V-056 - PROPOSTA DE ZONEAMENTO DE ÁREAS DE RISCO DE · relações entre precipitação e vazão ou...

XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

V-056 - PROPOSTA DE ZONEAMENTO DE ÁREAS DE RISCO DEINUNDAÇÕES EM BACIAS HIDROGRÁFICAS1

Cláudio Jorge Cançado(1)

Engenheiro Civil e Sanitarista pela Escola de Engenharia da UFMG. Especialista emEngenharia Sanitária e Ambiental (UFMG). Mestre em Engenharia Urbana pelaUniversidade Federal de São Carlos (UFSCar). Doutorando em Ecologia e RecursosNaturais (UFSCar).Reinaldo LorandiGeólogo (UNESP – Rio Claro). Mestre em Solos e Nutrição de Plantas (ESALQ – USP).Doutor em Solos e Nutrição de Plantas (ESALQ – USP). Professor Adjunto doDepartamento de Engenharia Civil da UFSCar.Mário Cicarelli PinheiroEngenheiro Civil (UFRJ). Mestre em Engenharia de Recursos Hídricos – COPPE/UFRJ. Doutor emEngenharia de Recursos Hídricos – COPPE/UFRJ. Professor Adjunto do Departamento de Hidráulica eRecursos Hídricos da UFMG.

Endereço(1): Rua José Sérgio de Paula, 172/201 - Fernão Dias - Belo Horizonte - MG - CEP: 31910-270 - Brasil -Tel: + 55 (31) 486 5800 - e-mail: [email protected]

RESUMOUma grande parte dos problemas ambientais e econômicos de uma região apresentam-se originados na faltade um planejamento baseado no conhecimento das dinâmicas ambiental e socioeconômica. Com relação aosrecursos hídricos, os problemas enfrentados variam, do ponto de vista quantitativo, entre a escassez, queobriga a racionamentos, e a abundância repentina, que gera enchentes não menos catastróficas, e, quanto àqualidade, contaminação por substâncias orgânicas e/ou tóxicas e a degradação crescente dos recursoshídricos, que vem comprometendo tanto os habitats aquáticos como a própria saúde humana.Enfocando-se os problemas resultantes de inundações, estes dependem do grau de utilização das áreasmarginais e de várzea pela população e da freqüência com a qual a inundação ocorre. Com o crescimentourbano desordenado e descontrolado, observado principalmente na segunda metade desse século, as áreas derisco considerável foram ocupadas, trazendo problemas sociais e ambientais.Para o controle das inundações, algumas medidas podem ser implementadas procurando modificar asrelações entre precipitação e vazão ou sistematizar a ocupação das áreas de risco. Dentre elas, tem-se ozoneamento de áreas de risco de inundação que engloba as etapas: determinação do potencial de cheias dabacia hidrográfica, que está associado às taxas de uso e ocupação do solo, e a delimitação e mapeamento dasáreas de inundações, ao longo das planícies marginais.Objetiva-se, com a pesquisa em apreço, estudar e analisar o fenômeno das inundações, tendo como base oestudo do solo e o estudo hidrológico, em uma bacia hidrográfica, na qual não haja monitoramentofluviométrico, relacionando-o às condições ambientais e sócio-econômicas nela incidentes. Através demétodos experimentais de caracterização do escoamento superficial, do escoamento subterrâneo e dainfiltração, além do estudo da ocupação histórica do solo na região e das características sócio-econômicas,pretende-se propor contribuições ao planejamento ambiental em uma Bacia Hidrográfica, utilizando-se dozoneamento de risco de inundações e dos preceitos de sustentabilidade da Agenda 21.

PALAVRAS-CHAVE: Bacias Hidrográficas, Hidrologia, Geotecnia, SIG, Meio Ambiente.

INTRODUÇÃOObserva-se, nos dias atuais, a deterioração dos recursos naturais, principalmente os recursos hídricos,conseqüência de um modelo de desenvolvimento urbano e regional descontrolado e predatório. Cenas comoos desastres ambientais da Petrobrás, as enchentes na cidade de São Paulo e em diversas cidades, entreoutros, apresentam-se reais e cruéis para a população brasileira. A falta de investimento em infra-estrutura, 1 Os autores agradecem o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP - (Proc. 99/03981-3)



consubstanciada pela crise econômica dos anos 70/80 e pela atual política de privatização, levada a cabo e aqualquer custo pelo governo brasileiro, mostra-se perversa e preocupante no que tange ao futuro de nossosrecursos humanos e naturais. A Constituição da República Federativa do Brasil apresenta-se como uma dasmais avançadas do mundo em relação ao meio ambiente, porém pouco ativa na prática. O País tem sido alvode críticas mundiais pelo descaso com a biodiversidade, com o potencial hídrico, com a condição social eeconômica do povo e com a saúde. Torna-se necessário, enfim, crescer com sabedoria e com soluçõesadaptadas à realidade do País.

O presente trabalho descreve a busca de uma ferramenta para o gerenciamento dos recursos hídricos,enfocando-se o fenômeno das inundações, no qual se procura agregar os vários fatores intervenientes noprocesso (climatologia, hidrologia, hidrogeotecnia, geotecnia, população, drenagem urbana, entre outros)através de uma metodologia calcada em aspectos experimentais, empíricos e teóricos.

Para um melhor entendimento da importância de um planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos, éimportante a conscientização de que a água, como tudo na natureza, é um recurso finito e que, como tal, deveser tratada adequadamente por meio de instrumentos voltados para a sensibilização da população e para a suaconservação e preservação.

Assim, esse projeto almeja a construção de uma ferramenta de gestão onde se levam em conta aspectos sócio-econômicos e sociais, de população, do uso do solo, da hidrologia, da geotecnia, em uma forma integrada pormeio de um zoneamento de risco à inundação.

O modelo apresentado a seguir será testado na Bacia do Rio Bonito, inserida nos municípios de Descalvado ePorto Ferreira, no interior do Estado de São Paulo. O desenvolvimento desse trabalho conta com o apoio daFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo e da Prefeitura Municipal de Descalvado.

METODOLOGIAPropõe-se a metodologia de zoneamento de risco de inundações em Bacias Hidrográficas, composta pelosseguintes itens:

! Levantamento geral de informações sobre a área de estudo (1) (Figura 01)

• Levantamento de dados existentes da área em estudo: o levantamento de dados existentes será feito comconsultas a órgãos governamentais dos quais citam-se os Comitês de Bacias Hidrográficas da área deestudo, a Fundação SEADE, a Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, órgãos decontrole ambiental, universidades, ANEEL, entre outros, no intuito de se obter o maior número de dadossobre a região.

• Levantamento da base cartográfica existente da região de estudo: esse levantamento será feito com autilização de cartas dos seguintes órgãos: Instituto Geológico e Cartográfico de São Paulo – IGC/SP,Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE, Instituto Agronômico do Estado de São Paulo.Além disso, utilizar-se-á de cartas obtidas em trabalhos de pesquisa, teses e dissertações sobre a área deestudo.

• Fotos aéreas e de satélite: obtenção de fotos aéreas através de sobrevôo de baixa altitude, segundometodologia desenvolvida por HENKE (1998) e de fotos de satélite no Instituto de Pesquisas Espaciais –INPE.

• Digitalização da base cartográfica: utilizando-se o software CARTALINX, far-se-á a digitalização dabase cartográfica na escala de 1:10.000 e 1:50.000. Além disso, através do levantamento da basecartográfica, digitalização e obtenção de cartas temáticas, dentre as quais citam-se as cartas dedeclividade, pedologia e vegetação.

• Levantamento de dados sócio-econômicos: através de consulta a órgãos como Fundação SEADE, FIESP,Universidades, IBGE, entre outros, pretende-se criar um banco de dados no software ACCESS sobre osdados sócio-econômicos da região de estudo para a compreensão de suas relações históricas, políticas esociais.



• Levantamento de dados hidrológicos e climatológicos: far-se-á o levantamento dos mesmos nas estaçõespluviométricas da ANEEL (não há estações fluviométricas na área de estudo) e nas estações do InstitutoNacional de Meteorologia – INMET.

• Topobatimetria da planície de inundação: para um trecho de rio selecionado, serão executadoslevantamentos topobatimétricos, visando a determinação das características geométricas da planície deinundação e a aplicação no modelo de simulação dos perfis de escoamento.

*Não há estações fluviométricas na área de estudo

Figura 1: Fluxograma I da etapa levantamento geral de informações sobre a área de estudo.

! Divisão da Bacia de Contribuição (2)

• Divisão da Bacia de Contribuição: A área total da bacia de contribuição será dividida em sub-bacias,segundo características de relevo e de uso e ocupação do solo, através de aerofotointerpretação. Sendoassim, a bacia de contribuição será formada por um somatório de compartimentos (sub-bacias), sendo orio principal, o nível de base desta área (Figura 2).

Levantamento dedados existentes

Levantamento dabase cartográfica

Digitalização da basecartográfica (1:10.000)

Levantamento de dadossócio-econômicos

Levantamento geral de informaçõessobre a área de estudo (1)

Banco de dados sobre aárea de estudo

Fotos aéreas e desatélite da área de

estudo

Levantamento de dadoshidrológicos e climatológicos*

Topobatimetria daplanície de inundação

I

Cartas Temáticas:

1. Modelo Digital do Terreno

2. Curvas de Nível

3. Classes de Declive

4. Pedologia

5. Cobertura Vegetal

6. Prática Conservacionista

7. Uso do Solo Urbano e Rural

8. Potencialidade do Uso do Solo

9. Sistemas de Drenagem Existentes

10. Hidrologia



! Caracterização dos fatores intervenientes no fenômeno das inundações (3)

• Caracterização de Unidades Geomorfopedológicas: resultante das estreitas correlações entre a litologia,morfologia e pedologia, essa classificação se faz necessária para a determinação da geoforma e da classedo solo, através de ensaios laboratoriais (análises granulométricas, índices de vazios, grau decompacidade, grau de saturação, índice de plasticidade, teor de umidade do solo, porosidade,plasticidade, permeabilidade, ensaio de compressão axial, etc.) e cartas existentes, o que permite prontoreconhecimento global da paisagem (Figura 2).

• Caracterização de Zonas Hidrogeodinâmicas: a caracterização geomorfopedológica fundamenta adiscriminação das sub-bacias em zonas relacionadas com a hidrogeodinâmica. Cada zona será divididaem subáreas, de acordo com a intensidade do processo hidrogeodinâmico predominante. Serãocaracterizadas duas zonas: zonas de recarga e zonas de sedimentação (Figura 2).

Figura 2: Fluxograma A da etapa Caracterização dos fatores intervenientes no fenômeno dasinundações (3).

• Caracterização do escoamento subterrâneo: a caracterização do escoamento subterrâneo seráfundamentada na Lei de Darcy e no estudo do solo através da determinação da Porosidade (efetiva eaparente), da curva de retenção de água do solo, da condutividade hidráulica, da permeabilidadeintrínseca e do armazenamento. (Figura 3).

Divisão daBacia de

Contribuição(2)

Levantamento geral deinformações sobre a área de

estudo (1)

Caracterização das UnidadesGeomorfopedológicas

Delimitação das sub-bacias

Caracterização das ZonasHidrogeodinâmicas

Zonas derecarga

Zonas desedimentação

Cartas e trabalhosexistentes

CaracterizaçãoHidrogeomorfopedológica

A

Ensaios Laboratoriais:• Análises granulométricas• Permeabilidade• Porosidade• MateriaisInconsolidados:

o Espessurao Texturao Gênese

• Plasticidade• Compressão, etc.



• Caracterização Hidrológica:

o Estudo do Regime Pluviométrico: através dos estudos de dados hidrológicos com levantamentode séries históricas nos órgãos públicos responsáveis (ANEEL e DAAE-SP), será feita acaracterização do regime de chuvas na bacia, definindo isoietas de valores médios mensais eanual. Serão também analisados os eventos máximos anuais para 1 dia de duração, em termosdas probabilidades de ocorrência, sendo feita a posterior desagregação, para chuvas intensas decurta duração (Figura 3).

o Determinação dos Parâmetros da Capacidade de Infiltração: cálculo da infiltração através deequações que descrevem esse fenômeno, das quais citam-se: equação de Horton, Algoritmo deBerthelot, Equação de Green e Ampt, equação de Phillip, além da metodologia do SoilConservation Service (Figura 3). A partir dessas fórmulas, buscar-se-á a associação de seusparâmetros com os resultados das análises laboratoriais e com a classificação do solo da bacia.

• Potencial de escoamento superficial: na forma de carta, mostra uma graduação das áreas de maior oumenor potencial ao escoamento superficial e também as regiões onde predomina a infiltração, através deuma generalização tipológica e cartográfica, obtendo-se zonas homogêneas quanto aos aspectos deescoamento superficial e infiltração. Os atributos considerados para a elaboração da carta são:declividade e tipo de superfície; litologia; materiais inconsolidados (textura, gênese, espessura epermeabilidade); densidade de drenagem e feições de armazenamento superficial. A seqüência para aobtenção de uma tabela de pontuação e elaboração da carta seguirá a proposta por PEJON (1992)(Figura 3).

• Escolha de uma bacia de controle: através da caracterização hidrogeomorfopedológica da bacia deestudo, escolher-se-á uma bacia monitorada (dados fluviométricos) com as mesmas características para acalibração do modelo de infiltração escolhido. Essa escolha se baseará em dados coletados embibliografias, trabalhos e no Zoneamento Hidrológico de Solos para o Estado de São Paulo feito porSETZER & PORTO (1979).



Figura 3: Fluxograma B da etapa Caracterização dos fatores intervenientes no fenômeno dasinundações (3).

• Potencialidade de Produção/Aporte de Sedimentos: hierarquiza-se as sub-bacias quanto àspotencialidades de aporte de sedimentos, dentro de ordenação relativa, de forma a priorizar ações para orespectivo controle. Serão utilizados dois fatores básicos para esta hierarquia: Percentual e distribuiçãode Unidades Hidrogeodinâmicas e caracterização de solos das Zonas de Erosão (Figura 4).

Divisão daBacia de

Contribuição(2)


estudo (1)

Caracterização do EscoamentoSubterrâneo


Caracterização Hidrológica

EscoamentoSuperficial Infiltração

Trabalhosexistentes

Potencial do EscoamentoSuperficial

Ensaioslaboratoriais

• Curva de retençãoda água

• CondutividadeHidráulica

• DifusividadeHidráulica

Declividade esuperfície

LitologiaMateriais

Inconsolidados

Densidade dedrenagem

B

Armazenamentosuperficial

Escolha de uma bacia decontrole



Figura 4: Fluxograma C da etapa Caracterização dos fatores intervenientes no fenômeno dasinundações (3).

• Utilização de modelos hidrológicos de chuva-vazão e de hidráulica fluvial de escoamento permanente evariado em cursos d’água: Utilizar-se-á um modelo de chuva-vazão a ser escolhido (HEC-HMS,TOPMODEL ou IPH-II) e de escoamento permanente e variado (HEC-RAS), respectivamente para amodelagem hidrológica da bacia em questão e para a modelagem dos perfis de escoamento, no trechofluvial de interesse. Para a calibração desses modelos serão utilizados os dados obtidos pelo levantamentode informações gerais da área de estudo, pela caracterização hidrológica, pela caracterização doescoamento subterrâneo e pela utilização de uma bacia de controle (Figura 5).

• Caracterização das zonas inundáveis da bacia: através da determinação das cotas de inundação ao longodo curso principal das vazões obtidas pelo modelo chuva-vazão e da análise das mesmas em pontos decontrole a serem definidos ao longo da bacia, e utilizando-se de um modelo digital do terreno, far-se-á adeterminação do percentual de inundações sobre a bacia. Para isso, será necessária a utilização de umsistema de informações geográficas (SIG) – software SPRING e IDRISI - (Figura 5).

Caracterização das ZonasHidrogeodinâmicas

Zonas derecarga

Zonas desedimentação

Caracterização dos solos nas Zonas deErosão

EnsaiosLaboratoriais

Trabalhosexistentes

Potencialidade de Produção / Aporte deSedimentos

Divisão daBacia de

Contribuição(2)



estudo (1)

C



Figura 5: Fluxograma D da etapa Caracterização dos fatores intervenientes no fenômeno dasinundações (3).

! Alguns dos Métodos Experimentais Utilizados

Para a caracterização do potencial de infiltração dos solos, utilizar-se-á os seguintes métodos experimentais:

(a) Permeabilidade: os ensaios de permeabilidade serão realizados em amostras indeformadas de solos esaprolitos. O procedimento de determinação do Coeficiente de Permeabilidade será efetuado conformepreconizado por HEAD (1982), mas adaptado para solos tropicais, conforme citado por STANCATI et al(1981).

(b) Análises granulométricas: a determinação da curva granulométrica será efetuada através de umpeneiramento para os solos grossos e de uma sedimentação para solos finos. As amostras utilizadas serãodeformadas e os ensaios efetuados segundo a NBR 7181/84 da ABNT.

(c) Plasticidade: ensaio realizado conforme as normas NBR 6459 / ABNT, NBR 7180 / ABNT eASTM 424-50.

(d) Determinação da curva de retenção de água no solo: a determinação é feita em laboratório através dedrenagem crescente de uma amostra inicialmente saturada, ou de umidecimento gradual de uma amostrainicialmente seca ou através das equações de Genuchten e Brooks-Corey (Figura 6).

Divisão daBacia de

Contribuição(2)



estudo (1)

Caracterização das zonas inundáveis da Bacia emestudoModelos

Chuva-vazão

CaracterizaçãoHidrológica

Caracterizaçãodo Escoamento

Subterrâneo

D

ModelosTridimensionais deTerreno e Sistemas

de InformaçõesGeográficas

Modelo deescoamento

permanente evariado

Calibração dos modelosatravés de bacia de controle



Figura 6: Equipamentos para determinação da curva de retenção – Fonte: TUCCI (1993).

(e) Determinação da condutividade hidráulica e da permeabilidade intrínseca: determinados através do usode permeâmetros de carga constante ou variável, utilizando-se a equação de Darcy direta ou indiretamente(Figura 7).

Figura 7: Permeâmetro de carga fixa e variável – Fonte: TUCCI (1993).



! Estudo da Percepção Ambiental da área de estudo (4)

• Superposição de mapas e de informações: de posse das informações obtidas anteriormente, utilizar-se-áa integração de todas as informações e cartas obtidas através da metodologia de superposição de mapaspara a visualização integrada das questões mais relevantes para o zoneamento de risco de inundações epara auxiliar na definição das zonas de maior risco à inundação (Figura 8).

• Estudo da Percepção Ambiental na área de estudo: de posse dos dados obtidos, far-se-á, por meio dautilização do método DELPHI ou por meio de questionários dirigidos, a avaliação de percepçãoambiental referente ao fenômeno das inundações e de um possível zoneamento de risco das mesmas.Pretende-se agregar os estudos de percepção ambiental na proposta de zoneamento incorporando asinformações obtidas no estudo. (Figura 8).

Figura 8: Fluxograma II da etapa Zoneamento de áreas de risco de inundações.

! Zoneamento de risco de inundações (5)

• Caracterização sócio-econômica da região de estudo: através de uma caracterização sócio-econômica daregião em estudo serão levantadas as atividades econômicas predominantes, a população e a atualutilização do solo (Figura 9).

• Zoneamento de áreas de risco de inundações: de posse dos resultados das simulações descritasanteriormente, far-se-á o zoneamento das áreas de risco de inundações levando-se em conta os critériossócio-ambientais, hidrológicos, geomorfopedológicos e da percepção ambiental,. O resultado serádescrito em uma carta temática na escala de 1:50.000 (geral) e 1:10.000 nos pontos considerados críticospelo estudo (Figura 9).

MétodoDELPHI ouQuestionário

DirigidoQuestionários

II

Superposição de mapas ede informações – SIG

IDRISI e SPRING

Avaliação da PercepçãoAmbiental na área de estudo

Tabulação dos dados

Análise dos dados obtidos



Figura 9: Fluxograma da etapa Zoneamento de áreas de risco de inundações.

RESULTADOS A OBTERObjetiva-se ao final da pesquisa propor novos critérios e contribuições para o zoneamento de risco deinundações em bacias sem monitoramento fluviométrico relacionando-se fatores hidrogeomorfopedológicos ehidrológicos como ferramenta de planejamento ambiental em bacias hidrográficas, auxiliando no controle deincidentes em áreas sujeitas a inundações. Os produtos cartográficos serão apresentados na escala 1:50.000,no que se refere aos subsídios para o planejamento ambiental da bacia e, nas escalas 1:10.000 e 1:5.000, paraos pontos críticos de risco à inundação.Sendo o zoneamento das planícies de inundação um critério regulatório do uso e ocupação do solo, pretende-se, com as pesquisas de percepção ambiental, obter a expectativa das municipalidades e da populaçãodiretamente afetada sobre a pertinência do método como forma de prevenção e controle de cheias.

CONCLUSÕESAcredita-se que a metodologia apresentada anteriormente caminha rumo à incorporação de parâmetroshidrogeomorfopedológico, hidrológicos, ambientais e sócio-econômicos no planejamento e gestão deproblemas relacionados ao fenômeno das inundações. Esses problemas, embora causados por variáveisnaturais, apresenta-se intimamente ligado às ações antrópicas inseridas na região de estudo que afeta diretaou indiretamente essas variáveis. Conforme a máxima “Você colhe aquilo o que planta”, necessita-se de umamaior conscientização em relação aos usos dos recursos naturais disponíveis sob a pena de relegarmos aofuturo apenas lembranças dos recursos do passado.

FLUXOGRAMA A (3) FLUXOGRAMA I (1)

FLUXOGRAMA II (4)

FLUXOGRAMA B (3) FLUXOGRAMA D (3)

Caracterização sócio-econômica daBacia de estudo


estudo (1)

Zoneamento de risco deinundações – Escala

1:50.000 / 1:10.000 (5)

FLUXOGRAMA C (3)

Superposição de mapas ede informações – SIG

IDRISI e SPRING



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