rios Tigres e Eufrates), Mênfis (posteriormente Cairo, banhada pelo rio 1

12 Nilo), Harapa (na bacia do rio Indu) e Roma (nascida junto ao rio Tibre). As primeiras civilizações reconheceram a necessidade de conviver lado a lado com as inundações: construindo as benfeitorias mais importantes em pontos mais altos das cidades (como visto através das igrejas e catedrais da Inglaterra), fornecendo alertas de enchentes para aqueles que estavam em zonas de risco de inundação (prática comum no antigo Egito) e fazendo escolhas de planejamento do uso do solo reconhecendo a presença das inundações, como praticado pelos Romanos (SAYERS et al., 2013). Ainda segundo Sayers et al. (2013), ao longo dos anos de 1960 a 1980, o principal meio de mitigar os impactos de inundações permaneceu sendo o controle de inundações tradicional (através de obras típicas de engenharia hidráulica, como barragens, diques, pôlderes, canais de desvio e estruturas relacionadas). Como as populações foram crescendo e se desenvolvendo nas planícies de inundação, os danos causados por inundações continuaram aumentando, bem como a necessidade de enfrentar estas inundações de forma diferente tornou-se mais evidente. Neste contexto, foi necessária uma nova abordagem, que passou a utilizar o conceito de risco na prática (em tomadas de decisões) e não apenas na teoria. Apesar disso, as abordagens tradicionais de controle de inundações persistem até hoje em muitas políticas e, talvez, como fator mais importante nas tomadas de decisões. Mas esta prática está mudando lentamente. A adoção de uma abordagem estratégica para a gestão do risco de inundações é fundamental para essa transição. Embora não haja uma solução única a seguir, muitos elementos de boas práticas, ferramentas e técnicas de apoio já existem (SAYERS et al., 2013). Entretanto, não apenas as práticas tradicionais vêm se modificando, como também as novas práticas introduzidas começam a se preocupar com a questão da qualidade do ambiente fluvial, além da necessidade de controle de cheias. Muitas vezes, no passado, ações de adequação do rio, com finalidades meramente hidráulicas, acabaram por introduzir condições de empobrecimento do ambiente. Hoje, ações mais sustentáveis e mais naturais começam a ser propostas com o objetivo de integrar ambiente natural e construído. 2

13 Essa dissertação pretende discutir este problema em um caso de estudo na bacia dos rios Iguaçu-Sarapuí, especificamente no trecho médio do rio Iguaçu, desde a foz do rio Botas até as proximidades da rodovia Washington Luiz, localizada na Baixada Fluminense. Este trecho do rio Iguaçu contempla os pôlderes do Amapá, Cidade dos Meninos e Pilar, situados na margem esquerda do rio Iguaçu, e os pôlderes do Outeiro e Núcleo São Bento, situados na margem direita. Com exceção do pôlder do Outeiro, que se situa no município de Belford Roxo, todos os demais se situam em Duque de Caxias. O pôlder do Amapá se localiza no trecho de confluência do rio Iguaçu com o rio Botas, no bairro do Amapá. A sua área é protegida pelos diques dos rios Iguaçu e Capivari/Água Preta e ainda possui uma ocupação de baixa densidade, mas com indicativos de expansão urbana, como demarcações de futuros loteamentos visíveis. O pôlder do Outeiro ocupa a margem direita do rio, onde a urbanização cresceu e parte dela ocorreu de maneira informal e irregular, com habitações e infraestrutura inadequadas, tornando a área vulnerável às frequentes inundações. Esta área também é protegida por dique. Já o pôlder Cidade dos Meninos permaneceu desocupado ao longo do tempo, em função de uma contaminação ambiental com organoclorados (material tóxico e cancerígeno) na região. Essa área tem previsão de recuperação ambiental e aparece como possível área de expansão urbana do Município de Duque de Caxias (conforme plano Diretor do município), o que é um fator preocupante, já que a área originalmente fazia parte da planície de inundação da margem esquerda do Iguaçu e poderia ser aproveitada como área de armazenamento natural, conforme sugerido no Plano Diretor de Recursos Hídricos, Recuperação Ambiental e Controle de Inundações da Bacia do Rio Iguaçu-Sarapuí (COPPETEC, 2010), citado doravante como Projeto Iguaçu (2010). Este Plano/Projeto de 2010 é uma revisão e complementação do Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do Rio Iguaçu (LABHID, 1996). O pôlder Núcleo São Bento se situa na faixa marginal direita do rio Iguaçu, no trecho a jusante da Avenida Presidente Kennedy, na divisa entre os municípios de Duque de Caxias e Belford Roxo. Essa área contém os bairros conhecidos como Nossa Senhora das Graças e Boa Esperança, no município de Duque de Caxias. A região da bacia hidrográfica contribuinte para o Pôlder do São Bento possui ocupação variando de 3

14 baixa a média densidade, apresentando desde ocupações irregulares (que vem se tornando mais constantes) a loteamentos regularizados dotados de equipamentos urbanos e estrutura de saneamento. As ocupações irregulares das áreas reservadas para implantação dos reservatórios-pulmão reduziram consideravelmente o volume de armazenagem previsto no âmbito do Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010). O Pôlder do Pilar é delimitado pelo rio Iguaçu a oeste, pelo rio Pilar a leste e pela Avenida Presidente Kennedy ao norte. Esta área apresenta alta densidade de ocupação por habitações e, consequentemente, elevado nível de impermeabilização. Segundo o Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010), a região, historicamente, sofreu constantes inundações nas áreas baixas localizadas ao longo da margem do canal auxiliar. Essas inundações ocorrem quando os escoamentos superficiais gerados pelas chuvas precipitadas sobre a bacia coincidem com uma situação de nível d água alto no rio Iguaçu e assim impedem o deságue do canal auxiliar no rio Iguaçu. Em particular, considerando as condições mais regulares de urbanização do pôlder do Pilar e do estágio atual de implantação do Projeto Iguaçu, em que o governo do Estado investiu para reorganizar a configuração deste pôlder, fazendo crescer o nível de proteção desta região, o pôlder do Pilar foi escolhido como referência para a comparação dos resultados finais, no que tange à discussão principal deste trabalho, ou seja, na discussão da análise de risco de inundações em termos de prejuízos gerados. 1.2 Motivação De acordo com a UNESCO (2005), as inundações afetam cerca de 520 milhões de pessoas no mundo todo a cada ano, causando em média mortes e prejuízos para a economia mundial da ordem de US$ 60 bilhões. Na última década, 96% das mortes relacionadas com desastres naturais ocorreram em países em desenvolvimento. Observa-se, em vários municípios da Baixada Fluminense, uma expansão descontrolada do perímetro urbano, que não é acompanhada da infraestrutura e dos serviços necessários. Esta forma desorganizada de expansão mostra a ineficiência no controle da aplicação de critérios técnicos e de planejamento na delimitação do perímetro urbano legal. 4

15 Segundo LABHID (1996) e Carneiro (2008), o caótico processo de urbanização acarretou as seguintes consequências: - ocupação do leito maior dos rios e em muitos casos do leito menor, aumentando o contingente de pessoas sujeitas às inundações; - acelerado processo de assoreamento, devido ao desmatamento das encostas e os resíduos sólidos não coletados ou, destinados de forma inadequada; - aumento do escoamento superficial devido à paulatina impermeabilização da bacia hidrográfica; - destruição das estruturas hidráulicas implantadas pelo DNOS (Departamento Nacional de Obras e Saneamento), particularmente comportas e bombas, para venda dos componentes como sucata, ou por puro vandalismo. Não é surpresa, portanto, que diferentes tempestades de verão com intensidades semelhantes formem contingentes cada vez mais numerosos de atingidos, à medida que passam os anos. O problema tem sido agravado pela ineficiência da política de saneamento, que apesar de levar água encanada à maior parte dos domicílios da Baixada, tem falhado na expansão da infraestrutura de coleta e tratamento de esgotos. Toda a Baixada é entrecortada por uma vasta rede de canais e rios poluídos que transbordam por ocasião das chuvas, causando sérios problemas de saúde para a população. O Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010) estimou um universo de cerca de 180 mil pessoas vivendo em áreas sujeitas a inundações na bacia, onde as condições socioambientais são as mais precárias. Em muitos locais os resíduos sólidos (lixo) e o esgoto das casas são lançados diretamente nos rios e canais, piorando as condições de escoamento e de qualidade das águas. A erosão das margens e das encostas desmatadas produzem sedimentos que, carreados para os rios, reduzem a capacidade de escoamento e retêm o lixo acumulado. Associadas a essas condições ambientais insalubres, muitas doenças ocorrem, tais como leptospirose (diretamente relacionada à frequência e intensidade das inundações), hepatite, dengue, gastroenterites, verminoses, entre outras. A deficiência na implantação da infraestrutura urbana necessária, a ocupação de áreas inadequadas, a deficiência ou total inexistência dos serviços de esgotamento 5

16 sanitário e coleta de resíduos sólidos, o agravamento dos processos erosivos, a obstrução ou comprometimento do escoamento em decorrência de estruturas de travessias mal dimensionadas (pontes rodoviárias e ferroviárias, tubulações de água e esgoto), muros e edificações que obstruem as calhas dos rios, são parte do cenário caótico resultante do processo de uso e ocupação do solo na bacia dos rios Iguaçu- Sarapuí e são os principais fatores que concorrem para o agravamento das inundações na região e, consequentemente, para o agravamento das condições de insalubridade. A região junto à foz do rio Botas, por exemplo, localizada na divisa do município de Belford Roxo com o município de Duque de Caxias, é disputada pela especulação imobiliária. O problema é que, nessa região, o rio Botas naturalmente extravasa e ocupa as margens que funcionam como planície de inundação. Assim, além do alagamento direto daquilo que for construído no local, essa ocupação retiraria espaço do rio e tornariam piores os alagamentos em outras regiões a jusante. Portanto, a área entre o trecho médio do rio Iguaçu, desde a foz do rio Botas até as proximidades da rodovia Washington Luiz, na Baía de Guanabara, merece uma atenção especial quanto às intervenções para controle de inundações. Esta área abrange os diversos pôlderes já mencionados, com destaque para o pôlder do Pilar, tomado como referência principal de estudo. O pôlder em questão foi o escolhido para o caso de estudo desta dissertação por permitir explorar a discussão aqui proposta, em termos das interfaces entre controle de inundações, planejamento urbano, redução de riscos e requalificação fluvial. Além disso, tem como base um rol de informações e dados provenientes de projetos, planos diretores de recursos hídricos, pesquisas e estudos sobre a bacia do rio Iguaçu-Sarapuí como um todo e, inclusive, específicos para a própria área, que foram ou estão sendo desenvolvidos pelo Laboratório de Hidráulica Computacional (LHC) e pelo Laboratório de Hidrologia e Estudos do Meio Ambiente (LABHID), ambos do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE) da UFRJ. Portanto, não se trata de um trabalho isolado, mas que vem complementar estes diversos estudos, no que tange ao tema de requalificação fluvial associado à avaliação de risco de inundações para diferentes eventos de cheias, quando comparado a métodos tradicionais de controle de inundações, considerando, também, a hipótese destes eventos serem superados (risco residual). De certa forma, pode-se dizer que esta dissertação propõe 6

17 avançar o quadro conceitual, acompanhando tendências internacionais, com a migração do conceito de controle de cheias para a gestão do risco de cheias. O estudo em questão também se inseriu dentro de um conjunto de pesquisas, estudos de caso, trocas de experiências e intercâmbios desenvolvidos através do Projeto internacional SERELAREFA - Semillas REd Latina Recuperación Ecosistemas Fluviales y Acuáticos (Sementes de uma rede Latino-Americana para a recuperação de ecossistemas fluviais e aquáticos), financiado pelo programa europeu UE FP7-PEOPLE IRSES 2009, que visa melhorar a forma com que os cursos d água são geridos, a fim de obter benefícios tanto para o meio ambiente quanto para as atividades socioeconômicas. Este projeto estimula a adoção do conceito de Requalificação Fluvial como alternativa para o controle de cheias, com ganhos ambientais para o rio. Fizeram parte deste projeto diversas instituições dos países a seguir: - Itália - Centro Italiano per la Riqualificazione Fluviale CIRF, centro coordenador; - Brasil - Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ; UdeC; - Chile - Dirección de Obras Hidráulicas DOH e Universidad de Concepción - Espanha - Universidad Politécnica de Madrid UPM; e - México - Universidad de Guadalajara UdG. Entre os projetos e estudos supracitados, que serviram de base para esta pesquisa, enfatiza-se: o Projeto Iguaçu, elaborado pela fundação COPPETEC (2010), sob fiscalização do contratante, o Instituto Estadual do Ambiente - RJ (INEA). Este projeto foi finalizado em 2010, e está em fase de execução pelo INEA, Secretaria de Estado do Ambiente (SEA) e Governo do Estado, através de um consórcio de diversas empresas, com investimento do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC e PAC 2) do Governo Federal. Ele abrange toda a área da bacia do Iguaçu-Sarapuí, portanto, toda a área de estudo, inclusive com intervenções específicas. 7

18 1.3 Hipótese de trabalho A introdução de obras de controle de cheias, sem a visão sistêmica do funcionamento da bacia hidrográfica e limitando as funções naturais do rio, como, por exemplo, a sua conexão com as planícies de inundação, pode gerar o agravamento de risco e potencializar danos no longo prazo. 1.4 Objetivos gerais e específicos Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento do agravamento do risco de inundações, medido em termos de prejuízos causados a um ambiente urbano residencial, quando um evento tomado como referência de projeto é superado e causa a falha do projeto previsto para a proteção de uma dada área. Em particular, pretende-se ainda confrontar o comportamento de medidas tradicionais de proteção de áreas de baixada, tipicamente compostas por diques, com a possibilidade de utilização de conceitos de requalificação fluvial, devolvendo ao rio a sua planície de inundação. Para ilustração do estudo, a bacia do Rio Iguaçu será considerada, tendo como referência o Projeto Iguaçu (LABHID, 1996) e sua revisão (COPPETEC, 2010). Objetivos específicos: - Avaliação da situação atual de funcionamento do rio Iguaçu, partindo dos estudos presentes no Projeto Iguaçu e sua revisão; - Preparação de base de modelagem para o caso de estudo, utilizando o modelo de células de escoamento MODCEL (MIGUEZ, 2001), representando o rio Iguaçu, desde a confluência com o rio Botas até a sua foz; - Preparação de um conjunto base de três alternativas de projeto, tomando inicialmente a proposta do Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010), de abertura de diques como alternativa de controle de cheias, em especial associado ao pôlder Cidade dos Meninos, hoje desocupado, utilizando a lógica de requalificação fluvial; posteriormente, a alternativa de generalização da solução dos diques e pôlderes, desde a região da foz do rio Botas, que hoje é uma área de armazenagem natural, será considerada como solução oposta à primeira; por fim, a terceira alternativa contempla a situação atual de 8

19 implantação do Projeto Iguaçu, com o dique do pôlder Cidade dos Meninos fechado, e a foz do Rio Botas aberta, conectando-se com suas planícies de inundação, respaldada pelo zoneamento da Área de Proteção Ambiental (APA) do Alto Iguaçu, que definiu esta área (entre outras) como Zona de Contenção de Cheia (ZCC), conforme o Art.3º do Decreto Estadual de 15 de janeiro de Comparação dos prejuízos de cada alternativa desenvolvida, a partir de curvas funções que relacionam alagamentos e perdas, em termos de danos às residências, com base no estudo desenvolvido na dissertação de mestrado de Salgado (1995), considerando diversos cenários hidrológicos, com recorrências de chuvas de projeto variando de 25 a 200 anos. Essa faixa de variação dos eventos hidrológicos foi estabelecida de forma a propiciar condições de falhas de projeto, que pudessem ser avaliadas em termos de prejuízos de inundação. - Análise comparativa dos resultados. 1.5 Metodologia Resumida Utilizar a base de dados de diversas modelagens realizadas no contexto do projeto Iguaçu, como ponto de partida dos estudos de risco de inundação e prejuízos decorrentes. Definir dentro da área do Projeto Iguaçu uma região para desenvolvimento de análises comparativas entre diferentes concepções de projeto, em termos de prejuízos decorrentes de inundação - neste caso, a região escolhida se refere à área junto à foz do rio Botas até a rodovia Washington Luiz, contemplando os pôlderes Cidade dos Meninos, Outeiro, Pilar e São Bento, mas com um enfoque principal sobre o pôlder do Pilar. Realizar novos levantamentos de dados, específicos para a área escolhida. Modelar ou complementar a modelagem hidrodinâmica de cheias, já existente, utilizando como ferramentas principais o MODCEL (MIGUEZ, 2001) e o Sistema Hidro-Flu (MAGALHÃES et al.,2005). 9

20 Fazer uma revisão da metodologia utilizada por Salgado (1995) para quantificar os prejuízos das inundações em áreas urbanas. Adotar tempos de recorrência que começam com as definições típicas de projeto de macrodrenagem, ou seja, a partir de 25 anos, e avançar com análises para tempos maiores, de 50, 100 e 200 anos, de forma a criar cenários críticos de avaliação, onde se espera que as propostas de projeto falhem, permitindo realizar uma análise do chamado risco residual; Simular o funcionamento do rio Iguaçu, considerando o conceito de requalificação fluvial, de devolver ao rio a sua planície de inundação, para o controle de cheias urbanas esta solução foi vislumbrada pelo Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010), na proposta específica que visava abrir o pôlder Cidade dos Meninos e manter o rio Botas aberto e livre para se conectar com sua planície de inundação, na região de sua foz, associado ao planejamento específico de uso e ocupação do solo para estas áreas, através do zoneamento definido pela APA do Alto Iguaçu (2013). Esta solução de projeto é denominada como Alternativa 1 no decorrer deste trabalho. Analisar os resultados para esta primeira Alternativa proposta, levando em consideração os prejuízos diretos às residências como indicador, a ser mensurado através de uma curva de prejuízos em função da altura de inundação (lâmina d água) das áreas afetadas, em caso de falha das obras propostas, para os diversos tempos de recorrência definidos. A partir das áreas urbanas alagadas, mapeadas através de modelagem matemática, serão utilizadas as lâminas d água para o cálculo do prejuízo em função da extensão afetada. O aplicativo Google Earth e a ferramenta Street View serão utilizados para estimar o número de residências e as suas respectivas áreas ocupadas nos locais afetados, bem como o padrão de acabamento destas. O cálculo do prejuízo terá como base as curvas do Salgado (1995) ajustadas em termos de correção de valores, para obtenção de novas curvas de prejuízo x altura de inundação atualizadas. Considerar a alternativa de solução tradicional de diques e pôlderes de forma generalizada, para controle de cheias e realizar nova simulação para esta Alternativa 2. Esta proposta de projeto consiste em fechar a comunicação do rio Botas com suas margens e manter o pôlder Cidade dos Meninos com diques, conforme situação 10

21 presente. Recalcular os prejuízos, para as diversas recorrências adotadas no estudo, a partir da curva de prejuízo ajustada. Buscar um meio termo entre as duas alternativas anteriores, avaliando também uma Alternativa 3 de projeto, que contempla a situação atual de implantação do Projeto Iguaçu, com o dique do pôlder Cidade dos Meninos fechado, e a foz do Rio Botas aberta, conectando-se com suas planícies de inundação, conforme mencionado anteriormente nos objetivos específicos. Essa alternativa pode vir a ser a mais provável, em termos de previsão futura, tendo em vista o problema de contaminação da área do pôlder Cidade dos Meninos e as pressões por desenvolvimento urbano na região. Analisar e comparar de forma crítica os resultados das três alternativas propostas. 1.6 Estrutura da pesquisa Depois de feita a introdução sobre a problemática das inundações urbanas e seus riscos, apresentando o contexto, a motivação, a hipótese de trabalho, os objetivos do presente trabalho e suas etapas metodológicas para alcançar esses objetivos, aqui neste Capítulo 1, será descrito, nos Capítulos 2, 3 e 4 o estado da arte dos temas principais que envolvem este estudo, para, com isso, construir uma base teórica para sustentar o trabalho. Esses capítulos abordam, respectivamente: Cheias, Inundações e Manejo de Águas Pluviais Urbanas; Requalificação Fluvial e Risco de Inundações. O capítulo 5 apresenta a bacia hidrográfica de interesse, assim como a sua caracterização. O capítulo 6 aborda a metodologia utilizada para a modelagem hidrodinâmica do caso de estudo, e os materiais e métodos que serão utilizados para se alcançar os resultados esperados, de acordo com objetivos propostos. O caso de estudo propriamente dito é apresentado no capítulo 7, partindo de um diagnóstico da situação atual da área e simulando os diversos cenários para as diferentes alternativas e condições propostas, assim como é feita uma análise e discussão dos resultados. As conclusões e recomendações são abordadas no capítulo 8, encerrando o trabalho. 11

22 2. CHEIAS, INUNDAÇÕES E MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAIS URBANAS Nos próximos três capítulos são apresentados os conceitos e definições sobre os principais temas que são abordados na dissertação: cheias, inundações e manejo de águas pluviais urbanas, risco e controle de inundações e requalificação fluvial. O objetivo é de fundamentar teoricamente a pesquisa. Neste trabalho é abordado o conceito de risco de inundações, sendo assim, preliminarmente, realiza-se uma introdução sobre o significado dos termos inundação, cheia, enchente e alagamento, visto que é comum haver o uso indiscriminado entre estes termos, tanto na linguagem popular quanto nos trabalhos científicos. Ainda que sejam frequentemente usados como sinônimos, estes termos se referem a fenômenos hidrológicos distintos (GRACIOSA e MEDIONDO, 2007; KOBYAMA et al., 2006). O conceito de cheia pode ser entendido como um fenômeno hidrológico, caracterizado pelo aumento da vazão em decorrência do escoamento superficial, que pode ser provocado por precipitação, derretimento de neve, etc. A cheia é um fenômeno natural que pode ou não causar inundação. Já a enchente é definida como o escoamento ascendente, até o nível de vazão máxima, porém sem necessariamente ocorrer extravasamento do canal. A Inundação pode ser considerada como o extravasamento do canal para as áreas marginais, em que o escoamento atinge o leito maior do canal. Por fim, no alagamento, as águas pluviais extravasam as galerias da rede de drenagem antes de atingir o canal principal, gerando o acúmulo de água nas ruas e nos perímetros urbanos, por fortes precipitações, em cidades com sistemas de drenagem deficientes (GRACIOSA e MEDIONDO, 2007; GOERL e KOBYIAMA, 2005; CANHOLI, 2005). Ainda assim, Kobyama et al. (2006), definem: a inundação, normalmente tratada como enchente, é o aumento do nível do rio além da sua vazão normal, ocorrendo o transbordamento de suas águas sobre as suas margens, em áreas próximas a ele. Estas áreas planas próximas aos rios sobre as quais as águas extravasam são chamadas de planícies de inundação. Quando não ocorre o transbordamento durante uma cheia do rio, tem-se apenas enchente e não inundação. Por este motivo, os termos enchente e inundação devem ser utilizados com diferenciação no âmbito científico embora inundações sempre ocorram durante a cheia de um rio, como consequência de um 12

23 processo de enchente que supera a capacidade da calha do rio e atinge as suas planícies de inundação. A Figura 2.1 ilustra a diferença entre as enchentes e as inundações, segundo Goerl e Kobiyama (2005). Figura Elevação do nível de um rio provocada pelas chuvas, do nível normal até a ocorrência de uma inundação (GOERL e KOBIYAMA, 2005). Segundo Pômpeo (2000): De uma forma geral, as enchentes são fenômenos naturais que ocorrem periodicamente nos cursos d água devido a chuvas de magnitude elevada. As enchentes em áreas urbanas podem ser decorrentes destas chuvas intensas de largo período de retorno; ou devidas a transbordamentos de cursos d água provocados por mudanças no equilíbrio no ciclo hidrológico em regiões a montante das áreas urbanas; ou ainda, devidas à própria urbanização. O estudo da ocorrência de chuvas intensas é útil na busca de soluções apropriadas aos problemas de enchentes, entretanto, é por intermédio do estudo dos processos hidrológicos que se definem as ações concretas. 13

24 Conforme Miguez et al. (2012), as inundações são fenômenos naturais e sazonais, que desempenham um importante papel ambiental, mas quando eles ocorrem em ambientes construídos, sem controle, muitas perdas de diferentes tipos podem ocorrer. O escoamento pluvial pode produzir inundações e impactos nas áreas urbanas resultantes de dois processos, que ocorrem combinados ou isoladamente, quais sejam: inundações de áreas ribeirinhas e inundações resultantes da urbanização. As inundações de áreas ribeirinhas são fenômenos naturais que ocorrem no leito maior dos rios, decorrentes das variabilidades espacial e temporal da precipitação e do escoamento superficial na bacia hidrográfica. E as inundações resultantes da urbanização ocorrem na drenagem urbana por conta do efeito da impermeabilização do solo, da canalização do escoamento ou da obstrução do escoamento (BRASIL, 2006). Mais propriamente, estes últimos são melhor associados à definição de alagamento. Os fatores que causam e agravam as inundações são diversos, entre eles, Pômpeo (2000) cita que o desmatamento e a substituição da cobertura vegetal natural são fatores modificadores que, em muitas situações, resultam simultaneamente em redução de tempos de concentração e em aumento do volume de escoamento superficial, causando extravasamento de cursos d água. Considerando a importância da inter-relação entre uso e ocupação do solo e os processos hidrológicos superficiais, deve-se destacar inicialmente que a abordagem dos problemas precisa considerar a extensão superficial na qual estas relações se manifestam. A bacia hidrográfica é a unidade mínima para qualquer estudo hidrológico e, assim, têm sido historicamente realizados os trabalhos teóricos, experimentais e as ações de planejamento de recursos hídricos. Entretanto, esta unidade é ainda ignorada em muitos trabalhos de drenagem urbana. Ainda segundo Pompêo (2000), as inundações provocadas pela urbanização se devem a diversos fatores, dentre os quais destacam-se o excessivo parcelamento do solo e a consequente impermeabilização das grandes superfícies, a ocupação de áreas ribeirinhas tais como várzeas, áreas de inundação frequente e zonas alagadiças, a obstrução de canalizações por detritos e sedimentos e também as obras de drenagem inadequadas. 14

25 A inundação urbana ocorre quando as águas dos rios, riachos e canais saem do seu leito menor de escoamento e escoa através do seu leito maior que foi ocupado pela população para moradia, transporte (ruas, rodovias e passeios), recreação, comércio, indústria, entre outros. Isto ocorre quando a precipitação é intensa e o solo não tem capacidade de reter e infiltrar a água precipitada, assim é gerado um grande volume d'água que escoa para o sistema de drenagem, superando a capacidade do leito menor. Este é um processo natural do ciclo hidrológico devido à variabilidade climática de curto, médio e longo prazo. Estes eventos chuvosos ocorrem de forma aleatória em função dos processos climáticos locais e regionais. Já as inundações ribeirinhas, de acordo com TUCCI (2005), ocorrem quando o rio sai do seu leito e ocupa a planície. Geralmente isto ocorre com frequência média de 2 anos. Os impactos são importantes quando a cidade ocupa com alta densidade esta área. A gestão desta área pode ser realizada através de medidas estruturais que são obras que alteram o rio para proteger a população ou com medidas não estruturais, em que a população convive com as inundações por meio do zoneamento das áreas de inundações, incluída no Planejamento Urbano e no Plano de Drenagem, além de sistemas de alerta das inundações, entre outros. A Lei Federal /2007 (BRASIL, 2007), que estabelece as diretrizes nacionais para o saneamento básico, define, em seu Art. 3º, Inciso I, alínea d, o conceito de drenagem e manejo de águas pluviais urbanas como: conjunto de atividades, infraestruturas e instalações operacionais de drenagem urbana de águas pluviais, de transporte, detenção ou retenção para o amortecimento de vazões de cheias, tratamento e disposição final das águas pluviais drenadas nas áreas urbanas. A partir desta definição, Carneiro e Miguez (2011), destacam que o termo manejo é utilizado mais recentemente de forma a englobar o tratamento das águas coletadas, o amortecimento e a infiltração, ampliando a visão tradicional de apenas conduzir os escoamentos para os corpos receptores. Segundo os autores: a função da drenagem se mostra essencial no contexto de uma cidade, pois uma rede de drenagem que apresenta mal funcionamento é responsável por enchentes severas, com grandes áreas alagadas, causando prejuízos e expondo a população a riscos diversos. 15

26 Dentro do conjunto de sistemas que envolvem o saneamento ambiental - abastecimento de água, esgotamento sanitário, drenagem de águas pluviais e coleta e tratamento de lixo fica evidente a necessidade de interação entre eles, pois se percebe que são sistemas complementares, e não excludentes entre si. É essencial o correto funcionamento de um para a eficiência ótima do outro. Desta forma, nota-se claramente que se houver deficiência no sistema de coleta de lixo, por exemplo, o sistema de drenagem não funcionará adequadamente. Assim como, o lançamento irregular de esgoto sanitário na rede de drenagem pluvial também é um fator de degradação do sistema (CARNEIRO e MIGUEZ, 2011). Tucci (2007) define que a drenagem urbana é constituída de sarjetas, bueiros, condutos e outros dispositivos para coleta e condução da água, chamados de microdrenagem. Já os canais e rios naturais, que coletam toda a microdrenagem, são chamados de macrodrenagem. A urbanização tende a produzir, nas bacias hidrográficas, aumento dos picos de vazão (Figura 2.2), erosão e carreamento de sedimentos, degradação da qualidade da água e redução do tempo de concentração. Figura Aumento do pico de vazão com a urbanização (TUCCI, 2007) 16

27 Dentro do processo de urbanização e crescimento das cidades, segundo Miguez (2001), a própria calha secundária dos rios acaba recebendo obras de urbanização, com ruas e até quadras inteiras tomando o seu espaço, o que agrava ainda mais o processo de cheias, já comprometido pela disponibilização mais rápida de um volume maior de água. Uma vez eliminado o espaço que deveria ser deixado livre para acomodação das grandes enchentes, as águas acabam procurando outros caminhos, se espalhando e atingindo regiões antes não alagáveis naturalmente. Na maioria das vezes, esta situação é agravada por problemas de ordem socioeconômica. Assim, em países mais pobres é comum, embora não desejável, que a evolução necessária das mudanças em infraestrutura, que deveriam contrapor-se a estes efeitos, seja muito lenta, ou mesmo praticamente inexistente. Da mesma forma, as populações mais pobres, especialmente onde a distribuição da renda é mais desequilibrada, o que acentua o problema, acabam se instalando em condições de subhabitação em áreas de pouca ou nenhuma infraestrutura urbana (MIGUEZ, 2001). Medidas de Controle e Minimização de Inundações Diante da problemática exposta, surge a necessidade de se realizar a gestão das águas urbanas de forma integrada, com a introdução e absorção de novos conceitos e paradigmas relacionados às águas urbanas, utilizando para isso, medidas de controle e minimização das inundações, especialmente com atuações distribuídas e na fonte. Segundo Righetto (2009), os primeiros conceitos introduzidos em projetos e planos de drenagem urbana diferenciam as ações estruturais e não estruturais para o controle e resolução de problemas de inundações municipais. 2.1 Medidas Estruturais de controle e minimização de inundações Resumidamente, as medidas estruturais são as que tem o intuito de atuar sobre os processos naturais de formação e propagação das cheias e dos escoamentos superficiais, modificando a magnitude das vazões e os níveis de inundação, relacionam- 17

28 se às obras de captação, armazenamento, laminação de cheias e transporte das águas pluviais dentro de limites estabelecidos pela quantificação dos riscos e pelo conhecimento prévio das ondas de cheia, ajustadas às condições locais por meio de estruturas de contenção. Tais medidas incluem: obras de captação: como sarjetas, bueiros e bocas de lobo; obras de transporte: como galerias e canais; obras de detenção: como as bacias de detenção e reservatórios de acumulação de águas pluviais; obras de proteção: como diques e pôlders; obras de laminação de cheias: barragens; obras de desvios: com novos canais. As medidas estruturais são tradicionalmente utilizadas no Brasil e em diversos países do mundo. A seguir são apresentadas algumas características inerentes a estas medidas: São muito eficientes para modificar o nível do risco de inundação na área de abrangência; Não eliminam completamente o risco; Em alguns casos estão atreladas a um elevado impacto ambiental; Favorecem a implantação e o desenvolvimento de comunidades ribeirinhas. As estruturas de controle dos escoamentos devem estar bem dimensionadas para atender a vazão que escoa superficialmente, e, além disso, devem passar por processos de manutenção frequentes, já que a presença de qualquer obstáculo faz com que a eficiência do sistema diminua, inclusive, como mencionado anteriormente, a gestão do sistema de microdrenagem depende diretamente da gestão eficiente do sistema de coleta de resíduos sólidos dos municípios. Canais e galerias também possuem esta problemática, além da questão da rugosidade e outros obstáculos (no caso dos canais), como seções mais estreitas em vãos de pontes, assim como os próprios pilares das pontes, entre outros. Tratando de reservatórios de grande porte destinados à acumulação e ao amortecimento de cheias, definidos a partir de zonas de acumulação naturais, Pômpeo (2000) comenta que estes são raramente encontrados em cidades brasileiras. A partir do 18

29 início do século foram introduzidos reservatórios subterrâneos artificiais (conhecidos como piscinões ) destinados a reduzir enchentes em áreas urbanas consolidadas; seu custo é, ainda, muito elevado. A Figura 2.3 ilustra um tipo de reservatório de detenção implantado no município de São Paulo. Figura 2.3 Reservatório de detenção, conhecido como piscinão em São Paulo. Fonte: Nelson Kon (2013). Em relação aos diques marginais e pôlderes (obras de proteção), são mais utilizados em grandes rios que apresentam problemas de inundação frequentes. Os diques são barramentos laterais que proporcionam proteção às planícies de inundação, eles podem ser utilizados em apenas uma margem ou em ambas, dependendo do caso. Se utilizado nas duas margens, os diques reduzem a seção de escoamento da cheia, aumentando o nível d água e a velocidade de escoamento do rio. Já os pôlderes, também constituídos por diques, são mais comuns em áreas de baixada, protegendo uma área interna que recebe uma drenagem auxiliar. Em caso de cheias de magnitude maior que a de projeto, existe o risco de colapso da estrutura do dique e, neste caso, o impacto é muito maior do que a condição de não existência do dique, podendo ter consequências negativas drásticas. Em situações em que há risco de vida para a população (geralmente em bacias urbanas), a segurança deve ser maior, e medidas estruturais devem ser consideradas em conjunto 19

30 com medidas não estruturais, como um sistema de previsão e alerta de cheias em tempo real (CARNEIRO e MIGUEZ, 2011). A implantação de pôlderes se faz necessária em áreas mais baixas que a drenagem principal, (Carneiro e Miguez, 2011), onde há a combinação do uso de diques, que minimizam a influência dos extravazamentos do curso d água principal sobre a área do pôlder, e a implantação de drenagem local. As cotas de projeto do sistema de drenagem local deverão ser mais baixas que os níveis d'água críticos do curso d'água principal. Dentro da área alvo (pôlder), a drenagem poderá ser feita através de sistema de microdrenagem convencional, ou seja, com bocas de lobo, coletores secundários e principais ou por valetas a céu aberto, que destinam as águas pluviais para um canal auxiliar e/ou bacia de acumulação temporária do escoamento da drenagem local, conhecida como reservatório pulmão. Ainda segundo Carneiro e Miguez (2011), após a passagem da cheia, a água pluvial armazenada é posteriormente destinada ao curso d'água principal, através de comportas e/ou estações de bombeamento), dependendo da topografia do terreno e características do local. A utilização desta solução em drenagem urbana se restringe a casos extremos, onde não há espaço para outras medidas, como armazenamento, técnicas de infiltração e até mesmo canalização. As desvantagens são: custos muito altos, grande alteração do sistema de drenagem natural e risco residual associado a um possível galgamento com ou sem rompimento dos diques, isto é, o risco não é totalmente eliminado. Na Figura 2.4 pode-se observar o pôlder do Outeiro e o seu canal auxiliar (ou canal de cintura) circundado por um dique-estrada na margem direita do rio Iguaçu, dentro da área de estudo desta pesquisa. Na Figura 2.5 pode-se observar a estação elevatória (bombeamento), localizada no ponto mais baixo do canal de cintura, para possibilitar a drenagem do pôlder do Outeiro. 20

31 Figura 2.4 Pôlder do Outeiro à direita e a Cidade dos Meninos à esquerda em segundo plano, com o rio Iguaçu cortando as duas áreas (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 2.5 Estação de bombeamento do pôlder para o rio Iguaçu gradeamento de entrada (ACERVO PESSOAL, 2012). 21

32 2.2 Medidas Não Estruturais de controle e minimização de inundações As medidas não estruturais, muito aplicadas atualmente em diversos países do mundo, são ações de outra natureza, elas não têm a intenção de agir sobre a formação e propagação das cheias, mas sim reduzindo os danos que são provocados; são medidas que, quando utilizadas de forma preventiva, alcançam objetivos ótimos quanto à redução dos problemas de drenagem urbana, porém exigem esforços de capacitação de gestores públicos, conscientização da população, educação ambiental, legislação apropriada, fiscalização do uso e de ocupação dos espaços urbanos, manutenção regular dos elementos estruturais, dos pátios, jardins, pavimentos etc. Em suma, são ações que integram a gestão das águas pluviais nas sub-bacias que compõem o território urbano de uma cidade, enfocando não somente o problema específico das enchentes, mas, sobretudo, o uso sustentável do espaço urbano, de forma a se otimizar o bem-estar, a qualidade de vida, a estética e as múltiplas possíveis atividades de utilização do meio ambiente urbano (RIGHETTO, 2009). Jiménez Álvarez (2010) faz considerações importantes sobre as medidas não estruturais, que em sua visão, consistem em uma gestão integrada dos rios e das planícies de inundação para reduzir os danos causados pelas cheias, dividindo elas em três grupos de medidas: 1. As que modificam a susceptibilidade ao dano das estruturas existentes; 2. As que gerenciam o desenvolvimento futuro da área inundável: - Zoneamento (planos diretores); - Restrições de uso e ocupação do solo; - Seguro-enchente; 3. As que oferecem uma resposta frente às inundações: - Sistemas de previsão e alerta de cheias; - Defesa civil. As características principais destas medidas são: Adaptação da ocupação e uso do solo ao risco; Não geram impacto sobre o meio ambiente. 22

33 Zoneamento de áreas inundáveis e restrições de uso do solo Consiste em estabelecer restrições de uso do solo nas áreas ribeirinhas, mas para isso é necessário desenvolver o mapa de inundação da cidade ou região, de acordo com o perigo de inundação estabelecido para diferentes cotas destas áreas e ter estas restrições bem regulamentadas por lei e fiscalizadas pelo poder público municipal. Segundo Tucci (2007), a área de maior risco, conhecida como zona de passagem das enchentes, deve ser completamente desobstruída, portanto, nada pode ser construído neste local e as habitações pré-existentes devem ser realocadas pela prefeitura; esta área poderia ter seu uso destinado à agricultura ou outro uso similar às condições naturais. Neste sentido, Carneiro e Miguez (2011) propõem uma solução de uso sustentável para esta área, com faixas de reserva florestal próximas às condições naturais (sempre que possível). Já as zonas com restrições, podem ser utilizadas para (TUCCI, 2007): Recreação - desde que o investimento seja baixo e as estruturas não se danifiquem com facilidade, como parques e quadras poliesportivas; Uso agrícola; Habitações estruturalmente protegidas contra inundações e com mais de um piso, em que o piso superior deve ficar, no mínimo, no nível do limite da inundação. Zona industrial-comercial com áreas pouco nobres, como estacionamentos, áreas de carregamento e de armazenamento de equipamentos facilmente removíveis e não tóxicos e nem perecíveis; Serviços públicos estradas e pontes, desde que corretamente projetadas, linhas de transmissão de energia, adutoras de água tratada ou bruta e interceptores ou emissários de esgoto sanitário. Dentro deste contexto, Carneiro e Miguez (2011), mencionam que é comum dividir a planície de inundação em duas zonas: a zona de passagem de cheias que já foi descrita e a outra como planície de inundação, que são afetadas somente com precipitações maiores, funcionando como área de armazenamento. No geral, a planície de inundação está associada a Tempo de Recorrência de 50 a 100 anos e a zona de passagem a TR de 25 anos. 23

34 Tucci (2007) descreve dois tipos de mapas de inundação: mapas de planejamento, que definem as áreas afetadas por cheias de tempo de recorrência determinados, e os mapas de alerta, utilizados junto aos sistemas de previsão e alerta de cheias. Para o zoneamento e regulamentação do uso do solo o que interessa são os mapas de planejamento. Sobre o zoneamento de áreas de inundação, Jiménez Álvarez (2010) aponta alguns problemas enfrentados na Espanha, que são possíveis de considerar à luz da realidade brasileira, devido às suas similaridades: - Ainda não está suficientemente desenvolvido na Espanha, ou seja, precisa avançar; - Deveria ser levado em conta, sistematicamente, no planejamento urbano e no ordenamento territorial; - Há dificuldades para ser colocado em prática; - Traz problemas de competências, pois envolve diversos órgãos governamentais e de mais de uma esfera (municipal, estadual e/ou federal); - Há uma lacuna legal: deveria ser desenvolvida uma normativa mínima para aplicação em todo o território federal. No que tange aos Planos Diretores de Drenagem Urbana, Tucci (2007) salienta que estes são um instrumento utilizado para planejar o controle dos impactos advindos das enchentes urbanas dentro da cidade e orientar as ações de curto e longo prazo, para possibilitar a obtenção de um desenvolvimento sustentável. A Tabela 2.1 obtida de Rezende (2012) elenca exemplos e características de medidas estruturais (intensivas e extensivas) e medidas não estruturais. 24

35 Tabela Medidas para controle das inundações. Fonte: REZENDE (2012), adaptado de BAPTISTA et al. (2005). Por fim, conclui-se que, na conceituação atual de manejo de águas pluviais urbanas, o controle e a minimização dos efeitos adversos das inundações urbanas não se limitam ao principio dominante no meio técnico tradicional, como o de se propiciar o afastamento e o escoamento das águas pluviais dos pontos críticos, mas à agregação de um conjunto de ações e soluções de caráter estrutural e não estrutural, envolvendo execuções de grandes e pequenas obras associadas ao planejamento e gestão de ocupação do espaço urbano, com legislações e fiscalizações eficientes quanto à geração dos deflúvios superficiais advinda do uso e da ocupação do solo. 25

36 3. REQUALIFICAÇÃO FLUVIAL Os rios representam uma parte essencial do nosso patrimônio natural e cultural. Em se tratando do continente europeu, eles têm sofrido uma importante deterioração ecológica, nos últimos séculos, principalmente devido à: regularização das vazões (com o uso de barragens), canalizações, ocupação das várzeas, agricultura, indústria e urbanização (GONZÁLEZ DEL TÁNAGO e GARCÍA DE JALÓN, 2007). No Brasil não é diferente. Dada esta deterioração progressiva dos rios europeus, a gestão integrada dos mesmos tornou-se prioritária, e, com esse objetivo foi concebida a Diretiva Quadro da Água - DQA (EU WATER FRAMEWORK DIRECTIVE 2000/60/EC). Para isso, a DQA considera essencial uma melhor compreensão dos sistemas fluviais e estabelece que os indicadores biológicos devem determinar, em última instância, o estado de deterioração em que um corpo de água se encontra. A DQA foi estabelecida pela União Europeia em 2000 para a proteção e a gestão da água e tem como principal objetivo alcançar um bom estado ecológico de todas as águas comunitárias até Neste contexto foram criados os Centros de Requalificação Fluvial e Centros de Restauração Fluvial (River Restoration Centre). Os aspectos inovadores da DQA se refletem em novas práticas e abordagens de planejamento e gestão dos recursos hídricos em toda a União Europeia e passam a influenciar outros países. Segundo González del Tánago e García de Jalón (1995), a restauração fluvial pode ser definida como um conjunto de atividades que tem como objetivo devolver ao rio sua estrutura e funcionamento como um ecossistema, de acordo com uma dinâmica e processos equivalentes às condições naturais, ou às condições que estabelecemos como referência de um bom estado ecológico. Enquanto a renaturalização implica o regresso do ecossistema fluvial às suas condições e funções originais, quase primitivas, com baixos níveis de intervenção humana, considera-se mais adequada e atingível a designação de reabilitação ou requalificação, ou seja, o retorno parcial às condições estruturais e funcionais existentes antes da degradação do rio e que respeite os usos da água. 26

37 O termo requalificação fluvial, utilizado neste trabalho, tem origem no termo italiano requalificazione fluviale e pode ser considerado sinônimo do termo em inglês river rehabilitation. Segundo o Centro Italiano per la Riqualificazione Fluviale (CIRF, 2006), a requalificação fluvial é o conjunto sinérgico e integrado de técnicas e ações, dos mais diversos tipos (desde aspectos jurídicos, administrativos e financeiros, até aspectos estruturais), destinado a tornar um curso d água e o seu entorno mais conectado a ele ("sistema fluvial"), em um estado mais natural possível, capaz de desempenhar as suas funções ecossistêmicas (geomorfológicas, físico-químicas e biológicas) agregadas a um maior valor ambiental e buscando satisfazer, ao mesmo tempo, os objetivos socioeconômicos. Portanto, a requalificação fluvial tem como princípios fundamentais: a diminuição do risco hidráulico, a recuperação geomorfológica, a melhoria da qualidade da água e a melhoria dos ecossistemas fluviais. Desta forma, requalificar rios é fundamental para possibilitar que outros usos sejam novamente introduzidos no contexto fluvial urbano, em vez de sua utilização apenas como corpo receptor de efluentes (tratados ou não) e de águas pluviais. A Figura 3.1 ilustra a visão da requalificação fluvial, que é de reverter a degradação, buscando nunca piorar, melhorando sempre que possível e tentando alcançar uma condição ecológica melhor mais próxima possível do estado natural (JACOB, 2013; CIRF, 2006). 27

38 Figura A visão da requalificação fluvial Fonte: JACOB (2013); adaptado de CIRF (2006). De acordo com CIRF (2006), apud Veról (2013): A abordagem clássica que atribui aos rios características de canais estáveis e fixos, com várias obras de defesa contra as cheias (diques, proteção das margens, etc.), na maioria dos casos provou não ser a melhor solução, ao longo do tempo. De fato, os prejuízos estão aumentando e enormes quantidades de dinheiro são gastos a cada ano para reparar estes danos e para realizar novas obras hidráulicas, numa espiral interminável de custos crescentes. A abordagem da requalificação fluvial, por outro lado, inclui a procura por um balanço mais compatível entre as necessidades do homem e a dinâmica da natureza, oferecendo oportunidades efetivas e mais sustentáveis para enfrentar o problema do risco hidráulico. Neste contexto, devolver a planície de inundação para o rio, que naturalmente sempre pertenceu a ele, é considerado uma ação de requalificação fluvial, pois possibilita atingir alguns de seus objetivos, como diminuição de riscos hidráulicos, a recuperação geomorfológica e a melhoria dos ecossistemas fluviais. Segundo Veról (2013), a proposta de desenvolvimento de soluções sustentáveis de drenagem deve integrar-se em arranjos articulados com a paisagem urbana, em uma abordagem que estabeleça relações multidisciplinares e sistêmicas, visando integrar o urbanismo, a engenharia e o paisagismo. Logo, ressalta-se a possibilidade da requalificação fluvial, em um sentido mais amplo, como instrumento para auxiliar no 28

39 controle de cheias e garantir ambientes mais saudáveis e naturais, bem como soluções efetivas, econômicas, menos dependentes de manutenção e mais sustentáveis. Devido à deterioração progressiva dos ecossistemas fluviais ao redor do mundo, a revitalização dos rios surge como uma necessidade (MIGUEZ et al., 2012). Mesmo que esta discussão esteja envolvida por muitas incertezas, existem diversos exemplos de rios europeus e norte-americanos que passaram pelo processo de revitalização. Os resultados obtidos podem ser avaliados não só do ponto de vista estético e de melhora do entorno, como também do ponto de vista do funcionamento ecológico e hidráulico dos trechos fluviais recuperados, na melhora da quantidade e qualidade dos recursos fluviais e em potencial de uso para as populações ribeirinhas (GONZÁLEZ DEL TÁNAGO e GARCÍA DE JALÓN, 2007, apud MIGUEZ et al., 2012). Alguns exemplos são: o Rio Tâmisa na Inglaterra, o Rio Isar na Alemanha e o Rio Cheonggyecheon na Coréia do Sul (AMARAL et al., 2011). A questão da revitalização em zonas urbanas é mais complexa, em decorrência das grandes alterações sofridas pelas áreas ribeirinhas ao longo do tempo, com construções de edificações e traçado de vias, que tornam difícil dispor do espaço necessário para recuperar a condição natural dos processos fluviais, tanto do leito, como de suas margens (GONZÁLEZ DEL TÁNAGO E GARCÍA DE JALÓN, 2007). Mais ainda, a própria bacia, fortemente alterada, não tem mais condições de manter funções naturais dos rios (Veról, 2013) Os rios urbanos apresentam uma configuração totalmente modificada de seu estado natural, com meandros substituídos por trechos retificados, ocupação da calha secundária por vias de circulação e ocupações irregulares de planícies de inundação, dando lugar a bairros inteiros (AMARAL et al., 2011). A implantação de parques urbanos pode ser introduzida como uma forma alternativa aos tradicionais programas de investimento em canalizações de cursos d água urbanos, e que funciona como uma possível medida de revitalização (CARNEIRO, 2008). Segundo Amaral et al. (2011), a inclusão destes parques em áreas urbanas compõem um conjunto de medidas de revitalização implantadas ao longo dos rios, que visam principalmente reduzir a incidência e efeitos das inundações, reduzir a 29

40 erosão sedimentação do solo e impedir o avanço da ocupação irregular das faixas marginais dos rios. A tipologia de parques urbanos consiste em diferentes definições de parques, os quais possuem diferentes funções, conforme descrito abaixo (CARNEIRO, 2008) e apresentado na Figura 3.2. Parque Urbano Fluvial Parques longitudinais ao longo de rios, cuja finalidade é a proteção das margens dos cursos d água, assim como evitar a ocupação irregular destas áreas por população de baixa renda. Parque Urbano Inundável Parques longitudinais implantados propositalmente em áreas com cotas baixas, de modo a permitir freqüentes inundações, que contribuirão para laminar as cheias. Parque Urbano de Preservação Ambiental - Parques de maiores dimensões, planas ou não, com finalidade de preservação e valorização ambiental, visando manter superfícies permeáveis e minimizar a geração de runoff. Figura Tipologia de Parques Urbanos. Fonte: COPPETEC (2010). 30

41 4. RISCO DE INUNDAÇÕES Segundo Gouldby e Samuels (2005), o termo risco não possui uma única definição específica, mas sim uma gama variável de significados, de acordo com o tema a que está relacionado, como, por exemplo, as questões econômicas, ambientais e sociais. A adaptabilidade do conceito de risco é um dos seus pontos fortes. Por outro lado, a dificuldade com o termo "risco" é que ele foi desenvolvido através de uma ampla variedade de disciplinas e atividades, e isto pode gerar interpretações equivocadas em um processo de avaliação de risco. Neste sentido, torna-se de suma importância definir o conceito de risco para cada caso específico, previamente a qualquer análise. Não menos importante é a distinção que existe entre os termos "perigo" e "risco". Portanto, com base em Zonensein (2007) e Gouldby e Samuels (2005), definemse, a seguir, alguns conceitos e termos a serem empregados neste trabalho. Sobre as possíveis definições e conceitos de risco, pode-se citar que no âmbito da estatística, o risco costuma ser usado como sinônimo da probabilidade de um evento indesejável. Já no campo da engenharia, o risco está relacionado tanto à probabilidade de ocorrência de um evento, quanto à expectativa de perdas causadas por ele. Considerando esta última definição, o risco estaria, portanto, dividido em dois componentes básicos: um que se refere à probabilidade de ocorrência de um evento, e outro relativo às suas consequências. Tratando-se do risco de cheia, em particular, esta é a definição tradicionalmente utilizada e aceita, sendo, portanto, adotada doravante. O risco está condicionado à existência de um perigo, ou seja, um evento ou fonte de origem do risco. No caso do risco de inundação, a chuva representa o perigo. No entanto, a simples ocorrência deste evento não determina a presença de risco, que também dependerá da avaliação quanto à vulnerabilidade de pessoas e/ou bens passíveis de serem afetados, assim como do valor associado a estes. Neste contexto, perigo refere-se à situação que tem potencial para causar danos e ameaça a existência ou os interesses de pessoas, propriedades ou meio ambiente. Sendo assim, destaca-se que o perigo é um evento inerente a determinada situação e não pode, portanto, ser controlado ou reduzido. O risco, por sua vez, é passível de ser gerenciado, alterando-se sua probabilidade ou suas consequências. 31

42 A componente do risco de cheia relativa à probabilidade pode ser associada ao conceito de tempo de recorrência da chuva que dá origem à inundação (TR). O tempo de recorrência de uma precipitação (medido em anos) designa o intervalo de tempo médio em que este evento é igualado ou superado. É, também, o inverso da frequência anual com que a precipitação é igualada ou superada. Desta forma, o tempo de recorrência está associado a uma altura máxima de chuva, que, por sua vez, determinará características específicas da inundação, tomada, por aproximação, com a mesma recorrência, tais como altura, área, velocidade e duração da cheia. Dentro desta componente de probabilidade também se enquadra a possibilidade de falha de uma estrutura, como a ruptura parcial ou total de um dique, estas, porém, mais difíceis de avaliar. Quanto à componente do risco relativa às consequências da cheia, ela pode ser definida em função da exposição e vulnerabilidade dos elementos sob risco. A exposição ao risco refere-se à quantidade e qualidade dos elementos (número de pessoas e propriedades) que podem ser afetados por um evento perigoso, enquanto a vulnerabilidade resulta do valor associado a estes elementos. Ou seja, a vulnerabilidade representa as propriedades de um sistema que descrevem seu potencial de ser danificado (GOULDBY e SAMUELS, 2005). Outro fator que influencia a vulnerabilidade é a percepção do risco, definida como o julgamento intuitivo de um indivíduo ou grupo social acerca do risco ao qual está submetido. Esta avaliação é realizada com base nas informações, incertezas e experiências anteriores deste indivíduo ou coletividade. Uma baixa percepção do risco resultante, por exemplo, do fato de inundações serem raras em determinada região ou da ausência de experiências anteriores induz ao despreparo para situações de emergência. Por isso, é importante que as partes interessadas (comunidades, especialistas, gestores) compartilhem de uma percepção de risco relativamente homogênea, o que pode ser promovido através de medidas educativas e de comunicação. Como consequência, espera-se que haja uma maior cooperação e aceitação de políticas relacionadas à gestão de riscos de inundação. A Figura 4.1 mostra a relação entre os conceitos explicados anteriormente. 32

43 Figura 4.1 Relação entre os componentes do risco. Fonte: ZONENSEIN (2007). Risco residual Pode ser definido como o risco que permanece após a soma de todas as ações de gerenciamento de riscos de inundação (isto é, medidas para reduzir a probabilidade de inundações e as medidas tomadas para reduzir a vulnerabilidade ou melhorar a resiliência de certa área). Para evitar confusão, a data em que foi avaliado o risco residual deve ser mencionada. Normalmente, o risco residual declarado de relevância para o público está associado com os dias atuais. No entanto, para os gestores, a compreensão de como o risco residual varia no tempo por causa do clima ou outras alterações é crucial. Danos e Prejuízos Cidades cortadas por cursos de água, os quais são sujeitos a grandes variações de vazões em tempos relativamente curtos, tornam-se extremamente vulneráveis aos trágicos eventos de inundação, com prejuízos enormes a economia das propriedades ribeirinhas e, sobretudo, de risco de perdas de vidas humanas. Nessas situações, a implementação de um sistema de prevenção e de alerta, a organização e o acionamento de uma instituição de defesa civil tornam-se obrigatórios e imprescindíveis como garantia à vida cidadã da localidade. A existência de áreas ocupadas de alto risco de inundação é da competência do Poder Publico municipal e, portanto, é de sua responsabilidade oferecer condições de vida a todas as pessoas estabelecidas em locais 33

44 aprovados ou permitidos pela administração municipal. O avanço das leis democráticas deve oferecer o suporte e a proteção necessários a todos os cidadãos, principalmente no que se refere a moradias e estabelecimentos de trabalho (RIGHETTO, 2009). No atual estágio de desenvolvimento do Brasil, o contingente populacional que vive em condições abaixo do limite tolerável de pobreza é alto (apesar de estar reduzindo) e o déficit habitacional continua sendo uma das principais fragilidades que contribui para o baixo índice de desenvolvimento social do país. Por esse fato, a ocupação de áreas de risco pela população de baixa renda é preocupante, já que muitas áreas inundáveis urbanas são repentinamente sujeitas à favelização e, assim, suscetíveis aos trágicos eventos de enxurradas e inundações, quando estas se localizam na calha secundária de cursos de água ou em áreas de inundação em fundos de vales, lagoas, ou mesmo às margens de córregos que drenam águas de extensas bacias de drenagem. É uma situação de difícil solução, já que se configura como incompetência do Poder Publico em assegurar a proteção de vida a população que vive dentro do espaço urbano e que, em principio, deveria receber as garantias mínimas previstas pelo artigo 5º da Constituição Federal Brasileira. Os danos causados por inundações podem ser divididos em tangíveis e intangíveis. Os tangíveis são aqueles cujo valor econômico associado é bem definido, tal como danos físicos a construções (sua estrutura e conteúdo). Já danos à saúde, fatalidades e impactos ambientais são classificados como intangíveis, devido à sua difícil estimação monetária. Danos diretos são os resultantes do contato direto com a água da inundação e referem-se basicamente à deterioração física de bens e pessoas. Os principais danos indiretos, por sua vez, decorrem de perturbações físicas e econômicas do sistema produtivo, além de custos emergenciais por causa da inundação e podem afetar áreas significativamente maiores do que aquela diretamente afetada pela inundação. Incluem custos de limpeza e de serviços de emergência, lucro cessante, transtornos ao tráfego de veículos, interrupção de serviços diversos e perda de valor da propriedade. A Tabela 4.1 exemplifica cada um dos tipos de danos, de acordo com o setor afetado. 34

45 Tabela 4.1 Classificação de danos causados por inundações Fonte: Machado et al. (2005). Uma parte importante da análise de risco é a decisão sobre quais destas consequências serão consideradas e como serão estimadas. Devido às dificuldades em se contabilizar estes impactos socioeconômicos, alguns indicadores, tais como número de pessoas e propriedades impactadas, seu respectivo valor, condições pré-existentes de saúde e salubridade, idade das pessoas sinistradas, são utilizados para este fim (MACHADO et al., 2005). 35

46 5. CARACTERIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DOS RIOS IGUAÇU - SARAPUÍ Neste tópico do trabalho é apresentada a bacia hidrográfica de interesse, as informações têm como base a revisão do Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010) e a tese de Carneiro (2008). No começo do século passado, o rio Sarapuí passou a pertencer à bacia do rio Iguaçu, por ocasião das primeiras grandes obras de saneamento na Baixada Fluminense, quando seu curso médio e inferior foi retificado e sua foz desviada para o curso inferior do rio Iguaçu. Esta concepção era muito aplicada nessa época pelo extinto Departamento Nacional de Obras de Saneamento - DNOS, tendo como um dos objetivos combater a malária. A bacia dos rios Iguaçu - Sarapuí possui uma área de drenagem total de 727 km², dos quais 168 km² representam a sub-bacia do rio Sarapuí. A fisiografia da bacia dos rios Iguaçu-Sarapuí é caracterizada principalmente por duas unidades de relevo: a Serra do Mar e a Baixada Fluminense, com um forte desnível de cerca de 1600 metros, do ponto mais alto da serra (o pico do Tinguá) até a planície. O rio Iguaçu nasce na Serra do Tinguá, desenvolve seu curso no sentido sudeste e deságua na baía de Guanabara, percorrendo uma extensão total de cerca de 43 km. Seus principais afluentes são os rios Tinguá, Pati e Capivari pela margem esquerda e Botas e Sarapuí pela direita. Entre estes, as fozes dos rios Botas e do Capivari estão dentro da área de estudo desta pesquisa. O clima da bacia é quente e úmido com estação chuvosa no verão, com temperatura média anual em torno dos 22º C e precipitação média anual em torno de 1700 mm. Os rios descem as serras em regime torrencial, com forte poder erosivo, alcançando a planície, onde perdem velocidade e extravasam de seus leitos em grandes alagados. A bacia dos rios Iguaçu-Sarapuí abrange integralmente os municípios de Belford Roxo e Mesquita e parte dos municípios de Nilópolis, São João de Meriti, Nova Iguaçu, Duque de Caxias e do Rio de Janeiro (bairros de Bangu, Padre Miguel e Senador 36

47 Câmara), todos pertencentes à Região Metropolitana do Rio de Janeiro, conforme apresentado na Figura 5.1 a seguir. A bacia limita-se ao norte com a bacia do rio Paraíba do Sul, ao sul com as bacias dos rios Pavuna/Meriti, a leste com as bacias dos rios Saracuruna e Inhomirim/Estrela e a oeste com a bacia do rio Guandu e outros afluentes da baía de Sepetiba. 37

48 Figura 5.1 Bacia hidrográfica dos rios Iguaçu-Sarapuí (COPPETEC, 2010). 38

49 Observa-se na bacia uma nítida compartimentação territorial. O primeiro macrocompartimento consiste em áreas de remanescentes florestais sob proteção legal, situadas nas serras abruptas que circundam a bacia hidrográfica e onde nascem os rios que drenam a bacia, dentre outras, a Reserva Biológica do Tinguá e APAs municipais como Rio D Ouro e Tinguazinho, a APA Gericinó/Mendanha e o Parque Estadual da Pedra Branca. Essas áreas, protegidas por leis municipais, estadual e federal, embora sofram ameaças de toda ordem, guardam ecossistemas típicos de Mata Atlântica com elevado grau de diversidade florística e faunística. Além da importância ecossistêmica e biológica desses remanescentes florestais, são incomensuráveis os serviços prestados por essas áreas à regulação climática e hidrológica da Baixada Fluminense. O segundo macro-compartimento consiste na porção do território da bacia adjacente à Reserva Biológica do Tinguá. Essa área da bacia, formada por planícies entrecortadas por morros meia-laranja, apresenta espaços livres ainda não incorporados à malha urbana. Essa porção da bacia exerce um papel estratégico para o controle das inundações urbanas. Funcionam, também, como uma zona de tamponamento para a Reserva Biológica do Tinguá e demais unidades de conservação situadas no alto curso do rio Iguaçu e seus tributários, ao funcionar como zona de transição entre as unidades de conservação e as áreas urbanas. O terceiro macro-compartimento consiste na área urbana propriamente dita, situada, principalmente, nas áreas planas e em cotas de terreno pouco acima do nível do mar. A ocupação dessas áreas consolidou-se na década de 1940, com a melhoria da ligação Rio-Nova Iguaçu, decorrente da eletrificação do eixo ferroviário e com a abertura da rodovia Presidente Dutra em O entendimento da interrelação entre esses três macro-compartimentos é fundamental para o planejamento do uso do solo voltado para o controle das inundações urbanas na bacia. A estratégia adotada pelo Projeto Iguaçu consiste no planejamento do uso do solo em bases regionais, considerando os impactos no longo prazo que o descontrole da urbanização poderá trazer para a bacia como um todo, principalmente em relação à frequência e intensidade das inundações urbanas. Na imagem de satélite mostrada na Figura 5.2 é possível visualizar a bacia dos Rios Iguaçu-Sarapuí. 39

50 Figura 5.2 Bacia dos rios Iguaçu-Sarapuí sobreposta à imagem de satélite. Fonte: Google Earth (2013). 40

51 6. METODOLOGIA Neste capítulo, são descritos os materiais e métodos utilizados para se alcançar os objetivos propostos nesta dissertação. Primeiro é apresentada uma revisão conceitual do Modelo de Células de Escoamento MODCEL (MIGUEZ, 2001), que foi o modelo matemático escolhido para simular o comportamento hidrodinâmico da bacia e do rio Iguaçu, possibilitando avaliar os cenários propostos, de acordo com as intervenções utilizadas para o controle de inundações e do uso e ocupação do solo. Em seguida, é abordado o método utilizado para materializar o risco de inundação, em termos de prejuízos causados às residências das áreas alagadas. Por fim, são apresentados os procedimentos para a realização da modelagem matemática, incluindo informações da modelação topográfica, hidráulica e topológica, considerando a configuração de projeto, adotada como Alternativa 1, proposta pelo Projeto Iguaçu (2010), uma Alternativa 2 de projeto, que utiliza diques em escala generalizada e uma Alternativa 3, que considera a situação atual, parcial, de implantação do Projeto Iguaçu, todas em condições que superam a previsão de projeto em termos de tempo de recorrência das chuvas. Também são descritos os dados de entrada no modelo, dados hidrológicos, condições de contorno e procedimento de calibração. 6.1 Revisão Conceitual do MODCEL O Modelo de Células de Escoamento - MODCEL é um modelo matemático hidrodinâmico completo, Quasi-2D, que possui uma relevante vocação para diagnosticar e simular soluções para os problemas relacionados as inundações em áreas urbanas. O fato de o modelo ser Quasi-2D significa que ele interpreta a realidade física da bacia de forma bidimensional, mas as equações hidráulicas utilizadas para simular a hidrodinâmica do escoamento são utilizadas de forma unidimensional. De acordo com Miguez (2001) o modelo pode ser descrito da seguinte forma: - O MODCEL é aplicado para modelagem hidrodinâmica de bacias sujeitas a enchentes partindo do princípio que a bacia pode ser representada por compartimentos 41

52 interligados, formando uma rede bidimensional. Esses compartimentos são chamados de células de escoamento. A bacia é subdividida em diferentes células interligadas entre si e o escoamento entre as células é calculado por equações hidráulicas unidimensionais definidas de acordo com o padrão topográfico e de urbanização da região, através de relações hidráulicas, como, por exemplo, a equação dinâmica de Saint-Venant (na sua forma completa ou simplificada), a equação de escoamento sobre vertedouros, a equação de escoamento através de orifícios, equações de escoamento através de bueiros, entre outras várias. A região subdividida em células forma uma rede de escoamento bidimensional, com possibilidade de escoamento em várias direções nas zonas de inundação, a partir de relações unidimensionais de troca. Cada célula comunica-se hidraulicamente com células vizinhas, recebe a contribuição de precipitações e realiza processos hidrológicos internos para transformação de chuva em vazão. Às vazões trocadas com as células vizinhas soma-se a vazão resultante da transformação da chuva. A representação da natureza pode ser feita através de células isoladas ou formando um conjunto, a fim de representar a complexidade dos possíveis caminhos das águas em uma inundação. As hipóteses de aplicação do modelo de células em bacias urbanas são: 1. A natureza pode ser representada por compartimentos homogêneos, interligados, chamados células de escoamento. 2. Na célula, o perfil da superfície livre é considerado horizontal, a área desta superfície depende da elevação do nível d'água no interior da mesma e o volume de água contido em cada célula é diretamente relacionado com o nível d'água no centro da célula. 3. Cada célula comunica-se com células vizinhas, que são arranjadas em um esquema topológico, constituído por grupos formais, onde uma célula de um dado grupo só pode se comunicar com células deste mesmo grupo, ou dos grupos imediatamente posterior ou anterior. 4. O escoamento entre células pode ser calculado através de leis hidráulicas conhecidas como, por exemplo, a Equação Dinâmica de Saint-Venant. 42

53 5. A vazão entre duas células adjacentes, em qualquer tempo, é apenas função dos níveis d água no centro dessas células. 6. As seções transversais de escoamento são tomadas como seções retangulares equivalentes, simples ou compostas. 7. O escoamento pode ocorrer simultaneamente em duas camadas, uma superficial e outra subterrânea, em galeria, podendo haver comunicação entre as células de superfície e de galeria. Com o objetivo de fazer com que o MODCEL representasse o espaço urbano, surgiram diversas "células tipo", desenvolvidas para abranger a realidade da drenagem urbana e propiciar uma representação adequada da mesma, conforme listados a seguir: - Células tipo rio ou canal: são, efetivamente, trechos de rios e de canais, cujo conjunto, em sequencia, normalmente forma a rede de macrodrenagem, excetuando-se a representação das galerias, que é feita por células tipo galeria; - Células tipo galeria: são trechos de canais fechados, subterrâneos, considerados escoando a superfície livre, que, junto com o tipo anterior, compõem a macrodrenagem; - Células tipo planície: representam escoamentos a superfície livre em planícies alagáveis, bem como áreas de armazenamento, ligadas umas as outras por ruas, englobando também áreas de encosta, para recepção e transporte da água precipitada nas encostas para dentro do modelo, áreas de vertimento de água de um rio para ruas vizinhas e; - Células tipo reservatório: simulando o armazenamento d água em um reservatório temporário de armazenamento, dispondo de uma curva cota x área superficial. A célula tipo reservatório cumpre o papel de amortecimento dos picos dos hidrogramas de alguns corpos hídricos ou ainda podem estar associadas a reservatório de amortecimento de barragens. Alem dos tipos pré-definidos de células existem os tipos de ligações, representados por leis hidráulicas, que são necessárias à comunicação entre as células, ou seja, a troca de vazão. A Figura 6.1 ilustra um esquema de uma região dividida em células. 43

54 Figura 6.1 Representação esquemática de uma região dividida em células (MIGUEZ, 2001). 6.2 Materialização do Risco de Inundação em termos de Curvas de Prejuízo Para efeito de comparação de resultados e soluções propostas, o risco de inundação em termos de prejuízos é usado como indicador, mensurado através de curvas de prejuízos em função da altura da lâmina d água das áreas afetadas, obtidas a partir da simulação hidrodinâmica (modelagem matemática). Primeiramente foi feita uma revisão da metodologia desenvolvida no estudo de Salgado (1995) para quantificar os prejuízos das inundações em áreas urbanas. Neste estudo os prejuízos são mensurados através dos danos causados às residências, em termos de danos às edificações e ao conteúdo das mesmas. O trabalho de Salgado (1995) foi desenvolvido para a própria Baixada Fluminense. Em seguida, adotam-se tempos de recorrência que começam com as definições típicas de projeto de macrodrenagem, ou seja, a partir de 25 anos, e avança-se com análises para tempos maiores, de 50, 100 e 200 anos, de forma a criar cenários críticos 44

55 de avaliação, onde se espera que as propostas de projeto falhem, realizando uma análise do chamado risco residual, a partir da quantificação dos prejuízos, usando as curvas desenvolvidas por Salgado (1995) com valores atualizados. A partir dos resultados da simulação do funcionamento do rio Iguaçu e dos pôlderes se identifica em que áreas as soluções de projeto falham, ou seja, onde ocorre vertimento do rio para as suas margens e consequentemente alagamento de áreas ocupadas por residências. É feita uma análise das células alagadas da área urbanizada/ocupada, onde são extraídos os dados de altura de lâminas d água (altura de inundação) para o cálculo do prejuízo em função da área das casas afetadas. A partir da área das casas, estimada por amostragens por quarteirões, são somadas todas as áreas para se ter a área total afetada. Usam-se imagens de satélite do aplicativo Google Earth e da ferramenta Street View para estimar o número de residências nas áreas afetadas, assim como o padrão de acabamento e as dimensões (por amostragem) como mostra a Figura 6.2 e a Figura 6.3. Figura 6.2 Imagem extraída em 2014 do Street View do Google Earth, rua localizada no município de Duque de Caxias RJ. A Figura 6.3 ilustra o caso específico de contagem de casas em uma célula, e de amostragem de medição das áreas das casas por quarteirões, para fins de quantificação de prejuízos. 45

56 Figura 6.3 Exemplo de amostragem de casas por quarteirões nas células afetadas por alagamentos utilizando imagens de satélite do Google Earth. Como dito antes, o cálculo do prejuízo tem como base as curvas de Salgado (1995), apresentadas na Figura 6.4 (prejuízo às edificações) e na Figura 6.5 (prejuízo ao conteúdo), ajustadas em termos de correção de valores. O uso dos índices para correção de valores está detalhado na Tabela 6.5. Salgado (1995) define o prejuízo direto às propriedades residenciais como prejuízos à edificação, que contemplam todos os aspectos da construção, e aqueles referentes ao conteúdo, que contemplam mobiliário, aparelhos de cozinha, eletrodomésticos, roupas pessoais, alimentos, produtos de limpeza entre outros. A quantificação dos prejuízos à edificação e ao conteúdo é expressa como fração do valor monetário global. Devem ser aplicadas nas diversas residências representativas da área potencialmente inundável e para cada item do prejuízo (edificação ou conteúdo). O Prejuízo à Edificação é definido como o custo de reposição da edificação corrigido por um fator de depreciação física. Matematicamente tem-se: (6.1) 46

57 Onde: é o prejuízo; é o custo de reposição e é fator de depreciação. O custo de reposição é determinado a partir do custo unitário de construção, em função de atributos físicos obtidos de levantamentos de campo, tais como: tipo, área construída, número de pavimentos e padrão de acabamento da construção. A metodologia utilizada por Salgado para determinação do custo unitário de construção para cada unidade representativa caracteriza-se pelos seguintes procedimentos: inicialmente, selecionam-se projetos tipos que reproduzem características das edificações existentes na área potencialmente inundável, considerando área construída e padrão de acabamento. Em seguida, para cada projeto tipo, foram determinados os custos totais de construção (materiais e mão de obra) elaborados pela Empresa de Obras Públicas do Rio de Janeiro (EMOP), referidos a dezembro de 1994, e apresentados nos Boletins mensais de custos e no Catálogo de referência Sistemas de Custos Unitários da Secretaria de Estado de Obras e serviços Públicos (SOSP) em conjunto com a EMOP entre 1988 e Depois, foram ajustadas equações associando o custo unitário de construção e a área construída para cada padrão de acabamento. As equações ajustadas tem a forma geral: (6.2) Onde e são constantes que dependem do padrão de acabamento da construção e é a área construída em metros quadrados O fator de depreciação ( ) considerado pelo modelo corresponde ao critério de Ross-Heidecke (1985), que considera a depreciação como função da vida útil, do tempo de uso e do estado de conservação. Na relação entre Altura de Inundação e Prejuízo à Edificação, tem-se como principal questão o estabelecimento do quanto cada item correspondente da edificação é danificado para cada altura de inundação. A abordagem inicial proposta para caracterizar esses danos foi à realização de pesquisa junto aos moradores de residências que já tivessem sido inundadas no passado. Contudo, a falta de recursos para a realização de pesquisas de campo, fez com que Salgado abandonasse esta alternativa. Como saída para este problema, os projetos tipo selecionados como representativos das construções existentes na área inundável foram 47

58 submetidos a profissionais da área de construção civil para caracterização e quantificação dos danos, associados a cada altura da inundação. Conforme Salgado (1995), a quantificação desses danos tem caráter subjetivo e depende essencialmente da experiência de cada profissional. As informações fornecidas foram analisadas e, em seguida foram estabelecidos índices médios utilizados para quantificação da extensão do dano. Depois, foi determinado o valor do prejuízo pelos custos unitários dos serviços (materiais e mão de obra) para reparar ou repor o componente danificado nas condições idênticas às anteriores à inundação. Os custos utilizados também são os elaborados pela EMOP, referidos a dezembro de 1994, e apresentados em SOSP-EMOP (1988 e 1995). Assim, a relação função Altura de Inundação x Prejuízo às Edificações residenciais representativas da área potencialmente inundável foi então determinada, por Salgado, para incrementos de 0,25m de altura de inundação. É possível visualizar os valores desta função para os três padrões de acabamento e os quatro projetos tipo na Tabela 6.1. Ressalta-se que os valores mostrados são o próprio prejuízo expresso em porcentagem do valor monetário da edificação, que para o presente estudo foi atualizado conforme descrição mais adiante. A Figura 6.4 mostra a curva obtida, por Salgado, a partir desta função para o padrão de acabamento baixo, que foi o padrão adotado para os cálculos de prejuízo do presente trabalho, conforme justificativa apresentada na sequência. 48

59 Tabela 6.1 Valores da Função Altura de Inundação x Prejuízo às Edificações. Fonte: SALGADO (1995). Figura 6.4 Curva da Função Altura de Inundação x Prejuízo às Edificações (expresso em porcentagem do valor da edificação) para padrão de acabamento baixo. Fonte: Adaptado de Salgado (1995). Para cada altura de inundação, identifica-se o componente da edificação sujeito a danos, avalia-se o valor monetário do prejuízo a partir dos custos unitários estabelecidos e se totaliza o prejuízo associado ao nível d água. 49

60 Quanto aos danos e índices médios adotados pela metodologia de Salgado para a quantificação dos prejuízos, tem-se: Fundação e superestrutura: as velocidades de escoamento da calha principal dos cursos d água aumentam durante as cheias e, eventualmente, provocam erosões localizadas, função das singularidades e obstruções do leito, da erodibilidade do material do leito e margens etc. Dependendo das características da fundação (cota de assentamento, amarração, etc.) e de sua proximidade com a calha podem ocorrer deslocamentos da fundação podendo causar rachaduras e trincas na estrutura e em seu acabamento. Alvenaria de elevação: estes danos limitam-se às edificações estruturalmente comprometidas localizadas em áreas de risco que necessitam de reformas extensivas independente da ocorrência de inundações. Revestimento das paredes: o emboço e reboco de revestimento das paredes têm sua durabilidade reduzida com a umidade, logo, também afetados com as inundações. Para efeito de quantificação destes danos, Salgado admitiu a necessidade de recuperação de um porcentual da área molhada das paredes internas e externas variável com a qualidade da construção. Os índices empregados encontram-se na tabela Tabela 6.2: Tabela Índice de Recuperação do Revestimento das Paredes (SALGADO, 1995). Padrão de acabamento Paredes internas Paredes externas Baixo 30% 40% Médio 20% 30% Alto 10% 20% Pintura: o contato direto com as águas de inundação suja e estraga a pintura das paredes, exigindo que sejam lavadas e, em seguida, repintadas. Para efeito de quantificação deste serviço, considerou-se necessário a repintura de todas as paredes externas e internas, independendo da altura da inundação. 50

61 Esquadrias: i) Portas: as edificações de madeira compensadas deformam-se e danificam-se em contato com a umidade, exigindo reparos para restaurar sua condição de uso. Para efeito de quantificação deste dano, o autor considerou a substituição de todas as portas da edificação, independendo da altura da inundação. ii) Janelas: em geral, são constituídas de madeiras de lei que em contato com a umidade também se deformam exigindo eventuais reparos para restaurar sua condição de uso. Para efeito de quantificação deste dano, o autor julgou necessária a substituição de um porcentual de todas as janelas molhadas variável com o padrão de qualidade da residência. As janelas foram consideradas a 1,20 m do piso. Os índices empregados são mostrados na Tabela 6.3: Tabela Índice de Reposição de Esquadrias (SALGADO, 1995). Padrão de acabamento Substituição de janelas Baixo 40% Médio 30% Alto 20% Pisos i) Pisos de madeira: para efeito de quantificação, o autor admitiu a substituição total dos pisos de madeira independendo da altura da inundação e da qualidade da construção. ii) Pisos cerâmicos: o autor considerou a simples lavagem compreendendo que este procedimento restituiria as condições anteriores de utilização. Cobertura: pode ser danificada pelos objetos flutuantes transportados pela inundação. Para efeito de quantificação,, o autor considerou apenas a limpeza. 51

62 Instalações Elétricas: admitindo que durante a inundação a rede elétrica está desligada os danos à instalação elétrica restringem-se a eventuais danos às tomadas interruptores bocais, disjuntores etc. Para efeito de quantificação, admitiu-se a necessidade de troca dos dispositivos efetivamente inundados. Instalações Hidráulicas: i. Água potável: em geral, os danos causados por inundações às instalações de água potável resumem-se ao alagamento de reservatórios o que exige a necessidade de limpeza e desinfecção dos mesmos. Para efeito de quantificação dos danos, considerouse necessário a limpeza e desinfecção dos reservatórios de todas edificações inundadas com altura superior a 0,20m. ii. Esgoto e águas pluviais: em geral, não sofrem danos com as inundações. Para a quantificação do Prejuízo ao Conteúdo, Salgado (1995) usou a abordagem clássica que consiste na realização de um levantamento de campo baseado em entrevistas junto aos moradores de unidades representativas da área potencialmente inundável com a finalidade de caracterizar: - quantidade, tipo, estado de conservação e depreciação dos diversos itens; - a localização e elevação de cada item na residência; - o tipo de dano sofrido por cada item. O valor monetário do conteúdo de cada residência depende, entre outros fatores, das condições sociais, econômicas e culturais de cada família. Para efeito de sua quantificação, admitiu-se, para cada projeto tipo, um conteúdo padrão, cuja qualidade foi classificada como alta, média e baixa associada ao padrão de acabamento da construção. O valor monetário de cada item do conteúdo foi determinado levando em conta o preço de compra à vista de cada artigo, como também da depreciação devido ao tempo de uso. O fator de depreciação foi tomado igual a 0,5 para todos os itens independentes 52

63 do padrão de qualidade do conteúdo, considerando que os itens danificados terão, em média, um tempo de uso igual à metade de sua vida útil. Com base no conteúdo padrão e no valor de cada item, determinou-se o valor total do conteúdo de cada residência. Em seguida, para cada unidade econômica representativa, foram ajustadas equações associando o custo unitário do conteúdo e a área construída, para cada classe de qualidade do conteúdo. As equações ajustadas são da forma: (3) Onde: é o custo unitário do conteúdo dado em reais por metro quadrado; e são constantes que dependem do padrão de qualidade do conteúdo e é a área construída em metros quadrados. Com relação ao preço dos itens do conteúdo de residências, foi executada uma pesquisa de preços sem um tratamento estatístico rigoroso, devido ao pequeno tamanho das amostras obtidas e a variabilidade de preços determinada pela diferença de modelos de um mesmo item. Os principais critérios utilizados na pesquisa de preços foram à consulta limitada a revendedores populares situados na Região Metropolitana do Rio de Janeiro, a condição de pagamento à vista e quantidade unitária. Para a determinação dos preços médios referentes a cada padrão de qualidade do conteúdo adotaram-se os seguintes critérios: i) alto padrão de qualidade: preço médio dos modelos mais sofisticados do mesmo item ou o valor máximo amostral. ii) médio padrão de qualidade: preço médio dos valores amostrais. iii) baixo padrão de qualidade: preço médio dos modelos menos sofisticados do mesmo item, ou o valor mínimo amostral. Para a estimativa do valor do prejuízo associado a cada altura de inundação, Salgado (1995) estabeleceu o quanto cada item do conteúdo é danificado. Para isso foram realizadas pesquisas junto a lojas de reparos e de assistência técnica a equipamentos domésticos. O valor do prejuízo de cada item foi determinado pelo menor custo entre o de limpeza/conserto obtido junto a empresas especializadas, e o de 53

64 reposição corresponde ao preço de compra à vista, referido a dezembro de Considerou-se também a depreciação do item devido ao tempo de uso. Logo, a relação função Altura de Inundação x Prejuízo ao Conteúdo das residenciais representativas da área potencialmente inundável foi então determinada, por Salgado, para incrementos de 0,25m de altura de inundação. É possível visualizar os valores desta função, para os três padrões de acabamento e os quatro projetos tipo, na Tabela 6.4. Ressalta-se que os valores mostrados são o próprio prejuízo expresso em porcentagem do valor monetário do conteúdo, que para o presente estudo foi atualizado conforme descrição mais adiante. A Figura 6.5 mostra a curva obtida, por Salgado, a partir desta função para o padrão de acabamento baixo, que foi o padrão adotado para os cálculos de prejuízo do presente trabalho, conforme justificativa apresentada na sequência. 54

65 Tabela 6.4 Valores da Função Altura de Inundação x Prejuízo ao Conteúdo. Fonte: SALGADO (1995). Figura 6.5 Curva da Função Altura de Inundação x Prejuízo ao Conteúdo (expresso em porcentagem do valor do conteúdo das edificações) para padrão de acabamento baixo. Fonte: Adaptado de Salgado (1995). Para cada altura de inundação, o programa identifica o item sujeito a danos, avalia o valor monetário do prejuízo a partir dos custos unitários estabelecidos e totaliza o prejuízo associado ao nível d água. Finalmente, o valor do prejuízo é expresso em porcentagem do valor monetário do conteúdo. 55

66 Atualização/correção dos valores utilizados por Salgado: Para a atualização/correção dos valores utilizados por Salgado (1995), foram estudados diversos índices de custos do setor da construção civil. Entre eles: Índice Nacional de Custo da Construção (INCC-FGV), Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI) do IBGE, CUB (Custo Unitário Básico) do Sindicato da Indústria da Construção Civil (SINDUSCON RJ) e o Índice Geral da Construção Civil da Empresa de Obras Públicas (EMOP) do Estado do Rio Janeiro. Como Salgado (1995) utilizou como base para obter valores de prejuízo o índice EMOP para custo do m² dos diversos padrões de residenciais afetados pelas enchentes, buscou-se utilizar este índice específico da EMOP, porém o mesmo foi substituído pelo Índice Geral da Construção Civil, que não avalia o custo unitário de mercado para o m² residencial construído, mas, sim, avalia de forma geral os custos da construção civil para diversos setores (conforme contato realizado com especialistas responsáveis por este assunto na EMOP). Foram consultados outros especialistas da área de construção civil sobre os custos unitários, inclusive da EMOP e do Sinduscon-RJ. Também foram corrigidos os valores através dos índices mencionados, usando como base as séries de dezembro/1994 a julho/2014, quando disponíveis (Tabela 6.5) Tabela 6.5 Índices de custos da construção civil e correção de valores do m 2 construído devido à inflação. Índices de correção de Valor do m² em Valor atualizado - Valor atualizado - Valor do CUB valores dez/1994 (EMOP) SINAPI jul/2014 INCC jul/2014 Sinduscon jul/2014 padrão baixo padrão médio Percentual de correção % % Após as consultas aos especialistas mencionados, optou-se por utilizar o CUB. Não foi apresentado o percentual de correção do CUB referente ao à série avaliada, pois ele passou por um processo de alteração da metodologia de cálculo durante este período. O CUB é calculado conforme disposto na ABNT NBR 12721:2006, em cumprimento à Lei nº 4.591/64, com base em novos projetos, novos memoriais descritivos e novos critérios de orçamentação. Os valores correspondem aos do metro quadrado da construção para os diversos padrões estabelecidos pela Norma. 56

67 Para utilizar as curvas de prejuízo de Salgado (Figura 6.4 e Figura 6.5) é necessário definir/utilizar o padrão de acabamento das residências e dos conteúdos para obtenção dos valores das funções de prejuízos à edificação e ao conteúdo. Segundo dados do Mapa da Pobreza do IBGE (Censo demográfico de 2000), Duque de Caxias apresentou incidência da pobreza 53,53 e Belford Roxo 60,06, valores de incidência considerados altos, segundo critérios deste índice. Já para o Índice de GINI (IBGE, 2000), que é usado para medir a desigualdade social, Duque de Caxias apresenta um índice de 0,42 e Belford Roxo 0,38. Quanto maior o valor deste índice, que varia de 0 a 1, maior o índice de desigualdade social. Este índice também demonstra que esta área sofre com desigualdade. Além destes índices, foi realizada uma visita técnica ao local do pôlder do Outeiro em 2012, pois na época o autor trabalhava no Instituto Estadual do Ambiente (INEA) e a frente de obras do Projeto Iguaçu se encontrava neste pôlder. Por serem localidades (pôlder do Pilar e Outeiro) que possuem características e problemática parecidas, as informações da visita também foram utilizadas para a avaliação do padrão de acabamento das residências. Também se utilizou a ferramenta Street view do Google Earth (Figura 6.2) para avaliar o padrão de acabamento das residências. Portanto adotou-se, de forma embasada, o padrão baixo para as residências e também para os conteúdos. Portanto, o valor utilizado nos cálculos de prejuízos foi o CUB para residências familiares de padrão baixo, que na data de referência adotada para este trabalho, julho de 2014, era de R$ 1.243,83. Para a correção dos valores dos conteúdos, utilizou-se o Índice Nacional de Preços ao consumidor Amplo IPCA do IBGE, devido à diversidade dos produtos domésticos e a possibilidade de utilizar a série de dezembro/1994 a julho/2014. Também foram consultados, informalmente, especialistas da área de economia, que sugeriram o uso deste índice. 57

68 6.3 Procedimentos propostos Este estudo tem como ponto de partida uma base de dados de diversas modelagens hidrodinâmicas realizadas no contexto da revisão do Projeto Iguaçu (2010), que tratam de risco e controle de inundações, entre outros aspectos. Foi definida dentro da área do Projeto Iguaçu uma região para desenvolvimento de análises comparativas entre diferentes concepções de projeto, em termos de controle de inundação, para avaliar o risco em termos de prejuízos, de acordo com os objetivos propostos. Para preparar a base de modelagem do caso de estudo, utilizando os conceitos do MODCEL mencionados, representando o rio Iguaçu e a bacia hidrográfica, foi necessária uma série de informações, como, por exemplo, dados hidrológicos, hidráulicos, fisiográficos e topográficos da área de estudo. O levantamento de dados se iniciou a partir das informações topográficas obtidas das plantas da Fundação CIDE de 1996, em escala 1:2000 e 1: Também foi utilizada a base SEA/IBGE de 2012, na escala de 1:25000, disponibilizadas pelo INEA, e levantamentos topo-batimétricos de seções do rio Botas, provenientes dos estudos do Laboratório de Hidrologia e Meio Ambiente da COPPE, como parte da revisão do Projeto Iguaçu (2010). Buscou-se atualizar e complementar estas informações a partir de imagens de satélite, utilizando-se o aplicativo Google Earth. Logo, entre as diversas células da área do estudo, algumas foram detalhadas, especificamente para a região de interesse, como ponto de partida para a modelagem matemática dos diversos cenários simulados (Figura 7.13 apresentada no Caso de estudo), tendo como fundamento os conceitos da modelação topográfica, topológica, hidráulica e hidrológica do MODCEL, e utilizando como ferramenta principal o AutoCAD. 58

69 6.3.1 Dados e Estudos Hidrológicos Os dados hidrológicos foram obtidos a partir dos estudos hidrológicos do Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do Rio Iguaçu-Sarapuí (LABHID, 1996), com as alterações que se fizeram necessárias, a fim de se adaptar às recomendações atuais do Ministério das Cidades (BRASIL, 2012) para os estudos de inundações urbanas, uma vez que segundo essas recomendações, o nível aceitável de risco corresponde às cheias associadas às chuvas com tempo de recorrência (TR) de 25 anos. A Tabela 6.6 mostra os tempos de recorrência para diferentes valores de precipitação total, mapeadas para a bacia do rio Iguaçu. Tabela Dados de chuva do estudo hidrológico do Plano Diretor de Recursos Hídricos (LABHID, 1996). TR P (mm) 5 115, , , , , ,11 Com base nestes valores de precipitação, foi feita uma regressão logarítmica que melhor se ajustou aos pontos, a fim de se obter a estimativa da precipitação para o tempo de retorno de 25 anos. A Figura 6.6 mostra a função de regressão obtida, e a partir dela se obteve a precipitação de tempo de recorrência de 25 anos, P = 157,17 mm. 59

70 Precipitação (mm) y = ln(x) R² = TR TR TR TR 25 TR 20 TR 10 TR Tempo de Recorrência (anos) Figura 6.6 Função de regressão para se obter a chuva de TR 25 anos. Após a obtenção de todos os valores de precipitação necessários para se utilizar no presente trabalho, aplicou-se o Coeficiente de Redução (CR) ponto-área devido à distribuição espacial da chuva sobre a bacia estudada (por possuir uma área grande), em que se utilizaram curvas de redução ponto-área utilizadas no estudo hidrológico do Plano Diretor (supracitado). Conforme este estudo, o CR aplicado foi de 0,61. Os resultados finais de precipitação são mostrados na Tabela 6.7. Tabela 6.7 Chuvas com CR ponto-área utilizadas para a modelagem hidrodinâmica. TR P (mm) 25 95, , , ,78 60

71 6.3.2 Modelagem topográfica, topológica e hidráulica As células dos rios e canais principais foram definidas de acordo com as seções do Projeto Iguaçu (2010), atualmente em implementação pelas obras do PAC 2. Tais seções de projeto são utilizadas para o cálculo da linha d'água dos cursos d água principais. No capítulo do Caso de Estudo, a Figura 7.14 mostra o esquema topológico utilizado na modelagem do presente trabalho, com destaque para as células da área de interesse do estudo. Aqui se recomenda a leitura em Sousa (2010) para mais detalhes Arquivos de entrada e condições iniciais Para o Modelo de Células de Escoamento, quatro tipos de arquivos são necessários para o seu funcionamento, quais sejam: Arquivo de Dados Iniciais: contendo as informações referentes ao arranjo geral das células e ao estado inicial de alagamento das células que compõem a bacia modelada. O arquivo de condições iniciais é fundamental, pois apresenta a situação preliminar da bacia modelada antes de ocorrer a precipitação de projeto e antes da chegada da cheia. Desta forma, é possível delimitar quais as regiões da bacia iniciam o processo de simulação alagadas ou não, bastando, para isto, correlacionar a cada célula o seu respectivo nível d água inicial no processo de simulação. Arquivos de Características das Células: com os dados específicos de cada célula e de suas ligações com as células vizinhas. O arquivo da base de dados indica a discretização topográfica e hidráulica da bacia em estudo. Nele são dadas as informações específicas de cada uma das células que compõem a topologia e também os dados que permitem que cada célula se comunique com suas vizinhas. Após a delimitação da bacia em células, passa a ser feito o levantamento dos dados necessários para permitir a comunicação entre uma célula e suas vizinhas. Existem informações gerais, necessárias para todas as células, e outras específicas, distintas para cada tipo de célula e cada tipo de ligação. Também é necessária a avaliação inicial dos valores dos diversos coeficientes que regem as ligações. 61

72 Arquivos de Precipitação: indicando a chuva que cai sobre cada célula da área modelada, dependendo da distribuição espacial da rede pluviométrica disponível. Os quivos de precipitação são essenciais para a realização das simulações. A entrada de dados para este arquivo pode ser feita, basicamente, de duas formas: - Através de uma chuva real medida, usualmente adotada para os processos de calibração e de validação do modelo; - Através de uma chuva de projeto, calculada por quaisquer métodos pertinentes, adotada para as simulações desejadas. Qualquer que seja o tipo de chuva adotado, medida ou projetada, a entrada de dados no arquivo é feita de forma idêntica, apresentando uma altura d água, em mm, para cada intervalo de tempo da simulação. Arquivos de Condições de Contorno: como função da rede hidrométrica disponível e dos limites físicos estabelecidos para o modelo. As condições de contorno são introduzidas no modelo matemático através de três formas distintas: a) Nível d'água dado em função do tempo Z(t): usualmente adotado para a informação dos efeitos de controle de jusante, como a maré por exemplo; b) Vazão dada em função do tempo Q(t): adotado para a informação da vazão de base de rios, de hidrogramas de cheias de afluentes junto aos corpos d água principais e da vazão efluente de reservatórios de amortecimento; c) Uma dada relação entre vazão e nível d'água Q(Z): adotado para a inserção de uma curva-chave a qualquer ponto da bacia modelada. Para este estudo, a montante, foram utilizadas condições de contorno do tipo Q(t), representando as vazões afluentes ao longo dos rios Botas e Iguaçu. Para a confecção destas condições, foram realizados estudos com o Sistema Hidro-Flu, a fim de representar os hidrogramas de cada afluente a partir de uma chuva de projeto e de acordo com um tempo de recorrência pré-determinado. Essa alternativa para as vazões afluentes aos rios Botas e Iguaçu permitiu uma maior agilidade no processo de modelagem. 62

73 A condição de contorno que representa o rio Sarapuí foi confeccionada a partir da modelagem hidrodinâmica deste, realizado pela revisão do Projeto Iguaçu (COPPE, 2010). A jusante, a Baía de Guanabara foi representada por uma condição tipo Z(t), referente à maré Calibração do modelo A calibração de um modelo consiste em determinar parâmetros do modelo sob os quais os resultados calculados pelo modelo se aproximam com razoável nível de exatidão aos valores observados. Os parâmetros calibrados no modelo de células são vários, destacando-se o coeficiente de Manning, que aparece nos escoamentos superficiais e nos canais, e os coeficientes de vertedouro, que aparecem, principalmente, no extravasamento de rios e canais. Os coeficientes de runoff também podem ser ajustados, de forma a representar adequadamente a quantidade de água no modelo. Os dados utilizados para a calibração corresponderam, em princípio, às vazões encontradas no Plano Diretor de Recursos Hídricos da Bacia do Rio Iguaçu-Sarapuí (LABHID, 1996). Para o coeficiente de Manning, os valores foram definidos a partir dos valores utilizados no Projeto Iguaçu e alterados buscando aproximar os resultados de linha d água do modelo com os resultados obtidos nos estudos de tal Plano. O coeficiente de runoff das células de planícies foram estipulados buscando reproduzir os efeitos das características do terreno de cada célula, de acordo com o uso e ocupação do solo. Após a calibração do modelo faz-se necessária a validação. A validação consiste em reproduzir resultados observados diferentes daqueles usados no processo de calibração utilizando-se parâmetros do modelo anteriormente obtidos. Devido à ausência de dados medidos, não foi possível efetuar a validação neste trabalho. Por fim, os dados da chuva que ocorreu das 18h30min do dia 30 até as 09h15min do dia 31 de dezembro de 2009, foram utilizados para a calibração do modelo. A Tabela 6.8 mostra a localização das estações das chuvas registradas. O método de Thiessen foi considerado na definição da área de influência de cada posto. 63

74 Tabela 6.8 Localização das estações utilizadas na calibração. Fonte: Ribeiro (2013). Estação Hidrológica Coordenadas Município Santa Cruz da Serra 22 38'29,91"S 43 17'14,00"W Duque de Caxias Ponte de Ferro Capivari 22 40'04,24"S 43 20'16,84"W Duque de Caxias Catavento 22 39'0,130"S 43 25'06,43"W Nova Iguaçu GBM Nova Iguaçu 22 44'55,98"S 43 27'25,54"W Nova Iguaçu A Figura 6.7 mostra os resultados de chuva registrados por cada estação considerada para o cálculo ponderado pelo método de Thiessen. Figura 6.7 Chuvas registradas pelas estações do Sistema de Alerta de Cheias da Baixada Fluminense. Fonte: SOUSA (2010). Os únicos dados de nível disponíveis, que o modelo buscou reproduzir foram registrados pelo único posto fluviométrico, estação GBM Nova Iguaçu, ao longo do evento de cheia, localizada em uma seção com fundo na cota 12,2 m. Esta estação foi implantada em 2009 para o Sistema de Alerta de Cheias da Baixada, atualmente operada pelo INEA. Segundo Sousa (2010), para reproduzir os dados da calha dos rios Iguaçu e Botas foram utilizadas as seções do Projeto Iguaçu, que no período do evento reproduzido já haviam sido implantadas pelas obras do PAC em toda a calha do rio 64

75 Nível d`água (m) Botas, e na calha do rio Iguaçu, até cerca de 1,5 km a montante da travessia da Avenida Presidente Kennedy. Para o trecho a jusante de onde a seção de projeto já havia sido implantada, foram utilizadas sete seções, levantadas para a revisão do projeto Iguaçu em outubro de A Figura 6.8 mostra os níveis calculados pelo modelo e os níveis registrados pela régua do posto GBM Iguaçu Tempo (min) Níveis Observados Níveis Modelados Figura Níveis medidos e níveis modelados na régua do posto GBM Nova Iguaçu. Fonte: Ribeiro (2013). A partir da figura pode-se observar que os níveis de água estão na mesma fase e os valores extremos são quase coincidentes. Este fato mostra que o modelo reproduz adequadamente os resultados desejados, dentro das limitações de calibração existentes pelos poucos dados, medidos, disponíveis. 65

76 7. CASO DE ESTUDO: RIO IGUAÇU Conforme mencionado na introdução, foi concebido um caso de estudo para verificar a hipótese de trabalho desta dissertação. Trata-se do trecho médio e inferior do rio Iguaçu, desde a foz do rio Botas até as proximidades da rodovia Washington Luiz, localizada na Baixada Fluminense. Este trecho do rio Iguaçu contempla os pôlderes Cidade dos Meninos e Pilar, situados na margem esquerda do rio Iguaçu e, os pôlderes do Outeiro e Núcleo São Bento, situados na margem direita. Com exceção do pôlder do Outeiro, que se situa no município de Belford Roxo, todos os demais se situam em Duque de Caxias. Os pôlderes citados possuem as seguintes áreas de bacias hidrográficas contribuintes: pôlder Cidade dos Meninos drena uma área de 15 km², pôlder do Outeiro 15,3 km², pôlder do Pilar 2,4km² e pôlder São Bento 4,7 km². Na Figura 7.1 é apresentada a localização da área de estudo. Figura 7.1 Localização da área de estudo (Google Earth, 2012). Destaca-se que o foco desta aplicação será sobre o pôlder do Pilar, que se apresenta razoavelmente organizado e consolidado. 66

77 7.1 Diagnóstico preliminar das cheias que afetam a área de estudo Conforme já comentado, em vários municípios da Baixada Fluminense observase um crescimento descontrolado do perímetro urbano, deficiência na aplicação de critérios técnicos, falta de planejamento na delimitação legal do perímetro urbano e uma grande lacuna de infraestrutura básica, necessária para o bem-estar da população. O Projeto Iguaçu (2010) estimou um universo de cerca de 180 mil pessoas vivendo em áreas sujeitas a inundações na bacia, onde as condições socioambientais são as mais precárias. Podem-se elencar diversos aspectos problemáticos relacionados a esta região: Ocupação do leito maior dos rios e, em muitos casos, do leito menor, com maior número de pessoas sujeitas aos impactos das inundações. Perda de conectividade do rio com sua planície de inundação, pela introdução de diques e pôlderes, implantados para proteger estas pessoas em áreas de risco. Acelerado processo de assoreamento e degradação dos corpos de água, devido: ao desmatamento das áreas de Preservação Permanente APP s (principalmente das matas ciliares), à falta de coleta de resíduos sólidos, ou a sua destinação de forma inadequada, e ao lançamento de esgotos in natura diretamente na rede de drenagem pluvial, nos rios, canais e outros corpos hídricos. Há uma ineficiência da política de saneamento para a Baixada, pois há abastecimento público de água, porém não há expansão da infraestrutura de coleta e tratamento de esgotos e resíduos sólidos; Toda a Baixada é entrecortada por uma vasta rede de canais e rios poluídos que transbordam por ocasião das cheias, causando sérios problemas de saúde para a população leptospirose, hepatite, dengue, gastroenterites, verminoses, entre outras; 67

78 Aumento do escoamento superficial devido ao crescimento populacional e à consequente impermeabilização da bacia hidrográfica, acarretando em inundações cada vez mais frequentes, nos mesmos locais e em áreas de jusante. Degradação das estruturas hidráulicas do sistema, ao longo do tempo, por falta de manutenção e elevado custo de recuperação associado, além de ações de vandalismo. Obstrução ou comprometimento do escoamento em decorrência de estruturas de travessias mal dimensionadas (pontes rodoviárias e ferroviárias, tubulações de água e esgoto). Muros e edificações que obstruem as calhas dos rios são parte do cenário caótico resultante do processo de ocupação e uso na bacia. Outros dois graves problemas de qualidade de água, insalubridade e saúde pública são: a presença do Lixão (vazadouro) do Babi em Belford Roxo, localizado às margens do Rio Botas, próximo à foz, e presença de uma área contaminada com organoclorados na localidade Cidade dos Meninos. Estes dados e informações foram levantados junto ao INEA em 2012, e foram acompanhados no decorrer da elaboração deste trabalho, para que fossem o mais atuais possíveis. Em um estudo feito pela Ambios (2002) constatou-se na área contaminada da Cidade dos Meninos, que os compostos químicos analisados são de baixa solubilidade e de forte fixação em solos, principalmente em solos com matéria orgânica e camadas de argila, como na Cidade dos Meninos. As Figura 7.2 a 7.12 apresentam imagens da área de estudo. 68

79 Figura 7.2 Focos principais de contaminação na área de influência do estudo. Fonte: Google Earth (2012). Figura 7.3 Polder do Outeiro à direita e a Cidade dos Meninos à esquerda em segundo plano, com o rio Iguaçu cortando as duas áreas (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 7.4 Canal de cintura e ocupação da margem direita do rio Iguaçu, ao lado do dique - Pôlder do Outeiro (ACERVO PESSOAL, 2012). 69

80 Figura 7.5 Canal de cintura próximo a confluência com o rio Iguaçu (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 7.6 Comportas de conexão entre o pôlder do Outeiro e o rio Iguaçu com falta de manutenção (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 7.7 Canal de cintura trecho assoreado (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 7.8 Casa abandonada na área de armazenamento do pôlder do Outeiro (RIBEIRO, 2012). Figura 7.9 Estação de bombeamento (elevatória) do pôlder para o rio Iguaçu gradeamento de entrada (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 7.10 Estação de bombeamento do pôlder para o rio Iguaçu (ACERVO PESSOAL, 2012). 70

81 Figura 7.11 comportas do canal do Ipê (drenagem local) para o rio Iguaçu (ACERVO PESSOAL, 2012). Figura 7.12 Canal do Ipê, início do trecho a céu aberto, condições precárias de infraestrutura de saneamento (RIBEIRO, 2012). Estes são os principais fatores, diagnosticados, que agravam as inundações na região e, consequentemente, as condições de insalubridade. Um fator positivo, constatado, é que parte das obras do Projeto Iguaçu (2010) encontrava-se já implantada. A estação de bombeamento do pôlder do Outeiro já se encontrava pronta para operar, grande parte da área do reservatório pulmão do Outeiro estava desocupada, ou seja, várias famílias, já haviam sido realocadas, entre outras obras, em outros pôlderes e nas calhas dos rios principais. 7.2 Modelagem da Alternativa 1, intervenções propostas no Projeto Iguaçu Para a primeira alternativa de modelagem, utilizaram-se dados atuais propostos pelo Projeto Iguaçu (COPPETEC, 2010). Esta alternativa aponta, como solução para controle das inundações, o uso da margem esquerda do rio Iguaçu (pôlder Cidade dos Meninos) como planície de inundação para armazenagem natural das inundações (reservatório), além de manter o rio Botas aberto e livre para se conectar com sua planície de inundação, na região de sua foz, como uma medida de controle de cheias, mas, também como possibilidade de requalificar os rios e seu entorno - associado ao planejamento do uso e ocupação do solo para estas áreas. Esta ocupação deve ser estudada após a recuperação ambiental da área, conforme necessidade levantada no diagnóstico do capítulo anterior, pois o uso será delimitado de acordo com o nível e abrangência da recuperação e a concentração residual de contaminantes. Uma 71

82 alternativa para este reservatório proposto seria de ocupar a área com equipamentos urbanos alagáveis, como parques fluviais, ou então com a criação de uma APA ou outro tipo de Unidade de Conservação, que teria a sua ocupação restringida ou proibida por lei, mas que exigiria fiscalização por parte do órgão ambiental. Para preparar a base de modelagem, inicialmente se buscou representar a natureza do funcionamento do rio e da bacia, discretizando as células internas dos pôlderes estudados, de forma a possibilitar a avaliação das inundações dentro destas áreas, conforme intervenções específicas propostas pelo Projeto Iguaçu. Esta etapa correspondeu a um detalhamento da base existente e oriunda do Projeto Iguaçu. Na Figura 7.13 é apresentada a divisão da área de estudo em células-tipo, excetuando-se as células de galeria, já que o foco deste estudo não é visualizar ou diagnosticar o funcionamento da rede de microdrenagem pluvial, mas sim analisar o sistema de macrodrenagem, o funcionamento dos pôlderes e os impactos causados a estas áreas. Também é possível visualizar o pôlder do Pilar que é foco da avaliação deste estudo. Esta Alternativa é simulada para os quatro TR propostos neste estudo (25, 50, 100 e 200 anos) e os prejuízos de alagamentos no pôlder do Pilar, ocorridos por galgamento dos diques, são calculados pelas curvas de prejuízo de Salgado (1995) atualizadas. Em seguida é apresentada uma ilustração do esquema topológico definido, de acordo com as premissas teóricas do MODCEL (Figura 7.14). 72

83 Figura Células da área de estudo delimitadas com AutoCAD e sistematizadas com o ArcGIS 73

84 Figura 7.14 Esquema topológico com discretização das células de escoamento e suas ligações. 74

85 7.3 Modelagem da Alternativa 2 solução tradicional de engenharia Para a Alternativa 2 é proposto um novo cenário, desta vez hipotético, para modelagem e realização de novas simulações com os tempos de recorrência estipulados, com objetivo de verificar a hipótese de trabalho. Esta alternativa: considera a solução tradicional de diques e pôlderes de forma generalizada, para controle de cheias. consiste em fechar a comunicação do rio Botas com suas margens (simulando a presença de diques) para sua posterior urbanização, e manter o pôlder Cidade dos Meninos com diques, conforme situação presente de implantação do Projeto Iguaçu. Fechar a comunicação do Rio Botas com suas margens, em termos de modelagem, significa altear as cotas das ligações entre as células de canal que representam o Rio Botas e as células de planície que representam a várzea do Rio, de forma que o rio Botas fique confinado dentro da seção de escoamento neste trecho. A verificação de que a simulação de diques ocorreu adequadamente é feita através da análise dos resultados da simulação desta Alternativa, onde se verifica que o Nível de Água (NA) do Rio não ultrapassou as cotas dos diques mencionadas. Essa alternativa considera que a margem do rio Botas, no trecho de sua foz, deixa de cumprir seu papel de planície de inundação e se incorpora a malha urbana com novos loteamentos. 75

86 7.4 Modelagem da Alternativa 3 situação atual de implantação do projeto Iguaçu Esta Alternativa de projeto contempla a situação atual de implantação do Projeto Iguaçu, com o dique do pôlder Cidade dos Meninos fechado, e a foz do Rio Botas aberta (preservada), conectando-se com suas planícies de inundação, respaldada pelo zoneamento da Área de Proteção Ambiental (APA) do Alto Iguaçu, que definiu esta área (entre outras) como Zona de Contenção de Cheia (ZCC). O objetivo desta alternativa é de buscar um meio termo entre as duas alternativas anteriores, avaliando também esta possibilidade, que pode vir a ser a mais provável, em termos de previsão futura, tendo em vista o problema de contaminação da área do pôlder Cidade dos Meninos e as pressões por desenvolvimento urbano na região. A base de modelagem é idêntica a da Alternativa 1, com exceção de uma ligação entre uma célula do rio Iguaçu e do pôlder Cidade dos Meninos, em que a cota desta ligação é considerada igual a da Alternativa 2, ou seja, sem conexão do rio com a sua planície de inundação da Cidade dos Meninos. Conforme o estágio atual de implantação do Projeto Iguaçu. Enquanto o problema de contaminação ambiental da Cidade dos Meninos não se resolver, esta alternativa continuará sendo a mais provável de continuar implantada. 76

87 7.5 Análise dos resultados de Prejuízos e Alagamentos para os Cenários Simulados Após a modelagem das três Alternativas propostas, foram simuladas quatro situações de precipitação com Tempos de Recorrência (TR) de 25, 50, 100 e 200 anos, para cada alternativa, com o objetivo de avaliar o funcionamento do Rio Iguaçu e dos pôlderes em estudo, com um enfoque principal nos prejuízos estimados para o pôlder do Pilar. Como o modelo de Salgado realizava os cálculos de altura de inundação de 25 em 25 cm, os cálculos de prejuízos também possuíam esta característica. Para o presente estudo definiu-se que as lâminas de água a partir de 20 cm seriam contabilizadas nos cálculos estimados de prejuízos. Lâminas interiores seriam consideradas como alagamentos de vias, sem maiores consequências. Para se obter os valores intermediários dos pontos da curva de Salgado atualizada, utilizou-se o método de interpolação linear. A seguir são apresentados os resultados para cada Tempo de Recorrência proposto, considerando as três alternativas de projeto Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 25 anos As simulações com este tempo de recorrência resultaram nos Níveis de Água (NA) do Rio Iguaçu mostrados na Figura Os perfis das Margens Esquerda (ME) e Direita (MD) se referem às cotas dos diques ou às cotas das áreas ribeirinhas, em locais em que não há diques. Observa-se que só houve extravasamento do Rio Iguaçu em áreas a jusante dos pôlderes. Para o caso do pôlder do Pilar (Alternativa 2), o nível de água máximo do rio ficou apenas a 11 cm abaixo da crista do dique no trecho da célula 10. Existe o risco de vertimento caso haja problemas de manutenção da altura do dique. No caso da Alternativa 3 (situação atual) o bordo livre (freeboard) verificado após a simulação foi de 0,31 m, um pouco menor que o valor adotado no Projeto Iguaçu (2010). 77

88 Figura 7.15 Níveis de água e dos diques (ME e MD) para as três alternativas simuladas com TR 25 anos. Para esta condição de chuva, com tempo de recorrência de 25 anos, nenhuma célula apresentou altura de inundação acima de 0,20 m (para as três alternativas de projeto), ou seja, o prejuízo foi considerado nulo pela metodologia adotada, para qualquer das alternativas consideradas. A Alternativa 2 apresentou o maior perfil de linha de água, sempre acima do perfil das demais alternativas, confirmando ser a alternativa de projeto mais desfavorável, como já era esperado. Por outro lado, a Alternativa 1, que apresentou os NA mais baixos, confirma ser a mais favorável Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 50 anos A partir da Figura 7.16, verifica-se que ocorre vertimento do rio para o pôlder do Pilar apenas no caso da Alternativa 2, mas com uma lâmina de água máxima pequena, de 8 cm acima da crista do dique. O vertimento ocorre no início do pôlder (de montante para jusante), nas ligações das células 10 e 9 (do rio Iguaçu) com o canal auxiliar e reservatórios-pulmão (células 113 e 114). 78

89 Figura Níveis de água e dos diques (ME e MD) para as três alternativas simuladas com TR de 50 anos. Verificou-se que o volume extravasado para dentro do pôlder do Pilar para este cenário foi de m 3, através das ligações entre as células mencionadas. Como o pôlder do Pilar tem a capacidade de armazenar até aproximadamente m 3 através de seus reservatórios-pulmão (dependendo do nível de água inicial, que nas simulações foi considerado igual ao NA inicial do canal auxiliar), conclui-se que o sistema armazenou este volume de m 3 vertido, se mostrando funcional frente a esta situação, suportando a cheia de TR de 50 anos para a Alternativa 2 (pior alternativa de projeto). Corroborando com este resultado, as células urbanizadas não apresentaram alturas de inundação expressivas, pois não houve extravasamento dos reservatóriospulmão. O nível máximo de água verificado nos reservatórios foi de 0,80m, enquanto as células urbanizadas mais baixas possuem cota de arrasamento de 1,10 m. A exemplo da condição de chuva de TR 25 anos, nenhuma célula apresentou altura de inundação acima de 0,20 m para TR 50 anos, ou seja, o prejuízo também foi considerado nulo pelo método adotado, para as três alternativas de projeto. Porém, vale ressaltar que o dique foi galgado, e frente a esta situação sempre existe a possibilidade de falha estrutural com consequente ruptura ou colapso do dique, 79

90 o que faz com que a população esteja submetida a um risco residual. Porque em caso de ocorrência de uma ruptura, o sistema do pôlder não suportaria a vazão extravasada, o que ocasionaria alturas de inundação significativas com velocidades altas e prejuízos grandes. Para este cenário de chuva, considerando a Alternativa 3 de projeto, o dique ficou a apenas 6 cm de ser galgado, já para a Alternativa 1, o NA ficou a 31 cm da crista do dique Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 100 anos Analisando a Figura 7.17, verifica-se que ocorre extravasamento do rio para o pôlder do Pilar nos casos das Alternativas 2 e 3. No caso da Alternativa 3, a lâmina de água máxima no extravasamento é pequena, 7 cm acima da crista do dique. Assim como no cenário da Alternativa 2 para TR 50 anos, o vertimento ocorre no início do pôlder (de montante para jusante), na ligação das células 10 e 9 (do rio Iguaçu) para o canal auxiliar e reservatórios-pulmão (células 113 e 114). Já no caso da Alternativa 2, a lâmina de água máxima é mais significativa, atingindo 16 cm acima da cota do dique, causando prejuízos nas células urbanizadas, pois atinge alturas de inundação consideradas nos cálculos, como é possível ver na Tabela 7.1 mais a frente. 80

91 Figura Níveis de água e dos diques (ME e MD) para as três alternativas simuladas com TR de 100 anos. Para esta chuva de TR 100 anos, verificou-se que o volume extravasado para dentro do pôlder, no caso da Alternativa 3, foi de m 3, através das ligações entre as células mencionadas. Este valor é muito parecido com o cenário da Alternativa 2 para TR 50 anos. E ocorre a mesma situação, o pôlder do Pilar possui capacidade de armazenar (com seus reservatórios-pulmão) esta vazão vertida, se mostrando funcional também para esta situação simulada, suportando a cheia de TR de 100 anos para a Alternativa 3. Neste caso, as células urbanizadas não apresentaram alturas de inundação expressivas, pois não houve extravasamento dos reservatórios-pulmão. O nível máximo de água verificado nos reservatórios foi de 0,82m, enquanto as células urbanizadas mais baixas possuem cota de arrasamento de 1,10 m. Logo, nenhuma célula apresentou altura de inundação acima de 0,20 m para TR 100 anos Alternativa 3, ou seja, o prejuízo também foi considerado nulo pelo método adotado, tanto para esta alternativa 3 de projeto, quanto para a alternativa 1, que não apresentou extravasamento do rio Iguaçu para dentro do pôlder. Já para Alternativa 2, solução de projeto mais desfavorável, houve alagamento das células urbanizadas. O volume vertido para dentro do pôlder foi de m 3, superior a capacidade de armazenamento do pôlder do Pilar, que é de aproximadamente m 3. Este volume gerou lâminas de água máximas de até 42 cm dentro do pôlder, causando prejuízos em 10 células, que apresentaram alturas de inundação iguais 81

92 ou acima de 20 cm. A Figura 7.18 mostra as células afetadas dentro do pôlder do Pilar, assim como a área dos reservatórios-pulmão. Neste caso, apenas 3 células não tiveram alagamentos consideráveis, por possuírem cota de fundo um pouco mais elevada. Figura Células afetadas pela inundação no pôlder do Pilar, para o cenário de cheia da Alternativa 2 TR 100 anos. Fonte: Google Earth (2014). A Tabela 7.1 mostra todos os dados levantados e utilizados para calcular os prejuízos no Pôlder do Pilar através das funções que geraram as curvas de alturas de inundação x prejuízos adaptadas de Salgado (1995), que culminaram em um prejuízo total estimado de 47,28 milhões de reais, em termos de danos às residências e seus conteúdos. 82

93 Pilar Alternativa 2 TR 100 número de casas Tabela Prejuízos às edificações e aos conteúdos das residências para a Alternativa 2 e TR 100 anos no pôlder do Pilar. área média (m²) altura de inundação (m) fator função - prejuízo à edificação custo unítario (R$/m²) área total construída (m²) Valor do prejuízo à edificação (Milhões de R$) fator função - prejuízo ao conteúdo custo unítario (R$/m2) Valor do prejuízo ao conteúdo (Milhões de R$) Valor Total do prejuízo por cela Cela Cela Cela Cela Cela Cela Cela Cela Cela Cela Valor total do prejuízo no Pôlder (Milhões de R$) 47,285 83

94 7.5.4 Resultados para Tempo de Recorrência (TR) de 200 anos A partir da Figura 7.19, verifica-se que ocorre extravasamento do rio para o pôlder do Pilar apenas nos casos das Alternativas 2 e 3, como no cenário de TR 100 anos. Já a Alternativa 1 não extravasa para o pôlder em nenhum cenário simulado. Neste caso o NA máximo fica a apenas 10 cm de galgar o dique. No caso da Alternativa 3, para esta condição de chuva de TR 200 anos, a lâmina de água máxima que verte sobre a crista do dique é mais significativa do que no cenário de TR 100 anos, atingindo 14 cm, causando prejuízos nas células urbanizadas, que atingem alturas de inundação consideradas pela metodologia de cálculo, como é possível ver na Tabela 7.2 mais a frente. No caso da Alternativa 2, a lâmina de água máxima é ainda maior, atingindo 23 cm na passagem sobre o dique, causando enormes prejuízos nas células urbanizadas, pois atinge alturas de inundação maiores, como é possível ver na Tabela 7.3, apresentada na sequência. Figura Níveis de água e dos diques (ME e MD) para as três alternativas simuladas com TR de 200 anos. Verificou-se que o volume extravasado do rio Iguaçu para dentro do pôlder, considerando a Alternativa 3 de projeto com TR 200 anos, foi de m 3. Este valor é muito parecido com o cenário da Alternativa 2 para TR 100 anos. Ocorre a mesma 84

95 situação: o pôlder do Pilar não possui capacidade de armazenar (com seus reservatóriospulmão) esta vazão vertida, se mostrando ineficiente frente a esta situação, o que causa um alagamento considerável das células urbanizadas e consequentemente grandes prejuízos. A Figura 7.20 mostra as células afetadas dentro do pôlder do Pilar para a Alternativa 3. Neste caso, apenas 3 células não tiveram alagamentos consideráveis, por possuírem cota de fundo um pouco mais elevada. Figura Células afetadas pela inundação no pôlder do Pilar, para o cenário de cheia da Alternativa 3 - TR 200 anos. Fonte: Google Earth (2014). No caso da Alternativa 2, solução de projeto mais desfavorável, houve um grande alagamento das células urbanizadas. O volume vertido para dentro do pôlder foi de m 3 (quase o triplo do cenário para TR 100 anos), muito superior à capacidade de armazenamento do pôlder do Pilar, que é de aproximadamente m 3. Este volume gerou lâminas de água máximas de até 1,10 m dentro do pôlder, o que causa enormes prejuízos e torna a situação do pôlder caótica. Para este cenário de chuva de TR 200 anos (maior condição de chuva) e condição de projeto da Alternativa 2, todas as 13 células urbanizadas foram afetadas no pôlder do Pilar, pois apresentaram alturas de inundação iguais ou maiores que 20 cm. A 85

96 Figura 7.21 mostra todas as células afetadas por este cenário, o mais desfavorável de todos. Figura 7.21 Todas as 13 células afetadas pela inundação no pôlder do Pilar, para o pior cenário de cheia (Alternativa 2 TR 200anos). A Tabela 7.2 (Alternativa 3) e a Tabela 7.3 (Alternativa 2) mostram todos os dados levantados e utilizados para calcular os prejuízos no Pôlder do Pilar através das funções que geraram as curvas de alturas de inundação x prejuízos adaptadas de Salgado (1995), que culminaram em um prejuízo total estimado de 47,285 milhões e 95,722 milhões de reais, respectivamente. Nesta condição de chuva, para a Alternativa 3, coincidentemente, as mesmas 10 células do cenário da Alternativa 2 - TR 100 anos foram afetadas no pôlder do Pilar. Ressalta-se que houve coincidência, porém, para condições de chuvas diferentes, confirmando que a Alternativa 2 é a pior solução de projeto para o pôlder do Pilar. 86