UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO

CENTRO TECNOLGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

LUANA LAVAGNOLI MOREIRA

ANLISE DO IMPACTO DA EVOLUO URBANSTICA

SOBRE O SISTEMA DE DRENAGEM URBANA

VITRIA

2014

LUANA LAVAGNOLI MOREIRA

ANLISE DO IMPACTO DA EVOLUO URBANSTICA

SOBRE O SISTEMA DE DRENAGEM URBANA

Trabalho de concluso de curso

apresentado ao Departamento de

Engenharia Ambiental, Centro

Tecnolgico da Universidade Federal do

Esprito Santo, como requisito parcial para

a obteno do ttulo de Bacharel em

Engenharia Ambiental.

Orientador: Prof. Dr. Daniel Rigo.

VITRIA

2014

AGRADECIMENTOS

A Deus, pelos ensinamentos de vida proporcionados e pelo fortalecimento da f;

Aos meus pais, Gilmar e Aparecida, pelos valores, incentivo, apoio e confiana em

tudo que fao;

Aos meus colegas de classes do curso de Engenharia Ambiental pela amizade,

auxlio, unio e pelos inmeros momentos alegres e descontrados;

Ao meu orientador Daniel Rigo, por toda confiana em mim depositada;

Aos colegas Joseline, Jos Antnio e Bernadete pelo apoio tcnico e acadmico na

realizao do projeto;

Aos membros do Colegiado de Engenharia Ambiental que aprovaram a antecipao

da apresentao do Projeto de Graduao;

Aos moradores do municpio de So Gabriel da Palha pelo compartilhamento de

informaes necessrias ao projeto;

A todos que, direta ou indiretamente, contriburam para a realizao deste trabalho.

O segredo da sade da mente e do corpo est em no

lamentar o passado, em no se afligir com o futuro e em no

antecipar preocupaes, mas est no viver sabiamente e

seriamente o presente momento.

Siddhartha Gautama Buddha

RESUMO

As inundaes em reas urbanas so consequncias da falta de capacidade de

transporte nos sistemas de drenagem pluvial, resultando no extravasamento do

volume drenado do leito de escoamento natural, causado pelo processo de

urbanizao relacionado com a impermeabilizao do solo. A implantao do

sistema de gesto em drenagem pluvial, visando estabelecer as medidas de controle

estruturais e no estruturais, requer a quantificao dos impactos atuais, assim

como a estimativa de vazo mxima. A ausncia de estao fluviomtrica demanda,

como recurso adicional para quantificao da vazo mxima, mtodos de

transformao de chuva em vazo. O presente trabalho teve por objetivo estimar,

com auxlio do Mtodo estabelecido pelo Soil Conservation Service (SCS) e

Colorado Urban Hydrograph Procedure (CUHP), vazes mximas para diferentes

cenrios contemplados pela variao temporal da mancha urbana, da bacia

hidrogrfica do Crrego So Gabriel, localizado na Sede Municipal de So Gabriel

da Palha no estado do Esprito Santo. A modelagem hidrolgica envolveu a

determinao da equao de chuvas intensas a partir do mtodo Chow-Gumbel, as

apropriaes dos tempos de concentrao pelo mtodo cinemtico, obteno das

chuvas excedentes e dos hidrogramas unitrios e de cheia para perodos de retorno

de 5, 10 e 25 anos. Os resultados indicaram que a influncia da intensificao da

mancha urbana sobre o incremento das vazes expressivo. Em comparao aos

mtodos empregados, o mtodo de CUHP obtm vazes similares quando da

estimativa pelo mtodo SCS.

Palavras-chave: Urbanizao, Drenagem Urbana, Vazo de Projeto.

ABSTRACT

The floods in urban areas are consequences of lack of transport capacity to the

storm water drainage systems, it results in leakage of the drained bed of natural

runoff volume caused by the urbanization related to soil sealing process. The

implementation of the storm water drainage system management, so as to establish

measures of structural and non-structural controls, requires the quantification of

current impacts, which is the estimated maximum flow. The absence of fluviometric

station demand as additional resource for quantifying the maximum flow, methods of

transformation of rainfall into flow. This study aimed to estimate, using the method

established by the Soil Conservation Service (SCS) and Colorado Urban Hydrograph

Procedure (CUHP), peak flows for different scenarios contemplated by the temporal

variation of the urban sprawl, the basin of So Gabriel Stream, located in Municipal

Headquarters in So Gabriel da Palha city, state of Esprito Santo. The hydrologic

modeling involved the determination of the equations of intense rains from Chow-

Gumbel method, the concentration time using the velocity method, determination of

excess rainfalls, unit hydrograph and flood hydrograph for return periods of 5, 10 and

25 years. The results indicated that the influence of intensified urban sprawl on the

increase of flow rates is significant. Compared to the methods employed, the method

of CUHP obtains similar flows when estimating the SCS method.

Key words: Urbanization, Urban Drainage, Runoff.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Perodos de Retorno recomendados para diferentes ocupaes. ................... 27

Tabela 2: Valores de perodo de retorno. ........................................................................ 27

Tabela 3: Frmulas empricas utilizadas para apropriao do tempo de concentrao. . 28

Tabela 4: Frmulas empricas utilizadas para apropriao do tempo de concentrao

(continuao). ............................................................................................................ 29

Tabela 5: Fator de rugosidade k, presente na frmula de DNOS. ................................... 29

Tabela 6: Coeficiente de escoamento em superfcies e calhas rasas. ............................ 30

Tabela 7: Matriz de convoluo, resultante do escoamento superficial. .......................... 38

Tabela 8: Precipitaes mximas anuais (mm) da estao de Barra de So Gabriel. .... 46

Tabela 9: Mdia aritmtica e desvio padro da varivel reduzida y. ............................... 49

Tabela 10: Relaes entre as alturas pluviomtricas, obtidas em CETESB (1986). ....... 49

Tabela 11: Relaes entre as alturas pluviomtricas de 24h e de 1 dia de durao,

obtidas em CETESB (1986). ..................................................................................... 49

Tabela 12: Valores da taxa de infiltrao mnima usadas na identificao do grupo

hidrolgico do solo. ................................................................................................... 51

Tabela 13: Valores de CN para bacias urbanas e suburbanas. ....................................... 52

Tabela 14: Valores de CN para bacias rurais. ................................................................. 53

Tabela 15: Curvas acumuladas de Huff para os quartis I, II, III e IV. ............................... 54

Tabela 16: Hidrograma unitrio curvilneo do SCS conforme McCuen (1998). ............... 56

Tabela 17: Coeficientes da funo da rea impermevel. ............................................... 58

Tabela 18: Caractersticas fisiogrficas das sub-bacias da bacia do Crrego So Gabriel.

.................................................................................................................................. 63

Tabela 19: Tempo de concentrao para cada cenrio ambiental. ................................. 66

Tabela 20: Estimativa do valor de CN para o cenrio da pr-urbanizao. ..................... 66

Tabela 21: Estimativa do valor de CN para o cenrio inicial. ........................................... 66

Tabela 22: Estimativa do valor de CN para o cenrio atual. ............................................ 67

Tabela 23: Estimativa do valor de CN para o cenrio futuro. ........................................... 67

Tabela 24: Chuvas excedentes para cada cenrio e para os diferentes perodos de

retorno. ...................................................................................................................... 68

Tabela 25: Parmetros de entrada para construo do hidrograma unitrio de CUHP. .. 72

Tabela 26: Vazes de projeto estimadas pelos mtodos SCS e CUHP e incrementos de

vazo em relao ao cenrio anterior para diferentes perodos de retorno. ............. 76

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Taxa de urbanizao brasileira e da regio Sudeste. ....................................... 15

Figura 2: Estrutura do plano diretor de drenagem urbana. .............................................. 19

Figura 3: Estgio do desenvolvimento da drenagem. ...................................................... 21

Figura 4: Representao de um hietograma de forma contnua no tempo. ..................... 32

Figura 5: Parmetros do Hidrograma. ............................................................................. 33

Figura 6: Forma do hidrograma unitrio sinttico triangular do SCS. .............................. 34

Figura 7: Hidrograma Unitrio de CUHP. ........................................................................ 37

Figura 8: Mapa de Localizao e Drenagem da rea de estudo. .................................... 40

Figura 9: Zonas de inundao na Sede Municipal de So Gabriel da Palha. .................. 41

Figura 10: Trecho do Crrego So Gabriel no bairro Santa Helena. ............................... 42

Figura 11: Trecho do Crrego So Gabriel no bairro Jardim da Infncia. ....................... 42

Figura 12: Mapa de tipo de solos da regio de estudo. ................................................... 44

Figura 13: Mapa de declividade. ...................................................................................... 45

Figura 14: Determinao do fator de pico. ....................................................................... 58

Figura 15: Determinao de Ct. ....................................................................................... 59

Figura 16: Evoluo da rea impermevel ao longo dos cenrios ambientais de

urbanizao. .............................................................................................................. 61

Figura 17: Cenrios ambientais contemplando a evoluo temporal da mancha urbana

na bacia hidrogrfica do Crrego So Gabriel. ......................................................... 62

Figura 18: Mapa hidrolgico das sub-bacias inseridas na bacia hidrogrfica do Crrego

So Gabriel. .............................................................................................................. 64

Figura 19: Resultado dos tempos de concentrao obtidos por diferentes mtodos. ...... 65

Figura 20: Hidrogramas unitrios curvilneos do SCS dos cenrios ambientais. ............. 69

Figura 21: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo SCS do cenrio de pr-

urbanizao para diferentes perodos de retorno. ..................................................... 70

Figura 22: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo SCS do cenrio de urbanizao

inicial para diferentes perodos de retorno. ............................................................... 70

Figura 23: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo SCS do cenrio de urbanizao

atual para diferentes perodos de retorno. ................................................................ 71

Figura 24: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo SCS do cenrio de urbanizao

futura para diferentes perodos de retorno. ............................................................... 71

Figura 25: Hidrograma unitrio de CUHP apropriado para cada cenrio. ....................... 73

Figura 26: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo CUHP do cenrio de pr-

urbanizao para diferentes perodos de retorno. ..................................................... 74

Figura 27: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo CUHP do cenrio de urbanizao

inicial para diferentes perodos de retorno. ............................................................... 74

Figura 28: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo CUHP do cenrio de urbanizao

atual para diferentes perodos de retorno. ................................................................ 75

Figura 29: Hidrogramas de cheia obtidos pelo mtodo CUHP do cenrio de urbanizao

futura para diferentes perodos de retorno. ............................................................... 75

Figura 30: Vazes de projeto para cada cenrio obtidas pelo mtodo SCS. ................... 77

Figura 31: Vazes de projeto para cada cenrio obtidas pelo mtodo CUHP. ................ 77

SUMRIO

1. INTRODUO .......................................................................................................... 12

2. OBJETIVOS .............................................................................................................. 14

2.1. OBJETIVO GERAL ................................................................................................ 14

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................................. 14

3. REVISO DA LITERATURA ..................................................................................... 15

3.1. EVOLUO URBANA NO TERRITRIO BRASILEIRO ....................................... 15

3.2. GESTO URBANSTICA ....................................................................................... 16

3.2.1. Aspectos Legais ........................................................................................... 16

3.2.2. Plano Diretor Urbano .................................................................................... 17

3.2.3. Plano Diretor de Drenagem Urbana ............................................................. 18

3.3. EFEITOS DA URBANIZAO NAS CHEIAS ........................................................ 20

3.4. CONTROLE DE INUNDAES ............................................................................ 22

3.5. ASPECTOS HIDROLGICOS ............................................................................... 24

3.5.1. Chuvas Intensas .......................................................................................... 25

3.5.2. Perodo de Retorno ...................................................................................... 26

3.5.3. Tempo de Concentrao .............................................................................. 28

3.6. MODELAGEM HIDROLGICA .............................................................................. 31

3.6.1. Distribuio Temporal da Chuva .................................................................. 31

3.6.2. Teoria do Hidrograma Unitrio ..................................................................... 32

3.6.3. Hidrograma de Cheia ................................................................................... 37

4. METODOLOGIA ........................................................................................................ 39

4.1. REA DE ESTUDO ............................................................................................... 39

4.2. ASPECTOS FISIOGRFICOS E HIDROGRFICOS ............................................ 43

4.3. CENRIOS AMBIENTAIS DE USO E OCUPAO DO SOLO ............................. 46

4.4. DETERMINAO DAS VAZES DE PROJETO................................................... 47

4.4.1. Obteno da Equao de Chuvas Intensas ................................................. 47

4.4.2. Obteno do CN-SCS .................................................................................. 50

4.4.3. Obteno das Chuvas Excedentes .............................................................. 53

4.4.4. Determinao da vazo de projeto pelo mtodo SCS ................................. 55

4.4.5. Determinao da vazo de projeto pelo mtodo CUHP ............................... 57

5. RESULTADOS E DISCUSSO ................................................................................. 61

5.1. DIAGNSTICO TEMPORAL DOS CENRIOS AMBIENTAIS .............................. 61

5.2. OBTENO DAS CHUVAS EXCEDENTES ......................................................... 63

5.3. VAZO DE PROJETO OBTIDA PELO MTODO SCS ......................................... 68

5.4. VAZO DE PROJETO OBTIDA PELO MTODO CUHP ...................................... 72

5.5. ANLISE DO IMPACTO URBANSTICO SOBRE SISTEMA DE DRENAGEM DA

BACIA HIDROGRFICA DO CRREGO SO GABRIEL ..................................... 76

6. CONCLUSES E RECOMENDAES ................................................................... 80

7. REFERNCIAS ......................................................................................................... 82

12

1. INTRODUO

O processo de urbanizao no Brasil, nos ltimos anos, se deu com o crescimento

maior das cidades mdias e um crescimento menor das metrpoles. A populao

urbana brasileira da ordem de 80%, contra uma urbanizao na dcada de 40 a 50

abaixo de 40%. O processo de urbanizao no Brasil foi, em grande parte,

desordenado e falho na previso da populao total (PARKINSON et al., 2003). Os

efeitos desse processo impactam os sistemas de abastecimento de gua, transporte

e tratamento de efluentes e a drenagem pluvial.

O conturbado processo de urbanizao tem atuado negativamente sobre os

aparelhos urbanos referentes a recursos hdricos, como o sistema de drenagem.

Essa ocupao acelerada e desordenada dos solos, muitas vezes desrespeitando o

sistema de drenagem natural das guas, favorece ao aterramento das margens dos

corpos hdricos e ocupao de reas de amortecimento de cheias, tornando

frequentes os problemas com as enchentes urbanas (BASTOS, 2009).

Para o controle preventivo desses impactos so disciplinadas e definidas as Leis de

Uso e Ocupao do Solo, que se constituem em instrumentos de gesto no qual

disciplinam e definem a distribuio espacial das atividades socioeconmicas. No

mbito federal e estadual, essas leis esto relacionadas com a gesto dos recursos

hdricos, uso do solo e licenciamento ambiental. Com relao ao mbito municipal,

destaca-se o plano diretor municipal que foca no planejamento territorial em termos

de uso do solo e aspectos ambientais.

A mitigao de inundaes em bacias urbanizadas associa-se a diversas

alternativas estruturais e no estruturais, desde intervenes diretas na bacia

mediante obras com objetivo de controlar as guas, realocao humana at o

prprio convvio com o problema.

O dimensionamento de sistemas de drenagem abrange a escolha de diversas

variveis hidrolgicas, dentre elas: o perodo de retorno, de acordo com os aspectos

sociais e econmicos locais; a determinao da chuva de projeto, a partir de

registros meteorolgicos da regio; a determinao do escoamento superficial,

conforme caractersticas hidrolgicas e do uso e ocupao do solo na bacia; a

determinao da vazo de projeto; e o dimensionamento das estruturas hidrulicas,

13

correspondente fase de projeto das medidas estruturais a serem implantadas na

bacia (FCTH, 1999).

Com relao determinao da vazo de projeto, o mtodo Soil Conservation

Service (SCS) pode ser uma ferramenta til, alm de retratar impactos relacionados

urbanizao de uma bacia hidrogrfica, modificaes causadas por projetos de

vertedouros de reservatrios, avaliao da reduo de danos associados

inundao e determinao da plancie de inundao e de reas de risco

(SCHARFFENBERG e FLEMING, 2010). Outro mtodo citado por Tucci (1995),

aplicado a bacias urbanas, o mtodo conhecido por Colorado Urban Hydrograph

Procedure (CUHP).

Neste contexto, o presente trabalho pretende avaliar, para diferentes cenrios de

urbanizao, a variao da vazo de projeto no sistema de drenagem para a bacia

hidrogrfica do Crrego So Gabriel inserida na Sede do municpio de So Gabriel

da Palha.

14

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

Analisar o efeito da impermeabilizao do solo, decorrente da evoluo da malha

urbanstica, sobre o sistema de drenagem da Sede Municipal de So Gabriel da

Palha.

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Para o trabalho proposto foram estabelecidos os seguintes objetivos especficos:

- Construir cenrios de uso e ocupao do solo em funo da variao

temporal da mancha urbana;

- Estabelecer equao de chuva intensa para a rea de estudo;

- Estabelecer chuvas excedentes de cada cenrio para diferentes perodos de

retorno;

- Estimar vazes de projeto de cada cenrio por meio dos modelos SCS e de

CUHP a partir da construo de hidrogramas de cheia para diferentes

perodos de retorno;

- Analisar as condies atuais e futuras no que tange s vazes de enchente,

comparando os resultados dos mtodos de transformao de chuva em

vazo empregados.

15

3. REVISO DA LITERATURA

3.1. EVOLUO URBANA NO TERRITRIO BRASILEIRO

A expanso urbana no Brasil relativamente recente. O seu incio se articula com

um conjunto de mudanas estruturais na economia e na sociedade brasileira, a partir

da dcada de trinta do sculo vinte. Contudo, somente no ano de 1970, que os

dados censitrios revelaram, no Brasil, uma populao urbana superior rural

(BRITO, HORTA E AMARAL, 2012).

Segundo o IPEA (Instituto de Pesquisa Econmica Aplicada), em 1970, 56% dos

brasileiros moravam em reas urbanas. E em 2006 eram 80%. At 2050, segundo

estimativas da Organizao das Naes Unidas (ONU), 90% se concentraro em

grandes centros e a populao nacional girar em torno de 200 milhes de pessoas.

O Censo Demogrfico do IBGE de 2010 aponta um grau de urbanizao de 84,36%

no Brasil e 92,95% na regio Sudeste. A partir de 1970, observa-se no pas, uma

populao urbana superior rural (55,92%), j na regio sudeste, a populao

urbana superou a rural em mais de 50% em 1960.

Figura 1: Taxa de urbanizao brasileira e da regio Sudeste.

Fonte: Adaptado de IBGE (2010).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1940 1950 1960 1970 1980 1991 2000 2007 2010

Taxa

de

Urb

aniz

ao

(%

)

Brasil

Regio Sudeste

16

Dados do Instituto Jones dos Santos Neves (IJSN), em 2010, indicaram que o grau

de urbanizao do estado do Esprito Santo alcanou os 83,4%. Todas as

microrregies litorneas, com exceo da Metrpole Expandida Sul, destacaram os

maiores percentuais de populao urbana. A Regio Metropolitana da Grande

Vitria (RMGV) destacou a maior taxa de urbanizao (98,3%).

O Municpio em estudo, So Gabriel da Palha est localizada na regio centro-oeste

do estado do Esprito Santo. Possui economia voltada para cultura de caf Conilon e

a cidade possui a mais importante Cooperativa Agrria de Cafeicultores de Conilon

do Mundo (Prefeitura Municipal de So Gabriel da Palha, 2014). Segundo dados do

PNUD, IPEA e FJP (2014), a taxa de urbanizao no municpio cresceu de 69,07%

em 2000 para 76,35% em 2010.

3.2. GESTO URBANSTICA

3.2.1. Aspectos Legais

O aspecto legal urbanstico se apoia nas Leis de Uso e Ocupao do Solo, que so

instrumentos que disciplinam e definem a distribuio espacial das atividades

socioeconmicas. A primeira fase do processo de regularizao de uma ocupao

existente ou um novo assentamento deve ocorrer atravs do zoneamento,

instrumento de gesto que trata de um conjunto de regulamentaes, prescrevendo

os tipos de uso adequados a cada poro do territrio (MOTA, 2006).

Segundo Parkinson et al (2003), no que tange a legislao e as polticas existentes

para o funcionamento dos sistemas de drenagem, esto os aspectos relacionados

gesto integrada dos recursos hdricos, controle da poluio ambiental e dotao de

infraestrutura urbana.

O inciso XVIII do artigo 21, da Constituio Federal de 1988, estabelece que

compete Unio planejar e promover a defesa permanente contra as calamidades

pblicas, especialmente as secas e as inundaes. O Estatuto da Cidade (Lei

Federal 10257, de julho de 2001) estabelece normas de ordem pblica e interesse

social que regulam o uso da propriedade urbana em prol do bem coletivo, da

segurana e do bem-estar dos cidados, bem como do equilbrio ambiental. A Lei

17

Federal 12608, de 10 de abril de 2012 incluiu no Estatuto da Cidade o artigo 42-A,

no qual estabelece que o Plano Diretor dos Municpios includos no cadastro

nacional de municpios com reas suscetveis ocorrncia de deslizamentos de

grande impacto, inundaes bruscas ou processos geolgicos ou hidrolgicos

correlatos dever conter, entre outros, medidas de drenagem urbana necessrias

preveno e mitigao de impactos de desastres.

A Lei Federal 6766, de 19 de dezembro de 1979, dispe sobre diretrizes de projetos

de parcelamento do solo urbano. Considerado um dispositivo de valor para o

controle da ocupao do solo, atravs da aprovao do parcelamento que o

municpio pode exigir distribuio adequada dos lotes, equipamentos e vias pblicas,

protegendo a qualidade ambiental (MOTA, 2006).

3.2.2. Plano Diretor Urbano

Orientado pelo poder municipal, o Plano Diretor Urbano, contemplado no artigo 182

da Constituio Federal de 1988, na Lei Federal 10257, de 10 de julho de 2001,

um instrumento global e estratgico da poltica de desenvolvimento municipal,

determinante para todos os agentes pblicos e privados que atuam na construo e

gesto da cidade.

O desenvolvimento das funes sociais da cidade e da propriedade, e o uso

socialmente justo e ecologicamente equilibrado de seu territrio, de forma a

assegurar o bem estar dos seus habitantes; disciplinar a ocupao e o uso do solo,

compatibilizando-os com o meio ambiente e a infraestrutura disponvel;

compatibilizar a estrutura urbana da cidade ao crescimento demogrfico previsto e

s funes regionais do Municpio compem alguns dos objetivos do Plano Diretor

Municipal editado em 2006 do municpio de So Gabriel da Palha.

A subdiviso da Macrozona Urbana e de Expanso Urbana em Zonas de Uso no

municpio de So Gabriel da Palha considera:

I. A infraestrutura instalada;

II. As caractersticas de uso e ocupao do territrio do municpio;

III. As caractersticas do meio ambiente natural e construdo;

18

IV. A implementao de aes de planejamento.

Para controle do uso e ocupao do solo, o Plano Diretor Municipal divide o

municpio em Zonas de Uso: Zonas Residenciais - ZR; Zonas de Comrcio e Servio

- ZCS; e Zonas Especiais ZE (de Interesse Ambiental, de Interesse Social e de

Interesse Econmico).

Segundo SCHEEREN et al. (2007), o Plano Diretor uma ferramenta importante na

soluo de problemas de uso e ocupao de reas marginais. Alm disso,

importante que este focalize a questo da drenagem urbana separadamente, pois os

transtornos causados so visveis e preocupantes, ressaltando-se os riscos que so

impostos sade da populao.

3.2.3. Plano Diretor de Drenagem Urbana

De acordo com Martins (2012), a gesto de drenagem urbana compreende um

conjunto de tcnicas e aes que pode ser resumido no conceito dos 3P:

Planejamento, Procedimento e Preparo. Dos trs grupos, o Planejamento o mais

fcil de ser explicado e entendido no mbito tcnico, mas o que encontra as maiores

dificuldades com relao sua observncia ao longo do tempo. O Planejamento

inclui atividades como a elaborao dos planos diretores, projeto e implantao de

sistemas de reduo de risco e exige o uso macio de todo o elenco de medidas,

estruturais e no estruturais.

Segundo Tucci (2002) a estrutura bsica do Plano Diretor de Drenagem Urbana,

explicitada pela Figura 2, composta por cinco fases:

- Informaes: o conjunto de informaes que abordam a rea de drenagem,

ou seja, a base dados sobre as quais ser fundamentado o plano.

- Fundamentos: so elementos definidores do plano; constitudo dos

princpios, objetivos e estratgias, cenrios e riscos.

- Desenvolvimento: o planejamento das medidas se baseia em medidas no

estruturais, medidas estruturais, avaliao econmica, obras de controle,

operao e manuteno.

19

- Produtos: legislao e/ou regulamentao (medidas no estruturais), plano de

ao (medidas escalonadas no tempo de acordo com a viabilidade financeira)

e manual de drenagem.

- Programas: so estudos complementares de mdio e longo prazo que so

recomendados no plano para melhorar as deficincias encontradas na

elaborao do Plano desenvolvido.

Figura 2: Estrutura do plano diretor de drenagem urbana.

Fonte: Adaptado de Tucci (2002).

Os controles de enchentes so desenvolvidos por sub-bacias e regulamentados ao

nvel de distrito. Segundo Tucci (1997), a filosofia de controle de enchentes o de:

(i) Para a macrodrenagem urbana: reservar espao urbano para parques

laterais ou lineares nos rios que formam a macrodrenagem para

amortecimento das enchentes e reteno dos sedimentos e lixo;

(ii) Para as reas ribeirinhas: zoneamento de reas de inundao, definindo-

se zonas de alto e baixo risco de ocupao, e critrios de construo no

cdigo de obras da cidade.

20

3.3. EFEITOS DA URBANIZAO NAS CHEIAS

A inundao ocorre quando as guas dos rios, riachos, galerias pluviais saem do

leito de escoamento devido falta de capacidade de transporte destes sistemas e

ocupa reas utilizadas pela populao. Quando a precipitao intensa e o solo no

tem capacidade de infiltrar, grande parte do volume escoa para o sistema de

drenagem, superando sua capacidade natural de escoamento. O excesso do volume

que no consegue ser drenado ocupa a vrzea, produzindo inundaes de acordo

com a topografia das reas prximas aos rios. Com o acelerado desenvolvimento

das cidades e a densificao urbana, rios urbanos passaram a inundar com maior

frequncia. Este processo ocorre devido ao aumento das reas impermeveis e a

canalizao que acelera o escoamento atravs de condutos e canais (TUCCI, 2004).

Tucci (2004) evidencia 3 estgios do desenvolvimento da drenagem, segundo a

Figura 3:

1. A bacia comea a ser urbanizada de forma distribuda, com maior

densificao a jusante, aparecendo, no leito natural, os locais de inundao

devido a estrangulamentos naturais ao longo do seu curso;

2. As primeiras canalizaes so executadas a jusante, com base na

urbanizao atual; com isso, o hidrograma a jusante aumenta, mas ainda

contido pelas reas que inundam a montante (efeito de um reservatrio) e

porque a bacia no est totalmente densificada;

3. Com a maior densificao, a presso pblica faz com os administradores

continuem o processo de canalizao para montante. Quando o processo se

completa, ou mesmo antes, as inundaes retornam a jusante, devido ao

aumento da vazo mxima em funo da urbanizao e canalizao a

montante. Neste estgio, so necessrias mais obras para ampliar todas as

sees e a canalizao simplesmente transfere a inundao para jusante.

21

Figura 3: Estgio do desenvolvimento da drenagem.

Fonte: Tucci (2004).

Tucci (2002) afirma que, medida que a cidade se urbaniza, ocorre o aumento das

vazes mximas (em at 7 vezes) e da sua frequncia devido ao aumento da

capacidade de escoamento atravs de condutos e canais e impermeabilizao das

superfcies.

Mathias, Cunha e Moruzzi (2013) notaram um incremento de vazes 10 vezes maior

na condio de 84% de taxa de ocupao, comparado com a condio de pr-

ocupao urbana para a bacia do crrego Tucunzinho, localizado no municpio de

So Pedro, do estado de So Paulo. Sendo essas vazes relacionadas a chuvas

com durao de 60 minutos para um perodo de retorno de 2 anos.

Semadeni-Davies et al. (2008) investigaram os impactos da mudana climtica e

urbanizao na drenagem na cidade de Helsingborg na Sucia, e concluram que o

crescimento urbano da cidade e a mudana climtica, no sentido do aumento da

precipitao, tm o potencial de causar os piores problemas de drenagem com

aumento das vazes mximas aps tempestades. O controle e o aumento da

capacidade de armazenamento so capazes de mitigar o impacto da urbanizao,

22

porm podem no ser suficientes para eliminar os impactos causados pela

urbanizao e mudanas climticas.

3.4. CONTROLE DE INUNDAES

O princpio de funcionamento das medidas de controle do escoamento superficial

baseia-se na reteno temporria e na infiltrao do excesso de escoamento

provocado por aes antrpicas, promovendo a restaurao parcial do ciclo

hidrolgico natural. Ao se planejar a drenagem, necessrio considerar a integrao

entre os dispositivos tradicionais de drenagem para o controle do escoamento

superficial com medidas de controle estruturais e no estruturais (FCTH, 2012).

As medidas estruturais so medidas fsicas de engenharia desenvolvidas com intuito

de reduzir o risco de enchentes. Essas medidas podem ser extensivas ou intensivas.

As extensivas so aquelas que agem na bacia hidrogrfica, procurando modificar as

relaes entre precipitao e vazo, como modificao da cobertura vegetal no solo,

que reduz e retarda os picos de enchente e controla a eroso da bacia. J as

intensivas agem no rio e podem focar na acelerao, retardamento ou desvio do

escoamento (BARBOSA, 2006). O Quadro 1 apresenta as principais medidas

estruturais com suas respectivas vantagens e desvantagens.

Quadro 1: Vantagens e desvantagens no emprego das diferentes medidas estruturais.

Medidas Estruturais

Vantagens Desvantagens

Cisterna.

gua pode ser utilizada para proteo contra fogo, rega de terras, processos industriais, refrigerao; reduz o deflvio superficial direto, ocupando pequenas reas; o terreno, acima da cisterna, pode ser usado para outros fins.

Custos relativamente altos de instalao; custo pode ser restritivo, se a cisterna receber gua de grandes reas de drenagem; requer manuteno; acesso restritivo; reduz o espao no subsolo para outros usos.

Jardim suspenso. Esteticamente agradvel; reduo do deflvio superficial direto e dos nveis de rudo; valorizao da vida animal.

Elevadas cargas nas estruturas de cobertura e de construo; alto custo de instalao e manuteno.

Reservatrio com espelho d'gua permanente.

Controla grandes reas de drenagem, liberando pequenas descargas; esteticamente agradvel; benefcios recreao; habitat para a vida aqutica; aumenta o valor dos terrenos adjacentes.

Requer grandes reas; possvel poluio pelas enxurradas e sedimentao; possvel rea de proliferao de mosquitos; eutrofizao; pode ocorrer de afogamentos; problemas de manuteno.

Fonte: Adaptado de FCTH (1999).

23

Quadro 1: Vantagens e desvantagens no emprego das diferentes medidas estruturais (continuao).

Medidas Estruturais Vantagens Desvantagens

Armazenamento em telhado, com tubos condutores verticais estreitos.

Retardo do deflvio superficial direto; efeito de isolamento trmico do edifcio (gua no telhado e atravs de circulao); pode facilitar o combate a incndios.

Carga estrutural elevada; a tomada d'gua dos tubos condutores requer manuteno; formao de ondas e cargas; infiltrao de gua do telhado para o edifcio.

Telhado com alta rugosidade.

Retardamento do deflvio superficial direto e reduo do mesmo.

Carga estrutural relativamente elevada.

Pavimento permevel.

Reduo do deflvio superficial direto; recarga do lenol fretico; menor custo.

Entupimento dos furos ou poros; Compactao da terra abaixo do pavimento ou diminuio da permeabilidade do solo; dificuldade de manuteno; crescimento de gramas e ervas daninhas.

Canais gramados e faixas do terreno cobertas com vegetao.

Retardo do deflvio superficial direto; reduo do deflvio superficial direto; recarga do lenol fretico; esteticamente agradvel.

Sacrifica-se alguma rea do terreno para faixas de vegetao; reas gramadas devem ser podadas ou cortadas periodicamente.

Armazenamento e deteno em pavimentos impermeveis.

Retardo do deflvio superficial direto; reduo do deflvio direto.

Restringe movimento de veculos; interfere com o uso normal; depresses juntam sujeira e entulho.

Reservatrio ou bacias de deteno.

Retardo do deflvio superficial direto; benefcio recreativo: quadras poliesportivas; esteticamente agradvel; pode controlar extensas reas de drenagem, liberando descargas relativamente pequenas.

Requer grandes reas; custos de manuteno (poda da grama, herbicidas e limpeza peridica); proliferao de mosquitos sedimentao no Reservatrio.

Tanque sptico transformado para armazenamento e recarga de lenol fretico.

Custos de instalao baixos; reduo do deflvio superficial direto (infiltrao e armazenamento); a gua pode ser usada para: proteo contra incndio, rega de gramados e jardins, e recarga do lenol fretico.

Requer manuteno peridica (remoo de sedimentos); possveis danos sade; algumas vezes requer um bombeamento para o esvaziamento aps a tormenta.

Recarga do lenol fretico: tubo ou mangueira furada, dreno francs, cano poroso e poo seco.

Reduo do deflvio superficial direto (infiltrao); recarga do lenol fretico com gua relativamente limpa; pode suprir gua para jardins ou reas secas; pequena perda por evaporao.

Entupimento dos poros ou tubos perfilados; custo inicial de instalao (material).

Grama com alta capacidade de retardamento.

Retardo do deflvio superficial direto; aumento de infiltrao.

Dificuldade de poda de grama.

Escoamento dirigido sobre terrenos gramados.

Retardo do deflvio superficial direto; aumento de infiltrao.

Possibilidade de eroso; gua parada em depresses no gramado.

Fonte: Adaptado de FCTH (1999).

As medidas no estruturais esto relacionadas melhor convivncia da populao

com as cheias. Para que estas medidas se tornem eficazes necessria a

participao conjunta entre o poder pblico e a comunidade local, de modo que

24

garanta uma convivncia tranquila sem prejuzos materiais e, principalmente, perdas

humanas (BARBOSA, 2006). O Quadro 2 apresenta as principais medidas no

estruturais com suas respectivas caractersticas e objetivos.

Quadro 2: Medidas no estruturais para controle de inundaes urbanas.

Medidas Caractersticas Objetivos

Plano diretor Planejamento das reas a serem desenvolvidas e a densificao das reas atualmente loteadas.

Evitar ocupao sem preveno e previso.

Zoneamento Regras para a ocupao das reas de maior risco de inundao.

Minimizao futura de perdas materiais e humanas em face das grandes cheias.

Controle do desmatamento

Deve ser feito em todos locais possveis.

Prevenir a eroso e o assoreamento.

Educao Ambiental

Para ser realizado junto populao.

Conscientizar a populao que sofre ou poder sofrer com as inundaes.

Medidas de apoio populao

Lugares seguros para preservar a populao e trabalhos. Construo de abrigos temporrios, meios de evacuao, patrulhas de segurana.

Inserir nos possveis atingidos pelas inundaes um senso de proteo.

Distribuio de informao sobre as enchentes

Programa de orientao da populao sobre as previses de enchentes.

Aprimorar a qualidade da assistncia externa e a reduzir falhas como a falta de informaes, a m avaliao das necessidades e formas inadequadas de ajuda.

Reassentamento

Reassentamento de residentes ilegais ocupantes das margens de rios, e de residentes legais nas reas de enchente.

Retirar a populao dos locais de risco.

Solues de mitigao

Promover o aumento das reas de infiltrao e percolao e armazenamento temporrio.

Aumentar a eficincia do sistema de drenagem jusante e da capacidade de controle de enchentes dos sistemas.

Sistema de alerta Sistema utilizado para prevenir a populao com antecedncia de curto prazo, em eventos mais raros.

Ajudar no controle das estruturas hidrulicas no sistema do rio, e evitar o pnico.

Construes a prova de enchentes

Pequenas adaptaes nas construes.

Reduzir as perdas em construes localizadas nas vrzeas de inundao.

Seguro contra enchentes

Proteo econmica contra inundaes

Diminuir os prejuzos individuais causados pelas inundaes.

Fonte: Adaptado de Enomoto (2000).

3.5. ASPECTOS HIDROLGICOS

No presente estudo as caractersticas hidrolgicas tomam foco no contexto da

hidrologia urbana, que trata da parte do ciclo hidrolgico que ocorre nas bacias

hidrogrficas urbanizadas ou em processo de urbanizao, principalmente no que se

refere ocorrncia de eventos de alta magnitude. Os componentes principais nesse

25

contexto so os que produzem as vazes mximas que se propagam pelos cursos

dgua: as precipitaes intensas, a infiltrao da gua no solo, as perdas por

evaporao ou por evapotranspirao, as retenes temporrias em depresses do

terreno, a gerao do escoamento superficial direto e o escoamento nos sistemas de

drenagem, naturais ou artificiais (FCTH, 2012).

3.5.1. Chuvas Intensas

Precipitaes mximas ou chuvas intensas so aquelas cujas intensidades

ultrapassam um determinado valor mnimo. Essa intensidade obtida a partir da

relao entre o total precipitado e o tempo decorrido, e utilizada em vrias

metodologias para obteno, de forma indireta, das vazes de projeto de um

sistema de drenagem urbana atravs de modelos de transformao chuva-vazo

(TUCCI et al., 1995).

Os dados pluviomtricos so adquiridos a partir dos registros medidos por

pluvimetros ou pluvigrafos. Ambos tm por princpio, a medio do volume de

gua precipitado em uma rea unitria, sendo que o primeiro registra uma unidade

de comprimento (altura equivalente da cobertura de uma rea com o volume

precipitado), caso esse volume fosse distribudo uniformemente; e o segundo

permite a apropriao do volume precipitado continuamente no tempo, ou seja, a

intensidade da chuva, representada pela relao entre a altura precipitada em um

intervalo de tempo.

Segundo Grecco et. al. (2012), existindo uma rede confivel de pluvigrafos, o

monitoramento das precipitaes durante um perodo de tempo longo e

representativo dos eventos extremos do local, permite o estabelecimento de uma

equao de chuvas intensas. No existindo essa disponibilidade, diferentes

alternativas (mtodos de Chow-Gumbel e de Bell, por exemplo) tm sido

empregadas para a determinao de equaes de chuva intensas a partir de

registros de totais dirios de precipitao.

Na literatura cientfica h uma srie de mtodos disponveis para se construir uma

equao de chuva intensa a partir dos dados obtidos por pluvimetros, tais como, os

mtodos de Chow-Gumbel e de Bell. O primeiro ajusta uma distribuio

26

probabilstica de Gumbel a partir da mdia aritmtica e do desvio-padro de uma

srie anual de precipitaes mximas dirias. O segundo associa a altura

pluviomtrica de uma chuva intensa, para um determinado tempo de durao e

perodo de retorno, chuva intensa padro, com durao de 60 minutos e perodo

de retorno de 2 anos.

O trabalho realizado por Nali et al. (2007) determinou e comparou as equaes de

chuvas intensas, obtidas atravs dos mtodos de Chow-Gumbel e de Bell, para as

bacias hidrogrficas dos rios Jucu e Santa Maria da Vitria localizadas no estado do

Esprito Santo. Os resultados demonstraram que os mtodos de Chow-Gumbel e de

Bell, apesar de partirem de formulaes empricas diferentes, produziram respostas

similares para todas as estaes pluviomtricas estudadas.

3.5.2. Perodo de Retorno

Segundo Villela & Matos (1975), o perodo de retorno definido como o tempo

mdio em que determinado evento igualado ou superado. A escolha do perodo

de retorno para os projetos de obras de drenagem urbana levam em conta a

natureza das obras a se projetar e os riscos relacionados com a segurana da

populao e com as perdas materiais envolvidas. Alm disso, o perodo de retorno

depende da disponibilidade dos dados de precipitao da regio de interesse.

O perodo de retorno est relacionado com o risco assumido de ocorrer uma

precipitao maior que a utilizada no dimensionamento da obra. Quanto maior for a

chuva de projeto, maior o custo da obra e, consequentemente, menor o risco.

Entretanto, h certo ponto em que os custos de seguridade do projeto ultrapassam

os benefcios de reduo de danos possveis. Por isso, a escolha de determinado

perodo de retorno uma questo de otimizao entre os fatores econmicos e de

segurana da obra. A Tabela 1 apresenta alguns valores de perodo de retorno

recomendados para diferentes tipos de obras hidrulicas.

27

Tabela 1: Perodos de Retorno recomendados para diferentes ocupaes.

Tipo da Obra Tipo de Ocupao da rea Perodo de Retorno (anos)

Micro-drenagem

Residencial 2

Comercial 5

rea com edifcios de servio pblico 5

Aeroportos 2 a 5

reas comerciais e artria de trfego 5 a 10

Macrodrenagem reas comerciais e residenciais 50 a 100

reas de importncia especfica 500

Fonte: Adaptado de CETESB (1986).

Segundo Antonio Cardoso Neto (1998), para a escolha do valor desejado,

fundamental a distino entre risco e perodo de retorno (T). A probabilidade P da

vazo de projeto ser igualada ou superada durante a vida til da obra (N anos) o

inverso do perodo de retorno T. A possibilidade de que a obra no falhe, pelo

menos uma vez, em durante sua vida til :

= 1 (1 1/) (1)

Villela & Matos (1975) apresentam valores para a adoo do perodo de retorno

compatibilizando a vida til e a probabilidade da ocorrncia do dano, denominada de

risco permissvel (Tabela 2).

Tabela 2: Valores de perodo de retorno.

Risco permissvel

Vida til da obra (anos)

1 10 25 50 100 200

0,01 100 995 2.488 4.975 3.950 19.900

0,1 10 95 238 475 950 1.899

0,25 4 35 87 174 348 695

0,5 2 15 37 73 145 289

0,75 1,3 7,7 18 37 73 144

0,99 0,01 2,7 5,9 11 22 44

Fonte: Villela & Matos (1975).

Grecco et. al. (2012) concluram no estudo da influncia da seleo de variveis

hidrolgicas no projeto do sistema de macrodrenagem, no municpio de Vitria - ES,

que a ampliao do perodo de retorno de 10 para 25 anos produziu acrscimos nos

custos de construo de galerias inferiores a 13% para todas alternativas de projetos

avaliadas. Por outro lado, o referido aumento do perodo de retorno produziu uma

28

reduo de risco de falha das galerias, num ano qualquer, em aproximadamente

60%.

3.5.3. Tempo de Concentrao

Villela & Mattos (1975) definem tempo de concentrao como o tempo que leva

uma gota dgua terica para ir do ponto mais afastado da bacia at o ponto de

concentrao. Iniciando-se a contagem de tempo no incio da chuva, se esta cobrir

toda a bacia, representa o tempo em que toda a bacia contribui para o escoamento

superficial na seo considerada (o ponto de concentrao).

A literatura apresenta inmeras frmulas empricas (Tabela 3) para se determinar o

tempo de concentrao em funo de caractersticas fsicas da bacia hidrogrfica,

do seu uso e ocupao e da intensidade da chuva local. A escolha da frmula

adequada ao projeto de drenagem leva em conta que as condies locais sejam

prximas quelas para as quais as frmulas foram determinadas e do tipo de

escoamento superficial que cada expresso procura representar.

Tabela 3: Frmulas empricas utilizadas para apropriao do tempo de concentrao.

Autor Equao Origem e Aplicabilidade

Corps Engineers

= 11,460,760,19

Bacias rurais com at 12.000 Km, declividades mdias inferiores a 14% e comprimento do talvegue mximo de 257 Km (Silveira, 2005).

Carter = 5,8620,60,3

Bacias urbanizadas com reas entre 16 e 21 Km e baixas declividades do talvegue (McCuen, Wong e Rawls, 1984).

Picking = 5,2980,6670,333 Desconhecidas (Silveira, 2005).

DNOS = 25,1410,30,20,4 Desconhecidas (Silveira, 2005).

Ven te Chow = 9,600,640,32

Bacias rurais, com reas de 1 a 19 Km (Silveira, 2005).

Kirpich = 3,9890,770,385

O valor de Tc deve ser multiplicado por 0,2 ou 0,4, conforme sejam canais de beto ou asfaltados, respectivamente; para bacias rurais (0,50 - 45,3 ha) com canais bem definidos e de declives entre 3 a 10%. (Porto, 1975).

Bransby Willians

= 14,60,20,1 Especialmente a bacias rurais (Moth, 1998).

Johnstone = 20,17

0,5

Bacias com rea de 65 a 4200 Km (Pinto, et al. 1976).

SCS Lag frmula = 3,42

0,80,5 1000

9

0,7

Para bacias homogneas com rea menor que 2000 ha (SCS, 1972).

29

Tabela 4: Frmulas empricas utilizadas para apropriao do tempo de concentrao (continuao).

Onde: Tc = tempo de concentrao (minutos); L = comprimento do talvegue principal (Km); S = declividade mdia do talvegue principal (m/m);

k = fator de rugosidade de acordo com as caractersticas do terreno da bacia hidrogrfica (

Tabela 5); A = rea da bacia hidrogrfica (Km); CN = nmero de curva.

Tabela 5: Fator de rugosidade k, presente na frmula de DNOS.

Tipo de cobertura do terreno k

Terreno areno-argiloso, coberto de vegetao intensa, elevada absoro 2

Terreno comum, coberto de vegetao, absoro aprecivel 3

Terreno argiloso, coberto de vegetao, absoro mdia 4

Terreno argiloso de vegetao mdia, pouca absoro 4,5

Terreno com rocha, escassa vegetao, baixa absoro 5

Terreno rochoso, vegetao rala, reduzida absoro 5,5

Fonte: Silveira (2005).

Alm das frmulas empricas, o tempo de concentrao pode ser estimado pelo

mtodo cinemtico que, segundo Porto (1995), a forma terica mais correta de se

calcular o tempo de concentrao. Neste mtodo, o tempo de concentrao o

somatrio dos tempos de trnsito dos diversos trechos que compe o comprimento

do talvegue.

= 1000

60

(2)

Onde: tc o tempo de concentrao, em minutos; Li o comprimento de cada trecho

homogneo, em metros; e Vi a velocidade de escoamento no trecho i em

m/segundo.

Quando os trechos so constitudos por superfcies ou por calhas rasas, a

velocidade (Vi) pode ser estimada pela equao (3):

= (3)

Onde: Si a declividade mdia do trecho, em porcentagem; CV o coeficiente de

escoamento em superfcies e calhas, apresentado pela Tabela 5.

30

Tabela 6: Coeficiente de escoamento em superfcies e calhas rasas.

Ocupao do Solo CV Florestas densas 0,075 Campos naturais pouco cultivados 0,135 Gramas ou pastos ralos 0,210 Solos quase nus 0,300 Canais gramados 0,450 Escoamento em lmina sobre pavimentos ou em sarjetas e calhas rasas 0,600

Fonte: Tucci (1995)

Em reas urbanas, o tempo de concentrao (minutos) pode ser dividido em:

= 1 + 2 + (4)

Onde: Ti1 o tempo inicial de escoamento laminar sobre superfcies curtas (< 50 m),

como telhados; Ti2 o tempo de escoamento em calhas rasas, como sarjetas; e Tt

o tempo de translao na rede de drenagem.

O tempo Ti1 pode ser estimado por:

1 =0,65(1,1 )0,5

0,333 (5)

Onde: C o coeficiente de escoamento superficial para perodo de retorno entre 5 e

10 anos; L comprimento do escoamento (mximo 50 m), em metros, e S a

declividade mdia da bacia, em porcentagem.

O tempo Ti1 dado por:

1 =

(6)

A velocidade de translao atravs da rede de drenagem pode ser estimada a partir

da geometria das galerias e da declividade, usando-se frmulas clssicas da

hidrulica, como por exemplo, a frmula de Manning dada pela equao (7).

= 2/3 1/2

(7)

Onde: V a velocidade de escoamento (m/segundos); Rh o raio hidrulico (m); i

a declividade do canal (m/m) e o coeficiente de rugosidade do material da

superfcie.

31

3.6. MODELAGEM HIDROLGICA

Um valor indispensvel para a previso de enchentes e para os projetos de controle

de inundaes o da vazo mxima do curso dgua que atravessa a rea de

estudo. Esse dado pode ser obtido conforme os seguintes critrios:

- Pelo ajuste de uma distribuio de probabilidade aos valores mximos da

srie de dados de vazo medidos ao longo do tempo. Esse mtodo pode ser

realizado quando os dados disponveis contemplam uma boa srie de dados

de vazo e as condies da bacia hidrogrfica no se modificaram

(GENOVEZ, 2003);

- Pelo mtodo da regionalizao de vazes por meio dos dados pontuais so

transformados em espaciais e se obtm informaes nos locais sem dados,

transferindo-se informaes de um local para outro dentro de uma rea de

comportamento hidrolgico semelhante. A regionalizao se baseia no

comportamento estatstico e na correlao destas variveis no espao

(TUCCI, 2002).

- Mtodos baseados em dados sries de precipitao, funo das dificuldades

de obter dados de vazes com sries histricas sem falhas, longas suficientes

para determinado projeto, ou at mesmo ausncia de estaes fluviomtricas

no local de estudo.

Devido aplicao ao estudo de caso, sero melhor delineados os mtodos

baseados na transformao de chuva-vazo do Hidrograma Unitrio Sinttico

proposto por Soil Conservation Service e por Colorado Urban Hydrograph

Procedure.

3.6.1. Distribuio Temporal da Chuva

A resposta de uma bacia a um evento de chuva depende das caractersticas fsicas

da bacia e das caractersticas do evento. O hietograma uma forma grfica, onde

apresenta a intensidade de uma chuva ao longo de sua durao, pode ser

representado de forma contnua (Figura 4) no tempo. Por simplificao, comum

32

admitir que exista uma relao linear entre a chuva efetiva (parcela que gera

escoamento superficial) e a vazo (TUCCI, 1995).

Figura 4: Representao de um hietograma de forma contnua no tempo.

Fonte: Tucci (1995).

A distribuio temporal de precipitao mxima representada por um hietograma

pode ser obtida por inmeros mtodos, como os mtodos do hietograma triangular,

de Huff, de Pilgrim e Cordery, do Soil Conservation Service e de Chicago. O de

utilizao mais simples o mtodo dos blocos alternados, no qual se utilizam as

relaes intensidade-durao-frequncia e se prope a distribuio de totais de

chuva em intervalor de tempo contidos na durao total. Outro modelo o mtodo

de Huff no qual cada tormenta apresenta sua durao dividida em quatro partes,

chamadas de quartis; assim, para os dados de chuva de cada quartil, faz-se uma

anlise estatstica, com objetivo de se obter curvas de distribuio temporal

associadas a probabilidade de ocorrncia (TUCCI, 1995).

3.6.2. Teoria do Hidrograma Unitrio

Um hidrograma caracterizado por sua forma e pelo seu volume de escoamento

superficial direto causado por uma chuva excedente sobre uma determinada rea de

drenagem. O hidrograma , em ltima anlise, um hietograma de chuva excedente,

modificado pelas caractersticas de escoamento da bacia de drenagem (PORTO,

1995).

33

A forma do hidrograma depende de alguns parmetros indicados na Figura 5, como:

- ta (tempo de ascenso): tempo desde o incio da chuva excedente at a vazo

de pico;

- tb (tempo base): durao total do escoamento superficial;

- tr (tempo de retardo): tempo do centro de massa do hietograma de chuva

excedente at a vazo de pico;

- tc (tempo de concentrao): tempo entre o trmino da chuva at o ponto de

inflexo onde a contribuio do ponto mais distante da bacia de drenagem

passa pela seo de controle.

Figura 5: Parmetros do Hidrograma.

Fonte: Tucci (1995).

Uma teoria til baseada na relao linear entre chuva efetiva e vazo em uma bacia

a teoria do Hidrograma Unitrio, que consiste em um hidrograma do escoamento

direto causado por uma chuva efetiva unitria (por exemplo, uma chuva de 1 mm ou

1 cm). Este considera que a precipitao efetiva e unitria tem intensidade constante

ao longo de sua durao e distribui-se uniformemente sobre toda a rea de

drenagem (COLLISCHONN, 2011).

O hidrograma unitrio pode ser determinado pela anlise de dados de precipitao e

vazo ou por meio de frmulas empricas, so os chamados hidrogramas sintticos

(PORTO, 1995).

34

Sendo Collischonn (2011), devido inexistncia de dados histricos, necessrio

utilizar o hidrograma unitrio sinttico (HUS), determinado pelos valores de algumas

caractersticas do hidrograma, como o tempo de concentrao, o tempo de

ascenso, o tempo de base e a vazo de pico.

3.6.2.1. Hidrograma Unitrio Sinttico do SCS

O HUS estabelecido pelo SCS d-se conforme a Figura 6, na qual tr representa o

tempo de retardo, que o tempo decorrido desde o incio do escoamento superficial

ao pico do hidrograma; o tempo de base (tb) simula a durao total do escoamento

superficial direto, Qp a intensidade do pico e D a durao da chuva.

Figura 6: Forma do hidrograma unitrio sinttico triangular do SCS.

Fonte: Collischonn (2011).

O modelo chuva-vazo proposto pelo Soil Convervation Service (SCS, 1972)

emprico e foi desenvolvido pelo Departamento Americano de Agricultura para

estimar o escoamento superficial direto resultante de um evento de chuva intensa.

O tempo de retardo (tr) do hidrograma pode ser estimado como 60% do tempo de

concentrao (tc). O tempo de asceno (ta) do hidrograma pode ser estimado como

o tempo de pico mais a metade da durao da chuva. O tempo de base do

hidrograma aproximado por:

35

= 2,67 (8)

O modelo SCS calcula o escoamento superficial de acordo com o tipo de solo e das

condies de cobertura vegetal de uma bacia retratadas por meio do parmetro CN,

no qual varia de 0 a 100.

Wilken (1978), McCuen (1982) e Genovez (2003), recomendam o modelo SCS para

bacias com reas menores do que 2600 Km. Contradizendo meno anterior,

Ramos (1999) considera o mtodo pouco flexvel em relao s constantes de

atenuao de picos, por isso sugere que sua aplicao para bacias com reas entre

3 e 250 Km.

Nascimento et al. (2011) aplicaram o mtodo SCS em uma bacia hidrogrfica rural

com rea de drenagem de 34 Km, e concluram que o mtodo bastante sensvel a

diferentes metodologias de clculo de tempo de concentrao e declividades do

talvegue principal, por isso as vazes previstas e observadas variaram de -45,5% a

+48,6%.

Ramos e Garcia (2007) demonstraram que o dimensionamento de obras de

macrodrenagem, no municpio de Joinville, SC, atravs das vazes calculadas pelo

mtodo do SCS acarreta uma economia final em torno de mais de um milho de

reais se comparado com a utilizao do mtodo racional para estimar vazes.

Lopes et al. (2012) avaliaram a confiabilidade do modelo SCS em duas bacias

hidrogrficas semiridas de diferentes escalas espaciais. O modelo apresentou

baixa aderncia para pequena escala. Em micro escala, o modelo apresentou maior

robustez indiferente do mtodo SCS ou do mtodo da hipercbica latina (LHS).

3.6.2.2. Hidrograma Unitrio Sinttico de CUHP

O mtodo do hidrograma sinttico de Synder adaptado para reas urbanas foi

desenvolvido pelo Distrito de Drenagem Urbana de Denver, Colorado. O conjunto de

procedimentos chamado de Colorado Urban Hydrograph Procedure CUHP

(TUCCI, et al., 1995). O tempo de pico (tp) definido pela equao (9).

36

= 6,637

0,48

(9)

Sendo: tr = tempo de retardamento do hidrograma unitrio medido do centro da

chuva unitria at o pico do hidrograma (horas); L = comprimento do talvegue da

bacia, desde a nascente at a seo de controle (Km); LCG = comprimento desde o

centro de gravidade da bacia at a seo de controle, acompanhando o talvegue

(Km); S = mdia ponderada das declividades do talvegue (m/m); Ct = coeficiente da

porcentagem de impermeabilizao da bacia.

O tempo de ascenso, do incio da chuva de durao unitria D at o pico do

hidrograma, dado por:

= +

2 (10)

O pico do hidrograma por unidade de rea, qp, em m/s.Km, dado por:

= 2,75

(11)

Onde Cp o coeficiente da capacidade de armazenamento da bacia. A vazo de

pico calculada pelo produto do pico do hidrograma por unidade de rea pela rea

da bacia.

Para se montar um hidrograma conforme recomendaes do CUHP deve-se calcular

os parmetros W50% e W75%, corresponde respectivamente ao tempo dentro da curva

de 50% e 75% da vazo de pico, como mostra a Figura 7.

Andrade et. al. (2012) definiram a viabilidade tcnica de implantao de uma rede

telemtrica de observao para as variveis hidrolgicas em bacias urbanas de

Ponta Grossa, atravs da aplicao do mtodo CUHP e de Muskingun Cunge, e

dessa forma prever possveis enchentes na regio.

37

Figura 7: Hidrograma Unitrio de CUHP.

Fonte: Tucci et al. (2005).

3.6.3. Hidrograma de Cheia

Dispondo-se de um hidrograma unitrio para uma bacia hidrogrfica e conhecendo-

se a precipitao efetiva, pode-se estimar os componentes do hidrograma de cheia

que foi produzida por este evento, determinando-se assim, o deflvio e a vazo de

pico. As vazes observadas produzidas pelas precipitaes efetivas esto

associadas s vazes do hidrograma unitrio por meio de um modelo linear,

conhecido como convoluo, operador matemtico que a partir de duas funes

produz a terceira (DEG, 2014).

O processo da convoluo consiste em uma tabela na qual dispe na primeira

coluna os intervalos de tempo e na segunda coluna as ordenadas do hidrograma

unitrio. Os valores dos blocos de chuvas excedentes so colocados no topo da

tabela. Multiplica-se o primeiro valor da precipitao excedente por todas as

unidades do hidrograma unitrio presentes na segunda coluna, levando-se os

resultados para a terceira coluna. Repete-se o processo com o segundo valor de

precipitao excedente, multiplicando-se o mesmo pelas ordenadas do hidrograma

38

unitrio deslocadas de uma unidade de tempo, como mostra a Tabela 7. Repete-se

o processo com os demais blocos de chuvas excedentes (CETESB, 1986).

Tabela 7: Matriz de convoluo, resultante do escoamento superficial.

Fonte: Adaptado de Tomaz (2012).

39

4. METODOLOGIA

4.1. REA DE ESTUDO

A anlise do impacto da evoluo urbanstica no sistema de drenagem urbana foi

realizada na sub-bacia hidrogrfica do Crrego So Gabriel, com rea de 37,36 Km,

onde se localiza a Sede Municipal de So Gabriel da Palha, na Regio Centro-Oeste

do estado do Esprito Santo, situada entre os meridianos 4022 e 4039 de

Longitude Oeste e entre os paralelos 1850 e 1903 de Latitude Sul. O municpio

faz divisa ao norte com os municpios de Nova Vencia e So Mateus, a leste com o

municpio de Vila Valrio, ao sul com o municpio de So Domingos do Norte, e a

oeste com o municpio de guia Branca. Apresenta uma rea territorial de cerca de

432 Km. Pertence Bacia Hidrogrfica do rio Doce e s sub-bacias hidrogrficas do

rio Barra Seca e do rio So Jos.

Seu relevo pertence ao grupo morfoestrutural das Faixas de Dobramentos

Remobilizados que ocupa 51% do estado do Esprito Santo. O primeiro se subdivide

nas regies ocupadas pelos Planaltos da Mantiqueira Setentrional e Piemontes

Orientais, sendo a primeira regio inserida no municpio em estudo. Em uma ltima

subdiviso, a unidade geomorfolgica dos Patamares Escalonados do Sul Capixaba

compe o municpio (COELHO et al., 2012).

H uma srie de cursos dgua que cortam o municpio, incluindo crregos e rios,

tais como, os Crregos Alegre, Bley, Bom Destino, Dourado, Fartura, General

Rondon, Sete de Setembro, So Gabriel, da Lapa, entre outros; e os rios Barra Seca

e rio So Jos.

A Figura 8 representa a localizao e o sistema de drenagem da rea de estudo,

alm de destacar principais rios e crregos do municpio de So Gabriel da Palha, e

a localizao da estao pluviomtrica mais prxima. Essas informaes foram

obtidas do Sistema Integrado de Bases Geoespaciais do Estado do Esprito Santo

(GEOBASES) e da Agncia Nacional de guas (ANA).

40

Figura 8: Mapa de Localizao e Drenagem da rea de estudo.

41

Atualmente o municpio de So Gabriel da Palha tem sofrido com problemas de

inundao nos meses de elevada precipitao pluviomtrica. No ms de dezembro

do ano de 2013, a Sede Municipal sofreu com o extravasamento do Crrego So

Gabriel. A Figura 9 apresenta algumas reas de inundaes, delimitadas por

polgonos de cor azul, apontadas pela Prefeitura Municipal e populao local. A

lmina dgua nessas zonas de inundaes alcana valores na ordem de 25 a 50

centmetros acima da cota mxima das margens do Crrego So Gabriel.

Figura 9: Zonas de inundao na Sede Municipal de So Gabriel da Palha.

Fonte: Google Earth (2014).

A visita de campo realizada no ms de outubro do ano de 2014 registrou a situao

do Crrego, conforme as Figuras 10 e 11. Verifica-se falta de esgotamento sanitrio,

visto os despejos diretos de efluentes domsticos, alm do assoreamento acentuado

42

ao longo das margens, fatores recorrentes da intensificao urbanstica ao longo do

curso dgua.

Figura 10: Trecho do Crrego So Gabriel no bairro Santa Helena.

Figura 11: Trecho do Crrego So Gabriel no bairro Jardim da Infncia.

43

4.2. ASPECTOS FISIOGRFICOS E HIDROGRFICOS

Visto que o presente estudo relaciona-se com o impacto da evoluo urbanstica de

So Gabriel da Palha em seu sistema de drenagem, convm analisar o sistema

hidrolgico na rea urbana do municpio. Os cursos dguas que atravessam o

permetro urbano so compostos por pequenos crregos e o Crrego So Gabriel,

sendo que estes pertencem a sub-bacia hidrogrfica do rio So Jos. Por esse

motivo a rea de estudo representa a bacia do Crrego So Gabriel, correspondente

a 37,36 Km, a fim de se avaliar as vazes de projeto que alcanam a rea

urbanizada. Para isto, antes, necessria a obteno das caractersticas

hidrolgicas e fisiogrficas do local.

As informaes pluviomtricas foram obtidas por meio da estao de Barra de So

Gabriel, cdigo 01940016, instalada no prprio municpio, mantida pela Agncia

Nacional de guas (ANA) e operada pelo Servio Geolgico do Brasil (CPRM).

Dessa estao, foram selecionados 36 registros consistidos de precipitaes

mximas anuais, compreendendo o perodo entre os anos de 1968 e 2005. Sendo

descartados os anos de 1989 e 2003, pois apresentaram falhas de 8 e 12 meses de

monitoramento, respectivamente. No ano 1974 no houve monitoramento de

precipitao nos meses de junho, julho e agosto, por se tratar de perodo seco,

considerou-se que a precipitao mxima no ocorreu nesses meses e atribui-se o

valor de precipitao mxima anual a partir do maior valor encontrado nos demais

meses. As precipitaes mximas anuais selecionadas esto apresentadas na

Tabela 8.

Os aspectos fisiogrficos da rea de estudo foram obtidos atravs de shapefiles

disponibilizados pela Empresa de Pesquisa Energtica (EPE) e pelo Ministrio de

Minas e Energia (MME) e por manipulao das curvas de nveis com resoluo

espacial de 50 metros provenientes da base de dados do Sistema Integrado de

Bases Geoespaciais do Estado do Esprito Santo (GEOBASES), apresentados pelas

Figuras 12 e 13. Todos os shapefiles foram processados com software de

geoprocessamento ArcGIS 10 em sua verso ArcMap, desenvolvido pelo

Environmental Systems Research Institute (ESRI).

44

Figura 12: Mapa de tipo de solos da regio de estudo.

45

Figura 13: Mapa de declividade.

46

Tabela 8: Precipitaes mximas anuais (mm) da estao de Barra de So Gabriel.

Ano Precipitao mxima anual (mm) Ano Precipitao mxima anual (mm)

1968 76,60 1986 43,80

1969 79,40 1987 43,00

1970 124,00 1988 82,00

1971 57,40 1990 147,20

1972 55,60 1991 78,60

1973 84,00 1992 108,60

1974 64,20 1993 72,40

1975 67,20 1994 70,00

1976 85,40 1995 170,60

1977 90,00 1996 73,00

1978 63,60 1997 75,60

1979 127,00 1998 112,00

1980 122,40 1999 98,00

1981 82,00 2000 100,30

1982 126,80 2001 96,70

1983 94,60 2002 72,40

1984 64,00 2004 111,40

1985 185,60 2005 78,70

4.3. CENRIOS AMBIENTAIS DE USO E OCUPAO DO SOLO

A construo de cenrios ambientais ajuda a enfrentar a descontinuidade e as

incertezas de futuros desenvolvimentos, assim como antecipar as solues ou at

mesmo evitar os futuros problemas. Para o presente trabalho foram moldados quatro

cenrios com intuito de se avaliar a influncia do crescimento urbano sobre o

sistema de drenagem de So Gabriel da Palha.

- Cenrio de pr-urbanizao: ocupao apenas pela cobertura vegetal e

afloramentos rochosos naturais tpicos da regio, com base em shapefiles

provenientes do Instituto Jones dos Santos Neves (IJSN).

- Cenrio inicial de urbanizao: mapa caracterizando a mancha urbana de

1970, atravs da cobertura aerofotogramtrica produzida pelo IBC/GERCA no

Estado do Esprito Santo.

47

- Cenrio atual de urbanizao: mapa da rea urbana efetiva de 2011

proveniente de shapefile do IJSN, juntamente com o shapefile mancha urbana

disponibilizado pela Prefeitura Municipal de So Gabriel da Palha.

- Cenrio futuro de urbanizao: ocupao urbana mxima permitida pelo PDM

de So Gabriel da Palha, caracterizado pelo permetro urbano.

Os mapas de uso e ocupao do solo contemplados com a mancha urbana da sub-

bacia do Crrego de So Gabriel foram gerados em ambiente SIG, com auxlio do

ArcGis 10, desenvolvido pela ESRI.

4.4. DETERMINAO DAS VAZES DE PROJETO

4.4.1. Obteno da Equao de Chuvas Intensas

Para o presente trabalho optou-se pela escolha do Mtodo de Chow-Gumbel para

construo da equao de chuvas intensas pelo fato do mtodo utilizar dados

pluviomtricos locais.

Conforme citado por Goswarni, vrios pesquisadores como Bell, Reich, Hershfield,

Weiss e Wilson, tm demonstrado que os coeficientes empregados para a

converso de alturas de chuvas com diferentes duraes do mtodo de Chow-

Gumbel (Tabela 10) verificadas nos Estados Unidos so aplicadas em outras partes

do mundo, como por exemplo, frica do Sul, Alasca, Hawai, Porto Rico e Austrlia,

tendo Reich sugerido que as mesmas so aplicveis em todo o mundo (CETESB,

1986).

As etapas para a obteno da equao de chuva intensa pelo mtodo de Chow-

Gumbel reproduziram o procedimento proposto por CETESB (1986):

- As precipitaes mximas anuais foram ordenadas em ordem decrescente e,

associou-se a cada valor uma probabilidade (p) de ocorrncia e um perodo

de retorno (T).

=

+ 1 (12)

48

= + 1

(13)

Sendo o nmero de ordem e o tamanho da srie histrica.

- Em seguida foi feito um ajuste da distribuio probabilstica de Gumbel,

segundo a equao (14).

= 1

(14)

Onde y varivel reduzida que pode ser obtida pela equao (15).

= ln ln(1 ) (15)

- Calcularam-se os valores da varivel auxiliar K, por meio da expresso (16).

=

(16)

Sendo y e Sy a mdia aritmtica e desvio padro da varivel reduzida,

respectivamente, obtidos pela Tabela 7.

- Interpolaram-se os valores de K com os diferentes perodos de retorno (T),

com intuito de encontrar os valores da varivel K para cada perodo de

retorno desejado. A partir desses valores, foram encontradas as precipitaes

P (mm) de um dia de durao, a partir da equao (17).

= + (17)

Onde e so a mdia aritmtica e o desvio padro das precipitaes

mximas anuais, de um dia de durao, respectivamente.

- Calcularam-se as alturas pluviomtricas (mm), para diferentes duraes e

perodos de retorno, obtidas de CETESB (1986), segundo Tabelas 10 e 11.

49

Tabela 9: Mdia aritmtica e desvio padro da varivel reduzida y.

n y n y n y

10 0,4952 0,9496 24 0,5296 1,0865 38 0,5424 1,1365

11 0,4996 0,9676 25 0,5309 1,0914 39 0,543 1,129

12 0,5035 0,9833 26 0,5321 1,0961 40 0,5436 1,1413

13 0,507 0,9971 27 0,5332 1,1005 41 0,5442 1,1436

14 0,51 1,0095 28 0,5343 1,1147 42 0,5448 1,1458

15 0,5128 1,0206 29 0,5353 1,1086 43 0,5453 1,1479

16 0,5154 1,0306 30 0,5362 1,1124 44 0,5458 1,1499

17 0,5177 1,0397 31 0,5371 1,1159 45 0,5463 1,1518

18 0,5198 1,0481 32 0,538 1,1193 46 0,5468 1,1537

19 0,5217 1,0557 33 0,5388 1,1225 47 0,5472 1,1555

20 0,5236 1,0628 34 0,5396 1,1256 48 0,5477 1,1573

21 0,5252 1,0694 35 0,5403 1,1285 49 0,5481 1,159

22 0,5268 1,0755 36 0,5411 1,1313 50 0,5485 1,1607

23 0,5282 1,0812 37 0,5417 1,1339

Fonte: Adaptado de Villela & Mattos (1975).

Tabela 10: Relaes entre as alturas pluviomtricas, obtidas em CETESB (1986).

Relaes entre as alturas pluviomtricas, para diferentes duraes

Valores encontrados pelo DNOS

5min/30min 0,34 10min/30min 0,54 15min/3min 0,7 20min/30min 0,81 25min/30min 0,91

30min/1h 0,74 1h/24h 0,42 6h/24h 0,72 8h/24h 0,78 10h/24h 0,82 12h/24h 0,85

Tabela 11: Relaes entre as alturas pluviomtricas de 24h e de 1 dia de durao, obtidas em

CETESB (1986).

Perodo de retorno (anos) 5 10 25 50 75 100

Relao entre as alturas pluviomtricas para chuvas mximas de 24h e 1 dia de durao

1,13 1,13 1,14 1,15 1,14 1,15

- A partir dos valores de alturas pluviomtricas e duraes foram estimadas,

para cada perodo de retorno desejado, as intensidades de chuva. A partir do

programa Solver (programa que permite o emprego da Programao No

Linear, disponvel na planilha eletrnica Excel), foram determinadas as

equaes de chuvas intensas, na forma estabelecida pela equao (18).

50

=

+ (18)

Onde K, a, b, c so parmetros a serem determinados para cada regio, onde

T o perodo de retorno (anos) e t a durao da chuva (minutos).

4.4.2. Obteno do CN-SCS

O escoamento superficial pelo mtodo SCS, para o presente estudo, foi calculado

por meio da atribuio do tipo de solo da sub-bacia e das condies de uso e

ocupao do solo em cada cenrio ambiental. As condies de umidade

antecedente da bacia podem ser de trs formas:

- Condio I: situao na qual os solos da bacia esto secos, porm no at o

ponto de murchamento das plantas;

- Condio II: situao mdia das condies dos solos das bacias que

precederam a ocorrncia de cheia mxima anual em numerosas bacias.

- Condio III: chuva intensa nos 5 dias anteriores a tormenta, e o solo est

quase saturado.

Segundo Tucci (2004), os solos brasileiros podem ser classificados em quatro

grupos, de acordo com sua capacidade de infiltrao e geologia:

- Solo A: produz baixo escoamento superficial e alta infiltrao. So solos

arenosos profundos com pouco silte e argila;

- Solo B: menos permeveis do que o A. So solos arenosos menos profundos

do que o tipo A e com permeabilidade superior mdia;

- Solo C: geram escoamento superficial acima da mdia e com capacidade de

infiltrao abaixo da mdia, contendo porcentagem considervel de argila,

pouco profundo;

- Solo D: contm argilas expansivas e pouco profundas com muito baixa

capacidade de infiltrao, gerando maior proporo de escoamento

superficial.

51

Por meio do Quadro 3 possvel enquadrar os solos em classes de grupo

hidrolgico. A partir do enquadramento, define-se a taxa de infiltrao mnima do

solo atravs da Tabela 12.

Quadro 3: Enquadramento das atuais classes gerais de solo nos grupos hidrolgicos de solo A, B, C

e D.

Grupo hidrolgico do solo

Classes Gerais de solo

A

LATOSSOLO AMARELO, LATOSSOLO VERMELHO AMARELO, LATOSSOLO VERMELHO, ambos de textura argilosa ou muito argilosa e com alta macroporosidade; LATOSSOLO AMARELO E LATOSSOLO VERMELHO AMARELO, ambos de textura mdia, mas com horizonte superficial no arenoso;

B

LATOSSOLO AMARELO e LATOSSOLO VERMELHO AMARELO, ambos de textura mdia, mas com horizonte superficial de textura arenosa; LATOSSOLO BRUNO; NITOSSOLO VERMELHO; NEOSSOLO QUARTZNICO; ARGILOSSOLO VERMELHO ou VERMELHO AMARELO de textura arenosa/mdia, mdia/argilosa, argilosa/argilosa, argilosa/muito argilosa, que no apresentam mudana textural abrupta;

C

ARGILOSSOLOS pouco profundos, mas no apresentando mudana. textural abrupta ou ARGILOSSOLO VERMELHO, ARGILOSO; VERMELHO AMARELO e ARGILOSSOLO AMARELO, ambos profundos e apresentando mudana textural; CAMBISSOLO de textura mdia e CAMBISSOLO HPLICO ou HMICO, mas com caractersticas fsicas semelhantes aos LATOSSOLOS; ESPODOSSOLO FERROCRBICO; NEOSSOLO FLVICO;

D

NEOSSOLO LITLICO; ORGANOSSOLO; GLEISSOLO; CHERNOSSOLO; PLANOSSOLO; VERTISSOLO; ALISSOLO; LUVISSOLO; PLINTOSSOLO; SLOS DE MANGUE; AFLORAMENTOS DE ROCHA; Demais CAMBISSOLOS que no se enquadram no grupo C; ARGILOSSOLO VERMELHO AMARELO e ARGILOSO AMARELO, ambos pouco profundos e associados mudana textural abrupta.

Fonte: Tucci (2004).

Tabela 12: Valores da taxa de infiltrao mnima usadas na identificao do grupo hidrolgico do solo.

Grupo hidrolgico do solo Taxa de Infiltrao mnima (mm/h)

A 7,6 - 11,4 B 3,8 - 7,6 C 1,3 - 3,8 D 0 - 1,3

Fonte: McCuen (1982).

52

Para o tipo de solo, da rea em estudo, e para cada cenrio de uso e ocupao do

solo foram atribudos parmetros CN, que variam de 0 a 100, a fim de representar a

capacidade mxima de infiltrao do solo da bacia. Tucci (2004) apresenta diversos

valores de CN para bacia urbanas e suburbanas (Tabela 13) e rurais (Tabela 14),

para a condio III de umidade antecedente. A partir dessa atribuio, calculou-se a

mdia ponderada dos valores de CN para a rea de abrangncia, encontrando-se o

CN correspondente rea de estudo.

Tabela 13: Valores de CN para bacias urbanas e suburbanas.

Uso e ocupao do solo Tipos de solo

A B C D

Zonas cultivadas: Sem conservao do solo 72 81 88 91

Com conservao do solo 62 71 78 81

Pastagens ou terrenos baldios: Em ms condies 68 79 86 89

Em boas condies 39 61 74 80

Prado em boas condies 30 58 71 78

Bosques ou zonas florestais: Cobertura ruim 45 66 77 83

Cobertura boa 25 55 70 77

Espaos abertos, relvados, parques, campos de golf, cemitrios

(em boas condies):

Com relva mais de 75% de rea 39 61 74 80

Com relva 50 a 75% de rea 49 69 79 84

Zonas comerciais, escritrios 89 92 94 95

Zonas industriais 81 88 91 93

Zonas residenciais:

Tamanho do lote (m) % mdia impermevel

At 500 m 65% 77 85 90 92

500 a 1000 m 38% 61 75 83 87

1000 a 1300 m 30% 57 72 81 86

1300 a 2000 m 25% 54 70 80 85

2000 a 4000 m 20% 51 68 79 84

Estacionamentos pavimentados, viadutos, telhados, etc.

Ruas e estradas:

Asfaltadas com drenagem fluvial 98 98 98 98

Pavimentadas de

paraleleppedos

76 85 89 91

De terra 72 82 87 89

Fonte: Tucci (2004).

53

Tabela 14: Valores de CN para bacias rurais.

Uso e ocupao do solo Tipos de solo

A B C D

Solo lavrado Com sulcos retilneos 77 86 91 94

Em fileiras retas 70 80 87 90

Em curva de Nvel 67 77 83 87

Plantaes regulares Terraceamento em nvel 64 76 84 88

Em fileiras retas 64 76 84 88

Em curva de Nvel 62 74 82 85

Plantaes de Cereais Terraceamento em nvel 60 71 79 82

Em fileiras retas 62 75 83 87

Em curva de Nvel 60 72 81 84

Plantaes de legumes Terraceamento em nvel 57 70 78 89

Pobres 68 79 86 89

Normais 49 69 79 94

Boas 39 61 74 80

Pastagens Pobres, em curva de nvel 47 67 81 88

Normais, em curva de nvel 25 59 75 83

Boas, em curva de nvel 6 35 70 79

Campos permanentes Normais 30 58 71 78

Chcaras e estradas de terra Esparsas, de baixa respirao 45 66 77 83

Normais 36 60 73 79

Densas, de alta respirao 25 55 70 77

Normais 56 75 86 91

Ms 72 82 87 89

De superfcie dura 74 84 90 92

Muito esparsas, baixa transpirao 56 75 86 91

Florestas Esparsas 46 68 78 84

Densas, de alta transpirao 26 52 62 69

Normais 36 60 70 76

Fonte: Tucci (2004).

4.4.3. Obteno das Chuvas Excedentes

As chuvas excedentes foram obtidas a partir do hietograma de precipitao, que

ser obtido pelo mtodo de Huff, por apresentar a mesma configurao do

hidrograma unitrio curvilneo.

54

O primeiro passo a escolha da distribuio de Huff, sendo recomendado o

seguinte (TOMAZ, 2012):

- Primeiro quartil para chuvas menores ou iguais a 6 horas;

- Segundo quartil para chuvas de 6,1 a 12 horas;

- Terceiro quartil para chuvas entre 12,1 e 24 horas;

- Quarto quartil para chuvas maiores que 24 horas.

As curvas acumuladas adimensionais de Huff para os quartis I, II, III e IV esto na

Tabela 15 (WESTPHAL, 2001 apud TOMAZ, 2012).

Tabela 15: Curvas acumuladas de Huff para os quartis I, II, III e IV.

% Durao Chuva

% Chuva acumulada

QI QII QIII QIV

0 0 0 0 0 5 16 3 3 2

10 33 8 6 5 15 43 12 9 8 20 52 16 12 10 25 60 22 15 13 30 66 29 19 16 35 71 39 23 19 40 75 51 27 22 45 79 62 32 25 50 82 70 38 28 55 84 76 45 32 60 86 81 57 35 65 88 85 70 39 70 90 88 79 45 75 92 91 85 51 80 94 93 89 59 85 96 95 92 72 90 97 97 95 84 95 98 98 97 92 100 100 100 100 100

Fonte: Adaptado de Tomaz (2012).

Aps escolha do quartil, calcula-se a intensidade de chuva a partir da equao de

chuvas intensas, multiplicando-se essa intensidade pela durao do evento e pelos

valores da % chuva acumulada da Tabela 15.

A partir dos valores de intensidade de precipitao, em cada intervalo de tempo,

obtm-se a precipitao excedente no solo com auxlio da equao (19).

55

= 0,2 2

+ 0,8 254, > 0,2 (19)

Sendo P a altura pluviomtrica total resultante do evento de chuva (mm); S

representa a capacidade mxima de armazenamento de gua no solo (mm),

estimada pela equao (20).

=25400

254 (20)

Onde CN o nmero de curva do escoamento (adimensional), atribudo de acordo

com as Tabelas 13 e 14.

4.4.4. Determinao da vazo de projeto pelo mtodo SCS

4.4.4.1. Hidrograma Unitrio Sinttico

A vazo de projeto, ou seja, o escoamento superficial pelo mtodo SCS obtida

pela equao (21).

= 2,08

(21)

Onde, Qp a vazo de pico (m/s), A a rea da bacia (Km) e ta o tempo de

ascenso do hidrograma unitrio (horas). As variveis da equao foram obtidas da

seguinte forma:

- A rea da bacia obtida por ferramentas do software ArcGis 10.

- O tempo de ascenso do hidrograma unitrio pelo uso da expresso (22).

= +

2 (22)

Sendo, D a durao da chuva unitria (horas), e tr o tempo de retardo (horas).

= 0,133 (23)

= 0,6 (24)

56

Onde, tc o tempo de concentrao calculado por equaes presentes na

Tabela 3 de acordo com a rea de estudo. Para bacias maiores que 8 Km,

como a bacia hidrogrfica deste estudo, o SCS sugere que se calcule o

tempo de concentrao pelo mtodo cinemtico.

Segundo McCuen (1998), o hidrograma unitrio sinttico do SCS pode ser triangular

e curvilneo. O curvilneo apresenta maior preciso e melhores resultados que o

triangular. O hidrograma curvilneo a funo Gamma que foi adotada pelo SCS por

meio da equao (25).

=

1

(25)

= 0,8679 0,00353 1 (26)

Sendo PF o fator de pico, normalmente adotado um valor igual a 484, resultando em

X igual a 3,79. A partir da equao (25), McCuen obteve o hidrograma unitrio

curvilneo adimensional, conforme Tabela 16.

Tabela 16: Hidrograma unitrio curvilneo do SCS conforme McCuen (1998).

t/tr Q/Qp t/tr Q/Qp t/tr Q/Qp

0,000 0,000 1,100 0,990 2,400 0,147 0,100 0,030 1,200 0,930 2,600 0,107 0,200 0,100 1,300 0,860 2,800 0,077 0,300 0,190 1,400 0,780 3,000 0,055 0,400 0,310 1,500 0,680 3,200 0,040 0,500 0,470 1,600 0,560 3,400 0,029 0,600 0,660 1,700 0,460 3,600 0,021 0,700 0,820 1,800 0,390 3,800 0,015 0,800 0,930 1,900 0,330 4,000 0,011 0,900 0,990 2,000 0,280 4,500 0,005 1,000 1,000 2,200 0,207 5,000 0,000

A partir do hidrograma unitrio curvilneo adimensional possvel obter o hidrograma

unitrio juntamente com os valores da vazo de pico e tempo de retardamento,

obtidos pelas equaes (21) e (24), respectivamente.

57

4.4.4.2. Hidrograma de Cheia

O hidrograma de cheia obtido pelo processo da convoluo, que segundo McCuen

(1998) um processo segundo o qual a chuva de projeto combinada com a funo

de transferncia para produzir o hidrograma do escoamento superficial. Dessa

forma, o hidrograma unitrio em cada intervalo de tempo multiplicado pela chuva

excedente no tempo especificado. Somam-se os produtos encontrados em cada

intervalo de tempo, obtm-se o hidrograma de cheia e encontra-se a vazo mxima

devido ao escoamento superficial.

4.4.5. Determinao da vazo de projeto pelo mtodo CUHP

4.4.5.1. Hidrograma Unitrio Sinttico

A vazo de pico determinada a partir da equao (27) segundo o mtodo CUHP.

= (27)

Onde, Qp a vazo de pico (m/s), A a rea da bacia (Km) e qp a vazo de pico

por unidade de rea (m/s.Km) obtida pela equao (28).

= 2,75

(28)

Sendo Cp o coeficiente da capacidade de armazenamento da bacia, obtido pela

equao (29).

= 0,867 0,15

(29)

Onde P, o fator de pico determinado em funo da rea impermevel (Ai) atravs do

grfico apresentado pela Figura 14 ou pela Tabela 17 junt