artigo 20 - manejo de Águas urbanas e sua relação com o desenvolvimento urbano em bases...

RBRH Revista Brasileira de Recursos Hdricos Volume 18 n.2 Abr/Jun 2013,149-163

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Manejo de guas Urbanas e sua Relao com o Desenvolvimento Urbano em Bases Sustentveis Integradas Estudo de Caso dos Rios Pilar-Calomb, em

Duque de Caxias/RJ

Osvaldo Moura Rezende*, Marcelo Gomes Miguez*, Aline Pires Verl*

[email protected]; [email protected]; [email protected]

Recebido: 14/12/11 - revisado: 17/02/12 - aceito: 13/02/13

RESUMO

O problema das cheias urbanas, agravado pelo prprio processo de urbanizao, um dos principais desafios das grandes cidades na atualidade. Seus prejuzos so inmeros, interferindo com os setores de habitao, transporte, saneamen-to e sade pblica. A viso tradicional do projeto de drenagem vem sendo modificada, ao longo das ltimas dcadas, por conceitos que buscam solues sistmicas para a bacia, com intervenes distribudas, procurando resgatar padres de escoa-mento similares aos de pr-urbanizao. Busca-se, como alternativa, uma abordagem integrada de manejo sustentvel das guas pluviais e planejamento do espao urbano. Alm disso, surge tambm a possibilidade da requalificao fluvial, em um sentido mais amplo, como instrumento para auxiliar no controle de cheias e garantir ambientes mais naturais e mais sau-dveis. Essas mudanas apontam para uma abordagem sistmica, onde toda a bacia deve ser considerada de forma integra-da. Aspectos espaciais e temporais associados aos escoamentos superficiais, dentro ou fora da rede de drenagem, devem ser considerados em conjunto na soluo do problema. Neste sentido, este trabalho visa conjugar essas novas abordagens, utili-zando medidas associadas ao conceito de drenagem urbana sustentvel, com atuaes distribudas na bacia hidrogrfica, relacionadas infiltrao e armazenagem e avaliar como a falta de controle sobre o desenvolvimento urbano e o uso do solo pode afetar as solues de drenagem. Foi proposto um caso de estudo na bacia dos rios Pilar-Calomb, em Duque de Caxias, regio metropolitana do Rio de Janeiro. Os testes tero o suporte do modelo matemtico MODCEL, desenvolvido na Univer-sidade Federal do Rio de Janeiro. Palavras Chave: drenagem urbana sustentvel, solues sistmicas, controle de uso do solo, MODCEL.

INTRODUO

O problema das cheias urbanas um dos principais desafios da atualidade, especialmente em grandes cidades de pases em desenvolvimento, onde, entre outras coisas, os recursos so escassos, a presso social maior e a industrializao rpida e tardia nem sempre foi acompanhada pela infraes-trutura que seria necessria para este desenvolvi-mento.

As cheias urbanas so, portanto, um dos maiores problemas que precisam ser enfrentados pelas cidades. Seus prejuzos so inmeros, afetando diversas facetas da vida urbana, interferindo com os setores de habitao, transporte, saneamento, sade pblica, entre outros. A urbanizao, por sua vez, um elemento agravante de enchentes, o que reali-menta este processo. Nesse contexto, torna-se fun-damental a busca por solues integradas, multidis-ciplinares e sustentveis em longo prazo. *Programa de Engenharia Civil PEC/COPPE/UFRJ

Estatsticas mostram que as cheias so o fe-nmeno natural que mais causa danos e perdas ao redor do mundo. De acordo com Freeman (1999), 60% das perdas de vidas humanas e 30% das perdas econmicas causadas por desastres naturais so de-vidos a enchentes. O nmero de grandes inunda-es vem aumentando exponencialmente ao longo dos ltimos sculos. Esta tendncia acompanha o aumento da populao mundial e, mais especifica-mente, o da populao urbana. O ambiente constru-do leva concentrao de pessoas e de bens, en-quanto favorece o agravamento das enchentes. Cada vez mais pessoas e atividades econmicas esto se expondo a riscos.

A compreenso de como a urbanizao afe-ta o processo de enchentes um ponto crucial para o adequado planejamento e projeto da drenagem e controle de inundaes nas cidades. A urbanizao de uma bacia tende a agravar as cheias, uma vez que promove a remoo da vegetao original, tende a ocupar reas ribeirinhas e plancies de inundao, aumenta a impermeabilidade e canaliza cursos dgua. Assim, h um maior volume de gua dispo-

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nvel para escoar mais rapidamente e acumular em reas baixas, muitas vezes j ocupadas.

Quando a urbanizao no adequadamen-te planejada nem controlada, conseqncias mais graves levam a perdas materiais e problemas sociais de magnitudes variadas. Esses problemas precisam ser tratados de forma adequada e solues tcnicas devem evoluir para enfrent-los. Engenharia, Arqui-tetura e Urbanismo, Cincias Ambientais e Sociais devem ser consideradas em uma abordagem multi-disciplinar, a fim de se definir padres sustentveis para o desenvolvimento urbano.

As novas concepes dos projetos de drena-gem visam uma integrao com os planos de desen-volvimento urbano e a gesto da ocupao e uso do solo, assim como o uso de tcnicas preservacionistas. Essa viso propicia uma melhor abrangncia tempo-ral e espacial de ao dos projetos de controle de enchentes, uma vez que busca intervir no na con-sequncia das grandes chuvas, mas nas causas das inundaes.

A mudana para uma viso sustentvel das solues em drenagem urbana exige um compro-misso com as consequncias futuras das decises tomadas no presente; portanto, as solues devem ser flexveis o bastante para permitir possveis modi-ficaes e adaptaes no decorrer do desenvolvi-mento urbano (CANHOLI, 2005).

Sob esta nova tica, os projetos de drena-gem urbana, em tese e sempre que possvel, devem neutralizar os efeitos da urbanizao, restabelecen-do as condies hidrolgicas da pr-urbanizao, trazendo benefcios para a qualidade de vida da populao e visando a preservao ambiental.

Neste sentido, este trabalho visa conjugar novas abordagens, utilizando medidas associadas ao conceito de drenagem urbana sustentvel, com atu-aes distribudas na bacia hidrogrfica, relaciona-das infiltrao e armazenagem. Essa concepo ser comparada com a concepo tradicional e, posteriormente, ambas sero avaliadas face a dife-rentes cenrios de crescimento urbano. Foi propos-to um caso de estudo na bacia dos rios Pilar-Calomb (REZENDE, 2010), em Duque de Caxias, regio metropolitana do Rio de Janeiro. A avaliao prospectiva de cenrios ser feita com o uso de mo-delagem matemtica. Dentro desse contexto, dois pontos principais se caracterizam como contribui-o deste estudo para as pesquisas que vm sendo desenvolvidas neste tema: (1) mostrar, quantitativa-mente, com a aplicao de ferramentas de modela-gem matemtica, que a concepo de projeto tradi-cional capaz de resolver o problema de drenagem de forma pontual, mas insustentvel ao longo do tempo, mesmo em condies de crescimento urba-

no controlado, alm de transferir alagamentos para jusante; (2) mostrar que o controle de uso do solo fundamental como ao complementar para solu-es de drenagem. Esse ltimo ponto traz uma hip-tese que ser verificada ao longo do trabalho: mes-mo que a soluo proposta para o sistema de drena-gem seja feita em moldes sustentveis, a soluo perde eficincia com o passar do tempo, caso o pr-prio crescimento urbano no se faa, ele tambm, em moldes sustentveis, com controle de uso e ocu-pao do solo e limitao da impermeabilizao da bacia. A GUA E A CIDADE: HISTRICO DO DESENVOLVIMENTO DA DRENAGEM

As cheias so fenmenos naturais e sazonais, que desempenham um importante papel ambiental. As cidades, por sua vez, sempre tiveram relao pr-xima com a gua, que foi um fator fundamental para o crescimento destas. Desde a Antiguidade, grandes civilizaes desenvolveram-se junto a rios.

O abastecimento de gua para consumo nas cidades, a veiculao e diluio de esgotos, a irriga-o, a possibilidade de transporte, bem como o ofe-recimento de uma barreira de defesa natural, so alguns dos mltiplos possveis usos que sempre fize-ram da gua um recurso de grande importncia. H um paradoxo, porm, na relao entre as grandes cidades e as guas: a urbanizao nem sempre foi acompanhada de planejamento adequado, nem do provimento da infraestrutura necessria, o que, com frequncia, leva a problemas de degradao ambi-ental dos ecossistemas fluviais, afetando a oferta dos recursos hdricos e deteriorando tambm o ambien-te urbano construdo.

Um interessante registro histrico que ilus-tra como problemas de enchentes fazem parte da vida urbana e formam um ciclo que se realimenta, se refere ao trabalho de Giovani Fontana, arquiteto do sculo XVI, que fez investigaes sobre a cheia do rio Tibre, ocorrida em Roma, durante o Natal de 1598, resultando na publicao de um tratado em 1599 (BISWAS, 1970). Existiam, na poca, numero-sas controvrsias sobre esta grande cheia que, de acordo com Fontana, teve graves efeitos negativos em virtude da falta de informao das pessoas que se estabeleceram junto aos locais onde diferentes rios e canais aportavam no Tibre, em reas de risco, bem como falta de conhecimento sobre os resultados produzidos pelas chuvas fortes, que se fizeram pre-sentes na poca de ocorrncia da cheia estudada.


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interessante notar como essa observao de Fontana permanece atual. Muitas vezes, os efeitos das cheias so agravados, ainda hoje, por falta de conhecimento da populao ribeirinha e pela ocu-pao de reas inapropriadas. A principal concluso de Fontana indicava que era necessrio melhorar as condies gerais do leito do rio, ampliando-o para eliminar os efeitos das enchentes em Roma uma viso clssica de conduzir rapidamente os escoamen-tos para longe do local que se deseja proteger.

Um importante marco no processo de ur-banizao foi a Revoluo Industrial. At esta poca, durante sculos, a maioria da populao concen-trou-se nos campos, em reas rurais, e as cidades tinham menor importncia (BENEVOLO, 2001). A rapidez no processo de mudana do perfil de distri-buio da populao trouxe vrios problemas de ocupao do solo urbano. A cidade industrial mos-trava inmeros problemas: o ncleo original das cidades no comportava a necessidade de aumento de moradias, as ruas eram demasiado estreitas, formou-se um tecido urbano compacto, carente de infraestrutura e extremamente deficiente em termos de saneamento. A consequncia se refletiu em graves problemas de sade pblica e epidemias. Como resposta s questes crticas de saneamento originadas nesta poca, a drenagem rpida das -guas de chuva e servidas aparecem como alternativa, marcando o perodo higienista.

Nesse ponto da discusso, convm diferen-ciar as inundaes ribeirinhas, como a relatada por Fontana, no caso da cheia do rio Tibre, e os alaga-mentos urbanos, geralmente associados diretamente aos processos de escoamento superficial, e agravados fortemente pelo rpido crescimento urbano que se deu aps a Revoluo Industrial. Muitas vezes ambos os processos se somam, com inundaes ribeirinhas afogando e afetando o funcionamento das redes de drenagem que descarregam no rio, o que provoca alagamentos urbanos por falha na captao das -guas superficiais.

A abordagem tradicional de canalizao das guas pluviais comea a mudar a partir da dcada de 1970, em funo dos problemas crescentes enfren-tados pelas cidades, que j no podiam mais tratar de seus problemas de inundaes pelo simples au-mento da condutncia. Uma abordagem sustentvel para os sistemas de drenagem se tornou um importante desafio. A infraestrutura existente estava sobrecarregada e o foco deveria sair da rede de canais, onde aportava a consequncia do processo de urbanizao, ou seja, o aumento da gerao do escoamento. O controle na fonte, atuando nas causas das cheias e focando em medidas de reservao e infiltrao, surgiu como uma nova

opo no final dos anos de 1970 (ANDOH & IWU-GO, 2002).

A partir da, vrias concepes diferentes para o projeto de um sistema de drenagem integra-do com o desenvolvimento da cidade, buscando reduzir impactos sobre o ciclo hidrolgico, atuando nos processos de infiltrao e permitindo a deteno em reservatrios urbanos artificiais, juntando as preocupaes, restries e sinergias da Engenharia Hidrulica e do Urbanismo, foram propostas, com algumas pequenas diferenas entre elas. Todas, entretanto, tendem a considerar o problema de forma integrada, tentando resgatar as caractersticas naturais do ciclo hidrolgico, enquanto agregando valor prpria cidade.

Coffman et al. (1998) propuseram um con-ceito de projeto de Desenvolvimento de Baixo Im-pacto (Low Impact Development, ou, simplesmente LID). O LID adota um conjunto de procedimentos que tentam compreender e reproduzir o comportamento hidrolgico anterior urbanizao. Neste contexto, o uso de paisagens multifuncionais aparece como elemento til na malha urbana, de modo a permitir a recuperao das caractersticas de infiltrao e deteno da bacia natural, procurando imitar suas funes hidrolgicas, envolvendo volume, vazo, recarga de aquferos e tempos de concentrao.

De uma forma similar, outra tendncia na evoluo dos projetos de sistemas de drenagem en-volveu o uso das Best Management Practices (BMP), cuja origem est relacionada com o controle da poluio na rea de efluentes industriais, nos Esta-dos Unidos. Mais tarde, foram tambm consideradas como possibilidade de controle da poluio difusa e, depois, associado ao gerenciamento de guas pluviais de forma distribuda na bacia, integrando o controle da quantidade e da qualidade de gua, com custos otimizados (USEPA, 2004). As tcnicas LID e BMP so frequentemente usadas em conjunto e uma pode complementar a outra.

Baptista et al. (2005), no Brasil, consolida-ram os conceitos de Tcnicas Compensatrias em Drenagem Urbana, o que significou a introduo de diferentes medidas focando na capacidade de infil-trao e armazenamento, com o objetivo de com-pensar os impactos da urbanizao no ciclo hidrol-gico.

Outra abordagem para as solues de dre-nagem urbana est relacionada ao conceito de Sis-tema de Drenagem Urbana Sustentvel, cujo termo em ingls Sustainable Urban Drainage System, ou, simplesmente, SUDS. Neste caso, os ideais de desen-volvimento sustentvel so includos no processo de concepo do sistema de drenagem, ou seja, os im-


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pactos das solues de drenagem no devem ser transferidos no espao ou no tempo. Alm de contribuir para o desenvolvimento sustentvel, os sistemas de drenagem podem ser desenvolvidos para melhorar o desenho urbano, gerenciando os riscos ambientais e melhorando o ambiente construdo. O SUDS visa tanto a reduo dos problemas de qualidade e quantidade, quanto a maximizao das oportunidades de revitalizao do espao urbano e incremento da biodiversidade (CIRIA, 2007).

A evoluo contnua de todos esses concei-tos e a procura por novas solues para os sistemas de drenagem urbana levaram tambm ao conceito cujo termo em ingls Water Sensitive Urban Design, ou, simplesmente, WSUD, inicialmente desenvolvi-do na Austrlia. Wong (2006) afirma que o WSUD tenta integrar as cincias sociais e fsicas em uma proposio de gerenciamento holstico para guas urbanas, considerando conjuntamente a oferta de gua potvel, os esgotos e a drenagem das guas pluviais, desde a escala do lote at a escala da bacia, envolvendo o desenho de edificaes e da prpria paisagem, alinhando medidas estruturais e no-estruturais.

Mais recentemente, as aes de revitalizao em rios urbanos tambm surgem como uma nova possibilidade de minimizao de cheias. A revitaliza-o de rios geralmente inclui solues para o ambi-ente construdo, reconectando os rios cidade, mas no necessariamente recupera as suas caractersticas naturais. O conceito de reabilitao ou requalifica-o de um rio, no entanto, tenta integrar hidrologia, morfologia, riscos hidrulicos, qualidade das guas e do estado ecolgico do rio, o que uma proposta bastante complexa em ambientes urbanos. Gusma-roli et al. (2011), porm, propem a adoo de uma abordagem ecossistmica, a fim de aproveitar a o-portunidade de introduzir o conceito de reabilita-o do rio a partir do ponto de vista de uma melho-ria ambiental, olhando a cidade como um organis-mo em constante transformao e, portanto, capaz de modelar-se e adaptar-se (mesmo que apenas em parte) s demandas de recuperao dos cursos d'-gua. Neste sentido, um desafio encontrar formas de recuperar os rios de maneira mais natural e re-pensar o crescimento da cidade como consequncia. NOVAS TENDNCIAS NOS PROJETOS DE DRENAGEM URBANA: SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA SUSTENTVEL

Em drenagem urbana, sustentabilidade implica que as inundaes urbanas no podem ser transferidas no espao ou no tempo. Sistemas de

drenagem urbana tm que ser planejados de forma integrada com o crescimento urbano e solues de drenagem devem ser integradas com a paisagem urbana (MIGUEZ et al., 2007). Neste contexto, tanto o processo de urbanizao quanto o controle do uso do solo urbano devem ser pensados de forma a minimizar os impactos sobre o ciclo hidrolgico natural.

Esta discusso leva a um ponto importante: a compreenso de como a urbanizao interfere com os padres de escoamento necessria para desenvolver, por um lado, estratgias para a gesto de guas pluviais e controle das inundaes urbanas e, por outro, estabelecer padres de desenvolvimento urbano. O planejamento da drenagem urbana deve considerar um amplo conjunto de aspectos e deve ser integrado com a poltica de uso do solo, o ordenamento da cidade, a construo de cdigos e legislaes.

Pompo (2000) enfatiza o valor do plane-jamento aplicado aos projetos de controle das inun-daes, destacando a necessidade de se pensar pre-ventivamente as atividades relacionadas atenuao das inundaes. Neste contexto se insere a aborda-gem ecossistmica, que representa a evoluo do pensamento reativo do Plano Diretor de Drenagem convencional para um pensamento proativo e avan-ado, na forma de gesto do ambiente natural e construdo, considerando-os como componentes interdependentes e integrados. Esta nova viso tem sido baseada no conceito de Desenvolvimento Sus-tentvel, definido no Relatrio Brundtland (WCED, 1987), como sendo o desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das futuras geraes em satisfazer suas prprias necessidades. A partir desse conceito que foram desenvolvidas as novas abordagens no campo da drenagem urbana, como SUDS, BMPs, LID, WSUD e Tcnicas Compensatrias, citadas no item anterior.

O sucesso da implementao de um sistema sustentvel de drenagem depende da cooperao entre os diferentes departamentos tcnicos respon-sveis pelo planejamento urbano e a participao ativa da populao. Nesta linha, deve-se garantir a compatibilidade entre os Planos: Diretor Urbano, de Esgotamento Sanitrio, de Resduos Slidos e de Drenagem Urbana; visando o planejamento inte-grado da cidade. O conceito de Engenharia Urbana, com foco na integrao dos diversos sistemas urba-nos, aparece como ferramenta.

Atualmente, a concepo do manejo de -guas pluviais urbanas apresenta, segundo Righetto et al. (2009), a agregao de um conjunto de aes e solues de carter estrutural e no estrutural, en-


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volvendo execues de grandes e pequenas obras e de planejamento e gesto de ocupao do espao urbano. O Plano de Manejo das guas Pluviais do municpio deve, necessariamente, atender aos prin-cpios de manejo sustentvel das guas pluviais ur-banas, e dever buscar os seguintes objetivos (MI-NISTRIO DAS CIDADES, 2010):

Reduzir os prejuzos decorrentes das inun-daes.

Melhorar as condies de sade da popula-o e do meio ambiente urbano, dentro de princpios econmicos, sociais e ambientais.

Planejar os mecanismos de gesto urbana para o manejo sustentvel das guas pluviais e da rede hidrogrfica do municpio.

Planejar a distribuio da gua pluvial no tempo e no espao, com base na tendncia de evoluo da ocupao urbana.

Ordenar a ocupao das reas de risco de inundao atravs de regulamentao.

Restituir parcialmente o ciclo hidrolgico natural, reduzindo ou mitigando os impac-tos da urbanizao.

Formatar um programa de investimento de curto, mdio e longo prazo.

Os projetos de drenagem propostos pelo

plano devero apresentar a melhor relao custo-benefcio, abrangendo aspectos sociais e econmi-cos, alm de estar integrados s diretrizes do Comit de Bacia Hidrogrfica local, se existente.

Tambm dever ser contemplado pelo pla-no um trabalho socioambiental, atravs da elabora-o de um projeto que contemple a mobilizao social, a comunicao, a formao de educado-res/agentes na rea de saneamento ambiental e outras aes de educao ambiental, visando a busca da sustentabilidade socioeconmica e ambiental, incluindo a participao comunitria nas fases de elaborao, implementao, avaliao e uso das obras e servios propostos.

As premissas a serem consideradas na elabo-rao do Plano de Manejo de guas Pluviais (MI-NISTRIO DAS CIDADES, 2010) so:

Abordagem interdisciplinar no diagnstico e na soluo dos problemas de inundao.

Plano de guas Pluviais um componente do plano de desenvolvimento urbano da ci-dade. A drenagem faz parte da infraestrutu-ra urbana, portanto, deve ser planejada em conjunto com os outros sistemas que com-pem essa infraestrutura.

O escoamento pluvial no pode ser amplia-do pela ocupao da bacia.

O plano tem como unidade de planejamen-to cada bacia hidrogrfica do municpio.

O sistema de guas pluviais deve ser inte-grado ao sistema de saneamento ambiental, propondo, no plano, medidas para o con-trole de material slido e a reduo da car-ga poluidora das guas pluviais.

O plano deve regulamentar a ocupao do territrio atravs do controle das reas de expanso e da limitao do adensamento das reas ocupadas.

Essa regulamentao deve ser feita para ca-da bacia como um todo.

O controle de inundaes um processo permanente, no devendo ser limitado a re-gulamentao, a legislao e a construo de obras de proteo. necessrio um pla-no de fiscalizao das medidas propostas.

importante escalonar as aes do Plano de Manejo de guas Pluviais no tempo, reconhecendo aes de curto, mdio e longo prazo, de forma a garantir solues perenes para a drenagem. Medidas de curto prazo visam corrigir ou mitigar problemas imediatos da rede de macrodrenagem, promovendo a remoo de singularidades, o desassoreamento e a manuteno das caractersticas originais do sistema.

A construo de um modelo matemtico de cheias deve tambm estar entre as atividades iniciais, de modo a prover uma ferramenta de avaliao sistmica. Ainda entre as atividades de curto prazo, necessrio fazer um diagnstico de cheias para a bacia. Passada essa etapa inicial, no curto/mdio prazo, devem ser projetadas medidas para o contro-le do escoamento na fonte e para a recuperao das caractersticas do ciclo hidrolgico natural.

Essas medidas devem ser hierarquizadas, pa-ra implantao ao longo do tempo. Mapas com manchas de inundao devem ser providos para avaliao dos cenrios propostos e, tambm, permi-tir definir interaes com o uso do solo pelo zonea-mento das inundaes. A partir das experincias desenvolvidas, pode-se produzir um manual prtico de drenagem, no mdio/longo prazo, congregando recomendaes para todos os desenvolvimentos e projetos futuros. As aes de longo prazo devem permitir a continuidade do funcionamento da rede de drenagem atravs de aes de manuteno e monitoramento. Campanhas de educao ambiental e o engajamento das comunidades ajudam na sus-tentao das solues


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PROPOSTA DE CENRIOS DE PROJETO E DESENVOLVIMENTO URBANO PARA A BACIA DOS RIOS PILAR-CALOMB

A bacia hidrogrfica dos rios Pilar-Calomb es-t localizada na Baixada Fluminense, no centro do territrio municipal de Duque de Caxias, a oeste da rodovia Washington Luiz (BR-040). A Figura 1 mostra sua localizao em relao bacia hidrogrfica do rio Iguau-Sarapu, de grande importncia para a regio. O rio Pilar, com aproximadamente 11,3 km, respon-svel por drenar uma rea de 10,8 km, e o rio Calom-b, com extenso aproximada de 9,3 km, drena 15,0 km. Ambos drenam as guas no sentido Norte-Sul. A bacia desses dois rios afluente do rio Iguau pela sua margem esquerda.

Em relao ao nvel de ocupao, a bacia possui poucas reas com alta densidade, sendo as mais densas localizadas na parte oriental, entre o rio Calomb e a rodovia Washington Luiz (BR-040), em zona industrial. Assim, a ocupao urbana e a cober-tura vegetal foram divididas em trs classes de den-sidade, cada uma, como exposto na Tabela 1.

Um diagnstico da capacidade atual do sis-tema de macrodrenagem foi realizado com o auxlio de modelagem matemtica, para simulao das condies de alagamento e observao da bacia de forma integral. O modelo MODCEL (MIGUEZ, 2001; MASCARENHAS & MIGUEZ, 2002; MIGUEZ et al., 2011 ) foi utilizado para esta tarefa. Esse mode-lo trabalha com o conceito de clulas de escoamen-to, que pressupe que toda a superfcie da bacia, incluindo a prpria rede de drenagem, pode ser dividida em compartimentos articulados. A integra-o destes compartimentos, ento, responsvel pela representao fsica da bacia e dos elementos da paisagem urbana que se articulam com a rede de drenagem, para a definio de uma rede de escoa-mentos, que, por sua vez, simula a iterao entre as clulas atravs de diferentes leis hidrulicas, que podem representar desde as equaes completas de Saint-Venant, at simples equaes de vertedouros e orifcios clssicos.

Sob o ponto de vista de modelagem, pode-se dizer que este um modelo quasi-bidimensional, por construo, mas que representa esquematica-mente uma realidade tridimensional, pois articula, verticalmente, atravs da representao da captao das redes de drenagem, um plano superficial de escoamentos, onde se localizam as superfcies urba-nizadas e os canais abertos, com um plano subterr-neo, onde se localizam as galerias de drenagem. Todas as ligaes entre clulas, por sua vez, so re-

presentadas por equaes unidimensionais. Adicio-nalmente, cada clula realiza tambm uma modela-gem hidrolgica simples, para computar a contribu-io da transformao da chuva em vazo.

Figura 1 - Localizao da bacia hidrogrfica dos rios Pilar-

/ Calomb em relao bacia dos rios Iguau-Sarapu (LABHID, 1996).

Tabela 1 - Coeficientes de runoff adotados.

Tipo Classe Runoff

Ocupao Urbana Denso 0,70Mdio 0,60Rarefeito 0,50

Cobertura Vegetal Capoeira 0,20Campo antrpico 0,30Solo exposto 0,40

O mapeamento das condies atuais da ba-cia foi realizado com base em levantamentos de campo e aerofotogramtricos disponveis, e observa-o de imagens de satlite. O ajuste do modelo to-mou por base uma mancha de alagamentos conhe-cida para a bacia. Foram simulados diversos eventos


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de precipitao com Tempos de Recorrncia (TR) de 10, 20 e 50 anos, no intuito de se avaliar a capa-cidade de resposta do sistema de macrodrenagem aos eventos pr-estabelecidos. Neste trabalho sero apresentados apenas os resultados para TR 20 anos, que era o recomendado para dimensionamento da macrodrenagem pela Prefeitura Municipal do Rio de Janeiro, na poca do desenvolvimento deste es-tudo.

Figura 2 - Mapa de Inundao para um evento com TR 20

anos nas condies atuais de uso do solo e macrodrenagem

Foi verificado que, para todos os eventos de chuva simulados, principalmente nas reas prximas confluncia dos rios Pilar e Calomb, a situao de alagamentos grave. Em algumas regies, os alaga-mentos so superiores a 1,0m de profundidade, como mostrado no mapa de alagamentos da Figura 2, adotado como referncia para os projetos a serem propostos para a bacia. Deve-se destacar que esses mapas de alagamentos foram obtidos pela represen-tao da lmina de alagamento mdia calculada para cada clula adotada na representao do espa-o da bacia. Portanto, em vez de uma superfcie de alagamentos, mostrada uma representao discre-ta de alagamentos mdios por clula de escoamento modelada.

O impacto dessa inundao sobre a ocupa-o urbana na bacia pode ser observado na Figura 3, onde apresentado o contorno da mancha de i-nundao sobreposto a uma imagem de satlite. Na regio mais a montante do rio Calomb, ocorre um extravasamento da calha principal do rio para todos os eventos de precipitao, inundando as plancies vizinhas, em uma mancha destacada das reas inun-dadas de jusante. Isso ocorre em consequncia de um estrangulamento na seo transversal do rio no trecho logo a jusante desse extravasamento.

Para mitigar os efeitos das inundaes ob-servadas, dois projetos de diferentes concepes foram desenvolvidos. A primeira concepo consi-dera a interveno tradicional no sistema de drena-gem, aplicando um projeto de canalizao nos rios Pilar-Calomb. A outra concepo considera o con-texto do manejo sustentvel da drenagem, com me-didas compensatrias distribudas por toda a bacia. Uma descrio mais detalhada destas concepes apresentada no prximo item.

Figura 3 - Mancha de Inundao sobreposta imagem de

satlite do software Google Earth.


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DESCRIO DOS PROJETOS PROPOSTOS Condio 1 Soluo Convencional de Canalizao

Neste cenrio, as intervenes de controle

das inundaes constituem-se em adequar o leito do rio s vazes de cheia atravs da canalizao dos rios Pilar e Calomb, em concreto, complementado pela implantao de avenidas canal em ambas as margens.

Esse panorama de canalizao caracteriza bem a concepo tradicionalmente adotada nos projetos de controle de inundaes, com aes loca-lizadas e preferncia pelas intervenes que resul-tem na acelerao dos escoamentos.

O custo final da canalizao mais a constru-o de avenidas canais em ambas as margens dos rios, em uma extenso total de 15,6 km, foi estimado em R$50.953.188,86 (baseado em EMOP, setembro de 2009).

Condio 2 Soluo Sustentvel com Medidas Distribudas na Bacia

O projeto desenvolvido para esta condio foi baseado nos conceitos de manejo sustentvel das guas pluviais, apresentados e discutidos anterior-mente.

As medidas de interveno previstas para o controle de inundaes na bacia foram:

limpeza, desassoreamento e implantao de seo trapezoidal em solo natural nos rios Pilar e Calomb como medida inicial para recuperao das condies de escoamento nestes rios, hoje bastante comprometidos pela falta de manuteno;

implantao de reservatrios em praas ur-banas;

reabilitao de reas de alagamento naturais da bacia (vrzeas) e implantao de Parque Fluvial inundvel ao longo da margem direi-ta do rio Pilar e em alguns trechos do rio Calomb;

recomposio da cobertura vegetal em reas estratgicas da bacia, como encostas e cotas mais altas de topos de morro.

A rea utilizada para implantao de reser-

vatrios de amortecimento representa uma parcela de 2,23% da rea total da bacia dos rios Pilar-Calomb. Esse valor se aproxima muito da rea re-querida para amortecimento em bacias de deteno, da ordem de 2,0% da rea total da bacia considera-da, segundo o UDFCD (2008).

Neste projeto foi considerada a reabilitao das vrzeas, que so reas marginais aos rios com alta frequncia de inundaes. Desta forma, foi prevista a recomposio de uma calha secundria ao longo de toda a extenso dos rios Pilar-Calomb, aumentando a capacidade de armazenamento em calha desses rios e assegurando a recomposio e preservao da mata ciliar. Tambm foi prevista a recuperao de reas de alagamento naturais da bacia, em sua parte mais baixa, assegurando um importante meio de amortecimento dos escoamen-tos fluviais.

Para assegurar a preservao dessas reas, uma boa medida a previso de usos pblicos como parques, reas de lazer e de prtica de esportes, evitando que haja a invaso e ocupao da regio de interesse ao controle de inundaes e garantindo o uso social do espao urbano.

A estimativa oramentria para previso dos custos para a implantao das medidas de controle distribudas na bacia resultou em um investimento total de R$ 53.289.204,20 (Baseado em EMOP, se-tembro de 2009). importante frisar que, neste oramento, tambm esto computados os custos de urbanizao das praas e parques a serem implanta-dos. Essa considerao aproximou o custo das duas solues consideradas. As Tabelas 2 e 3 mostram os oramentos relativos condio 1 e condio 2 descritas. SITUAO ATUAL APS INTERVENES

Ambas as configuraes de projeto propos-tas tiveram por premissa sanar completamente os alagamentos na bacia do rio Pilar-Calomb, resul-tantes da chuva com TR 20 anos. Essa premissa foi adotada, tendo como ponto de partida a soluo do problema atual, para avaliar a evoluo do compor-tamento do sistema de drenagem face s diferentes possveis evolues da urbanizao ao longo do tempo. Nas condies de um projeto real, o cenrio de dimensionamento deveria tomar por referncia a previso de ocupao futura, j que este o proce-dimento esperado no desenvolvimento de Planos de Manejo de guas Pluviais. Entretanto, optou-se, aqui, por uma lgica de evoluo linear no tempo, para balizar as discusses relativas ao controle do uso e ocupao do solo como necessidade de um projeto realmente sustentvel.

As Figuras 4 e 5 mostram dois detalhes que merecem destaque, relativos s manchas de alaga-mento na situao de ocupao atual da bacia, toma-


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Tabela 2 - Oramento para Condio 1 Soluo Convencional de Canalizao.

ITEM CDIGO DISCRIMINAO UNID QUANT. Preos Unit. (R$) Preo Total (R$)

2 SERVIOS ESPECFICOS - MACRODRENAGEM

03.036.210-0 Escavao em leito de rio, em material mole, at 4,50m de profundidade , utilizao Clam-Shell. m 62.911 7,17 451.074,34

04.010.045-0 Carga e descarga mecnica utilizando caminho basculante m 62.911 0,58 36.488,58

04.005.126-0 Transporte de qualquer natureza com velocidade mdia de 15km/h em caminho basculantecom capacidade til de 8t. t x km 1.132.404 1,21 1.370.209,09

11.003.003-1 Concreto para peas armadas inclusive material, confeco e transporte horizontal e vertical. m 15.675 267,90 4.199.332,50

11.009.013-0 Barra de ao CA-50b, com salincia, dimetro de 6,3 mm, destinada a armadura de concretoarmado. kg 1.724.250 4,33 7.466.002,50

11.011.029-0 Corte, dobragem, montagem e colocao de ferragem na forma, ao CA-50b ou CA-50a, embarra redonda com de 6,3mm. kg 1.724.250 2,08 3.586.440,00

11.004.020-1 Forma de madeira para moldagem de peas de concreto armado m 62.700 23,72 1.487.244,00

18.596.791,02

TOTAL GERAL PARA IMPLANTAO DO PROJETO

8.256.816,042.064.204,01

32.356.397,8

Custo da Avenida Canal Projeto PROSADUQUE (4 km) =Custo da Avenida Canal por km =

Custo da Avenida Canal para os rios Pilar e Calomb (15,68 km) =

Total Geral considerando custos de implantao de avenida canal mais canalizao

18.596.791,02

50.953.188,86

Tabela 3 - Oramento para Condio 1 Soluo com Medidas Distribudas na Bacia

ITEM CDIGO DISCRIMINAO UNID QUANT. Preos Unit. (R$) Preo Total (R$)

2 SERVIOS ESPECFICOS - MACRODRENAGEM

03.036.210-0 Escavao em leito de rio, em material mole, at 4,50m de profundidade , utilizao Clam-Shell. m 485.960 7,17 3.484.333,86



14.350.401,50

2 SERVIOS ESPECFICOS - MOVIMENTO DE TERRA - PRAAS

03.025.005-0 Escavao mecnica , com trator de lmina, em material de 1 categoria, com transporteentre 50 e 100 metros. m 349.311 5,70 1.991.073,70



9.801.671,60

TOTAL PARCIAL PARA IMPLANTAO DO PROJETO

(R$ / m)Custo de Urbanizao dos parques implantados em praas (594.484 m) 29,01

Custo de Urbanizao do parque fluvial do Pilar (135.424 m) 29,01

Custo de Urbanizao dos parques fluviais do Calomb (180.890 m) 29,01

Custo de reflorestamento das reas estratgicas (2.946.229 m) 0,92

Total Geral para implantao do Projeto 2 (Sustentvel)

24.152.073,10

17.245.980,84

3.928.669,58

53.289.204,20

5.247.618,90

2.714.861,78


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da ento como referncia de comparao, depois de implantadas as duas concepes de projeto conside-radas. A Figura 4 mostra a transferncia de alaga-mentos para a bacia do rio Iguau, a jusante da ba-cia dos rios Pilar e Calomb, embora todos os ala-gamentos tenham sido sanados na prpria bacia dos rios Pilar e Calomb, a montante. A Figura 5 mostra a posio das reas de alagamento controlado na bacia, na concepo de drenagem sustentvel, uma vez que a mancha mostrada nesta figura correspon-de exatamente s reas destinadas ao amortecimen-to dos escoamentos. No h, neste cenrio, nenhum alagamento no previsto na bacia.

Figura 4 - Fim dos alagamentos na bacia, contrastando com alagamento a jusante, aps canalizao. TR 20 anos

Com o objetivo de verificar as respostas des-tas duas concepes de projeto face s diferentes possibilidades de desenvolvimento urbano, foram propostos tambm cenrios futuros de simulao computacional. Os desenvolvimentos considerados englobam: o crescimento urbano espontneo, no planejado e no controlado, levando a uma condi-o de saturao urbanstica; o desenvolvimento planejado, conforme Plano Diretor Urbano (PDU); e o desenvolvimento planejado, tambm com cono-

taes sustentveis, introduzindo controles de uso do solo com vistas a reduzir os nveis de impermea-bilizao. Vale destacar que estes controles no esto presentes no PDU de Duque de Caxias.

Figura 5 - Alagamentos associados s medidas de armaze-namento do projeto de drenagem sustentvel. TR 20 anos SIMULAO DE CENRIOS FUTUROS Condio 1 Soluo Convencional de Canalizao

Para os cenrios futuros considerados, a

margem esquerda do rio Pilar, a jusante da conflu-ncia com o rio Calomb, passou a sofrer alagamen-tos em todos os eventos hidrolgicos simulados.

Para o cenrio com adensamento urbano mximo, houve um aumento nos picos de vazo dos hidrogramas de cheia, mostrados na Tabela 4.

Esse aumento resultou em novos extravasa-mentos de gua da calha do rio, invalidando a pr-pria soluo prevista para proteo contra eventos de TR 20 anos, como mostrado no mapa de inunda-es da Figura 6. Destaca-se que o acrscimo de vazes maior na bacia do rio Pilar, que hoje mais vegetada que o Calomb, este j bastante adensado.


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Na situao de crescimento segundo o PDU de Duque de Caxias, bem como na situao de de-senvolvimento sustentvel, em que so introduzidos controles de uso do solo voltam a ocorrer alagamen-tos importantes, com cheias em vrias partes da bacia.

Tabela 4 - Variao da vazo de pico do hidrograma de cheia aps adensamento.

Vazo de pico de cheia (m/s)

TR Corpo dgua

Crescimento Urbano

Atual

Canalizado Saturao Variao

TR10 Pilar 32,61 42,51 30%

Calomb 59,46 65,60 10%

TR20 Pilar 35,26 43,77 24%

Calomb 64,51 67,68 5%

TR50 Pilar 37,16 44,81 21%

Calomb 67,35 69,46 3%

Figura 6 - Inundao para evento com TR 20, adensamen-to de saturao e canalizao da macrodrenagem

A Figura 7 mostra a resposta da soluo tra-

dicional de drenagem para a situao de desenvol-vimento sustentvel. A mancha para o caso de ala-gamento no cenrio do PDU omitida por uma questo de economia de espao.

Figura 7 - Inundao para evento com TR 20, adensamen-

to controlado e canalizao da macrodrenagem Condio 2 Projeto Sustentvel com uso de Medidas Distribudas na Bacia

As reas reservadas para alagamentos, no

projeto sustentvel, sempre aparecem como reas inundadas nos mapas de inundao deste cenrio (o que era de se esperar, pelo prprio funcionamento dos reservatrios). Essas reas, porm, estaro ala-gadas somente durante os eventos de cheia e, alm da funo hidrulica, tambm podem servir para preservao ambiental, favorecendo a manuteno da cobertura vegetal, podem funcionar como reas de lazer compatveis com inundaes espordicas, podem assumir funes paisagsticas, dentre outras possibilidades.

No cenrio de urbanizao descontrolada, mesmo as medidas adotadas em um contexto de drenagem sustentvel falham. O resultado nesta situao, como pode ser visto na Figura 8, melhor do que o obtido pela soluo de canalizao, mas no se sustenta. O controle exercido sobre o proces-so de urbanizao atravs da imposio de limites para o percentual de impermeabilizao nos lotes, por sua vez, simulado no cenrio futuro com aden-samento urbano controlado (sob o ponto de vista de impermeabilizao), obteve timos resultados na


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reduo de futuros problemas de inundaes gera-dos pelo crescimento urbano, como pode ser visto na Figura 9. Ao se considerar o controle sobre a impermeabilizao, a urbanizao futura resultou em um nico ponto de alagamento, em rea de cota mais baixa que demandaria apenas uma interveno localizada para solucion-lo. O cenrio consideran-do o crescimento urbano conforme PDU pratica-mente repete os resultados do crescimento com controle de impermeabilizao do solo urbano, mas com alagamentos um pouco maiores, no mesmo ponto de falha do sistema. Apesar do PDU do muni-cpio de Duque de Caxias definir usos do solo e nveis de adensamento urbano, este no conta, co-mo j destacado antes, com dispositivos especficos de controle de impermeabilizao, o que representa uma diferena prtica no resultado final. Novamen-te, a macha para o cenrio de crescimento conforme PDU omitida, para economia de espao.

Figura 8 - Inundao para: adensamento de saturao e medidas de controle distribudas na bacia. TR 20 anos

Anlise Comparativa dos Resultados

Uma grande vantagem da implantao de medidas distribudas na bacia em detrimento da canalizao da rede de macrodrenagem o abati-

mento nas vazes de pico dos hidrogramas de cheia, mesmo quando considerados os cenrios futuros de desenvolvimento urbano.

Para o rio Calomb, a vazo de pico do pro-jeto com medidas de controle distribudas na bacia chega a ser 65% menor que quando considerado um projeto de canalizao, enquanto que para o rio Pilar esse valor chega a 51%.

Figura 9 - Inundao para: adensamento controlado e medidas de controle distribudas na bacia. TR 20 anos

A observao dos resultados permitiu con-firmar que a canalizao da macrodrenagem tem um grande impacto na transferncia das inundaes para jusante do local de interveno, como foi ob-servado nos mapas de inundao resultantes do projeto de canalizao, para o qual foi observado um extravasamento para todos os cenrios simula-dos. J para o projeto com medidas distribudas, esse efeito no ocorreu, uma vez que a estratgia de con-trole passou a ser a deteno das guas, atravs de reservatrios e restaurao de reas naturais de i-nundao.

Para os cenrios futuros de desenvolvimento urbano com adensamento de saturao, ambos os pro-jetos mostraram-se insuficientes para controlar as inundaes resultantes do acrscimo de vazes ge-


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rado pelo aumento descontrolado da impermeabili-zao, o que mostra a criticidade do problema e a necessidade de integrar solues de drenagem com medidas de controle de uso do solo.

Quando considerado o planejamento da ocupao prevista no PDU de Duque de Caxias, o projeto convencional de canalizao tornou-se obso-leto, apresentado extravasamentos da calha em di-versos pontos. Porm, quando considerado o proje-to sustentvel com medidas distribudas na bacia, os problemas de inundaes apresentaram muito me-nor gravidade, demandando, talvez, uma pequena nova interveno para adequar um nico trecho com problemas.

importante destacar que o artifcio de modelagem utilizado para simular o cenrio de ur-banizao com adensamento segundo o PDU foi feito a partir de uma relao entre a ocupao definida no Zoneamento Urbano e a provvel taxa mdia de impermeabilizao que cada tipo de ocupao pro-duziria. Essa relao, apesar de coerente, pode no representar a real situao da ocupao futura da bacia, uma vez que o PDU do Municpio no intro-duz um controle especfico sobre a impermeabiliza-o dos lotes. Essa falta de controle pode levar a um alto grau de impermeabilizao da bacia, depen-dendo do nvel das habitaes, o que tenderia a um cenrio com um adensamento urbano de saturao, na situao limite.

No cenrio com adensamento urbano controla-do e controle do nvel de impermeabilizao, ambos os projetos tiveram melhorias significativas no qua-dro de inundaes, quando comparado com o cen-rio de saturao urbana. Porm, nessa ltima situa-o, o cenrio com projeto convencional implanta-do apresentou um panorama de inundaes ainda crtico. Mas o que chama a ateno que mesmo em um evento menos intenso, de TR de 10 anos, o quadro de inundaes apresentou-se generalizado nos cenrios futuros com canalizao, com diversos pontos de extravasamento da macrodrenagem. CONSIDERAES FINAIS

Observando os resultados das simulaes desenvolvidas e resgatando toda a discusso preli-minar que embasou este captulo, torna-se possvel destacar a grande importncia que o planejamento do controle de uso e ocupao do solo apresenta para um projeto de controle de inundaes se tor-nar efetivo e sustentvel no tempo. A falta de con-trole sobre o uso do solo capaz de inviabilizar, a

longo prazo, mesmo um projeto de drenagem com concepo sustentvel, ainda que esta concepo se mostre mais adaptvel a mudanas futuras da paisa-gem urbana, quando comparada abordagem tra-dicional. Solues sustentveis s realmente o so quando num contexto amplo e reconhecendo as diversas interaes entre as redes de infraestrutura urbana e o prprio desenho da cidade. O ponto chave para o controle de cheias a integrao das solues de drenagem com o desenvolvimento ur-bano, de forma sistmica, na escala da bacia. Em regies metropolitanas, essa questo ultrapassa os limites do municpio e demanda solues que vo alm do espao urbano administrativo, devendo focar a bacia hidrogrfica como unidade de plane-jamento e projeto. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, CAPES e FINEP, pelas bolsas de estudo e de produtividade em pesquisa concedidas e ao SERELAREFA, pelas oportunidades de intercmbio. REFERNCIAS ANDOH, R. Y. G. & IWUGO, K. O. (2002). Sustaina-ble Urban Drainage Systems: - A UK Perspective. Proceed-ings of the 9th International Conference on Urban Drainage, Portland, Oregon, USA, 2002. BAPTISTA, M.; NASCIMENTO, N. & BARRAUD, S. (2005). Tcnicas Compensatrias em Drenagem Urbana, ABRH, ISBN 858868615-5, Porto Alegre, RS. BENEVOLO, L. (2001). Histria da Cidade, Editora Perspectiva, So Paulo, SP. BISWAS, A.K. (1970). History of Hydrology, North Holland Publishing Company, Amsterdam. CANHOLI, A.P. (2005). Drenagem urbana e controle de enchentes, Oficina de Textos, ISBN 8586238430, So Paulo, Brazil. CIRIA (2007). The SUDS Manual, by Woods-Ballard, B.; Kellagher, R.; Martin, P.; Bray, R.; Shaffer, P. CIRIA C697.


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integrated way. Spatial and temporal aspects conjugating superficial flows with the drainage system should be considered together to solve the problem. This paper aims to combine new approaches, using measures associated with the concept of sustainable urban drainage design, with distributed actions over the watershed related to infiltration and storage recovery. Based on different future scenarios of city growth, it will also be discussed how the lack of urban land use control may affect drainage solutions. A case study is proposed of the Pilar-Calomb River Catchment, in the city of Duque de Caxias, metropolitan region of Rio de Janeiro. The tests were supported by the mathematical model called MODCEL, developed at the Federal University of Rio de Janeiro. Key-words: Ssustainable urban drainage, systemic solutions, land use control, MODCEL

artigo 20 - manejo de Águas urbanas e sua relação com o desenvolvimento urbano em bases...

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