REQUALIFICAÇÃO FLUVIAL COM REFLORESTAMENTO DA FMP PARA MINIMIZAÇÃO DO RISCO DE INUNDAÇÕES NA BACIA DO RIO SESMARIA, RESENDE-RJ Ana Caroline Pitzer Jacob 1 & Marcelo Gomes Miguez 2 & Luiza Batista de França Ribeiro 3 & Osvaldo Moura Rezende 4 * & Matheus Martins de Sousa 5 & Bianca Maria Gomes da Silva 6 Resumo Os rios constituem um dos elementos naturais mais dinâmicos da superfície terrestre, se auto ajustando continuamente no tempo e no espaço. A combinação de diversos fatores exógenos provoca o desequilíbrio morfológico das bacias hidrográficas e cursos de água. Com isso, problemas como erosões, assoreamentos, instabilidade das margens e aumento de áreas potencialmente inundáveis começam a ocorrer. Este trabalho procura demonstrar que, com a degradação da faixa marginal de proteção (FMP), existem mais problemas de inundações e de instabilidade morfológica. Para este objetivo, avaliou-se a bacia do rio Sesmaria, fortemente degradada através da remoção de vegetação natural durante a exploração econômica do ciclo do café, seu abandono e substituição por pastagens, o que tem provocado graves inundações na cidade de Resende, região Sul Fluminense do Rio de Janeiro. Foi proposta uma ação de requalificação fluvial simples, que prevê o reflorestamento da FMP com o objetivo de criar condições de mitigação das cheias, possibilitando também uma melhora da qualidade do ambiente fluvial. Para a avaliação das inundações no cenário atual e no cenário com o reflorestamento da FMP, utilizou-se o modelo matemático MODCEL. Os resultados mostraram que o reflorestamento reduz significativamente os alagamentos na cidade de Resende. Palavras-Chave Requalificação fluvial, MODCEL, cheias urbanas. RIVER REHABILITATION WITH REFORESTATION OF RIVERINE AREAS FOR REDUCING FLOOD RISK IN SESMARIA RIVER BASIN, RESENDE-RJ Abstract The rivers are one of the most dynamic elements of the natural land surface in a continuous auto-adjustment process in time and space. The combination of several exogenous factors causes morphological disequilibrium of river basins and watercourses. Thus, problems such erosion, silting, banks instability and increase of flood risk begin to occur. This work aims demonstrate that degradation of legal fluvial space increases flooding problems and morphological instability. With this purpose, Sesmaria River basin was evaluated. This basin was heavily degraded by removal of natural vegetation, as result of an economic exploitation of the coffee cycle, which 1 AquaFluxus Consultoria Ambiental em Recursos Hídricos, caroline@aquafluxus.com.br 2 COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, marcelomiguez@poli.ufrj.br 3 AquaFluxus Consultoria Ambiental em Recursos Hídricos, luiza@aquafluxus.com.br 4 AquaFluxus Consultoria Ambiental em Recursos Hídricos, omrezende@aquafluxus.com.br 5 AquaFluxus Consultoria Ambiental em Recursos Hídricos, matheus@aquafluxus.com.br 6 Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, bianca_bia_gomes@poli.ufrj.br * Autor Correspondente XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
was abandoned and replaced by pastures causing severe flooding events in the city of Resende, Rio de Janeiro. The reforestation of the riverine areas, defined as legal protection areas, have been proposed as a simple action of river restoration and an appropriate way to recover part of the river functions, creating conditions for flood mitigation and also allowing improvement of quality of fluvial environment. The evaluation of floods for the current scenario and the scenario with restoration measures used MODCEL as a mathematical modeling tool. Results showed that with the reforestation of riverine areas there is a significant reduction of floods in Resende. Keywords River restoration, MODCEL, urban flood. 1. INTRODUÇÃO Os rios constituem um dos elementos naturais mais dinâmicos da superfície terrestre, se auto ajustando continuamente no tempo e no espaço. Estando sob a influência de processos exógenos, evoluem continuamente, aprofundando e alterando canais, mudando ou abandonando seus cursos, sendo produto de um longo processo construtivo e/ou destrutivo (Cavalcante et al., 2006). O avanço da ocupação territorial sobre áreas naturalmente inundáveis, a retirada e descaracterização da vegetação ribeirinha, o desmatamento, o descarte de resíduos sobre as encostas e nos cursos d água, a impermeabilização da superfície da bacia, as obras locais de caráter imediatista e outras ações, que, por anos e anos, foram praticadas pelo homem em nome do desenvolvimento, hoje se tornaram fatores agravantes na formação das enchentes e na degradação dos corpos hídricos (SEMADS, 2001; Oliveira e Miguez, 2011). De forma geral, os impactos provocados pela atividade humana nos rios e córregos, como instabilidade e erosão das margens, assoreamento, entre outros, são mais visíveis em áreas urbanas, mas estes não são menores nas áreas rurais. Além disso, sem a presença da vegetação na bacia hidrográfica, aumenta muito o escoamento superficial e o solo modifica sua estrutura, potencializando as erosões e o carreamento destes sedimentos para o rio (Vieira da Silva e Wilson Jr., 2005). Sem a presença da mata ciliar, o rio perde capacidade de retenção contra o aporte descontrolado dos sedimentos oriundos das erosões. Nos últimos anos, vem-se desenvolvendo um novo conceito em relação à forma de se abordar os problemas de degradação fluvial, voltado para uma avaliação sistêmica de seu funcionamento, com ações ambientalmente mais sustentáveis e que buscam conservar os cursos d água ou trabalhálos para que estes sejam recuperados a condições o mais próximo possível do natural. A requalificação de rios, sempre que possível, tanto em áreas rurais quanto urbanas, é um importante recurso da gestão de Recursos Hídricos (Brookes e Shields, 1996, Nardini e Pavan, 2012). Em grandes bacias preponderantemente rurais, onde há núcleos urbanos que são afetados pela ação do rio em determinado trecho, uma alternativa sistêmica passa a ser a atuação na recuperação de características funcionais das planícies de inundação, nas áreas rurais, para mitigação de inundações nas áreas urbanas. Este trabalho tem como caso de estudo a bacia do rio Sesmaria, situada no Médio Vale do Rio Paraíba do Sul (MVRPS) com problemas típicos de uma bacia que sofreu ação antrópica. É uma bacia predominantemente rural e, portanto, considera-se maior a possibilidade de implantação de ações de requalificação fluvial. Nesse contexto, o presente trabalho tem como proposta avaliar se a preservação da cobertura vegetal da Faixa Marginal de Proteção (FMP), poderia reduzir as inundações na cidade de Resende, na parte final da bacia hidrográfica do rio Sesmaria. Para a análise hidrodinâmica desta medida, será XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
usado o MODCEL, um modelo hidrodinâmico, que utiliza o conceito de células de escoamento e foi desenvolvido na UFRJ, por Miguez (2001). Os resultados calculados pelo modelo permitem delimitar as manchas de inundação resultantes do sistema de macrodrenagem para um determinado evento hidrológico. 2. ÁREA DE ESTUDO A bacia do rio Sesmaria está inserida na região conhecida como Médio Vale do Rio Paraíba do Sul (MVRPS), no limite dos estados brasileiros de São Paulo e Rio de Janeiro (Figura 1). Possui uma área de drenagem de 149 km². O rio Sesmaria, formado pelos rios Feio e Formoso, tem aproximadamente 20 km de extensão, sendo pouco mais de 16 km em região predominantemente rural, e cerca de 4,0 km atravessando a região mais urbanizada de Resende. Nasce em São José do Barreiro (SP), atravessa parte deste município e segue seu curso até Resende, desaguando no Rio Paraíba do Sul, na parte central da cidade. O principal afluente é o rio São João, que está localizado na margem direita do Sesmaria, 2,7 km a jusante da confluência dos rios Feio e Formoso, que são seus formadores. Figura 1 - Mapa do Brasil com a localização da bacia do rio Paraíba do Sul e a bacia do rio Sesmaria. Fonte: adaptado de CBH-PS (disponível em http://www.comiteps.sp.gov.br/imagens/mapao.jpg) A bacia do rio Sesmaria tem um histórico de enchentes. Mais recentemente, em 2009, houve uma cheia que atingiu algumas casas, mas não provocou grandes estragos na cidade de Resende. No ano de 2010, a população sofreu com duas grandes enchentes consecutivas, uma em março e outra em dezembro. As duas cheias de 2010 alagaram muitos bairros da cidade e provocaram estragos em pontes e muros que confinavam o rio, descalçando, inclusive, fundações de algumas edificações. Moradores afirmam que a enchente de dezembro de 2010 foi pior do que a que ocorreu em março. No evento dos dias 14 e 15 de dezembro de 2010, 9 bairros foram atingidos pela cheia e uma ponte precisou ser interditada para evitar maiores prejuízos, pois a força das águas destruiu a cabeceira da ponte. Em abril de 2012 o rio Sesmaria atingiu 1m acima do normal na cidade de Resende, preocupando a população, mas não chegou a transbordar. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
3. MATERIAIS E MÉTODOS O desenvolvimento deste estudo foi baseado em dois cenários de simulação: 1) Situação atual de alagamentos em Resende: neste cenário a bacia será simulada tal como é, com todas as intervenções já realizadas no rio Sesmaria e com a situação atual de uso e cobertura do solo; 2) Situação de alagamentos em Resende, caso seja reflorestada apenas a faixa marginal de proteção: neste cenário a faixa marginal de proteção será demarcada e revegetada. Para análise hidrodinâmica foi utilizado o MODCEL, um modelo de células de escoamento capaz de simular diferentes cenários hidrológicos e hidrodinâmicos. O MODCEL parte do princípio de que uma bacia pode ser subdividida em um conjunto de compartimentos homogêneos, que, em grupo ou isoladamente, representam paisagens, num arranjo tal que reproduz os padrões de escoamento, dentro ou fora da rede de drenagem, a partir das interações entre as células modeladas (Miguez, 2001). Para a aplicação do modelo de células, algumas informações básicas são necessárias para a entrada de dados, são elas: dados topográficos, hidrológicos e de uso e ocupação do solo. O estudo hidrológico foi elaborado tendo como base as estações do Laboratório de Gehidroecologia (GEOHECO) da UFRJ, que realiza pesquisas na região desde 2005, e a equação chuvas intensas veio dos estudos de Otto Pfastetter (1957). Para representar a chuva que causou enchentes na cidade de Resende, ocorrida entre os dias 14 e 15 de dezembro de 2010, foram utilizadas as estações Fazenda da Barra, Fazenda Monte Alegre, Formoso, Feio, São João e Sesmaria. A área de influência de cada estação foi obtida através do método dos Polígonos de Thiessen. A chuva de projeto foi calculada a partir da equação de chuvas intensas de Otto Pfastetter, para a Estação de Resende RJ. A modelagem hidrológica utilizou como ferramenta o modelo HIDRO-FLU (MAGALHÃES et al, 2005), desenvolvido na COPPE/UFRJ, que permitiu a determinação da chuva de projeto para os cenários propostos neste trabalho. Para o levantamento dos dados de topografia e uso e cobertura do solo, as principais fontes de informação foram: cartas do IBGE na escala 1:50.000; metadados do produto Modelo Digital de Elevação 1:25.000 do Projeto RJ-25 do IBGE; metadados do produto Ortofoto 1:25.000 do Projeto RJ-25 do IBGE; visitas de campo para conhecimento da área de estudo e realização de registros fotográficos; levantamentos de seções transversais (foram levantadas cinco seções transversais ao longo do rio, na parte rural da bacia); e imagens de satélite do software Google Earth. A partir destes dados foi possível obter a topografia da região, o que permitiu a análise da região e a divisão da bacia em células de escoamento, que devem representar os caminhos do escoamento superficial. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A divisão da bacia em células resultou em 425 células de superfície, sendo 83 células representando os rios e mais 342 células representando as planícies e as encostas. Essa divisão pode ser observada na Figura 2. Devido a insuficiência de dados, a calibração do modelo foi feita a partir dos pontos de inundação registrados numa enchente precedente. Foi feito um cenário de simulação para a data do evento (14 e 15 de dezembro de 2010) e verificados os pontos de alagamento e nível d água na cidade. As informações referentes aos pontos de alagamento e nível d água foram obtidas em notícias referentes ao evento e com moradores da região. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
Figura 2 - Bacia do rio Sesmaria dividida em células de escoamento. Foram geradas chuvas de projeto, com o uso do software HIDRO-FLU; para tempos de recorrência (TR) igual a 25 e 100 anos. A Tabela 1 apresenta as características físicas da bacia hidrográfica do rio Sesmaria para entrada de dados do programa HIDRO-FLU. O tempo de concentração, calculado a partir da fórmula de Kirpich, foi igual a 660 minutos. A chuva calculada para cada tempo de recorrência está apresentada na Tabela 2. Tabela 1 - Características físicas da bacia hidrográfica do rio Sesmaria informadas ao HIDRO-FLU. Dados de entrada do HIDRO-FLU Comprimento do rio principal Área de drenagem da bacia Declividade média Desnível entre o ponto mais elevado e o exutório 38 km 149 km² 0,00763 m/m 1200 m Coeficiente de Cobertura Vegetal da bacia 0,97 Tabela 2 - Precipitação determinada para cada TR. TR (anos) 25 100 Precipitação (mm) 116,8 149,0 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
As condições de contorno nos afluentes foram vazões de base determinadas no período de estiagem (julho e setembro de 2008) em medições realizadas pelo laboratório GEOHECO em determinadas seções destes rios. Na foz do rio Sesmaria foram introduzidas duas condições de contorno referentes ao rio Paraíba do Sul, uma de vazão, a montante, referente à vazão de restrição para o trecho do rio Paraíba do Sul, e uma de cota, a jusante, consistente com a vazão lançada a montante. Para a bacia do rio Sesmaria, o coeficiente de runoff foi definido em função das características de uso e cobertura do solo, observados a partir de imagens de satélite e vistas de campo. Os valores adotados foram definidos e adaptados, com base nos valores apresentados por Wilken (1978) e estão apresentados na Tabela 3. Tabela 3 - Coeficientes de runoff adotados para a situação atual, baseados em Wilken (1978) e na calibração. Características da ocupação Runoff Planície urbanizada 0,75 Faixa marginal sem vegetação ou coberta por gramínea 0,45 Faixa marginal com vegetação 0,30 Encosta vegetada 0,30 Encosta coberta por gramínea ou sem vegetação 0,45 Os coeficientes de Manning usados para as ligações de canal entre as células de rio na situação atual foram obtidos utilizando método apresentado por Chow (1959) e confirmados na calibração, variando entre 0,038 e 0,076. Para as ligações entre células de planícies na área rural utilizou-se coeficiente de Manning igual a 0,06, entre as células de encosta e as de planície utilizouse 0,08 e na área urbana utilizou-se coeficiente de Manning igual a 0,065. No cenário de requalificação fluvial, a FMP em área rural foi demarcada e revegetada, conforme prevê o Código Florestal Lei 12.651/2012, Artigo 4º, Inciso I. Na área urbana não foram consideradas desapropriações e, por isso, foi previsto o reflorestamento apenas das áreas onde havia espaço disponível. Na área rural, foram modificados os coeficientes de runoff nas células de faixa marginal de proteção para 0,15, justificado pelo aumento da largura da faixa marginal, proposta pelo Código Florestal, e densidade da vegetação. O coeficiente de Manning nas ligações de planície passou de 0,06 para 0,18. Nas ligações entre as células de faixa marginal e as encostas não houve modificação no coeficiente de Manning, permanecendo o valor da situação atual (0,08). Utilizando o método de cálculo de Chow (1959) para os coeficientes de Manning, com o reflorestamento da FMP houve um aumento médio de 25% nestes coeficientes, em relação à situação atual, para as ligações de canal na área rural. Foram simulados os cenários atual e de requalificação fluvial, apenas com o reflorestamento da FMP, para chuvas com tempo de recorrência de 25 e 100 anos. A partir desta simulação foi possível elaborar os mapas de inundação, apresentados na Figura 3 e Figura 4. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
A B Figura 3 - Mapas de inundação da área urbana da bacia para os eventos com tempo de recorrência (TR) de 25 anos (A) e de 100 anos (B), considerando as condições atuais. A B Figura 4 - Mapas de inundação da área urbana da bacia para os eventos com tempo de recorrência (TR) de 25 anos (A) e de 100 anos (B), considerando a alternativa de reflorestamento da FMP. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7
5. CONCLUSÕES A análise dos mapas de inundação permite observar que a ação de requalificação fluvial de reflorestamento da faixa marginal de proteção (FMP) na área rural, proporciona melhoras significativas em relação ao cenário atual, para ambos os tempos de recorrência, reduzindo as áreas alagadas e os níveis de água em várias células. REFERÊNCIAS ANA Agência Nacional de Águas. Hidroweb. Disponível em www.ana.gov.br. Acesso em 2012 e 2013. BROOKES, A.; SHIELDS, F.D. (1996). River Channel Restoration: Guiding Principles for Sustainable Projects. 1 ed. Chichester, Reino Unido; Wiley. CAVALCANTE, A.A.; MAIA, R.P.; DE MORAIS, J.O. (2006). Dinâmica Fluvial no Baixo Jaguaribe-CE: Uma Avaliação a partir de estudos de descarga sólida. In: Anais do VI Simpósio Nacional De Geomorfologia e Regional Conference on Geomorphology. Goiânia-GO, Set. 2006. CHOW, V.T. (1959). Open Channel Hydraulics. Nova York: Mc Graw-Hill Book Company. 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 (Doutorado) - COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro. NARDINI, A.; PAVAN, S. (2012). What river morphology after restoration? The methodology VALURI, International Journal of River Basin Management, DOI:10.1080/15715124.2011.640637 PFAFSTETTER, O. (1957). Chuvas Intensas no Brasil. Departamento Nacional de Obras de Saneamento - DNOS, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 419p. SECRETARIA DE ESTADO DE MEIO AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL SEMADS (Brasil). (2001). Enchentes no Estado Do Rio De Janeiro: Uma Abordagem Geral. Rio de Janeiro: Projeto Planágua Semads / Gtz de Cooperação Técnica Brasil Alemanha. VIEIRA DA SILVA, R. C. & WILSON JR., G. (2005). Hidráulica Fluvial II. COPPE/UFRJ, RJ. WILKEN, P.S. (1978). Engenharia de drenagem superficial. São Paulo: CETESB 477p. OLIVEIRA, R. C de.; MIGUEZ, M. G. (2011). O Domínio dos Terrenos Marginais e seu Impacto na Requalificação Fluvial. In Anais do XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Maceió, Dez. 2011. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8