estudo de implantaÇÃo de bacias de detenÇÃo para...

ESTUDO DE IMPLANTAÇÃO DE BACIAS DE DETENÇÃO PARA MITIGAÇÃO

DOS EFEITOS DE INUNDAÇÃO EM NOVA FRIBURGO/RJ

MIGUEL JOFFER DE OLIVEIRA PEREIRA

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Civil da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro,

como parte dos requisitos necessários à

obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Marcelo Gomes Miguez

RIO DE JANEIRO

Setembro de 2018



Miguel Joffer de Oliveira Pereira

PROJETO DE GRADUAÇÃO APRESENTADO AO CURSO DE ENGENHARIA

CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA, UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE

JANEIRO, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS À OBTENÇÃO DO

TÍTULO DE ENGENHEIRO.

Examinado por:

______________________________________

Prof. Marcelo Gomes Miguez, D. Sc

______________________________________

Prof. Leandro Torres di Gregorio, D. Sc

______________________________________

Eng. Osvaldo Moura Rezende, D. Sc

______________________________________

Prof. Assed Naked Haddad, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

SETEMBRO de 2018

iii

Pereira, Miguel Joffer de Oliveira

Estudo de implantação de Bacias de Detenção para

mitigação dos efeitos de inundação em Nova Friburgo/RJ /

Miguel Joffer de Oliveira Pereira – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola

Politécnica, 2018.

xiii, 63 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Marcelo Gomes Miguez

Projeto de graduação – UFRJ/Escola Politécnica/ Curso de

Engenharia Civil, 2018.

Referências Bibliográficas: p. 62-63.

1. Modelagem Matemática. 2. Drenagem Urbana. 3.

Controle de inundações.

I. Miguez, Marcelo Gomes. II. Universidade Federal do

Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil.

III. Título.

iv

AGRADECIMENTOS

Seria impossível conseguir concluir a faculdade sem a direção e proteção de Deus.

Foi Ele quem me deu sabedoria, Ele quem me livrou dos inúmeros acidentes que vi na

Linha Vermelha, Ele quem me guardou dos inúmeros tiroteios e Ele quem me desviou do

caminho das dezenas de assaltos e sequestros que ocorreram desde que comecei a ir para

a Ilha do Fundão. Por isso o sentimento que possuo é gratidão. Sem Ele nada disso seria

possível. Toda Honra e toda Gloria sejam dadas a Deus.

Agradeço aos meus pais, Miguel e Marleide, que me deram todo o suporte que

estavam ao alcance. Ao meu pai que não cansou de acordar cedo para fazer o café para

mim pois sabia que de alguma forma eu poderia dormir um pouco mais e assim ter mais

disposição pra encarar as aulas que duravam o dia inteiro. À minha mãe que fez milhares

de almoços e jantas sem nunca pedir nada em troca enquanto eu passava horas estudando

para as provas e fazendo intermináveis trabalhos. Ao amor deles por mim que não pode

ser medido. Às suas orações dia e noite. Eu jamais poderia imaginar ter pais melhores que

os meus, por isso eu agradeço. Agradeço à minha irmã, Bárbara, e meu cunhado Ivo, por

todo o apoio, incentivos e conselhos que me deram. Agradeço muito suas orações, elas

deram certo!

Agradeço à minha namorada e companheira dos últimos 8 anos, Gabriela.

Agradeço sua paciência quando precisei estudar ao invés de lhe dar atenção. Agradeço

seus incentivos e suas orações. Agradeço por ser a alegria substituindo a tristeza de uma

derrota. Agradeço por ser alguém com quem, nos momentos difíceis, eu sei que posso

contar.

Agradeço ao professor Marcelo por ter me acolhido na iniciação científica,

estágio, por aceitar ser o orientador deste trabalho e por ser uma inspiração de dedicação

profissional. Agradeço por seus ensinamentos, foi muito proveitoso os momentos em que

pude ouvi-lo falar.

Agradeço ao professor Leandro que me acompanhou na iniciação científica e com

quem tive a oportunidade de aprender muito em diversas matérias no curso de engenharia

civil.

Agradeço aos amigos do LHC, Anna, Antônio Krishnamurti, Bruna, Cícero,

Francis, Gabrielly, Laurent, Lílian, Mateus Sousa, Osvaldo e Rodrigo Konrad que não só

contribuíram para o meu aprendizado em hidráulica e me ajudaram de alguma forma neste

v

trabalho quanto fizeram as tardes passarem voando com bom humor e um ambiente

agradável para se trabalhar.

vi

“Tudo quanto te vier à mão para fazer, faze-o conforme as tuas forças, porque na

sepultura, para onde tu vais, não há obra nem projeto, nem conhecimento, nem

sabedoria alguma.”

Eclesiastes 9:10

https://www.bibliaonline.com.br/acf/ec/9/10+

vii

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil




Setembro de 2018

Orientador: Marcelo Gomes Miguez

Curso: Engenharia Civil

Resumo: Em toda a sua história, o homem procurou se estabelecer próximo aos

cursos de água. As margens dos rios sempre foram muito atrativas para a fixação de

moradia por diversos motivos. Dentre esses motivos, destacam-se o abastecimento de

água, o cultivo de alimentos e, geralmente, essas regiões também são locais planos que

facilitam a construção de residências e o deslocamento por estradas que acompanham os

rios (ou navegando pelos próprios rios). A ocupação mais rarefeita, nas áreas ribeirinhas

não produziu diferença perceptível no curso natural das águas inicialmente, mas, com o

aumento da urbanização do meio e densificação das moradias, há diminuição no volume

de água infiltrada e consequentemente aumento do volume de água que escoa pela

superfície. Outros fatores contribuem para a alteração do ciclo hidrológico local, como a

canalização e retificação dos cursos d’água, acelerando os escoamentos. Este estudo visa

avaliar os resultados obtidos com a simulação da implantação de bacias de detenção em

Nova Friburgo, para a mitigação dos impactos hidrológicos decorrentes da urbanização

não planejada. Para isso, foram utilizadas ferramentas de modelagem computacional para

representação das bacias que envolvem os rios Bengalas, Dantas, Cônego e Santo

Antônio. Os resultados obtidos mostram a possibilidade de corrigir problemas de

inundação em uma cidade, levando-se em consideração a interpretação do funcionamento

da hidrologia, as restrições de topografia e as necessidades da urbanização.

Palavras chave: Bacia de detenção, Inundação, Nova Friburgo, Modelagem

computacional

viii

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for degree of Engineer.

STUDY OF IMPLANTATION OF DETENTION BASINS FOR MITIGATION

OF FLOOD EFFECTS IN NOVA FRIBURGO / RJ


September/2018

Advisor: Marcelo Gomes Miguez

Department: Civil Engineering

Summary: Throughout his history, man has sought to establish himself near streams. The

banks of the rivers have always been very attractive for the fixation of housing for various

reasons. Among these reasons are water supply, food cultivation and, generally, these

regions are also flat sites that facilitate the construction of homes and the displacement

by roads that accompany the rivers (or navigating the rivers themselves). The rarer

occupation in the riparian areas did not produce a noticeable difference in the natural

course of the waters initially, but with the increase of the urbanization of the environment

and densification of the dwellings, there is a decrease in the volume of water infiltrated

and consequently an increase in the volume of water that flows through surface. Other

factors contribute to the alteration of the local hydrological cycle, such as the channeling

and rectification of the watercourses, accelerating the flows. This study aims to evaluate

the results obtained with the simulation of the detention basins in Nova Friburgo, in order

to mitigate the hydrological impacts resulting from unplanned urbanization. For this,

computational modeling tools were used to represent the basins that surround the

Bengalas, Dantas, Cônego and Santo Antônio rivers. The results obtained show the

possibility of correcting flood problems in a city, considering the interpretation of

hydrological functioning, topography constraints and urbanization needs.

Key words: Basin of detention, Flood, Nova Friburgo, Computational modeling

ix

Lista de figuras

Figura 1-1. Ocupação da Bacia Hidrográfica (COSTA, 2001) ........................................ 2

Figura 1-2. Nova Friburgo 1920. (BOTELHO, 2010) ..................................................... 4

Figura 1-3. Nova Friburgo 2018. (G1, 2018) ................................................................... 5

Figura 1-4. Bacias hidrográficas dos rios Dantas, Bengalas, Santo Antônio e Cônego em

Nova Friburgo. ................................................................................................................. 7

Figura 2-1. Ciclo Hidrológico. (FISRWG, 1998) ........................................................... 10

Figura 2-2. Resultado da impermeabilização do solo. (COSTA, 2001) ......................... 13

Figura 2-3. Hidrogramas típicos do processo de urbanização. (COSTA, 2001) ............ 15

Figura 2-4. Exemplo de intervenção de Drenagem Urbana Sustentável. (COSTA, 2001)

........................................................................................................................................ 20

Figura 2-5. Diferença no comportamento do escoamento com e sem Bacias de Detenção.

(Adaptado de Tucci, et al., 2003) ................................................................................... 21

Figura 2-6. Diferença entre os hidrogramas dos sistemas de canalização e reservação.

(CANHOLI, 2015) ......................................................................................................... 23

Figura 2-7. Bacia de Detenção incorporada ao ambiente urbano ................................... 25

Figura 2-8. Bacia de Detenção – Tijuca/RJ. (CASSIANO, 2015) ................................. 26

Figura 3-1. Reservatório fechado revestido de concreto armado. (TUCCI, et al., 1995) 28

Figura 3-2. Reservatório aberto revestido com grama. (TUCCI, et al., 1995) ............... 28

Figura 4-1. Visão superior da área de estudo - Bacia do Rio Bengalas. (GOOGLE

EARTH, 2018) ............................................................................................................... 32

Figura 4-2. Divisão por células e interações do MODCEL. (MIGUEZ, 2017) ............. 35

Figura 4-3. Exemplo de divisão de células. (MIGUEZ, 2001) ...................................... 37

Figura 4-4. Esquema e grupos do modelo de células. (MIGUEZ, 2001) ....................... 38

Figura 4-5 Cotagrama do posto de medição Olaria ........................................................ 38

Figura 4-6 Cotagrama do posto de medição Ypu ........................................................... 39

Figura 4-7 Cotagrama do posto de medição Suspiro ...................................................... 39

Figura 4-8 Cotagrama do posto de medição Venda das Pedras ..................................... 40

Figura 4-9 Cotagrama do posto de medição Conselheiro Paulino ................................. 40

Figura 4-10 Calibração do posto de Olaria ..................................................................... 41

Figura 4-11 Calibração de Ypu ...................................................................................... 41

Figura 4-12 Calibração de Suspiro ................................................................................. 41

Figura 4-13 Calibração de Venda das Pedras ................................................................. 42

Figura 4-14 Calibração de Conselheiro Paulino ............................................................. 42

x

Figura 4-15 Hietograma dos tempos de recorrência de 2, 5, 10 e 25 anos. .................... 44

Figura 4-16. Tempo de recorrência de 2 anos ................................................................ 45

Figura 4-17. Tempo de recorrência de 5 anos ................................................................ 45

Figura 4-18. Tempo de recorrência de 10 anos .............................................................. 46

Figura 4-19. Tempo de recorrência de 25 anos .............................................................. 46

Figura 4-20. Localização das bacias hipotéticas ............................................................ 47

Figura 4-21 Relação entre Profundidade x Área x Volume das bacias de detenção

hipotéticas ....................................................................................................................... 49

Figura 4-22 Nível da água na bacia de detenção de número 7001 de acordo com diferentes

tempos de recorrência ..................................................................................................... 50
















tempos de recorrência. .................................................................................................... 54









xi

Figura 4-35 Nível de alagamento para as células afetadas por inundação com um TR de

2 anos com e sem bacias de detenção ............................................................................. 57


5 anos com e sem bacias de detenção ............................................................................. 57


10 anos com e sem bacias de detenção ........................................................................... 58


25 anos com e sem bacias de detenção ........................................................................... 58

Figura 4-39 Manchas de inundação para um TR de 2 anos com o uso das bacias de

detenção hipotéticas ........................................................................................................ 59







xii

Sumário

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1

1.1 Motivação .......................................................................................................... 3

1.2 Objetivos ............................................................................................................ 6

1.3 Metodologia ....................................................................................................... 7

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 10

2.1 Ciclo hidrológico ............................................................................................. 10

2.2 Impactos da urbanização no ciclo hidrológico................................................. 11

2.2.1 Formação das cheias ................................................................................. 11

2.2.2 Efeitos da urbanização .............................................................................. 13

2.2.3 Consequências da inundação .................................................................... 16

2.3 Drenagem urbana ............................................................................................. 16

2.3.1 Sistemas de drenagem urbana .................................................................. 17

2.4 Bacias de detenção ........................................................................................... 21

2.4.1 Tipos ......................................................................................................... 24

2.5 Riscos de projeto .............................................................................................. 26

3 MEDIDAS DE DETENÇÃO DOS ESCOAMENTOS .......................................... 28

3.1 Componentes de um reservatório de detenção................................................. 28

3.1.1 Reservatório multifuncional ..................................................................... 29

4 METODOLOGIA ................................................................................................... 31

4.1 Caracterização da bacia hidrográfica ............................................................... 31

4.1.1 Base de dados ........................................................................................... 32

4.2 Modelo adotado para simulação de chuvas na bacia do rio bengalas - MODCEL

34

4.3 Estudos hidrológicos ........................................................................................ 38

4.3.1 Cotagrama ................................................................................................. 38

4.3.2 Calibração ................................................................................................. 40

xiii

4.3.3 Hietograma de Projeto .............................................................................. 42

4.3.4 Diagnóstico da Situação Atual ................................................................. 44

4.3.5 Projeto Proposto ....................................................................................... 47

4.3.6 Resultados obtidos após a implantação das bacias: .................................. 49

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ............................................................... 61

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 62

1

1 INTRODUÇÃO

Em toda a história da humanidade as civilizações procuraram se estabelecer

próximo ao curso dos rios. Muitos são os motivos para isso, como a facilidade de

abastecimento de água, solo fértil para plantio e possibilidade de transporte (MIGUEZ, et

al., 2010).

Com o aumento dessa população e do meio urbano, cresceram também os

problemas de drenagem. A impermeabilização do solo é a grande responsável pelo

aumento do volume do escoamento superficial de água da chuva e isso faz aumentar os

picos de vazão de água nos rios. A calha maior1 dos rios sempre foi o local preferido para

ser ocupada por geralmente ser plana e bem localizada. E isso faz com que, em época de

cheia, o rio não consiga mais ocupar sua calha por completo e extravase para a cidade

causando diversos prejuízos econômicos e sociais muitas vezes imensuráveis.

Além disso, a canalização e a retificação dos cursos d’água alteram

significativamente a velocidade das águas podendo alterar o ciclo hidrológico (MIGUEZ,

et al., 2015). Essa modificação, que pode ser vista na Figura 1-1, se dá com a intenção de

escoar a água rapidamente e isso acaba transferindo o problema para a cidade à jusante2

(CANHOLI, 2015).

1 Faixa ocupada pelo extravasamento do rio durante cheias resultantes de chuvas intensas, também

conhecidas como leito maior, leito de inundação ou planície de inundação. 2 Lado para onde desce a água da maré vazante, ou para onde se dirige a água corrente de um

curso de água, em oposição a montante. (PRIBERAM, 2013).

2

Figura 1-1. Ocupação da Bacia Hidrográfica (COSTA, 2001)

3

1.1 Motivação

A bacia do Rio Bengalas foi objeto de estudo do autor dessa monografia em sua

iniciação científica por cerca de 2 anos sendo de grande valia e incentivo para a

continuidade do estudo neste trabalho. Sendo este estudo anterior da bacia do Rio

Bengalas ainda incluído no livro Gestão de Riscos e Desastres Hidrológicos (MIGUEZ,

et al., 2017) como estudo de caso. Após o estudo feito na iniciação, houve um aumento

no interesse em contribuir para a diminuição dos problemas causados por inundações na

cidade de Nova Friburgo

.

Além disso, se tem registro que mais de 8 milhões de pessoas viviam em locais

com risco potencial de enchentes e deslizamentos em 2010 em 872 municípios no país

(IBGE, 2018). Considerando o crescimento populacional e a falta de planejamento das

cidades pode-se projetar um número ainda maior de pessoas com esse risco em 2018.

Historicamente a cidade de Nova Friburgo/RJ tem sofrido com inúmeros casos de

enchentes que se tornaram cada vez mais frequentes. Registros que datam a década de

1920 (Figura 1-2) mostram que as chuvas já traziam transtorno aos cidadãos também

devido à drenagem problemática.

A crescente urbanização levou ao aumento da impermeabilização do solo.

Acrescido a isso, tem-se o fato de que a política pública de saneamento básico usou

medidas paliativas e ineficientes para resolução desse problema.

4

Figura 1-2. Nova Friburgo 1920. (BOTELHO, 2010)

Após décadas desde sua criação, nota-se que Nova Friburgo ainda está sujeita às

mesmas situações de inundações, enxurradas e alagamentos, repetindo-se no mesmo

período chuvoso do ano, que corresponde principalmente aos meses de dezembro e

janeiro (Figura 1-3).

5

Figura 1-3. Nova Friburgo 2018. (G1, 2018)

A cidade de Nova Friburgo aparece como uma das três cidades com maior

possibilidade de ameaças naturais no Mapa de Ameaças Múltiplas de um levantamento

lançado pela Secretaria de Defesa Civil do Estado do Rio de Janeiro (SEDEC-RJ, 2016).

Das cinco primeiras ameaças listadas, quatro estão diretamente ligadas a água:

deslizamentos, inundações3, enxurradas4 e alagamentos5.

Esses eventos trazem prejuízos econômicos e sociais à cidade, podendo gerar

doenças e, até mesmo, a morte.

3 Extravasamentos da calha do rio. 4 Inundações associadas a inclinações do terreno gerando aumento da velocidade da água. 5 Inundações ocasionadas por problemas na microdrenagem.

6

“Existem muitas doenças com veiculação hídrica. No Brasil 65%

das internações hospitalares são provenientes de doenças de

veiculação hídrica. “ (TUCCI, et al., 2003)

Devido aos fatos mencionados o presente estudo se faz relevante visto que ele se

trata de uma alternativa para a amenizar as inundações na cidade que será explicado nos

próximos capítulos.

1.2 Objetivos

Pode-se separar os objetivos em geral e específico sendo assim distinguidos da

seguinte forma:

Objetivo geral:

• Simulação da diminuição das cotas de inundação do meio urbano da cidade de Nova

Friburgo através da implantação de bacias de detenção hipotéticas.

Objetivos específicos:

• Desenhar a bacia do rio Bengalas através de um modelo computacional que simule

as condições hidrológicas e hidráulicas do local.

• Mapear possíveis áreas para implantação das bacias de detenção.

• Fazer a verificação dos pontos críticos e criar mapas de alagamento.

• Apresentar os resultados obtidos com a simulação da implantação de bacias de

detenção situados próximo aos rios Cônego, Dantas, Bengalas e Santo Antônio a

fim de mitigar os efeitos das inundações e os respectivos transtornos subsequentes

utilizando a ferramenta de modelagem computacional ModCel (MASCARENHAS,

et al., 2002).

7

1.3 Metodologia

Neste capítulo será apresentada a metodologia utilizada no presente trabalho.

• Delimitação da área de estudo

A região de estudo compreende a bacia hidrográfica do Rio Bengalas contendo as

sub bacias dos rios Dantas, Santo Antônio e Cônego conforme a Figura 1-4.

Figura 1-4. Bacias hidrográficas dos rios Dantas, Bengalas, Santo Antônio e Cônego em Nova

Friburgo.

8

• Divisão em sub-bacias

Dividir a região delimitada em sub-bacias a fim de compreender melhor a

dinâmicas do curso das águas.

• Inserção de dados no modelo computacional

➢ Atribuição dos coeficientes de Runoff6, Manning7 e vertedor

➢ Cálculo de área das regiões subdivididas

➢ Cálculo da área de armazenamento de cada região

➢ Atribuição das cotas

• Calibrar modelo

Ajustes dos coeficientes para corresponder à bacia real e produção de mapas de

alagamento de acordo com a cota de alagamento máxima em cada região

• Identificar zonas estratégicas para implementação dos reservatórios

Identificar possíveis áreas de implantação de bacias de detenção como praças,

campos de futebol, estacionamentos e áreas não ocupadas.

• Inserção de novos dados

Inserir no modelo computacional as novas bacias de detenção projetadas

6 Razão entre o volume de água escoado superficialmente e o volume de água precipitado. 7 Coeficiente de rugosidade estimado entre a superfície do terreno e a água.

9

• Análise dos resultados obtidos

Avaliar se os resultados obtidos são satisfatórios e se realmente trariam melhoras

significativas à região.

10

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste tópico está descrito os conceitos referentes à revisão bibliográfica.

2.1 Ciclo hidrológico

A água do nosso planeta passa por diferentes lugares e de diferentes formas em um

trajeto que forma um circuito fechado. As transformações e caminhos percorridos por ela

são complexas e formam um ciclo chamado ciclo hidrológico (COSTA, 2001). Neste

ciclo não é possível identificar seu início e fim. Podemos observar na Figura 2-1 um

exemplo de funcionamento dos caminhos que a água pode fazer em nosso planeta.

Figura 2-1. Ciclo Hidrológico. (FISRWG, 1998)

11

Para mostrar esse trajeto, pode-se escolher um ponto de início, como por exemplo

na evaporação da água do mar e da terra. O vapor de água então acumula-se na atmosfera

formando nuvens. Estas, por sua vez, estão sujeitas ao movimento das massas de ar. Em

condições específicas, formam-se gotículas de água que se precipitam formando a chuva.

A chuva atinge a superfície vegetal ou construções. Parte da água não absorvida por estas

infiltra-se no solo e se acumulam nos lençóis freáticos e aquíferos. A água que não

infiltrou escoa pela superfície até encontrar rios, lagos ou o mar onde o ciclo é reiniciado.

A retenção natural do solo desempenha importante papel no resultado da relação

chuva por volume superficial. Ela atua facilitando a infiltração e colabora para o

retardamento da elevação do nível das águas nas calhas dos rios e a redução dos volumes

disponíveis para os escoamentos superficiais (COSTA, 2001).

2.2 Impactos da urbanização no ciclo hidrológico

A urbanização faz com que a população se concentre em áreas menores e isso

aumenta a competição por recursos naturais (Solo e água) e destrói parte da

biodiversidade natural.

“O meio formado pelo ambiente natural e pela população

(socioeconômico urbano) é um ser vivo e dinâmico que gera um

conjunto de efeitos interligados que, sem controle, pode levar a

cidade ao caos.” (TUCCI, 2012)

2.2.1 Formação das cheias

A formação de cheias é um evento natural dos rios que pode ser intensificada pela

ação do homem. Este, ocupando o ambiente onde antes era natural faz com que o

coeficiente de Runoff seja aumentando significativamente onde a infiltração das águas da

chuva é reduzida e o escoamento superficial aumentado. Ao se retirar a vegetação natural,

sem as raízes das árvores que são grandes responsáveis pela fixação do solo, o processo

12

de erosão aumenta, conduzindo à instabilidade e ao deslizamento (COSTA, 2001). Dessa

forma, aumenta a instabilidade do terreno podendo até mesmo ocorrer o escorregamento

de construções existentes.

As alterações feitas no terreno como novas vias de tráfego, aterro de locais mais

baixos e aumento da impermeabilização do solo, contribuem para a mudança dos padrões

de drenagem e a diminuição da retenção natural.

A rotina das pessoas atingidas pela inundação é alterada pois não é possível manter

a normalidade do dia-a-dia com a ocorrência acima de certa altura de inundação (altura

essa que será discutida ainda neste trabalho). Comércio, transporte, coleta de lixo, todos

os serviços que dependem das vias são diretamente afetados incluindo a ajuda a

desabrigados.

Se as inundações forem associadas à grandes declividades no terreno, há a

formação de enxurradas. Estas aumentam o poder destrutivo da água devido à velocidade

que ela alcança, podendo arrastar pessoas, veículos e todo tipo de objeto que estiver em

seu caminho.

O aumento da impermeabilização de superfícies e a implantação de rede de

drenagem podem aumentar as vazões máximas de um evento de chuva em até 6 vezes

(LEOPOLD, 1968) como podo ser observado na Figura 2-2.

13

Após o escoamento das cheias no meio urbano, ainda surgem alguns efeitos

indiretos como as doenças infecciosas. A água pode se misturar ao esgoto e ao lixo, além

de poder carregar fezes e urina de animais e tudo isso pode contaminar cisternas. Pode

ocorrer também o contato direto das pessoas com a água contaminada contribuindo para

a transmissão de doenças.

2.2.2 Efeitos da urbanização

Desde o início das aglomerações urbanas tem-se notícias de inundações. Quando

as águas dos rios superam a cota de suas margens ou as galerias pluviais superam sua

capacidade de escoamento, nas cidades, ocorrem as inundações urbanas.

Na medida que o solo é impermeabilizado pela população e aumenta a velocidade

do escoamento através de condutos e canais, a quantidade de água que chega ao mesmo

Figura 2-2. Resultado da impermeabilização do solo. (COSTA, 2001)

14

tempo no sistema de drenagem aumenta, produzindo inundações mais frequentes do que

as que existiam quando a superfície era permeável e o escoamento se dava de forma

natural (Figura 2-3).

A intensidade da inundação depende diretamente do quanto as áreas de várzea

estão ocupadas pela população, da impermeabilização e da rede de drenagem.

A primeira alternativa para drenagem das águas da chuva tende a ser aquela que

faz o escoamento pluvial se afastar o mais rápido possível das áreas urbanas

15

Figura 2-3. Hidrogramas típicos do processo de urbanização. (COSTA, 2001)

16

2.2.3 Consequências da inundação

Os problemas causados pelas inundações dependem não só do quanto a área

atingida se mostra frágil, em função do tipo de ocupação e uso do solo, da drenagem, das

condições sanitárias das comunidades e da infraestrutura de saneamento básico, como

também, da vulnerabilidade física dos investimentos públicos, privados, àqueles do setor

produtivo e da importância da área como acesso a outras regiões economicamente ativas.

Nas áreas urbanas, as consequências são as mais diversas.

Consequências decorrentes de chuvas intensas não seriam muitas vezes calamitosas, se

houvesse melhor aproveitamento do espaço físico e geográfico antes de ser ocupado e se

fossem respeitadas as necessidades naturais dos rios.

Três principais fatores responsáveis pela deterioração do ambiente de uma bacia

hidrográfica urbanizada são citados por Leopold (1968).

• Instabilidade do canal – Onde a mudança no regime se escoamento dos cursos de água

altera a estabilidade do canal ficando com as margens mais instáveis e fundo

assoreado

• Acúmulo de lixo nos canais e nas planícies

• Desequilíbrio da biota aquática - Aumento de nutrientes favorecendo o crescimento

de algas, aumento da turbidez da água, geração de odores desagradáveis e

consequentemente diminuição do número de espécies de peixes.

2.3 Drenagem urbana

Neste subitem será apresentado as principais características de um sistema de drenagem

urbana convencional e de um sistema de drenagem urbana sustentável.

17

2.3.1 Sistemas de drenagem urbana

“Tradicionalmente, o sistema de drenagem é definido como o

conjunto de elementos interligados em um sistema, destinado

a captar as águas pluviais precipitadas sobre uma região,

conduzindo-as, de forma segura, a um destino final.”

(MIGUEZ, et al., 2015).

Objetivo do sistema:

➢ Reduzir a exposição da população e das propriedades ao risco de inundações bem

como reduzir o nível de danos causados.

➢ Articular-se com o projeto de desenvolvimento urbano e a ocupação do solo, de

forma a assegurar medidas corretivas compatíveis comas metas e os objetivos

definidos para a região.

➢ Minimizar alterações hidrossedimentológicas, reduzindo não só alterações

hidrológicas que revertem em aumento do risco de inundações, mas também

problemas de erosão e sedimentação, que revertem em desequilíbrios morfológicos.

➢ Preservar as várzeas não urbanizadas, sempre que possível, numa condição que

minimize as interferências com o escoamento das vazões de cheias, com a sua

capacidade de armazenamento e com os ecossistemas aquáticos e terrestres de

especial importância.

➢ Promover a utilização das várzeas, quando necessário, para atividades de lazer e

contemplação, em harmonia com a manutenção das funções ecossistêmicas fluviais

e compondo paisagens multifuncionais.

➢ Proteger a qualidade ambiental e o bem-estar social.

Drenagem Urbana Convencional

Podemos dividir as medidas de controle de inundações em macrodrenagem e

microdrenagem. A macrodrenagem é composta por rios, córregos, canais e grandes

galerias. A microdrenagem é formada pelos loteamentos e áreas públicas que são o

18

caminho das águas até que estas cheguem à rede de macrodrenagem. Fazem parte dela as

ruas, sarjetas e galerias, por exemplo.

Tendo em vista essa divisão, podemos partir ao necessário para o desenvolvimento

de um projeto de controle de cheias tradicional. Simons (1977) evidencia que fazem parte

do projeto de controle de inundações medidas estruturais e não estruturais. As medidas

estruturais são alterações diretas nos elementos da drenagem urbana.

Já as medidas não estruturais procuram compatibilizar a relação entre a cidade e

os eventos de inundação. Fazem parte delas a preservação da cobertura vegetal, a

regulamentação do uso do solo e zoneamento das áreas de inundação, construções à prova

de inundações, seguro-inundações, sistema de previsão e alerta de inundações e educação

ambiental.

Drenagem Urbana Sustentável

Há um outro tipo de abordagem para soluções de drenagem urbana que está

relacionada ao conceito de Sistema de Drenagem Urbana Sustentável. Neste caso, leva-

se em conta no processo de concepção do sistema de drenagem, a visão de

desenvolvimento sustentável, ou seja, os impactos das soluções de drenagem não devem

ser transferidos no espaço ou no tempo, assim como devem ser previstas medidas que

reduzam os efeitos negativos da urbanização no ciclo hidrológico.

Além de contribuir para o desenvolvimento sustentável, os sistemas de drenagem

podem ser desenvolvidos para melhorar o traçado urbano, melhorando o ambiente

construído. O SUDS (Sustainable Urban Drainage System) visa a redução dos problemas

de qualidade e quantidade, além da maximização das oportunidades de revitalização do

espaço urbano e incremento da biodiversidade (CIRIA, 2007).

No sistema de drenagem urbana sustentável procura-se se aproximar ao máximo o

ciclo hidrológico das características que este tinha antes do processo de urbanização

(Figura 2-4). São feitas pequenas intervenções ao longo da bacia hidrográfica que

substituem, em parte, o sistema tradicional de drenagem urbana. Segundo o Manual de

Sistema de Drenagem Sustentável (CIRIA, 2007), os elementos básicos de projetos de

SUDS são:

19

• Faixas de filtração

• Valas de infiltração

• Bacias de infiltração

• Bacias de retenção

• Bacias de detenção

• Charcos artificiais

• Trincheiras de filtração

• Dispositivos de infiltração

• Pavimentos permeáveis

• Telhados verdes

20

Figura 2-4. Exemplo de intervenção de Drenagem Urbana Sustentável. (COSTA, 2001)

21

2.4 Bacias de detenção

Dentre os dispositivos citados anteriormente como elementos da drenagem

sustentável, o presente trabalho visa simular a implantação de bacias de detenção. Bacias

estas que possuem a função de amortecer as vazões de pico redistribuindo o volume no

tempo. (Figura 2-5).

Figura 2-5. Diferença no comportamento do escoamento com e sem Bacias de Detenção.

(Adaptado de Tucci, et al., 2003)

Estas bacias de detenção são “secas” e só são ocupadas por águas em momentos

chuvosos e por um curto período de tempo depois da chuva, com a ordem de grandeza de

tempo de algumas horas. Elas não resolvem o problema do aumento de volume de chuva

gerado pela impermeabilização, mas ajudam a manter o rio com uma cota máxima mais

baixa, diminuindo os efeitos negativos das inundações.

Outra característica dos reservatórios de detenção é minimizar o impacto

hidrológico da redução da capacidade de armazenamento natural da bacia

hidrográfica.

22

Mascarenhas et al (2005) fazem as seguintes observações quanto à implantação de

estruturas de controle em lotes:

• Mitiga alguns impactos negativos do desenvolvimento urbano, resgatando parte do

volume natural de armazenamento, agindo na fonte do escoamento e não

simplesmente transferindo os problemas da urbanização para jusante.

• Em algumas condições hidrológicas, o armazenamento em regiões mais baixas da

bacia pode aumentar as inundações, através da combinação dos picos de

hidrogramas

• É um sistema justo, uma vez que impõe uma parte da responsabilidade do controle

em quem urbanizou uma área e tirou benefício disto.

• Imposição de obrigações e responsabilidades aos proprietários.

• Estabelecimentos de regras de operação simples e eficientes, desde que se leve em

conta o controle da qualidade para o aproveitamento da água pluvial.

• Pequeno efeito na remoção de poluentes transportados pela chuva, sendo esse efeito

ligado mais aos sólidos em suspensão.

• Difícil fiscalização pelas autoridades governamentais, uma vez que as intervenções

são extensivamente distribuídas pela bacia e em propriedades privadas.

• Difícil sensibilização e aceitação dos proprietários de lotes nas partes altas da bacia

a instalar as estruturas, uma vez que não costumam sofrer os efeitos diretos das

inundações.

Dentre as vantagens deste tipo de reservatório podemos listar:

Custos relativamente baixos de implantação, operação e manutenção;

➢ Facilidade de administrar a construção;

➢ Possibilidade de integrar soluções urbanísticas e paisagísticas com o controle de

enchente.

Como desvantagens dos reservatórios de detenção, pode-se citar:

➢ Dificuldade de achar locais adequados;

23

➢ Custo de aquisição da área;

➢ Reservatórios maiores têm oposição por parte da população.

A Figura 2-6 mostra a diferença entre um sistema de drenagem convencional e o de

drenagem sustentável e seus respectivos hidrogramas.

Figura 2-6. Diferença entre os hidrogramas dos sistemas de canalização e reservação. (CANHOLI,

2015)

24

A descarga do volume acumulado no reservatório se dá normalmente através de

descarga de fundo ou de bombeamento. Devido à conservação de massa, este fenômeno

pode ser descrito:

QE - QS = 𝑑𝑉

𝑑𝑡

Sendo:

QE = vazão de entrada no reservatório

QS = vazão de saída do reservatório

dV = variação de volume

dt = variação de tempo

Quando reservatório está enchendo, tem-se que dV/dT > 0. Então, pela expressão

acima, QS < QE, que evidencia que há uma atenuação no hidrograma de cheia desta bacia.

Por outro lado, quando o reservatório está esvaziando, dV/dT < 0, assim, tem-se que QS

> QE.

O reservatório poderá ser revestido em concreto ou não ter revestimento algum

(terreno natural ou gramado). Neste último caso, há a vantagem de facilitar a infiltração

no solo, aumentando o desempenho do dispositivo. Mas, em contrapartida, o reservatório

não revestido é normalmente mais raso, em função da necessidade do fundo do

reservatório estar acima do lençol freático, sob pena de diminuir o volume útil,

necessitando assim de áreas maiores, difíceis de serem encontradas em áreas urbanas.

Além disso, as estruturas não revestidas necessitam de taludes de escavação mais suaves,

aumentando a demanda por áreas ainda maiores, e terão uma manutenção muito mais

difícil.

2.4.1 Tipos

Existem dois tipos principais de bacia de detenção. As abertas (Figura 2-7) e as

fechadas (Figura 2-8). Estão descritas a seguir a diferença entre elas.

25

Bacia de detenção aberta:

As bacias abertas podem ser praças, pistas de skate, campos de futebol, dentre

outras utilidades sendo rebaixadas abaixo no nível do terreno de tal forma que recebam a

água da chuva e faça o armazenamento temporário dela devolvendo-a aos corpos hídricos.

Com isso o local tem a dupla função de lazer e armazenamento da água. Devendo ser

observada a manutenção para que se mantenha a limpeza do local levando em conta os

possíveis sedimentos e lixo carregados pela água.

Bacia de detenção subterrânea

Neste caso, a bacia ficaria abaixo de uma laje de concreto onde seria possível a

criação de uma praça ou áreas de laser. Assim, a manutenção de limpeza poderia ser feita

com uma frequência menor quando comparada com o exemplo anterior, mas dificultaria

um pouco a conservação dos orifícios de entrada e saída do reservatório devido ao acesso.

Este tipo bacia tem o custo mais elevado quando comparada ao modelo aberto.

Figura 2-7. Bacia de Detenção incorporada ao ambiente urbano

26

Nem sempre é fácil alocar áreas para a implantação de reservatórios de detenção.

Normalmente, eles são projetados em áreas públicas e abaixo de estacionamentos.

Tanto o modelo aberto quanto o subterrâneo necessitam de manutenção quanto ao

material depositado no fundo. Essa manutenção evitará a diminuição do volume de

armazenamento com o passar do tempo. Outra preocupação é com as redes de serviços

públicos que possam já estar alocadas no subsolo, como os de energia, água e esgoto

tendo que ser feito seu remanejamento.

A incorporação de funções múltiplas fica evidente ao se analisar a evolução

mundial de utilização das obras de detenção em centros urbanos. (CANHOLI, 1995)

2.5 Riscos de projeto

A Tabela 2.5 representa, como referência geral, a relação dos períodos de retorno,

baseados nos critérios observados em Tucci (2003) normalmente adotados para projetos

de sistemas de micro e macrodrenagem.

Figura 2-8. Bacia de Detenção – Tijuca/RJ. (CASSIANO, 2015)

27

Tabela 2-1 Tempo de recorrência em anos. (TUCCI, et al., 2003)

O risco de excedência, ou risco de falha (PTR), em porcentagem, de uma obra de

proteção dimensionada para uma vazão ou volume com recorrência igual a TR, prevista

para operar n anos, é definido por:

PTR = 100[1 – (1 – 1

TR )]

n

Por meio dessa relação pode-se verificar que, para uma recorrência de projeto de

10 anos, num período de 20 anos, por exemplo, a probabilidade da vazão de projeto ser

igualada ou superada é de cerca de 88%.

Sistema Característica Intervalo Valor frequente

Microdrenagem Residencial 2 – 5 2

Comercial 2 – 5 5

Áreas de prédios Públicos 2 – 5 5

Aeroporto 5 – 10 5

Áreas comerciais e avenidas 5 – 10 10

Macrodrenagem 10 – 25 10

Zoneamento de

áreas ribeirinhas 5 – 100 100

28

3 MEDIDAS DE DETENÇÃO DOS ESCOAMENTOS

“Medidas estruturais são fundamentais quando problemas de

inundações estão instalados, no intuito de se reverter e

controlar a situação existente.” (MIGUEZ, et al., 2010)

3.1 Componentes de um reservatório de detenção

Na Figura 3-1 e

Figura 3-2 observa-se o exemplo de um esquema de um reservatório de detenção fechado

e aberto respectivamente.

Figura 3-1. Reservatório fechado revestido de concreto armado. (TUCCI, et al., 1995)

29

Figura 3-2. Reservatório aberto revestido com grama. (TUCCI, et al., 1995)

Esses reservatórios de detenção possuem, basicamente, os seguintes elementos:

A entrada de água do reservatório, podendo esta contar com dispositivos de gradeamento

e desarenação, recebendo águas derivadas de galerias ou captadas diretamente do

escoamento superficial

Área de armazenamento temporário da água

Dois tipos de saída de água – uma delas sendo um orifício no nível do fundo da bacia de

detenção para o escoamento do volume de água amortecido e a outra sendo na cota de

vertimento dessa bacia para os casos em que o volume que entra supere a capacidade da

bacia.

A água percorre diversos componentes antes de chegar ao reservatório, iniciando

no bueiro, passando por ranhuras longitudinais, caixas de desvio, gradeamentos, vertedor

e galerias. E, finalmente, voltam ao leito do rio pelo orifício de saída ou pelo vertedor,

neste último caso, se o volume de água superar a sua cota máxima de armazenamento e

extravasar.

3.1.1 Reservatório multifuncional

As vazões que escoam pelo orifício de entrada retangular e pela superfície do

terreno chegam até o reservatório de detenção. O reservatório da figura 3-3 é

multifuncional, pois em períodos chuvosos tem a função de amortecimento de cheias e

em épocas de estiagem serve como área de lazer, podendo se localizar em áreas públicas

como parques ou, como no caso da proposta desta dissertação, em praças.

30

Figura 3-3. Bacia de Detenção Multifuncional. (MARTINS, 2015)

O reservatório multifuncional é um exemplo de aplicação da drenagem urbana

sustentável, pois garante a integração entre sociedade, ecossistema natural e sistema

urbano artificial. Porém deve-se atentar para a manutenção da limpeza para seu bom

funcionamento tanto amortizando as cheias quanto como área de lazer. Esta precisa ajudar

a garantir o bom funcionamento da estrutura.

Esses reservatórios de detenção permanecem secos na maior parte do tempo,

recebendo aporte de águas apenas nos dias de chuva de maior intensidade e que seriam

capazes de inundar as próprias ruas. Eles devem armazenar o escoamento superficial e

liberar, aos poucos, através de pequeno orifício de saída, as vazões a jusante

31

4 METODOLOGIA

É importante ressaltar que, neste estudo, a implantação de bacias de detenção se deu

visando o aproveitamento máximo da diferença de cota em que se encontra o rio à

montante e à jusante da localização da bacia de detenção de tal forma que não seja preciso

se utilizar de bombas para esvaziar a bacia após o uso. Com isso a manutenção se dará de

forma mais econômica e menos frequente.

Mas escolher esse tipo de intervenção também limita o volume de água que pode ser

amortizado da cheia dos rios. Por isso não se espera que as bacias aqui simuladas

resolvam todos os casos de inundações ensaiados e sim que sejam mitigados a ponto de

se obter uma diminuição significativa da cota de inundação e para isso não seja preciso

um grande investimento monetário.

4.1 Caracterização da bacia hidrográfica

A Bacia de estudo possui 208,3 km² e envolve os rios Bengalas, Dantas, Santo

Antônio e Cônego. As cotas do terreno variam de 840 a 1810 metros com vales

encaixados e população urbana predominantemente morando ao redor do trajeto do rio.

32

Figura 4-1. Visão superior da área de estudo - Bacia do Rio Bengalas. (GOOGLE EARTH,

2018)

4.1.1 Base de dados

Para este trabalho foi utilizada a seguinte base de dados:

• Medições de chuvas dos postos Fazenda São João, Vargem Grande, Teodoro de

Oliveira e Cascatinha do Cônego do dia 25/12/2011 para calibração do modelo.

• Curvas de nível da topografia da região com intervalos de 1, 5 e 10 metros

• Imagens de satélite disponíveis através do programa Google Earth

33

• Estudo anterior da bacia da região realizado no Laboratório de Hidráulica

Computacional da UFRJ

• Coeficientes hidráulicos definidos em Miguez (2005)

Coeficientes hidráulicos utilizados na simulação:

• Runoff – Variando de 0,1 a 0,7 de acordo com o grau de urbanização da célula

desenhada. Onde 0,1 é floresta virgem e 0,7 urbanização densa.

• Manning – Variando de 0,02 a 0,08 levando-se em consideração o material

envolvido(Solo, rocha ou pedregulho), grau de irregularidade (Liso, pequeno,

moderado ou severo), Variações da seção transversal (Gradual, Alternâncias

ocasionais ou frequentes), efeito de obstruções (Desprezível, pequeno, apreciável

ou severo), vegetação (Baixa, média, alta ou muito alta) e o grau de meandrização

(Pequeno, Apreciável ou severo).

• Vertedor – Foi utilizado 0,013 como padrão por ter se comportado semelhante ao

original medido.

Para a divisão em sub-bacias levou-se em conta a topografia do local, através de

curvas de nível e imagens de satélite. Outro aspecto levado em conta foram as

características do uso do solo. No software ArcGis (2017), a área de cada sub-bacia pôde

ser calculada automaticamente. Em seguida atribuiu-se uma cota a cada subdivisão

definida de acordo com a localização do centro delas e lidas nas curvas de nível.

Foram então atribuídas ligações entre as essas subdivisões de acordo com a

característica do fluxo da água entre cada uma delas.

Para a calibração foram inseridas todas as informações até aqui apresentadas em relação

à bacia de estudo em um outro software chamado MODCEL (Miguez, 2001) que será

explicado no item 4.2 deste trabalho.

Na calibração busca-se que a versão digital da bacia que está sendo modelada

corresponda aos resultados de variação na cota dos rios medidas no próprio rio

disponibilizados pelo Sistema de Alerta do INEA (Instituto Estadual do Ambiente).

34

4.2 Modelo adotado para simulação de chuvas na bacia do rio bengalas -

MODCEL

O MODCEL é um programa baseado em um modelo de células urbanas no qual

utiliza processos hidrológicos e em uma representação espacial que interliga o fluxo de

água superficial em canais e galerias subterrâneas (MIGUEZ, 2001).

“A bacia é subdividida em diferentes células interligadas entre

si e o escoamento entre as células é calculado por equações

hidráulicas unidimensionais definidas de acordo com o padrão

topográfico e de urbanização da região, através de relações

hidráulicas unidimensionais, id est, equações de vertedor, de

orifício, de Saint-Venant, e outras.” (REZENDE, 2010)

Aplicação do modelo de células em bacias urbanas de acordo com Miguez (2001):

A natureza pode ser representada por compartimentos homogêneos, interligados,

chamados células de escoamento (Figura 4-2).

35

Figura 4-2. Divisão por células e interações do MODCEL. (MIGUEZ, 2017)

2. Na célula, o perfil da superfície livre é considerado horizontal, a área desta superfície

depende da elevação do nível d'água no interior da mesma e o volume de água contido

em cada célula é diretamente relacionado com o nível d'água no centro da célula.

3. Cada célula comunica-se com células vizinhas, que são arranjadas em um esquema

topológico, constituído por grupos formais, onde uma célula de um dado grupo só pode

se comunicar com células deste mesmo grupo, ou dos grupos imediatamente posterior ou

anterior.

4. O escoamento entre células pode ser calculado através de leis hidráulicas conhecidas

como, por exemplo, a Equação Dinâmica de Saint-Venant.

5. A vazão entre duas células adjacentes, em qualquer tempo, é apenas função dos níveis

d’água no centro dessas células.

6. As seções transversais de escoamento são tomadas como seções retangulares

equivalentes, simples ou compostas.

36

7. O escoamento pode ocorrer simultaneamente em duas camadas, uma superficial e outra

subterrânea, em galeria, podendo haver comunicação entre as células de superfície e de

galeria.

Segundo Miguez (2001), no modelo de células podemos definir cada divisão de

espaço em:

• de rio, ou canal – Células usadas para simular o fluxo principal de canal aberto que

pode ser simples ou composta.

• de galeria subterrânea – Funcionam como complemento da rede de drenagem;

• de planícies urbanizadas – Usadas para representar o fluxo de superfície livre em

várzeas urbanas e áreas de armazenamento ligadas por ruas.

• de planícies naturais – São semelhantes às anteriores, porém são prismáticas e não

possuem urbanização e pode ter uma área de armazenamento associada

• de reservatório – Usadas para simular o armazenamento de água

Após definir o tipo de célula a ser utilizado em cada região, passa-se a definir o tipo

de ligação entre essas células que podem ser:

✓ Ligação Tipo-Rio

✓ Ligação Tipo-Planície

✓ Ligação Tipo-Transição Canal/Galeria (entrada e saída de galerias)

✓ Ligação Tipo-Galeria sob Pressão

✓ Ligação Tipo-Vertedouro

✓ Ligação Tipo-Orifício

✓ Ligação Tipo-Descarga de Galeria em Rios ou Canais Principais

✓ Ligação Tipo-Bueiros

✓ Ligação Tipo-Equação Cota x Descarga (para estruturas especiais calibradas em

modelo reduzido)

✓ Ligação Tipo-Bombeamento

✓ Ligação Tipo-Comporta FLAP

37

A modelagem por meio de células de escoamento começa pela análise da região

com levantamentos e plantas topográficos, aerofotogrametrias, imagens de satélite e

visitas de campo, entre outras fontes de informações disponíveis (REZENDE, 2010).

Após essa análise faz-se a divisão da bacia em células de acordo com as

características urbanísticas e topográficas do local. Seguindo-se então para a ligação entre

essas células montando-se uma rede entre elas. Na Figura 4-3 e Figura 4-4 são

apresentadas as etapas da modelagem hipotética de uma área, desde a topografia até a

divisão por grupos.

Figura 4-3. Exemplo de divisão de células. (MIGUEZ, 2001)

38

Figura 4-4. Esquema e grupos do modelo de células. (MIGUEZ, 2001)

4.3 Estudos hidrológicos

4.3.1 Cotagrama

Para os cálculos deste trabalho foram utilizados os seguintes pontos de medição

de cota dos rios: Olaria (Figura 4-5), Ypu (Figura 4-6), Suspiro (Figura 4-7), Venda das

Pedras (Figura 4-8) e Conselheiro Paulino (Figura 4-9). Com os dados de um evento de

chuva nesses pontos, foi possível calibrar o modelo para que este respondesse de forma a

simular as condições reais da bacia. A chuva utilizada foi medida no dia 25/12/2011.

Figura 4-5 Cotagrama do posto de medição Olaria

39

Figura 4-6 Cotagrama do posto de medição Ypu

Figura 4-7 Cotagrama do posto de medição Suspiro

40

Figura 4-8 Cotagrama do posto de medição Venda das Pedras

Figura 4-9 Cotagrama do posto de medição Conselheiro Paulino

4.3.2 Calibração

Ao longo do processo de calibração, foram comparadas as medições de nível

d'água registradas durante a ocorrência do evento com as respostas do modelo, até que se

chegasse a uma semelhança aceitável entre os dois como visto nas figuras 4-10. 4-11, 4-

12, 4-13 e 4-14.

41

Figura 4-10 Calibração do posto de Olaria

Figura 4-11 Calibração de Ypu

Figura 4-12 Calibração de Suspiro

42

Figura 4-13 Calibração de Venda das Pedras

Figura 4-14 Calibração de Conselheiro Paulino

Após o processo de calibração, o modelo é considerado apto a simular com

precisão aceitável diferentes eventos de chuvas intensas.

4.3.3 Hietograma de Projeto

Foi utilizada, neste trabalho, a equação Clássica de Chuvas Intensas (IDF) para a

estimativa do evento de chuva dos tempos de recorrência de 2, 5, 10 e 25 anos. Onde:

I=intensidade

D=duração

F=frequência

43

Cada localidade possui parâmetros diferentes que podem ser definidos onde

houver postos pluviométricos com os dados necessários.

Para a obtenção do hietograma utilizou-se do programa HIDROFLU através da

inserção dos parâmetros do local (A,B,C e K), tempo de recorrência desejado, Duração

da chuva, intervalos de tempo, subdivisões de intervalo de tempo, tipo de distribuição

temporal(Adotado a Bureau of Reclamation), método de separação de chuva efetiva

(Adotado o Racional), Coeficiente de Runoff, e tempo de concentração da bacia

Complementando a entrada de dados necessários para a elaboração da chuva de

projeto, devem ser definidos pelo usuário a Duração da Chuva, em minutos; o Número

de Intervalos de Tempo da chuva e o Número de Subdivisões do Intervalo de Tempo,

para uma melhor discretização do hidrograma que será gerado na etapa seguinte. Nesta

mesma etapa, deve-se definir também como será feita a Distribuição Temporal da Chuva,

para o caso da geração da chuva de projeto a partir de uma das equações de chuvas

intensas disponíveis (REZENDE, 2010).

O Método do Bureau of Reclamation redistribui as alturas de chuva em diferentes

intervalos de tempo, até completar a duração da chuva de projeto. As chuvas são

distribuídas de forma que o maior valor fique no intervalo de tempo central, e as demais

precipitações são alocadas, alternadamente, nos intervalos de tempo seguintes, em ordem

decrescente.

44

Na Figura 4-15 tem-se a distribuição do método Bureau of Reclamation para os

tempos de recorrência de 2, 5, 10 e 25 anos:

Figura 4-15 Hietograma dos tempos de recorrência de 2, 5, 10 e 25 anos.

Uma a uma, essas chuvas foram testadas no modelo antes e depois da implantação

hipotética de bacias de detenção.

4.3.4 Diagnóstico da Situação Atual

Caso essas chuvas ocorressem na cidade de Nova Friburgo, teríamos manchas de

alagamento semelhantes às fornecidas pelo modelo. Segue abaixo as manchas de

alagamento na cidade para os TR’s de 2 (Figura 4-16), 5 (Figura 4-17), 10 (Figura 4-18)

e 25 anos (Figura 4-19) respectivamente:

45

Figura 4-16. Tempo de recorrência de 2 anos


46



47

4.3.5 Projeto Proposto

Para a mitigação dos efeitos de inundação procurou-se simular a implantação de

bacias de detenção em áreas públicas, como praças e campos de futebol e áreas

desocupadas.

Como resultado disso foram inseridas no modelo 15 bacias (Figura 4-20) em

planícies localizadas ao longo dos rios estudados. Apenas 13 bacias mostraram que

efetivamente ajudariam a diminuir os alagamentos. Nesse trabalho trataremos delas com

os codinomes inseridos no modelo como 7001, 7001, 7003, 7004, 7005, 7006, 7008,

7009, 7010, 7011, 7012, 7013 e 7014. As bacias 7007 e 7015 são as que não contribuíram

e foram descartadas.

Figura 4-20. Localização das bacias hipotéticas

Segue na tabela 4-1 os valores de área, cota e volume máximo de cada bacia de

detenção simulada.

48

Tabela 4-1 Valores de área, cota e volume de cada reservatório

Bacia Área(m²) Cota máxima de

água(m) volume(m³) Volume(l)

Piscinas

olímpicas

7001 27097,15 2,00 54194,31 54194308,00 21,68

7002 7809,85 1,20 9371,82 9371820,00 3,75

7003 2400,02 3,00 7200,05 7200048,00 2,88

7004 2228,70 2,00 4457,41 4457406,00 1,78

7005 8287,54 2,00 16575,07 16575074,00 6,63

7006 11561,06 5,00 57805,32 57805320,00 23,12

7008 1895,87 2,00 3791,75 3791748,00 1,52

7009 18698,59 1,00 18698,59 18698591,00 7,48

7010 3903,73 3,00 11711,19 11711190,00 4,68

7011 6708,01 9,00 60372,08 60372081,00 24,15

7012 6817,22 2,50 17043,05 17043047,50 6,82

7013 2092,00 1,50 3138,00 3137995,50 1,26

7014 2805,66 9,00 25250,92 25250922,00 10,10

A nível de comparação, a bacia com o maior volume calculado é a de número

7011 com 60 milhões de litros de armazenamento. Esse valor é semelhante ao reservatório

da Tijuca mostrado na Figura 2-8acima com 58 milhões de litros (Figura 2-8. Bacia de

Detenção – Tijuca/RJ.

O gráfico com os valores da tabela 4-1 encontra-se na figura 4-21.

49

Figura 4-21 Relação entre Profundidade x Área x Volume das bacias de detenção hipotéticas

4.3.6 Resultados obtidos após a implantação das bacias:

Na figura 4-22 à figura 4-34 tem-se os resultados de simulação do uso das bacias

de detenção projetadas neste trabalho onde pode-se constatar o nível de água em cada

bacia. Essas informações servem para constatar que os orifícios de entrada e saída foram

projetados de tal forma a se evitar o extravasamento de água pelo vertedor de cada bacia

de detenção.

50


tempos de recorrência



51





52





53





54


tempos de recorrência.



55





56



Nas figuras 4-35, 4-36, 4-37 e 4-38 são mostrados o quanto as bacias contribuiriam

para a diminuição das cotas de alagamento em cada célula afetada na região nos tempos

de recorrência de 2, 5, 10 e 25 anos respectivamente onde:

• “Diferença” Significa o quanto as bacias diminuíram a cota de água nas células

citadas no eixo horizontal do gráfico.

• “Com” são as estimativas feitas com a utilização das bacias

• “Sem” são as estimativas feitas sem as bacias.

57

Figura 4-35 Nível de alagamento para as células afetadas por inundação com um TR de 2 anos

com e sem bacias de detenção



58





Nas figuras 4-39, 4-40, 4-41 e 4-42 estão apresentados os resultados das manchas

de inundação para os TRs de 2, 5, 10 e 25 anos respectivamente após a inserção das bacias

de detenção na modelagem computacional.

59

Figura 4-39 Manchas de inundação para um TR de 2 anos com o uso das bacias de detenção

hipotéticas


hipotéticas

60


hipotéticas


hipotéticas

61

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Este estudo mostra que é possível melhorar as condições de vida da população

urbana em relação às frequentes inundações que assolam as cidades. Com algumas

intervenções relativamente de baixo investimento obtém-se a diminuição das cotas de

inundações e consequentemente a diminuição de perdas materiais, diminuição do

transtorno causado nos transportes públicos devido à ocupação da água das vias de acesso

e diminuição dos casos de doenças dentre outros benefícios.

Pode-se observar também que as bacias de detenção descritas têm maior efetividade

nas chuvas de tempos de recorrência menores e pouca efetividade nas maiores.

Recomenda-se que para grandes tempos de recorrência seja feito um estudo utilizando-se

profundidades maiores de bacias de detenção que se utilizem de bombas para esvaziar-

se. Embora, para estes casos se saiba que o valor de investimento inicial e o de

manutenção contínua aumentará significativamente.

Vale salientar também que a organização da cidade é fundamental para que os

cursos de água se mantenham o mais próximo possível de seu ciclo natural. A retificação

de rios, retirada da mata ciliar, impermeabilização dos solos fazem os picos de inundação

se tornarem maiores e mais frequentes. Por isso, em um bom planejamento urbano deve-

se incluir a drenagem urbana sustentável onde se busca amenizar as alterações do ser

humano no ciclo hidrológico.

É fato que esse tipo de preocupação no momento de se pensar o espaço urbano

dificulta o aproveitamento do terreno por construções (que normalmente é o que é mais

levado em consideração), mas sabendo que o ganho para o meio urbano será compensado

com o passar dos anos, a solução mostra-se extremamente atrativa. A qualidade de vida

em uma cidade pensada na natureza é consideravelmente maior do que a que não é.

Somos parte da natureza e por isso devemos trata-la da melhor forma possível, assim

estaremos assegurando um ambiente mais agradável e menos hostil para as futuras

gerações.

62

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