ANÁLISE DO COMPORTAMENTO HÍDRICO DA BACIA DO RIO CABUÇU DE CIMA PARQUE ESTADUAL DA CANTAREIRA, GUARULHOS (SP), PELO MÉTODO SCS COM DADOS DO RADAR METEOROLÓGICO DE SÃO PAULO Marco Antonio Lacava 1 Augusto José Pereira Filho 2 Antonio Manoel dos Santos Oliveira 1 Felipe Vemado 2 William de Queiroz 1 RESUMO Este trabalho compreende uma análise hidrológica da Bacia do Rio Cabuçu de Cima, de suas características de infiltração e armazenamento de água no solo obtidas por meio de análise geomorfológica e da estimativa do número de curva (CN) pelo método SCS (Ponce, 1989). A referida bacia possui um reservatório que é utilizado para o abastecimento de água urbana no Município de Guarulhos, SP. O Serviço de Abastecimento de Água e Esgoto (SAAE) do município mantém medições de vazão e cota do reservatório. Utilizaram-se estes dados em conjunto com as estimativas de chuva acumulada do radar meteorológico de São Paulo para estimar as características de infiltração da bacia por meio da equação da conservação da água. Os resultados hidrológicos indicam que a bacia tem baixa capacidade de infiltração com CN que variou no período de outubro de 2005 a julho de 2006 entre 78 e 84. Estes resultados corroboram as análises geomorfológicas realizadas e indicam a necessidade de um controle da retirada de água para abastecimento urbano em virtude do baixo armazenamento de água no solo argiloso de baixa infiltração da bacia. ABSTRACT This work comprehends a hydrological analysis of Cabuçu de Cima watershed, specifically of its infiltration and storage capacity obtained by in situ geomorphologic analysis and by the SCS curve number (CN). A downstream reservoir is used to supply water to Guarulhos, São Paulo. The water and sanitation company (SAAE) keeps records of the water level and flow. These data sets were used in conjunction with the São Paulo weather radar to estimate the infiltration through the conservation equation. The hydrological results obtained with data sets between October 2005 and July 2006 indicates low infiltration with high CN varying between 78 and 84. Results agree with the in situ geomorphologic analysis and suggest the need for a strict control over the urban consumption since the basin has silt soils with very low soil infiltration and water storage and can not recover during the dry season. Palavras-Chave: Eventos hidrometeorológicos; Parque; Guarulhos. 1 Universidade Guarulhos. UnG. Praça Tereza Cristina, 1. Guarulhos. SP. 11-6464 1700, mlacava@ung.br ; aoliveira@prof.ung.br ; wqueiroz@ung.br 2 USP. Rua do Matão, 1226, São Paulo. SP. 11-30914735, apereira@model.iag.usp.br, vemado@model.iag.usp.br
INTRODUÇÃO A estimativa de vazões afluentes constitui uma das formas de se caracterizar o comportamento hídrico de bacias hidrográficas no campo da hidrologia. A necessidade desta caracterização da bacia do rio Cabuçu de Cima se revelou de suma importância tendo em vista ser esta a bacia contribuinte do principal reservatório produtor de água do município de Guarulhos, (SP), e porque vem sofrendo significativa depleção durante os períodos de estiagem. Este reservatório se encontra ao norte da mancha urbana mais densa de São Paulo, na região da Serra da Cantareira (Figura 1). Esta serra foi tombada como Parque Estadual da Cantareira (PEC) no final do século XIX como forma de garantir o abastecimento de água da cidade de São Paulo, através de várias represas, onde se destaca a do Cabuçu, cujo rio, o Cabuçu de Cima, é afluente do rio Tietê, pertencendo ao Comitê de Bacia do Alto Tietê, Sub-Comitê Cabeceiras. O reservatório do Cabuçu tem um volume de armazenamento de 1,776. 10 6 m 3 na cota de 763,35m do vertedor de superfície com uma área de cerca de 20 hectares, comprimento de 1.500 m e largura máxima de 400 m. A barragem, construída em 1904, é de concreto ciclópico, do tipo arco-gravidade, com 15 m de altura e uma crista de 50 m. Se, de um lado, o relatório ambiental preliminar (RAP) do Sistema Produtor Cabuçu (Hagaplan Planejamentos e Projetos) relata a inexistência de dados do potencial hídrico do reservatório, prévios aos estudos para sua reativação; por outro lado, verifica-se a existência de obra complementar do antigo sistema que indica a vulnerabilidade do armazenamento de água nos períodos de estiagem. Essa obra corresponde a uma estrutura ainda hoje visível, de antiga adutora que percorre todo o perímetro esquerdo do reservatório, desde uma barragem soleira situada 1.500 m a montante, na entrada do principal curso d água contribuinte do reservatório. Como seu traçado, desde aquela soleira, até a antiga tomada d água, no corpo da barragem, encontrava-se abaixo do nível máximo do reservatório, pode-se inferir que seu funcionamento antigo, se dava somente quando o nível do reservatório se encontrava abaixo de sua estrutura, servindo para garantir um mínimo de vazão para abastecimento, por gravidade. No sistema atual, o bombeamento, realizado a partir de estrutura flutuante, acompanha o rebaixamento do nível, tendo a antiga adutora e sua tomada d água na barragem sido eliminadas. Este sistema foi então reativado a partir do ano 2001 e mantida, desde então, uma produção de água com uma vazão entre 180 e 220 l s -1. A bacia do rio Cabuçu de Cima, contribuinte do reservatório Cabuçu, apresenta uma superfície de 23,8 km 2, uma densidade de drenagem de 3,37 km km -2, um comprimento do talvegue principal de 10.978 m, superando diferença de altitude de cerca de 250 m (cota de quase 1000 m, até 750m sobre o nível do mar), portanto com declividade média de 2,3 %. A geologia da bacia corresponde ao embasamento cristalino das rochas pré-cambrianas que formam a Serra da Cantareira, formado por gnaisses, filitos, micaxistos, migmatitos, quartzitos e rochas metabásicas (IPT; Emplasa, 1984; Oliveira, 2005). Tal composição aponta para um substrato formado na maior
parte por litologias de baixa permeabilidade, não favorecendo o armazenamento da água, a menos das estruturas geológicas. O relevo, de morros e montanhas, favorece mais o escoamento superficial que a infiltração, sobretudo devido às elevadas declividades presentes (Oliveira, 2005). Concorrem no mesmo sentido deste comportamento hidrológico, a natureza dos solos que se presume, por falta de levantamentos detalhados, serem rasos e argilosos (Andrade, 1999; Silva, 2000). Enfim, as características do meio físico indicam um quadro mais favorável ao escoamento superficial que à infiltração, portanto possivelmente adverso à retenção e armazenamento das águas de chuva. Em outros termos, não haveria aqüíferos que possam favorecer um escoamento de base, que garantiriam vazões razoáveis durante as estiagens de outono e inverno. Figura 1: Mapa de localização da Bacia do Rio Cabuçu de Cima (verde) na Bacia do Alto Tietê (detalhe). Rede de drenagem, limites municipais e distâncias estão indicados. A cobertura vegetal, natural e, em parte, primitiva, é formada por floresta latifoliada tropical úmida que passa, no alto da serra, a floresta subtropical de altitude, ambas do domínio da Mata Atlântica (Negreiros et al, 1974). Esta densa cobertura vegetal constitui um contraponto a esse comportamento e exerce importante papel de retenção de água, freando o escoamento superficial e, portanto, uma menor torrencialidade dos escoamentos. Em resumo, se de um lado as condições do meio físico geológico, geomorfológicas e pedológicas se revelam mais favoráveis ao escoamento superficial que à infiltração e, em conseqüência, a um menor efeito regulador do comportamento hídrico; ao contrário, a cobertura vegetal concorre para uma atenuação desse comportamento e promove a retenção que favorece a infiltração, ou seja uma certa regularização hídrica ao longo do tempo. O clima da região onde se insere a bacia é temperado podendo configurar uma estação seca que vai de maio a agosto. A precipitação média anual é de 1.411 mm.
MATERIAIS E MÉTODOS O monitoramento do nível do reservatório (Figura 2) revelou 3 momentos de elevações bruscas, favoráveis à analise: período I de 24/12/2005 a 10/01/2006 (18 dias); período II de 03/02/2006 a 19/02/2006 (17 dias) e período III de 05/03/2006 a 29/03/2006 (25 dias). A análise dos eventos acima foi fundamentada em Ponce (1989) na equação do Soil Conservation Service (SCS): V TE = R[CN(P/R+2)-200] 2 /CN[CN(P/R-8)+800] (1) Onde, V TE = Volume produzido pela bacia durante o período, em m 3 ; R = constante (2,54); P = precipitação (cm); CN = número de curva de bacias rurais (Tabelas 11.2 e 11.3 de Tucci (2004), que retrata as condições de cobertura e solo que varia de muito impermeável (limite inferior) até uma cobertura completamente permeável (limite superior). Os volumes estimados (V TE ), durante os períodos escolhidos, foram calculados pela substituição dos respectivos valores de P, R e CN, na Eq. 1, com as devidas conversões para se obter o volume em m 3. A precipitação (P) acumulada horária média (mm) sobre a bacia (Figura 1) foi estimada por meio do Radar Meteorológico de São Paulo. Figura 2: Evolução temporal do nível do reservatório do Cabuçu (m) entre outubro de 2005 e julho de 2006. Estão indicados os eventos utilizados neste estudo. Cota de extravasamento de 763,35 m. O volume medido (V T ), durante os mesmos períodos, foram calculados pela soma do volume utilizado (V U ), correspondente à vazão (Q C ) destinada ao consumo, e o volume acrescido ao reservatório (V R ), correspondente à variação de volume do reservatório, provocado pelas chuvas. A vazão de consumo foi fornecida pelo SAAE por meio de leituras em calha do tipo Parshall, instalada na entrada da Estação de Tratamento de Água (ETA). A variação do volume do reservatório foi obtida pelas medidas do níveis do mesmo, correlacionadas a volumes, por meio de
gráfico cota x volume elaborado com base em batimetria realizada pelo IPT (Oliveira, 2005). A análise foi realizada em diversas simulações com variação de CN até que os resultados de volumes estimados (V TE ) se aproximassem dos volumes medidos (V T ). RESULTADOS A seguir são apresentados os principais resultados obtidos neste estudo hidrometeorológico nos três períodos analisados, com os valores mais aproximados de volumes estimados aos medidos e obtenção de CN de modo a indicar os tipos de solos na bacia estudada, considerada a cobertura vegetal existente. A Tabela 1 mostra as variáveis medidas e estimadas que resultaram na estimativa de CN da bacia para cada período. Entre os períodos I e II houve uma variação de CN para cima. Isto sugere que a bacia passou de uma condição menos úmida para uma mais úmida de dezembro de 2005 para fevereiro de 2006. Do período II para o período III não houve variação de CN o que sugere um máximo no fim do período chuvoso de CN-84. Nota-se na Figura 2 que a recuperação do reservatório depende de eventos chuvosos mais significativos. A acumulação total dos três períodos foi de 558 mm e produziu um volume total afluente ao reservatório de 1,7 x 10 6 m 3. A Figura 2 também indica que a partir do fim de abril, com o fim do período chuvoso, o decréscimo do nível do reservatório é quase linear. As chuvas de mais baixa acumulação no período de outono e inverno são insuficientes para recuperar o reservatório. Tabela 1: Medições e estimativas de variáveis hidrológicas da Bacia do Rio Cabuçu de Cima. Estão indicados a chuva total (P), número de curva estimado (CN), volume total de água escoado (V TE ), vazão média (Qc), período de análise, volume utilizado (V U ), data do início e fim do período e respectivas cotas, volume acrescido ao reservatório (V R ) e volume total medido (V T ). Perí odo P (mm) CN V TE (m 3 ) Q C (l s -1 ) tempo (dias) V U (m 3 ) Data inicial Cota (m) Data final Cota (m) V R (m 3 ) V u + v R = V T (m 3 ) I 213 78 675.548 187,5 18 291.600 24/12/05 757,37 10/01/06 760,42 400.000 691.600 II 123 84 400.522 202,47 17 297.387 03/02/06 759,97 19/02/06 760,87 90.000 387.387 III 222 84 637.692 240,0 25 518.400 05/03/06 760,67 29/03/06 761,76 120.000 628.400 CONCLUSÕES Para os três períodos estudados foram identificados valores de CN para o período I, 78, para o período II e III, 84. Identificando na tabela 11.2 (Tucci, 2004) as características de uso do solo da bacia e sua superfície de cobertura, como sendo: Florestas e Esparsas, foram identificados tipos de solo C e D. Solos tipo C geram escoamento superficial acima da média, possuem capacidade de infiltração abaixo da média, contem percentagem considerável de argila e são pouco profundos.
Solos do tipo D são solos que contem argilas expansivas, pouco profundos com muito baixa capacidade de infiltração, gerando a maior proporção de escoamento superficial. Portanto, ambos solos apresentam como característica hidrológica comum, comportamentos que favorecem mais o escoamento superficial e menos a infiltração. Este comportamento é compatível com as observações geomorfológicas do meio físico da bacia. Agradecimentos Os autores agradecem ao SAAE de Guarulhos pelos dados fornecidos, ao pesquisador Dr Luiz Antonio Pereira de Souza do IPT, pela batimetria realizada, e à FAPESP pelo suporte a esta pesquisa (Processo 01/02767-0). Os autores da USP agradecem o suporte do CNPq (PN 01/13952-2) às pesquisas realizadas pelo Laboratório de Hidrometeorologia da USP vinculadas ao presente estudo. Finalmente, os autores agradecem à Arq. Sandra Emi Sato pela elaboração da Figura 1. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANDRADE, M. R. M, 1999: Cartografia de aptidão para assentamento urbano do município de Guarulhos. 1999. 154 p. Dissertação de mestrado em Geografia Humana. FFLCH-USP. HAGAPLAN Planejamento e Projetos S/C Ltda. Relatório Ambiental Preliminar do Sistema Cabuçu. CDROM. IPT e EMPLASA, 1984: Carta geológica da Região Metropolitana de São Paulo. Escala 1:50.000. NEGREIROS, O. C. et al., 1974: Plano de manejo para o Parque Estadual da Cantareira. São Paulo: Boletim Técnico do Instituto Florestal, n. 10. OLIVEIRA, A. M. S., 2005: Diagnóstico ambiental para o manejo sustentável do Nucleo Cabuçu do Parque Estadual da Cantareira e Áreas Vizinhas do Município de Guarulhos. Relatório Final. Universidade Guarulhos. FAPESP. 2v.108 p. PONCE, V. M., 1989: Engineering hydrology - principles and practices. New Jersey: Prentice Hall Inc. and Paramount Communications. 1989 SILVA, D.A., 2000: Evolução e ocupação da terra no entorno dos Parques Estaduais da Cantareira e Alberto Löfgren e impactos ambientais decorrentes do crescimento metropolitano. 184 p. Dissertação de Mestrado em Geografia Física. FFLCH-USP. TUCCI, C. E. M., 2004: Escoamento superficial. In Tucci, C.E.M. (org.). Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Editora da UFRGS/ABRH. 4 a Ed.