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MCT/FINEP/AÇÃO TRANSVERSAL
PROSAB – 01/2006/25
Tema 4

Rede de Manejo de Águas Pluviais Urbanas

Relatório Parcial 01




NATAL
MAIO/ 2007
Grupos qualificados:



Instituição

Responsável

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

UFRN

Antônio Marozzi Righetto *

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

UFPE

Jaime J. da S. P. Cabral **

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

UnB

Néstor Aldo Campana **

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

UFMG

Nilo de Oliveira Nascimento **

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

EP/ USP

Mônica Ferreira A. do Porto **

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

IPH/ UFRGS

David Motta Marques **

* Coordenador da Rede, Coordenador de Projeto.

** Coordenador de Projeto.



Apresentação
O presente relatório apresenta o desempenho das execuções de atividades desenvolvidas pelas instituições qualificada à Rede de Manejo de Águas Pluviais (Tema 4) do PROSAB 5, relativas ao período de outubro de 2006 a abril de 2007.
SUMÁRIO


LISTA DE FIGURAS


1 – INTRODUÇÃO

A proposta de formação de uma rede de pesquisa em Manejo das Águas Pluviais Urbanas teve como objetivo principal abrir uma vertente de investigação que contemplasse o estudo integrado, no meio urbano, da produção de deflúvios superficiais, da qualidade das águas e do manejo dos deflúvios com vistas à minimização das adversidades das cheias e otimização de uso, como recursos hídricos, incluindo-se os aspectos sanitários e de saúde pública.

Neste sentido, os aspectos prioritários a serem investigados nesta primeira etapa de atividades da rede, visando unificação de procedimentos metodológicos a serem utilizados pelos grupos de pesquisas, foram sintetizados nos seguintes subtemas: Monitoramento quali-quantitativo; Modelagem; Drenagem/ Resíduos sólidos; Indicadores do meio urbano; Manejo de águas pluviais e Medidas compensatórias.

O presente relatório consta, portanto, da apresentação dos respectivos subtemas associados aos resultados obtidos pelas instituições, em cada um desses ou em parte deles, relativos ao período de outubro de 2006 a abril de 2007.



2 – RESUMOS DOS PROJETOS

2.1 – UFRN

Estudo Quali-Quantitativo e de Manejo de Águas Pluviais em Áreas de Drenagem Piloto na Cidade de Natal, RN.”

Esta proposta visa à realização de pesquisa voltada ao estudo da hidrologia urbana em uma área piloto da cidade de Natal, representativa das bacias fechadas da cidade, no sentido de caracterizar adequadamente a transformação chuva-vazão-qualidade através de modelagem distribuída e de estudos dos processos de infiltração, transporte de resíduos sólidos, sedimentos e contaminantes e do manejo de águas pluviais de melhor qualidade, quando separadas as primeiras águas de lavagem da bacia de drenagem. O projeto será desenvolvido em parceria com órgãos municipais e estaduais responsáveis pelos recursos hídricos, drenagem urbana e meio ambiente, respectivamente, a Secretaria de Estado e Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos (SEMARH), a Secretaria Municipal de Obras e Viação (SEMOV) e a Agência Reguladora de Saneamento Básico e Ambiental (ARSBAM). A execução do Projeto se dará de forma harmônica, porém com três frentes principais de atividades: 1. Caracterização hidrológica, hidrogeológica e ocupacional da área, levantamentos de parâmetros, monitoramento hidrológico e modelagem hidrológica; 2. Estudo da qualidade das águas pluviais através de monitoramento e modelagem; 3. Estudo da detenção, infiltração e manejo das águas pluviais, em função da quantidade e qualidade.

2.2 – UFPE

Manejo Sustentável de Águas Pluviais Urbanas em Região de Clima Litorâneo com Elevadas Precipitações.

O projeto se baseia em três eixos: o amortecimento na fonte, o aprimoramento dos elementos físicos do sistema de drenagem e a questão da poluição das águas pluviais. O acompanhamento e controle das atividades é realizado na forma de subprojetos, desenvolvidos de uma forma integrada. Como subprojetos foram estabelecidos:


  • Subprojeto 1 – Microreservatórios de Detenção – construção e instrumentação de microreservatório para amortecimento de picos de vazão;

  • Subprojeto 2 – Teto Verde – verificação da redução do escoamento superficial (runoff) e avaliação do ganho de conforto ambiental decorrente da alteração no desempenho térmico;

  • Subprojeto 3 – Aprimoramento de elementos físicos do sistema de drenagem - redução de custos de estrutura, facilidade de aplicação construtiva em qualquer local de desenvolvimento urbano, compatibilidade com demais sistema convencional de drenagem;

  • Subprojeto 4 - Melhoria das condições de infiltração das águas pluviais em área urbana;

  • Subprojeto 5 - Análise do problema da poluição das águas pluviais urbanas.

2.3 – UnB

Manejo de Águas Pluviais Urbanas – DF.”

O Objetivo geral é desenvolver sistemas de manejo de águas pluviais com a finalidade de evitar ou atenuar os impactos negativos da urbanização sobre o escoamento, tanto no aspecto quantitativo como no qualitativo. Além disso, o projeto visa a integração harmoniosa desses sistemas de manejo de águas pluviais na paisagem urbana, e com os demais sistemas que fazem parte da infra-estrutura de saneamento básico de uma cidade.

Como objetivos específicos destacam-se: a) desenvolvimento de alternativas simples, econômicas e de fácil implementação visando a redução do escoamento superficial; b) estabelecimento e operação de uma rede de monitoramento quantitativo e qualitativo do escoamento no sistema de drenagem urbana; e c) proposição de indicadores de desenvolvimento urbano, e de infra-estrutura de saneamento, para compor um processo de gestão integrada da água em meio urbano.

As pesquisas serão desenvolvidas numa bacia hidrográfica urbana localizada na Asa Norte da cidade de Brasília-DF. A pesquisa contempla, também, estudos em pequenas parcelas experimentais com condições totalmente controladas e/ou monitoradas. Para tanto serão criadas duas áreas experimentais nas dependências do Campus da UnB.

2.4 – UFMG

Desenvolvimento de tecnologia de manejo de águas pluvias.”

O projeto tem por objetivo geral o desenvolvimento e a avaliação de tecnologias inovadoras de manejo de águas pluviais em meio urbano, levando em conta as alterações de processos hidrológicos e de qualidade de água causadas pela urbanização. Para tal, inclui os seguintes objetivos específicos: (i) caracterização de processos hidrológicos, em quantidade e qualidade de água, em associação com características físicas do meio, de uso do solo e de infra-estrutura de saneamento; (ii) ensaio experimental de soluções técnicas compensatórias (trincheiras de infiltração e valas de armazenamento) e (iii) diagnóstico de políticas e de instrumentos de gestão de águas urbanas.

A pesquisa será feita em três etapas: (i) caracterização de processos hidrológicos; (ii) técnicas compensatórias de drenagem pluvial e (iii) gestão de águas urbanas.

(i) A caracterização de processos hidrológicos em uma bacia urbana será realizada por meio de monitoramento contínuo de variáveis hidrológicas (precipitação e vazão) e de parâmetros de qualidade de água: SS, DBO, DQO, OD, pH, temperatura, condutividade elétrica, nitrogênio total, amônia, nitrogênio orgânico, nitrato, nitrito, fósforo total, fosfato, hidrocarbonetos totais, cádmio, cobre, chumbo e zinco.

Essa etapa será relevante para a produção de informações sistematizadas sobre a poluição de cursos d’água urbanos e para a compreensão de suas origens e seus impactos, um domínio sobre o qual há relativamente pouca informação no Brasil. Tais dados são fundamentais para o desenvolvimento de políticas e ações de proteção dos recursos hídricos em meio urbano e na escala da bacia hidrográfica. Esses estudos serão seguidos por trabalhos experimentais sobre o controle de poluição difusa de origem pluvial por áreas úmidas artificiais, a partir de 2008.

Os estudos contemplam a modelagem matemática dos processos monitorados para avaliar incertezas de modelagem, aprimorar o diagnóstico dos sistemas existentes e avaliar cenários de alternativas de controle.

A bacia urbana monitorada é a do córrego da Água Funda, predominantemente habitacional, com área de 1,6 km2 e taxa de impermeabilização de 0,6. Adota sistema separador absoluto para a drenagem de esgotos sanitários e pluviais, embora, em análises preliminares de qualidade de água realizadas por este projeto, tenha se constatada contaminação por esgotos sanitários em seus cursos d’água.

(ii) Técnicas compensatórias – como trincheiras de infiltração, valas de armazenamento, microrreservatórios -- são alternativas para o manejo de águas pluviais, contribuindo para a redução de escoamentos ou o amortecimento de cheias e a redução da poluição pluvial difusa. Avaliar o seu desempenho em diferentes contextos climáticos e urbanísticos brasileiros é relevante para fornecer dados para projeto, manutenção, custo, vida útil e para estimar riscos diversos: poluição de solo e de águas subsuperficiais, riscos à saúde coletiva, entre outros.

Os ensaios experimentais incluem uma trincheira de infiltração e uma vala de armazenamento concebidas para controlar escoamentos provenientes de um trecho da avenida presidente Carlos Luz, via de tráfego intenso na cidade de Belo Horizonte.

Serão continuamente monitorados os volumes precipitados, escoados e armazenados nas estruturas, bem como a tensão da água no solo, a diferentes profundidades. Serão coletadas amostras de água à entrada e armazenadas nas estruturas para análises de qualidade. Análises geotécnicas do solo e ensaios de infiltração no local de implantação das estruturas serão realizados para fornecer parâmetros de dimensionamento e para caracterizar a composição geoquímica inicial do solo. Análises de poluentes retidos em mantas geotêxteis e no solo serão realizadas ao longo do experimento.

(iii) O aprimoramento das ações de manejo de águas pluviais urbanas requer o emprego de instrumentos inovadores de gestão integrada de águas urbanas. A gestão integrada de águas urbanas deve se dar em diferentes esferas do planejamento e da gestão: entre os subsetores do saneamento; entre setores de urbanismo (habitacional, viário, ambienta)l; entre municípios vizinhos; com as ações de gestão de recursos hídricos na bacia hidrográfica.

Essa etapa do projeto foca-se sobre o diagnóstico de políticas e instrumentos de gestão de águas urbanas segundo os setores acima mencionados. Pretendem-se identificar as dificuldades e carências para a implantação da gestão integrada de águas urbanas e avaliar as possibilidades de aprimoramento dos instrumentos legais, de planejamento, de financiamento e de avaliação e controle que a torne viável.

2.5 – EP/ USP

Qualidade da água em reservatórios de controle de cheias urbanas

O emprego de reservatórios de retenção em bacias urbanas iniciou-se há algum tempo, mas seu uso intensificou-se há menos de 10 anos. O conceito adotado é o da criação de espaços para armazenar parte do escoamento e abater os picos de cheia. Nos primeiros anos de utilização dessa técnica, percebeu-se sua alta eficiência para o controle das cheias urbanas. Recentemente, no entanto, notou-se que essas soluções encontram problemas relacionados à qualidade da água, seja pelo afluxo de lixo, seja pelo acesso de águas parasitárias, que escapam do sistema de esgotamento sanitário e agravam muito as cargas poluidoras difusas.

O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de metodologia para recuperação da qualidade das águas em reservatórios de controle de cheias urbanas, visando ao aperfeiçoamento dessas estruturas de modo a contemplar, além da atenuação das inundações, os aspectos ambientais, paisagísticos e urbanísticos, como melhorias da qualidade da água e do aspecto físico de tais áreas. A questão do sistema de esgotamento tipo separador, absoluto ou misto, e as técnicas de recuperação de qualidade da água no leito serão analisadas para o estudo de caso em questão.

O projeto-piloto será desenvolvido no reservatório Bom Pastor, situado na bacia do córrego Araçatuba, no município de Santo André (SP), que drena uma área de cerca de 0,47 km², e terá como objetivo a recuperação e a revitalização do dispositivo de amortecimento de cheias e a melhoria de toda sua área contígua. Serão analisados os aspectos relativos ao afluxo de lixo, afluxo de águas parasitas, manutenção da área destinada ao reservatório, recuperação da qualidade da água através de tratamentos in place, discussão do sistema de esgotamento separador absoluto e suas conseqüências.

Para alcançar esses objetivos, as seguintes metas físicas são propostas:

a) diagnóstico do desempenho integrado de reservatórios de detenção. Esta meta tem como resultado o levantamento dos instrumentos físicos e práticos do processo de uso dos reservatórios de retenção em bacias urbanas. Serão avaliadas a eficiência da estrutura de reservação existente na bacia; os dados de monitoramento hidrológico e de qualidade da água servirão para verificar critérios de projetos hoje adotados para estruturas semelhantes, além de servir para ampliar o conhecimento sobre a relação entre a hidrologia e a ocupação urbana nas condições locais. Incluem-se também os procedimentos de monitoramento hidrológico, de funcionamento hidráulico da estrutura, de qualidade da água, tanto no que se refere às cargas difusas quanto à contribuição de esgoto proveniente de interconexões entre as redes, além da caracterização do transporte de resíduos sólidos em episódios de chuva. O monitoramento de qualidade da água será feito em tempo seco e tempo úmido, e este último será feito com garrafas de espera especialmente desenvolvidas para tal fim.

b) proposição de ações de manejo para redução dos impactos gerados por estruturas de detenção. Nesta etapa serão propostas as ações efetivas e recomendações para concepção, projeto e operação dessas estruturas. Serão levantados os atuais custos de operação e manutenção da estrutura existente para que o manejo seja utilizado também como um indicador na seleção das alternativas. Para as alternativas propostas serão estimados os custos de manutenção.

c) proposição de instrumentos institucionais para gerenciamento integrado da drenagem urbana. Esta meta visa a apresentar produtos relativos aos instrumentos gerenciais para implementação de soluções sustentáveis para drenagem urbana. O projeto em questão será desenvolvido no município de Santo André, cuja gestão das águas urbanas é diferente dos demais municípios da região por estarem concentradas em um mesmo órgão. O Semasa administra toda a distribuição de água potável, o esgotamento sanitário e a drenagem de águas pluviais. Além disso, é um dos únicos municípios brasileiros a cobrar uma taxa específica para operação do sistema de drenagem urbana.

A bacia escolhida para o estudo é 100% ocupada por área urbana, com problemas típicos de impermeabilização e interconexão dos sistemas de esgoto e drenagem. Outra proposta é verificar junto à população quais seriam os possíveis mecanismos de incentivo para que a comunidade pudesse colaborar com a redução desses dois impactos.

Serão também verificados os instrumentos legais do município, como o código de obras, visando ao estudo de alternativas que reduzam o impacto da ocupação urbana.

2.6 – IPH/ UFRGS

Sistema de avaliação de águas urbanas pluviais e fluviais”

A pesquisa propõe o desenvolvimento de uma metodologia para constituir um sistema de avaliação de águas urbanas pluviais e fluviais composto por conjuntos de blocos especializados em modelagem integrada (AVALIAÇÃO), na evolução do uso e ocupação do solo e infra-estrutura (CENÁRIOS), no monitoramento de parâmetros de repercussão hídrico-ambiental (INDICADORES) e no cotejo econômico-ambiental das situações (VALORAÇÃO). O estudo de caso focalizará a bacia do córrego Capivara em Porto Alegre.

Os blocos de pesquisa, a seguir apresentados, estão interligados indicando que há uma integração de modelagem quali-quantitativa com informações de experimentos e monitoramento, para avaliar os escoamentos pluviais e fluviais de uma bacia hidrográfica urbana, segundo cenários de uso e ocupação do solo associados a sistemas de controle de qualidade e quantidade dos escoamentos. Neste sistema de avaliação cada bloco conFigura um objetivo específico, cuja composição integrada gera o resultado final.

No bloco do MODELO GERADOR DE CARGAS, o desenvolvimento do modelo será baseado em modelos hidrológicos distribuídos já existentes e adaptada uma versão para a situação de área urbana. A geração de cargas poluentes será relacionada com parâmetros e informações georreferenciadas como: uso do solo, dados sócio-econômicos da população, informações sobre a existência e a eficiência de sistemas de coleta de resíduos sólidos e de esgotamento sanitário, e existência de indústrias. Serão consideradas as funções de cargas de DBO, Nitrogênio Total, Fósforo Total, Coliformes Fecais e Oxigênio Dissolvido.

No bloco MODELO QUALI-QUANT, haverá desenvolvimento ou adaptação de um módulo de cálculo de transporte de poluentes, baseado na equação de advecção e decaimento dos poluentes, parametrizado de forma individual e, se necessário, interdependente, para cada tipo de poluente. O modelo será verificado com resultados coletados em bacia experimental urbana, com pontos de monitoramento localizados de forma a monitorar regiões com diferentes graus de urbanização e geração de cargas.

No bloco USO E OCUPAÇÃO DO SOLO os cenários serão avaliados por metodologia multicritério, prevendo-se o uso de combinação ordenada ponderada. Na definição de cenários, os critérios físicos restritivos englobarão áreas já urbanizadas, áreas de preservação permanente, áreas de equipamentos urbanos (parques, praças, parques), vias e logradouros públicos. Como fatores restritivos adicionais considera-se a conexão com o anel de nascentes de Porto Alegre, a preservação da rede de drenagem natural, a declividade do terreno e a proximidade de áreas sujeitas a enchentes. Como fatores indutivos na formação de cenários consideram-se a proximidade e tempo de deslocamento até o centro urbano do município e a proximidade de áreas urbanizadas e vias públicas (avenidas e rodovias).

No bloco SISTEMAS DE CONTROLE DE QUALIDADE E QUANTIDADE a idéia é extrair e analisar dados de experimentos de campo de estruturas de controle quali-quantitativo das águas plúvio-fluviais, para avaliar parâmetros que qualificarão cenários específicos. A pesquisa fará experimento com estrutura de BANHADO CONSTRUÍDO para verificar o grau de controle quali-quantitativo de águas provenientes da drenagem pluvial e águas cinzas. As variáveis para controle incluem TOC, pH, OD, turbidez, clorofila, nutrientes, hidrocarbonetos, e comunidades biológicas como macroinvertebrados, zooplâcton e fitoplâncton. Outra estrutura experimental é o PAVIMENTO PERMEÁVEL, estrutura já construída no IPH/UFRGS, que será monitorado para avaliar a sua aplicabilidade para o controle da qualidade das águas pluviais, identificando os contaminantes que estão presentes na água de drenagem que nele transita. Junto com este experimento associam-se outros relativos a TRINCHEIRAS DE INFILTRAÇÃO e ECO-TELHADOS, com objetivos semelhantes. Adicionalmente, uma estrutura RETENTORA DE LIXO experimental em córrego urbano vai fornecer dados sobre origem e trânsito destes resíduos em bacias.

O bloco SISTEMA DE MONITORAMENTO diz respeito ao monitoramento hidrológico e de parâmetros de qualidade da água da bacia piloto (Capivara), que vai embasar a modelagem. A fluviometria na bacia hidrográfica será monitorada através da instalação de postos com registrador automático de nível d´água. Nestas seções serão efetuadas medições de vazão com molinete e coletas de amostras de água e sedimento suspenso tanto para fluxo de base, como por evento. Amostras serão testadas para fósforo total, matéria orgânica, nitrogênio e poluentes orgânicos voláteis e semi-voláteis. A rede contará também monitoramento meteorológico na bacia.

O bloco AMBIENTAL-ECONÔMICO desenvolverá metodologia aplicável a bacias urbanas para determinar os impactos ambientais e econômicos relativos a processos de controle dos escoamentos urbanos, com base nos dados da bacia do Capivara.



3 – DESENVOLVIMENTO DOS SUBTEMAS

3.1 – Manejo de águas pluviais

A composição da água de chuva varia de acordo com a localização geográfica do ponto de amostragem, com as condições meteorológicas, com a presença ou não de vegetação e também com a presença de carga poluidora.

As primeiras águas pluviais são de baixa qualidade, uma vez que essas lavam a área de drenagem carreando o lixo e os esgotos acumulados prejudicando assim a infiltração das lagoas como também aumentando a poluição nos aqüíferos.

Para a UFRN, uma preocupação será separar essa primeira água, realizar um tratamento adequado fazendo com que diminua a carga poluidora, para, então, poder ser infiltrada no solo de uma forma que mantenha a boa qualidade das águas subterrâneas.

O levantamento do nível de qualidade da água, a partir do monitoramento de parâmetros específicos, com fins à identificação dos tempos ideais de separação das primeiras águas das demais águas com qualidade satisfatória para serem utilizadas no processo de infiltração e de recarga do aqüífero está em fase de implantação. A instalação de um amostrador automático de coleta de água já está sendo providenciada. Os estudos de infiltração e injeção de águas pluviais no aqüífero está prevista para o segundo ano do projeto.

Os primeiros serão fundamentais para o levantamento dos parâmetros de infiltração e o estudo das alterações desses parâmetros devido à colmatação que se verifica nessas lagoas. Com os levantamentos experimentais, serão calibrados os modelos de infiltração normalmente adequados para a modelagem hidrológica. Com relação à colmatação das lagoas, com levantamento dos materiais que se acumulam no fundo da lagoa, será possível determinar a freqüência de manutenção das lagoas a fim de garantir o bom funcionamento dessas estruturas hidráulicas. Também serão construídos drenos tubulares verticais no fundo da lagoa a fim de se verificar a eficiência desses componentes no processo de infiltração. Para a área de drenagem os ensaios de infiltração serão realizados através de infiltrômetros e sondas de medição do teor de umidade do solo. Na lagoa, será instalado permeâmetro de nível variado no fundo da lagoa, constituído de tubo de ferro de 200mm e 2,5 m de comprimento, cravado verticalmente no solo através de trado com profundidade em torno de 10 m. Os furos serão preenchidos com brita e camisa de bidim.

Uma vez que será separada a água pluvial de baixa qualidade, a recarga, a partir da construção de poços de infiltração (segundo esquema apresentado na Figura 01), poderá ser um importante processo para a remediação dos atuais níveis de Nitrato presentes nas águas subterrâneas da cidade do Natal. O aparato experimental inclui um sistema elevatório além da construção do poço para injeção, e também, de medidores de vazão e de pressão. O acesso aos tubos de medidas será realizado através de construção de uma passarela a fim de facilitar a instalação e coleta de informações de linígrafos.




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