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UFRGSUN IVERSIDADE FEDERALDO RIO GRAN DE DO SUL
FUNDO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO
FNDCT
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE PESQUISAS HIDRÁULICAS
PROSAB 01/2006
SISTEMA DE AVALIAÇÃO DE ÁGUAS URBANAS PLUVIAIS E FLUVIAIS
RELATÓRIO PARCIAL 01
PORTO ALEGRE – RS 05/2007
Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Pesquisas Hidráulicas
SUMÁRIO
1 MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAIS .................................................................................................. 5 2 MONITORAMENTO QUALI-QUANTITATIVO.......................................................................... 5
2.1 MONITORAMENTO DA QUALI-QUALITATIVO – BACIA CAPIVARA ........................ 5 2.1.1 CARGAS POLUIDORAS POTENCIAIS NA BACIA ................................................... 5 2.1.2 REDE DE MONITORAMENTO DE NÍVEIS E DA QUALIDADE DA ÁGUA........... 7
3 MODELAGEM............................................................................................................................... 13 3.1 MODELOS HIDROLÓGICOS .............................................................................................. 13
3.1.1 A ESCOLHA DO MODELO ......................................................................................... 13 3.1.2 MODELO SWMM ......................................................................................................... 15
3.2 DISCRETIZAÇÃO DA BACIA............................................................................................. 17 3.3 DISCRETIZAÇÃO DO CANAL ........................................................................................... 19 3.4 SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO.............................................. 20
3.4.1 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS ..................................................................... 20 3.4.2 ÁREA IMPERMEÁVEL................................................................................................ 24
3.5 MODELAGEM MATEMÁTICA DA QUALIDADE DA ÁGUA........................................ 31 3.5.1 FONTES DIFUSAS NO MODELO EPA SWWM 5.0 .................................................. 31 3.5.2 FONTES PONTUAIS NO MODELO EPA SWWM 5.0 ............................................... 32
4 DRENAGEM URBANA E RESÍDUOS SÓLIDOS ...................................................................... 32 5 MEDIDAS COMPENSATÓRIAS ................................................................................................. 32
5.1.1 ESTR. DE CONTROLE NA FONTE E A QUAL. DAS ÁGUAS PLUVIAIS ............. 32 5.1.2 ATIVIDADES REALIZADAS ...................................................................................... 38
6 INDICADORES DO MEIO URBANO.......................................................................................... 38 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................ 40
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INDICE DE FIGURAS Figura 1 – Coleta sanitária na bacia do arroio Capivara ........................................................................... 5 Figura 2 – Aporte de carga orgânica oriunda de esgotos domésticos brutos............................................ 8 Figura 3 – Rede de monitoramento pré-existente ................................................................................... 11 Figura 4 – Rede de monitoramento da qualidade da água proposta ....................................................... 12 Figura 5 – Estrutura do SWMM (James et al., 2005). ........................................................................... 16 Figura 6 – Slope bacia do Capivara. ....................................................................................................... 17 Figura 7 – Macro do Idrisi para obtenção das características fisiográficas das sub-bacias .................... 18 Figura 8 – Aquisição e formatação das imagens LANDSAT................................................................. 21 Figura 9 – Triangulated Irregular Network – TIN (parcial).................................................................... 21 Figura 10 – Modelo Numérico do Terreno – MNT ................................................................................ 22 Figura 12 – Sub-bacias............................................................................................................................ 23 Figura 13 – Uso e ocupação do solo ....................................................................................................... 23 Figura 14 – Assinaturas espectrais - alvos diferenciados ...................................................................... 25 Figura 15 – Assinaturas espectrais.......................................................................................................... 26 Figura 16 – processo de classificação multiespectral por regiões .......................................................... 26 Figura 17 – classificação multiespectral por regiões .............................................................................. 27 Figura 18 – Delimitação de área urbana ................................................................................................. 27 Figura 19 – Plano “greenness” do índice Tasseled Cap.......................................................................... 28 Figura 20 – Conjunto de parametrização ................................................................................................ 28 Figura 21 – Área impermeável................................................................................................................ 29 Figura 22 – Escolha das áreas amostrais................................................................................................. 29 Figura 23 – Digitalização de áreas impermeáveis .................................................................................. 30 Figura 24 – Classificação Fuzzy x Método proposto.............................................................................. 31 Figura 25 – Pavimento permeável instalado no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS................. 34 Figura 26 – Trincheira de infiltração instalada no Instituto de Pesquisas Hidráulicas – UFRGS. ......... 35 Figura 27 – Ecotelhado instalado no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS.................................. 36 Figura 28 – Reservatório para coleta da água da chuva em prédio residencial de Porto Alegre. ........... 37
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ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 – DBO gerada na bacia do arroio Capivara ............................................................................... 6 Tabela 2 – Produção de resíduos sólidos na bacia do arroio Capivara ..................................................... 6 Tabela 3 – Carga dos poluentes estimadas em kg/ano.............................................................................. 6 Tabela 4 – Valores obtidos em estudos anteriores para seções CP1 e CP2.............................................. 7 Tabela 5 – Localização geográfica das seções de monitoramento............................................................ 8 Tabela 6 – Características fisiográficas da bacia de contribuição das seções de monitoramento ............ 9 Tabela 7 – Parâmetros monitorados nas seções de amostragem............................................................... 9 Tabela 8 – Sub-bacias arroio Capivara ................................................................................................... 17 Tabela 9 – Determinação do comprimento das sub-bacias..................................................................... 19 Tabela 10 – Seções do canal ................................................................................................................... 19 Tabela 11 – Correlação área impermeável x método proposto............................................................... 30 Tabela 12 – Equações do modelo SWWM para geração das cargas difusas.......................................... 31
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1 MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAIS
2 MONITORAMENTO QUALI-QUANTITATIVO
2.1 MONITORAMENTO DA QUALI-QUALITATIVO – BACIA CAPIVARA
2.1.1 CARGAS POLUIDORAS POTENCIAIS NA BACIA
As cargas potencialmente poluidoras da bacia do arroio Capivara são oriundas,
principalmente, de fontes pontuais de esgotos cloacais, resíduos sólidos, despejados diretamente no
curso d´água ou que carreados até a rede de drenagem pelo escoamento superficial, além da poluição
difusa originada pelas diversas atividades e usos do solo na bacia hidrográfica desencadeada pela
drenagem pluvial. O mapa da figura 1 mostra a situação da bacia do arroio Capivara com relação ao
serviço sanitário (Menegat ; Porto, 1999).
Figura 1 – Coleta sanitária na bacia do arroio Capivara
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Com base no mapa e nos valores de população para área urbanizada e não-urbanizada (Figura
1) na bacia hidrográfica, as cargas de efluentes cloacais gerados de forma distribuída estimadas no
Plano Diretor de Drenagem Urbana do arroio Capivara apresentam os seguintes valores Tabela 1
(DEP ; UFRGS, 2005).
Tabela 1 – DBO gerada na bacia do arroio Capivara
Área (ha)
População (hab)
Densidade (hab/ha)
Consumo (m3/dia)
DBO (kg/dia)
DBO (ton/ano)
Área não-urbanizada 521,00 7737 14,85 1237,72 371,32 135,53 Área urbanizada 613,00 13433 21,91 2149,00 644,70 235,32 Total 1134,00 21170 18,67 3386,73 1016,02 370,85
(Fonte: DEP, 2005)
Neste estudo, estimou-se também a geração per capita e total de resíduos sólidos na bacia do
arroio Capivara que chegam à rede de drenagem. As estimativas para a área urbanizada e não-
urbanizada são apresentadas no Tabela 2 a seguir.
Tabela 2 – Produção de resíduos sólidos na bacia do arroio Capivara
Total de Resíduos sólidos
Total de Resíduos sólidos na drenagem
População (hab)
Produção per capita
(Kg/hab/dia) ton/dia ton/ano ton/dia ton/ano Área não-urbanizada 7737 0,48 3,54 1292,91 0,18 64,65 Área urbanizada 13433 0,50 6,50 2376,81 0,32 118,82 Total 21170 0,49 10,04 3669,72 0,50 183,47
(Fonte: DEP, 2005)
Para fontes poluidoras oriundas da drenagem pluvial urbana, as cargas estimadas para os
parâmetros fósforo total, nitrogênio total, COD, DBO, Zn, Pb e Cu, em kg/ano, são mostradas no
Tabela 3.
Tabela 3 – Carga dos poluentes estimadas em kg/ano
Fósforo total
Nitrogênio Total
COD DBO Zinco Chumbo Cobre
Área não-urbanizada 0,36 2,55 70,05 9,18 0,14 0,14 0,04 Área urbanizada 0,54 3,90 106,93 14,01 0,21 0,21 0,05 Total 0,90 6,45 176,98 23,19 0,35 0,35 0,09
(Fonte: DEP, 2005)
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2.1.2 REDE DE MONITORAMENTO DE NÍVEIS E DA QUALIDADE DA ÁGUA
O Arroio Capivara possui em operação duas seções de monitoramento da qualidade da água,
CP1 e CP2. Estes pontos de amostragem já foram utilizados em estudos qualitativos prévios dos
recursos hídricos na bacia do arroio Capivara por Bollmann (2003) e Petry (2005). A localização dos
pontos da rede de monitoramento já existente pode ser visualizada na Figura 3.
Os pontos foram escolhidos devido às diferenças marcantes na ocupação do solo a montante
das seções citadas. A seção CP1 está localizada próxima das nascentes, com uso do solo da bacia
contribuinte predominantemente rural e ainda com uma configuração natural do talvegue principal.
A seção CP2, por sua vez, está localizada próxima da foz, logo apresenta uma área de contribuição
bastante modificada, principalmente, por conta da intensa urbanização, refletindo na canalização do
canal principal, em alguns trechos, e o acréscimo no aporte de poluentes provindos de esgotos
domésticos.
Os autores citados anteriormente verificaram em seus trabalhos diferenças significativas nas
concentrações de alguns parâmetros de qualidade da água entre as seções de amostragem, resultando
numa piora na qualidade da água na seção mais a jusante, em função da intensificação da área
urbanizada. A seguir, a Tabela 4 apresenta valores para alguns parâmetros monitorados durante estes
estudos.
Tabela 4 – Valores obtidos em estudos anteriores para seções CP1 e CP2
Bollmann (2003) (jan/99 - set/00)
Petry (2005) (mai/04 - jan/05)
CP1 CP2 CP1 CP2
Parâmetro
m D.P. m D.P. m D.P. m D.P. DQO (mg/l) 53,48 36,28 108,80 51,65 16,51 9,09 83,52 40,22 OD (mg/l) 4,90 2,50 2,75 2,31 6,14 1,04 2,8 1,44 Pt (mg/l) 1,18 0,78 2,73 1,38 0,20 0,12 1,89 0,64 Nt (mg/l) 10,47 5,88 20,25 9,46 2,22 1,06 16,55 6,39
Estas seções também possuem linígrafos para medição de níveis, conforme pode ser visto na
figura 3. Dispõe-se de uma extensa série de níveis observados, a qual servirá para ajuste da simulação
quantitativa da bacia do arroio Capivara. Além das seções de amostragem comentadas, está em
contínua operação uma estação meteorológica situada às margens do arroio, para monitoramento dos
dados de precipitação e demais variáveis climáticas.
Para o estudo em questão, entretanto, além dos pontos de monitoramento já existentes, foram
selecionadas mais quatro seções de monitoramento da qualidade da água. Algumas destas seções
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foram inseridas com a finalidade de monitorar a qualidade da água dos afluentes que contribuem de
maneira mais significativa para arroio Capivara, em função da sua área de drenagem.
Além do monitoramento no exutório de algumas sub-bacias, pretende-se também amostrar
dados de qualidade a jusante do ponto onde se localiza a estação meteorológica. Isto se deve, em
função do notório aporte de carga orgânica neste trecho, devido às contribuições diretas de esgotos
domésticos oriundos de aglomerados residenciais que confinam o arroio Capivara, conforme é
mostrado na figura 2.
Figura 2 – Aporte de carga orgânica oriunda de esgotos domésticos brutos
A Figura 4 apresenta a rede monitoramento de qualidade da água, proposta para este estudo,
na bacia do arroio Capivara. Nesta figura foram renomeadas as seções de monitoramento da seguinte
forma: ao longo do canal principal, CP1 a CP4, para as demais seções localizadas nos afluentes, AF1 a
AF3. A localização geográfica dos pontos e as características fisiográficas das áreas de contribuição são
mostradas nos tabela 5 e 6, respectivamente.
Tabela 5 – Localização geográfica das seções de monitoramento
Pontos de amostragens atuais
Pontos de amostragens pré-existentes
Latitude (graus/min/seg)
Longitude (graus/min/seg)
CP1 - 30° 07' 26,9" S 51° 11' 16,8" W CP2 CP1 30° 07' 43,9" S 51° 12' 13,0" W CP3 - 30° 07' 46,2" S 51° 12' 14,2" W CP4 CP2 30° 04' 05,1" S 51° 10' 20,9" W AF1 - 30° 07' 31,7" S 51° 11' 18,1" W AF2 - 30° 07' 37,1" S 51° 11' 56,0" W AF3 - 30° 07' 51,7" S 51° 12' 24,9" W
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Tabela 6 – Características fisiográficas da bacia de contribuição das seções de monitoramento
Seções de Monitoramento Características fisiográficas da área de contribuição CP1 CP2 CP3 CP4 AF1 AF2 AF3
Área de drenagem (km2) 9,68 5,91 3,70 1,45 0,55 0,96 1,41 Perímetro da bacia (km) 20,67 15,37 12,10 7,47 4,22 6,29 7,41 Extensão do canal principal (m) 6187 4585 3542 2216 1332 2061 2769 Declividade do canal principal (m/m) 0,04 0,05 0,06 0,09 0,03 0,07 0,07 Cota máxima (m) 237 237 237 237 80,6 167,8 211,0 Cota mínima (m) 7,56 15,48 23,98 34,87 35,9 25,74 17,05
A seguir, a tabela 7 apresenta os parâmetros de qualidade da água monitorados seguidos da
metodologia de análise paras as seções de amostragem para o monitoramento de base.
Tabela 7 – Parâmetros monitorados nas seções de amostragem.
Parâmetro Laboratório de Análise
Temperatura, salinidade, pH, cor, condutividade, potencial redox e OD
Sonda quanta
Sólidos Suspensos (mg/l) Agronomia UFRGS
Nitrogênio total kjeldahl - TKN (mg/l) Agronomia UFRGS
Nitrato (mg/l) Agronomia UFRGS
Fósforo Total (mg/l) Agronomia UFRGS
Ortofosfatos (mg/l) Agronomia UFRGS
COD/COT/CID (mg/l) Agronomia UFRGS
Metais (Pb, Cu, Zn, Cr, Cd) (mg/l) Agronomia UFRGS
Óleos e graxas (mg/l) Agronomia UFRGS
Coliformes fecais Veterinária UFRGS
A freqüência das campanhas de monitoramento de base será quinzenal, em todas as seções de
amostragem discutidas anteriormente.
Serão realizadas também campanhas durante eventos chuvosos, podendo ou não coincidir
com as datas das campanhas de base. Estas campanhas serão relevantes não somente para etapa de
calibração do modelo de qualidade da água, mas também para o entendimento da carga lavagem
(“first-flush”, em inglês) da drenagem pluvial urbana na bacia do arroio Capivara.
As campanhas durante eventos chuvosos, entretanto, não serão realizadas em todas as seções
de monitoramento discutidas. Nestas campanhas serão monitoradas somente as seções CP1 e AF1.
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Quanto aos recursos humanos, a equipe que participará das campanhas de campo é composta
por bolsistas de nível técnico - AT (2), iniciação científica - IC (1) e de apoio tecnológico – DTI-III (1).
Com os resultados obtidos através das campanhas de monitoramento da qualidade da água,
pretende-se avaliar o padrão temporal dos parâmetros monitorados nos pontos de amostragem não
somente durante eventos, através de polutogramas, mas também avaliar entre eles os efeitos da
sazonalidade ao longo do período de monitoramento, como por exemplo, os efeitos da deposição de
poluentes na superfície da bacia em função da umidade, período de tempo seco antecedente,
intensidade e duração da precipitação, etc.
Neste sentido, por conta da distribuição espacial dos pontos amostrais, poderão ser realizados
também perfis longitudinais dos parâmetros e, desta forma, avaliar o quão significativo é o efeito da
urbanização na bacia hidrográfica sobre o arroio Capivara em direção a sua foz no Lago Guaíba.
Os resultados servirão também 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. A metodologia empregada no modelo para simular
a geração de cargas difusas e o transporte de poluentes na bacia hidrográfica é mostrada no tópico 3.5.
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Seção CP1 - Seção de monitoramento de níveis e de qualidade da água – Detalhe da calha de medição de níveis.
Seção CP2 - Seção de monitoramento de níveis e de qualidade da água.
CPmet - Detalhe da Estação Meteorológica
Seção CP1 - Seção de monitoramento de níveis e de qualidade da água – Detalhe da vista para jusante.
Figura 3 – Rede de monitoramento pré-existente
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Seção CP1
Seção AF3
CPmet
Seção CP3
CP4
CP2
Seção AF1
Seção AF2
Figura 4 – Rede de monitoramento da qualidade da água proposta MCT/FINEP/Ação Transversal-PROSAB—01/2006 12
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3 MODELAGEM
3.1 MODELOS HIDROLÓGICOS
A hidrologia trata dos fenômenos naturais complexos encontrados no ciclo hidrológico. Os
processos, como a precipitação, evaporação, infiltração e escoamento em rios, dependem de um grande
número de fatores, que dificultam a análise quantitativa dos mesmos. Nesse contexto, o modelo pode ser
entendido como a representação de algum objeto ou sistema, numa linguagem de fácil acesso e uso, com
o objetivo de entendê-lo e assim, encontrar as respostas para diferentes entradas (Tucci, 2005).
Quando o homem estrutura sistemas artificiais complexos como, sistemas estruturais ou
elétricos, por exemplo, possui sob seu domínio o controle de seus fatores condicionantes. Tal situação
não ocorre em sistema natural como a bacia hidrográfica em que os fatores pertinentes a ela foram
moldados pela natureza. In casu, o que o homem faz é adaptar os seus condicionantes, procurando
entender o funcionamento da natureza. Nessa situação, de forma distinta dos sistemas artificiais, diante
de um monitoramento prévio o que se procura obter é uma previsão de resposta a diferentes ações como
precipitações extremas, estiagens, alteração no uso e ocupação do solo e demais fatores intervenientes do
comportamento hidrológico. Em outras palavras, o modelo hidrológico torna-se então uma das
ferramentas para entender e representar o comportamento da bacia hidrológica, podendo, por
conseguinte, prever condições diferentes das observadas, como por exemplo, o impacto do processo de
urbanização (Tucci, 2005). Segundo ainda o autor, as principais limitações dos modelos hidrológicos são
a quantidade e qualidade dos dados disponíveis. Contribui ainda para esta limitação a dificuldade de se
formular matematicamente alguns processos e a simplificação do comportamento espaciais de
fenômenos e variáveis.
3.1.1 A ESCOLHA DO MODELO Para Tucci (2005), em um projeto a aplicação dos modelos hidrológicos envolve procedimentos
que vão além da escolha do próprio modelo. Etapas como a seleção e análise dos dados necessários, o
ajuste e verificação dos parâmetros, a definição dos cenários de aplicação e o prognóstico e estimativa
das incertezas dos resultados. Para o autor, existe um grande número de elementos a serem analisados,
quando da utilização de modelo hidrológico para um determinado problema. Os principais aspectos a
serem considerados apontados pelo autor são:
Objetivos do estudo: O uso dos modelos deve estar ligado diretamente aos objetivos envolvidos
no estudo. Normalmente os modelos têm limitações em representar perfeitamente os processos
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envolvidos no estudo sendo necessário, portanto, cuidadosas considerações sob o ponto de vista da
aplicação prática.
Neste contexto, os modelos por bacia foram desenvolvidos com o objetivo de se obterem
resultados satisfatórios, tanto quantitativos, quanto qualitativamente de vazões em função da
disponibilidade de dados pluviométricos das bacias. Estes modelos podem representar de maneira
adequada as variações no uso e ocupação do solo possibilitando a estimativa quali-quantitativa para os
novos cenários (Tucci, 2005), que sinteticamente constitui-se em um dos objetivos deste trabalho.
As características da bacia e do rio: a variabilidade das características físicas e climáticas das
bacias hidrográficas é muito grande, portanto os processos e os problemas que nela ocorrem dependem
de uma intricada combinação de muitos fatores como clima, relevo, solo, geologia, cobertura vegetal,
entre outras características físicas.
Para o autor, aspectos como a representação dos processos dominantes (processos horizontais)
que ocorrem nas bacias urbanas, tais como: infiltração e escoamento não-saturado, escoamento
superficial e em rios deverão ser satisfatoriamente representados.
Além da estrutura de representação dos processos, a escolha do modelo também deve verificar a
sua capacidade de configurar espacialmente os processos e o uso das características físicas das bacias. É
necessário que o modelo tenha capacidade de identificar esta variabilidade e simular de forma
distribuída o objeto de estudo.
Os modelos precipitação-vazão procuram representar de forma integrada os processos da
distribuição espacial da precipitação, as perdas por interceptação, evaporação, depressão do solo, o fluxo
através do solo pela infiltração, percolação e água subterrânea, escoamento superficial, sub-superficial e
no rio (Tucci, 2005). Nesta classe de modelos, os distribuídos por bacias permitem que a bacia seja
subdividida espacialmente por sub-bacias de forma que estas possam representar de maneira regular
determinados parâmetros ou locais de interesse que a metodologia do trabalho exige.
Disponibilidade de dados: os dados existentes podem inviabilizar algumas metodologias mais
sofisticadas que exigem muitas informações, enquanto outras que utilizam poucos parâmetros
relacionados com alguns indicadores podem ser úteis para responder as questões pendentes. Com
relação à este assunto Tucci (2005) discorre:
A quantidade e a representatividade das informações para ajuste e verificação nestes casos é fundamental para permitir um resultado de qualidade. É a diferença entre buscar um resultado confiável e estar somente na magnitude dos valores esperados. Nenhum modelo cria informações sobre uma bacia, o modelo tem a finalidade de explorar melhor as informações existentes. Quando as informações são deficientes um experiente hidrólogo pode obter resultados na magnitude dos valores verdadeiros, mas as incertezas poderão representar custos altos. Da mesma forma, quando os dados são confiáveis o mesmo profissional poderá obter resultados próximos do real e reduzir de forma significativa os custos dos projetos de recursos hídricos nos quais as vazões resultantes serão utilizadas.
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A bacia do Arroio Capivara foi objeto de estudo em diversos trabalhos desenvolvidos no
Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do Instituto de Pesquisas
Hidráulicas, bem como em várias publicações (DEP et al., 2005; Petry, 2005; Bollmann, 2003) possuindo,
assim, dados com qualidade, confiabilidade. Os modelos precipitação-vazão distribuídos por bacias
possibilitam a representatividade dos dados disponíveis da bacia em estudo.
Familiaridade com o modelo: para Tucci (2005) devido ao grande empirismo adotado pelas
equações matemáticas introduzidas na maioria dos modelos, o melhor será aquele que usuário tiver
maior sensibilidade sobre os parâmetros e o efeito dos processos no hidrograma da bacia. O usuário
deverá portanto ter familiaridade com o modelo escolhido, podendo identificar parâmetros ou
resultados que não representem a condição real da bacia.
Segundo Tucci (2005), há uma infinidade de exemplos que combinam os diferentes algoritmos
existentes para representar os processos hidrológicos. Segundo ainda o autor seria intangível representar
todos os modelos, bem como pouco produtivo discorrer sobre uma comparação entre eles. Uma boa
revisão sobre os modelos representativos desta classe é apresentado por Tucci (2005). Singh (1995)
apresenta em seu trabalho uma boa coletânea sobre os modelos hidrológicos.
3.1.2 MODELO SWMM
O SWMM é um software bastante difundido e com grande aplicação para bacias urbanas. Ele foi
desenvolvido pela U.S. EPA (Enviromental Protection Agency) entre 1969 e 971, após essa data sofreu
diversas atualizações em 1975, 1981, 1988 (James et al., 2005). Além da EPA, empresas que trabalham no
desenvolvimento de aplicativos já realizaram modificações no SWMM, a maioria promovendo
integração com o ambiente SIG ou CAD, incluindo ferramentas de apresentação dos resultados e
melhoria na capacidade do banco de dados do aplicativo. Alguns aplicativos desenvolvidos neste
sentido são o PCSWMM (Computational Hydraulics Int.- CHI, 2007), XPSWMM (XP Software Inc., 2007)
e o MIKE SWMM (DHI Water & Environment, 2007). A interface adotada foi o PCSWMM por
possibilitar a modelagem simultâneas em diferentes verões do SWMM (SWMM 4.4 – 2005/10 e SWMM
5.0.009 2006/09).
Segundo James et al (2005), o SWMM estrutura-se em nove blocos ou módulos, sendo quatro
computacionais e de serviços, além do módulo executivo. Salientando os módulos computacionais
encontrou-se o módulo Runoff referente à transformação de chuva em vazão, o módulo Transport, ao
transporte na rede de drenagem segundo o conceito da onda cinemática, o módulo Extran referente à
modelação hidrodinâmica em condutos e canais e o módulo Storage/Treatment ao tratamento da
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qualidade das águas. Na Figura 5 está representada e estrutura dos módulos do SWMM e a inter-relação
entre eles.
Figura 5 – Estrutura do SWMM (James et al., 2005).
O módulo Runoff permite a simulação quali-quantitativa do escoamento gerado em áreas
urbanas e sua propagação na superfície ou através de canais de forma simplificada. O módulo processa
suas rotinas com base em dados de precipitação ou neve, simulando degelo, infiltração em áreas
permeáveis (modelos de Horton, Green Ampt ou Curve-Number), detenção na superfície, escoamento
na superfície e em canais, podendo ser utilizado para simulações de eventos isolados ou contínuos.
O escoamento superficial é obtido através de um reservatório não-linear para cada sub-área e
pode ser representado pela combinação das equações de Manning e da continuidade. A resolução desta
equação diferencial não linear pode ser resolvida para valores de profundidade da água no reservatório
desconhecidos, através do processo iterativo de Newton-Raphson (Garcia, 2005).
O módulo Transport propaga o escoamento na rede de drenagem segundo o conceito da onda
cinemática, enquanto que o módulo Extran, desenvolvido em 1973 e adicionado no ano subseqüente ao
SWMM, agregou um módulo alternativo para a propagação do escoamento, em redes de condutos e
canais. O Extran acrescentou uma rotina mais sofisticada e complexa, possibilitando a simulação de
condutos sob pressão, propagando o escoamento com a utilização as equações completas de Saint
Venant tendo a vazão e a cota piezométrica como variáveis. A solução se dá através de um esquema
explícito adiantado no tempo, segundo o método de Euler modificado (Garcia, 2005). O módulo simula
efeitos de jusante, fluxo reverso, fluxo a superfície livre e ou sob pressão. O sistema de drenagem é
concebido como uma série de vínculos e nós. Os vínculos (links) transmitem fluxo entre os nós, sendo a
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vazão a variável dependente, os nós tem características de armazenamento, sendo a equação da
continuidade aplicada aos nós e a equação da quantidade de movimento ao longo dos vínculos (links).
3.2 DISCRETIZAÇÃO DA BACIA
A bacia do Capivara foi discretizada em 18 sub-bacias indicadas na Tabela 8. A área e a
declividade foram obtidas pela aplicação da macro desenvolvida no Idrisi (Eastman, 2006) e indicada na
Figura 7.
O comprimento da bacia foi obtido segundo a metodologia apresentada por DiGiano et al (1977)
apud (Huber ; Dickinson, 1992). As áreas laterais foram obtidas pelo Idrisi (Eastman, 2006) e calculadas
segundo o procedimento em tela tendo seus valores indicados na Tabela 9.
As rugosidades (áreas impermeável e permeável) foram obtidas pelos valores apresentados por
(James et al., 2005). Os valores adotados para o armazenamento nas depressões foram calculados pela
relação declividade (Figura 6) x armazenamento apresentado por James et al. (2005) e extraídos pela
média de cada sub-bacia analisada. Os parâmetros de infiltração adotados (infiltração inicial máxima,
Infiltração mínima e taxa de decaimento) foram os apresentado por Germano et. al (2000). O percentual
de área impermeável de cada sub-bacia foi obtido conforme procedimento indicado no item 3.4.2.
Figura 6 – Slope bacia do Capivara.
Tabela 8 – Sub-bacias arroio Capivara
Bacia Área (m2)
Perímetro (m)
Hmin (canal) (m)
Hmax (canal) (m)
Dmax (m)
Smédio (bacia) (%)
1 112775.00 1990.00 65.95 114.78 537.46 17.2% 2 550800.00 4220.00 35.38 174.99 1396.68 11.7% 3 959625.00 6290.00 25.74 237.62 2061.28 9.5% 4 338400.00 3650.00 19.03 80.10 1347.12 20.2%
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5 1412325.00 7410.00 17.06 249.11 2769.45 10.4% 6 151125.00 3330.00 15.76 72.66 1083.65 19.8% 7 98075.00 2150.00 11.86 34.59 760.40 51.0% 8 143475.00 2280.00 10.37 58.93 765.09 19.5% 9 212525.00 2870.00 7.48 63.62 967.43 20.1%
10 73750.00 1620.00 1.82 8.01 534.86 82.6% 11 782375.00 5340.00 2.07 89.31 1987.67 16.2% 12 126500.00 2230.00 1.65 29.38 719.91 41.2% 13 221175.00 2740.00 7.38 59.84 1054.82 16.3% 14 836725.00 6270.00 9.14 75.83 2072.37 16.1% 15 423725.00 3520.00 13.74 62.48 1017.53 22.0% 16 1149775.00 6480.00 22.06 168.33 2096.68 14.1% 17 359825.00 4590.00 23.95 163.22 1610.45 14.6% 18 188550.00 2890.00 31.37 145.46 1014.82 9.8% 19 156075.00 2380.00 31.92 145.34 823.41 11.2% 20 108025.00 1810.00 40.83 145.40 524.55 7.3% 21 270475.00 3220.00 53.87 153.67 996.60 10.5% 22 293450.00 3290.00 59.65 153.69 971.51 12.7% 24 112725.00 1850.00 77.83 115.30 289.26 13.6% 25 71925.00 1570.00 33.66 93.93 417.74 11.9% 26 121925.00 2270.00 20.94 48.07 708.43 27.4%
Figura 7 – Macro do Idrisi para obtenção das características fisiográficas das sub-bacias
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Tabela 9 – Determinação do comprimento das sub-bacias
Bacia Kc Ret. Equiv.
A1 A2 Sk Width (m)
1 1.67 411.66 84675.00 28100.00 0.50166 805.30 2 1.60 891.18 316025.00 234775.00 0.14751 2587.33 3 1.81 1250.01 740375.00 219250.00 0.54305 3003.18 4 1.77 733.78 226400.00 112000.00 0.33806 2238.83 5 1.76 1494.36 793300.00 619025.00 0.12340 5197.16 6 2.42 572.95 69275.00 81850.00 0.08321 2077.13 7 1.94 413.21 81225.00 16850.00 0.65639 1021.68 8 1.70 467.97 83550.00 59925.00 0.16466 1404.20 9 1.76 579.23 119025.00 93500.00 0.12010 1818.67
10 1.68 334.01 40775.00 32975.00 0.10576 1013.15 11 1.70 1094.42 496100.00 286275.00 0.26819 3442.27 12 1.77 448.47 66225.00 60275.00 0.04704 1405.96 13 1.64 571.64 149050.00 72125.00 0.34780 1742.77 14 1.93 1205.98 553450.00 283275.00 0.32290 3475.58 15 1.52 762.26 294550.00 129175.00 0.39029 1637.93 16 1.70 1327.40 692400.00 457375.00 0.20441 3764.78
19 1.70 488.30 117775.00 38300.00 0.50921 1227.53 20 1.55 388.40 92700.00 15325.00 0.71627 673.38 21 1 1566.61
1 672.27 158600.00 134850.00 0.08093 1 24 1.55 71675.00 41050.00 0.2716825
17 2.16 835.58 251600.00 108225.00 0.39846 2579.20 18 1.88 564.11 112000.00 76550.00 0.18801 1838.84
.75 651.66 193125.00 77350.00 0.42804 22 .71 864.39
396.87 499.93 3 1.65
1.83 326.76 448.33
41225.00 69825.00
30700.00 0.146352100.00
774.351313.87
26 0.14538
3.3 DISCRETIZA ÃO CO canal foi d ret em es c nd T A correspondentes
às galerias fechadas am das art E P 05), enquanto as
seções irregulares se o po am r re adotadas as
rugosidades aprese os Jam ., 20
bel s
n io p ç Tipo
Ç DO ANAL isc izado 19 seçõ onforme i icado na abela 10. s seções
for obti no Dep amento de sgotos Pluviais (DE et al., 20
rão btidas r levant ento topog áfico a ser alizado na bacia. Serão
ntad por ( es et al 05).
Ta a 10 – Seçõe do canal
Ca al Exutór Com . (m) Se ão 1 1 4 .2 2 1 .3 3 .4 4 1 .5 5 1 .
11.47 1 Reg Retang. 81.97 2 Reg Retang. 91.58 3 Reg Retang. 40.72 4 Reg Retang. 32.80 5 Reg Retang.
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6 6 3 .56.43 6 Reg Circular 7 7 1 . 8 8 4 .9 10 1 e
10 3 e11 2 e12 e13 1 e14 15 111.91 14 Irregular 15 16 223.27 15 Irregular
512.14 16 Irregular 204.52 17 Irregular
29.14 7 Reg Circular 60.54 8 Reg Circular 86.31 9 Irr gular
11 12
50.8443.31
10 Irr11 Irr
gular gular
13 62.08 12 Irr gular 14 06.60 13 Irr gular
16 1817 1918 20 133.36 18 Irregular 19 21 102.05 19 Irregular
3.4 SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO
3.4.1 CARACTERÍSTICAS FISIOG
A utilização d rocessa opor e e de informações,
qualificando os dados necessários para o estudo, como: uso do solo, levantamento digital do terreno
entre outros. A utilização dessas informações tem grande utilidade na elaboração de projetos de
drenagem e estudos de impacto em bacias urbanas (Garcia, 2005).
A importância do geoprocessamento, no contex lanejam n s hídricos, surge
devido à necessidade de se manipular propriedades hidrológicas que apresentam grande variabilidade
espacial e temporal, sendo aí sua princi vantagem (M ; Ciril 001
Para a manipulação e model dos dado util dos intes softwares de
geoprocessamento:
• Idrisi vers ndes (Eastm 2006),
• CartaLinx versão 1.2 (CartaLinx, 1999)
Foram utilizadas imagens orbitais da série de satélites LANDSAT (órbita 221, cena 81
4/05/2005) e Imagem do Satélite QuickBird PACK (Bandas Separadas – 21/05/2005) 0,60P&B e 2,40m
imo) e 1 banda
pancromática). Escala Cartográfica de 1:50.000 com nível de precisão de 23m. O procedimento de
dicado na Figura 8.
Constrained Delaunay Triangulation
RÁFICAS
o geop mento pr ciona grand agilidad na ção obten
to do p e to dos recurso
pal endes o, 2 ).
agem s foram iza os segu
ão A an,
0
Color (4 bandas multiespectrais (azul, verde, vermelho e infravermelho-próx
aquisição e formatação para a imagem LandSat está in
O modelo numérico do terreno – MNT, que descreve o relevo da região de estudo, foi obtido por
digitalização do levantamento aerofotogramétrico escala 1:5.000 efetivados entre 1982 e 1987 (Secretaria
Municipal do Planejamento de Porto Alegre, 2006). Após a digitalização foram geradas redes irregulares
triangulares (Triangulated Irregular Network - TIN) pelo processo
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com a
.
SAT
aplicação de remoção de barreiras - "bridge and tunnel" edges - (Eastman, 2006). A Figura 9
apresenta um exemplo da rede gerada (área parcial). O modelo numérico final do terreno foi obtido pela
rasterização das TIN’s com resolução de 5x5 metros está indicado na Figura 10
Importadas para o Idrisi
Figura 8 – Aquisição e formatação das imagens LAND
Figura 9 – Triangulated Irregular Network – TIN (parcial)
As definições das bacias e sub-bacias e da micro-drenagem natural com suas características
morfométricas (delimitação da bacia, área da bacia, canal principal, comprimento do canal principal,
declividade do canal prin uso do software IDRISI
(Eastman, 2006). O resultado é apresentado nas Figura 11 e Figura 12.
cipal) dar-se-ão digitalmente através do MNT com o
•Image Windowing
Banda 01
Banda 02
Banda 03
Banda 04
Banda 05
Banda 06.1
Banda 06.2
Banda 07
Banda 08
GeoreferenciadasUtm_22s
Fontes
Banda 01
Banda 02
Banda 03
•Image Windowing
Banda 04
Banda 05
Banda 06.1
Banda 06.2
Banda 07
Banda 08
GeoreferenciadasUtm_22s
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Figura 10 – Modelo Numérico do Terreno – MNT
Rede de drenagem
Figura 11 – Rede de drenagem sintética
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Sub-bacias
Figura 12 – Sub-bacias
O estabelecimento de uso e ocupação do solo da bacia foi obtido por digitalização da imagem
Quickbird (2003). o resultado é apresentado na Figura 13.
Figura 13 – Uso e ocupação do solo
Canal principal
Exutórios
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3.4.2 ÁREA IMPERMEÁVEL
Quando se tratando de imagens de alta resolução, as imagens digitais de áreas urbanas
geralmente são visualizáveis por sua geometria e características texturais. As características espectrais da
área urbana, por serem muito heterogêneas, são de difícil classificação. A diversidade de materiais que
compõem a cobertura do solo urbano fazem com que o uso da resposta espectral para sua caracterização
seja muito complexa (Alves, 2004). Diversos trabalhos a cerca do assunto tem sido publicados, dentre os
quais podemos citar as classificações supervisionadas, a teoria dos conjuntos fuzzy e o conceito de
“pixels mistura”, entre outros. Para a análise de áreas impermeáveis diversos trabalhos adotando os dois
últimos conceitos são encontrados na literatura (Campana ; Tucci, 1994; Campana ; Tucci, 2001;
Campana; Haertel ; Tucci, 1992).
Em suma, a teoria dos conjuntos fuzzy estabelece uma relação sobre as incertezas da informação
apresentada. De forma geral, ela busca representar a informação de forma mais próxima possível da
linguagem natural, utilizando-se de modificadores que dividam uma classificação ou solucionem uma
determinada situação. A abordagem fuzzy nos permite trabalhar com a imprecisão, ou seja, com
situações em que não podemos responder simplesmente “sim” ou “não”. Em uma classificação de
incertezas fuzzy, os possíveis resultados da função de pertinência estarão no intervalo [0,1], sendo que o
valor zero indica que o pixel não pertence à classe amostrada, e o valor um indica que o pixel pertence
totalmente à classe(Alves, 2004).
No conceito “pixels mistura”, quando um sensor observa a cena, a radiância detectada é a
integração, denominada mistura, de todos os objetos, denominados componentes da mistura, contidos
no elemento de cena. Isso significa que muitas vezes, no interior de uma célula de resolução (pixel) mais
de uma classe ocorre. O conceito de “pixels mistura” busca gerar de imagens sintéticas, que representem
as proporções de cada componente da mistura dentro dos pixels, isto é, o número de bandas originais é
reduzido para o número de componentes do modelo de mistura (Alves, 2004).
Com relação à quantificação da área impermeável, a primeira abordagem apresenta como
vantagem a simplificação nas incertezas e a independência espectral da cena, ou seja, todos os
parâmetros necessários à classificação podem ser obtidos na própria imagem, porém, tem como
desvantagem o subjetivismo do classificador no processo, o que dificulta a correlação entre cenas
distintas.
A segunda abordagem permite estabelecer com maior precisão a composição (proporção de cada
componente – ex: concreto, asfalto, solo exposto, vegetação, etc.) dos pixels, contudo apresenta uma
relativa dificuldade no que diz respeito à obtenção da resposta espectral de elementos considerados
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como “puros”, seja em sua identificação na própria imagem, seja pela atribuição de valores adotados de
io (neste caso a dificuldade se deve a grande variabilidade da
respost
á não é tão evidente devido aos fatores anteriormente expostos (pixel
mistura
bibliotecas ou obtidos em laboratór
a espectral de um mesmo material dos componentes do modelo em questão).
Procurando estabelecer um procedimento que permita minimizar as ações subjetivas inerentes ao
processo de classificação e que permita uma melhor correlação entre os resultados obtidos para cenas
distintas foi adotada uma metodologia que emprega uma nova abordagem, utilizando-se de
classificação multiespectral por regiões (classificadores Bayesianos) em conjunto com o índice Tasseled
Cap conforme descriminado a seguir:
Determinados alvos tais como água, solo e vegetação poder ser facilmente identificados devido à
separação de suas respostas espectrais (Figura 14), contudo, quando analisamos uma área urbana
(Figura 15), esta identificação j
).
Sendo assim, uma primeira classificação é realizada tendo como objetivo a identificação dos alvos
considerados como 100% permeável (água, solo e vegetação) e de fácil identificação em um
procedimento de classificação multiespectral por regiões. Após essa classificação, as regiões não
identificadas no procedimento anterior (área urbana) tem sua relação de área impermeável adotada por
uma normalização do plano “greenness” obtido pelo índice Tasseled Cap. Estas etapas são melhor
descritas a seguir:
Figura 14 – Assinaturas espectrais - alvos diferenciados
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Figura 15 – Assinaturas espectrais
ormação espacial que envolve a relação com seus vizinhos. Para a definição das áreas de
treinam
rais correspondentes às áreas de treinamento foram produzidas para as bandas um a
cinco e banda sete. Posteriormente, classificadores Bayesianos foram aplicados para a identificação de
cada pixel (Eastman, 2006). São considerados como 100% permeável os pixels classificados como água,
solo exposto e vegetação enquanto que o restante foram submetidos ao procedimento indicado na etapa
seguinte. O procedimento está indicado na Figura 16 e o resultado desta etapa é mostrado na Figura 17.
Figura 16 – processo de classificação multiespectral por regiões
1) A caracterização de alvos que possuem como característica a alta separação em suas
assinaturas espectrais (ex: água, solo exposto e vegetação) foi estabelecida por classificação
multiespectral por regiões, ou seja, classificadores que utilizam, além de informação espectral de cada
pixel, a inf
entos foi utilizada composições das bandas 123, 345, 432 e 457, índices de vegetação NDVI e
RRVI, bem como o índice Tasseled Cap, todas da série LANDSAT.
As áreas de treinamento foram purificadas por procedimento paramétrico, examinando-se cada
pixel definido nas áreas de treinamento e seus correspondentes valores nas bandas utilizadas na análise.
Novas áreas de treinamento foram definidas por purificação dentro de uma faixa de 5% de exclusão.
Assinaturas espect
Composições Landsat
123 (RGB)345 (RGB)432 (RGB)457 (RGB)
Treinamento de áreas
Filtro
Assinatura espectral
Indices de vegetaçãoNDVI NRVI
Classificação Pesos
ComponentesPrincipais
Uso do Solo
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Figura 17 – classificação multiespectral por regiões
Figura 18 – Delimitação de área urbana
2) Para os pixes considerados como “urbano” (Figura 18) a quantificação da área impermeável se
deu pela parametrização de um dos planos do índice Tasseled Cap para imagem LandSat TM obtido
segundos parâmetros indicados em (Crist ; Cicone, 1984). Dos resultados obtidos, foi utilizado o plano
“greenness” que consiste no contraste entre as bandas de infravermelho próximo e as bandas visíveis
(Figura 19). Este plano tem como característica a substancial dispersão da radiação infravermelho
resultante da composição estrutural foliar presente na vegetação e da absolvição da radiação visível
pelos pigmentos das pla
ntas (Crist et al., 1984).
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Figura 19 – Plano “greenness” do índice Tasseled Cap
Segundo ainda o autor, o plano de informação gerado apresenta elevados valores para altas
densidades de vegetação, enquanto baixos valores são obtidos para a ausência desta. Esta característica
confere a este plano uma boa correlação entre a presença de biomassa e área impermeável. Para corrigir
os valores extremos encontrados em pequenas áreas (extremos de alta e baixa presença de biomassa) os
valores foram parametrizados com a exclusão destes extremos. A melhor parametrização foi obtida
normalizando os valores com exclusão de 11% dos valores superiores e inferiores. A Figura 20 apresenta
uma gama de normalizações com exclusão dos extremos variando de 1% a 20%. O resultado final para
quantificação das áreas impermeáveis é apresentado na Figura 21.
Figura 20 – Conjunto de parametrização
35%
95%
45%
55%
65%
75%
85%
1 2 3 4 5 6
ÁREA TESTE 1% 2% 3% 4% 5% 6%7% 8% 9% 10%
Impermeabilização
11% 12% 13%14% 15% 16% 17% 18% 19% 20%
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Figura 21 – Área impermeável
3) Para a validação dos dados foram estabelecidas seis áreas validação em uma imagem
Quickbird onde foram digitalizadas as áreas consideradas como impermeáveis (2005). A Figura 22
indica a localização destas áreas enquanto que a Figura 23 indica digitalização da área impermeável em
uma área teste. Os resultados são apresentados na Tabela 11. Uma comparação com os resultados
obtidos pela metodologia fuzzy é apresentado na Figura 24.
Fi s
gura 22 – Escolha das áreas amostrai
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Figura 23 – Digitalização de áreas impermeáveis
Tabela 11 – Correlação área impermeável x método proposto
Amostra Imper Resultado 1 89.5% 79.4% 2 82.1% 74.0% 3 71.5% 64.2% 4 59.4% 61.7% 5 49.9% 62.6% 6 33.6% 44.3%
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35%
45%
55%
65%
75%
85%
95%
1 5 62 3 4
ÁREA TESTE METO RODOLOGIA P POSTA METODOLOGIA FUZZY
impermeabilização
Figura 24 – Classifi zy do proposto
3.5 MODELAGEM MATEMÁTICA DA QUALIDADE DA ÁGUA
3.5.1 FONTES DIFUSAS NO MODELO EPA SWWM 5.0
O modelo fornece três metodologias para estimar a geração das cargas poluidoras de origem
difusa na bacia hidrográfica (EPA, 2005). São elas de acordo com o decréscimo na complexidade:
- Equações de acumulação e lavagem no solo (buildup - washoff).
- Carga gerada proporcional à vazão (relações 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 na 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.
As equações empregadas pelo modelo para as metodologias comentadas acima são as seguintes:
Tabela 12 – Equações do modelo SWWM para geração das cargas difusas
Acumulação de poluentes (Buildup)
cação Fuz x Méto
Função potência
C1 = máxima acumulação possível [M/L2] C2 = taxa constante de acumulação C3 = expoente da variável tempo
Áreas de ostragemam
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Função exponencial C1 = máxima acumulação possível [M/L2] C2 = taxa constante de acumulação [1/T]
Função de saturação
C1 = máxima acumulação possível [M/L2] C2 = constante de saturação [T]
Lavagem de poluentes (Washoff) Função exponencial
C1 = coeficiente de lavagem C2 = expoente de lavagem
o superficial por área [L/T] B = massa de poluente retido no solo por área [M/L2]
Relação entre W e Q
q = taxa de escoament
C1 = coeficiente de lavagem C2 = expoente de lavagem
ial [L/T] CME
Q = taxa de escoamento superficC1 = concentração de poluente
C2 = 1 Q = taxa de escoamento superficial [L/T]
3.5.2 FONTES PONTUAIS NO MODELO EPA SWWM 5.0
esgotos
domés es para calibração do modelo,
princip nado nas suas margens por aglomerados
residen
E A QUALIDADE DAS ÁGUAS PLUVIAIS
nagem que,
agindo
da urbanização, não
As alternativas de infi favorecer os processos hidrológicos
a urbanização (infiltração, i o a reconstituição
das condições de pré-ocupação. Essas estrutu s da urbanização na fonte,
ou seja, antes que a água atinja a rede de drenagem.
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
ticos. Uma vez estimadas estas cargas, elas podem ser important
almente, nos trechos críticos onde o arroio é confi
ciais.
4 DRENAGEM URBANA E RESÍDUOS SÓLIDOS
5 MEDIDAS COMPENSATÓRIAS
5.1.1 ESTRUTURAS DE CONTROLE NA FONTE
Os processos de controle de quantidade e qualidade da drenagem pluvial serão avaliados a partir
do monitoramento de protótipos experimentais, buscando avaliar o efeito de estruturas de controle na
fonte sobre a qualidade das águas pluviais nas condições de clima e solo de Porto Alegre. Estas
estruturas compõem o grupo de soluções alternativas, compensatórias ou ambientais de dre
em conjunto com as estruturas convencionais, procuram compensar sistematicamente os efeitos
só em termos quantitativos, mas também em termos qualitativos.
ltração, detenção e retenção procuram
alterados durante nterceptação, amortecimento), objetivand
ras buscam compensar os efeito
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Neste trabalho, será dada ênfase a est le do escoamento
superficial através da infiltração. As estrut a inuição das vazões
máximas, funcionando como reservatórios de na redução do escoamento
superficial, filtrando as águas da drenagem. Estas podem ajudar também na remoção e no controle de
ento sup s subterrâneas. São, portanto,
estruturas que recuperam de forma mais efetiva as condições de pré-ocupação.
Dentre as principais estruturas de con o para o
to superficial, pode os
• Pavimentos permeáveis;
• Trincheiras da infiltração
• Valas permeáveis.
Além das técnicas citadas acima, também serão avaliados dispositivos de aproveitamento da
da chuva e ecotelhados ou telhados verdes ou o princípio da infiltração
da águ
ir, são descritos os dispositivos experimentais que serão avaliados.
Segundo Tucci e Genz (1995), pavimentos permeáveis são um tipo especial de pavimento onde a
pavimentos podem ser de concreto, de asfalto ou blocos,
nstituído de um
estacio
do, numa metade o revestimento de asfalto pré-
ruturas que têm como princípio o contro
ur s de infiltração além de atuarem na dim
amortecimento, também atuam
poluentes do escoam erficial bem como na recarga das água
trole na fonte que utilizam o principio da infiltraçã
controle do escoamen m citar:
;
água vivos. Embora não utilizem
a no solo estes dispositivos também são considerados como práticas de controle do escoamento
superficial, contribuindo para a atenuação do escoamento superficial provenientes dos eventos
extremos. Além disso, reduzem a concentração e carga de muitos poluentes, tais como sólidos
suspensos, nitrogênio, fósforo e metais pesados encontrados no escoamento da água de drenagem.
A segu
Pavimentos Permeáveis
característica principal é porosidade. Estes
construído na mesma forma de pavimentos tradicionais.
Os pavimentos permeáveis podem substituir os pavimentos convencionais em áreas de
estacionamentos e em áreas com baixo tráfico.
Estas estruturas também são conhecidas como estruturas reservatórios, pois são constituídos de
uma matriz porosa que permite a infiltração da água. Além da retenção da água os pavimentos
permeáveis podem filtrar alguns poluentes (Andrade Filho; Széliga ; Szesz, 2000; EPA, 1999).
O pavimento permeável construído consiste em um módulo experimental co
namento 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 utiliza
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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 25 (Fonte: Acioli, 2005) pode-se observar a foto do dispositivo
experimental, com suas principais dimensões e equipamentos instalados para coleta de dados.
Figura 25 – Pavimento permeável instalado no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS
o comprimento prepondera sobre a largura
(Azzout; Barraud; Cres ; Alfakid, 1994; Balades ; Trincat, 1998).
ldenfum e Souza (2001). Ela foi construída no
IPH/UFRGS, como três módulos
paralelepípedos de 450 m
bservar a trincheira de infiltração
instalada no IPH/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. Um das
características desta estrutura é suas dimensões. Nesta
A trincheira a ser utilizada é descrita em Go
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 2. 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. Na Figura 26 pode-se o
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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 próximos às trincheira, fornece dados de chuva,
permitindo o cálculo dos coeficientes de escoamento e também provendo informação para a verificação
dos erros de medição nos valores de contribuição de escoamento superficial para cada trincheira.
Fi .
e precipitação, escoamento superficial e nível d’água nas trincheiras são
armaze
meabilização e drenagem adequadas.
dispositivo composto por quatro módulos de 1 m2 cada. Dois módulos
simulam um telhado e os outros dois simulam um terraço. Neste experimento um módulo de telhado e
gura 26 – Trincheira de infiltração instalada no Instituto de Pesquisas Hidráulicas – UFRGS
Os dados registrados d
nados em “data-loggers”, para posterior coleta e análise.
Ecotelhados Os ecotelhados, telhados verdes ou telhados vivos são estruturas que se caracterizam pela
aplicação de cobertura vegetal nas edificações, utilizando imper
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
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um mó
ra cada módulo – e quatro sensores que farão a mediação do escoamento
superfi
ça do
ecotelhado. A Figura 27 mostra o ecotelhado construído para o estudo experimental.
dulo 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 pa
cial. 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 presen
Figura 27 – Ecotelhado instalado no Instituto de Pesquisas Hidráulicas/UFRGS.
Aproveita e
O a o ole na
fonte, pois i agem
pluvial.
Além d pulosos e com abastecimento de água potável precário, as
águas p
m nto da água da chuva pr veitamento da água da chuva também pode ser considerado uma estrutura de contr
ev ta que água proveniente de telhados e terraços cheguem rapidamente a rede de dren
isso, em centros urbanos po
luviais podem tornar-se uma fonte de utilização, embora esta 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
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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 a água dos telhados
proveniente de eventos chuvosos será captada e armazenada para usos menos nobres. Neste 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 porção d’água coletada (“first flush”). Na Figura 28 podem ser visualizados os reservatórios
utilizados para a captação da água da chuva.
Figura 28 – Reservatório para cole
ta da água da chuva em prédio residencial de Porto Alegre.
Em todos os dispositivos de controle na fonte será feito o monitoramento da qualidade das águas
de drenagem. Amostras de água serão coletas periodicamente e em eventos de chuva. 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.
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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
reposição
além de obras de reparação para um perf
6 INDICADORES DO MEIO URBANO
graxas.
5.1.2 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
eito funcionamento de cada estrutura.
Foram adquiridas 8 sondas de profundidade da marca Hytronic para medição de nível. A 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.
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IPE DE TRABALHO EQU
André Silveira (vice-coordenador)
IvaniJoel Goldemfum (pesquisador)
RonnWalte
David da Motta Marques (coordenador) r Ávila (AT)
Mara Rodrigues (AT) Rafael Sousa (DTI)
ie Araújo (DTI) r Collischonn (pesquisador)
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