USO DE TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS PARA REDUÇÃO DO IMPACTO DE UM EMPREENDIMENTO COMERCIAL NA BACIA DO RIO CASCAVEL Paulo Canedo de Magalhães 1 & Bianca Maria Gomes da Silva 2 & Matheus Martins de Sousa 3 & Marcelo Gomes Miguez 4 * & Victor A. A. Fernandes de Souza 5, Resumo A crescente impermeabilização dos solos urbanos vem trazendo um problema cada vez mais frequente e comum em todo o mundo: as inundações urbanas. Componente importante do ciclo hidrológico, a infiltração de água no solo promove no ambiente um controle natural frente a este problema. Com base nesta observação preliminar, o propósito deste trabalho foi analisar o uso de técnicas compensatórias de drenagem sustentável com o propósito de mitigar os impactos ambientais causados pela implantação de um empreendimento comercial, com alta impermeabilização, na Bacia do Rio Cascavel/PR. Foram estudadas duas alternativas, a captação e aproveitamento das vazões pluviais e a utilização de pavimento permeável no empreendimento. Para elaboração destas análises foi utilizado o modelo matemático quasi-2d, MODCEL, desenvolvido na UFRJ. Palavras-Chave Cheias urbanas, MODCEL, drenagem sustentável. USE OF COMPENSATORY TECHNIQUES FOR REDUCING THE IMPACT OF A COMMERCIAL ENTERPRISE IN THE CASCAVEL RIVER WATERSHED Abstract The waterproofing increasing of urban lands has brought a frequent and common problem throughout the world: the increasing of urban flooding. Important component of the hydrological cycle, the infiltration promotes a natural control in the environment. Based on this preliminary discussion, the goal of this paper was to analyze the use of compensatory techniques in a sustainable drainage approach with the purpose of mitigating the environmental impacts caused by the implementation of a commercial enterprise in Cascavel River Watershed/PR. Two alternatives were studied, the of rainwater harvesting and the use of permeable pavements. To elaborate these scenarios, it was used a quasi-2d model, MODCEL, developed at UFRJ. Keywords Urban floods, MODCEL, drainage. INTRODUÇÃO Problemas com inundações são comuns em todo o mundo vem sendo cada mais frequentes nos últimos anos e a impermeabilização dos solos urbanos tem sido um dos principais fatores para esse aumento. Tendo em vista isto o objetivo deste trabalho foi a análise de técnicas compensatórias 1 Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa em Engenharia COPPE/UFRJ canedo@hidro.ufrj.br 2 Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, bianca_bia_gomes@poli.ufrj.br 3 AquaFluxus Consultoria Ambiental em Recursos Hídricos, matheus@hidro.ufrj.br 4 COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, marcelomiguez@poli.ufrj.br 5 Escola Politécnica POLI/UFRJ victorafsouza@poli.ufrj.br * Autor Correspondente. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
para amenizar os impactos ambientais gerados pela construção de um empreendimento comercial localizado na Bacia do Rio Cascavel, com foco em drenagem sustentável. A Bacia Hidrográfica do Rio Cascavel localiza-se no Município de Cascavel, região oeste do Estado do Paraná. Possui uma área de drenagem 125 km² e abrange os distritos-sede de Cascavel, Lindoeste, Santa Lucia, Capitão Leônidas Marques e Boa Vista da Aparecida. A temperatura média da região é em torno de 17 ºC e a pluviosidade média anual é de 1.961 mm, com pluviosidade bem distribuída (média mensal acima de 100 mm). O empreendimento está localizado bem próximo à margem esquerda do rio Cascavel, tendo a menos de 500 metros, para jusante, um lago com cerca de 380 mil metros quadrados de espelho d'água. O sistema de drenagem local conduz as águas superficiais, de chuvas, em direção à confluência do rio Cascavel com o lago municipal. A figura 1 permite visualizar a posição do empreendimento frente à bacia em estudo. Figura 1 Posição do empreendimento frente a bacia em estudo. Para mitigar os impactos provocados pela impermeabilização do solo no local foram analisados o uso de duas técnicas compensatórias, a implantação de pavimento permeável e o aproveitamento de água da chuva. METODOLOGIA Para a simulação do sistema de drenagem, foi utilizado, como ferramenta de modelagem, o Modelo de Células de Escoamento para bacias urbanas MODCEL 6, desenvolvido por Miguez (2001), que representa o espaço urbano através de compartimentos homogêneos, denominadas células, que trocam vazão entre si por meio de equações clássicas unidimensionais. Assim, é possível representar a malha urbana, os corpos hídricos e as suas planícies de inundação. O MODCEL é 6 Modelo de Células de Escoamento para cálculo de cheias em planícies de inundação, Laboratório de Hidráulica Computacional, COPPE/UFRJ, www.hidro.ufrj.br/arh/lhc XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
integrado a um módulo hidrológico que realiza a separação da chuva efetiva que precipita sobre uma célula de escoamento através do método racional. Para analisar os impactos causados pelo empreendimento, bem como os benefícios das técnicas compensatórias estudadas, foram simulados quatro cenários descritos na tabela X a abaixo. Cenário 0 Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Tabela 1 Cenários analisados Situação anterior à implantação do empreendimento. Implantação do empreendimento sem uso de nenhuma técnica compensatória. Implantação do empreendimento com aproveitamento de água coletada pelos telhados do empreendimento em estruturas de reservatórios lineares (esquema na figura 2) ao longo dos fundos e das laterais do prédio. Implantação do empreendimento com aproveitamento de água coletada pelos telhados e o uso de pavimento permeável com uma camada de 15 centímetros de pedra brita em todo o estacionamento (figura 3). Figura 2 Esquema do reservatório linear e do tubo de saída. Figura 3 Esquema do Pavimento Permeável CARACTERIZAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
Para determinação do impacto do empreendimento estudado foi considerada a chuva crítica da bacia do rio Cascavel e a chuva crítica para a sub-bacia fechada à Jusante do Empreendimento para o tempo de recorrência de 10 anos. Foram delimitadas a bacia do rio Cascavel com base em curvas de nível a cada 20 metro, obtidas de um conjunto de plantas na escala 1:50.000, referentes Departamento de Serviços Geográficos do Ministério do Exército. A área de drenagem da bacia hidrográfica do rio Cascavel e da sub-bacia à jusante do empreendimento foram definidas e foram analisadas informações físicas, para posterior uso no estudo hidrológico. Essas informações são apresentadas na Tabela e na Tabela 2. Tabela 2 Informações físicas da Bacia Hidrográfica do Rio Cascavel. Rio Cascavel HIETOGRAMA DE PROJETO Foram utilizados neste estudo a IDF apresentada por Longo (2006) no estudo Equação de chuvas intensas e precipitação provável para o município de Cascavel-PR. Apresentada abaixo: Em que: I mm = I Intensidade média de precipitação, mm/h; Tr Tempo de retorno, anos; Td Tempo de duração, min. Área Comprimento Desnível Rio Declividade Desnível Bacia Tempo de Concentração 778,54 Tr0,1729 (t d + 9,65) 0,7204 125.239 m² 20.163 km 196 m 0.009721 m/m 210 m 240 min Tabela 3 Informações físicas da Sub-Bacia Hidrográfica do Empreendimento Empreendimento Área 0.067741 m² Comprimento 0.485 km Desnível Rio 26 m Declividade 0.053608 m/m Desnível Bacia 26 m Tempo de Concentração 10 min XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 precipitação (mm) Com essa equação foi elaborada uma chuva combinando as chuvas criticas da bacia do rio Cascavel e da Sub-Bacia do Empreendimento para o Tempo de Recorrência de 10 anos. O Hiteograma de Projeto é apresentado na Figura. 25 20 TR 10 anos 15 10 5 0 ESTUDOS HIDRODINÂMICOS Tempo (min.) Figura 4 - Hiteograma de Projeto. O modelo de células do rio Cascavel abrange o trecho que vai desde a toda a sua bacia hidrográfica. O modelo conta com 11 células de canal representativas do curso principais do rio Cascavel, mais 61 células em seu entorno, representando a planície e as sub-bacias que contribuem ao rio, totalizando 72 células. Para a análise detalhada do empreendimento foram consideradas 7 células que representam os diferentes patamares do empreendimento estudado. O desenho das células do modelo completo pode ser observado na Figura, onde a bacia do rio Cascavel está assinalada em amarelo. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
Figura 5 - Divisão de células do modelo completo. RESULTADOS O modelo de células de escoamento apresenta dois tipos básicos de respostas, os níveis d'água em cada cela, em cada intervalo de tempo, e as vazões em cada ligação, em cada intervalo de tempo. Com essas respostas é possível calcular os hidrogramas em uma seção de canal. A seguir são apresentados os resultados simulados com o modelo do rio Cascavel para os cenários modelados na seções selecionadas: entrada do lago; saída do lago e foz do rio Cascavel. 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Entrada Lago 0 100 200 300 400 500 600 Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Figura 6 Hidrograma afluente ao lago para os 4 cenários modelados decorrente de uma chuva com TR 10 anos. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
Saída Lago 7 6 5 4 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Figura 7 Hidrograma efluente ao lago para os 4 cenários modelados decorrente de uma chuva com TR 10 anos. Entrada Lago 15.4 15.2 15 14.8 14.6 14.4 14.2 14 125 130 135 140 145 150 Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Figura 8 Detalhe do pico do hidrograma afluente ao lago para os 4 cenários modelados decorrente de uma chuva com TR 10 anos. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7
FOZ 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4 Figura 9 Hidrograma na foz do rio Cascavel para os 4 cenários modelados decorrente de uma chuva com TR 10 anos. Conforme observado na Figura 7 e na Figura 9 a implementação do empreendimento não modifica o hidrograma de cheias do rio cascavel nas seções à jusante do lago, a área do lago é suficientemente grande para absorver o impacto do empreendimento. Na Figura 8 podemos observar que o cenário 2, com o empreendimento implementado sem nenhuma técnica compensatória, ocorre um acréscimo de 0,40 m³/s na vazão de pico da cheia. No cenário 3, com o aproveitamento de água de chuva, a vazão de pico da cheia tem uma leve queda com relação ao cenário 1. No cenário 4 a vazão de pico da cheia é 0,46 m³/s menor que a do cenário 1. CONCLUSÕES Podemos constatar que a construção do empreendimento, sem nenhuma ação mitigadora para as águas de chuva que porventura precipitam-se em seus telhados e pátios, causa um agravamento do pico de vazão da ordem de 2,7%, considerando-se uma chuva típica (TR=10 anos) para a análise e o dimensionamento de um sistema de micro-drenagem. Tal agravamento ocorre no ponto em que a micro-drenagem deste é lançada no rio Cascavel. O fato da existência do lago faz com que esse agravamento, embora bem pequeno, não seja propagado para os demais bairros da localidade. De fato, o ponto de controle ao final do lago demonstra que praticamente nenhum agravamento propaga-se para o resto da cidade de Cascavel. Também é visível que o uso combinado de técnicas compensatórios anula por completo o impacto da implementação do empreendimento. Em um cenário de expansão urbana, onde a soma do impacto de vários empreendimentos possa se tornar relevante ao sistema, o uso destas técnicas compensatórias pode reduzir os incrementos de vazão ao sistema podendo, em situações ótimas como a do empreendimento avaliado, pode-se manter as vazões finais em níveis próximos ao de préurbanização. REFERÊNCIAS LONGO, Adair José; SAMPAIO, S. C.; SUSZEK, M. Equação de chuvas intensas e precipitação provável para o município de Cascavel-PR. Varia Scientia, v. 6, n. 12, p. 119-127, 2006. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8
MAGALHÃES, P. C.; COLONESE, B. L.; BASTOS, E. T.; MASCARENHAS, F. C. B.; MAGALHÃES, L. P. C.; MIGUEZ, M. G. (2005). Sistema HIDRO-FLU para apoio a Projetos de Drenagem in Anais do XVI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, João Pessoa, Novembro 2005. MIGUEZ, M. G. (2001). Modelo Matemático de Células de Escoamento para Bacias Urbanas. Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro RJ. XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 9