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3º RELATÓRIO PARCIAL

GERENCIAMENTO INTEGRADO DE BACIAS

HIDROGRÁFICAS EM ÁREAS URBANAS PROJETO: 02 – CIAMB – 01/97 – 03/01-2

PADCT III

CNPQ

DEZEMBRO 2002

Projeto 2 – CIAMB – 01/97-03/01-2 “Gerenciamento Integrado de Bacias Hidrográficas em Áreas Urbanas”

1

APRESENTAÇÃO Este relatório apresenta um resumo das atividades desenvolvidas durante a no de

2002. Os trabalhos estão sendo executados, conforme cronograma revisto e

apresentado no relatório anterior.

A equipe do projeto vem trabalhando de forma integrada, com muita motivação e

eficiência.

Em outubro de 2002, o projeto foi apresentado para as equipes da Prefeitura Municipal

de São Paulo. O interesse do pessoal da Secretaria do Meio Ambiente da PMSP e da

Sub-Prefeitura da Freguesia do Ó (Região do Projeto) foi enorme. Nos próximos meses

o projeto deverá contar com maior participação do pessoal da PMSP.

Os resultados obtidos até o presente e outras informações podem ser obtidas na

página WEB do projeto:

www.phd.poli.usp.br/cabucu


2

1 QUALIDADE DA ÁGUA

1.1 Modelo de Qualidade da Água

O modelo utilizado para a simulação da carga difusa na bacia do Rio Cabuçu de Baixo,

até Novembro de 2002, foi o modelo BASINS versão 2.0 (Better Assessment Science

Integrating Point and Nonpoint Sources). Este modelo é de domínio público e foi

desenvolvido pela Environmental Protection Agency (EPA), nos Estados Unidos,

1996.

O BASINS 2.0 é uma ferramenta que possui um sistema integrado de dados espaciais,

de qualidade da água e ferramentas de avaliação através de Sistema de Informação

Geográfica (SIG). O SIG proporciona a integração dos dados espaciais (mapas) da

bacia e os modelos de qualidade da água através do programa ArcView 3.0a

desenvolvido pela Environmental System Research Institute (ESRI). O BASINS 2.0

tem interface conjunta com o ArcView, portanto todos os dados alterados no Arcview ,

são automaticamente modificados nos modelos de qualidade da água.

Como modelo de poluição difusa o BASINS 2.0 apresenta o NPSM (Nonpoint Source

Model). O NPSM analisa as fontes de poluição pontual e difusa de forma integrada a

partir do escoamento superficial.

O NPSM é um modelo de interface Windows que trabalha com o Programa de

Simulação Hidrológica – Hydrological Simulation Program (HSPF) versão 11 em

linguagem FORTRAN.

Em Junho de 2001, o EPA disponibilizou uma nova versão revisada do BASINS, o

BASINS 3.0. Essa revisão proporcionou grandes mudanças na estrutura do modelo.


3

A mudança na estrutura permitiu ao usuário maior flexibilidade com os dados e com os

modelos de qualidade da água, além da inovação de algumas ferramentas como a

delimitação automática da bacia, novas opções de modelagem com mais dois novos

modelos, e também um gerenciador dos dados de entrada (séries históricas).

Na parte que envolve o Sistema de Informações Geográficas (SIG) houve apenas a

substituição na versão do ArcView de 3.0 a para as versões 3.1 ou 3.2. E também a

adição de um mais módulo do ArcView para análise espacial da bacia chamado Spatial

Analyst, que será capaz de calcular o modelo digital de terreno.

Mas a principal mudança entre as duas versões foi a substituição do modelo de

simulação de carga difusa NPSM para o WinHSPF. O WinHSPF é uma interface

interativa para o Windows do HSPF versão 12, em linguagem FORTRAN. E ainda

possui uma interface gráfica que pode ser modificada pelo usuário.

O HSPF versão 12 é um modelo de bacia hidrográfica complexo, que estima as

concentrações de cargas poluidoras carreadas com escoamento superficial resultantes

das cargas pontuais e difusas. As concentrações das cargas poluidoras são

relacionadas com o uso e ocupação do solo da bacia, o que é muito relevante no caso

da bacia do Rio Cabuçu de Baixo, pois um dos objetivos deste estudo é comparar as

diferentes concentrações de poluição para os diferentes tipos de uso e ocupação do

solo já que está bacia é caracterizada por possuir tipos de uso e ocupação do solo

distintos como áreas com mata nativa e áreas densamente urbanizadas. O modelo

ainda engloba a análise das características hidráulicas, dos sedimentos e da hidrologia

da bacia, sendo assim considerado um modelo complexo.

Os dados de entrada do modelo são retirados do sistema de informação geográfica da

bacia, quando este é utilizado juntamente com o BASINS. E ele pode ser utilizado

separadamente no modo “stand-alone”.

Os dados de saída são analisados em um outro modelo o GenScn (Generation and

Analysis of Model Simulation Scenarios). O WinHSPF gera os arquivos de saída no

formato correto para serem lidos pelo GenScn. Este modelo cria e compara a

simulação de diferentes cenários e ainda analisa os resultados obtidos.Também é


4

muito importante na visualização dos dados gerados pelo WinHSPF. Portanto o

GenScn é considerado um modelo importante para o entendimento e avaliação dos

dados gerados pelo WinHSPF.

Os dois modelos integrados permitem uma análise completa das cargas poluidoras na

bacia.

O WinHSPF ainda necessita de um outro programa para obter os dados de entrada de

forma correta. O WDMutil é um programa que configura os dados meteorológicos e de

vazão no formato wdm (Water Data Management), para que o modelo compreenda

essas informações.

Todas essas interações podem ser melhor compreendidas através do esquema da

Figura 1.1.

Figura 1.1 Esquema das inter-relações dos modelos.

O HSPF tem como estrutura principal três módulos de estudo. O módulo permeável

(PERLND), o impermeável (IMPLND) e o do rio (RCHRES). A partir destes três

módulos que o modelo realiza as operações necessárias para obter-se o resultado

final.

O módulo permeável (PERLND) simula os segmentos da bacia que são permeáveis.

Tem como função simular sedimentos, qualidade de alguns constituintes selecionados

pelo usuário, o balanço hídrico, o ciclo do nitrogênio e do fósforo, pesticidas e

substâncias persistentes entre outros. Sendo os dois últimos relacionados a análises

de carga difusa em bacias rurais.

DADOS DE ENTRADA

SIG

WDMutil

WinHSPF DADOS DE

SAÍDA

GenScn


5

O módulo impermeável (IMPLND) simula os segmentos da bacia que são

impermeáveis. Simula parâmetros de qualidade da água escolhidos pelo usuário,

sedimentos, e o balanço hídrico e estima a temperatura da água e concentração de

gases.

O módulo do rio (RCHRES) simula o rio. Tem como função simular o comportamento

do rio, os constituintes conservativos, troca de calor e temperatura da água,

sedimentos inorgânicos, constituintes de qualidade geral, as transformações químicas

e bioquímicas, DBO e OD, nitrogênio inorgânico e fósforo, e pH.

O modelo utiliza os três módulos de forma conjunta ou separada sendo escolhido pelo

usuário dependendo do tipo de simulação que será feita. O IMPLND e o RCHRES

serão os módulos mais utilizados neste estudo, pois são os módulos mais utilizados

para simulação de carga difusa para bacias urbanas.

A partir de novembro de 2002, resolveu-se adotar como modelo de carga difusa o

WinHSPF, por atender ao propósito do projeto e dispor de maior suporte técnico por

parte do EPA.

Nos últimos meses antes da troca de modelo, em paralelo ao desenvolvimento do

NPSM trabalhou-se na preparação dos dados de entrada para o BASINS 2.0 já que

esta é a grande dificuldade do BASINS. O BASINS foi desenvolvido para bacias

americanas, e portanto exige um esforço de adaptação para os dados de entrada para

os da bacia do Rio Cabuçu de Baixo.

A partir da troca do modelo, já tendo conhecimento da dificuldade de inserção dos

dados de entrada no BASINS e aproveitando a possibilidade de rodar o WinHSPF

independentemente do BASINS, optou-se por criar duas frentes de trabalho:

a) Processar o WinHSPF independente do BASINS, utilizando somente programa

ArcView para obter os dados de espaciais necessários para entrada no modelo.

b) Preparar os dados de entrada para o BASINS 3.0


6

c) Fazer um curso indicado pelo suporte técnico pela internet para o BASINS 3.0,

para ajudar na aprendizagem do modelo.

O suporte técnico prevê alguns meses para obter-se o domínio total do BASINS 3.0,

tendo em vista que não foi realizado nenhum treinamento e que apenas outras duas

pessoas rodaram este modelo fora dos Estados Unidos. Espera-se que até fim de

Janeiro de 2003 já se possa obter os primeiros resultados do WinHSPF, que possui os

dados de entrada em fase final de preparação.

1.2 Monitoramento da Qualidade da Água

O monitoramento da qualidade da água neste período chuvoso 2002/2003, está sendo

realizado pelas garrafas de espera nos postos Campos Lemos e Vista Alegre, e

posteriormente a sonda de qualidade da água no posto do reservatório de detenção do

Bananal.

Foi adquirida em novembro deste ano a sonda de qualidade da água para medições da

carga difusa na bacia do Rio Cabuçu de Baixo. A sonda é da marca Hydrolab, modelo

Data Sonde 4 a. Esta sonda mede os seguintes parâmetros: oxigênio dissolvido,

condutividade, pH, temperatura, óxidos, amônia (NH4), Nitratos (NH3), Cloretos (Cl-)e

turbidimetro.

A sonda está em fase de calibração e irá para campo em Janeiro de 2002. As

medições serão realizadas no posto do reservatório de detenção do Bananal. A sonda

não ficará fixa no posto por motivos de segurança do equipamento. As medições serão

feitas no momento da chuva para que seus dados possam ser comparados com os

dados obtidos pelas garrafas de espera.

Já obtivemos resultados de dois eventos chuvosos, sendo que no primeiro a subida de

nível foi suficiente para atingir apenas três garrafas do posto Vista Alegre conforme a

tabela 1.5. No segundo evento o nível do rio atingiu até a quarta quatro garrafa dos

postos Vista Alegre e Campos Lemos simultaneamente, conforme as Tabelas 1.6 e 1.7.

Este é o primeiro evento em que se consegue tal resultado.


7

Ainda um outro evento chuvoso foi registrado, mas com coletas feitas manualmente em

quatro postos de monitoramento: Vista Alegre, Foz do Tietê, Campos Lemos e Imobel,

conforme as Tabelas 1.1 a 1.4. Esses dados são importantes para compararmos os

diferentes tipos de ocupação da bacia e as cargas de poluição durante o evento

chuvoso.

Projeto Cabuçu Posto Vista Alegre Data: 12/11/2002

Cota (m) Parâmetros 0,10 0,20 0,30

DBO 312 272 408 DQO 253 190 228 pH 6,7 6,7 6,5 Nitrogênio Amoniacal 2,2 2,5 2,8 Fósforo Solúvel 1 1 1 Fósforo Total 4 3 5 MSH 60 90 50 Sólidos em Suspensão Total 402 376 512 Sólidos em Suspensão Fixos 316 300 394 Sólidos em Suspensão Voláteis 86 76 118 Sólidos Totais 1339 1000 1270 Sólidos Totais Fixos 1119 790 1000 Sólidos Totais Voláteis 220 210 270

Tabela 1.1 – Medição Manual – Posto Vista Alegre

Projeto Cabuçu Posto Foz do Rio Tietê Data: 12/11/2002

Cota (m) Parâmetros Montante Meio Jusante


Tabela 1.2 – Medição Manual – Posto Foz do Rio Tietê


8

Projeto Cabuçu Posto Campos Lemos Data: 12/11/2002



Tabela 1.3 – Medição Manual – Posto Campos Lemos

Projeto Cabuçu Posto Imobel Data: 12/11/2002


DBO 40 32 40 DQO 27 13 15 pH 5,5 5,7 6 Nitrogênio Amoniacal 0,3 0,3 0,4 Fósforo Solúvel 1 1 1 Fósforo Total 5 5 5 MSH 20 10 30 Sólidos em Suspensão Total 8 12 10 Sólidos em Suspensão Fixos 4 10 8 Sólidos em Suspensão Voláteis 4 2 2 Sólidos Totais 130 70 120 Sólidos Totais Fixos 120 60 110 Sólidos Totais Voláteis 10 10 10

Tabela 1.4 – Medição Manual – Posto Imobel


9



DBO 784 304 348 DQO 558 173 174 pH 6,8 6,9 6,5 Nitrogênio Amoniacal 9 9,5 9 Fósforo Solúvel 1 1 1 Fósforo Total 4 6 5 MSH 80 75 85 Sólidos em Suspensão Total 1078 278 488 Sólidos em Suspensão Fixos 852 208 368 Sólidos em Suspensão Voláteis 226 70 120 Sólidos Totais 5400 410 1350 Sólidos Totais Fixos 4380 260 1030 Sólidos Totais Voláteis 1020 150 320

Tabela 1.5 – Posto Vista Alegre

Projeto Cabuçu Posto Campos Lemos Data: 04/12/2002

Cota (m) Parâmetros 0,50 1,00 1,50 2,00

DBO 628 476 571 362 DQO 259 211 231 105 pH 7,3 7 7,1 7,3

Nitrogênio Amoniacal 0,3 2,8 1,4 0,3 Fósforo Solúvel 0,3 0,6 0,5 0,3

Fósforo Total 4 5 4 4 MSH 60 70 60 80

Sólidos em Suspensão Total 1440 2532 2984 2400 Sólidos em Suspensão Fixos 1072 2096 2504 2012

Sólidos em Suspensão Voláteis 368 436 480 388 Sólidos Totais 2710 2840 4130 3920

Sólidos Totais Fixos 2130 2370 3500 3370 Sólidos Totais Voláteis 580 470 630 550

Tabela 1.6 – Posto Campos Lemos


10


Cota (m) Parâmetros 0,50 1,00 1,50 2,00

DBO 552 476 324 263 DQO 145 185 175 124 pH 6,8 6,7 7 6,9 Nitrogênio Amoniacal 3,1 2,2 0,6 12 Fósforo Solúvel 0,9 0,4 0,3 2,1 Fósforo Total 4 5 7 6 MSH 90 70 90 105 Sólidos em Suspensão Total 1916 2164 3512 144 Sólidos em Suspensão Fixos 1608 1836 3012 36 Sólidos em Suspensão Voláteis 308 328 500 108 Sólidos Totais 3700 5200 3830 510 Sólidos Totais Fixos 3040 4500 3260 300 Sólidos Totais Voláteis 660 700 570 210

Tabela 1.7 – Posto Vista Alegre

Esses dados estão sendo analisados serão utilizados para a calibração do modelo.

1.3 Sistema de Suporte a Decisão

Os dados de entrada do modelo WinHSPF que estão sendo adaptados para processar

o modelo, também serão utilizados para alimentar o Sistema Suporte a Decisão que

está sendo desenvolvido pelo projeto, ainda em fase inicial. Nos próximos meses essa

será outra atividade da equipe de qualidade da água, qual seja dar subsídios e

informações do modelo para que ele integre o Sistema de Suporte a Decisão do

projeto.


11

2 HIDROMETEOROLOGIA

2.1 Monitoramento Hidrometeorológico

Foi dada continuidade às atividades de monitoramento de vazões, através da coleta de

dados de cotas limnimétricas nos postos Campos Lemos (rio Cabuçu), Jardim Vista

Alegre (córrego Bananal) e Imobel (rio Itaguaçu). Para os dois primeiros, foram

atualizadas as respectivas curvas-chave com base em novas medições de descarga

líquida. As equações das curvas-chave definidas para esses postos são as seguintes:

� Posto Campos Lemos: Q = 10,3817.h1,5302

� Posto Jardim Vista Alegre: Q =3,2612(h+0,68)2,972

onde, Q é a vazão em m3/s e h a cota limnimétrica em m.

Com relação ao posto Imobel, onde foi implantada uma estrutura tipo vertedor, foi

levantada a relação cota-descarga com base nas características dessa estrutura, que é

composta por um vertedor triangular e outro retangular. Essa relação é representada

na Figura 2.1:

CURVA CHAVE POSTO IMOBEL

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

VAZÃO (m3/s)

CO

TA (m

)

Figura 2.1 – Curva-Chave do Posto Imobel no Córrego Itaguaçu

O monitoramento da precipitação está sendo feito através dos registros do pluviógrafo

do Posto Imobel instalado na bacia do córrego Itaguaçu. Foram também levantados


12

arquivos de dados do pluviógrafo operado pela Prefeitura Municipal de São Paulo,

instalado em fevereiro de 2002 na sede da Sub-Prefeitura da Freguesia do Ó.

No momento, está sendo instalado um limnígrafo marca OTT-Thalimedes com

datalogger no reservatório de detenção do Bananal.

Estão também em fase de instalação, os demais equipamentos adquiridos

recentemente para o projeto, a saber:

� 3 pluviógrafos, para serem instalados na sub-bacias do Bananal e do Guaraú, e

outro no trecho de jusante do Cabuçu.

� 2 limnígrafos de pressão, que provavelmente irão substituir os atuais

equipamentos mecânicos instalados nos postos Campos Lemos e Jardim Vista

Alegre.

2.2 Modelo Hidrológico

Os dados levantados pelo sistema de monitoramento têm sido utilizados na verificação

dos parâmetros do modelo hidrológico CABC, que utiliza os métodos do SCS (Soil

Conservation Service, dos EUA) para separação do escoamento superficial e traçado

do hidrograma resultante.

A título de ilustração, apresenta-se, na Figura 2.2, o resultado da análise do evento

ocorrido em 27/03/2002, para verificação de parâmetros na sub-bacia do Itaguaçu.

Essas análises têm confirmado o valor do parâmetro CN=60, definido pelos estudos de

uso e ocupação do solo, e o tempo de concentração da ordem de 1,2 horas, estimado

no início dos trabalhos. Esse evento corresponde a uma chuva de cerca de 50 mm com

duração aproximada de 1 hora.


13

ANÁLISE DE EVENTOS - 27/03/2002

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

16:30 16:58 17:27 17:56 18:25 18:54 19:22 19:51

HORAS

VA

ZÃO

(m3/

s)

CABC Itaguaçu - Posto Imobel

Figura 2.2 – Verificação dos Parâmetros do Modelo CABC

2.3 Caracterização climatológica da bacia

A climatologia da bacia do rio Cabuçu de Baixo é bem diversificada devido às suas

características físicas, como:

� Diferenças de altitude: a altitude varia de 700 m (junto à foz) a 1200 m (Serra da

Cantareira);

� Cobertura do Solo: nas áreas mais baixas o terreno está densamente habitado e

conforme a declividade do terreno aumenta, esta ocupação diminui, dando lugar

a uma vegetação densa.

De acordo com a classificação de Köppen, o clima na bacia do rio Cabuçu de Baixo é

definido como Cwb - temperado de inverno seco. Porém, podemos distinguir vertentes

mais úmidas próximo à Serra da Cantareira, situada mais ao norte da bacia, onde

temos um tipo climático denominado Cfb - temperado de inverno menos seco.

Às características físicas da bacia juntamente com fatores como a entrada de frentes, a

brisa marítima, o efeito vale-montanha e a presença da Serra da Cantareira nos

mostram que existe uma pluviosidade um pouco maior na parte superior da bacia,

próximo à serra como pode ser observado no gráfico da figura 2.3. Essa figura


14

apresenta a precipitação média para cada mês do ano em três postos pluviométricos:

Horto Florestal E3-071, ETA Guaraú E3-262 e um posto localizado junto à sede da

Sub-Prefeitura da Freguesia do Ó. Os dois primeiros localizam-se nas proximidades da

Serra da Cantareira, sendo que o E3-071 situa-se à Leste da bacia, a cerca de 2 Km do

seu divisor de águas. Com base nos registros desses postos, a precipitação média

anual na bacia é da ordem de 1600 mm.

PRECIPITAÇÃO NA REGIÃO DA BACIA DO RIO CABUÇU DE BAIXO

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

MESES

PR

EC

IPIT

AÇ

ÃO

MÉ

DIA

(m

m)

POSTO E3-071 POSTO E3-262 POSTO DA SUB-PREFEITURA

Precipitação média anual = 1616 mm

Figura 2.3 – Precipitação média mensal na região da bacia do rio Cabuçu de Baixo

Segundo dados da estação meteorológica Mirante de Santana, localizada também a

Leste da bacia, a temperatura média absoluta é igual a 19,3o C, com médias máxima e

mínima iguais a, respectivamente, 24,9o C e 19,3o C.

A circulação de vento predominante na região onde se encontra a bacia é do quadrante

S-E. Esses ventos são mais ativos na primavera e no verão, observando-se também

alguma atividade no outono. A atividade diminui no final do outono e nos meses de

inverno, quando predominam a estabilidade do ar e as calmarias. A velocidade média

do vento na região é moderada, cerca de 2,8 m/s.


15

3 HIDRODINÂMICA

3.1 Aspectos Gerais da Modelagem

A modelação hidrodinâmica já comprovou ser indispensável nos campos específicos da

hidráulica fluvial e drenagem urbana, principalmente quando o estudo das situações

transitórias do escoamento é necessário.

Dessa forma, o SSD (Sistema de Suporte a Decisão) para a bacia do rio Cabuçu de

Baixo conta com o auxílio da modelagem hidrodinâmica para permitir a determinação

de perfis de linha d’água e superfícies de inundação ao longo do sistema de

macrodrenagem da bacia.

O modelo hidrodinâmico que está sendo utilizado é o CLIV da FCTH. Nesse modelo o

escoamento em canais é definido como um problema unidimensional, no qual todas as

características são associadas à dimensão de comprimento do conduto. Os aspectos

relativos às particularidades das seções transversais são considerados na forma dos

parâmetros hidrogeométricos das mesmas, como área e forma da seção transversal,

rugosidade das paredes, declividade do trecho representado e distância entre as

seções representativas.

Os caso mais comuns a serem considerados nesse tipo de modelagem são os de

escoamento não permanente, que tem como característica a variação ao longo do

tempo das condições de extremidade, que usualmente são hidrogramas de enchentes,

limnigramas, equipamentos hidráulicos associados a esquemas operacionais, estações

de bombeamento e etc.

Os produtos principais da modelagem hidrodinâmica em canais, são os níveis de água

para enchentes em função de diferentes condições operacionais da calha e dos efeitos

introduzidos nas extremidades, tais como reservatórios, marés e estações elevatórias.

De forma a facilitar a manipulação e análise de dados e resultados, o modelo CLIV

conta uma poderosa interface gráfica com várias funções e facilidades, como a

importação e exportação de imagens gráficas para outros aplicativos Windows e a


16

leitura de dados a partir de arquivos produzidos por softwares de desenho assistido por

computador.

Com isso, foram criadas funções como a determinação de áreas inundáveis e a

geração automática de seções transversais a partir da topografia, que são

particularmente úteis nos trabalhos envolvendo canais naturais e/ou artificiais.

Em termos de técnica de simulação, o modelo conta com o algoritmo MacCormack,

para simulação de transitórios em canais, possibilitando ao usuário a análise de canais

sob qualquer regime de escoamento, além dos já tradicionais métodos do Momento

(para regime permanente) e Preissmann (para transitórios).

3.2 Atividades e Resultados

Foram implantadas no modelo as seções transversais que representam o sistema de

macrodrenagem da bacia, no trecho entre o posto fluviométrico Jardim Vista Alegre

(córrego Bananal) e a confluência do rio Cabuçu de Baixo com o córrego Guaraú.

Nesse trecho, que apresenta uma extensão aproximada de 4 km, as seções

transversais foram espaçadas a cada 200 m aproximadamente.

A partir da confluência do córrego Guaraú até sua foz no rio Tietê, o rio Cabuçu corre

num sistema de galerias fechadas, cujo efeito do afogamento não pode ser simulado

pelo modelo CLIV, pois este está preparado e testado, até o momento, para simular

apenas escoamentos a superfície livre. Dessa forma, como um dos produtos da

modelagem é a determinação de áreas inundáveis, o SSD irá contemplar, nesta

primeira versão, o trecho supra citado que corresponde ao sistema de canais a céu

aberto.

Está em fase de finalização a digitalização da planície de inundação desse trecho do

sistema de macrodrenagem que será utilizada para complementação das seções

transversais e geração das áreas inundáveis.

A partir da aplicação do modelo, foi definido o coeficiente de rugosidade (n) de Manning

para o trecho em canal de concreto, desde a foz do córrego Itaguaçu até a confluência


17

com o córrego Guaraú, que apresenta uma extensão de cerca de 1700 m. Essa

aferição foi feita com base na curva-chave do posto Campos Lemos, situado pouco a

montante do final do trecho. Dessa forma, foram levantadas algumas relações cota-

vazão a partir do modelo, considerando valores alternativos do coeficiente n, como

pode ser visto na figura 3.1. A curva que mais se aproxima da curva-chave

corresponde a n=0,035 que é o valor que será adotado para esse trecho. Na figura 3.2,

são apresentadas as linhas d’água resultantes de ensaios realizados com o modelo em

regime permanente, para diversos valores de vazão.

Curva Chave Campos Lemos

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

0 10 20 30 40 50 60

Q (m3/s)

y (m

)

n=0,030 n=0,035 n=0,040 curva chave

Figura 3.1 – Aferição do coeficiente de rugosidade de Manning


18

Perfil Fundo/linha d'água

735

736

737

738

739

740

741

742

743

744

745

746

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Distância (m)

H(m

)

Cota fundo Linha 5m3 Linha 10m3 Linha 15m3 Linha 20m3 Linha 30m3 Linha 40m3 Linha 50m3

Posto Campos Lemos

Figura 3.2 – Linhas d’água em regime permanente

No momento estão sendo realizados ensaios em regime transitório, incluindo o trecho

do reservatório de detenção do Bananal. Contudo, até o momento os resultados ainda

não se mostram consistentes. Esta atividade deve ser concluída ao longo das próximas

semanas.

Para a conclusão dos trabalhos, deve ser implantada a imagem digitalizada com as

curvas de nível de metro em metro para a geração das áreas inundáveis.


19

4 SEDIMENTOLOGIA

4.1 Introdução

A principal meta deste trabalho de sedimentologia, junto à bacia do Cabuçu, é a de se

estabelecer uma relação entre o transporte sólido no rio Cabuçu de Baixo e seus

principais afluentes com parâmetros que estejam diretamente ligados à produção de

sedimentos da bacia. Como a dinâmica de uso e ocupação do solo encontra-se em

plena atividade, e este tipo de ocupação é bastante característico na região

metropolitana de São Paulo, busca-se com esta análise a identificação de um

indicador potencial de produção de sedimentos das regiões, que como esta,

encontram-se em fase de urbanização e com suas conseqüências no sistema de

macro drenagem.

4.2 Caracterização do Fenômeno de Produção de Sedimentos na

Bacia

A dinâmica de uso e ocupação do solo da bacia do Cabuçú de Baixo altera suas

condições naturais do terreno em termos topográficos, comprimento de rampa e

declividade longitudinal, além de se ter um manejo de terra sem técnicas

conservacionistas, o que favorece sobremaneira o potencial de perda de solo. Deste

percentual de perda boa parte atinge o leito, caracterizando o que se pode designar de

taxa de transferência de sedimentos, que é a relação entre a quantidade que

efetivamente atinge a rede de drenagem e a quantidade de material efetivamente

erodido.

A identificação do desenvolvimento de ocupação da bacia e da taxa de material

aportado para o leito, dará indicações das maiores fontes produtoras, possibilitando

assim interferências antrópicas de minimização destas perdas, com favorecimento a

um desenvolvimento mais sustentado na própria bacia.


20

4.3 Levantamento de Dados em Campo

Os dados vem sendo levantados em campo pelo método de amostragem por garrafas

de espera. Muitas são as dificuldades de medição em bacias como esta, devido às

altas declividades e ao curto espaço de tempo de resposta da própria bacia.

Apresentam-se, nas Tabelas 4.1 a 4.3, os dados obtidos no último semestre de 2002,

que deverão ser tratados estatisticamente para a devidas análises. Todos estes dados

são apresentados em mg/l.

Tabela 4.1 - Posto Jd.Vista Alegre (Córrego Bananal)

Tabela 4.2 - Posto Campos Lemos (Rio Cabuçu de Baixo)

Tabela 4.3 - Posto Imobel (Rio Itaguaçu)

DATA Profund 0,26m

Profund 0,26m

Profund 0,26m

12/11/02 8 12 10

DATA Profund. 0,50m

Profund. 1,00m

Profund. 1,50m

Profund. 2,00m

28/10/02 2812 3592 - - 12/11/02 402 376 512 - 26/11/02 1078 278 488 - 04/12/02 1916 2164 3512 144

DATA Profund. 0,50m

Profund. 1,00m

Profund. 1,50m

Profund. 2,00m

12/11/02 389 372 414 - 04/12/02 1440 2532 2984 2400


21

4.4 Futuras Campanhas de Levantamento de Dados

4.4.1 Aferição e Uso da Sonda Hidrolab 4a

Após o recebimento da Sonda Hydrolab 4a neste mês de Dezembro de 2002, a

equipe técnica responsável passou por um treinamento e reconhecimento do

equipamento, afim de se ter domínio sobre sua utilização, sobretudo em campo. Na

fase atual efetua-se sua aferição e calibragem, para que possa vir a ser utilizada nas

medições de campo a partir de Janeiro de 2003 e todo o próximo período de chuvas.

Por ser digital o mecanismo de identificação dos dados de concentração do material

sólido da sonda, seu grau de resolução é bem maior do que o do método tradicional,

conferindo-se assim maior confiabilidade aos resultados. No entanto, por ser

extremamente delicado o processo de medição durante a própria ocorrência da cheia,

em nenhuma hipótese a medição pelo método tradicional deixará de ser realizado.

4.4.2 Método de Amostragem por Garrafas de Espera

Esta metodologia foi desenvolvida e adotada pelo Centro Tecnológico de Hidráulica -

CTH do DAEE (Convênio DAEE-USP) para medição de sedimentos em suspensão,

visto ser este tipo de transporte o que prepondera durante a ocorrência das

precipitações. Estes sedimentos são aqueles que permanecem depositados sobre a

áreas impermeabilizadas da bacia e que são arrastados para a calha do rio quando do

inicio do escoamento superficial.

Esta metodologia consiste da fixação de garrafas, com capacidade de 1 litro,

dispostas verticalmente em direção longitudinal na seção, para que quando a água

suba até seus níveis elas sejam preenchidas por um sistema em forma de sifão, para

que assim possam ser preservadas as mesmas condições de concentração dos

sólidos em suspensão. Os dados coletados através das garrafas de espera servirão de

base de referência para análises comparativas com os resultados a serem obtidos pela

sonda Hydrolab 4a.


22

4.5 Análise dos resultados do transporte de sedimentos junto a calha do Rio Cabuçu de Baixo e principais afluentes.

4.5.1 Modelo matemático SIMs

No campo específico da movimentação de partículas nos meios fluidos, e numa visão

mais restritiva ainda, do transporte de sedimentos nos cursos d’água, a bibliografia

especializada não apresenta muitos trabalhos que contenham base sólida em termos

de dados de campo. Isto se deve, principalmente, ao grande custo do investimento

necessário na obtenção destes dados, investimento este que só acontece quando o

curso d’água é muito importante para um dado objetivo.

Um modelo hidro-sedimentológico tem como aplicação primeira o planejamento de

manutenções e dragagens dos leitos dos rios, através do estudo e previsão da

evolução da forma do fundo. Como esta evolução depende das vazões de enchente e

do aporte líquido e sólido dos afluentes, a característica hidrodinâmica do modelo é

fundamental para a correta previsão.

Como produtos da modelação, podem ser obtidos os níveis de água para enchentes

hipotéticas em função de diferentes condições operacionais da calha e dos efeitos

introduzidos nas extremidades, tais como reservatórios, marés e estações elevatórias.

Todos os resultados gerados são automaticamente armazenados em arquivos e

catalogados por data e hora da simulação. Nunca é preciso realizar duas vezes o

mesmo cálculo. E a comparação dos resultados pode ser produzida através do potente

editor de resultados, que gera gráficos, tabelas e animações de perfis de galerias,

seções transversais e leitos de rios sendo assoreados, seções extravasando, e etc.

4.6 Considerações finais

Com o prosseguimento dos levantamentos convencionais através do método de

amostragem por garrafas de espera em regimes de cheias, além do inicio de medição

com a sonda Hydrolab 4a, como mostram os itens 4.4.1 e 4.4.2 , poderá se ter de

modo mais aprimorado a quantificação da chamada carga de lavagem, que é a parcela


23

correspondente a frações granulométricas muito finas, comparadas ao material

constituinte do leito, provenientes quase que totalmente das contribuições da erosão

superficial da bacia.

As próximas etapas de trabalho consistem sobretudo em se buscar a identificação de

melhores resultados e com isso as conseqüentes análises através do programa

mencionado no item 4.5.1, ou seja, um programa relativo aos aspectos do transporte

de sedimentos propriamente dito, fornecendo assim uma idéia mais clara sobre a

dinâmica deste transporte.

Na medida da aferição destes programas computacionais com os resultados obtidos

em campo e da definição das condições de contorno deste sistema, poder-se-á

depreender sobre a estimativa deste aporte e das medidas possíveis para melhor se

adequar o uso e ocupação do solo, buscando-se através desta tecnologia um

importante instrumento de análise e de decisões.


24

5 DINÂMICA DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO

Este item apresenta as principais atividades realizadas no estudo da dinâmica de uso e

ocupação do solo, durante o segundo semestre de 2002.

Neste período foram realizadas as atividades de consolidação da base de dados e de

definição de parâmetros para a avaliação da dinâmica de uso e ocupação do solo na

Bacia do Cabuçu. As atividades realizadas foram:

• A periodização do processo de expansão urbana do município de São Paulo e

contextualização para a análise da evolução do uso do solo;

• A modelagem do processo de ocupação para a área;

• A definição do sistema de classificação do uso do solo a ser adotado;

• A avaliação da expansão urbana no período, ainda em desenvolvimento.

A seguir é apresentada uma síntese destas atividades e dos resultados obtidos até o

momento.

5.1 O processo de expansão urbana recente no município de São Paulo

Esta atividade foi realizada a partir de dados secundários (Secretaria Municipal do

Planejamento, 2000/2001abc), com a finalidade de entender a dinâmica do uso e

ocupação no município, para direcionar a análise dos dados para a região de estudo.

A partir de levantamentos da Prefeitura do Município de São Paulo foi possível

dimensionar as alterações na cidade com uma extensão na área legal de 587 para 595

milhões de metros quadrados, no período de 1991 para 1999. Em área, houve

expansão das atividades de comércio e serviços (15% da área do município,

aproximadamente), em relação às atividades industriais (8% da área do município,

aproximadamente). As áreas residenciais também se expandiram, mas sofreram

especialmente um processo de adensamento neste período, totalizando atualmente,

considerando os padrões baixo, médio e alto para áreas de uso residencial,


25

aproximadamente 47 % da área legal do município, inclindo 4,2% da área verticalizada

(Secretaria Municipal do Planejamento, 2000/2001abc).

A área legal do município, aproximadamente 18% dos lotes estão vagos. Na área de

comércio e serviços, a expansão se deu, principalmente em depósitos e armazéns

(Secretaria Municipal do Planejamento, 2000/2001 ab).

A região norte e extremo norte (que possuem áreas na Bacia do Cabuçu de Baixo)

tiveram um crescimento significativo no período, pela expansão urbana e pela

ocupação de lotes vagos (Secretaria Municipal do Planejamento, 2000/2001 c).

5.2 A modelagem do processo de ocupação para a área

A partir do entendimento da dinâmica do município de São Paulo e da observação da

imagem Ikonos, foi possível realizar a modelagem do processo de ocupação na Bacia,

para viabilizar o entendimento das mudanças físicas que ocorrem na superfície com as

mudanças do uso do solo na Bacia Hidrográfica do Cabuçu, foi realizada, para a área

de estudo, uma descrição dos principais formas de expansão e adensamento, seguindo

a metodologia realizada por Jensen e Toll (1981).

Os processos de alteração do uso, que apresentam modificação significativa na

permeabilidade, verificados na bacia foram:

• o aumento da área construída por lote

• a ocupação de lotes vagos

• a expansão urbana

A ocupação de lotes vagos e a intensidade da expansão urbana podem ser verificadas

na Figura 5.1 aonde pode ser verificada (em vermelho) a expansão urbana na Bacia do

Cabuçu, no período 1985 – 1997.


26

O aumento da área construída por lote deverá ser quantificado, posteriormente,

estabelecendo a relação entre o tipo de ocupação e os elementos na superfície que a

compõem.

Outras atividades que resultaram em mudanças importantes que puderam ser

verificadas na área de estudo, foram o crescimento de jardins e atividades em áreas de

grande extensão como a formação do reservatório de detenção e a forma de ocupação

do cemitério.

Figura 5.1 Expansão urbana na Bacia do Cabuçu, no período 1985 – 1997


27

5.3 A definição do sistema de classificação do uso do solo a ser adotado

Para a avaliação do uso do solo, considerando uma abordagem multitemporal com

dados de imagens do satélite LANDSAT TM, foram definidas a partir de testes e de

observação das imagens LANDSAT TM e Ikonos, as seguintes classes de uso do solo.

• Área urbana

o Densidade baixa

o Densidade média

o Densidade alta

• Área de vegetação

o Vegetação Arbórea

o Vegetação Herbáceo- Arbustiva

• Solo exposto

Considera-se que estas classes permitirão estimar a alteração da permeabilidade,

decorrente da dinâmica do uso do solo.

5.4 A avaliação da expansão urbana no período, ainda em desenvolvimento

De forma a direcionar as análises a partir da localização das áreas mais dinâmicas foi

realizado o processamento digital das imagens LANDSAT TM, para facilitar a definição

das classes de uso do solo a serem consideradas.

Para tal, foram geradas imagens multitemporais para os anos 1985-1990; 1990-1997 e

1985-1997 que está representada na Figura 1, e que representa as áreas de expansão

em vermelho.

A observação destas imagens permitiu verificar a expansão que se dá na direção do

Parque Estadual da Cantareira, embora ainda não estejam invadindo a área do


28

mesmo. No entanto, a expansão dos municípios a norte que pode ser observada em

pequenas áreas no Norte da área de estudo.

5.5 Próximas atividades a serem desenvolvidas

As próximas atividades a serem realizadas incluem:

• A conclusão da avaliação da expansão urbana na área, considerando a

evolução urbana nos períodos estudados;

• O estabelecimento de modelos que permitam compatibilizar a relação entre as

classes de uso do solo e a permeabilidade;

• A análise das transformações urbanas que pode ser compreendida a partir da

obtenção dos dados sobre a dinâmica de ocupação na bacia.

Deverão ser considerados, principalmente, dados complementares, como os limites

das Unidades de Conservação Estaduais e Municipais, possibilitando verificar o

significado.

A expansão urbana, verificada no norte da Bacia, se aproxima da área do Parque da

Cantareira, incentivando uma análise mais precisa dos limites das Unidades de

Conservação na área, visando indicar possíveis ações necessárias nestas áreas.


29

6 SISTEMA DE SUPORTE A DECISÃO

6.1 Aspectos Gerais

Os Sistemas de Suporte a Decisão (SSD) são sistemas computacionais que tem por

objetivo ajudar os usuários a tomar decisões na solução de problemas não

estruturados (ou parcialmente estruturados). Problemas não estruturados são aqueles

para os quais não existem soluções através de algoritmos bem definidos. Esse tipo de

problema, via de regra, não é facilmente tratável por soluções computacionais. Em

conseqüência, a solução destes problemas exige uma interação entre homem e

máquina, fato que constitui uma das principais características dos SSD.

O conceito de suporte (ou ajuda, ou apoio) é fundamental para a compreensão da

utilidade e do funcionamento de um SSD. Um Sistema de Suporte a Decisão deve ser

colocado à disposição de um usuário para auxiliá-lo a dispor de informações, a

identificar e formular problemas, a conceber e analisar alternativas e finalmente ajudá-

lo na escolha do melhor curso de ação. Em outros termos, a finalidade de um SSD não

é tomar decisões, mas auxiliar a missão de decidir.

6.2. Metodologia

Este Sistema de Suporte a Decisão para a bacia do rio Cabuçu de Baixo está sendo

estruturado em 3 módulos (ver Figura 6.1):

� Modulo Visualizador: É um módulo que permite ao usuário visualizar diversos

documentos sobre a região estudada, como mapas temáticos, imagens de

satélite, gráficos, resultados, relatórios e base de dados, topologias.

� Módulo de Definição de Parâmetros e Operação de Modelos: Este módulo

(ver Figura 6.2) está sendo desenvolvido com a finalidade de permitir ao usuário

operar uma série de modelos matemáticos e, dessa forma, avaliar o

comportamento da bacia. Os estudos hidrológicos, hidráulicos, de qualidade da

água e sedimentológicos, apresentados nos capítulos anteriores, têm sido


30

desenvolvidos no sentido de se avaliar e calibrar os parâmetros desses

modelos. Esses modelos formam a base do submódulo de operação de modelos

(ver Figura 6.3) do SSD em desenvolvimento. Até abril de 2003, esse submódulo

estará sendo desenvolvido em uma versão preliminar, incluindo os modelos

hidrológico (CABC), hidrodinâmico (CLIV) e de qualidade (WinHSPF). Os

demais modelos serão inseridos aos poucos para uma versão mais completa.

Dessa forma, com o CABC o usuário poderá simular o comportamento

hidrológico da bacia para eventos críticos observados ou selecionar chuvas

críticas, calculadas por uma equação de chuvas intensas da região, para

determinados valores de período de retorno. Será permitido ao usuário utilizar os

valores do parâmetro CN (Curve Number) definidos pelos estudos do projeto ou

alterá-lo, de forma a avaliar a sua influência sobre as vazões resultantes. Uma

vez definidas as vazões para pontos notáveis do sistema de macrodrenagem, o

modelo CLIV irá permitir a avaliação do comportamento hidráulico desse

sistema. Para tanto, serão traçadas as linhas d’água resultantes e as superfícies

de inundação, no caso de haver transbordamento da calha do rio. A partir de

condições alternativas do uso e ocupação do solo e de pluviosidade, o usuário

poderá operar o modelo WinHSPF para avaliar a situação da qualidade da água

em função da carga difusa produzida pela bacia.

� Módulo de Gerenciamento da Base de Dados: Este módulo permite ao

usuário gerenciar as bases de dados disponíveis da região estudada, onde será

concebido um ambiente computacional que reúna todos os elementos que

compõem este módulo, num único software. Desta forma, o usuário não

precisará aprender a manipular os diversos programas que são desenvolvidos

para cada tipo de base de dados.


31

Figura 6.1 - Estrutura do SSD da Bacia do Rio Cabuçu de Baixo

INÍCIO

MÓDULO VISUALIZADOR

Mapas temáticos Gráficos Resultados Relatórios Base de dados Topologias

MÓDULO DE DEFINIÇÃO DE PARÂMETROS E OPERAÇÃO DE MODELOS

(detalhado em adiante)

MÓDULO DE GERENCIAMENTO

DA BASE DE DADOS

Dados Físicos Imagens de Satélite Fluviométricos Pluviométricos Qualidade Sedimentos Uso do Solo Rede de drenagem Parâmetros de modelos


32

Figura 6.2 - Módulo de Definição de Parâmetros e Operação de Modelos (versão

preliminar)

MODELAGEM DA IMAGEM DE SATÉLITE + TRABALHOS DE CAMPO

CÁLCULO DO CN POR SUB-BACIA TABELA CN - SCS

ARMAZENAMENTO DOS CN’s E DEMAIS

PARÃMETROS BÁSICOS NOS ARQUIVOS DE

DADOS DE ENTRADA DO CABC, CLIV E WinHSPF

ATIVIDADES E TESTES PARA

DETERMINAÇÃO E/OU CALIBRAÇÃO DOS PARÂMETROS

DE ENTRADA DO CABC, CLIV E

WinHSPF

SUB-MÓDULO DE OPERAÇÃO DOS

MODELOS (detalhado adiante)

ANÁLISE DE RESULTADOS ACEITA?

FIM

SIM

NÃO


33

Figura 6.3 - Submódulo de Operação de Modelos (versão preliminar)

TIPOS DE MODELOS

CABC

GERA ARQUIVOS DE SAÍDA

NÃO

CLIV? SIM

DEFINIR SUB-BACIAS

ACEITA OU ALTERA

PARÂMETROS BÁSICOS

PROCESSAMENTO

WinHSPF

DEFINIR TRECHOS

PROCESSAMENTO

ACEITA OU ALTERA


CLIV

DEFINIR TRECHOS

PROCESSAMENTO

ACEITA OU ALTERA



34

6.3 Atividades de desenvolvimento

Os modelos CABC e CLIV deste submódulo de operação de modelos serão fornecidos

como arquivos “dll” pela equipe técnica da área de hidráulica computacional da

Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica. Serão desenvolvidas interfaces especiais

para o SSD que facilitem a utilização dos modelos para a bacia do rio Cabuçu de

Baixo, incorporando nos arquivos de entrada todos os dados e parâmetros que não

devem ser alterados e apresentando menus e caixas de diálogo para seleção dos

elementos a serem definidos pelo usuário.

Para desenvolvimento desse ambiente computacional, está sendo utilizado o MS Visual

Studio.NET, que é uma ferramenta de desenvolvimento para múltiplas linguagens mais

abrangente do mercado.

O modelo de qualidade da água WinHSPF possui quatro arquivos de entrada. Os

arquivos devem conter dados de ocupação do solo, características do sistema de

drenagem e as cargas pontuais de poluentes. Para o Sistema de Suporte a Decisão,

pretende-se bloquear os três arquivos e liberar apenas o de uso e ocupação do solo

que poderá ser alterado pelo usuário. Esse modelo também será incluído no ambiente

computacional do SSD da bacia do Cabuçu.


35

EQUIPE TÉCNICA

Coordenação

Prof. Dr. Mario Thadeu Leme de Barros

Pesquisadores

Profa. Dra. Monica Ferreira do Amaral Porto

Prof. Dr. Luis César de Souza Pinto

Prof. Dr. José Alberto Quintanilha

Prof. Dr. Witold Zmitrowicz

Profª Dra. Diana Hamburger

Dr. Marco Antonio Palermo

Doutorando

Eng. João Luiz Boccia Brandão

Mestrando

Engª Letícia Santos Masini

Engº José Cláudio de C. Rossini

Flávia Munhoso Gonçalves

Hidrometria

Tec. José Roberto Siqueira

Suporte em informática

Sidnei Ono

Simone Medeiros

Estagiária

Cristiane Pires Andreoli

Felipe Lapyda

Thiago Cardoso Pellegrini


36

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

ANDERSON, J.R.; HARDY, E.E.; ROACH, J.T.; WITNER, R.E. Sistemas de

classificação de uso da terra e do revestimento do solo para utilização com dados de

sensoriamento remoto. Trad. H. Strang. Rio de Janeiro, IBGE, 1976.

FCTH, FUNDAÇÃO CENTRO TECNOLÓGICO DE HIDRÁULICA; Projeto:

Macrodrenagem da Bacia do Córrego Cabuçu de Baixo. Relatório Parcial 1.

FORESTI, C.; HAMBURGER, D. S. Sensoriamento Remoto aplicado ao estudo do uso

do solo urbano. Organizado por TAUK, Sâmia Maria, GOBBI, Nivar, FOWLER, H. G.

Análise Ambiental: uma visão multidisciplinar. São Paulo, 1991, p.115-120.

JENSEN, J.R.; TOLL, D.L. Detecting residential land use development at the urban

fringe. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 48(4):629-643, Apr.1981.

SECRETARIA MUNICIPAL DO PLANEJAMENTO. Prefeitura do município de São

Paulo. Evolução do uso do solo nos anos 90. Cadernos de Planejamento- SEMPLA.

2000/2001a.


Paulo. Globalização e desenvolvimento urbano. Cadernos de Planejamento- SEMPLA.

2000/2001b.


Paulo. São Paulo em números. Cadernos de Planejamento- SEMPLA. 2000/2001c.

TUCCI, C.E.M. Hidrologia. Ciência e Aplicação. Capítulo 11. Segunda Edição. Editora

da Universidade/UFRGS. 945p. 2000.


37

USER’S MANUAL BASINS 2.0 – EPA. 1996

USER’S MANUAL BASINS 3.0 – EPA. Junho de 2001

WINHSPF version 2.0 – An Interative Windows Interface to HSPF -User’s Manual.

Aqua Terra Consultants. Geórgia,US. Março de 2001. www.epa.gov/ost/basins

3º relatÓrio parcial - sites.poli.usp.brsites.poli.usp.br/phd/cabucu/rel_12_2002.pdf · da bacia...

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