CRESCIMENTO DAS ÁREAS EDIFICADAS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS DA AML NORTE. IMPACTES NOS CAUDAIS DE PONTA DE CHEIA Miguel LEAL 1 1 Instituto de Geografia e Ordenamento do Território, Universidade de Lisboa, Email: miguelleal11@hotmail.com PALAVRAS-CHAVE Expansão urbana, bacias hidrográficas, AML Norte, tempos de concentração, caudais de ponta RESUMO Este artigo tem como objectivo compreender de que forma se processou o crescimento das áreas edificadas em cinco bacias hidrográficas da Área Metropolitana de Lisboa (Norte) entre 1990 e 2006. Foram estudadas as bacias das ribeiras das Vinhas, de Caparide, da Laje, de Barcarena, e do rio Jamor. Procurou-se demonstrar qual o ritmo de expansão das áreas urbanas nestas cinco bacias e as modificações no(s) uso(s) do solo.por outro lado, tentou-se quantificar os impactes que a urbanização induz no comportamento hidrológico das bacias hidrográficas, nomeadamente nos tempos de concentração e nos caudais de ponta de cheia. KEYWORDS Urban growth, drainage basins, LMA North, concentration times, peak flood discharges ABSTRACT- URBAN AREAS GROWTH ON THE LAM NORTH DRAINAGE BASINS:IMPACTS ON PEAK FLOOD DISCHARGES- This article aims to understand how the growth of urban areas took place in five drainage basins in Lisbon Metropolitan Area (North) between 1990 and 2006. The drainage basins of the Vinhas, Caparide, Laje, Barcarena and Jamor streams were studied. This study attempts to demonstrate the expansion rate of urban areas and the land use changes in these five basins. Moreover, we tried to quantify the impacts of urbanization in hydrologic behaviour of drainage basins, notably in concentration times and peak flood discharges. 1. INTRODUÇÃO Os impactes da urbanização no comportamento hidrológico das bacias são conhecidos e resultam da redução do grau de permeabilidade que a edificação induz: diminuição da infiltração e das perdas de precipitação, incremento do escoamento directo e aumento da velocidade de escoamento e da frequência das cheias. A Península de Lisboa registou um aumento crescente do processo de urbanização a partir dos anos 60, que se estendeu sobretudo ao longo dos eixos de Cascais, Sintra e Vila Franca de Xira (Marques da Costa, 2004). O fenómeno da suburbanização desenvolveu-se essencialmente ao longo destes eixos ferroviários e afectou significativamente, durante as últimas décadas, as cinco bacias hidrográficas estudadas: Vinhas, Caparide, Laje, Barcarena e Jamor. Estas são pequenas
bacias alongadas, com áreas que variam entre 20 e 45 km 2, que drenam para Sul, em direcção ao estuário do rio Tejo e ao Oceano Atlântico. 2. METODOLOGIA O primeiro passo consistiu na delimitação das cinco bacias hidrográficas em ambiente SIG (ArcGIS), através da informação altimétrica e hidrográfica à escala 1:25 000 (cartas nº: 415, 416, 417, 429, 430 e 431). Para se perceber a evolução do uso do solo foram utilizadas as cartas Corine (Corine Land Cover) à escala 1:100 000, de duas datas diferentes: 1990 e 2006. As designações atribuídas na sua classificação foram agrupadas em três classes em função da sua natureza: áreas edificadas, áreas agrícolas e áreas florestais e silvestres. As designações incluídas nas áreas edificadas podem ser observadas no quadro 1. Quadro 1 Composição da classe das áreas edificadas ÁREAS EDIFICADAS Tecido urbano contínuo Tecido urbano descontínuo Indústria, comércio e equipamentos gerais Redes viárias e ferroviárias e espaços associados Aeroportos e aeródromos Áreas de extracção mineira/inertes Áreas de deposição de resíduos Áreas em construção Equipamentos desportivos, culturais e de lazer e zonas históricas Para calcular os tempos de concentração das bacias hidrográficas foi utilizado o método de Temez, por ter apresentado bons resultados nas bacias que drenam a região de Lisboa (Correia, 1983). Exprime-se através da seguinte fórmula: Tc = tempo de concentração (horas); Ch = comprimento do curso de água principal (km); I = inclinação média do curso de água principal (km/km). Recorreu-se igualmente ao método do Federal Aviation Administration (FAA) que tem sido utilizado para estudar o escoamento superficial em áreas urbanas (Chow et al., 1988). O método do FAA permite entender qual o efeito que o substrato geológico e a ocupação do território têm no aumento da velocidade das cheias. Para issso foram calculados os tempos de concentração das bacias para 1990 e para 2006, através da seguinte fórmula: Tc = tempo de concentração (minutos); C = coeficiente de escoamento superficial (Carvalho, 1998); Ch = comprimento do curso de água principal (metros); Db = declive médio da bacia (%). Foram igualmente calculados os caudais de ponta das cinco bacias hidrográficas através do método racional. Para tal recorreu-se aos valores horários de precipitação registados aquando das últimas cheias de Fevereiro de 2008 (18/02/2008) em algumas estações da rede meteorológica do INAG
(SNIRH Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos). As estações seleccionadas foram: Barragem Rio da Mula (para a ribeira das Vinhas), Cacém (para as ribeiras da Laje e de Barcarena), Caneças (para o rio Jamor) e Linhó (para a ribeira de Caparide). O cálculo dos caudais de ponta foi então efectuado através da expressão seguinte: Qp = caudal de ponta (m 3 /s); C = coeficiente de escoamento superficial (Carvalho, 1998); i = intensidade de precipitação com duração igual ao do tempo de concentração da bacia (mm/h); A = área da bacia. Para avaliar os impactes da alteração dos usos do solo nos picos de cheia foram calculados dois valores de caudal de ponta para cada bacia (um para 1990 e outro para 2006). Para isso, alteraram-se os valores médios do coeficiente de escoamento superficial na fórmula do método racional, consoante as características de permeabilidade das bacias nos dois anos considerados. 3. EVOLUÇÃO DAS ÁREAS EDIFICADAS NAS BACIAS HIDROGRÁFICAS ENTRE 1990 E 2006 Em 1990, não se poderia dizer que qualquer uma das cinco bacias fosse urbana, pois a sua ocupação rondava, em termos médios, os 30% (cerca de 1/3 da bacia) (figuras 1 e 2). Caparide, Laje e Barcarena tinham ainda uma ocupação essencialmente agrícola, enquanto Vinhas era dominantemente florestal. Jamor não tinha um tipo de ocupação preferencial (figura 1). 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Figura 1 Usos do solo em 1990 e em 2006. Bacias hidrográficas: 1-Vinhas; 2-Caparide; 3-Laje; 4-Barcarena; 5-Jamor
Laje Jamor Barcarena Caparide Vinhas 35,9 64,0 33,2 53,3 29,8 50,3 1990 25,2 45,8 2006 22,1 29,9 0 10 20 30 40 50 60 70 % Áreas edificadas na bacia BACIAS HIDROGRÁFICAS AUMENTO DAS ÁREAS EDIFICADAS (1990-2006 (%) EM RELAÇÃO À NO CONJUNTO DA CLASSE DAS ÁREAS BACIA EDIFICADAS BARCARENA 21% 69% CAPARIDE 21% 82% JAMOR 20% 61% LAJE 28% 78% VINHAS 8% 35% Quadro 2 Aumentos das áreas edificadas Figura 2 - Áreas edificadas em 1990 e 2006 Entre 1990 e 2006, o processo de urbanização foi, de um modo geral, extremamente acentuado (figuras 1 e 2 e quadro 2). O ritmo de expansão até parece ser mais acelerado do que o que se verificava nas décadas anteriores, como sugerem os números obtidos por Saraiva et al. (1998), referentes à bacia da ribeira da Laje. Como consequência da expansão das áreas edificadas observou-se um decréscimo da importância das áreas agrícolas e florestais/silvestres (figura 1). Em 2006, Laje, Jamor e Barcarena já tinham mais de metade da sua superfície ocupada por construções, às quais se seguiam Caparide com quase 46% e Vinhas com cerca de 30% (figura 2). Das cinco bacias de drenagem a que mais se destaca é a da Laje, cuja edificação ascende aos 64%, registando um crescimento de 28% entre 1990 e 2006 (figura 2 e quadro 2). Um outro facto importante é que praticamente todo o sector montante desta bacia estava já impermeabilizado pela acção antrópica, o que se torna perigoso em situações de cheias rápidas (figura 1). Quanto a Jamor, Barcarena e Caparide têm aumentos semelhantes, que variam entre 20 e 21%. Estes incrementos acentuados foram bastante superiores ao que se verificou nas Vinhas (8%), o que demonstra que nesta bacia o processo de urbanização está substancialmente mais controlado, mantendo-se boa parte das áreas florestais e silvestres (figuras 1 e 2). Porém, é possível analisar o crescimento das áreas edificadas de uma outra forma, cujos resultados estão presentes na 2ª coluna do quadro 2. Estes valores não consideram o crescimento em relação ao total da bacia (1ª coluna), mas apenas em relação às áreas edificadas. Exemplificando, numa bacia com 100 km 2, 5% dessa superfície era ocupada, em 1990, por áreas edificadas, enquanto em 2006 essa percentagem cresceu para 10%. Na prática, há mais 5% da bacia ocupada por áreas edificadas (1ª coluna), mas, tendo em conta a situação de partida (em 1990), essas áreas aumentaram 100% (2ª coluna). Assim sendo, nesta perspectiva, os crescimentos são superiores em Caparide e Laje (82% e 78% respectivamente), aos quais se seguem os incrementos registados em Barcarena (69%) e Jamor (61%). Mais uma vez se demonstra que onde a urbanização menos cresce é nas Vinhas (35%). Um outro dado interessante é a substituição de usos do solo, ou seja, a expansão urbana é feita em detrimento de determinado tipo de ocupação. Os dados apurados sugerem que, em média, mais de 3/4 do aumento das áreas edificadas ocorrem à custa das áreas agrícolas (quadro 3). As situações mais desequilibradas são as de Barcarena e Laje. No primeiro caso, o crescimento urbano
até se faz totalmente à custa de terrenos agrícolas (quadro 3). Vinhas é a bacia cujos valores são mais equilibrados, representando uma relação praticamente de 50/50 entre áreas agrícolas e áreas florestais/silvestres (quadro 3). BACIAS HIDROGRÁFICAS AUMENTO DAS ÁREAS EDIFICADAS (1990-2006) (%) À CUSTA DE ÁREAS AGRÍCOLAS À CUSTA DE ÁREAS FLORESTAIS E SILVESTRES BARCARENA 100% 0% CAPARIDE 77% 23% JAMOR 65% 35% LAJE 89% 11% VINHAS 53% 47% MÉDIA 77% 23% Quadro 3 Aumentos das áreas edificadas à custa das áreas agrícolas ou florestais/silvestres 4. IMPACTES DA URBANIZAÇÃO NO COMPORTAMENTO HIDROLÓGICO DAS BACIAS Como referem Smith e Ward (1998), é mais fácil demonstrar qualitativamente que o uso do solo pode afectar o comportamento hidrológico de uma bacia, do que quantificar os seus efeitos. Foi exactamente isso que se procurou fazer. Relativamente aos tempos de concentração, nas bacias hidrográficas da AML os resultados mais próximos da realidade são dados pelo método de Temez. Apesar de não serem os mais correctos, os valores resultantes do método do FAA permitem conhecer a variação dos tempos de concentração entre 1990 e 2006 em termos relativos. Tal como seria expectável, atendendo ao crescimento das áreas edificadas, a redução mais significativa observou-se na Laje, cujo tempo de concentração diminui 16% em 16 anos (quadro 4). De seguida, surgiam Barcarena, Caparide e Jamor, com decréscimos entre os 8 e os 10% (quadro 4). Por último, a que menos mudou foi Vinhas, onde o tempo de concentração se reduziu apenas 3% (quadro 4). BACIA HIDROGRÁFICA TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (TEMEZ) TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (FAA) (1990) TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (FAA) (2006) REDUÇÃO DO TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (1990-2006) BARCARENA 6h 17m 4h 02m 3h 38m 10% CAPARIDE 4h 22m 2h 37m 2h 25m 8% JAMOR 5h 19m 3h 46m 3h 28m 8% LAJE 5h 55m 4h 17m 3h 36m 16% VINHAS 3h 41m 2h 35m 2h 31m 3% Quadro 4 Tempos de concentração Passemos agora aos caudais de ponta. O que se procura perceber de seguida é: se as cheias de 2008 tivessem ocorrido em 1990 ou em 2006, quais seriam as diferenças nos caudais de ponta provocadas pelas mudanças nos usos do solo. O padrão de modificação é semelhante ao constatado para os tempos de concentração. Desta forma, o aumento do caudal de ponta entre 1990 e 2006 seria maior na Laje (17,09 m 3 /s ou 26%) e menor nas Vinhas (0,73 m 3 /s ou 5%) (quadro 5). As restantes bacias teriam incrementos do caudal de ponta semelhantes em termos relativos, variando entre 13 e 14%, o que representaria 7,61 m 3 /s em Barcarena, 1,26 m 3 /s em Caparide e 6,74 m 3 /s no Jamor (quadro 5). No entanto, é preciso referir que os valores registados em 18/02/2008 nas diversas estações meteorológicas não foram iguais, uma vez que as
intensidades da precipitação foram bastantes distintas dentro AML, o que afecta, naturalmente, os valores dos caudais de ponta de cheia. 5. CONCLUSÕES BACIAS HIDROGRÁFICAS PONTA (m3/s) (1990) PONTA (m3/s) (2006) AUMENTO DO PONTA (m3/s) AUMENTO DO PONTA (%) BARCARENA 57,73 65,34 7,61 13% CAPARIDE 9,36 10,61 1,26 13% JAMOR 49,69 56,43 6,74 14% LAJE 65,58 82,67 17,09 26% VINHAS 14,29 15,03 0,73 5% Quadro 5 Caudais de ponta As áreas edificadas têm-se expandido na AML Norte ao longo das últimas décadas, sendo o seu crescimento particularmente acentuado no período de tempo analisado (1990-2006). Os resultados alcançados mostram que a expansão das áreas urbanas nas cinco bacias hidrográficas decorreu a ritmos diferentes, fazendo-se, essencialmente, à custa das áreas agrícolas. Assim, Laje é a que mais se destaca, uma vez que é a bacia com a maior percentagem de áreas edificadas e com o maior ritmo de crescimento entre 1990 e 2006. Assim sendo, é a bacia que apresenta uma maior redução dos tempos de concentração e um maior incremento dos caudais de ponta. Em Barcarena, Caparide e Jamor as áreas edificadas tiveram desenvolvimentos semelhantes entre si, que, apesar de elevados, não atingiram os valores da Laje. Quanto a Vinhas, é a bacia com o crescimento urbano mais lento. As diferentes ocupações do território reflectiram-se no comportamento hidrológico das bacias. Desta forma, Laje é a bacia que apresenta uma maior redução dos tempos de concentração e um maior incremento dos caudais de ponta. Naturalmente que é nas Vinhas que os efeitos da edificação menos se fazem sentir. BIBLIOGRAFIA Carvalho R (1998) Hidrologia e Recursos Hídricos, vol.1 O Ciclo Natural da Água. Ed. Estúdios Cor, S.A., Lisboa. Chow V T, Maidment D R, Mays L W (1988) Applied Hydrology. McGraw-Hill, New York. Correia F N (1983) Proposta de um Método para a Determinação de Caudais de Cheia em Pequenas Bacias Naturais e Urbanas. In Seminário Contribuição para o Estudo de Métodos de Cálculo de Drenagem de Águas Pluviais em Zonas Urbanas, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa: 249-270. Marques da Costa (2004) Dispersão urbana e mobilidade na Área Metropolitana de Lisboa. V Congresso da Geografia Portuguesa - Portugal: Territórios e Protagonistas, Guimarães. Saraiva M G, Correia F N, Carmo V (1998) Avaliação ex-post de medidas não-estruturais de defesa contra cheias na bacia hidrográfica da Ribeira da Lage. 4º Congresso da Água, Lisboa. Smith K e Ward R (1998) Floods. Physical Processes and Human Impacts. John Wiley and Sons, Chichester. SITES CONSULTADOS Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos (SNIRH) http://snirh.pt