Sistemas de alerta a inundações

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1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHD2537 Água em Ambientes Urbanos Sistemas de alerta a inundações Prof. Dr. Kamel Zahed Filho Pedro Del Monaco Rodrigo Zogbi Kalil Thais Junqueira

2 Sumário 1 Introdução SAISP Conceituação Funcionamento Radar Meteorológico Produtos do SAISP Análise dos Dados Sistema de Alertas de Enchentes do Inea Sistema Nacional de Prevenção de Desastres Bibliografia

3 1 Introdução Ano após ano as notícias sobre inundações e as fatalidades ou prejuízos decorrentes das mesmas estão cada vez mais constantes no nosso cotidiano. Os jornais noticiam, as revistas nos apresentam as causas e nós, cercados por tantas informações, fazemos de tudo para nos prevenir. Por detrás desta prevenção, no entanto, existe todo um sistema que monitora as diversas condições e age com a finalidade de diminuir as estatísticas negativas que vêm após um grande período ou volume de chuvas. As medidas de controle de inundações podem ser classificadas em estruturais, quando o homem modifica o rio: obras hidráulicas, como barragens, diques e canalização; e em não estruturais, quando o homem convive com o rio: zoneamento de áreas de inundação, sistema de alerta ligados à defesa civil e seguros. No Brasil, não existe nenhum programa sistemático de controle de enchentes que envolva seus diferentes aspectos. O que se observam são ações isoladas por parte de algumas cidades. As Figura 1 e Figura 2 mostram exemplos de desastres recentes ocorridos no Brasil devido a enchentes que tiveram grande repercussão e deixaram muitos mortos e desabrigados. Percebe-se, portanto, que um eficiente sistema de alerta a inundações é de grande importância em um país onde existem muitas cidades despreparadas em infraestrutura para conter chuvas de grandes proporções. Desta forma, este trabalho abordará o SAISP Sistema de Alerta a Inundações de São Paulo (SAISP), o Sistema de Alerta de Enchentes do Inea (Instituto Estadual do Ambiente, órgão ambiental do Rio de Janeiro) e o Sistema Nacional de Prevenção de Desastres. Figura 1 - Enchente São Luiz do Paraitinga 3

4 Figura 2 - Deslizamento causado por chuvas em Angra dos Reis 4

5 2 SAISP As bacias hidrográficas da Grande São Paulo são caracterizadas pela intensa urbanização. Fatores como a impermeabilização do solo provocam o escoamento rápido da água da chuva ao leito do rio, causando as tradicionais inundações. O Governo do Estado de São Paulo tem se empenhado em diminuir o efeito das enchentes nesta região através de obras de aprofundamento do leito do rio Tietê e seus afluentes, aumentando a capacidade de escoamento dos rios. Entretanto, apesar dessas medidas estruturais, há sempre o risco de que uma determinada enchente supere a capacidade de escoamento do rio, e assim, é necessário que se tomem medidas no sentido de minimizar o efeito das inundações. 2.1 Conceituação O Sistema de Alerta a Inundações de São Paulo (SAISP) é operado pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH), e gera, a cada cinco minutos, boletins sobre as chuvas e suas conseqüências na cidade de São Paulo. Este sistema efetua o monitoramento hidrológico através da Rede Telemétrica de Hidrologia do DAEE (Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo) e do Radar Meteorológico de São Paulo, este de propriedade do DAEE em convênio com a FAPESP (Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo). A Figura 3 mostra um trecho do alerta de chuvas disponibilizado no site do SAISP. Este informa o local, data, horário e o status da situação das chuvas que ocorrem no dado momento. Figura 3 - Exemplo de aleta de chuvas disponível no site do SAISP 2.2 Funcionamento O SAISP pode ser dividido em 3 partes diferentes: 1. Captação de dados Feita principalmente pelo radar meteorológico, tem como objetivo observar o ambiente e captar dados que serão transmitidos à próxima parte. 2. Processamento dos dados Feita no escritório central (CTH/DAAE), utiliza os dados captados no passo anterior e através de modelos de análise, gera as informações que serão passadas à etapa seguinte. 3. Transmissão dos dados Parte final do sistema, pega as informações já processadas e transmite aos usuários finais. 5

6 2.3 Radar Meteorológico O radar meteorológico é o principal captador de dados do SAISP, pois rastreia a camada da atmosfera entre a superfície terrestre e a altitude de 18 km, num raio de 180 km, possibilitando identificar a localização, o tamanho, a intensidade e o deslocamento de sistemas meteorológicos que passam pela região Leste do Estado, Sul de Minas Gerais e Sul do Rio de Janeiro. O aparelho está localizado na barragem de Ponte Nova, na cabeceira do Tietê, e foi fabricado pela McGill University do Canadá. Com resolução espacial de 2 x 2 km (4 Km 2 ), o radar meteorológico de São Paulo cobre uma área de Km 2, abrangendo o litoral paulista desde Iguape até Angra dos Reis e seus limites passando por Miracatu, Sorocaba, Porto Feliz, Mogi-Guaçu, sul de Minas Gerais e o Vale do Paraíba passando a divisa do Rio de Janeiro. A Figura 4 mostra a localização e aparência do aparelho. Figura 4 - Radar Meteorológico do SAISP O radar emite ondas eletromagnéticas de alta energia que ao atravessarem cada gota causam ressonância na freqüência emitida, fazendo com que estas produzam ondas eletromagnéticas em todas as direções. Quando parte da energia de todas as gotas retorna ao prato do radar, levando em conta o tempo entre a emissão e o retorno, obtém-se a distância destas ao radar. O nível de retorno, denominado refletividade, é relacionado, a partir do espectro das gotas observado, com a refletividade do radar e da taxa de precipitação através da relação ZR. Em geral o limite inferior da taxa é de 1 mm/h a uma distância de 190 km. A intensidade do sinal de retorno esta ligada ao tamanho e distribuição das gotas no volume iluminado pelo radar. Além disso, como conhece-se a elevação da antena e o azimute correspondente, pode-se determinar precisamente a região do espaço onde está chovendo. O intervalo de tempo entre duas varreduras completas do é de 10 minutos. A varredura completa da troposfera leva 4 minutos e os 6 minutos restantes até a próxima varredura são gastos na execução de mapas das intensidades de precipitação no tempo presente, da chuva acumulada em 20 minutos, do topo das nuvens, e a previsão de chuva para pontos de interesse e previsão hidrológica até 3 horas a frente. Outros produtos podem ser disponibilizados e programados de acordo com as necessidades do sistema de alerta às enchentes. Para auxiliar nesta averiguação faz-se uso dos dados de chuva da rede telemétrica da bacia do Alto Tietê. 6

7 O radar envia seus dados, via rede telefônica privada, para um microcomputador na Central de Operação, localizada no CTH (Centro Tecnológico de Hidráulica e Recursos Hídricos, na Cidade Universitária em São Paulo). Este computador está interligado com as diversas redes telemétricas do DAEE (Alto Tietê-Pinheiros). Os dados de radar e rede são distribuídos, via linha privada, para a Prefeitura de São Paulo, para a ELETROPAULO, para o DAEE e para a imprensa. O Sistema comporta a transmissão de dados para outros órgãos via linha telefônica discada. Além desses equipamentos o escritório central dispõe de telex e fax para o caso de haver problemas de comunicação entre os computadores envolvidos no Sistema. O local onde está instalado o radar é sujeito a grandes descargas atmosféricas, que provocaram, durante a fase de operação experimental, várias avarias nos equipamentos de operação do radar. Para solucionar esse problema, foi projetada pelo Departamento de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da USP uma gaiola de Faraday. Com essa providência, os danos foram reduzidos ao mínimo e a operação e eficiência do sistema foram aumentadas com a redução significativa de manutenção dos equipamentos. Figura 5 - Imagem gerada pelo radar meteorológico Figura 6 - Imagem gerada pelo radar meteorológico 7

8 2.4 Produtos do SAISP Os produtos disponibilizados pelo SAISP são: CAPPI: Chuva observada na área do radar Dados de chuva observada na área do radar meteorológico de Ponte Nova; o radar cobre uma área correspondente a um círculo com 240 km de raio; essa área abrange toda a região leste do Estado de São Paulo, sul dos Estados do Rio de Janeiro e Minas Gerais. Os dados de chuva (intensidade de precipitação) se apresentam em uma escala colorimétrica, quanto mais intensa a cor, mais intensa é a chuva. Esses dados aparecem no monitor de vídeo a cada 05 minutos e registram a chuva observada numa altitude constante; no caso de São Paulo, adota-se altitude igual a 3 km.esse mapa é chamado de CAPPI - Constant Altitude Plan Position Indicator - e é armazenado em disco rígido, de posse da FCTH. A transformação (refletividade x precipitação - relação Z x R) adotada foi: Z = 200R1.6 onde Z é refletividade e R é intensidade de chuva em mm/hora. Figura 7 - Chuva observada no Cappi Dado de ECHO-TOP Esse produto apresenta um mapa muito semelhante ao CAPPI, é a medida de precipitação no topo das nuvens; ou seja com o ECHO-TOP é possível estimar altura das nuvens, responsáveis pela precipitação.é útil para se avaliar o potencial de precipitação dos sistemas; a escala colorimétrica no ECHO-TOP corresponde à altitude máxima observada. 8

9 Figura 8-Altura das nuvens no ECHO-TOP Dado de ACCUM Esse produto é a precipitação acumulada. Conforme dito anteriormente, o CAPPI fornece a chuva a cada 05 minutos; é necessário calcular também mapas de chuva acumulada para permitir avaliar o estado hidrológico das bacias hidrográficas.são gerados três tipos de mapas de acumulação: 1 hora, 12 horas e 24 horas; este último é sempre gerado às 7 horas da manhã. Os produtos ACUMM se apresentam de forma muito semelhante aos CAPPI, ou seja, utilizam a mesma base cartográfica e a mesma escala colorimétrica de intensidades de precipitação. Figura 9-Precipitação acumulada no ACCUM VIL- Vertically Integrated Liquid Water Content O VIL é um produto que disponibiliza ao usuário o campo de conteúdo de água líquida integrada verticalmente. Esse campo mostra a disponibilidade de água líquida nos sistemas em 9

10 kg / m2 e normalmente é disponibilizado em tempo real de 5 em 5 minutos. O VIL padrão do radar do DAEE é integrado da base da chuva até o ECHO TOP de 18 dbz e sua resolução é de 2 x 2 km2. O VIL é obtido da seguinte forma: após a varredura completa do radar em todas as elevações da antena, representadas na figura 1 abaixo pelas linhas inclinadas coloridas, cada ponto da resolução possui um perfil vertical.em seguida, o programa soma para cada ponto as informações contidas em cada uma das elevações, conhecidas como PPI (Plan Position Indicator) até encontrar o eco de 18 dbz. A figura 2 mostra um exemplo de VIL. Figura 10-Disponibilidade de água liquida (kg/m²) no VIL GUST É um produto que disponibiliza ao usuário o campo de estimativas de rajadas de vento próximo à superfície. Esse campo mostra uma previsão válida para 5 a 15 minutos e normalmente é disponibilizado em tempo real de 5 em 5 minutos. O GUST tem unidade em m/s e sua resolução é de 2 x 2 km 2. O GUST é obtido da seguinte forma: sabendo-se os valores do ECHO TOP (altura do topo dos ecos) e do VIL (conteúdo de água líquida integrada verticalmente), chega-se a um valor de concentração da água líquida no espaço. Essa concentração é proporcional à previsão da rajada. A figura 1 abaixo mostra um exemplo de GUST. Figura 11-Campo de rajadas de vento (m/s) 10

11 Redes Telemétricas As fortes chuvas ocorridas na Região Metropolitana de São Paulo, em janeiro de 1976, colocaram em risco a segurança do reservatório de Guarapiranga, localizado na cabeceira do rio Pinheiros. O eventual rompimento deste reservatório seria catastrófico, visto o elevado grau de urbanização existente a jusante.este fato evidenciou a necessidade de monitoramento, em tempo real, de informações hidrológicas, para aviso antecipado à população de situações de emergência. A partir de 1977, iniciou-se a implantação de uma rede piloto de 5 postos que, gradativamente, foi expandida até 28 postos (13 fluviométricos e 15 pluviométricos), distribuídos na bacia do rio Tietê a montante do rio Pinheiros.Composta por uma estação base (EB) (microcomputador PC) responsável pela coleta de dados das estações remotas (ER). Esta comunicação ocorre por meio de linhas privadas e sistema de rádio VHF. A EB interroga as ERs com freqüência fixada pelo operador, adotando-se uma varredura a cada 10 minutos. O conjunto de informações enviadas da EB do Alto Tietê consiste de dados de leitura de instrumentos de medida de nível de rios e reservatórios e índices pluviométricos, que são coletados pelas ERs. O formato da mensagem consiste de 5 bytes para dados de data e hora da varredura e um bloco com vários registros com mesmo formato, que contém as leituras dos sensores identificados pela ER e pelo instrumento. Cada registro é composto de 1 byte para o número da ER, 1 byte para número do instrumento e por 4 bytes para o valor da leitura do sensor. A EB do Alto Tietê zera automaticamente seus sensores de chuva às 7 horas da manhã. A CDH, a cada 5 minutos, interroga automaticamente a estação base, que, quando possui dados novos, os transfere para a CDH. A estação base possui recursos para interrogar a CDH e obter qualquer produto escolhido pelo operador da rede telemétrica; Figura 12-Monitoramento em tempo real do Pirajuçara 2.5 Análise dos Dados Na análise dos dados, prevêem-se 3 tipos de estados possíveis: NORMAL Estado de precipitação do Sistema. Não indica a possibilidade de inundações. ATENÇÃO Precipitação acumulada. Indica a possibilidade de inundações. ALERTA Grande possibilidade de inundações nos pontos críticos. 11

12 3 Sistema de Alertas de Enchentes do Inea Em 11/11/2011, o secretário do Ambiente, Carlos Minc, e a presidente do Instituto Estadual do Ambiente (Inea), Marilene Ramos, apresentaram o Sistema de Alerta de Enchentes do Inea a prefeitos e representantes de 19 municípios da Baixada Fluminense e das regiões Serrana e Noroeste do estado que dispõem da cobertura do sistema. Este sistema foi implantado em 2008 na Baixada Fluminense, ao passo que em 2010 foi expandido para Nova Friburgo e Macaé. Atualmente, se estende aos municípios serranos de Petrópolis, Teresópolis e Nova Friburgo, e para as regiões Norte e Noroeste Fluminense. O sistema consiste de estações pluviofluviométricas telemétricas, instaladas estrategicamente na região. São monitorados, em tempo real, o regime pluviométrico e fluvial regional e suas variações extremas. A localização das estações é determinada a partir de um mapeamento das áreas permeadas por rios e mais sensíveis a efeitos de enchentes. Os sensores são instalados em áreas adjacentes e dentro dos rios. Na Baixada Fluminense, são 10 estações de monitoramento, sendo 2 pluviométricas e 8 fluviopluviométricas. Em Nova Friburgo, a rede do Alerta de Cheias é composta por 6 estações, sendo 5 fluviopluviométricas - outras 2 serão instaladas até dezembro e 1 pluviométrica. Em Petrópolis são 20 estações, 6 fluviopluviométricas e 14 pluviométricas. Em Teresópolis, já foram instaladas 2 fluviopluviométricas e mais 4 também estarão integradas ao sistema até o final deste ano. Em Macaé, 7 estações fluviopluviométricas já estão em funcionamento e outras 3 estão em processo de instalação. No Norte-Noroeste fluminense, 1 estação fluviopluviométrica está em funcionamento e outras 8 estão em processo de instalação e serão adicionadas ao sistema ainda este ano. A cada 15 minutos, os dados recebidos na Central de Monitoramento permitem o acompanhamento da evolução do tempo e, assim, quando detecta-se a possibilidade de ocorrência de cheias, enviam-se às Defesas Civis Municipais através de s, mensagens SMS ou telefone, avisos de alerta para a tomada de providências para proteger a população e diminuir os danos causados pelas enchentes. As unidades de Defesa Civil locais recebem os alertas e ficam encarregadas de divulgar e auxiliar as Prefeituras na adoção de medidas preventivas nas regiões a serem afetadas, de modo a minimizar as consequências dos temporais. O Centro de Controle Operacional do Inea repassa também diariamente boletins hidrometeorológicos para as Prefeituras e Defesas Civis. O sistema funciona em conjunto com outros órgãos que coletam e dispõem de informações no Estado, como o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE), Companhia de Recursos Minerais (CPRM), Agência Nacional de Águas (ANA), GeoRio, Furnas e Aeronáutica. Haverá também um sistema piloto pioneiro de radiocomunicação nas regiões Norte e Nordeste do estado do Rio de Janeiro, que deverá ser lançado no início de 2012, bem como sirenes móveis e fixas em cima de veículos do Corpo de Bombeiros instaladas pela Defesa Civil destas duas regiões, para avisar a população quando houver algum risco de tempestade, procurando evitar acidentes. Há quatro estágios de alerta: vigilância (sem chuvas ou chuvas fracas e espaças/ nível de água normal), atenção (previsão de ocorrências de chuvas moderadas e fortes), alerta (registro de chuvas intensas/ subida do nível do rio acima do normal) e alerta máximo (continuação da chuva/ rio atingindo 80% do nível de transbordamento). 12

13 4 Sistema Nacional de Prevenção de Desastres Numa tentativa de início de implantação de um sistema de prevenção de desastres em escala nacional, o governo dará início ao projeto neste ano de Cruzando dados meteorológicos e geofísicos, com o intuito de alertar para que pessoas sejam retiradas de áreas de risco. Segundo o ministro da Ciência e Tecnologia, 58% dos desastres naturais, no Brasil, acontecem por meio de inundações, seguidos dos 11% que se referem a deslizamentos. Alavancadas pelos últimos desastres, como o ocorrido em janeiro de 2011 na região serrana do Rio de Janeiro, melhorias tiveram de ser realizadas. Um supercomputador, adquirido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe/MCT) para melhorar a previsão do tempo, faz o levantamento da incidência de chuvas em uma área de até 5 km²- anteriormente os equipamentos disponíveis verificavam em um espaço de 20 km² - aumentando a taxa de acerto de previsões. O Supercomputador do Inpe realiza 258 trilhões de cálculos por segundo é um dos mais poderosos do mundo para previsão de tempo e será uma das ferramentas do novo sistema Figura 13 - Supercomputador 13

14 Tabela 1- Números do supercomputador O computador pode esquadrinhar o Brasil a cada 5 km² e aumenta a capacidade de processar as informações. Isso dará informações mais precisas sobre a condição tempo em cada local crítico. Assim mapeadas as áreas de risco, aliada a instalações de radares meteorológicos, a capacidade armazenagem de dados acurados aumenta. 14

15 5 Bibliografia De Barros, M.T.L., Gonçalves, F.M, Pion, H.A.M., Análise do modelo de previsão de estados hidrológicos da cidade de São Paulo /alerta_a_inunda.htm