ABES Associ ao Brasi l ei ra de Engenhari a Sani tri a e Ambi ental1 IX-034 - AVALIAO DA EFICCIA DE UM SISTEMA DE DETENO DE ESCORRNCIAS URBANAS COM BASE NUM CASO DE ESTUDO PauloRamsio(1) Prof. Auxiliar, C-TAC, Departamento de Engenharia Civil, Universidade do Minho. Mariana Flores(1) Engenheiro Civil. Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho. Antnio Duarte(1) Prof. Auxiliar, C-TAC, Departamento de Engenharia Civil, Universidade doMinho. Endereo(1):CampusdeAzurmGuimaresCEP:4800-058-Portugal-Tel:+351(253)510101-e-mail:pramisio@civil.uminho.pt RESUMO A deteriorao da qualidade das massas de gua temsido uma problemtica bastante preocupante e alarmante nas ltimas dcadas. Apesar dos grandes investimentos realizados nos sistemas de drenagem pblica de guas residuais,continuouaverificar-seaaflunciadecargaspoluentesaosmeioshdricos.Estefactoainda agravado devido inexistncia demetodologiasjestabelecidas para o controlo, tratamento e reteno da poluio comorigemnas escorrncias de guas pluviais. Asmedidasdecontrolodapoluioporescorrnciasurbanastemvindoaserclassificadocomomedidas chamadas estruturais e no-estruturais. Dentro das medidas estruturais encontram-se os variados sistemas de controlo e tratamento, como as bacias de reteno e deteno, trincheiras deinfiltrao, valas relvadas, pavimentos comestrutura reservatrio, bacias vegetadas e sistemas de filtrao. Ao contrrio destas ltimas, asnoestruturais,tmcomoobjectivoareduodasconcentraesdepoluentesdasescorrnciasnasua origem, como por exemplo coma utilizao de produtos no poluentes e a limpeza das vias. Com base na simulao de um caso de estudo foi analisado o comportamento de uma bacia de reteno numa baciahidrogrficacomcaractersticasurbanas.Foiestabelecidaumametodologiadedimensionamentoe analisados os efeitos desta no caudal e carga poluente descarregada. O caso de estudo baseou-se nos registos histricos de precipitao verificados no ponto udomtrico na cidade de Guimares, simulando deste modo as condiesaqueesteesteveduranteoperodoemestudo.Assim,combasenosresultadosobtidos,so analisadasasdiferenastemporaisdoscaudaisamontanteeajusantedabaciaderetenoeanalisado o decaimento de dois poluentes Slidos Suspensos Totais e Carncia Bioqumica de Oxignio. PALAVRAS-CHAVE: Poluio Difusa, Impactos Ambientais, Sistemas de controlo e tratamento. INTRODUO A problemtica da qualidade das guas superficiais por escorrncias urbanas temsido estudada e analisada desdehvrias dcadas. Porm, s h relativamente pouco tempofoi reconhecia a devidaimportncia da qualidade das guas pluviais afluentes aos meios hdricos. Defacto,aconcepoedimensionamentodasredesdedrenagem dasguaspluviaistem sido maioritariamente realizadas combase em aspectos quantitativos, no tendo sido estudado aprofundadamente a sua componente qualitativa. Porm, perante a degradao da qualidade da gua dos meios receptores, devido s cargas poluentes transportadas pelas guas pluviais, as entidades responsveis pela gesto destes sistemas tmdemonstrado uma maior preocupao no que diz respeito a esta problemtica. Coma crescente urbanizao, a consequente impermeabilizao dos solos e o aumento da concentrao de poluentesverificadanasescorrncias,estaproblemticatornou-secadavezmaissignificativaepremente. Estas escorrncias so ainda de difcil caracterizao e anlise uma vez que so dependentes da precipitao e dasatividades(naturaisouantropognicas)existentesnabacia,apresentandoporissocaractersticasque variamno tempo. ABES Associ ao Brasi l ei ra de Engenhari a Sani tri a e Ambi ental2 Quanto aos aspectos qualitativos de referenciar que as guas pluviais de zonas urbanas so caracterizadas por apresentarempequenas concentraes de poluentes, como metais pesados e compostos orgnicos, em grandes volumesdegua,podendooriginarefeitosagudosoucrnicos(Ramsio,2007)e,asconcentraesde poluentes varia como tempo seco antecedente ao evento analisado (Novotny, 1995; Irish, 1998). Os principais poluentes derivados deste tipo de poluio so os slidos suspensos, carncia de oxignio, leos e gorduras, nutrientes, metais pesados, pesticidas e outras substncias txicas (Wanielista et al. 1998). de salientar que os metais pesados e as substncias txicas so umdos problemas que mais pode afectar o meio aqutico devido sua toxicidade, persistncia e bioacumulao. Recentemente, tem-se assistido criao de volumes de regularizao e instalao de equipamentos para controlodoescoamentoegestodossistemasemtempo-real.Baciasoureservatriosdedeteno, pavimentosreservatrios,trincheirasdeinfiltrao,cmarasoupoosdrenantesedescarregadoresde tempestade so exemplos de rgos cuja insero nas antigas e modernas redes de drenagem pluvial, sejam separativasouunitrias,interessafrequentementeconsiderar,emtermosdebeneficiaodoprprio comportamento global dos sistemas (Balades e Bourgogne, 1992). A eficcia destes sistemas depende do estabelecimento de tcnicas e metodologias de dimensionamento, por forma a reduzir e mitigar os problemas causados por estas nos meios hdricos receptores. Comoobjectivodeanalisarodesempenhodeumabaciaderetenonumaredededrenagemdeguas pluviaisemzonaurbana,foidesenvolvidoumcasodeestudo,tendosidoavaliadooefeitodediferentes metodologias de dimensionamento no hidrograma afluente e, nas capacidades de remoo dos poluentes mais significativos neste tipo de poluio. METODOLOGIA A gesto da qualidade das guas pluviais geralmente realizada atravs da combinao de uma metodologia de controlo da poluio e uma forma de controlo hidrulico na origem. A variabilidade dos fenmenos meteorolgicos e das condies locais dificulta a concepo destes sistemas. O recurso a ferramentas de clculo automtico, tem vindo a facilitar este processo, permitindo de uma forma mais rpida e rigorosa dimensionar estes sistemas. Permitemainda, a avaliao global de todo o sistema em funodaeficciadecadaunidadeper-si.Estetipodesistemaspodemseravaliadoseestudados,por exemplo,nosoftwareSWMM.Este,simulaapenasalgunssistemascomoastrincheirasdeinfiltrao, pavimentos porosos, valas vegetadas, clulas de bio-reteno e barris. As bacias de reteno so umsistema de controlo concebido para manter umvolume permanente de gua e,durante umevento, reter temporariamente o escoamento. Este, posteriormente libertado de acordo com uma lei de vazo conhecida. A remoo de poluentes obtida atravs da sedimentao de partculas suspensas e os processos biolgicos e qumicos, como a absoro de nutrientes solveis. O volume de umdeterminado evento armazenado at tempestade seguinte. Isto provoca longos tempos de deteno, alta remoo de poluentes (metais, nutrientes, sedimentosesubstnciasorgnicas)epromoveareduodoscaudaisde.Ogrupopermanentedegua projectado de acordo com o tamanho das bacias contribuintes e as superfcies impermeveis da vizinhana - a montante (Ramsio, 2007). A eficincia de remoo deste tipo de tcnica est associadano s ao tamanho dabacia de reteno em relaobaciahidrogrfica,comotambmscaractersticasdabaciadecolecta.Paraaumentarasua eficincia normalmente considerada a colocao de umpoo de reteno de sedimentos entrada da bacia, uma vez que muitas bacias fracassam no seu desempenho devido ao entupimento de entradas/sadas. Astransformaesqueocorremnasbaciasderetenosodenaturezafsica,qumicaemicrobiolgica, podendo assumir especial importncia as seguintes: ABES Associ ao Brasi l ei ra de Engenhari a Sani tri a e Ambi ental3 Sedimentao dos slidos emsuspenso e consequente reduo do grau de turvao da gua;Variao da concentrao de oxignio dissolvido da massa lquida, devido aos efeitos conjugados da transfernciadeoxigniodaatmosfera,actividadefotossintticadasespciesvegetaiseconsumo verificado no processo de oxidao, emcondies aerbias, da matria orgnica existente;Variao da concentrao de nutrientes; em guas emrepouso e sem alimentao constante verifica-se,em regra,umareduodaconcentraodenutrientes,especialmenteseseretiraremcom frequncia as plantas que a proliferam;Reduo de microorganismos, nomeadamente bactrias patognicas; o armazenamento de gua ao ar livre contribui, em regra, para a reduo de microorganismos, devido conjugao de umconjunto de circunstncias(comoatemperatura,aradiaosolar,acompetiobiolgicaeasedimentao) desfavorveis ao seu desenvolvimento e multiplicao. Os mecanismos de remoo efectuados na bacia podem ser resumidos em fsicos (Sedimentao e Filtrao), Qumicos(Adsoro,Oxidao,Volatizao,Precipitao)eBiolgicos(NitrificaoeDecomposio Microbiolgica). SegundoumaanliserealizadaporMaestrieLord(1987)odesempenhodebaciasderetenopodeser dividido emdois perodos distintos, emque o primeiro se trata do perodo dinmico, que ocorre durante os eventos de precipitao, e o segundo denominado de esttico e considerado o perodo de tempo entre os eventos. HaaneWard(1978)conduziram umapesquisasobreotamanhodaspartculasretidasnasbaciasde sedimentao. A pesquisa conclui que o factor com maior influncia o nmero de partculas nos sedimentos deentrada,nagamade5a20mcron,equeaspartculasinferioresa5mcrondetamanhonoso susceptveis de decantar sema ajuda de umfloculante (Ramsio et al., 2011). Estes autores tambm estudarama influncia da profundidade no desempenho da bacia molhada, chegando concluso que para bacias comrea superior a 2% da bacia de drenagem, a eficincia de remoo do fsforo total controlada pela profundidade da bacia e no pela rea de superfcie. As eficincias de remoo de uma bacia esto ainda directamente relacionadas coma geometria da bacia, tempo de deteno, volume e tamanho da partcula. Uma relao comprimento/largura de 2:1 e umtempo de deteno tpico de 9 dias so geralmente usados na concepo de bacias molhadas (Ramsio et al., 2011). Noquedizrespeitoaodimensionamentodabaciadereteno,verificou-seaexistnciadeumagrande variedade de metodologias, propostas por variados autores. Foi adaptada a metodologia proposta pela EPA. Uma vez que esta metodologia se encontra adaptada ao uso nos Estados Unidos da Amrica, forampropostas algumas alteraes, nomeadamente emparmetros que apenas esto disponveis para as regies desse pas, no havendo ainda informao relativa a Portugal. Paraanalisarocomportamentohidrulicodaredededrenagemedeumabaciaderetenocolocadana extremidadedeumabaciahidrogrfica,foiutilizadoosoftwareSWMM.Comoobjectivodeverificara importncia da bacia na componente qualitativa do escoamento, foi analisado o decaimento de dois poluentes - SlidosSuspensosTotaiseCarnciaBioqumicadeOxignio,apresentadastambmasdiferenasentre o escoamento afluente e o efluente da bacia de reteno. CASO DE ESTUDO O presente caso de estudo foi baseado numa bacia hidrogrfica comcaractersticas urbanas, situada na cidade de Guimares, Portugal. Uma vez que se trata de uma bacia relativamente extensa (8,55 hectares), os rgos de controlo e tratamento estudados foram apenas as bacias de reteno e de deteno, e no os rgos de aplicao pontual como poos,valasetrincheiras,pavimentos,queparaserem utilizadosteriam desercolocadosempontos estratgicos situados ao longo da bacia hidrogrfica e estudados pontualmente. ABES Associ ao Brasi l ei ra de Engenhari a Sani tri a e Ambi ental4 A escolha deste sistema de controlo deve-seao facto de, para almde promover o controlo depoluentes, permitirtambmaregularizaodecaudais,mostrando-seassimcomoumsistemaadequadoaosmeios urbanos, umavez que estes apresentamescoamentos variveis. Outravantagemdesta opo o facto das bacias de reteno no se mostraremparticularmente sensveis a variaes de caudais e de cargas poluentes e no necessitarem de uma manuteno muito frequente, tendo sido assim considerada uma boa escolha para analisarocomportamentotantoanvelhidrulicocomoanveldaremoodepoluentesexistentesnas escorrncias urbanas. O dimensionamento da bacia de reteno utilizada no caso de estudo foi realizado seguindo o mtodo proposto pelo manual do SWMM. Aqui, proposta a determinao de umvolume crtico, utilizado para a concepo e dimensionamentodeinstalaes,comoobjectivodegarantirumaboaqualidadedagua,designadopor Water Quality Capture Volume (WQCV). Este volume, ser deixado permanentemente na bacia de reteno, sendo colocado umorifcio acima deste nvel de gua. Figura 1:Bacia do caso de estudo. Investigaesdetalhadasbaseadasemsimulaescalibradasdeescoamentosalongoprazosoomtodo preferencialparadeterminarestevolume(GuoeUrbonas1996).Porm,diversasmetodologiasmais simplificadas tmsido propostas para estimar o volume WQCV continuando a ser pouco confiveis quando so desconhecidos registos a longo prazo. Para o clculo deste volume, foi utilizada uma metodologia proposta por UDFCD (Urban Drainage and Flood ControlDistrict,2001).Com basenascaractersticasurbanasdestabacia,considerou-seuma impermeabilidade de 60%. A bacia de reteno foi dimensionada combase num perodo de retorno de dois, a que corresponde um volume de 730,61 m3. Considerandoainclinaodostaludesde4:1,emantendoamesmajconsideradaparaoclculodas dimenses da bacia necessrias para o volume residual, comuma altura de gua de 1 metro (acima do volume morto), o volume total da bacia de 962,58 m3. Este valor significativamente maior do que o valor calculado acima para os dois anos de retorno (730,61 m3). Para o clculo das dimenses do orifcio de sada, e uma vez que na literatura encontrada as metodologias variavam bastante, foi adoptado ummtodo diferente para se encontraremas dimenses do mesmo. Combasenestevolume,foramanalisadososefeitosdediferentesleisdevazo,correspondentesatrs dimetros diferentes. ABES Associ ao Brasi l ei ra de Engenhari a Sani tri a e Ambi ental5 RESULTADOS E DISCUSSO Na Figura 2a apresenta-se a variao do volume da bacia ao longo da srie temporal estudada e, na Figura 2b, apresenta-se a mesma variao, mas apenas para o ms de Outubro. Figura 2:Variao do volume da bacia para diferentes perodos: a) Srie temporal analisada , b) Ms de Outubro. Foramdepois analisados, combase numa srie de precipitao real com180 dias, trs leis de vazo para a bacia, por alterao do dimetro da sua descarga para 200, 160, 140. A bacia de reteno dimensionada revela-se suficiente para garantir uma carga hidrulica mxima de oitenta centmetros, no atingindo em nenhuma ocasio alturas de gua superiores. Mostra-se ainda bastante eficiente no que diz respeito reduo dos picos de caudal verificados. No que diz respeito componente qualitativa, a baciaderetenoutilizadarevelou-sebastanteimportantenaremoodosdoispoluentesestudados, contribuindo para umefluente menos poludo do que o escoamento afluente mesma. Na Figura 3 so apresentados os hidrogramas de entrada e de sada da bacia de reteno, sendo identificadas claras redues nos caudais de ponta afluentes. Figura 3: Desfasamento temporal entre o caudal de entrada e de sada. Na Figura 4 apresenta-se, para uma srie temporal de 50 dias, as concentraes estimadas para a entrada e sada da bacia, para os SST e a CBO, respectivamente. Apesar de se verificar uma reduo nas concentraes de sada em ambos os casos, verificou-se que a reduo na CBO5 foi superior verificada nos SST e que ambas foramfortemente influenciadas pelos eventos de precipitao. ABES Associ ao Brasi l ei ra de Engenhari a Sani tri a e Ambi ental6 Aps a observao destes resultados foi possvel concluir que era necessria uma reduo bastante maior do dimetro para causar uma variao significativa na altura. Alterando as dimenses do orifcio verifica-se ainda umaalteraoemtermosdadiferenaentreocaudaldeentradaeodesadanostrscasosestudados, contribuindoassimparaumamortecimentodospicosdecaudal,tornando-seassimpossvelumamelhor gesto do escoamento gerado pela bacia hidrogrfica. Figura 4: Estimao das concentraes de SST e CBO para um evento, no primeiro cenrio analisado. CONCLUSES A avaliao e desempenho dos variados sistemas de controlo e tratamento das guas pluviais um processo bastantecomplexoedenaturezaimprevisvel.Umavezqueodesempenhodestes rgosde tratamento diretamente dependente de umdo fenmeno complexo da precipitao, e a aplicao dos mesmos varia de local para local, as afirmaes acerca das eficincias destes sistemas sempre bastante vaga e dispersa. Os variados estudos efectuados nesta rea permitemconcluir que, apesar apresentaremalguma variabilidade na sua eficcia, as eficincias de remoo dos poluentes existentes nas escorrncias urbanas realizadas por bacias de reteno so significativas e contribuem de forma importante para umdecrscimo da poluio do escoamento efluente. Apesar da pouca importncia que temsido dada a esta questo, nota-se uma grande evoluo no conhecimento cientficoetcnicotantodastcnicasdecontroloetratamentodosescoamentos,comoumatentativade mudana de mentalidade, de forma a prestar mais ateno a medidas no estruturais como, a utilizao de produtos no poluentes, a existncia de educao ambiental, chamando a ateno para comportamentos menos perigosos e nocivos para o ambiente, a limpeza de ruas, impedindo os poluentes de entraremem contacto com as guas pluviais. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1.BALADES,J.D.,P.BOURGOGNE,etal.(1992).valuationdelbattementdesfluxdepollution transitantdansuntypedesolutioncompensatoire.ProceedingsNOVATECH92-International Conference on Innovative Technologies in Urban Drainage, pp. 66-752, Lyon, Frana. 2.BALADES,J.D.;LEGRET,M.;MADIEC,H. (1995).PermeablePavements:PollutionManagement Tools. Water Science and Technology. 32(1): 49-56. 3.GUO, J.C.Y. and URBONAS, B. (1996). 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