Dimensionamento de Reservatrios de Deteno Domiciliares Em Sub-bacia Urbana Estudos Preliminares

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Dimensionamento de Reservatrios de Deteno Domiciliares Em Sub-bacia Urbana Estudos Preliminares

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  • XX Simpsio Brasileiro de Recursos Hdricos 1

    DIMENSIONAMENTO DE RESERVATRIOS DE DETENO DOMICILIARES EM SUB-BACIA URBANA: ESTUDOS PRELIMINARES

    Gustavo Velloso da Matta 1; Luciana Peixoto Amaral 2*; Lilia Maria de Oliveira 3

    Resumo Os problemas de escassez de gua potvel tm ocorrido com frequncia nas cidades brasileiras, ocasionados, principalmente, pelo desenvolvimento desordenado das cidades, pelo crescimento populacional e pelo aumento da demanda de gua pela indstria, provocando o esgotamento das reservas naturais de gua. Alm disso, como consequncia direta da impermeabilizao das bacias urbanas est o acrscimo das vazes de pico e do volume escoado superficialmente, tornando necessrias obras de ampliao do sistema de drenagem que, muitas vezes, tornam-se impraticveis dados os altos custos e limitaes fsicas. Como tentativa de solucionar e/ou amenizar esse problema, uma das possibilidades o uso de reservatrios domiciliares de armazenamento da gua de chuva como uma medida estrutural de controle de vazes do escoamento superficial urbano, contribuindo para o amortecimento das enchentes urbanas, devido reduo das vazes de pico afluente s galerias de guas pluviais. O objetivo deste trabalho identificar, atravs de simulaes hidrolgicas, as dimenses timas dos reservatrios e dos dispositivos de sada, para uma sub-bacia urbana da cidade de Belo Horizonte. Palavras-Chave Reservatrios de deteno domiciliares, hidrograma, drenagem urbana.

    SIZING OF DOMESTIC DETENTION RESERVOIRS IN URBAN SUB-BASIN: PRELIMINARY STUDIES

    Abstract The scarcity of drinking water have occurred frequently in Brazilian cities, caused mainly by the disorderly development of cities by population growth and increased demand for water by industry, causing the depletion of natural water. Moreover, as a direct consequence of sealing of urban watersheds is the increase in peak flow and volume of surface runoff, making necessary expansion works of the drainage system that often become impractical given the high cost and physical limitations. As an attempt to solve this problem, one possibility is the use of home storage reservoirs of rainwater as a structural measure of control flows of urban runoff, contributing to the attenuation of urban flooding due to reduced peak flows tributary to the storm sewer. The objective of this work is to identify, through hydrological simulations, the dimensions of the great reservoirs and output devices, for a sub-basin of the town of Belo Horizonte. Keywords Domestic detention reservoirs, hydrograph, urban drainage.

    1 Graduando em Engenharia Ambiental e Sanitria. Departamento de Cincia e Tecnologia Ambiental. Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais (CEFET/MG). Belo Horizonte/MG Brasil. velloso.gustavo@gmail.com. 2* Professora do Departamento de Cincia e Tecnologia Ambiental. Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais (CEFET/MG). Av. Amazonas, 5253, Bairro: Nova Sua, Belo Horizonte/MG, CEP. 30480-000, Fone: (31) 3319-7120. Belo Horizonte/MG Brasil. lupeixoto@deii.cefetmg.com.br 3 Professora do Departamento de Cincia e Tecnologia Ambiental. Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas Gerais (CEFET/MG). Belo Horizonte/MG Brasil. lilia@deii.cefetmg.com.br

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    INTRODUO

    Os pases em desenvolvimento, dentre eles o Brasil, vm sofrendo com uma rpida expanso populacional e com a precria infraestrutura de drenagem, advindos da inexistncia de planos a mdio e longo prazo, da utilizao precria de medidas no estruturais, da manuteno inadequada dos sistemas de controle de cheias ou da falta de conscientizao da populao local. Tais problemas constituem nos principais causadores das inundaes nas grandes cidades (Braga, 1994 apud Canholi, 2005).

    O problema de controle de enchentes funo basicamente do aumento nos picos das vazes que, por consequncia, funo do acrscimo do volume escoado e da relao do tempo da bacia (Tucci e Marques, 2005).

    Segundo Nascimento et al. (1999), as solues clssicas no consideram os impactos de novas urbanizaes sobre antigas reas urbanizadas, a jusante, nem integram a perspectiva de futuros desenvolvimentos urbanos a montante da rea em implantao. Em resumo, os sistemas convencionais de drenagem urbana tm como premissa a conduo das guas pluviais para jusante das reas urbanizadas, realizando seu lanamento em algum corpo receptor. Dessa forma, as vazes de pico so ampliadas, causando inundaes, alm do aumento das concentraes de poluentes lanados nos corpos dgua.

    As modernas concepes para a drenagem urbana, conhecidas como sistemas compensatrios ou alternativos, surgiram a partir da verificao da ineficincia dos sistemas de drenagem existentes, resultantes dos processos de urbanizao desordenada. Alm disso, a crescente busca da valorizao do meio ambiente, inserido nos meios urbanos, descarta as solues de planejamento que se subordinam a uma viso de emergncia ou de urgncia, imediatista, ou ento meramente tecnicista e desvinculada do contexto econmico e social. Ao contrrio dos sistemas convencionais, os sistemas alternativos baseiam-se na infiltrao e/ou na reteno das guas de chuva, propiciando um menor volume de escoamento superficial das guas e uma melhor distribuio das vazes no tempo.

    Para Castro (2007), essa nova concepo de drenagem urbana tambm pode ser denominada compensatria, uma vez que busca neutralizar os efeitos da urbanizao sobre os processos hidrolgicos, beneficiando a qualidade de vida e a preservao ambiental.

    Ainda de acordo com Nascimento et al. (1999), as solues alternativas de drenagem tm sido concebidas tendo em vista um tratamento dos excedentes de gua gerados pela impermeabilizao em diferentes escalas espaciais e, sempre que possvel, prximo fonte geradora. Elas incluem, entre outras, as seguintes tcnicas: armazenamento em coberturas, reservatrios domiciliares, planos e poos de infiltrao, na escala da parcela (lote ou quarteiro), pavimento poroso, trincheiras de infiltrao, e bacias de deteno secas ou com espelho dgua, superfcie ou enterradas.

    Neste contexto, foram realizados estudos preliminares com o objetivo de identificar, atravs de simulaes hidrolgicas, as dimenses timas de reservatrios de deteno domiciliares e dos dispositivos de sada, buscando reduzir as vazes de pico a jusante de uma sub-bacia urbana da cidade de Belo Horizonte.

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    METODOLOGIA

    Esta pesquisa trata-se de um estudo preliminar da aplicao de microrreservatrios de armazenamento de gua de chuva em lotes, com a simulao de uma quadra, da sub-bacia do Crrego Ressaca, localizada em rea urbanizada da cidade de Belo Horizonte.

    As caractersticas dos microrreservatrios de deteno foram determinadas atravs de uma

    reviso bibliogrfica para a escolha de valores plausveis para o volume, bem como suas dimenses; e a rea dos dispositivos de sada de gua. Como estudos preliminares, simularam-se os efeitos de cada parmetro sob o pico de vazo do hidrograma afluente na quadra estudada, que consiste em um quarteiro localizado no bairro Santa Terezinha (Belo Horizonte) o qual possui um histrico de inundaes, com uma rea de 0,02 km2.

    Na simulao hidrolgica, foi utilizado o modelo HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System), desenvolvido pelo Hydrologic Engineering Center do Corps of Engineers do exrcito americano e disponibilizado gratuitamente.

    Os dados de entrada para o modelo foram: a) hidrolgicos: curvas PDF, obtidas da anlise de chuvas intensas da regio de Belo Horizonte, perodo de retorno, distribuio das chuvas; b) reas e caractersticas dos lotes: a quadra constituda por zonas residenciais com lotes de 400 m em mdia (92%), terrenos em ms condies (8%) e ruas; c) valores de CN: adotado igual a 85 para todos os lotes de residncias e 98 para as ruas (Tucci, 2004 apud Silva, 2009); e d) caractersticas dos microrreservatrios.

    O mtodo escolhido para simular a rea de estudo foi o SCS desenvolvido pelo National Resources Conservatoin Center dos EUA (antigo Soil Conservation Service SCS), devido ao seu reduzido nmero de parmetros e a relao existente entre os parmetros e caractersticas fsicas da bacia (Tucci, 1998).

    RESULTADOS

    Foram realizadas simulaes considerando o perodo de retorno 2 anos para chuvas de durao de 10 minutos, analisando:

    a) Volume e altura dos microrreservatrios:

    O volume foi avaliado em conjunto com a altura do microrresservatrio, associando-se uma rea da base a esta. Na reviso bibliogrfica sobre o volume do dispositivo de deteno, foi escolhido um valor mdio de 1,6 m3 entre os sugeridos por outros autores: 2,5 m (Cruz, 1998); 0,5 m (Schilling, 1982 apud Agra, 2001); 1,26 m (Agra, 2001); e 2,14 m (Genz, 1992 apud Agra, 2001). Para testar se este seria realmente um valor eficiente para o volume, modelou-se no programa HEC-HMS outros dois valores de volume, variando-se a rea da base e altura do microrreservatrio.

    A escolha da altura baseou-se numa comparao do estudo de Tassi e Villanueva (2003), o qual determina uma altura de 0,6 m para este dispositivo e o valor arbitrrio de 3 m. Sabe-se que o uso de pequenas alturas se justifica, uma vez que esta escolha evitaria possveis problemas com a interferncia na rede de esgoto e presena de lenis freticos, portanto o valor arbitrrio de 3 m s

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    foi utilizado para se identificar se grandes alturas trariam melhores armazenamentos, mas no seria utilizado caso mostrasse esta eficcia.

    No Grfico 1 apresentado o hidrograma de sada da quadra em estudo, variando o volume dos microrreservatrios. Utilizaram-se 10 microrreservatrios na quadra e adotou-se o valor de 20,3 cm para a rea do orifcio de sada do dispositivo.

    Grfico 1. Hidrograma de sada da sub-bacia, variando o volume dos reservatrios.

    Houve uma reduo de 0,0044 m3/s (2,61%) na vazo de pico quando utilizados reservatrios com rea da base igual a 1 m no quarteiro e reduo de 0,015 m3/s (8,72 %) na vazo de pico quando utilizados reservatrios com rea da base igual 4 m e 2,667 m.

    b) rea do dispositivo de sada dos microrreservatrios:

    Escolheu-se um orifcio circular como dispositivo de sada, tal como sugerem Schilling (1982) apud Agra (2001) e Tassi e Villanueva (2003). Os valores 25,1 cm, 24,4 cm e 16,6 cm (Agra, 2001); 3,14 cm e 20,3 cm (valores hipotticos) foram utilizados nas simulaes. Nos Grficos 2 a 4 so apresentados, respectivamente, o hidrograma de sada com a utilizao dos 10 microrreservatrios com as diferentes reas dos dispositivos de sada, e as curvas de armazenamento e de vazo efluente em um dos microrreservatrios.

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    Grfico 2. Hidrograma de sada da sub-bacia, analisando a rea do orifcio.

    Grfico 3. Armazenamento de um microrreservatrio localizado na sub-bacia.

    Grfico 4. Vazo efluente ao dispositivo de sada de um microrreservatrio localizado na sub-bacia.

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    Como pode ser observado no Grfico 2, todos os orifcios proporcionaram um pico de hidrograma com valores muito prximos. Analisando as curvas de armazenamento e de vazo efluente dos orifcios, observa-se que o orifcio com rea 16,6 cm apresenta um maior pico de armazenamento e menor pico de escoamento quando comparado ao orifcio de 20,6 cm. Os demais orifcios no foram escolhidos por causarem um tempo de deteno muito grande.

    Portanto, as caractersticas timas dos microrreservatrios so: volume de 1,6m, altura: 0,6m e rea e formato do dispositivo de sada: um nico orifcio circular de 16,6cm.

    No Grfico 5 mostrada a reduo da vazo de pico, de 0,015 m3/s (8,72 %), considerando o uso de 10 microrreservatrios com as caractersticas acima, dispostos na quadra em estudo.

    Grfico 5. Hidrograma de sada da sub-bacia.

    CONCLUSES

    Os valores obtidos para as dimenses dos reservatrios domiciliares e dos orifcios nesta pesquisa so autamente plausiveis para a quadra em estudo, porm outras condies, como regime de chuvas, rea de abrangencia da sub-bacia e o relevo, vo determinar sua funcionalidade e aplicabilidade.

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    Os resultados dos efeitos dos microrreservatrios na sub-bacia em estudo foram dados para apenas um tempo de retorno e uma durao de chuva. Contudo, na continuidade da pesquisa sero avaliados os impactos dos reservatrios variando esses parmetros, bem como a rea de abrangncia.

    Os microrreservatrios de deteno domiciliares so, ainda, uma ferramenta de controle de enchentes pouco estudada. A Austrlia um dos poucos pases que possuem a tecnologia bem difundida, no Brasil sua utilizao completamente vivel, uma vez que estudos brasileiros j comprovam esta viabilidade. Em trabalhos futuros recomendvel que se adotem reas urbanas com maiores reas impermeabilizadas para que se possa avaliar melhor os efeitos dos microrreservatrios e uma eficincia destes dispositivos.

    AGRADECIMENTOS

    Os autores agradecem FAPEMIG e ao CEFET/MG pelo apoio financeiro por meio da bolsa de iniciao cientfica PIBIC concedida ao primeiro autor.

    REFERNCIAS

    AGRA, S. G. (2001). Estudo experimental de microrreservatrios para controle do escoamento superficial (Dissertao de Mestrado). Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Saneamento Ambiental, Instituto de Pesquisas Hidrulicas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

    BRAGA, B. D. F. (1994). Gerenciamento Urbano Integrado em Ambiente Tropical. In: Seminrio de Hidrulica Computacional Aplicada a Problemas de Drenagem Urbana, ABRH, So Paulo, SP, Brasil.

    CANHOLI, A. P. (2005). Drenagem urbana e controle de enchentes. So Paulo: Oficina de Textos, 302 p.

    CASTRO, L. M. A. (2007). Proposio de metodologia para a avaliao dos efeitos da urbanizao nos corpos de gua (Tese de Doutorado). Programa de Ps-graduao em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hdricos, DESA, UFMG, Belo Horizonte/MG, 305p.

    CRUZ, M. A. S. (1998). Controle do Escoamento no Lote com Deteno (Dissertao de Mestrado). Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Saneamento Ambiental, Instituto de Pesquisas Hidrulicas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre/RS, 134p.

    GENZ, F. (1994). Parmetros para a previso e controle de cheias urbanas (Dissertao de Mestrado). Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Saneamento Ambiental, IPH/UFRGS, Porto Alegre/RS, 180p.

    NASCIMENTO, N. O.; BAPTISTA, M. B.; VON SPERLING, E. (1999). Problemas de Insero Ambiental de Bacias de Deteno em Meio Urbano. In: Anais do 20 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental, Rio de Janeiro, pp. 1-9.

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    SILVA, R. I. (2009). Evoluo da urbanizao e seus efeitos no escoamento superficial na bacia do riacho Reginaldo (Dissertao de Mestrado). Programa de Ps Graduao em Recursos Hdricos e Saneamento da Universidade Federal de Alagoas, Macei/AL, 89p.

    TASSI, R.; VILLANUEVA, A. O. N. (2003). Efeito do controle na fonte sobre a macrodrenagem. In: Anais do XV Simpsio Brasileiro de Recursos Hdricos, Desafio Gesto da gua no limiar do sculo XXI, Curitiba, Nov. 2003, pp. 1-8.

    TUCCI, C. E. M. (1998). Modelos hidrolgicos. Ed. Universidade/UFRGS/Associao Brasileira de Recursos Hdricos, Porto Alegre, 669p.

    TUCCI, C. E. M. (2004). Hidrologia Cincia e Aplicao. Editora da UFRGS/ABRH, 3 edio, Porto Alegre, 943 p.

    TUCCI, C. E. M.; MARQUES, D. M. L. da M. (2005). Avaliao e controle da drenagem urbana. Editora da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Volume 1, Porto Alegre, 558p.

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