Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 564-574 Influência da impermeabilização do solo sobre o escoamento superficial em um bairro de Campo Grande - MS Nayara Vasconcelos Estrabis¹ Ana Paula Silva Teles ² Guilherme Henrique Cavazzana ² Universidade Católica Dom Bosco - UCDB Av. Tamandaré, 60000 Jardim Seminário (67) 3312-3300 Campo Grande -MS, Brasil nayara.estrabis@gmail.com {rf7792,rf4895} @ucdb.br Resumo.O desenvolvimento da maioria das cidades brasileiras ocorreu sem o devido planejamento integrado nos diversos setores de infraestrutura urbana. Como consequência, solos que antes possuíam cobertura vegetal e permitiam infiltração da água da chuva estão cada vez mais impermeabilizados, desencadeando sérios problemas como inundações urbanas, doenças, problemas ambientais, sociais e econômicos. Este artigo avalia a influência da impermeabilização do solo sobre o escoamento superficial em um bairro localizado na cidade de Campo Grande,durante uma precipitação de sessenta minutos, para diferentes tempos de retorno, utilizando o método racional e identificando o aumento do runoff gerado em três cenários: ocupação total, totalmente impermeabilizada e anterior à ocupação. Os resultados demonstraram que ao longo do tempo os efeitos da urbanização sobre o escoamento superficial da área aumentaram significativamente os picos de vazão em relação ao período anterior à urbanização. Esses números representam o efeito de um ineficaz ou não planejamento, dando ênfase à necessidade de um bom planejamento integrado, como também base para orientar o desenvolvimento de pequenas cidades, regulando a impermeabilização do solo, evitando ou minimizando os problemas gerados, principalmente em relação às inundações urbanas e suas consequências. Palavras-chave: urbanização, impermeabilização, inundações, drenagem. 564
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 565-574 Abstract. The development of most Brazilian cities occurred without integrated planning in different sectors of urban infrastructure. As consequences soils that before had vegetation cover and allowed infiltration of rainwater are increasingly waterproofed, triggering serious problems as urban floods, diseases, environmental, social and economic problems. This article evaluates the impact of impermeability of soil on the runoff in an area of a neighborhoodlocated in the city of Campo Grande, during a rainfall of sixty minutes for different return times, using the rational method identifying the increasing the superficial flow generated in three scenarios: current occupation, totally impermeable and before occupation. The results showed that over time the effects of urbanization on the runoff area significantlyincreased, when compared with the period before the urbanization. These numbers represent the effect of ineffective ornot planning, as well the basis for guiding the development of small towns, regulatingthe impermeability of soil, avoiding or minimizing the problems generated, mainly related as flood urban and their consequences. Key-words: urbanization, waterproof, flood, drainage. Introdução Na maioria das cidades brasileiras, a ocupação territorial urbana se desenvolveu sem o devido planejamento integrado dos diversos setores de infraestrutura urbana, desencadeando grandes problemas ambientais, sociais e econômicos ao longo dos últimos anos (Righetto, 2009). Em consequência do processo de adensamento populacional, solos que antes possuíam cobertura vegetal e permitiam a infiltração da água, estão cada vez mais impermeabilizados, ação que reflete diretamente no ciclo hidrológico e consequentemente na ocorrência de inundações urbanas (Tundisi, 2011). As inundações representam os impactos mais relevantes sobre a população urbana. Além dos problemas econômicos, as enchentes urbanas também possuem estreita relação com a saúde pública, veiculação de doenças hídricas, a deterioração da qualidade dos recursos hídricos urbanos decorrente da erosão nos córregos, do transporte de sedimentos e da poluição difusa (Hess, 1961;Botelho, 1998). Segundo o Censo 2010 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), a cidade de Campo Grande, capital do Estado de Mato Grosso do Sul, possuía 786.797 habitantes e já enfrenta problemas de inundações relacionados ao constante processo de urbanização. O conhecimento dos cenários de desenvolvimento urbano das bacias hidrográficas e os impactos hidrológicos associados são essenciais para realizar o devido planejamento, visando elencar as ações preventivas e corretivas no combate às inundações urbanas. As análises temporais por sua vez, são importantes para identificação da evolução do problema, diagnósticos, principalmente associados à drenagem urbana atuando como geoindicador das condições da bacia (Bastos, 2009). Tendo em vista a intensificação dos problemas na cidade de Campo Grande, o presente artigo aborda um estudo de macrodrenagem em uma determinada área dentro da sub-bacia do Imbirussu,através de análises temporais, mostrando a influência da impermeabilização na ocorrência de inundações. Objetivo Analisar a influência da impermeabilização sobre o escoamento superficial no Bairro Santo Antônio, localizado na Região Urbana do Imbirussu, no perímetro urbano da cidade de Campo Grande, Estado de Mato Grosso do Sul. 565
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 566-574 Material e Métodos O presente estudo foi desenvolvido a partir de coleta e aquisição de informações através de levantamento bibliográfico sobre drenagem urbana, aparato legal, base cartográfica e demais dados relacionados às características do solo e precipitação, fornecidas pela Prefeitura Municipal de Campo Grande. Localização da Área de Estudo O bairro Santo Antônio pertence à duas sub-bacias Hidrográficas: Bacia Hidrográfica do Imbirussu, onde possui maior área, e a Bacia Hidrográfica do Lagoa. A área estudada pertence à Bacia Hidrográfica do Córrego Imbirussu, que está localizada na porção noroeste do Município de Campo Grande, conforme o Plano Diretor de Drenagem Urbana de Campo Grande PDDU e Figura 1 a seguir (Campo Grande, 2008). Figura 1. Localização do Bairro Santo Antônio na Bacia do Imbirussu. O córrego Imbirussu, principal curso da Bacia Hidrográfica do Imbirussu, apresenta maior ocupação no sentido de montante para jusante (Campo Grande, 2008). Na Tabela 1 são apresentadas as principais características da Bacia do Córrego Imbirussu. 566
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 567-574 Tabela 1. Características principais da Bacia do Córrego Imbirussú Bacia Área da Bacia Hidrográfica (km²) Comprimento da Bacia Hidrográfica (km) Declividade Média (m/m) Córrego Imbirussu Fonte: Adaptado de Campo Grande (2008) 55,1 10,6 0,0118 A quantificação dos escoamentos na bacia seguiu a ordem utilizada nos estudos de drenagem urbana, a partir dos dados de chuva,e consistem basicamente em: intensidade da precipitação, parcela da chuva que escoa superficialmente (chuva excedente), tempo de concentração e determinação dos hidrogramas unitários sintéticos (Canholi, 2005). 3.1.1.Intensidade da chuva A equação da precipitação do município, apresentada no PDDU, considera os aspectos de intensidade, duração e frequência (IDF), conforme a Equação 1 a seguir: (Campo Grande, 2008). Onde: I = intensidade da precipitação (mm/h); T R = período de retorno (anos); t = duração da chuva (minutos); (Equação 1) Os períodos de retorno utilizados para a determinação dos deflúvios excedentes foramde 10 e 20anos. Em Campo Grande, as chuvas com tempo de retorno de 10 anos têm potencial para ocasionar inundações em alguns pontos na cidade (Campo Grande, 2008). Chuva excedente Método Racional A determinação da chuva excedente foi realizada através do MétodoRacional (Equação 2), que por ser um método indireto, estabelece uma relação entre a chuva e o escoamento superficial (TOMAZ, 2002). (Equação 2) Onde: Q= Vazão de pico (m³/s); C= coeficiente de escoamento superficial varia entre 0 e 1; I= intensidade média da chuva (mm/h); A= área da bacia (ha); De acordo com Porto citado por Tomaz (2002) este método pode ser empregado para bacias com limite máximo de 3 km², mas, outros autores como Akan (1993), Califórnia Higmays, Paulo SampaioWilken, também citado por Tomaz (2002) utilizam este método para bacias com áreas maiores. Tal método foi considerado para o presente estudo tendo em vista que a área 567
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 568-574 analisada totaliza 4,17 km². O bairro possui as seguintes características: área residencial suburbana, com asfalto, áreas com residências isoladas, áreas permeáveis e gramados. Conforme observações da Carta Geotécnica, a região apresenta solos III-A, latossolos vermelho amarelo e vermelho escuro, mal drenados, textura média e argilosa. Para a identificação e quantificação das três áreas permeáveis, impermeabilizadas e residências isoladas procedeu-se com a digitalização das mesmas utilizando a ferramenta de edição da camada vetorial do software Quantum GIS e as imagens de alta resolução do Google Earth,disponíveis no pluginopenlayers, juntamente com a base cartográfica dos limites dos bairros, disponível na página da Secretaria do Meio Ambiente e Desenvolvimento Urbano (SEMADUR). Posteriormente asreferidas áreas foram quantificadas. O coeficiente C é determinado observando-seos parâmetros listadosna tabela 6.4 apresentada em Tomaz (2002, p.144) com valores definidos para cada situação da bacia. Devido à presença de diferentes características de ocupação na bacia, foi realizada a média ponderada, segundo a Equação 3: (Equação 3) Onde: C 1, C 2, C 3, C i = representam os coeficientes de escoamento superficial para as áreas A 1, A 2, A 3... respectivamente; A 1, A 2, A 3,..., A i = são as áreas que possuem coeficientes C 1, C 2, C 3... respectivamente; C = coeficiente de escoamento superficial da média ponderada; Conhecida a chuva excedente, foiestimada a distribuição e o volume do escoamento superficial de uma determinada área de drenagem (Saltori et al., 2005). Tempo de concentração A fórmula de Kirpich (Equação 4) foi escolhida para determinação do tempo de concentração devido aos dados disponíveis acerca da sub-bacia e a comparação com outras metodologias. tc= 57. (L³/ΔH) 0,38 (Equação 4) Sendo: t c = tempo de concentração em minutos. L = comprimento do talvegue em km; ΔH = diferença de cotas entre a saída da bacia e o ponto mais alto do talvegue (m); Hidrograma Triangular O hidrograma do Método Racional foi determinado a partir do tempo de concentração (t c );para a determinação da vazão de pico foi utilizada a vazão da fórmula do método racional, pelo fato do tempo de concentração ser menor que o tempo de duração da precipitação. Conforme Tomaz (2013a), quando a duração da chuva é maior que o tempo de concentração, o diagrama é trapezoidal e quando o tempo de concentração é igual à duração da chuva, o hidrograma é triangular; quando a duração da chuva é menor que o tempo de concentração o 568
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 569-574 hidrograma também é trapezoidal. 1.1. Descrição dos Cenários de Estudo Os cenários de estudos foram desenvolvidos de modo a estabelecer mudanças significativas nos valores do hidrograma da bacia.as comparações entre os cenários foram realizadas com base na vazão máxima gerada e nos fatores oriundos da impermeabilização do solo, ou seja, nos volumes escoados e dissipados em cada um dos cenários apresentado a seguir: No cenário 1, foi analisado o hidrograma correspondente à área do Bairro Santo Antônio na Bacia estudada, considerando a ocupação atual, para uma precipitação com tempos de retorno de 10 e 20 anos. No cenário 2, analisou-se o hidrograma correspondente à área do Bairro Santo Antônio na Bacia estudada, para uma precipitação com o mesmo tempo de retorno do cenário 1, considerando de forma crítica que a área seria totalmente impermeabilizada. O período anterior à ocupação da bacia, considerando-a totalmente permeável, foi analisado no cenário 3, através do hidrograma correspondente à área do Bairro Santo Antônio na Bacia estudada, para uma precipitação com o mesmo tempo de retorno dos cenários anteriores. Resultados e Discussões Os resultados gerados a partir das aplicações descritas na metodologia compuseram o mapeamento de identificação das áreas caracterizadas, retratado na Figura 2 e posteriormente representado em hidrogramas de escoamento para cada cenário avaliado. Os valores são apresentados na Tabela 2 e na representação gráfica dos hidrogramas da Figura 3 e Figura 4. Figura 2. Identificação das áreas. Tabela 2. Resultados para os diferentes cenários Método Racional Tr (anos) t (min) C I (mm/h) A (km²) Q (m³/s) Cenário 1 10 60 0,406372 68,08033 4,175334 32,11303 20 60 0,406372 77,02026 4,175334 36,32993 Cenário 2 10 60 0,600000 68,08033 4,175334 47,41425 20 60 0,600000 77,02026 4,175334 53,64043 Cenário 3 10 60 0,200000 68,08033 4,175334 15,80475 20 60 0,200000 77,02026 4,175334 17,88014 569
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 570-574 Figura 3. Hidrograma para tempo de retorno de 10 anos. Figura 4. Hidrograma para tempo de retorno de 20 anos. Através dos cálculos o maior valor de vazão máxima de picoencontradofoio cenário 2 para ambos os tempos de retorno,um valor esperado devido às condições de impermeabilização total da bacia. A maior vazãode 47,41425 m³/s para tempo de retorno de 10 anos e 53,64043 m³/s para tempo de retorno de 20 anos, correspondem respectivamente à 170.691,3067 m³ e 193.105,5440 m³ de escoamento superficial. O cenário 1, atual, apresentou valores de vazão mais próximos à condição do cenário 2;embora não tenha alcançado a condição crítica,é um valor alto e preocupante considerando as características da bacia. Com as vazões de 32,11303 m³/s e 36,32993 m³/s para os tempos de re- 570
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 571-574 torno de 10 e 20 anos resultaram,respectivamente, em volumes correspondentes a 115.606,8944 m³ e 130.787,7516 m³ de escoamento superficial. O cenário 3, com a condição de ocupação da área anterior à urbanização, apresentou valores bem menores de vazão para um mesmo tempo de concentraçãodos outros dois cenários. Com vazões para os tempos de retorno de 10 e 20 anos de 15,80475 m³/s e 17,88014 m³/s, os volumes de escoamento superficial resultaram em 56.897,10225 m³ e 64.368,51467 m³. Os volumes de escoamento encontrados para este cenário (anterior à ocupação)são 2,032 vezes menor que o cenário 1 e 3,00 vezes menor que o cenário 2, que representa a área totalmente impermeabilizada. Estes valores justificam a incidência de alagamentos na região. Com as representações nos hidrogramas, é evidente as diferenças entre os cenários, e considerando que o cenário atual da área está mais próximo da condição crítica da bacia, de total impermeabilização, esse deflúvio é discrepante quando comparada a sua condição anterior à urbanização. Conclusões e Sugestões O estudo realizado demonstrou os efeitos da impermeabilização do solo, decorrente da urbanização da área estudada, para diferentes cenários e tempos de retorno. Através da elaboração dos cenários e construção dos hidrogramas, fica evidente a influência do processo de impermeabilização sobre o escoamento superficial e a discrepância entre os volumes,quando comparados com as condições de permeabilidade anterior à sua ocupação, sua condição atual e futura com total impermeabilização que embora seja uma condição crítica é a tendência das áreas urbanizadas. Os problemas gerados pelo aumento do escoamento superficial e a impermeabilização resultam em consequências como: alagamentos e inundações, já enfrentados na área analisada pela população local. Além da vulnerabilidadeàs doenças de veiculação hídrica, e danos financeiros e econômicos. As experiências desses problemas já ocorridos na cidade e apresentados neste estudo, devem servir como ponto de partida para orientar o desenvolvimento de pequenas cidades, regulando a questão da impermeabilização do solo, de modo a evitar ou minimizar possíveis problemas oriundos das inundações urbanas e suas consequências. Ações devem ser planejadas para minimizar os efeitos negativos do escoamento superficial, como um sistema de drenagem urbana adequado, medidas preventivas e corretivas, visando o desenvolvimento urbano sustentável nas bacias hidrográficas urbanas, considerando os aspectos hidrológicos que são essenciais para evitar ou reduzir as inundações urbanas. 7. Referências. Bastos, Patrícia Covre. Efeitos da urbanização sobre vazões de pico e enchente. [Dissertação de Mestrado]. Espírito Santo: Universidade Federal do Espírito Santo; 2009. Botelho, Manoel Henrique Campos. Águas de chuva: engenharia das águas pluviais nas cidades. 2. ed. São Paulo: Editora Blucher, 1998. Campo Grande, Instituto Municipal de Planejamento Urbano Planurb. Plano Diretor de Drenagem Urbana de Campo Grande. Campo Grande, 2008., Instituto Municipal de Planejamento Urbano - Planurb. Perfil Socioeconômico de Campo Grande de 2013. Campo Grande, 2013. Canholi, Aluísio Pardo. Drenagem Urbana e Controle de Enchentes. São Paulo: Oficina de Textos, 2005. 302 p. 571
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 572-574 Righetto, Antônio Marozzi et al. Manejo de Águas Pluviais Urbanas. Rio de Janeiro: ABES, 2009. Projeto PROSAB. Tomaz, Plínio. Cálculos Hidrológicos e Hidráulicos para Obras Municipais. 2. ed. São Paulo: Navegar Editora, 2002..E-Book. Hidrogramas do Método Racional. 2013a Disponível em:<http://www.pliniotomaz. com.br/downloads/novos_livros/livro_metodo_calculos_vazao/capitulo111.pdf>. Acessado em: 14 de agosto de 2014..E-Book. Método Racional. 2013b Disponível em:<http://www.pliniotomaz.com.br/downloads/ Novos_livros/livro_metodo_calculos_vazao/capitulo02.pdf>. Acessado em: 14 de agosto de 2014. Tundisi, José Galizia. Recursos hídricos no Século XXI. 2. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2011. 572
Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p. 573-574 573
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