Mct/finep/AÇÃo transversal

Figura 15: Imagem da galeria da avenida Conselheiro Portela. No ponto P43 sai uma galeria pela rua transversal

As cotas e outros dados necessários para iniciar a simulação foram obtidas a partir do cadastro do sistema de drenagem de águas pluviais do bairro do Espinheiro, na Prefeitura de Recife/ PE.

O cálculo da vazão para dimensionamento do reservatório de detenção, está sendo feito pelo método racional, visto que ainda faltam alguns ajustes para se poder obter a vazão das galerias pelo SWMM.

No caso da UFRGS, a bacia do Capivara foi discretizada em 18 sub-bacias. A área e a declividade foram obtidas pela aplicação da macro desenvolvida no Idrisi (Eastman, 2006). O canal foi discretizado em 19 sessões. Dessas, às correspondentes às galerias fechadas foram obtidas no Departamento de Esgoto Pluvial (DEP et al, 2005), enquanto as sessões irregulares serão obtidas por levantamento topográfico a ser realizado na bacia. Outras informações necessárias para o estudo, como: uso do solo, levantamento digital do terreno entre outros serão obtidas com o auxílio de dois softwares de geoprocessamento: Idrisi versão Andes (Eastman, 2006) e CartaLinx versão 1.2 (CartaLinx, 1999).

Os resultados obtidos através das campanhas de monitoramento da qualidade da água, servirão para ajustar o modelo de qualidade da água utilizado, EPA SWWM 5.0, seja para simulação de eventos isolados, seja para a simulação contínua, compreendendo desta forma o período do monitoramento de base.

As metodologias empregadas no modelo para simular a geração de cargas difusas e o transporte de poluentes na bacia hidrográfica são de acordo com o grau de complexidade:

- Equação de acumulação e lavangem no solo (buildup-washoff);

- Carga gerada proorcional à vazão (relação WxQ);

- Concentração média constante de determinada substância (EMC)

Para a primeira metodologia citada (buildup-washoff), através das campanhas de monitoramento por eventos, principalmente, nas sub-bacias com usos e ocupação característicos, podem-se ajustar os dados monitorados às equações disponíveis para representação da carga de lavagem na superfície da bacia. Entretanto, para acumulação, podem ser utilizados coeficientes recomendados pela literatura.

Por outro lado, equações que relacionam vazão e carga e o uso de concentrações médias no evento (CME) dos poluentes também podem ser úteis para estimar as cargas de lavagem difusas. Neste caso, podem ser úteis não somente os resultados das campanhas realizadas, mas também valores encontrados na literatura como estimativa preliminar nas simulações de qualidade da água.

O modelo permite inserir fontes pontuais de poluição, como por exemplo, despejos oriundos dos esgotos cloacais. No caso estudado, ao longo do arroio existem diversas ligações diretas de esgotos domésticos. Uma vez estimadas estas cargas, elas podem ser importante para a calibração do modelo, principalmente, nos trechos críticos onde o arroio é confinado nas suas margens por aglomerados residenciais.

A USP, em seu estudo hidrológico preliminar levou em consideração a estimativa das vazões afluentes ao Reservatório Bom Pastor, a partir da bacia remanescente do Córrego Araçatuba e a caracterização do funcionamento do reservatório, notadamente com relação aos volumes envolvidos, variações do nível d´água e tempo de residência.

A estimativa dos hidrogramas de enchente foi efetuada com base na modelação matemática do processo hidrológico, através do modelo matemático CAbc, desenvolvido pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Este modelo emprega o método de transformação chuva-vazão para eventos desenvolvido pelo US Department of Interior - Soil Conservation Service, para simulação do processo de infiltração e geração do escoamento superficial direto. Esta modelação compreende as seguintes etapas:

• 
  Levantamento das características físicas da bacia, como área, declividade dos terrenos e tempo de concentração da bacia contribuinte.
  
• 
  Estimativa das áreas impermeáveis e capacidade de infiltração dos solos, através da determinação do Fator CN
  
• 
  Estimativa das chuvas intensas e desagregação das precipitações máximas através das equações de chuvas intensas.
  
• 
  Cálculo do escoamento superficial direto, infiltração e geração dos hidrogramas
  

De acordo com esta as simulações realizadas, o reservatório pode transbordar para as cheias de magnitude superior a 50 anos de período de retorno, fato este que deve ser considerado nos estudos e avaliações sobre os dispositivos para melhoria das condições de qualidade das águas.

O tempo de residência das cheias, da ordem de 4 a 5 horas é significativo e poderá contribuir para a melhoria das condições de qualidade. Esta análise será efetuada na etapa seguinte do projeto com emprego do modelo SWMM.

A UFMG, visando atender a decisão da rede de pesquisa, optou pela mudança do modelo CANOE para SWMM. Para efeito de projeto básico da estrutura de controle hidráulico da estação de monitoramento, utilizaram-se os modelos hidrológico HEC-HMS e hidráulico HEC-RAS. Uma vez completada a obtenção de dados cadastrais dos sistemas de drenagem pluvial e de esgotamento sanitário, todas as demais atividades de modelagem serão realizadas por meio do modelo SWMM.

A UNB ainda não iniciou as atividades relacionadas a este subtema, estando essas previstas para dezembro do corrente ano.

3.4 – Drenagem/ Resíduos sólidos

Nenhuma instituição deu início à atividades relacionadas a este tema.

3.5 – Indicadores do meio urbano

Nenhuma instituição deu início à atividades relacionadas a este tema.

3.6 – Medidas compensatórias

Sob esse aspecto, a UFRGS deu ênfase às estruturas de controle na fonte. Tais estruturas compõem o grupo de soluções alternativas, compensatórias ou ambientais de drenagem que, agindo em conjunto com as estruturas convencionais, procuram compensar sistematicamente os efeitos da urbanização, não só em termos quantitativos, mas também em termos qualitativos.

Dentre as principais estruturas de controle na fonte, foram consideradas nesse projeto:

- Pavimentos permeáveis:

O pavimento permeável construído consiste em um módulo experimental constituído de um estacionamento com pavimento permeável de reservatório de brita, que será monitorado para avaliação desses dispositivos no controle dos excessos pluviais (Acioli, 2005). A obra consta de um lote de estacionamento do IPH/UFRGS com aproximadamente 280 m², que foi dividido em duas partes iguais, onde foi utilizado, numa metade de asfalto pré-misturado a frio com granulometria aberta e, na outra metade, o revestimento com blocos vazados intertravados concreto tipo “S”. Neste experimento também há diversos dispositivos de monitoramento equipados data-loggers. Na Figura 16 (Fonte: Acioli, 2005) pode-se observar a foto do dispositivo experimental, com suas principais dimensões e equipamentos instalados para coleta de dados.



Figura 16: Pavimento permeável instalado no Instituto de Pesquisas Hidráulicas / UFRGS

- Trincheiras de infiltração

As trincheiras de infiltração (trincheiras de percolação ou trincheiras drenantes) são estruturas que funcionam com um reservatório de água, por um tempo suficiente que permita a infiltração. Uma das características desta estrutura é suas dimensões. Nesta, o comprimento prepondera sobre a largura (Azzout; Barraud; Cres; Alfakid, 1994; Balades Trincat, 1998).

A trincheira a ser utilizada é descrita em Goldenfun Souza (2001). Ela foi construída no IPH / UFRGS (Figura 17), como três módulos separados, interconectados por registros em sua parte inferior, permitindo a simulação de diferentes conFigurações de funcionamento. Cada módulo apresenta 3,0 m de comprimento, por 0,8 m de largura e 1,0 m de profundidade, e ela drena uma área de estacionamento em paralelepípedos de 450m². Um poço de monitoramento, projetado para medir o nível d’água a partir de sensores piezométricos, foi instalado em cada módulo. Essa trincheira foi preenchida com brita e envelopada por uma manta de geotextil.

A medição da contribuição do escoamento superficial para trincheira é efetuada através de um sensor automático de pressão instalado no vertedor calibrado, imediatamente a montante dos dispositivos. Os níveis d’água dentro das trincheiras são registrados simultaneamente com os dados de contribuição de escoamento superficial, por sensor piezométrico instalado em poço de observação, dentro do dispositivo.

Um pluviógrafo de cuba basculante, localizado próximo a trincheira, fornece dados de chuva, permitindo o cálculo do coeficiente de escoamento e também provendo informação para a verificação de erros de medição nos valores de contribuição de escoamento superficial para cada trincheira.

Figura 17: Trincheira de infiltração instalada no Instituto de Pesquisas Hidráulicas / UFRGS

- Ecotelhados (Tetos verdes):

Os ecotelhados, telhados verdes ou telhados vivos são estruturas que se caracterizam pela aplicação de cobertura vegetal nas edificações, utilizando impermeabilização e drenagem adequadas.

Este tipo de estrutura surge como uma nova alternativa de cobertura capaz de proporcionar várias vantagens sobre as coberturas convencionais, dentre as principais podemos citar: diminuição da água de escoamento que seria direcionada ao pluvial; aumento da qualidade da água, já que ocorre a fitoremediação através das plantas; melhoria nas condições de conforto ambiental das edificações e visual paisagístico; proteção do telhado contra a luz solar e grandes flutuações de temperatura, melhorando assim a vida útil do telhado.

O ecotelhado é um dispositivo composto de 4 (quatro) módulos de 1m² cada. Dois módulos simulam um telhado e os outros dois um terraço. Neste experimento um módulo de telhado e um módulo de terraço são compostos por ecotelhas. A ecotelha é um conjunto formado pelo substrato rígido, substrato leve e as plantas. Agrega nutrientes essenciais que proporcionam retenção de água e drenagem do excedente. A ecotelha já vem plantada e enraizada, pronta para o uso. Cada ecotelha possui 35 cm de largura, 68 cm de comprimento e 6 cm de espessura. Neste experimento haverá 4 reservatórios – um para cada módulo – e quatro sensores que farão a medição do escoamento superficial. Em cada módulo será feito um balaço entre precipitação, escoamento superficial para verificar a eficácia da estruturação na retenção de água. Além disso, o ecotelhado será composto por sensores de temperatura para comparação de da diferença deste parâmetro com e sem a presença do ecotelhado. A Figura 18 mostra o ecotelhado construído para o estudo experimental.



Figura 18: Ecotelhado instalado no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS.

- Aproveitamento da água da chuva:

O aproveitamento da água da chuva também pode ser considerado uma estrutura de controle na fonte, pois evita que as águas provenientes dos telhados e terraços cheguem rapidamente à rede de drenagem pluvial.

Além disso, com centros urbanos populosos e com abastecimento de água precário, as águas pluviais podem tornar-se uma fonte utilização, embora essa ocorra, em muitos casos, em áreas onde a atmosfera é poluída. Assim, a utilização de águas pluviais torna-se atraente nos casos de áreas de precipitação elevada durante boa parte do ano, áreas com escassez de abastecimento e áreas com alto custo de extração de água subterrânea.

Para áreas urbanas os usos potenciais são: irrigação de campos de golfe e quadras esportivas, faixas verdes decorativas ao longo de ruas e estradas, torres de resfriamento, parques e cemitérios, descarga em toaletes, lavagem de veículos, reserva de incêndio, recreação, construção civil (compactação do solo, controle de poeira, lavagem de agregados, produção de concreto), limpeza de tubulações, sistemas decorativos tais como espelhos d’água, chafarizes, fontes luminosas, etc. O quarto experimento que será monitorado é um sistema de coleta e utilização da água da chuva em um prédio residencial na cidade de Porto Alegre. Neste empreendimento as águas do telhado proveniente de eventos chuvosos será captada e armazenada para usos menos nobres. Nesse sistema o escoamento superficial total é conduzido a um tanque de armazenamento, passando antes por um filtro ou tela para retirada de material mais grosseiro, como folhas. Extravasamentos para o sistema de drenagem ocorrem apenas quando o tanque está cheio. Neste sistema não haverá a eliminação da primeira água coletada (“first flush”). Na Figura 19 podem ser visualizados os reservatórios utilizados para a captação da água da chuva.



Figura 19: Reservatórios utilizados para a captação da água da chuva em prédio residencial em Porto Alegre.

Em todos os dispositivos de controle na fonte será feito o monitoramento da qualidade das águas de drenagem. Amostras de água serão coletadas periodicamente e em eventos de chuvas. Nas análises da água serão considerados os diversos parâmetros como: características físicas e químicas.

Na análise dos parâmetros físicos serão considerados cor, turbidez e sólidos suspensos. Na análise dos parâmetros químicos, serão considerados: pH, oxigênio dissolvido, DBO, DQO, fósforo total, ortofosfato, nitrogênio total, amônia, nitrito, nitrato, zinco, cobre, cádmio, ferro, chumbo, óleos e graxas.

Atividades realizadas:

Foi realizada uma inspeção em todas estruturas para verificação do funcionamento adequado de cada estrutura e de todos os equipamentos presentes nestes experimentos. Sendo assim, houve a necessidade de aquisição de alguns equipamentos e materiais de reposição além de obra de reparação para um pereito funcionamento de cada estrutura. Foram adquiridas 8 sondas de profundidade da marca Hytronic para medição de nível. As sondas danificadas foram substituídas. No módulo experimental de ecotelhado foi verificado acúmulo de água na superfície que simula o terraço. Foi feita a manutenção nesta estrutura além da substituição de algumas ecotelhas. Foram adquiridas 4 bombonas de 200L para reservar a água do escoamento superficial proveniente dos 4 módulos do ecotelhado.

Nesse âmbito das medidas compensatórias, a UFPE optou por uma técnica já citada na experiência da UFRGS: os ecotelhados ou tetos verdes. O experimento contempla “telhado verde” do tipo extensivo, cuja preocupação com a escolha das plantas incide sobre as espécies que demandem menor manutenção (irrigação, poda e limpeza) bem como, apresentar nível de resistência capaz de suportar as condições climáticas e ambientais do local onde está instalado.

Cinco canteiros experimentais para a avaliação da vegetação mais adequada ao teto verde, que será instalado e instrumentado no campus da UFPE em Recife, foram construídos. Dos cinco, um foi executado com a inclinação de 5 % e os demais com 1%, a fim de se analisar qual delas terá melhor desempenho. Eles também foram compostos com camadas de drenagem e substrato diferentes: dois dos canteiros possuem camada drenante constituída por argila expandida, que tem as vantagens da retenção de umidade, que é importante para a vegetação e do baixo peso unitário seco (~550 kg/m3), o que não causará posteriormente grande sobrecarga à laje de cobertura. O que pesa neste caso é o custo deste material, que é mais elevado, quando comparado com a drenagem feita com pedra britada ou isopor. Outros dois canteiros receberam isopor como camada drenante. Este material além de ser leve e inerte, confere ao ambiente interno um isolamento térmico e acústico que é também uma das metas do teto com vegetação. No canteiro remanescente foi utilizada a brita 19 como camada drenante, que apesar de ser mais pesada que a argila expandida (~1400 kg/m3) tem o preço bem mais acessível. Além disso, este tipo de brita já é comumente usado em jardins e vasos de planta.

Agora fazendo referência ao substrato, foram utilizados terra vegetal (50%), pó de coco (25%) e húmus de minhoca (25%) nos canteiros que foram executados com argila expandida. Nos canteiros compostos com isopor foi aplicada uma terra preparada, composta de terra preta, barro de jardim, húmus de minhoca, pó de coco e pau da mata. E nos canteiros que possuem brita como camada de drenagem fez-se uso de uma terra preparada, composta de terra preta, barro de jardim, esterco bovino, pó de coco e pau da mata. Todos os tipos de substrato com componentes que fornecem nutrientes às vegetações e retém umidade, mas possuindo custos diversos: o primeiro mais caro que o segundo, por utilizar materiais mais nobres.

A área onde estão construídos os canteiros experimentais foi escolhida de modo que as vegetações fiquem expostas o máximo de horas possível ao sol, dado que posteriormente sobre o teto verde não existirá sombra. O local foi protegido também com uma cerca, para dar segurança tanto aos canteiros quanto aos equipamentos instalados. As Figuras 20 e 21 mostram o local, os canteiros em construção, o detalhe de um canteiro com impermeabilização e drenos e os canteiros prontos, dentro da área cercada do laboratório de hidrologia aplicada da UFPE.



Figura 20: Local de construção dos canteiros, ao lado do laboratório de hidráulica da UFPE e canteiros sendo construídos.



Figura 21: Detalhe de um canteiro pronto, com os drenos e lona de impermeabilização e canteiros experimentais prontos, dentro da área cercada do laboratório de hidrologia aplicada da UFPE.

Além da construção do canteiro, foram estimadas, a partir do peso específico dos diversos materiais envolvidos, quais as cargas que irão atuar sobre a laje onde será instalado o teto com vegetação.

Para monitoramento foi instalada uma estação hidrometeorológica composta de diversos sensores que estão medindo dados de precipitação, temperatura do ar, velocidade do vento, umidade do ar, umidade do solo dentro dos canteiros, radiação solar e horas de insolação. Além destas medições, ainda há a possibilidade de serem aferidas as vazões de escoamento superficial e sub-superficial, utilizando-se para isso os drenos. Também será instalado um tanque classe A próximo aos canteiros para medição da evaporação.

A finalidade deste monitoramento é se chegar a valores de evapotranspiração para as vegetações e comparar a necessidade de irrigação delas, a fim de se determinar a espécie mais resistente a períodos sem chuva e que necessite de menor manutenção. Manutenção esta não só referente à irrigação, mas também à limpeza, poda, adubação, tratamento do substrato, etc., como por exemplo, a comparação entre os adubos do tipo húmus de minhoca e esterco bovino: o primeiro sendo mais bem indicado que o segundo, pois não causa o aparecimento de ervas daninhas, cujas sementes estão presentes no esterco bovino, o que acarretaria numa maior freqüência de manutenção do telhado verde posteriormente. Outro aspecto a ser analisado também é o desempenho dos substratos, pois os que contêm barro de jardim possuem argila na composição que retém água e pesa.

Quanto a UFMG, essa parte da pesquisa será alcançada por meio da instalação e o ensaio de dois tipos de técnicas compensatórias: as trincheiras de infiltração e as valas de armazenamento ou detenção, na bacia experimental do Córrego Mergulhão³.

A trincheira de infiltração e a vala de armazenamento ou detenção partilharão o controle de uma mesma sub-bacia, na bacia experimental. A sub-bacia será uma encosta a ser escolhida tendo em conta a área de drenagem, o uso do solo e a adequação local à implantação das técnicas compensatórias previstas. O sistema de drenagem superficial será adaptado para assegurar que cada estrutura capte os escoamentos provenientes de metade da sub-bacia.

Amostras de água para análises de qualidade serão coletadas apenas na vala, assumindo-se que a água captada pela trincheira possua as mesmas características. Para a coleta de amostras de águas escoadas na vala de detenção serão utilizadas garrafas de amostragem alimentadas por um sistema de sifão e fixadas a uma parede em concreto, previamente instalada em uma seção da vala. Este sistema permite colher amostras de água durante o período de enchimento da vala.

Os parâmetros de qualidade de água serão: SS, DBO, DQO, nitrogênio total, amônia, nitrogênio orgânico, nitrato, nitrito, fósforo total, fosfato, hidrocarbonetos totais, cádmio, cobre, chumbo e zinco. Ajustes posteriores poderão ser realizados com respeito à definição de parâmetros de qualidade de água, tendo em conta os resultados obtidos com os primeiros eventos amostrados.

Tanto a vala de armazenamento quando a trincheira de infiltração serão equipadas com

sensores de nível d’água (sensores de pressão), permitindo o registro contínuo do NA e, em conseqüência, dos volumes estocados. A trincheira será dimensionada com

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³ Mudança da área de estudo da Bacia da Av. Nossa Senhora da Piedade para a Bacia do Córrego Mergulhão. Justificativas:

i. obras do projeto municipal DRENURBS de renaturalização do curso d’água na bacia da Av. Nossa Senhora da Piedade tiveram início e atrasariam a implantação das estações de monitoramento no local em cerca de um ano; ii. o córrego Mergulhão percorre parte do Campus da UFMG, o que facilita a instalação de equipamentos de monitoramento e reduz os riscos de vandalismo e roubo; iii. a área de contribuição às instalações possui particular interesse para o ensaio desse tipo de técnica, particularmente no que se refere à redução da poluição difusa e à avaliação de riscos de contaminação de solos e águas subterrâneas, por ser parte de uma avenida de trânsito intenso.

saída apenas por infiltração. A vala de detenção será controlada por um orifício de saída. Sendo revestida em grama, a vala permitirá saída de água igualmente por infiltração. Como a vala possui duas saídas (orifício e infiltração), considerou-se relevante dispor de um controle preciso das vazões de saída por meio da instalação de um vertedor calibrado dotado de sensor de pressão a jusante do orifício de saída. O remanso causado pelo vertedor não influenciará, evidentemente, o funcionamento do orifício de saída. O estado de umidade do solo junto a essas estruturas será monitorado por meio da instalação de tensiômetros a diferentes profundidades.

Análises granulométricas do solo e ensaios de infiltração no local de implantação das estruturas serão realizados para fornecer parâmetros de dimensionamento.

Tendo em conta o objetivo de investigar os riscos de poluição do solo e de águas subterrâneas em decorrência de infiltração de águas de escoamento, serão realizadas análises, por técnica de lixiviação, da presença de poluentes (matéria orgânica, metais) em mantas geosintéticas e em amostras de solo coletadas no leito das estruturas compensatórias e em diferentes profundidades nas vizinhanças dessas instalações.

Análises desse mesmo tipo serão realizadas antes da implantação das técnicas compensatórias de forma a caracterizar o estado inicial do solo com a relação a presença desses poluentes no local escolhido para essas instalações.

Técnicas de análises estatísticas de séries temporais e de análise hidrológica de eventos chuva-vazão, de processos de armazenamento e infiltração serão empregadas para avaliar a eficiência em termos de em redução e amortecimento de escoamentos superficiais e de cargas poluentes. Serão avaliados os tipos de poluentes retidos pelas estruturas e efetuadas análises de risco de contaminação de solos e do lençol. Aspectos operacionais e de custos relacionados à manutenção dos sistemas serão identificados e analisados.

As análises acima descritas serão complementadas por modelagem matemática do funcionamento das estruturas compensatórias, em particular dos processos de infiltração por simulação numérica.

O estágio atual das atividades propostas encontra-se parcialmente realizada:

• Estudos hidrológicos concluídos.

• Estudos geotécnicos não estão concluídos em razão de aguardo de autorização pela

UFMG para instalação no local previamente escolhido, no campus Pampulha.

• Anteprojetos das instalações e do monitoramento concluídos. O projeto executivo será elaborado uma vez obtida a autorização da UFMG para as instalações no local escolhido e realizados os estudos geotécnicos.

• A implantação das técnicas aguarda a autorização da UFMG e a liberação da segunda parcela de financiamento do projeto para a aquisição de equipamentos.

A UFRN e a UnB ainda não iniciaram suas atividades a cerca desse tema. Quanto à USP, essa não prever o desenvolvimento do referido tema em sua pesquisa.