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23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

IX-001 – ESTUDO DO CONTROLE DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL COM O USO DE RESERVATÓRIO DE RETENÇÃO NA BACIA DO CÓRREGO

LAGOINHA, MUNICÍPIO DE UBERLÂNDIA - MG Eliane Aparecida Justino(1)

Engenheira Civil pela Universidade Federal de Viçosa. Mestre em Engenharia Urbana pela Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia (FECIV/UFU). Engenheira Civil da CRL Construtora. Doutoranda em Mecânica dos Fluídos da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Uberlândia (FEMEC/UFU). Ana Luiza Ferreira Campos Maragno

Engenheira Civil pela Universidade Federal de Uberlândia. Doutora em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Docente da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia. Laerte Bernardes Arruda

Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Uberlândia. Doutor em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Docente da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia. Endereço(1): Rua João Pereira da Silva, 138/01 - Uberlândia - MG - CEP: 38408-198 - Brasil - Tel: (34) 36622539 - Cel: (34)88066763 - e-mail: [email protected] RESUMO

O aumento da freqüência de ocorrência de enchentes nas cidades brasileiras nos últimos anos motivou o desenvolvimento deste trabalho, no qual é avaliada a eficiência de um reservatório de retenção, para controlar o aumento do escoamento superficial, efeito direto do crescimento descontrolado da malha urbana. Para simular os avanços da urbanização foi escolhida uma bacia hidrográfica na cidade de Uberlândia, sobre a qual foram construídos e analisados quatro cenários de ocupação distintos: pré-urbanização, atual, futuro I e futuro II. O reservatório de retenção adotado é do tipo centralizado e foi implantado na área central da bacia do Córrego Lagoinha. Para dimensionamento da estrutura de controle, foi considerado como referência o cenário de pré-urbanização. Os resultados obtidos na simulação mostraram que para um aumento de 54% de área impermeável, a vazão de pico pode sofrer um aumento de 59,40% sobre a vazão de pico do cenário de pré-urbanização. O que torna necessário o uso de medidas alternativas para o controle das cheias, uma vez que os sistemas de drenagem da bacia não comportam tal acréscimo. A estrutura de controle utilizada se mostrou eficiente na redução do pico dos hidrogramas de cheia para a bacia, em até 45,13%, e também permitiu um retardo de 30 minutos no tempo de pico da vazão. PALAVRAS-CHAVE: Reservatório de retenção, escoamento superficial, drenagem urbana, atenuação de vazão, controle centralizado. INTRODUÇÃO

A cidade de Uberlândia, localizada no Triângulo Mineiro, no Estado de Minas Gerais, encontra-se hoje em processo acelerado de urbanização, cujo controle ainda tem-se mostrado ineficaz, o que afeta grandemente o processo de drenagem de água pluvial. A falta de um planejamento adequado do uso e ocupação do solo pela malha urbana faz com que se tornem preocupantes os problemas relacionados com o escoamento superficial das águas de chuva, pois estes vêm provocando degradação ambiental, prejuízos sociais e econômicos, afetando conseqüentemente, a qualidade de vida das comunidades do município. Neste trabalho estudou-se a possibilidade de implantação de estruturas de controle centralizado, reservatório de retenção, na bacia do Córrego Lagoinha, analisando-se a influência deste instrumento de controle hidráulico na amenização do aumento de escoamento superficial. O reservatório proposto teve como finalidade principal reter temporariamente o volume excedente do escoamento superficial, permitindo que este seja transmitido de forma gradativa as áreas de jusante, após o evento da precipitação.

ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

mailto:[email protected]

23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental O trabalho foi executado em três etapas: Na primeira definiram-se os cenários em que seria simulado o escoamento e avaliado o sistema de detenção proposto, para isto foram levantadas todas as características atuais da bacia e foram feitas previsões futuras de ocupação. Na segunda promoveu-se a simulação do escoamento nos cenários propostos, por meio dos hidrogramas resultantes de cada situação, definindo o volume do reservatório de retenção. E na terceira etapa analisou-se o efeito do reservatório de retenção no escoamento superficial. Dos estudos realizados neste trabalho pode-se notar que para um aumento no índice de áreas impermeáveis, a vazão de pico pode sofrer aumentos substanciais quando comparada com a vazão de pico da área em seu estado natural. Diante deste acréscimo o Córrego Lagoinha se mostrou ineficiente para escoar as novas vazões provenientes da ocupação da área nos cenários previstos futuramente. A implantação do reservatório na área central da bacia em estudo se mostrou eficiente no amortecimento das vazões de pico, visto que, devolveu a bacia a capacidade natural de armazenamento, perdida com a urbanização. MATERIAIS E MÉTODOS

As informações, que compuseram a base de dados que possibilitou a execução deste presente trabalho foram obtidas por coleta de campo, técnica de estereoscopia e pesquisas bibliográficas. Depois de levantada as informações necessárias, essas foram utilizadas na simulação do escoamento nos cenários propostos, realizada através dos hidrogramas resultantes das duas situações: sem inserção do reservatório de retenção e com inserção dessa estrutura, por meio do Método SCS (Soil Conservation Service). As três etapas de trabalho serão descritas a seguir: PRIMEIRA ETAPA: ELABORAÇÃO DOS CENÁRIOS

A construção dos cenários consistiu-se no mapeamento da área de estudo para situações que se pretendia analisar. Para este estudo o objetivo foi o de analisar a área de testes em quatro situações: pré-urbanização, atual e futura I e futura II, nas quais o desenvolvimento urbano foi caracterizado pela quantidade de áreas impermeáveis da bacia. A bacia escolhida para execução deste estudo foi a Bacia do Córrego Lagoinha, que apresenta desde áreas quase sem urbanização até área de urbanização intensa na cidade de Uberlândia-MG. Esta bacia possui uma área de 20,91 km2 e todas as características da bacia foram estudas, uma vez que, estas eram importantes para o método utilizado para determinação dos hidrogramas e para montagem dos cenários. De posse do mapa topográfico da cidade de Uberlândia definiu-se a declividade média do álveo, por meio do quociente entre a diferença de cota de entrada e saída da bacia e a sua extensão, e também foi definido a declividade média da bacia utilizando-se o método de Horton, apresentado por Wilken (1978). As características geológicas da bacia foram definidas por consulta em estudos feitos por Costa (1986) e Nishiyama (1989). Os parâmetros hidrológicos da bacia definidos foram: coeficiente de escoamento superficial; período de retorno; intensidade de chuva; número de curva de runoff - CN do SCS e tempo de concentração. Os valores dos coeficientes de escoamento superficial foram encontrados através da porcentagem de impermeabilização do solo, seguindo o trabalho de Carlos E. M. Tucci publicado na revista Brasileira de Recursos Hídricos de janeiro/março de 2000, resumida por Tomaz (2002) onde o coeficiente de escoamento superficial é encontrado em função da área impermeável. Para a determinação do período de retorno a ser adotado foi considerado o tipo de utilização do reservatório atendendo sugestão de Chin apud Tomaz (2002). A intensidade da chuva foi determinada por meio de análise de freqüência, empregando-se as séries anuais, utilizando-se o método das relações de durações pela Distribuição de Gumbel, e também foi definida a distribuição temporal da chuva, onde se pode perceber que essa se assemelha muito à distribuição com 50% de probabilidade, no 1º quartil de duração proposta por Huff em 1978, conforme Tucci (1995). O número de


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental curva de runoff (CN) foi determinado considerando-se as características geológicas, o tipo de utilização ou cobertura do solo, segundo classificação Tucci (1993). O tempo de concentração foi obtido pela soma dos tempos de escoamento superficial direto, do escoamento no talveg e do escoamento nas tubulações dos trechos canalizados do córrego, durante o período chuvoso. O tempo do escoamento superficial direto foi determinado por meio das seguintes fórmulas empíricas: Califórnia Culverts Practice, Ven Te Chow e Picking, apresentadas por Freitas (1984). O cálculo do tempo de escoamento na calha fluvial e nas tubulações, durante o período de estiagem serviram de base nos processos iterativos, usados para a determinação do tempo de concentração. A determinação da velocidade do escoamento do Córrego Lagoinha, no período de estiagem, foi realizada pelo Método do Flutuador, segundo Azevedo Netto et al. (1998). Os tempos de escoamento nas tubulações, durante o período de estiagem foram encontrados pelo estudo da hidráulica dos canais, utilizando a equação de Manning e o conceito de energia específica, apresentados por Azevedo Neto et al. (1998). Para a determinação do tempo de concentração foram utilizadas inicialmente as vazões de pico, encontradas com os tempos de escoamento durante o período de seca, e para estas vazões foram determinadas as novas condições de escoamento para o Córrego e para as tubulações, permitindo o cálculo de novo tempo de escoamento para o período chuvoso, e assim sucessivamente. Neste processo a bacia foi dividida em cinco sub-bacias de acordo com o perfil 1ongitudianal do Córrego. Como a secção do córrego estava indefinida, foi considerado que o leito dos trechos 1 e 2 seriam compostos por gabiões com uma declividade das paredes de 2:3, nos trecho 4 e 5 de 1:4. Os trechos 3 e 6 são os trechos canalizados do córrego. Uma vez determinada a vazão de pico e somada à vazão de base, era determinada a altura do leito de gabiões ou a altura de lâmina d’água no conduto. Com a geometria adotada para o canal, pôde-se determinar a velocidade de escoamento, utilizando-se a equação da continuidade. O tempo de concentração da Bacia do Córrego Lagoinha foi determinado por meio do razão entre a extensão de cada trecho e a velocidade. Uma vez determinadas as características da bacia, passou-se a montagem dos cenários. Inicialmente definiu-se o local de implantação do reservatório de retenção, pois assim, teve-se condição de conhecer suas áreas de contribuição. Os termos considerados na escolha do local foram os seguintes: • A disponibilidade de espaço, por se tratar de uma Bacia já urbanizada, uma vez que se pretendia evitar

altos gastos com desapropriações de benfeitorias; • A capacidade da obra de interferir no amortecimento, sendo assim, procurou-se evitar espaço muito a

montante, que drena pouca área, tendo um efeito reduzido; • Baixo carregamento de resíduos sólidos, ou qualquer outro tipo de poluente durante o período chuvoso, o

que poderia causar maus odores e assoreamento do Reservatório, tendo em vista que este deverá manter uma lamina d’água permanente que será utilizada para embelezamento e/ou recreação.

Foram elaborados quatro cenários: o cenário de pré-urbanização; o cenário atual; o cenário futuro I e o cenário futuro II. O cenário de pré-urbanização foi elaborado para servir de referência na avaliação da eficiência hidráulica das estruturas de controle adotada. Nesse cenário, a Bacia do Córrego Lagoinha foi considerada sem ocupação e com cobertura vegetal típica da região. Ou seja, 100 % de sua área permeável. O cenário atual foi elaborado com intuito de retratar a ocupação atual da área de estudo. Para sua execução seria necessário utilizar ferramentas recentes, que por sua vez oferecessem uma precisão satisfatória. Assim sendo, o mais indicado foi a utilização de fotografias aéreas da área em estudo, as fotos aéreas mais recentes disponíveis encontradas foram do ano de 1997. O cenário futuro foi elaborado com intuito de retratar a ocupação prevista para a região a partir da Lei Complementar Nº 245 de 30 de novembro de 2000, que dispõe sobre o parcelamento e zoneamento do uso e ocupação do solo do Município de Uberlândia e revoga a Lei Complementar Nº 224 de 23 de dezembro de 1999 e suas alterações posteriores.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Na elaboração do cenário futuro manteve-se a situação do cenário atual para as áreas já loteadas, e nas áreas desocupadas da bacia foram criados novos loteamentos. Estes loteamentos ficaram definidos com lotes de 12 metros de largura por 30 metros de comprimento, que é a dimensão padrão dos lotes nesta região da cidade de Uberlândia, e também foi simulada a inserção de supermercados, escolas, e outros edifícios exigidos por lei, que ocupam áreas maiores. E para que o escoamento fosse simulado em fases diferenciadas de ocupação dos novos loteamentos, foram definidos dois cenários, com características apresentadas a seguir: • No Cenário Futuro I, as ruas estão pavimentadas, as edificações erguidas em uma taxa de ocupação de

60% do lote, e a porcentagem de impermeabilização do recuo e afastamento lateral são de 20% do total, o que dá um total de 80% de impermeabilização da área do lote.

• No Cenário Futuro II, as ruas estão pavimentadas, as edificações erguidas em uma taxa de ocupação de 60% do lote, e as áreas laterais e os recuos se apresentam impermeabilizadas, definindo como taxa correspondente à pavimentação da área livre a taxa de 80% de impermeabilização, o que leva a um total de 92% de impermeabilização da área do lote.

De acordo com artigo 13 da Lei Complementar Nº 245 de novembro de 2000, os loteamentos propostos tiveram que destinar ao município áreas mínimas, calculadas sobre a área total loteável, que foram as seguintes: i. 20 % para o sistema viário; ii. 10 % para área de uso institucional; iii. 7 % para área de recreação pública. O loteamento I ficou com uma área de 1.804.921 m2, das quais 360.984m2 são ocupados pelas ruas, 232.838 m2 são praças, 71.789 m2 são ferrovias e 1.139.310 m2 são lotes. O loteamento II ficou com uma área de 908.607 m2, das quais 181.721 m2 são ocupados pelas ruas, 87.435 m2 são praças, 639.450 m2 são lotes. Já o loteamento III é formado por dois condomínios fechados recentemente implantados na bacia do Córrego Lagoinha, o Royal Park e o Vila Real, e mais o restante das áreas adjacentes a estes, evidentemente respeitando o recuo destinado a área de preservação ambiental. Neste caso foi considerado que os condomínios fechados, também, teriam o tipo de ocupação proposto para o cenário I e II, sendo assim, o loteamento III ficou assim definido: • Condomínio fechado Royal Park com uma área de 179.373,74 m2, das quais 64721,36 m2 são ocupados

pelas ruas, 10.858,94 m2 são praças, 26183,74m2 são áreas institucionais, e 77.609,70 m2 são lotes. Cabe destacar que, o condomínio Royal Park apresenta uma área destinada ao sistema viário 80,41 % maior do que o exigido pela lei municipal, uma área 13,52% menor que o exigido para área de recreação e apresenta uma área de 14,60% de área institucional, apesar de esta não ser exigida por lei.

• Condomínio fechado Vila Real com uma área de 78.041,94 m2, das quais 21.429,77 m2 são ocupados pelas ruas, 6.381,07 m2 são praças, 3.001,08 m2 são áreas institucionais, e 47.230,04 m2 são lotes.

• O restante da área adjacente aos condomínios fechados Royal Park e Vila Real, que será chamado de Loteamento IIIa, foi loteado adquirindo uma área total de 2.757.444 m2, das quais 697.845,14 são ruas, 279.000 m2 são áreas institucionais, 157.719,19 m2 são praças, e 1.901.880 m2 são lotes.

Em cada loteamento foram identificados diferentes tipos de lotes, no que se refere às dimensões e tipo de ocupação. Os lotes tiveram uma taxa de ocupação de 60% para todos os loteamentos. Partindo do critério do plano Diretor de Desenvolvimento e Urbanização (PDDU), que estabelece para as Unidades Territorial Residenciais (UTR) da Zona Residencial tipo 2 (ZR2) uma taxa de ocupação máxima de 60 %, e, define em 3 m e 1,5 m o recuo e afastamento lateral mínimos respectivamente, considerando-se de residências térreas até as de 4 pavimentos. Em 96,7% e 97,5% da UTR do Loteamento I e II respectivamente ficaram definido 4 m de recuo mínimo, e 1,85 m de afastamento mínimo. Definidas as áreas edificáveis, as áreas laterais e de recuo impermeabilizadas, e admitindo uma taxa de impermeabilização de 10% para áreas de praças, obteve-se a taxa de impermeabilização por cenário, apresentada na Tabela 2.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA

Na Tabela 1 estão os resultados das características topográfica, geológicas e cobertura vegetal da Bacia do Córrego Lagoinha. Tabela 1: Características da Bacia do Córrego Lagoinha.

Declividade média do álveo 0,017 m/mDeclividade média da bacia 0,045 m/m

Cobertura da Bacia - Predominância do cerrado

Características Topográficas

Características Geológicas- Arenito de Formação Botocatu, basalto da Formação Serra Geral, recobertos em grande extensão pelas rochas mais recentes do Grupo Bauru (Formação Marília e Formação Adamantina) ou por sedimentos da idade Cenozóica.

- Na Bacia do Córrego Lagoinha predomina os solos argilosos, teores de argila maiores que 30% em faixa que varia de 37 a 82%

A obra de retenção proposta para a Bacia do Córrego Lagoinha tem período de retorno de 100 anos, atendendo sugestão de Chin apud Tomaz (2002), pois se trata de uma obra destinada ao controle urbano de inundação. Das relações entre intensidade, duração e freqüência das chuvas intensas foi determinada a equação da chuva para o município de Uberlândia, através de métodos gráficos, equação (1). A equação é aplicada a durações de chuva menores ou iguais a 120 minutos, tendo como expressão:

( )0,82514 t

0,159R28,97T

i+

= equação (1)

Onde i é a intensidade de chuva em mm/minutos, TR é o tempo de retorno em anos e t é a duração da chuva em minutos. A distribuição temporal da chuva de 24 horas, observada entre 15/02/2002 (9h) e 16/02/2002 (9h), sendo a maior tormenta verificada na bacia dentro do intervalo existente, se assemelha muito à distribuição com 50% de probabilidade, no 1º quartil de duração, proposta por Huff em 1978, conforme Tucci (1995). A Figura 1 apresenta esta semelhança. A distribuição com 50% de probabilidade, no 1º quartil de duração proposta por Huff foi utilizada para determinação dos hidrograma de cheia da bacia.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Figura 1: Comparação da curva acumulada do evento de 2002 comparada com a curva de Huff (1º Quartil, 50% de probabilidade).

Os valores dos números de curva CN e os tempos de concentração encontrados por iteração, para cada cenário estão representados na Tabela 2. Tabela 2: Valores de CN e tempo de concentração para cada cenário.

Cenário Fração impermeável (%) CN

Tempo de concentração

(horas)Pré-urbanização 0,00 78 1,87

Atual 6,08 85 1,77Futuro I 48,00 89 1,67Futuro II 54,00 90 1,67

SEGUNDA ETAPA: PROPAGAÇÃO DO ESCOAMENTO

A simulação do escoamento nos cenários propostos foi realizada através dos hidrogramas resultantes das duas situações: sem inserção do reservatório de retenção; e com inserção desta estrutura. Primeiramente foram determinados os hidrogramas de entrada do reservatório utilizando o método do SCS, baseado no conceito de hidrograma unitário, onde o hidrograma de cheia de uma bacia é determinado pela iteração do hidrograma unitário com a chuva excedente. Como o hidrograma unitário apresenta a vazão por unidade de altura (cm), foi preciso determinar o valor do escoamento superficial ou chuva excedente. Para isto foi utilizado o método do número de curvas CN, equação (2), dada por:

( )( )0,8SP

20,2SPQ−−

= equação (2)

Onde P é a altura de chuva em mm e S é o potencial máximo de retenção em mm, que representa todas as perdas antes que comece o runoff, equação (3), expressa por:

254CN

25400S −= equação (3)

A precipitação considerada foi a de 2 horas de duração, que é de 119,12 mm, pois esta é que tem mais efeito no município de Uberlândia, para o período de retorno adotado.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Para determinação da distribuição da chuva excedente foi utilizado o hietograma conforme Huff 1° Quartil com 50% de probabilidade, já que como já foi mencionado anteriormente, a distribuição temporal da chuva de Uberlândia aproxima muito dessa, conforme pode ser visto na Figura 1. Determinada a distribuição temporal da chuva excedente procedeu-se à determinação do hidrograma de cheia da bacia aplicando o método de convolução, que trata de multiplicação, translação e soma do hidrograma unitário pela chuva excedente em cada instante, apresentado por Tomaz (2002). O método de armazenamento, ou seja, o método modificado de Pulz, elaborado em 1928, segundo Linsley e Franzini. (1978) foi utilizado para determinar a vazão de saída do reservatório, equação (4). O método de armazenamento é expresso por: ( ) ( ) ( 2Qt/2S21Qt/1S22I1I +Δ=−Δ++ ) equação (4) Onde I1 é a vazão no início do período de tempo; I2 é a vazão no fim do período de tempo; Q1 é a vazão de saída no início do período de tempo; Q2 é vazão de saída no fim do período de tempo; Δt é a duração do período de tempo; S1 é o volume no início do período de tempo; S2 é o volume no fim do período de tempo. Na prática, os valores de I1, I2, bem como os valores iniciais da vazão de saída Q1 e do volume armazenado S1, são conhecidos, restando ainda duas incógnitas, Q2 e S2, torna-se, necessário uma segunda equação, aquela que fornece o armazenamento S2, em função da descarga. Segundo Linsley e Franzini (1978), a segunda relação necessária para uma solução é o gráfico dos valores (2S/Δt)± Q, em função de Q, apresentado na Figura 2. No início de um período de propagação (tempo 1), todos os termos à esquerda da Equação 4 são conhecidos e pode-se calcular o valor do segundo membro da equação. Entrando no gráfico com esse valor, pode-se determinar o valor de Q2 e o valor correspondente (2S/Δt – Q). O procedimento é repetido até que o método de propagação esteja completo. Figura 2: Cálculo do amortecimento em reservatório.

O volume do reservatório foi determinado pelo método SCS do TR 55 (Technical Realease 55), equação (5), dado por:

3.α3C2.α2C.α1C0Crunoff de volume

ioreservatór do Volume+++= equação (5)

Sendo: Volume de runoff = volume da chuva excedente (m3), que é a altura da chuva excedente, determinada pelo método SCS TR55, equação 3, multiplicada pela área da bacia nas unidades compatíveis; α = Qantes/Qdepois, onde Qdepois é a vazão de pico (m3/s) depois do desenvolvimento, para os cenários atual e futuros e Qantes é vazão de pico (m3/s) antes do desenvolvimento, para o cenário de pré-urbanização; e C0, C1, C2 e C3 são coeficientes de análise de regressão, iguais a 0,682, -1,430, 1,640 e -0,804 respectivamente.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental O volume do reservatório encontrado foi de 291.419,90 m3, mas adotou-se 250.000,00 m3, já que segundo Tomaz (2002) o método do TR55, superdimensiona o reservatório de retenção, com erro de estimativa de 25%. Os tipos de dispositivos de saída adotados são dois condutos de elevação, conforme Figura 3, onde em um deles tem-se dois orifícios em faces opostas, em uma altura de 0,80 m, com dimensões de 3 x 1,5 m, pois se deseja manter uma lâmina d’água, o outro conduto de elevação tem mais dois orifícios em faces opostas a uma altura de 3,80 metros, com as mesmas dimensões dos anteriores. E em ambos os condutos de elevação têm-se 2 vertedores, um em cada face oposta do conduto de elevação, instalados a uma altura de 6,8 metros, os vertedores possuem largura de 3 metros e altura de 1,20 metros. As dimensões dos dispositivos de saídas foram definidas de acordo com a vazão de pré-dimensionamento. Como as vazões nos orifícios e vertedores dependem somente da altura do reservatório, foram calculadas as relações altura-vazão. Sendo a vazão dada pela vazão de orifício e vertedor, respeitando as condições de funcionamento dos mesmos. A determinação dos hidrogramas na totalidade da bacia, sem inserção do reservatório de retenção foi realizada do mesmo modo que na obtenção dos hidrogramas de entrada do reservatório, ou seja, foi utilizado o Método SCS. Figura 3: Perspectivas dos dispositivos de saída.

Vertedo

Orifíci

As vazões de saída o reservatório foram propagadas juntamente com as vazões do restante da área da bacia até sua seção de saída. O método utilizado para determinação da propagação das vazões foi o mesmo utilizado para determinação da propagação no reservatório, conforme Equação 4. Embora esse método não seja o mais indicado para essa situação, a falta de dados não permitiu a utilização do Método de Muskingum. A relação cota-volume foi determinada de acordo com o incremento de altura do nível d’água no trecho do córrego. As características do canal natural são as mesmas adotadas para determinação do tempo de concentração da bacia. No trecho canalizado foi adotada uma seção retangular com largura igual a 2 vezes a altura. E as relações cota-vazão foram determinadas pela equação de Manning. RESULTADOS DA SEGUNDA ETAPA A vazão de pico do hidrograma de cheia no reservatório (Figura 4), considerando o cenário de pré-urbanização, foi utilizada na determinação do seu volume.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Figura 4: Hidrograma de cheia para a área de contribuição até o reservatório, considerando o cenário de pré-urbanização.

As hidrógrafas afluente e efluente do reservatório estão apresentadas nas Figuras 5, 6 e 7, para os cenários atual, futuro I e futuro II, respectivamente. Figura 5: Hidrógrafa afluente e efluente do reservatório para cenário atual.

Figura 6: Hidrógrafa afluente e efluente do reservatório par o cenário futuro I.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Figura 7: Hidrógrafa afluente e efluente do reservatório para o cenário futuro II.

Os hidrogramas resultantes, quando se considera a totalidade da bacia do Córrego Lagoinha sem a inserção da estrutura de retenção, estão apresentados nas Figuras 8, 9, 10 e 11, para os cenários de pré-urbanização, atual, futuro I e futuro II respectivamente. Figura 8: Hidrograma da bacia sem inserção do reservatório para o cenário de pré-urbanização.

Figura 9: Hidrograma da bacia sem inserção do reservatório para o cenário atual.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Figura 10: Hidrograma da bacia sem a inserção do reservatório para o cenário futuro I.

Figura 11: Hidrograma da bacia sem inserção do reservatório para o cenário futuro II.

Quando se considera o funcionamento do reservatório de retenção proposto, tem-se para a totalidade da bacia os hidrogramas apresentados nas Figuras 12, 13 e 14, para os cenários atual, futuro I e futuro II respectivamente. Figura 12: Hidrograma da bacia com inserção do reservatório para o cenário atual.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Figura 13: Hidrograma da bacia com inserção do reservatório para o cenário futuro I.

Figura 14: Hidrograma da bacia com inserção do reservatório para o cenário futuro II.

TERCEIRA ETAPA: ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Considerando-se a bacia do Córrego Lagoinha, que tem área de 20,91 km2, antes da inserção do reservatório, houve um aumento significativo da vazão de pico nos hidrogramas dos cenários atual e futuros em comparação com o hidrograma do cenário de pré-urbanização. A Tabela 3 mostra o resumo dos resultados obtidos nessa etapa da simulação, na qual foram encontrados aumentos de 31,10% sobre a vazão de pico do cenário de pré-urbanização para o cenário atual, 54,66% para o cenário futuro I e 59,40% para o cenário futuro II. A Figura 15 apresenta os hidrogramas resultantes da simulação nos quatros cenários de análise, onde se pode notar uma antecipação no pico de vazão para o cenário atual e os cenários futuros, que é efeito das mudanças ocorridas na área da bacia do Córrego Lagoinha com o processo de urbanização, tais como aumento de áreas impermeáveis, surgimento de sistemas de microdrenagem e a canalização de alguns trechos do córrego. Tabela 3: Resultado das simulações dos cenários sem a inserção da estrutura de controle.

Futuro II 282,08 59,40

Atual 232,00 31,10Futuro I 273,69 54,66

Cenário Vazão de Pico (m³/s) % AcrescimoPré-urbanicação 176,96 -

Há uma pequena diferença entre as vazões de pico nos cenários futuros, conseqüência também da pequena diferença entre o valor do coeficiente de impermeabilização, CN, nos dois cenários.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Figura 15: Efeito da impermeabilização sobre a vazão de pico.

As simulações dos escoamentos, considerando-se a inserção do reservatório na bacia do Córrego Lagoinha, apresentaram um resultado satisfatório no que diz respeito à redução e retardo dos picos do hidrogramas nos cenários atual e futuros. As Tabelas 4 e 5 apresentam o resultados da simulação, considerando-se a inserção do reservatório de retenção nos cenários. Tabela 4: Comparação entre as vazões de pico dos cenários antes e depois da inserção do reservatório.

232,00 130,92 43,57 30273,69 150,38 45,05 30282,08 154,78 45,13 30

Cenários%

Redução na vazão

Futuro II

AtualFuturo I

120

Situação

90

Sem inserção da estrutura de retenção

Com inserção da estrutura de retenção

Vazão (m³/s)

120

Tempo de pico (min)10090

Retardo no tempo de

pico (min.)Vazão

(m³/s)Tempo de pico

(min)130

Tabela 5: Comparação entre a vazão de pico do cenário de pré-urbanização e as vazões de pico nos cenários atual e futuros com inserção do reservatório de retenção.

Cenário Vazão de Pico (m³/s)

% de redução na vazão em relação a vazão de pico

Pré- urbanização 177,44Atual 130,92

-26,22

Futuro I 150,38Futuro II 154,78

15,2512,77

CONCLUSÕES

Os resultados obtidos na simulação dos cenários mostraram que para uma variação de 29 a 54% no índice de áreas impermeáveis, a vazão de pico pode sofrer um aumento de até 59,40% sobre a vazão de pico do cenário de referência. Diante desses acréscimos, a parte canalizada do córrego se mostrou insuficiente para escoar as novas vazões provenientes da ocupação da área nos cenários atual e futuros, confirmando a necessidade de se utilizar medidas alternativas para o controle das cheias. A implantação do reservatório de retenção na área central da bacia do Córrego Lagoinha se mostrou eficiente no amortecimento das vazões de pico dos hidrogramas dos cenários atual e futuros, devolvendo à bacia a capacidade natural de armazenamento, perdida pela urbanização. Quanto ao aumento do tempo de resposta da bacia, o reservatório de retenção também se mostrou eficiente para este fim, uma vez que, houve um retardo


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental de 30 minutos no tempo de pico da vazão para os cenários atual e futuros. Isto contribui efetivamente para reduzir a enchente do baixo Córrego São Pedro, área bastante ocupada e de alto valor imobiliário. Pelas porcentagens de redução ocorrida na vazão de pico para os cenários atual e futuros, que tem uma média de 18,08 %, mostram que, a estrutura de retenção pode ter inclusive dimensões menores , porem reduziria o controle da enchente do baixo São Pedro. Do ponto de vista ambiental, a implantação do reservatório de retenção na bacia do Córrego Lagoinha, mostra-se uma boa solução para o problema de escoamento superficial, uma vez que manterá a área de preservação ambiental. Devendo ser considerado também que o uso da medida tradicional de canalização do Córrego Lagoinha levaria a um aumento significativo na vazão afluente do baixo São Pedro, agravando o problema de cheia na região. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ix-001 – estudo do controle do escoamento … · de posse do mapa topográfico da cidade de...

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