Por Helano dos Santos Sena
As inundações têm ocorrido com maiores intensidade e frequência em grandes centros urbanos do planeta. Em Brasília não é diferente, e a infraestrutura de drenagens pluviais tem sofrido impactos diretos das precipitações cada vez mais frequentemente, causando problemas para comunidades vulneráveis que habitam áreas residenciais não planejadas ou mesmo causando transtornos em locais que antes eram considerados “bem estruturados”. O impactos negativos podem ser inundações, prejuízos financeiros, riscos à saúde e até perda de vidas.
O clima influencia diretamente as chuvas intensas que incidem sobre grande parte do planeta, porém não existe um estudo específico sobre o comportamento das chuvas no Distrito Federal ao longo das últimas décadas, de modo que seja identificada ou descartada uma tendência de aumento das intensidades dessas precipitações ao longo das últimas décadas ou se as séries de chuvas são estacionárias. Entretanto, pode-se afirmar categoricamente que as inundações têm se mostrado mais frequentes, causando prejuízos cada vez maiores na Capital Federal. O uso/ ocupação do solo influenciam diretamente essa questão.
INTRODUÇÃO
A infiltração das águas pluviais no solo configura uma parte importante do ciclo hidrológico. A água que infiltra pode percolar para grandes profundidades e abastecer aquíferos, bem como pode se manter próxima à superfície e alimentar plantas e árvores, favorecendo o equilíbrio dos ecossistemas.
Porém, uma função muito importante dessa etapa (infiltração) é o “amortecimento” do escoamento superficial. As superfícies que possuem coeficiente de escoamento (coeficiente de run off) alto podem reter até 5 vezes menos água em casos de chuvas intensas, durante os minutos iniciais. O resultado disso é o aumento das vazões de pico do evento, atingindo valores para os quais a infraestrutura de drenagem não está projetada. Além disso, o tempo de chegada da cheia é menor.
Conforme mencionado no início, as consequências são inundações e prejuízos materiais ou de pessoas. Os mais prejudicados nessas situações são pessoas de comunidades menos estruturadas e que não estão devidamente preparadas para esses eventos, com infraestrutura de drenagem inadequada, sendo obras mal planejadas, incompletas ou que não conduzem de forma ordenada as águas provenientes das chuvas extremas.
Quanto às chuvas que incidem sobre as áreas de “risco”, os eventos de menor duração se mostram mais desfavoráveis às estruturas de drenagem. Importante comentar que o DF é um local característico de chuvas convectivas, cuja formação e incidência ocorrem muitas vezes em áreas pequenas, ou seja, é difícil para os serviços de previsão de tempo criarem alertas precisos sobre chuvas extremas ou inundações em regiões específicas.
A relação entre o total precipitado e a duração caracteriza a intensidade da chuva, medida utilizada obrigatoriamente nos projetos e dimensionamentos dos dispositivos hidráulicos. O presente estudo visa abranger todos os procedimentos do desenvolvimento de um projeto de drenagem, desde a obtenção das vazões de pico até a verificação hidráulica do dimensionamento das estruturas calculadas, de modo a deixar claros os resultados do comparativo entre dois casos, onde a única variável que se diferencia é a cobertura do solo. No presente estudo serão apresentadas as eventuais diferenças entre os escoamentos resultantes de duas situações distintas, sendo que uma delas representa um local não antropizado e a outra representa um local intensamente urbanizado.
VAZÕES DE PROJETO
Para o dimensionamento de obras relacionadas com infraestrutura hídrica, é necessário que sejam adotadas vazões de projeto, como sendo a variável mais importante. Dentre essas obras estão vertedouros de barragens, canais de desvio ou dispositivos de drenagem, tais como canaletas, bueiros, descidas d´água, dissipadores de energia, bacias de amortecimento de cheias.
Na tentativa de quantificar as vazões de projeto decorrentes das chuvas intensas, é comum a utilização de métodos de transformação chuva-vazão, especialmente em locais que não possuem um curso d´água perene cujas vazões e níveis d´água sejam monitorados regularmente.
Em princípio, o método racional é bastante utilizado para áreas de contribuição hidrológica de até 1km² (podendo variar conforme a bibliografia). É um procedimento empírico usado para estimar a vazão de pico gerada por uma chuva de projeto que incide naquela sub bacia de contribuição.
Outra forma de obter as vazões de projeto, é utilizar métodos que contemplam áreas de maiores dimensões e o hidrograma gerado pelas chuvas excedentes, como as metodologias de Sherman, Clark ou Soil Conservation Service por exemplo, que representam inclusive as respostas hidrológicas temporais da respectiva área de contribuição estudada.
Apesar das grandes diferenças entre os métodos e simplificações existentes em cada um, uma variável é comum e os resultados são altamente dependentes dela. Essa variável representa o coeficiente de escoamento superficial, que se baseia no uso/ocupação do solo e, em algumas bibliografias, varia também com a declividade do terreno estudado.
INFILTRAÇÃO
A chuva excedente é o volume de água que efetivamente escoa superficialmente e gera picos de vazão. A depender da duração em que se formam esses volumes de água, as consequências a jusante podem ser sérias, causando danos e prejuízos importantes. A relação entre o volume de água precipitada e a duração da chuva é a intensidade, que pode ser medida diretamente por instrumentos meteorológicos, sejam pluviômetros ou pluviógrafos. A maior diferença é o registro das medições, no caso do pluviógrafo.
Quanto maior a taxa de infiltração dessa água no solo, menor a vazão de escoamento superficial resultante da respectiva chuva. Importante mencionar que a capacidade do solo de reter água pela infiltração é sempre decrescente, além de sofrer redução, normalmente exponencial, até determinada duração do evento chuvoso, a partir de quando a taxa de infiltração torna-se quase constante.
A grande questão é que, além de permitir o abastecimento de aquíferos, cursos d´água e a manutenção da vida de plantas, árvores ou culturas de alimentos/outros produtos, a infiltração reduz em grande parte o volume de água pluvial que escoa superficialmente. A depender da localização, os benefícios podem ser muito importantes, especialmente a montante centros urbanos muito habitados ou que recebem grandes tráfegos de veículos, por exemplo.
ESTUDO DE CASO
Serão apresentadas as eventuais diferenças entre os escoamentos resultantes de duas situações distintas. A alternativa A representa um local intensamente urbanizado e a alternativa B representa um local não antropizado, que é uma situação comum em diversas regiões do Distrito Federal, com taxa de impermeabilização do solo aproximadamente 85%. Cabe comentar que, apesar da ocorrência de eventos que causam danos altamente negativos no DF, a situação topográfica da região reduz bastante o potencial de desastres causados pela chuva, especialmente quando se compara a situação do local com regiões acidentadas geograficamente, como morros densamente ocupados em centros urbanos no Brasil, Belo Horizonte e Rio de Janeiro.
Exemplos da alternativa A são cidades satélites muito povoadas, como centro de Taguatinga, enquanto exemplos do caso B são áreas rurais e habitações individuais como Setor Habitacional Park Way.
O objetivo desse estudo de caso é comparar os resultados hidrológico-hidráulicos de ambos, tornando possível então demonstrar o impacto decorrente do uso/ocupação do solo. As alternativas A e B consideram a mesma área de contribuição hidrográfica. e. Porém, o coeficiente de escoamento superficial e a chuva de projeto serão dados de acordo com diferentes coberturas do solo, conforme uma mesma referência bibliográfica.
Inicialmente apresenta-se a equação do método Racional (empírico): Q =0,000000278×𝑐 ×𝑖×𝐴
Onde:
- Q é a vazão de projeto (m³/s);
- c é o coeficiente de escoamento superficial (adimensional);
- i é a intensidade da chuva de projeto (mm/h);
- A é a área de contribuição hidrográfica (m²).
No presente estudo de caso, o local de interesse é o Distrito Federal. De acordo com a ADASA (Agência Reguladora de Águas, Energia e Saneamento Básico do Distrito Federal), a equação IDF (Intensidade Duração Frequência) para obtenção da chuva de projeto é:
Onde:
- i – Intensidade da precipitação (mm/h);
- TR – Tempo de recorrência (anos);
- t – Duração da chuva (min).
Conforme comentado anteriormente, para ambos os casos estudados, A e B, a variável comum será e área de drenagem.
- Os tempos de recorrência serão iguais a TR100, TR50 e TR25 anos. No entanto, conforme a Equação 2, as intensidades de precipitação serão diferentes, já que a duração de cada evento está diretamente ligada ao respectivo tempo de concentração (menor no caso de A);
- A área de drenagem hidrográfica será de aproximadamente 92.000m², equivalente à região identificada nos mapas das Figura Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..1 e Figura Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..2;
- O tempo de concentração será adotado como 3,8 e 12,5 minutos para A e B respectivamente (conforme demonstrado no parágrafo seguinte à Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..1), e consequentemente a duração da chuva na Equação 2 terá os mesmos valores (premissa do método racional).
Substituindo os valores na Equação 1, as chuvas de projeto serão aquelas listadas na Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..1.
Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..1 – TR100, TR50 e TR25 anos.
Obs.: a variação entre as intensidades de chuva das alternativas A e B se deve ao fato de que a duração de cada evento no método racional obedece ao respectivo tempo de concentração, tendo sido estimado considerando-se a distância de 600m em cada Ad e as velocidades de escoamento de 2,6m/s para a alternativa A e 0,8m/s para a alternativa B, conforme sugerido na Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..2. As declividades médias dos talvegues principais das áreas de contribuição são 3,13% e 3,33% para as alternativas A e B respectivamente.
Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..2 – Faixas de
velocidade média de escoamento.
Fonte: Diretrizes para elaboração de estudos hidrológicos
De posse dos dados de área de drenagem e intensidade da chuva de projeto, a única variável restante será o coeficiente de escoamento superficial, que no caso do método racional, é conhecido como coeficiente de run off. A Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..3 apresenta diferentes valores para diferentes coberturas de solo, ou uso/ocupação.
Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..3 – Escoamento superficial.
Como parte do estudo comparativo, serão adotados os valores de 0,30, equivalente a “Superfícies não revestidas e terrenos descampados”, e 0,85 “Superfícies asfaltadas em bom estado” para os casos A e B respectivamente.
A partir dos dados de coeficiente de escoamento, intensidade de chuva e área de drenagem, podem ser obtidas as vazões de projeto para os casos A e B, apresentadas na Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..4.
Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..4 – QP.
Por fim, de modo a avaliar o impacto da variável ocupação do solo, foram feitas verificações hidráulicas com as vazões de projeto obtidas em cada caso. Foi utilizada uma canaleta padronizada conforme manual do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), que é um dispositivo bastante usual nos centros urbanos brasileiros.
O material de revestimento é o concreto (coeficiente de Manning igual a 0,016, concreto em bom estado de conservação), e o código dessa canaleta é VPAC 160-30 e sua especificação está descrita no manual citado. A Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..5 apresenta resultados da verificação hidráulica com a canaleta mencionada.
Tabela Erro! Nenhum texto com o estilo especificado foi encontrado no documento..5 – Verificação hidráulica para a canaleta VPAC 160-30, DNIT.
DISCUSSÕES FINAIS
Os resultados mostram que apenas a modificação da ocupação do solo pode causar extravasamento de uma estrutura hidráulica previamente dimensionada para uma cobertura do solo diferente naquela área de contribuição hidrográfica. Danos indiretos também podem ser citados, como por exemplo a perda de renda familiar por impossibilidade de trabalho decorrente de danos diretos.
No caso estudado, as bordas livres de todas as recorrências (TR100, TR50 e TR25) foi negativa, além de que as velocidades de escoamento estão acima do indicado na literatura para os revestimentos em concreto, com velocidade admissível de 6,0m/s. Comparativamente, na alternativa B, onde a ocupação do solo é pequena e as condições de infiltração permanecem próximas às condições naturais, a referida canaleta não sofre galgamento e as velocidades de escoamento estão todas dentro dos limites admissíveis do concreto.
Isso mostra o quão importante é o correto planejamento da infraestrutura associado à ocupação de novas áreas, seja para habitação, comércios, indústria, estacionamentos. É fundamental que sejam desenvolvidos estudos relacionados a planos diretores de ocupação e drenagem, além de reservatórios de amortecimento de cheias em áreas que mostram essa demanda.
O crescimento populacional do DF e as políticas públicas que incentivam a ocupação desordenada de áreas sem previsão de obras de infraestrutura para manter adequadas as condições de qualidade de vida e segurança, juntamente com situações de chuvas intensas resultantes de processos convectivos (grandes intensidades que incidem pontualmente em locais variados), impactam em danos severos para pessoas e bens.
Dadas as condições climáticas e formação de chuvas extremas no DF, é notório que os estudos devem levar em consideração planos futuros de ocupação, de modo que as obras atuais tenham maior resiliência quanto às novas características que serão implantadas no respectivo local nos anos seguintes.
CONCLUSÕES
A incidência de chuvas intensas tem causado cada vez mais impactos negativos em centros urbanos. Os impactos diretos são danos a propriedades e pessoas, enquanto os prejuízos indiretos estão relacionados com a saúde ou com a perda de renda por impossibilidade de trabalho de pessoas afetadas.
Esses resultados negativos têm sido verificados com frequências cada vez maiores em diversos centros urbanos, sendo que o Distrito Federal não faz parte de um caso isolado. Como estudo de caso, foi simulada a incidência de uma chuva de projeto em um mesmo local no DF, com uma única diferença nas variáveis de cálculo das vazões de pico resultantes: a cobertura do solo na área de contribuição hidrográfica.
A partir daí foi feita toda a sequência de um estudo hidrológico-hidráulico para dispositivos de drenagem superficial. Os resultados mostram que a influência da cobertura do solo é muito significativa, e isso chama a atenção para o fato de ocupações irregulares ou mesmo não planejadas, do ponto de vista das obras de infraestrutura hidráulica.
REFERÊNCIAS
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