DIAGNÓSTICO DE CHEIAS URBANAS NA CIDADE DE VOLTA …

Universidade Federal do Rio de Janeiro

DIAGNÓSTICO DE CHEIAS URBANAS NA CIDADE DE VOLTA REDONDA - RJ

Érika Fraga Rodrigues

2008

COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ



Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-graduação em Engenharia

Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos necessários

à obtenção do título de Mestre em Engenharia

Civil.

Orientadores: Marcelo Gomes Miguez

José Paulo Soares de Azevedo

Rio de Janeiro

Dezembro de 2008



DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO

LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA

(COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE

DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE

EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Aprovada por:

________________________________________________

Prof. José Paulo Soares de Azevedo, Ph.D.

________________________________________________ Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.

________________________________________________ Prof. Otto Corrêa Rotunno Filho, Ph.D.

________________________________________________ Profa. Luciene Pimentel da Silva, Ph.D.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

DEZEMBRO DE 2008

iii

Rodrigues, Érika Fraga

Diagnóstico de Cheias Urbanas na Cidade de Volta

Redonda - RJ / Érika Fraga Rodrigues. – Rio de Janeiro:

UFRJ/COPPE, 2008.

XVIII, 114 p.: il.; 29,7 cm.

Orientadores: José Paulo Soares de Azevedo

Marcelo Gomes Miguez.

Dissertação (Mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de

Engenharia Civil, 2008.

Referencias Bibliográficas: p. 106-110.

1. Modelação Matemática. 2. Enchentes Urbanas. 3.

Drenagem Urbana. I. Miguez, Marcelo Gomes “et all". II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE,

Programa de Engenharia Civil. III. Titulo.

iv

A Deus, aos meus pais e amigos…

companheiros de todos os momentos…

v

AGRADECIMENTOS

Aos meus orientadores Marcelo Gomes Miguez e José Paulo Soares, por sua enorme

paciência e dedicação.

Aos meus pais Graça e Nilton, por seu amor, confiança e motivação.

A minha avó Dedier, pelo grande incentivo.

Ao meu irmão Douglas, por sua amizade e colaboração em todas as dificuldades.

Ao Flávio e Renata, meus primos, por ajudar-me com o seu computador e com a sua

boa vontade.

Ao Flipi Tonon e Amarildo Ferraz, por terem me ajudado fornecendo dados para o

desenvolvimento deste trabalho.

Ao meu primo Marcio Valério, por ter me recebido muito bem na prefeitura e liberando

os mapas essenciais para o desenvolvimento deste trabalho, juntamente com Gustavo da

Silva Francisco, Abimailton Pratti da Silva, José Eduardo Ramos Quaglia.

A aluna do UniFOA, Ivani Custódia da Costa, e a professora Shanne, por sua paciência

em me ensinar o autocad.

A grande amiga Ana Cláudia por toda paciência e carinho.

A Lauzi, por seu amor e preocupação

Ao Padre Rhawy, por deixar seus afazeres e orientar-me na elaboração e montagem do

trabalho.

Ao Gustavo Bezerra Zampronio, Magali Ferreira Mattos, Luis Paulo Canedo de

Magalhães, Telma Teixeira, Patrícia Nick, Nathália Oliveira e Danielli Lucia Augusto

pelo grande apoio.

Ao meu primo Ronaldo, pelas tantas vezes que acordava de madrugada para me dar

carona.

vi

Ao William Bortolazzo, por sua paciência e sua presença constante e incentivadora e

por ser essa pessoa que não me deixa desanimar.

A banca examinadora, Marcelo, José Paulo, Flávio e Luciene, por sua disposição em

assistir-me na apresentação deste trabalho

Ao pessoal da garagem da Prefeitura de Volta Redonda, por ter me dado carona diversas

vezes para ir ao Rio de Janeiro.

A Cláudia, que sempre se preocupava com minhas idas ao Rio de Janeiro.

Em memória ao meu tio Beto, que sempre me acolhia com carinho e ao Senhor

Marquinho que providenciava minha condução ao Rio de Janeiro.

Em, especial, agradeço meu avô Hamilton, por ter sido não somente um avô, mas o

melhor avô que eu poderia ter tido. Um avô, pai e grande amigo. Agradeço por ter me

criado com muito amor e carinho. Você sempre estará vivo no meu coração. TE

AMO!!!

Aos amigos e colegas pela força e pela vibração em relação a esta jornada.

Aos professores e colegas de Curso, pois juntos trilhamos uma etapa importante de

nossas vidas.

A todos que, com boa intenção, colaboraram para a realização e finalização deste

trabalho.

A Deus, o soberano e autor da existência humana, pelo Dom da Vida e pela graça de

chegar até aqui.

vii

Nas coisas essenciais, a unidade; nas

coisas duvidosas, a liberdade; em tudo, a

caridade.

viii

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)



Dezembro/2008

Orientadores: Marcelo Gomes Miguez

José Paulo Soares de Azevedo.

Programa: Engenharia Civil

Volta Redonda é uma cidade localizada no Vale do Paraíba do Sul, também

conhecida como Cidade do Aço, por sediar a Companhia Siderúrgica Nacional (CSN),

grande responsável pela expansão urbana e econômica da região. Faz parte da sua malha

hidrográfica a bacia do rio Brandão, alvo de estudo deste trabalho, tendo como receptor

o rio Paraíba do Sul. Esta dissertação tem como objetivo analisar e diagnosticar zonas

de cheias urbanas na bacia do rio Brandão. O trabalho foi feito com o auxilio de uma

ferramenta desenvolvida no Laboratório de Hidráulica Computacional / COPPE –

UFRJ, o MODCEL, para simular o escoamento existente na região e avaliar a influência

de seus dois afluentes, o córrego Cachoeirinha e o córrego Cafua, e identificar quais

sub-bacias são mais importantes nos processos de alagamentos.

ix

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

URBANS FLOODS DIAGNOSIS IN VOLTA REDONDA - RJ


December/2008

Advisors: Marcelo Gomes Miguez

José Paulo Soares de Azevedo.

Department: Civil Engineering

Volta Redonda is a city located in the Paraiba do Sul river’s valley, also known

as the Steel City because of the National Steel Company (CSN), which is responsible

for economic and urban expansion in the region. The Brandão river basin is part of its

hydrographic net and the main subject of study in this work, having as receptor Paraiba

do Sul River. This thesis aims to analyze and diagnose urban flooding areas in the basin

of Brandão river, with the aid of a tool developed at the Laboratory of Computational

Hydraulics / COPPE - UFRJ, called MODCEL, to simulate the flow in the region and

assess the influence of its two tributaries, Cachoeirinha stream and Cafua stream, and

identify which sub-basins are more important in cases of flooding.

x

INDICE I. INTRODUÇÃO..................................................................................... 1

I.1. Considerações Gerais...................................................................... 1

I.2. Objetivo........................................................................................... 2

I.3. Motivação........................................................................................ 3

I.4. Escopo............................................................................................. 6

II CARACTERIZAÇÃO DA REGIÃO DE ESTUDO........................... 8

II.1. O Município de Volta Redonda........................................................ 9

II.2. A Bacia Hidrográfica do rio Brandão............................................... 11

III. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA………………………………………. 15

IV. MODELAGEM MATEMÁTICA…………………………………… 26

IV.1. Modelo de Células de Escoamento – MODCEL............................... 27

IV.2. Hipótese do Modelo de Células......................................................... 28

IV.3. Modelação de uma bacia através das células de escoamento............ 29

IV.4. Equações Governantes / Modelação Matemática………………….. 30

IV.5. Condições Iniciais de Contorno………………………………….. 33

IV.6. Estrutura Computacional do Modelo Implícito de Células............... 33

V. METODOLOGIA…………………………………………………….. 35

V.1. Estudos Hidrológicos……………………………………………… 42

V.1.1 Cálculo do Tempo de Concentração.......................................... 42

V.1.2 Metodologia adotada para o calculo do tempo de concentração.............................................................................

42

V.1.3 Cálculo da Chuva de Projeto..................................................... 44

V.1.4 Cálculo dos Hidrogramas das Condições de Contorno............. 44

V.1.5 Separação da Chuva Efetiva na Área Dividida em Células...... 49

V.2. Modelagem Hidrodinâmica............................................................... 50

xi

V.2.1 Divisão em Células da Bacia do Rio Brandão........................... 50

V.2.2 Topologia.......................................................................................... 54

V.2.3 Calibração.......................................................................................... 56

VI. DIAGNOSTICO DAS CHEIAS NA BACIA DO RIO BRANDAO.. 64

VII CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES…………………………... 101

VII.1. Conclusões........................................................................................ 101

VII.2. Recomendações................................................................................. 103

REFERÊNCIAS..................................................................................... 106

ANEXOS

xii

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Rio Brandão transbordou no bairro Vila Santa Cecília (Fonte: site

Jornal Diário do Vale)........................................................................

4

Figura 2 Efeitos da chuva de 2005 (Fonte: site Jornal Diário do

Vale)...................................................................................................

5

Figura 3 Mapa da região de Volta Redonda indicando os pontos de

alagamento da cidade..........................................................................

13

Figura 4 Mapa indicando os dois últimos pontos de alagamento da bacia do

rio Brandão para este trabalho............................................................

14

Figura 5 Pavimento permeável (Urbonas e Stahre, 1993)................................ 20

Figura 6 Valo de Infiltração (Urbonas e Stahre, 1993).................................... 21

Figura 7 Valo de infiltração - detalhe (Urbonas e Stahre, 1993)..................... 21

Figura 8 Trincheira de Infiltração (AMEC, 2001)............................................ 22

Figura 9 Trincheira de infiltração (Woodworth, 2002).................................... 22

Figura 10 Canalização (SEMADS, 2001)........................................................... 23

Figura 11 Reservatório de detençã em encostas (SEMADS,

2001)..................................................................................................

24

Figura 12 Mapa indicando o primeiro ponto crítico de alagamento da bacia do

rio Brandão.........................................................................................

36

Figura 13 Mapa indicando o segundo ponto crítico de alagamento da bacia do

rio Brandão.........................................................................................

36

Figura 14 Mapa indicando o terceiro ponto crítico de alagamento da bacia do rio

Brandão........................................................................................................

37

Figura 15 Mapa indicando o quarto ponto crítico de alagamento da bacia do

rio Brandão.........................................................................................

37

Figura 16 Mapa indicando o quinto ponto crítico de alagamento da bacia do rio

Brandão........................................................................................................

38

Figura 17 Mapa indicando o sexto ponto crítico de alagamento da bacia do rio

Brandão...............................................................................................

38

Figura 18 Diagrama unifilar da rede de drenagem principal da região em

estudo e os seis pontos críticos de alagamento...................................

42

Figura 19 Hidrograma da condição de contorno do rio Brandão, CC-1011....... 45

xiii

Figura 20 Hidrograma da condição de contorno do rio Cachoeirinha, CC-

1023....................................................................................................

46

Figura 21 Hidrograma da condição de contorno do rio Cafuá, CC-1014........... 47

Figura 22 Hidrograma da condição de contorno do rio Cafuá, CC-1017........... 48

Figura 23 Destaque das áreas das sub-bacias do rio Brandão e representação

dos locais de aplicação das condições de contorno............................

51

Figura 24 Divisão de células para a bacia do rio Brandão.................................. 53

Figura 25 Esquema topológico associado a divisão em células da bacia do rio

Brandão...............................................................................................

55

Figura 26 Mancha de alagamento para a situação atual considerando uma

chuva de projeto com T.R. de 20 anos...............................................

57

Figura 27 Gráfico mostrando o alagamento do ponto 1 da bacia do rio

Brandão...............................................................................................

58


Brandão...............................................................................................

58


Brandão...............................................................................................

59


Brandão...............................................................................................

59


Brandão...............................................................................................

59


Brandão...............................................................................................

60

Figura 33 Gráfico mostrando o fundo, nível d’água, margem direita e margem

esquerda do rio Brandão, no que tange a locais indicados de

extravasamento da calha.....................................................................

60


esquerda do rio Cachoeirinha, no que tange a locais indicados de


61


esquerda do rio Cafua, no que tange a locais indicados de


61

Figura 36 Gráfico mostrando o resultado do cenário 1 para o ponto crítico 1... 64

xiv









Figura 45 Gráfico mostrando o resultado do cenário 10 para o ponto crítico 1. 69

















xv


























xvi
















xvii

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Pontos críticos apontados no relatório elaborado pelo Instituto de

Pesquisa e Planejamento (IPPUVR, 1997)............................................

12

Tabela 2 Dados para o calculo do tempo de concentração................................... 43

Tabela 3 Localização da Estação Pluviométrica Estudada................................... 44

Tabela 4 Resumo dos parâmetros utilizados para o cálculo das condições de

contorno.................................................................................................

49

Tabela 5 Parâmetros de separação da chuva efetiva na área modelada por

célula......................................................................................................

49

Tabela 6 Resultado dos níveis d’água e vazão na calibração para cada ponto

crítico.....................................................................................................

56

Tabela 7 Níveis d’água e tempo do pico de cheia para cada ponto na

calibração...............................................................................................

61

Tabela 8 Resultados das lâminas d’água e tempo do pico de cheia para o

Cenário 1...............................................................................................

97


Cenário 2................................................................................................

97


Cenário 3................................................................................................

98


Cenário 4................................................................................................

98


Cenário 5................................................................................................

98


Cenário 6................................................................................................

98


Cenário 7................................................................................................

98


Cenário 8...............................................................................................

99


Cenário 9................................................................................................

99


Cenário 10..............................................................................................

99

xviii


Cenário 11..............................................................................................

99

1

I. INTRODUÇÃO

I.1. Considerações Gerais

As águas pluviais são fundamentais para o equilíbrio dos ecossistemas e para a

sobrevivência humana. Essas águas são responsáveis pelo abastecimento de várias

cidades e proporcionam vários tipos de recursos para as populações. Com o

desenvolvimento da humanidade e o crescimento urbano, os caminhos de drenagens

percorridos por essas águas vêm sendo modificados drasticamente, alterando seu

equilíbrio natural, dando origem a grandes enchentes e destruição de comunidades e

cidades, deixando a população dessas regiões sem um horizonte de futuro.

Enchente é o escoamento superficial das águas pluviais que após suprir a retenção

natural da cobertura vegetal, saturar os vazios do solo e preencher as depressões do

terreno buscam caminhos oferecidos pela drenagem natural ou artificial fluindo no

sentido do corpo receptor de água. É um fenômeno benéfico, por se tratar de um ciclo

natural onde a água desempenha um papel importante para a vida da fauna, da flora e do

próprio homem. Os eventos naturais extremos, como, por exemplo, as ocorrências de

estiagens prolongadas, escassez ou a abundancia das águas concentradas no tempo e no

espaço, provocam prejuízos, desconfortos e até mesmo perda de vidas humanas.

Nas últimas décadas, houve um grande aumento da ocupação territorial sobre áreas

sujeitas às inundações, degradação da mata ciliar, desmatamento desenfreado,

impermeabilização dos terrenos, descartes inadequados de resíduos domiciliares sobre

encostas e nos cursos d’água, agravando a formação dessas enchentes. Este fenômeno

natural é condicionado a fatores climáticos, principalmente às chuvas intensas de verão,

cujos efeitos são agravados pelas características do relevo, rios e córregos com

declividades acentuadas, que drenam essas águas para as regiões mais baixas e

ocupadas pela população (SEMADS, 2001).

Para minimizar os efeitos das enchentes nessas áreas urbanizadas são feitas intervenções

físicas, obras de retificação e canalização para direcionar e conduzir as águas das

enchentes o mais rápido possível rio abaixo, com o objetivo de melhorar o fluxo das

águas e permitir a ocupação do solo, esperando assim conter o agravamento dessas

2

enchentes e reduzir o prejuízo. Pode-se pensar que, embora essas obras proporcionem

grandes melhorias locais em épocas de enchentes mais freqüentes, muitas vezes

transferem o problema para jusante, agravando o problema, pois, em geral, as

intervenções são realizadas isoladamente e voltadas exclusivamente para os problemas

locais.

Deve-se restabelecer, o quanto possível, a retenção natural nas cabeceiras, nas matas,

nas áreas ribeirinhas e conservar as áreas de inundações ainda existentes, em lugar de

direcionar e acelerar as águas de enchentes rio abaixo.

É importante, também, avaliar novas estratégias no controle de enchentes, a importância

de se proteger tanto a área urbanizada quanto a população existente, considerando os

aspectos sociais e econômicos, o ecossistema e as necessidades do próprio rio. É

impossível evitar as grandes enchentes; porem é possível conter o agravamento dessas

enchentes e reduzir os prejuízos.

A tendência do homem é ocupar a bacia hidrográfica a partir das áreas planas, no

sentindo daquelas mais altas, para ficar mais próximo dos rios e dos terrenos mais

favoráveis e férteis. À medida que a área urbana se expande para a parte superior da

bacia, a capacidade de retenção natural vai sendo descaracterizada. Isso se dá pelo

desmatamento, pela mudança dos padrões naturais de drenagem e pela

impermeabilização do solo e do aterro de áreas alagadiças.

I.2. Objetivo

Esta dissertação tem como objetivo mapear, analisar e consolidar um diagnóstico de

zonas alagáveis no sistema de drenagem da bacia do rio Brandão em Volta Redonda.

O modelo selecionado para esta aplicação foi o modelo matemático de células de

escoamento, MODCEL, desenvolvido no Laboratório de Hidráulica Computacional /

COPPE – UFRJ como ferramenta para tomada de decisões de intervenções para o

controle de cheias.

3

Dessa forma, o presente trabalho simulará o escoamento existente na bacia do rio

Brandão, com o objetivo de avaliar a influência de seus dois afluentes, o córrego

Cachoeirinha e o córrego Cafuá, sobre o rio, e identificar quais sub-bacias são mais

importantes nos processos de alagamento avaliando como estes ocorrem a partir do

desenvolvimento de novos cenários.

I.3. Motivação

As enchentes tornaram-se parte da rotina dos habitantes dos grandes centros, em

decorrência da ocupação desordenada do solo, que interfere na mudança dos padrões de

escoamento natural das águas pluviais.

Este trabalho tem como motivação o uso de uma abordagem com visão sistêmica do

processo de enchentes urbanas. Para tal, faz uso de ferramentas de modelação

matemática, destacando o modelo de células, desenvolvido pela COPPE/UFRJ, visando

simular diferente cenário de cheias na bacia do rio Brandão, na cidade de Volta

Redonda, diagnosticando e avaliando as causas desses eventos naturais, que quando

chegam ao extremo, provocam prejuízos, desconfortos e ate mesmo perda de vidas

humanas.

Nas linhas que se seguem abaixo, é feita uma pesquisa sobre as áreas mais afetadas

dessa bacia, que justificam e motivam o interesse pelo estudo aqui desenvolvido.

Verificou-se, com essas pesquisas, que o bairro Vila Santa Cecília sofria com as

enchentes causadas pelos rios Brandão e Cachoeirinha. Os moradores das ruas 18A,

18B e 41, próximas aos dois rios, se deparavam todo ano com a elevação das água que

chegava a cerca de um metro e meio de altura. O acúmulo de água atingia pontos de

grande circulação de automóveis, como a Avenida 33 e o entorno da Praça Brasil. No

verão de 1997, uma chuva alagou toda essa região como mostra a figura 1.

4

Figura 1: Rio Brandão transbordou no bairro Vila Santa Cecília.

(Fonte: site Jornal Diário do Vale).

De acordo com a Empresa de Processamento de Dados (EPD), uma série de obras foram

feitas no leito dos dois rios que cortam o bairro. Em entrevista ao Jornal Local Diário do

Vale, o secretário municipal de obras, José Jerônimo Telles Filho, explicou que

engenheiros da prefeitura buscaram soluções para evitar novas enchentes em algumas

localidades. Uma delas foi o conjunto de obras no Brandão.

“Alargamos as margens desse rio e fizemos o desvio do Córrego Cachoeirinha, que

desembocava direto no Brandão. Tal obra facilitou o fluxo das águas.”

Após a conclusão dessas obras a ocorrência dessas enchentes diminui. Mas esses

eventos ainda ocorrem nos períodos de chuvas na rua 33 e na Praça Brasil.

Outro cenário problemático abrange os bairros Vila Rica, Jardim Tiradentes, Casa de

Pedra e Siderópolis. Nessa região foram feitas obras aumentando a seção do córrego e

as contenções das margens, mas essas contenções vêm sendo destruídas pelas chuvas. O

córrego, que corta essa região, não dá vazão à intensidade das águas provenientes das

chuvas ocorridas, geralmente entre os meses de novembro e março. É comum

moradores dos bairros acima mencionados enfrentarem anualmente enchentes e

alagamentos que atingem ruas e casas.

Segundo mesma fonte (Jornal local Diário do Vale), em 1984 utilizou-se a tecnologia

dos gabiões para a construção dos muros de contenção das laterais do Rio Brandão. O

projeto, que acabou com os alagamentos nas ruas da Vila Santa Cecília, facilitou o fluxo

das águas do rio Brandão durante as chuvas. No início do governo do prefeito Antônio

5

Francisco Neto, em 1996, essa obra recebeu um reforço. Foram removidos os

obstáculos que causavam a retenção das águas, como rochas no fundo do rio. As

correções, realizadas pela Secretaria de Obras, aumentaram a velocidade das

enxurradas, que começaram a solapar as bases do gabiões, provocando um novo

problema. A situação se complicou ainda mais com o aumento do número de moradores

nos bairros Jardim Esperança, Siderópolis e Casa de Pedra, assim como o surgimento de

novos bairros, entre eles, Jardim Tiradentes, Vila Rica, Jardim Belvedere e a construção

da Rodovia do Contorno, esta obra ainda inacaba. Esse aumento populacional

contribuiu bastante na intensificação do volume de água despejado no Brandão.

Em 2004 houve um grande aumento de ocorrências de enchentes, começando no início

de janeiro. Segundo dados da Defesa Civil, este período foi considerado o mais elevado

dos últimos anos. O balanço do órgão aponta dois mortos e uma enchente do Rio

Paraíba do Sul só comparada à cheia de 1948, causando grandes danos à cidade. Nesse

mesmo período, a Secretaria Municipal de Saúde registrou um número elevado de

doenças como hepatite, leptospirose, tétano e diarréia. Em conseqüência desse período

de enchentes, mais de 120 pessoas ficaram desabrigadas.

Figura 2: Efeitos da chuva de 2005(Fonte: site Jornal Diário do Vale).

Em 2005, a maior parte da contenção das margens do córrego do rio Brandão, na rua

41-C na Vila Santa Cecília, cedeu, ameaçando desmoronar metade da rua devido ao

afundamento e deslocamento das margens do córrego como visto na figura 2. Em 2006

o prefeito Gothardo Lopes Netto autorizou a obra de recomposição das margens que foi

concluída pela empreiteira Geoportante Engenharia Ltda, de Petrópolis(RJ), vencedora

da licitação. O investimento total foi de R$ 460 mil, 954 reais, 40 centavos.

6

A Prefeitura de Volta Redonda avaliava a possibilidade de construir uma barragem no

Brandão perto da Casa de Portugal. Pretendia-se fazer um reservatório temporário para

amortecer as inundações, mas devido ao elevado custo optou-se pela construção de uma

galeria extravasora com o desvio do córrego Cachoeirinha, que desembocava direto no

Brandão (IPPU/VR, 2002).

Para solucionar o problema das enchentes existem duas regras básicas: deixar as águas

correrem ou não deixar as águas correrem. Partindo do princípio de se solucionar os

problemas de enchentes neste região, pretende-se analisar no rio Brandão o quanto de

água consegue escoar sem causar danos à população e com isso avaliar se as futuras

obras serão viáveis.

I.4. Escopo

Essa dissertação foi dividida em 7 capítulos: Introdução, Histórico da Região, Revisão

Bibliográfica, Modelo de Células – MODCEL, Metodologia, Resultados, Conclusões e

Recomendações.

Neste primeiro capítulo, foram feitas considerações gerais, apresentados os objetivos

que se pretende alcançar durante o estudo e a motivação da escolha do tema.

No segundo capítulo, é apresentado a caracterização da área em estudo como um todo, a

cidade de Volta Redonda, bem como o da área escolhida para aplicação do sistema em

particular, a bacia do rio Brandão.

No Capitulo III faz uma breve revisão bibliográfica sobre cheias urbanas, drenagem

urbana e aplicação dos modelos matemáticos.

O Capítulo IV traz o modelo matemático selecionado para ser utilizado no estudo, o

MODCEL.

O Capítulo V traz a metodologia empregada no estudo, bem como as adaptações e

modificações feitas na calibração a fim de que o modelo funcionasse adequadamente

para a região.

No Capítulo VI, serão apresentados os resultados obtidos com a aplicação do modelo.

7

Por último, no capítulo VII, são apresentadas as conclusões e recomendações para

estudos futuros.

8

II. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

Uma das prioridades atuais da sociedade é estruturar formas de preservação ambiental,

levando-se em conta todos os impactos que a natureza recebe, em nome do avanço

tecnológico e tendo como meta a busca de soluções que permitam salvaguardar o futuro

do planeta.

Os rios abastecem várias cidades e proporcionam vários tipos de recursos para as

populações, mas vem sendo degradados de forma irracional, destruindo indiretamente

comunidades e cidade com o problema das enchentes urbanas, que vem fazendo parte

da rotina dos habitantes de grandes centros, tornando um fato cotidiano e indesejável.

Durante séculos, a maior parte da população concentrou-se em áreas rurais. Após o

advento da Revolução Industrial, houve um rápido processo de urbanização, afetando

diretamente os padrões da drenagem natural.

Em paises pobres, o processo de urbanização foi mais agravante ainda, caracterizando-

se desordenado e desarticulado, apresentando uma urbanização caótica que se reflete em

uma série de transtornos e perturbações para a comunidade. O crescimento das cheias

está diretamente relacionado à forma de ocupação do solo urbano. Esta ocupação, nem

sempre ordenada ou planejada, costuma interferir diretamente na mudança dos padrões

de escoamento natural e iniciar o processo de ocorrência de enchentes urbanas. A

redução da cobertura vegetal, o aumento da impermeabilização e outros fatores em geral

agravam o problema nas áreas mais baixas da bacia.

A cobertura vegetal da bacia tem a função de proteger o seu solo das precipitações,

funcionando também como obstáculo para o escoamento superficial, podendo reter um

volume da ordem de 25% do precipitado. Sua configuração em equilíbrio permite a

infiltração das águas pluviais, recarregando o lençol freático e garantindo as vazões de

base dos córregos e rios da bacia (SEMADS, 2001).

A ocupação das áreas urbanas modifica o uso do solo com a retirada e substituição da

camada vegetal original acarretando uma impermeabilização da bacia, alterando a

situação original de equilíbrio, modificando as parcelas do balanço hídrico da região,

9

reduzindo a capacidade de infiltração do solo e aumentando o volume superficial de

água disponível para o escoamento. A retirada da cobertura vegetal promove também

um aumento na velocidade do escoamento das águas superficiais, aumentando e

adiantando o pico de cheias, já que o aumento da parcela de águas superficiais

disponibiliza maiores vazões para o seu escoamento e este passa a escoar de forma mais

rápida graças à redução da cobertura vegetal e de outros obstáculos e retenções

superficiais (SEMADS, 2001).

Este quadro geral acontece nos principais centros urbanos do Brasil, dentre eles a cidade

de Volta Redonda / RJ, objeto de estudo deste trabalho.

II.1 O Município de Volta Redonda

O município de Volta Redonda, criado pela Lei no 2185 de 17 de Julho de 1954, faz

parte da Região-Programa Industrial do Médio Paraíba, se localizando no trecho inferior

do médio vale do rio, entre as serras do Mar e da Mantiqueira, entre os paralelos

22º24’11” e 22º 38’ de latitude sul e os meridianos 44º9’25” e 44º 25’ de longitude

oeste, segundo Greenwich (FEEMA, 1990)

A cidade de Volta Redonda passou por vários transtornos e, de modo especial, a partir

dos anos 40. O pequeno núcleo com aproximadamente 3 mil habitantes cresceu

rapidamente devido a implantação da CSN (Companhia Siderúrgica Nacional). Esta

expansão urbana acarretou danos significativos ao meio ambiente, sobretudo ao que se

refere às conseqüências geradas pela industrialização sem nenhum planejamento que

levasse em conta a manutenção do equilíbrio ecológico. O fato de estar em um fundo de

vale (Vale do rio Paraíba – entre as serras do Mar e Mantiqueira) impede a livre

circulação dos ventos, tornando as condições de dispersão atmosférica bastante

desfavorável (IPPUVR – 1994).

O ar da região de Volta Redonda recebe grande volumes de gases e material

particulado, causadores diretos de problemas de saúde da população e de alterações no

micro-clima. (FEEMA, 2000).

10

Quanto ao rio Paraíba do Sul, este já chega em Volta Redonda poluído pelo uso de suas

águas no Estado de São Paulo e por outras cidades do Rio de Janeiro, pois as águas, ao

passarem por áreas mais industrializadas e populosas, recebem uma considerável carga

orgânica e química (Mello & Vasconcelos, 1998). A CSN é a responsável pelo maior

volume de efluentes industriais despejados no rio Paraíba do Sul na região de Volta

Redonda (IPPUVR, 1999). Porém, não é a única, visto que outras industrias também

situadas à margem do rio e de seus afluentes lançam grande cargas de poluentes

químicos (IPPUVR, 2000).

O clima de Volta Redonda é considerado como de elevada umidade relativa do ar, com

verões quentes e úmidos e invernos secos (classificação de Koppen). A temperatura

média do ar varia entre 21º C e 16º C. A estação chuvosa vai de outubro a março,

incluindo o verão, tendo em média 130 dias de chuva por ano. O período seco engloba o

inverno, sendo julho e agosto os meses de tempo mais estável e, neste período, a

umidade relativa do ar é baixa. Os ventos predominantes são de sentido noroeste. Como

exemplo de alteração no micro-clima é comum, no inverno, o fenômeno da inversão

térmica, causada pela poluição que permanece sobre a cidade, formando uma camada

que impede a penetração dos raios solares, diminuindo a insolação e dificultando a

dispersão de calor e das novas cargas de poluentes lançadas a cada dia (FEEMA, 2000).

As águas de escoamento superficial do rio Paraíba do Sul, ao passarem livremente pelas

encostas muito inclinadas e com cobertura vegetal ausente ou alterada pela ação

antrópica, trazem uma volumosa carga de fragmentos minerais que servem tanto para

colmatar o fundo da calha do rio, quanto para elevar a carga de particulados em

suspensão que são levados no sentido de jusante das águas (Mello & Vasconcelos,

1998).

Para o rio Paraíba do Sul, os valores médios anuais de vazão são da ordem de 318 m3/s.

Em épocas de estiagem, estes valores variam de 109 a 225 m3/s (FEEMA, 2000). As

vazões de cheias, que correspondem somente a 10% das descargas, igualam-se ou

excedem a 500 m3/s (FEEMA, 2000).

O regime hidrológico do rio Paraíba do Sul apresenta um período de águas baixas que

vai de julho a outubro, com as vazões mínimas ocorrendo com maior freqüência em

11

setembro. O período de águas altas do rio Paraíba do Sul vai de dezembro a março,

sendo que as maiores vazões ocorrem, geralmente, em fevereiro. As descargas de modo

geral, acompanham os índices de precipitação (Bizerril et all, 1998).

A bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul na região de Volta Redonda é caracterizada

pelo grande número de riachos e córregos perpendiculares ao rio Paraíba do Sul, que é o

corpo receptor natural de toda a malha hidrográfica do município. Os principais

afluentes do rio Paraíba do Sul nesta região pela margem esquerda são: Ribeirão do

Inferno, os córregos Santa Rita, Coqueiros, do Retiro e Ano Bom. Pela margem direita

os principais afluentes são: os córregos Ponte Alta, Secades, Ribeirão Brandão, Água

Limpa e Três Poços (IPPUVR, 1994). Todas essas bacias estão freqüentemente

envolvidas com problemas de inundações, como a ocorrida em decorrência das fortes

chuvas que caíram na bacia dos rios Brandão e Cachoeirinha no verão de 97 e assolaram

o bairro Vila Santa Cecília na região central da cidade (IPPUVR, 1997).

II.2. A Bacia Hidrográfica do rio Brandão

A bacia do rio Brandão faz parte da malha hidrográfica do município de Volta Redonda,

tendo como receptor o rio Paraíba do Sul e se localiza na margem direita desse rio. Do

ponto de vista topográfico, o território possui uma área de planície aluvionar de 80,2

km2 e encontra-se embutida no conjunto de elevações circundantes, que formam a área

do “mar de morros”.

As inundações nas bacias do Brandão e do Cachoeirinha, seu afluente, conforme

informações locais, tinham periodicidade de 5 anos, e passaram a ocorrer anualmente

(duas em 1997), provocando grandes transtornos e prejuízos consideráveis a moradores

e comerciantes da região central. Essas ocorrências vinham aumentando

consideravelmente influenciadas pelos seguintes fatores:

• a expansão de bairros e a construção de loteamentos e conjuntos residenciais

impermeabilizaram grandes áreas a montante, eliminando grandes áreas que

atuavam com os reservatórios naturais no amortecimento das vazões. O

incremento das vazões de cheias era incompatível com as dimensões das

12

canalizações implantadas nos cursos inferiores dessas bacias, praticamente

inalteráveis em presença da urbanização já consolidada;

• o assoreamento do curso inferior devido ao desmatamento e erosão das encostas,

e a desestabilização e erosão das margens, intensificando o transporte sólido;

• o despejo de lixo urbano, esgoto doméstico e entulhos de construções

diretamente nas calhas, contribuindo para acelerar o processo de assoreamento.

Os pontos críticos que contribuíram para a elevação das alturas de inundações no

Brandão e Cachoeirinha na região do centro foram apontados no relatório elaborado

pelo Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Volta Redonda (IPPUVR, 1997).

Estes dizem respeito a travessias que estreitavam a seção dos canais, tubulações que

atravessavam as seções a meia altura, assoreamento, dentre outros. Os pontos críticos

são apresentados na tabela abaixo. As figuras 3 e 4 apresentam os mapas indicando os

pontos de alagamento.

Tabela 1: Pontos críticos apontados no relatório elaborado pelo Instituto de Pesquisa e Planejamento (IPPUVR, 1997).

Pontos Críticos Localização

1 rua 41 e rua 41C, ponto de referência rua do Hospital Vita

2 Ponte entre as ruas 41 e 41C.

3 Ruas 18 A, 18 B, 33 e praça Brasil

4 Ponte com as ruas 26, 41 e 41 C

13

Figura 3: Mapa da região de Volta Redonda indicando os pontos de alagamento da cidade.

P1 •

P2 •

P3 •

• P4

14

Figura 4: Mapa indicando os dois últimos pontos de alagamento da bacia do rio Brandão.

• P5

• P6

15

III. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Com esse processo de mudança do perfil de distribuição da população, passando das

áreas rurais para áreas urbanizadas, o problema de enchentes urbanas começou a fazer

parte da rotina dos habitantes das grandes cidades com grande freqüência.

Desde a antiguidade, as cheias sempre interferiram na vida de diversas comunidades e

civilizações, com eventuais efeitos danosos a população, mas também com benefícios,

como no caso da irrigação, quando inundava as planícies que margeavam os rios,

através de diques construídos longitudinalmente aos mesmos, que impediam que a água

que transbordava voltasse à sua calha, formando bacias de infiltração.

A hidrologia e a hidráulica começaram a se desenvolver devido ao crescimento do

conhecimento humano aliado ao interesse de melhor compreensão dos processos e dos

fenômenos naturais de escoamento. Biswas (1970) relata em seus estudos este

desenvolvimento e conta que no século XVI, o arquiteto Giovani Fontana levantou

informações sobre a elevação do rio Tibre em Roma e investigou a cheia ocorrida

durante o Natal de 1598.

Na época, não se tinha o conhecimento dos resultados produzidos por chuvas e ventos

fortes que se fizeram presentes por longo tempo na época de ocorrência da cheia. A falta

de informação gerou efeitos negativos sobre a população local que se estabelecia onde

diferentes rios e canais aportavam no Tibre.

Portanto, Fontana fez um levantamento dos rios que contribuíam com volumes de água

para o Tibre. Mediu a profundidade e a largura dos cursos d'água em condições normais

e de cheia de forma a determinar a área molhada da seção transversal de escoamento e a

vazão pela fórmula "Q = A”. Apesar da incorreção, Fontana chegou a conclusão de que

era necessário melhorar as condições do leito do rio para eliminar os efeito da cheia em

Roma.

No século XVII, Castelli publicou um trabalho em que mostrava a relação entre a

velocidade de escoamento e a vazão de um rio. Ainda naquele século, Giovani

Guglielmini tentou resolver problemas de escoamento em rios através de observações

16

de campo, contribuindo no desenvolvimento de conceitos e princípios gerais de

escoamento em canais abertos. Já no século XVIII, Chézy desenvolveu a fórmula de

escoamento uniforme em rios que levou o seu nome.

Tem-se o início dos modelos matemáticos de escoamento com o trabalho de Saint-

Venant e Boussinesq (1871), que formulou as equações de escoamento não permanente

e variado, partindo dos princípios de conservação de massa e da quantidade de

movimento. Isaacson, Stoker e Troesch (1956) construíram e aplicaram um modelo

matemático para trechos dos rios Mississipi e Ohio. Importantes conceitos teóricos

foram estabelecidos na primeira metade do século XX, mas as aplicações destes

princípios em Engenharia só foram possíveis com a chegada dos computadores.

O primeiro modelo matemático bidimensional foi proposto e construído na década de

1960, pela Societé Grenobloise d'Etudes et Applications Hydrauliques (SOGREAH), a

pedido da UNESCO, para aplicar ao delta do rio Mekong e foi apresentado na revista La

Houille Blanche (1968). Zanobetti e Lorgeré reproduziram a área alagada de todo o

delta, considerando as cheias naturais e as cheias modificadas pela construção de uma

barragem que atenuaria as mesmas e ainda favoreceria a regularização do rio, para a

navegação e a irrigação, na época da estiagem. O modelo dividia a bacia do rio em

células de armazenamento, representando trechos de rio e de planície.

A seguir têm-se outras publicações que aplicaram esse tipo de modelo para diversas

regiões, como: no Pantanal de Mopipi (Hutchison e Midgley, 1973); bacia do rio Mono

(Cunge, 1975); bacia do rio Senegal (Cunge, 1975; Cunge, Holly e Verwey, 1980); rio

Mfolozi/Estuário Santa Lúcia (Weiss e Midgley, 1978); bacia superior do rio Rhône

(Cunge, Holly e Verwey, 1980); bacia do rio Paraná em Yacyreta/Apipe (Major, Lara,

Cunge, 1985).

Com o aparecimento e a evolução dos computadores digitais e um melhor

conhecimento e desenvolvimento de técnicas de modelação numérica, a reprodução de

padrões de escoamento foi facilitada, auxiliando a compreensão de enchentes urbanas

em novos estudos.

17

Em junho de 1991, foi realizado, na antiga Iugoslávia, a Conferencia Nacional sobre

Drenagem Urbana e Novas Tecnologias. Djordjevic, Ivetic, Maksimovic e Rajcevic

(1991) propôs a modelação de ruas alagadas sobre galerias, numa aproximação

unidimensional, de modo a integrar estes dois escoamentos. Sua proposição introduz, no

modelo, uma bacia fictícia sobre o poço de visita de modo que, quando a carga no poço

atinge o nível da rua, a bacia passa a ser preenchida sem qualquer interação com sua

vizinhança. Uma vez que a vazão total de entrada no poço de visita seja menor que a

vazão total de saída, a água da bacia fictícia passa a ser escoada para fora da mesma,

retornando ao sistema de drenagem.

Maksimovic (1991) faz uso de uma ferramenta educacional para o treinamento de

engenheiros na aplicação de modelos computacionais, para avaliação da capacidade de

sistemas de drenagem existentes e para o projeto de novos sistemas. Focou-se no

processo de transformação de chuva em vazão, dando ênfase ao escoamento superficial.

Para isto, criou-se então, uma bacia hipotética em modelo, que permitiu a simulação de

diferentes graus de impermeabilização, diferentes padrões de escoamento e diferentes

possibilidades de controle de escoamento em lotes.

Tem-se, no Brasil, a dissertação de mestrado apresentada por Miguez (Miguez e

Mascarenhas, 1994), que apresenta um modelo de células para escoamentos bi-

dimensionais, para a representação de trechos de rio e planície de uma bacia

hidrográfica. Neste trabalho, fez-se uma subdivisão da bacia mostrando que o

escoamento pode ocorrer em várias direções no plano horizontal, modelando os padrões

de movimento das cheias. As leis de descarga entre as células obedecem as relações

hidráulicas conhecidas, do tipo escoamento em canal ou sobre vertedouro de soleira

espessa, cujos coeficientes de vazão são os principais parâmetros do modelo. A solução

numérica foi baseada no método de dupla varredura, para economia do tempo de cálculo

e espaço de memória computacional de armazenamento. Este modelo foi aplicado ao

Pantanal Mato-Grossense, uma grande planície rural alagável e uma região que possui

grande interesse econômico e ambiental.

Coffman, Cheng, Weinstein e Clar (1999) preconizam o uso de projetos de baixo

impacto, ou seja, aqueles que utilizam procedimentos de análise hidrológica com o

objetivo de compreender o funcionamento da bacia no pré-desenvolvimento e no

18

pósdesenvolvimento da mesma. A aproximação para análises e projetos hidrológicos de

baixo impacto se baseia em quatro elementos principais:

• manter o tempo de concentração de pré-desenvolvimento para minimizar o

aumento do pico do escoamento superficial no pós-desenvolvimento através do

alongamento dos cursos d'água, da suavização dos declives, e do aumento da

rugosidade das superfícies;

• prever reservatórios de retenção para amortecimento do pico de escoamento

superficial e também para controle da qualidade da água;

• prover reservatórios de detenção adicionais, se necessário, para manter o pico de

escoamento superficial e para aliviar problemas existentes de inundação.

Araújo, Goldenfum e Tucci (1999) dizem que a taxa de crescimento significativo da

população e o aumento das superfícies impermeáveis das áreas urbanas vêm se

apresentando como um grande problema para as médias e grandes cidades brasileiras.

Devido a falta de planejamento na ocupação dos espaços urbanos, houve um aumento

significativo das inundações, devido ao aumento das vazões máximas, à produção de

sedimentos e à deterioração da qualidade da água. As soluções encontradas por parte do

poder público têm sido a construção de novas redes de drenagem, que simplesmente

transferem a inundação de um ponto para outro, sem que se avaliem os reais benefícios

da obra, em termos sistêmicos.

Com o crescimento das zonas urbanas das cidades brasileiras, aumentou a freqüência e

magnitude das cheias, como resultado da impermeabilização de grandes áreas,

implicando maior escoamento superficial, menores perdas por infiltração e na queda da

capacidade de amortecimento natural da bacia. A modificação do meio natural implica

em alterações nos caminhos naturais da água das chuvas, que deixa de escoar por

córregos temporários e passa a deslocar-se por tubos e canais subterrâneos ou abertos,

contornando o sistema de drenagem pluvial. Este sistema, tradicionalmente, tem a tarefa

de expulsar o volume de água que precipita sobre a área urbana da forma mais rápida e

com o menor risco possível (Cruz, Araújo e Souza,1999).

Com o objetivo de modelar matematicamente o comportamento do movimento de

cheias em áreas urbanas, tem-se, a dissertação de doutorado de Miguez (2001), tendo

19

por base a concepção do modelo de células de escoamento aplicada ao estudo de

enchentes na bacia do Canal do Mangue, localizada na cidade do Rio de Janeiro. Nesse

estudo, foram avaliados os efeitos de um conjunto de obras de controle de enchentes

distribuídas sobre a bacia para mitigação dos alagamentos na área.

A dissertação de mestrado de Villas Boas (Boas, 2008) apresenta o estudo e a aplicação

do modelo de células como ferramenta de apoio à decisão na gestão de recursos

hídricos. O modelo foi desenvolvido e aplicado com a finalidade de permitir simulações

de diversos processos que interferem na quantidade e qualidade da água na bacia e é

composto por quatro módulos responsáveis pelas simulações hidrodinâmicas,

hidrológicas, de gerenciamento e de qualidade da água.

Para a região em questão, objeto deste trabalho, foi realizado, pela COPPE (2000), na

bacia do rio Brandão, um trabalho em que apontou essa bacia como sendo a mais

problemática juntamente com seu afluente, o córrego Cachoeirinha, contribuintes pela

margem direita do rio Paraíba do Sul. Tanto o Brandão quanto o Cachoeirinha foram

responsáveis pelas inundações ocorridas na região central de Volta Redonda durante as

fortes chuvas que ocorreram em janeiro de 1997 e 1999. As enchentes, principalmente

as ocorridas em 1997, assolaram o centro comercial da cidade e o bairro Vila Santa

Cecília, causando transtornos e prejuízos aos moradores.

Nesse relatório, refere-se à possibilidade de se atuar com maior eficiência no controle

das enchentes do Brandão e do Cachoeirinha, por meio da construção de barragens a

montante do centro urbano, capazes de armazenar temporariamente uma boa parcela dos

volumes escoados. As dificuldades de uma intervenção maciça no trecho urbano já

canalizado e com ocupação marginal consolidada, tornou atraente a alternativa do

barramento (LHC/UFRJ, 2000). Essa visão contrapõe-se a visão tradicional da

canalização, que vem nos últimos anos, norteando as ações da prefeitura

Estudos preliminares desenvolvidos pela empresa de consultoria Hidroconsult,

apontaram três possíveis eixos para as barragens, dois deles no Brandão e outro no

Cachoeirinha. O eixo 2, localizado no Brandão, foi o escolhido para ser avaliado pelo

Programa de Investimentos, com base em recomendação do IPPU-VR. As análises

efetuadas também em caráter preliminar no âmbito do Programa de Investimentos

20

foram favoráveis ao aprofundamento dos estudos das barragens a partir de um estudo

hidrológico consistente e de restituições aerofotogramétricas atualizadas e em escala

adequada, para uma determinação precisa da curva Cota x Área x Volume do

reservatório (LHC/UFRJ, 2000).

Foi feito um diagnóstico sobre as condições atuais de drenagem e um exame das

alternativas de obras a serem implantadas prioritariamente. Incluem-se aí, uma

avaliação sobre o desempenho da barragem para controle de cheias do ribeirão Brandão

com diferentes períodos de recorrência e o conjunto de intervenções corretivas

necessárias nos estirões urbanos.

A tendência atual, na área de drenagem urbana, é a busca da manutenção das condições

de pré-desenvolvimento dos escoamentos das bacias, surgindo assim, como uma

solução desses problemas, a utilização de dispositivos de acréscimo de infiltração e de

retardo do escoamento. O pavimento permeável é um dos dispositivos de infiltração que

consegue manter ou reproduzir as condições de pré-desenvolvimento do escoamento em

uma bacia hidrográfica (Araújo, Goldenfum e Tucci,1999), mas o uso desses

pavimentos permeáveis é restrito pois possui uma baixa capacidade de suporte. Sua

execução somente é possível em locais com rampas suaves, terrenos com boa

capacidade de infiltração e lençol freático relativamente profundo (figura 5).

Figura 5: Pavimento permeável (Urbonas e Stahre, 1993).

Algumas outras vantagens são: redução ou eliminação da rede de drenagem,

preservação do equilíbrio de água natural do local, controle das descargas de pico e do

volume do escoamento superficial, remoção de poluentes e uma superfície mais segura

para dirigir. As principais desvantagens são: alto risco de entupimento, necessidade de

inspeções regulares e um possível risco de contaminação das águas subterrâneas.

21

Outras possibilidades de favorecer a infiltração passam pelo uso de trincheiras de

infiltração, valos de infiltração, planos de infiltração, entre outros. Valos de infiltração

são dispositivos de drenagem lateral, muitas vezes utilizados paralelos às ruas, estradas,

estacionamentos e conjuntos habitacionais (figuras 6 e 7). Estes valos concentram o

fluxo das áreas adjacentes e criam condições para infiltração ao longo do seu

comprimento, devendo ter volume suficiente para não ocorrer transbordamento,

enquanto não ocorre toda a infiltração, funcionando como um reservatório de detenção,

na medida em que a vazão que escoa para a vala seja maior do que a sua capacidade de

infiltração. Nos períodos com pouca precipitação ou de estiagem, ele é mantido seco.

Esse dispositivo é de grande aplicação para o tratamento da qualidade do escoamento

superficial, permitindo, remoção de até 80% dos sólidos em suspensão (AMEC, 2001).

Figura 6: Valo de Infiltração (Urbonas e Stahre, 1993).

Figura 7: Valo de infiltração - detalhe (Urbonas e Stahre, 1993).

22

As trincheiras de infiltração têm seu princípio de funcionamento no armazenamento da

água por tempo suficiente para sua infiltração no solo, tendo bom desempenho na

redução dos volumes escoados e das vazões máximas de enchentes (figuras 8 e 9). Estas

estruturas são constituídas por valetas preenchidas por seixos (brita ou outro material

granular), com uma porosidade em torno de 35%. Um filtro de geotêxtil é colocado

envolvendo o material de enchimento, sendo recoberto por uma camada de seixos,

formando uma superfície drenante. Além da função estrutural, o geotêxtil impede a

entrada de finos na estrutura, reduzindo o risco de colmatação, podendo ainda funcionar

como filtro anticontaminante (Balades et al., 1998).

Figura 8: Trincheira de Infiltração (AMEC, 2001).

Figura 9: Trincheira de infiltração (Woodworth, 2002).

23

Ao interceptar o escoamento superficial, a trincheira de infiltração propicia a recarga do

lençol freático, preservando a vazão de base, também funcionando como um dispositivo

de tratamento da qualidade de água do escoamento superficial, permitindo remoção de

até 80% dos sólidos em suspensão (AMEC, 2001).

Os reservatórios de lote apresentam-se como medidas de controle de cheias urbanas,

dispostas de forma distribuída na bacia hidrográfica, e consistem em pequenos

reservatórios de detenção em lotes urbanizados, que, em conjunto, buscam restaurar a

capacidade de armazenar parte da chuva e retardar o seu escoamento que a bacia tinha

antes de seu desenvolvimento.

Na macro-drenagem, a canalização é a medida estrutural intensiva de aumento da

eficiência do escoamento (figura 10). A canalização amplia a capacidade do rio em

transportar uma determinada vazão, ou seja, sua condutância, através do aumento da

seção, diminuição da rugosidade ou aumento da declividade da linha d’água. Como em

outros casos, essa medida pode ser ineficaz se houver restrição a jusante, como o nível

do mar, ou se existirem obstruções na rede de drenagem. O aprofundamento do canal,

rebaixa a linha d’água podendo evitar inundações, mas esta medida, com o aumento da

extensão do trecho a proteger, pode se tornar economicamente inviável.

Figura 10: Canalização (SEMADS, 2001).

Os reservatórios de detenção e retenção são reservatórios que armazenam água

durante a passagem do pico das cheias e esvaziam em um momento posterior. Esta

redistribuição temporal é responsável pela diminuição da vazão de pico. Este

armazenamento artificial vem substituir o armazenamento que ocorria naturalmente na

bacia, pela interceptação vegetal e pelo armazenamento no solo após infiltração, e foi

24

eliminado ou muito diminuído pelo processo de urbanização. A sua utilização se dá

tanto na macrodrenagem como na microdrenagem, sendo as dimensões a diferença entre

as aplicações. Os reservatórios devem se localizar em talvegues para concentrar vazões

e ter maior efeito. Parques públicos e praças são locais que geralmente dispõem de

espaço e tendem a não ser utilizados durante a chuva. São, portanto, apropriados para

reservatórios de amortecimento, podendo, se for o caso, aproveitar lagos pertencentes à

própria conformação do parque. O uso de reservatórios de detenção em áreas altamente

urbanizadas pode ser por demais custoso, já que este tipo de empreendimento necessita

de grandes áreas para amortecimento da cheia, tornando-se uma medida inviável

economicamente e socialmente. Uma possível solução seria utilizar reservatórios de

detenção em encosta, em talvegues nas vertentes, de forma a aproveitar a

disponibilidade destas áreas (figura 11).

Figura 11: Reservatório de detenção em encostas (SEMADS, 2001).

As limitações, entretanto, dessas medidas de intervenção contra cheias, repetem aquelas

dos pavimentos permeáveis.

Na prática, a reorganização dos escoamentos no tempo, com a manutenção de vazões de

pico similares as da pré-urbanização, passam pelo uso de reservatórios de detenção.

Um cuidado que se deve tomar, porém, na adoção destes, é que não há redução de

volumes. Ao se combinarem vários reservatórios, em pontos distintos da bacia,

especialmente quando considerados afluentes diferentes deve-se cuidar para que picos

25

retardados não se combinem em um tempo posterior ao do fenômeno original, gerando

ainda enchentes.

26

IV. MODELAGEM MATEMÁTICA

O estudo do movimento de cheias tem na modelação matemática e computacional uma

importante ferramenta, pois seu comportamento hidráulico pode ser previsto, mapeando

zonas alagáveis, analisando alternativas de projetos de engenharia, simulando o

escoamento na situação presente e simulando posteriormente a implantação de obras

hidráulicas com o objetivo de se verificar sua efetividade.

Através de um enfoque bidimensional do plano de escoamento, pode-se desenvolver a

modelação de cheias que represente a interação entre rios e áreas alagadas.

Zanobetti, Lorgeré, Preissman e Cunge desenvolveram uma modelação bi-dimensinal

em relação à situação física da planície e não em relação às equações matemáticas, e

aplicaram ao Delta do Mekong onde canais e células de armazenamento formavam uma

rede bi-dimensional no plano horizontal (Zanobetti e Lorgeré, 1968; e Zanobetti,

Lorgeré, Preissman e Cunge, 1970). A modelação inicia-se pela representação

topográfica do local e não pelas equações matemáticas. Neste tipo de abordagem,

supõem que tanto as planícies como o leito do rio principal e seus tributários podem ser

divididos em certo número de células com suas respectivas áreas respeitando suas

fronteiras, contornos naturais ou artificiais, tais como estradas, diques, elevações

naturais do terreno, depressões, sendo essencial a reprodução do padrão de escoamento

observado. Cada célula comunica-se com as suas vizinhas por ligações e essas ligações

correspondem a uma troca de vazão, reproduzindo, assim, a rede de escoamentos dessa

bacia.

Para esse estudo foi, proposto o uso de um modelo de células com base no conceito

proposto por Zanobetti, Lorgeré, Preissman e Cunge para o Delta do Mekong, citado

acima, e foi desenvolvido na COPPE/UFRJ, por Miguez e Mascarenhas (1993, 1994,

1998, 1999, 2000, 2001).

Outros tipos de modelos em versões comerciais, permitem também tratar problemas de

cheias urbanas, como o deste estudo para Volta Redonda. O HEC-HMS, por exemplo,

permite criar um sistema de drenagem e delimitar a bacia hidrográfica e identificar as

zonas inundáveis. O Modelo HEC-HMS é constituído por três componentes: (1) o

27

Modelo de Bacia que contém os elementos hidrológicos da bacia e os parâmetros do

escoamento; (2) o Modelo Meteorológico que contém os dados da precipitação e da

evapotranspiração; e (3) as Especificações de Controle que caracteriza o instante inicial,

o instante final e o intervalo de tempo da simulação (USACE,2003).

O MIKE –URBAN, outro tipo de modelo, é um software para simulações de fluxo,

qualidade de água e transporte de sedimentos em estuários, rios, canais de irrigação e

outros corpos d’água. Trata-se de um modelo unidimensional que permite análises

detalhadas de rios e rede de rios, gerenciamento e operação de sistemas de canais. O seu

modulo hidrodinâmico baseia-se nas soluções das equações não-lineares completas de

Saint-Venant, por meio de diferenças finitas para superfície livre de fluxo variável em

uma dimensão (DHI, 2008).

Um outro modelo é o SWMM que 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 1971, após essa data sofreu diversas atualizações

(James et al., 2003).

IV.1. Modelo de Células de Escoamento – MODCEL

O modelo matemático de células de escoamento, MODCEL, foi desenvolvido com a

finalidade de permitir simulações de diversos processos que interferem com a

quantidade de água na bacia. Tem-se uma representação da realidade física modelada

bem como um conjunto de procedimentos práticos que produzem uma representação

por células da paisagem urbana (Magalhães, 2005).

As águas, ao saírem da rede de drenagem, principalmente em áreas planas e urbanas,

tomam um caminho qualquer sobre a bacia, ditado pelos padrões de urbanização, tendo

um comportamento independente da rede de drenagem, gerando seus próprios padrões

de escoamento e alagando grandes áreas.

O modelo parte do princípio de que uma bacia pode ser subdividida em um conjunto de

compartimentos homogêneos, interligados, chamados de células de escoamento, que se

integram no plano da bacia em um arranjo capaz de reproduzir os padrões de

28

escoamento que ocorrem na bacia. Esse arranjo se dá a partir das interações entre as

células, modeladas através de suas ligações, que formam uma rede de fluxo

bidimensional com possibilidade de escoamento em várias direções. As ligações entre

as células são feitas por meio dos centros de células que reúnem todas as informações

necessárias para o escoamento (Miguez, 2001).

Em um cenário de alagamento, as calçadas podem funcionar como vertedouros para os

rios, as ruas como canais para as águas extravasadas, acumulando essas águas em áreas

indesejadas, alagando casas, construções e praças e não retornando assim a rede de

drenagem. Tem-se o caso em que alagamentos em áreas urbanas podem ser iniciados

mesmo sem extravasamento da rede de macro-drenagem, gerando um padrão de

escoamento particular e distinto daquele dos canais. Isso se dá devido ao mau

funcionamento da micro-drenagem, entupimentos e falta de manutenção.

IV.2. Hipóteses do Modelo de Células

Uma bacia pode ser subdividida em células, formando uma rede de escoamento bi-

dimensional, com possibilidades de escoamento em várias direções nas zonas de

inundações, a partir de relações unidimensionais de troca.

Na célula, o perfil da superfície livre é considerada horizontal, a área dessa superfície

depende da elevação do nível d’água no interior da mesma e o volume de água contido

em cada célula está diretamente relacionado com o nível d’água no centro da mesma, ou

seja, Vi = V (Z i), mas especialmente, V i = Asi x (Zi – Z0i), onde Z0i é a conta do fundo

da célula.

Cada célula comunica-se com células vizinhas, que são arranjadas em um esquema

topológico, constituído por grupos formais, onde uma célula de um dado grupo só pode

se comunicar com células deste mesmo grupo, ou dos grupos imediatamente posterior

ou anterior.

O escoamento entre células pode ser calculado através de leis hidráulicas conhecidas,

como, por exemplo, a equação dinâmica de Saint-Venant, completa ou simplificada, a

equação de escoamento sobre vertedouros, livres ou afogados, a equação de escoamento

29

através de orifícios, equação de escoamento através de bueiros, entre outras várias,

sendo neste estudo, os efeitos de inércia no escoamento que ocorre nos cursos d’água

principais.

A vazão entre duas células adjacentes, em qualquer tempo, é apenas função dos níveis

d’água no centro dessas células, ou seja, Qi,k = Q(Zi, Zk).

As seções transversais de escoamento são tomadas como seções retangulares

equivalentes.

O escoamento pode ocorrer simultaneamente em duas camadas, uma superficial e outra

subterrânea, em galeria, estando as células da superfície e as da galeria associadas por

uma ligação entre elas. Nas galerias, o escoamento é considerado inicialmente à

superfície livre, mas pode vir a sofrer afogamento, passando a ser considerado sob

pressão.

IV.3. Modelação de uma bacia através das células de escoamento

As células podem representar a natureza isoladamente ou em conjuntos, formando

estruturas mais complexas. Um conjunto resumido de tipos de células pode

eventualmente já fornecer grande capacidade de representação, ao se pensar em suas

possíveis associações. Porém, a definição do conjunto de tipos de ligações, que são

representativas de leis hidráulicas que traduzem determinados escoamentos, pode fazer

grande diferença na tentativa de reproduzir a multiplicidade dos padrões de escoamento

de um cenário de modelação. A atividade de modelação topográfica e hidráulica deve

então, contar com um conjunto pré-definido de tipos de células e de tipos possíveis de

ligações entre células. Os tipos de células pré-definido são:

• de rio, ou canal, por onde se desenvolve o escoamento principal da drenagem à

céu aberto;

• de galeria, subterrânea, complementando a rede de drenagem para áreas;

30

• de planície ou, mais genericamente, de superfície, para a representação de

escoamentos a superfície livre em planícies urbanas alagáveis, bem como áreas

de armazenamento, ligadas umas as outras por canais, áreas de vertimento de

água de um rio para ruas vizinhas e vice-versa. Representa a maioria das células

do modelo;

• de reservatório, simulando o armazenamento d’água em um reservatório

temporário de armazenamento, dispondo de uma curva cota x área superficial, a

partir da qual, conhecendo-se a variação de profundidades, pode-se também

conhecer a variação de volume armazenado ;

• de planície natural, sem urbanização, para representação de áreas planas

vegetadas ou áreas elevadas, que tem a finalidade de conduzir água das chuvas

para dentro do modelo.

IV.4. Equações Governantes / Modelação Matemática

A equação da continuidade, que representa o princípio básico de conservação de massa,

escrita para uma célula i, em um dado intervalo de tempo, tem a seguinte forma:

T + Δt

ΔVi = Σ ∫ Q i,k + ∫ Pidt (1) K t t

Onde:

• ΔVi – variação do volume d’água na célula i;

• Q i,k – vazão entra a célula i e uma célula k adjacente à célula i, considerada

positiva da célula k para a i;

• Pi – vazão decorrente da precipitação sobre a célula i;

• Σ - somatório sobre todas as células k ligadas à célula i K

• t - tempo

• Δt – intervalo de tempo

31

A variação do volume em uma célula i, em um intervalo de tempo t, é dada pelo balanço

de entrada e saída d’água nesta célula, através da precipitação que ocorre sobre sua

superfície e das vazões de troca com todas as células k.

Expressando o volume armazenado como uma função da área superficial ASi da célula i,

tem-se:

(2)

Considerando-se apenas os termos de primeira ordem e assumindo-se que a seguinte

relação é válida:

(3)

Pode-se, usando as expressões (1), (2) e (3), fazendo os limites ΔZi e Δt tenderem a

zero, reescrever a equação da continuidade de massa na forma diferencial:

(4)

onde:

- vazão entre as células i e k, vizinhas entre si;

Zi – cota do nível d’água no centro da célula i;

- área superficial do espelho d’água na célula i;

Pi – vazão relativa à chuva ocorrida sobre a célula i e disponível para escoamento;

t – variável independente relativa ao tempo

Como todos os termos do modelo dependem do nível d’água em cada célula, a planície

pode estar inicialmente seca, e que o seu alagamento vai sendo gradualmente calculado,

32

através de transbordamento de rios e lagoas, da água proveniente da chuva ou vinda de

outra célula de planície já alagada.

As leis hidráulicas de descarga entre células podem ser de vários tipos: essas relações

expressarão os tipos de ligações hidráulica disponíveis para representação da

diversidade dos escoamentos, na rede de drenagem e sobre a planície de inundação,

conforme desenvolvimento a seguir, resultando em relações do tipo

(Cunge et al., 1980):

Ligação tipo-rio: este tipo de ligação corresponde ao escoamento em rios e canais.

Ligação tipo-planície: corresponde ao escoamento à superfície livre sem termos de

inércia, sendo usual na ligação entre quadras alagadas, podendo representar o

escoamento através de ruas.

Ligação tipo-transição canal/galeria: representa o escoamento com superfície livre, em

transição do escoamento entre trechos de canais e entradas de galerias, usualmente com

contração do escoamento, ou entre saídas de galerias e trechos de canais, usualmente

com expansão do escoamento.

Ligação Tipo-Galeria Sob Pressão: esta ligação responde pelo escoamento em galerias

inicialmente ocorrendo à superfície livre e evoluindo para possível escoamento sob

pressão, a partir da verificação, passo a passo, do afogamento da galeria.

Ligação Tipo-Vertedouro: esta ligação, que representa o vertimento por

transbordamento do rio ou canal para a planície e entre células da planície em locais

onde barreiras físicas formam fronteiras, que passam a funcionar como vertedouros.

Ligação Tipo Descarga de Galerias Secundárias em Rios ou Canais Principais: para

modelação de saídas de galerias em rios, na situação em que estas chegam

descarregando sua vazão como um vertedouro frontal, em cota superior a do fundo do

rio.

33

Ligação Tipo-Bueiros: basicamente funciona como o escoamento em um vertedouro, ao

redor da borda do bueiro, quando livre, ou como orifício, através das frestas da grade do

bueiro, quando afogado.

IV.5. Condições Iniciais de Contorno

As condições iniciais a serem prescritas, para o sistema de equações resultantes,

correspondem à definição dos níveis d’água em todas as células, de rio e de planície, no

instante de tempo inicial t = 0. Uma célula, que se encontre seca no instante de tempo

inicial, deve receber, como condição inicial, o próprio nível de fundo da mesma.

Em relação às condições de contorno, é necessário impor níveis d’água Z(t) nos

contornos da bacia estudada. Como nem sempre é possível ou desejável a imposição

desse níveis Z(t) podem ocorrer três tipos distintos de condição de contorno:

a) nível d’água dado em função do tempo – Z(t);

b) vazão dada em função do tempo – Q(t);

c) uma dada relação entre vazão e nível d’água – Q(Z).

Esses três tipos de condição de contorno podem ser utilizados para diferentes pontos de

uma mesma bacia em estudo, conforme a sua adequação à área modelada.

IV.6. Estrutura Computacional do Modelo Implícito de Células

A computação, em linhas gerais, para um intervalo de tempo qualquer, acompanha os

passos descritos a seguir:

i) Incremento do tempo.

ii) Início da primeira varredura, de jusante para montante, com um “loop” pelos

grupos.

ii.1) Inicialização das matrizes [M] para cada grupo.

34

ii.2) “Loop” nas células de cada grupo.

ii.2.1) Leitura, no arquivo de dados de consulta, das informações

pertinentes a cada célula de um grupo

ii.2.2) “Loop” nas células vizinhas posteriores, centrais e anteriores, para

cada célula. Caso existam condições de contorno, as informações das

células de contorno são lidas no respectivo arquivo de consulta e faz-se

um “loop” também nestas células. Com este passo repetido para todas as

células do grupo, são calculados, e ficam determinados, todos os

elementos não-nulos das matrizes [M].

ii.3) Cálculo da matriz [E] e do vetor {F} de um grupo.

iii) Fim da primeira varredura, com a determinação dos incrementos de nível {∆Z} do

grupo de montante.

iv) Segunda varredura, de montante para jusante, com a determinação dos incrementos

de nível para todos os grupos, a partir dos valores já calculados de [E] e {F} e do recém-

calculado valor de {∆Z} do grupo de montante.

v) Cálculo dos níveis Z, para todas as células, neste intervalo de tempo, a partir dos

níveis já conhecidos do intervalo de tempo anterior e dos incrementos de nível

calculados no intervalo de tempo atual.

O programa fornece, como saída, seis arquivos no total, sendo dois em formato binário

e quatro em formato texto. Os arquivos em formato binário correspondem a

informações de cotas e vazão em todas as células, em todos os instantes de tempo de

cálculo, com o objetivo de servirem como banco de consulta para posterior traçado de

gráficos. Os arquivos em formato texto são relatórios referentes a:

a) possíveis anomalias de cálculo;

b) cota em todas as células, em todos os intervalos de tempo;

c) estado de inundação da planície, mapeado com símbolos, em todos os intervalos

de tempo;

d) arquivos de saída de cotas e vazões para plotagem de gráficos em planilhas

eletrônicas.

35

V. METODOLOGIA APLICADA

Foram consideradas duas etapas básicas para o presente trabalho:

• Avaliação preliminar da situação atual de cheias na bacia;

• Modelação hidráulica e hidrológica para diagnóstico do processo de formação

das cheias na região.

Para a elaboração da avaliação preliminar, foram feitos levantamentos de dados

pretéritos e da situação atual de cheias na bacia. Essa etapa foi associada a uma

atividade mais descritiva e de reconhecimento da área, caracterizando o problema em

estudo. Essas informações forneceram uma base de referência para a condução da etapa

de modelagem computacional. A modelação da situação atual permitiu a calibração do

modelo e a simulação de diversos cenários. Essa modelação foi desenvolvida com a

utilização do modelo de células de escoamento, MODCEL, apoiado pelo sistema

HIDRO-FLU, que integra e automatiza uma série de estudos hidrológicos e de

dimensionamento de intervenções para bacias de pequeno e médio porte.

A primeira etapa do estudo consiste na análise do padrão natural de escoamento, as

alterações verificadas devido ao processo de ocupação da bacia, e dos problemas

observados na área em estudo, suas causas e conseqüências. Nesta etapa, identificou-se

e delimitou-se o conjunto de áreas inundáveis, que definem as áreas prioritárias de

modelação, determinaram-se os pontos críticos de alagamentos e os padrões de

escoamento das águas extravasadas até os seus locais de disposição final. A avaliação

dos alagamentos na bacia partiu da observação da mancha de alagamentos descritas por

moradores locais e obtidas pela Defesa Civil. Foram observados seis pontos críticos

para a bacia em questão (Anexo A). O primeiro ponto localiza-se mais a jusante da

bacia do rio Brandão, situado na primeira célula do modelo, antes do rio Brandão chegar

ao rio Paraíba do Sul. O segundo ponto situa-se onde o rio Brandão recebe o rio

Cachoeirinha. O terceiro ponto localiza-se no rio Cachoeirinha, um pouco antes de se

encontrar com o rio Brandão. O quarto ponto, já no rio Brandão, localiza-se uma célula

acima do segundo ponto. O quinto ponto localiza-se no próprio rio Brandão em local

mais a montante da bacia. O sexto ponto localiza-se no córrego Cafuá. Os quatro

36

primeiros pontos são os mesmo pontos citados no relatório do IPPU-VR (IPPU/VR,

1997). Os seis pontos são apresentados nas figuras 12, 13, 14, 15, 16 e 17.

Figura 12: Mapa indicando o primeiro ponto crítico de alagamento da bacia do rio

Brandão.

Figura 13: Mapa indicando o segundo ponto crítico de alagamento da bacia do rio

Brandão.

37

Figura 14: Mapa indicando o terceiro ponto crítico de alagamento da bacia do rio

Brandão.

Figura 15: Mapa indicando o quarto ponto crítico de alagamento da bacia do rio Brandão.

38

Figura 16: Mapa indicando o quinto ponto crítico de alagamento da bacia do rio Brandão.

Figura 17: Mapa indicando o sexto ponto crítico de alagamento da bacia do rio Brandão.

39

Foram identificados também, as linhas de escoamento principais e os limites de bacias e

sub-bacias. Definiram-se as regiões limites da modelação, que se tornaram as condições

de contorno para entrada do modelo (condições de contorno associadas à definição de

cota, vazão, ou de relação cota x vazão). Foram utilizadas bases cartográficas em

escalas 1:2000, 1:5000 e 1:10000.

Durante esta etapa, foram realizados estudos dos relatórios anteriores sobre o sistema de

drenagem de Volta Redonda, e uma visita à sede da Prefeitura Municipal de Volta

Redonda, onde foram obtidas informações e mapas aerofotogramétricos, em CD-ROM

e impresso, de boa parte da bacia do rio Brandão, possibilitando o estudo em questão.

Foram feitas divisões em células reproduzindo o padrão de escoamento da bacia, sobre

mapas de escalas compatíveis. Cada célula comunica-se com suas vizinhas através de

leis hidráulicas conhecidas, representando a propagação do escoamento, e que devem

ser definidas dentre as disponíveis.

Confeccionou-se um esquema topológico de acordo com a divisão em células realizada,

indicando as ligações hidráulicas que cada célula realiza com sua vizinha. Deve-se

definir a descrição hidráulica dos tipos de ligações entre as células de maneira que

permita uma representação fiel da realidade do escoamento na bacia.

Para a caracterização de cada célula, são necessárias as seguintes informações: área de

contribuição e de armazenagem; cota do terreno; número e tipos de ligações com células

vizinhas; distância entre células.

A etapa de confecção dos arquivos de entrada de dados é necessária para a tradução dos

dados levantados na bacia para uma linguagem capaz de ser entendida pelo modelo

matemático, possibilitando a realização das simulações. Trata-se da etapa mais

trabalhosa e que demanda maior tempo para sua realização, uma vez que deve ser

elaborada com grande atenção para evitar erros na criação dos arquivos. Para o modelo

de células de escoamento, quatro tipos de arquivos são necessários para o seu

funcionamento:

40

• arquivos de dados iniciais, contendo as informações referentes ao arranjo geral

das células e ao estado inicial de alagamento das células que compõem a bacia

modelada;

• arquivo de características das células, com os dados específicos de cada célula e

de suas ligações com as células vizinhas;

• arquivo de precipitação, indicando a chuva que se precipita sobra cada célula da

área modelada;

• arquivos de condições de contorno, função de rede hidrométrica disponível e dos

limites físicos estabelecidos para o modelo.

A calibração do modelo é feita em duas etapas distintas, uma relacionada com a

calibração dos parâmetros propriamente dita para reproduzir um evento conhecido, e

outra relacionada à verificação da validade do ajuste feito na representação do outro

evento. Os parâmetros a serem ajustados diferem conforme as relações hidráulicas

envolvidas. Seus valores inicias devem ser obtidos através da literatura clássica. Porém,

para efeito de calibração, todas são passiveis de alteração dentro de seus limites físicos

aceitáveis, de forma a se encontrar o conjunto de valores ótimos que retrate, o mais

fielmente possível, o escoamento na bacia modelada. No caso em questão, não se

dispunha de eventos medidos, de modo que esse processo foi simplificado. A calibração

procurou definir parâmetros capazes de reproduzir a mancha de alagamentos críticos

observados na cidade. Não foi feita a validação.

Feito o ajuste dos parâmetros, o modelo é capaz de reproduzir, adequadamente, a

realidade física observada, e permite a simulação de diversos cenários que se pretenda

criar. Com a fase da calibração concluída, o modelo torna-se apto a reproduzir o

comportamento da área modelada para outras condições, simulando cenários com

precipitações distintas e com a presença de intervenções estruturais na bacia, permitindo

a avaliação de seus efeitos e a determinação de eventuais necessidades de correções nos

projetos.

Assim, com o modelo calibrado, a última etapa na modelação compreende a criação,

tendo por base o cenário atual, dos cenários de simulações, tanto para o diagnóstico de

comportamento da bacia, como para a proposição de intervenções. Nessa etapa, são

41

montados os cenários referentes ao conjunto de propostas para conduzir a avaliação em

estudo. Este processo de simulações refere-se a sua capacidade de previsão do

comportamento de uma bacia, englobando as mudanças realizadas em relação a situação

atual. Pode-se então, mapear o alagamento que ocorre para chuvas com diferentes

tempos de recorrência; pode-se avaliar o efeito da modificação da bacia pelo seu

processo de ocupação; pode-se simular o efeito de obras propostas com vistas a

interferir nos padrões de escoamento e propor soluções para os problemas de

alagamentos.

Sintetizando, o modelo MODCEL foi utilizado para a simulação hidrodinâmica do

sistema de drenagem da bacia do rio Brandão. O sistema HIDRO-FLU (Magalhães et

all, 2005) foi utilizado para elaboração dos estudos hidrológicos preliminares à

simulação hidrodinâmica, entre os quais, o cálculo do tempo de concentração da bacia e

de seus afluentes, a determinação da chuva de projeto para os diversos cenários

considerados, determinação dos parâmetros de separação do escoamento superficial; e o

cálculo dos hidrogramas de projeto, representando as condições de contorno para a

modelagem com o MODCEL.

O domínio da região modelada compreende o trecho situado entre a foz do rio Brandão

no rio Paraíba, englobando toda a área urbanizada dessa bacia, juntamente com seus

dois afluentes, córrego Cachoeirinha e córrego Cafuá, compreendendo os bairros Santa

Cecília, Sessenta, Jardim Esperança, Siderópolis, Casa de Pedra, Jardim Tiradentes,

Vista Verde e Vila Rica. A figura 18 ilustra um diagrama unifilar esquemático da rede

de drenagem principal.

42

Figura 18: Diagrama unifilar da rede de drenagem principal da região em estudo e os seis

pontos críticos de alagamento.

As áreas de drenagem das bacias do rio Brandão, Cachoeirinha e Cafuá situadas fora da

região de interesse foram modeladas hidrologicamente e os respectivos hidrogramas

foram representados através de condições de contorno.

V.1. Estudos Hidrológicos

Os estudos hidrológicos abordam os seguintes assuntos: cálculo do tempo de

concentração; determinação da chuva de projeto; cálculo dos hidrogramas referentes às

áreas que serão representadas através de condições de contorno; e, determinação dos

parâmetros de separação de chuva efetiva para as células que compõem a área

modelada.

V.1.1. Cálculo do Tempo de Concentração: o tempo de concentração é utilizado em

projetos de controle de cheias para a determinação da chuva de projeto e, dependendo

da metodologia considerada, para o cálculo de hidrogramas ou de vazões máximas de

projeto. Para uma determinada recorrência, a chuva crítica é, frequentemente, definida

como aquela que apresenta duração igual ao tempo de concentração da bacia.

V.1.2. Metodologia adotada para o cálculo do tempo de concentração: foi utilizada a

fórmula de George Ribeiro para a determinação do tempo de concentração dos trechos a

43

montante da bacia do córrego Cafuá, do rio Cachoeirinha e da bacia principal. Essa

etapa foi feita a partir da análise das plantas planialtimétricas da região e da rede

hidrográfica.

Tomando a fórmula de George Ribeiro como base para o cálculo do tempo de

concentração da região da bacia, tem-se que:

Tc = _________16L0_________

(1,05 – 0,2 p0)(100S0)0,04

onde:

tc – tempo de concentração da bacia (min);

p0 – fração da área da bacia com cobertura vegetal (0 a 1);

L0 – comprimento percorrido do talvegue (km);

S0 – declividade da bacia (m/m).

Para a aplicação dessa fórmula, o comprimento do talvegue foi medido em planta. Uma

estimativa inicial para o valor do percentual da área com cobertura vegetal foi obtido

pela imagem de satélite fornecida pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

(INPE).

A declividade da bacia utilizada nos cálculos com a fórmula de George Ribeiro foi

calculada a partir da integração do perfil longitudinal traçado nas plantas

planialtimétricas.

Tabela 2: Dados para o calculo do tempo de concentração.

Cond.Contorno Área (km2) Declividade (m) Lo (Km) %vegetação Bacia Total 82,2 0.0101 19,45 0.7

Cachoeira (CC- 1023) 12,0 0.0110 8,9 0.9 Brandão (CC-1011) 61,35 0.0193 15,95 0.9 Cafuá (CC – 1017) 0,8 0.0142 2,7 0.9

Cafuá (CC – 1014) 1,4 0.0154 1,4 0.9

Com base nos dados da tabela 2, através do Sistema Hidro-Flu, calculou-se o tempo de

concentração total da bacia do rio Brandão, e estimou-se um tempo de 6 horas para a

duração da chuva de projeto.

44

V.1.3. Cálculo da Chuva de Projeto:

Como já mencionado, a duração da chuva de projeto foi definida como igual a 6 horas.

A chuva de projeto foi elaborada considerando as seguintes hipóteses:

• tempo de recorrência de 20 anos para a chuva aplicada sobre as células e

condições de contorno da bacia;

• duração da chuva igual a 6 horas (equivalente ao tempo de concentração da

bacia do rio Brandão);

• intensidade da chuva da bacia do rio Brandão obtida a partir dos dados

pluviométricos apresentados na publicação “Chuvas Intensas no Brasil”, de

1957, do Eng. Otto Pfafstetter para o posto de Volta Redonda, como mostra a

tabela 2. (Pfafstetter,1957).

Tabela 3: Localização da Estação Pluviométrica Estudada

Estação Código Latitude Longitude Volta Redonda 02244041 22o 30’ 44o 05’

• Distribuição temporal da chuva calculada a partir do Método do Bureau of

Reclamation;

Desta forma, obtiveram-se precipitações totais iguais a 123 mm dividas em 6 horas.

Esta precipitação foi distribuída ao longo do tempo a partir do Método do Bureau of

Reclamation. Na primeira hora com uma chuva de 5 mm, na segunda hora com 14 mm,

na terceira hora com 67 mm, na quarta com 25 mm, na quinta com 9 mm e na ultima

hora uma chuva de 2 mm.

V.1.4. Cálculo dos Hidrogramas das Condições de Contorno:

Uma parcela significativa da área da bacia do rio Brandão e das sub-bacias do córrego

Cafuá e Cachoeirinha não foi modelada através de células. No entanto, estas áreas

também contribuem para a região modelada, uma vez que as chuvas intensas que

precipitam sobre as mesmas transforma-se em escoamento superficial e são conduzidas

para as regiões mais baixas. Assim, essas áreas foram representadas como condições de

contorno do tipo vazão. O cálculo desses hidrogramas foi feito através do Sistema

Hidro-Flu. As figuras 19, 20, 21 e 22 representam os gráficos dos hidrogramas de cada

sub-bacia. Para o rio Paraíba do Sul, foi estabelecida uma condição de contorno (CC-

1130).

45

Figura 19: Hidrograma da condição de contorno do rio Brandão, CC-1011.

46

Figura 20: Hidrograma da condição de contorno do rio Cachoeirinha, CC-1023.

47

Figura 21: Hidrograma da condição de contorno do córrego Cafuá, CC-1014.

48

Figura 22: Hidrograma da condição de contorno do córrego Cafuá, CC-1017.

49

Os resultados obtidos através do Hidro-Flu consideraram as chuvas apresentadas no

item anterior deste trabalho. O tempo de concentração dessas áreas foi calculado através

da fórmula de George Ribeiro com base nos dados da tabela 4. O método SCS foi

utilizado para o cálculo da chuva efetiva nas condições de contorno. O ajuste do

parâmetro CN desse método foi feito tendo como base em informações das imagens de

satélites fornecidas pelo Instituto Nacional de Pesquisas Aéreas (INPE).

Tabela 4: Resumo dos parâmetros utilizados para o cálculo das condições de contorno. Cond.Contorno Área (km2) TC (min) CN TR

Bacia Total 82,2 360 73 20 Cachoeira (CC- 1023) 12,0 160 65 20 Brandão (CC-1011) 61,35 190 65 20 Cafuá (CC – 1017) 0,8 40 65 20

Cafuá (CC – 1014) 1,4 20 65 20

V.1.5. Separação da Chuva Efetiva na Área Dividida em Células:

O cálculo do escoamento superficial produzido na área modelada através das células de

escoamento é feito pelo próprio MODCEL, utilizando-se o método racional para

separação da chuva efetiva. Assim, cada célula recebe um valor para o seu coeficiente

de runoff. A tabela 5 resume os valores adotados para esse coeficiente em função do

tipo de ocupação e uso do solo observado na célula.

Tabela 5: Parâmetros de separação da chuva efetiva na área modelada por célula. Tipo de Ocupação e Uso do Solo Coeficiente de Runoff

Urbanização muito leve / vegetação rasteira 0,35 Urbanização moderada / área militar 0,55

Urbanização densa 0,75 Espelho d’água (nas células tipo rio) 1,00

50

V.2. MODELAGEM HIDRODONÂMICA

O processo de modelagem hidrodinâmica foi desenvolvido nas seguintes etapas: divisão

da região em células, definição das leis hidráulicas de ligação entre células, elaboração

da topologia representativa do arranjo de células empregado e a calibração do modelo

para a representação da situação atual de cheias na bacia.

V.2.1. Divisão em Células da Bacia do Rio Brandão e Definição das Ligações

Hidráulicas:

A partir de uma análise da bacia em mapas impressos na escala 1:5.000, caracterizando

a topografia e a urbanização da região, iniciou-se o processo de divisão da área em

estudo em células de escoamento. No processo de divisão em células fez-se também a

identificação das leis hidráulicas que representam as comunicações de cada célula com

as suas vizinhas, de forma a configurar uma rede de escoamento apropriada para a área

estudada. Ao término do processo de divisão, foi construído um esquema topológico

que integra a rede de células, mostrando as suas interações e as condições de contorno

que complementam a modelação.

Foram identificados e delimitados, na bacia de estudo, os talvegues e as linhas de

cumeadas principais e secundárias, de modo a definir as principais linhas de

escoamento, como também a rede de drenagem com as condições gerais de escoamento

na bacia. Toda a área urbanizada da bacia em estudo foi modelada em células.

Identificaram-se os limites da região de modelagem (região não urbanizada) e nestes

foram introduzidas as condições de contorno, de acordo com os dados disponíveis para

entrada no modelo, associadas à regiões de montante e ao rio Paraíba do Sul, onde

desemboca o rio Brandão. A bacia do rio Brandão foi dividida em três sub-bacias: a

bacia do rio Cachoeirinha, a bacia do córrego Cafuá, e a bacia do rio Brandão a

montante como mostra a figura 23.

51

Figura 23: Destaque das áreas das sub-bacias do rio Brandão e representação dos locais de

aplicação das condições de contorno.

CC-1130

RIO PARAÍBA DO SUL

CC-1023

CC-1011 CC-1014 CC-1017

RIO BRANDÃO

SUB-BACIA RIO CACHOEIRINHA

SUB-BACIA RIO BRANDÃO

SUB-BACIA CÓRREGO CAFUÁ

52

Foram analisados os cursos d’água principais, de modo a identificar seções de controle,

como contrações, pontes, e caracterizar a declividade destes cursos d’água. Fez-se,

então, a divisão em células pelos cursos d’água principais, fazendo as mudanças de

declividade nos centros de célula, usando seções de controle como fronteiras entre

células. Associou cada uma das células de canal aberto a células laterais de vertimento,

contendo as próprias ruas que margeiam os rios, localizando os centros de células

próximos à margem, de modo a caracterizar um vertedouro de soleira espessa. As

células de vertedouro servem como transição entre as células de canal e as células de

planície, onde as ruas funcionam como canais, quando alagadas, ocorrendo

armazenamento temporário nas próprias quadras.

Foram identificadas as ruas que funcionam como canais principais, ligando os centros

de células vizinhas, definindo as ruas como sendo preponderantes na construção do

padrão de escoamento entre as células de planície. Identificou-se, também, o perfil das

ruas/canais, localizando as mudanças de declividade destes e foi posicionado o centro

de cada célula no ponto de convergência dos canais principais (normalmente nas

interseções das ruas).

As áreas de armazenamento disponíveis em cada célula foram identificadas e

justificadas para, efetivamente, representarem as áreas inundadas em caso de enchentes

urbanas.

As células adjacentes que, eventualmente não se comunicam hidraulicamente, pela

presença de algum obstáculo local, limitando o número de direções de escoamento,

foram identificadas, para que não haja distorção na calibração devido a um posterior

engano na definição do esquema topológico, ou seja, na montagem do modelo de

articulação das células. A partir desses conceitos, chegou-se a uma divisão em células

para a bacia do rio Brandão, conforme mostrado na figura 24.

53

Figura 24: Divisão de células para a bacia do rio Brandão.

54

V.2.2 TOPOLOGIA

Após a divisão em células monta-se um esquema articulado de correlações entre células.

Esse esquema é chamado de modelo topológico e permite a compreensão pelo modelo

de como as células integram o espaço modelado e como as relações hidráulicas se

desenvolvem entre as células. Assim, as células são arrumadas em uma matriz tal, cuja

lei básica de formação induz à necessidade de cada célula individualmente se ligar

apenas a outras células de sua vizinhança imediata, ou seja, na mesma linha da matriz,

na linha superior ou na inferior. Essa construção permite ao modelo agrupar as células

em submatrizes que são resolvidas em um processo de dupla varredura, economizando

tempo computacional. O esquema topológico resultante para a bacia do rio Brandão é

mostrado na figura 25.

55

Figura 25: Esquema topológico associado a divisão em células da bacia do rio Brandão.

56

V.2.3. CALIBRAÇÃO

O processo de montagem do cenário atual contou com a utilização de base topográfica

digital da região, com visitas de campo e com o levantamento, por parte da Prefeitura de

Volta Redonda e da Defesa Civil, de dados de enchentes na bacia de estudo.

A figura 26, mostrada na seqüência, apresenta a mancha de alagamento. As figuras 27,

28, 29, 30, 31 e 32 resumem o resultado da calibração realizada para as informações

disponíveis, relacionadas com as manchas de alagamento com uma cheia ocorrida em

janeiro de 1997 para os seis pontos críticos. São apresentados 130 intervalos de tempo,

sendo que cada intervalo de tempo equivale a 5 minutos. Os valores de nível d’água

acima da margem para a chuva de 1997 foram obtidos a partir da observação da mancha

de alagamento descrita por moradores locais. Não obteve dados sobre vazão para esta

cheia. A tabela 6 apresenta os resultados da calibração. Consider-se para este caso, uma

chuva de projeto com 20 anos de tempo de recorrência, obtida a partir de informações

do posto pluviométrico de Volta Redonda (Pfafstetter, 1957).

Tabela 6: Resultado dos níveis d’água e vazão na calibração para cada ponto crítico. Pontos Nível d’água acima da

margem (m) – chuva de 1997

Nível d’água acima da

margem (m) calibração

Vazão (m3/s)

calibração

1 1,5 1,4 182,8

2 2,0 1,7 171,2

3 1,0 1,2 57,1

4 - 0,9 176,2

5 - 1,0 171,5

6 - 0,5 28,2

57

Figura 26: Mancha de alagamento para a situação atual considerando uma chuva de projeto com T.R. de 20 anos.

Alagamentos de 0,00 m a 0,15 m





Alagamentos > 1,00 m

58

Figura 27: Gráfico mostrando o alagamento do ponto 1 da bacia do rio Brandão.


59




60


As figuras 33, 34 e 35 mostram a calibração feita paras os rios Brandão, Cachoeirinha e

Cafuá, no que tange a locais identificados de extravasamento da calha.

Figura 33: Gráfico mostrando o fundo, nível d’água, margem direita e margem esquerda do rio Brandão, no que tange a locais indicados de extravasamento da calha.

61

Figura 34: Gráfico mostrando o fundo, nível d’água, margem direita e margem esquerda do rio Cachoeirinha, no que tange a locais indicados de extravasamento da calha.

Figura 35: Gráfico mostrando o fundo, nível d’água, margem direita e margem esquerda do córrego Cafuá, no que tange a locais indicados de extravasamento da calha.

Abaixo, tem-se a tabela 7 mostrando os tempos do pico de cheia para cada ponto e o nível d’água do rio para a calibração.

Tabela 7: Níveis d’água e tempo do pico de cheia para cada ponto na calibração.

PONTOS NÍVEL D’ÁGUA (m) TEMPO DO PICO DE CHEIA 1 6,32 6,0 horas 2 6,70 6,0 horas 3 6,70 6,0 horas 4 6,34 6,0 horas 5 5,90 6,0 horas 6 3,30 2,5 horas

62

Depois de calibrado o modelo foram realizado testes, simulado o escoamento existente

na bacia do rio Brandão, totalizando 11 cenários diferentes.

• Cenário 1 – retira-se a influência do rio Brandão, contabilizando somente a

influência do rio Cachoeirinha e do córrego Cafuá. Nesse cenário, recebe as

condições de contorno do rio Cachoeirinha (CC-1023) e do córrego Cafuá (CC-

1014 e CC-1017) e a chuva que cai sobre toda a bacia. Portanto, zera-se somente

a entrada da condição de contorno tipo vazão para o rio Brandão (CC-1011);

• Cenário 2 – não contabiliza a influência da sub-bacia do rio Cachoeirinha.

Retira-se a contribuição da vazão de entrada deste rio (CC-1023) como também,

a chuva que caía sobre as células desta sub-bacia. Para esse segundo cenário,

analisa-se somente o somatório das influências do rio Brandão e do córrego

Cafuá;

• Cenário 3 – retira–se a chuva que caía sobre as células da sub-bacia do córrego

Cafuá, como também, a contribuição da vazão oriunda desta sub-bacia (CC-

1014 e CC-1017), eliminando a influência do escoamento que se tem nesta sub-

bacia;

Nestes três primeiros cenários, foi retirado somente um rio de cada vez. Já para os

próximos três cenários foram retirados dois rios, podendo observar a influência de

cada um dos rios e córrego, separadamente, observando o comportamento do

escoamento isoladamente.

• Cenário 4 - apresenta o escoamento do rio Brandão isoladamente. Tem-se

neste cenário a retirada das condições de contorno do rio Cachoeirinha (CC-

1023) e do Córrego Cafuá (CC-1014 e CC-1017), como também as chuvas

que caem nestas duas sub-bacias;

• Cenário 5 – apresenta o escoamento do rio Cachoeirinha. Para este caso,

retira-se as condições de contorno do rio Brandão (CC-1011) e do córrego

Cafuá(CC-1014 e CC-1017), e a chuva que cai sobre a sub-bacia do córrego

Cafuá;

• Cenário 6 – apresenta o escoamento do córrego Cafuá. Retira-se as

condições de contorno do rio Brandão (CC-1011) e do rio Cachoeirinha

(CC-1023), como também a chuva que cai sobre as duas sub-bacias;

63

• Cenário 7 - é feita a dragagem na parte baixa do rio Cachoeirinha, logo

chegando na confluência deste com o Brandão, retirando-se 1,0 m do fundo

da calha do rio.

• Cenário 8 - é feita a dragagem para o Córrego Cafuá na célula 127 (ponto 6),

retirando-se 1,0 m do fundo da calha do rio, e retirando a restrição existente

neste local.

• Cenário 9 – é feita uma barragem no trecho de montante do rio Brandão.

Para esta barragem foram aproveitada as informações obtidas no relatório

PPG-RE-36 elaborado pela COPPE para o rio Brandão (LHC / UFRJ, 2000).

• Cenário 10 – é feita a barragem do córrego Cafuá em uma área fora do

modelo.

• Cenário 11 – apresenta a simulação da junção da dragagem do rio

Cachoeirinha, com a barragem do rio Brandão e o alargamento do córrego

Cafuá.

64

VI. DIAGNÓSTICO DAS CHEIAS NA BACIA DO RIO BRANDAO

Neste capítulo, serão apresentados os resultados obtidos na aplicação da modelagem de

cheias, utilizando o MODCEL, como ferramenta, na bacia do rio Brandão.

Resultados Obtidos no Ponto 1:

Os resultados obtidos para o ponto 1, para os cenários de simulações, estão

representados nas figuras 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45 e 46.

Figura 36: Gráfico mostrando o resultado do cenário 1 para o ponto crítico 1.


65


É possível notar, através da figura 27 apresentada anteriormente que, quando se

considerava todas as condições de contorno e mais a chuva caindo sobre toda a bacia, o

rio, no ponto 1, saía de sua calha e a lâmina d’água sobre estas células chegava a 1,5 m

de altura. Com os resultados obtidos na figuras 36, para o cenário 1, observa-se que o

rio não transborda mais neste ponto. Portanto, quando se retira a influência do rio

Brandão tem-se um resultado satisfatório. Nota-se também, que o pico de cheia se dá

em 4,3 horas, 1 hora e 42 minutos antes do pico de cheia da calibração que é de 6 horas.

Esse pico de cheia é referente às vazões do rio Cachoeirinha e do córrego Cafuá. As

vazões que antes se apresentavam em torno de 180 m3/s, agora passaram para 86 m3/s.

Para o cenário 2, sem a influência da sub-bacia rio Cachoeirinha, houve uma pequena

melhora. Para este ponto, o rio continua a transbordar. A lâmina d’água baixou para 0,9

m e tem-se uma vazão de 160 m3/s. O pico de cheia está em 6,3 horas.

No Cenário 3, sem a contribuição da sub-bacia do córrego Cafuá, não se observa muita

mudança, o rio continua extravasando e a lâmina d’água passa de 1,4m para 1,3m. A

vazão gira em torno de 178 m3/s.

66

Pode-se concluir que para este ponto, o rio que tem mais influência é o rio Brandão.

Com a retirada desse rio obtém-se os melhores resultados.

Figura 39 : Gráfico mostrando o resultado do cenário 4 para o ponto crítico 1.


67

Figura41: Gráfico mostrando o resultado do cenário 6 para o ponto crítico 1.

Os cenários 4, 5 e 6 apresentam os resultados de cada rio isoladamente. É possível

perceber na figura 39 que o rio Brandão tem seu pico de cheia em 6,4 horas. Portanto, o

pico de cheia do rio Brandão se dá quase meia hora depois do pico de cheia da

calibração que leva a contribuição de toda a bacia. A vazão é da ordem de 160 m3/s e o

rio ainda extravasa, gerando uma lamina d’água de 0,7 m.

Para o cenário 5 e 6 o rio não chega a sair de sua calha nesse ponto. Os picos de cheias

estão em 5 horas para o rio Cachoeirinha, e 3,75 horas para o córrego Cafuá. A vazão

para o cenário 5 é de 60 m3/s e para o cenário 6 é de 23 m3/s. Conclui-se que a maior

parcela de contribuição de vazão é a do rio Brandão, como era de se esperar, pelo

próprio tamanho da bacia.

68



Analisando os cenários 7 e 8, é possível perceber que, quando se faz a dragagem

proposta para o rio Cachoeirinha, tem-se uma melhora deste ponto, mas não resolve o

problema de extravasamento do rio. A lâmina d’água sobre as células desse ponto passa

de 1,4 m para 0,7 m e a vazão é da ordem de 197 m3/s. Nota-se que se acelera um pouco

o pico da cheia, passando de 6,0 horas para 5,8 horas, uma diferença de 12 minutos.

Para a dragagem feita no córrego Cafuá, proposta no cenário 8, não muda os resultados

69

em nada para este ponto. As vazões giram em torno de 180 m3/s e a lâmina d’água e o

pico de cheia são os mesmos. Conclui-se que, para o ponto 1, a dragagem do rio

Cachoeirinha, não soluciona o problema de cheias deste ponto, mas ocorre uma melhora

significativa.



70

Analisando os resultados dos cenários 9 e 10, é possível observar que a barragem

proposta para o rio Brandão resolve o problema de alagamento deste ponto. O pico de

cheia é amortecido e passa para 4,8 horas. Já a proposta para a barragem do córrego

Cafuá não melhora em nada os resultados para o ponto 1. Conclui-se aqui que a

barragem do rio Brandão seria uma medida viável para eliminar os alagamentos dos

pontos mais a jusante da bacia, o que certamente deve-se repetir para toda a bacia

diretamente sob influência do rio Brandão.


Analisando todo o conjunto proposto no cenário 11, percebe-se um melhor resultado.

Este ponto não alaga mais e o pico da cheia passa para 4,6 horas.


Os resultados obtidos nos cenários de simulação para o ponto 2 estão representados nas

figuras 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56 e 57.

71




72

Comparando os resultados obtidos para os cenários 1, 2 e 3 com aqueles da figura 28, é

possível notar que, neste ponto o rio também sai de sua calha quando se considera todas

as condições de contorno e mais a chuva caindo sobre toda a bacia. A lâmina d’água

sobre esse ponto chegava a quase 2,0 m e a vazão era de 171 m3/s. Analisando o cenário

1, sem a influência do rio Brandão, observa-se uma melhora para este ponto. O rio não

transborda mais. Nota-se que o pico de cheia passa de 6 horas para 4,2 horas e a vazão

cai para 66 m3/s. Portanto, quando se retira a influência do rio Brandão, tem-se um

resultado satisfatório.

Para o cenário 2, sem a contribuição do rio Cachoeirinha, houve uma pequena melhora.

Para este ponto, o rio continua a transbordar. A lamina d’água baixou para 1,2 m e tem-

se uma vazão de 174 m3/s. O pico de cheia continua sendo de 6,2 horas.

No Cenário 3, sem a contribuição do córrego Cafuá, não se observa muita mudança, o

rio continua extravasando e a lâmina d’água diminui muito pouco. A vazão gira em

torno de 168 m3/s. Pode-se concluir que para este ponto, o rio que tem mais influência é

o rio Brandão. Com a retirada deste rio obtêm-se os melhores resultados.


73



A partir do cenário 4, com a influência somente do rio Brandão, é possível perceber que

este rio possui a maior parcela de contribuição de vazão para o ponto 2. O rio ainda

alaga esta região. Tem-se uma lamina d’água de 1,0 m e a vazão é de 170 m3/s. O pico

de cheia está em 6,3 horas. No cenário 5, o rio Cachoeirinha também contribui com uma

parcela de seu escoamento para este ponto, gerando remanso e com uma vazão de 55

m3/s e o pico de cheia em 4,6 horas. Já o escoamento do córrego Cafuá se dá com uma

vazão de 23 m3/s e o pico de cheia em 3,6 horas.

74



Analisando os cenários 7 e 8 para o ponto 2, observa-se que quando se faz a dragagem

proposta para o rio Cachoeirinha, se tem uma melhora. A lamina d’água reduz 0,7 m. O

rio ainda continua a sair da sua calha, alagando esta região e o pico de cheia é acelerado

e se dá em 5,65 horas, com uma diferença de 20 minutos. A dragagem do córrego Cafuá

não altera em nada o resultado para este ponto, o pico de cheia é de 6,0 horas. A vazão

para o cenário 7 é de 177 m3/s e para o cenário 8 é de 170 m3/s.

75



Analisando os cenários 9 e 10, é possível observar que a barragem proposta para o rio

Brandão ameniza o problema de alagamento para o ponto 2. Nota-se que o rio fica em

seu limite, e este ainda transborda com uma intensidade bem menor, pois este ponto

recebe água diretamente do rio Cachoeirinha mais o rio Brandão e o córrego Cafuá. O

tempo do pico de cheia se dá em 4,75 horas. A proposta para a barragem do córrego

Cafuá não melhora em nada os resultados para o ponto 2.

76


Analisando todo o conjunto proposto no cenário 11, percebe-se um melhor resultado. É

valido relembrar que, neste ponto, somente o efeito da barragem no rio Brandão ainda

causava alagamento. Agora, com as intervenções sugeridas para este cenário, resolve-se

o problema de alagamento. O pico da cheia passa para 4,6 horas.


Os resultados das simulações de cenários, obtidos para o ponto 3, estão representados

nas figuras 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 e 68.


77



Comparando os resultados obtidos nesses 3 cenários com a calibração, é possível notar

que não há mais extravasamento no cenário 1. A vazão do rio é de ordem de 60 m3/s e o

pico de cheia está em torno de 6,3 horas.

Para o cenário 2, o rio continua saindo de sua calha. A lamina d’água reduz bastante,

passando de 1,2 m para 0,7 m , a vazão é de 40 m3/s é o pico de cheia é em 6,0 horas.

No Cenário 3 não se observa muita mudança, o rio continua extravasando e se

espalhando por toda a área das células que representam este ponto. A lamina d’água

diminui 0,1 m , a vazão gira em torno de 58m3/s e o pico de cheia está em 5,75 horas.

Pode-se concluir que, para este ponto, o rio que tem mais influência é o rio Brandão,

78

mesmo estando localizado no rio Cachoeirinha. Com a retirada deste rio obtêm-se os

melhores resultados, por desafogar-se a saída do rio Cachoeirinha.




79

Observa-se, para os cenários 4, 5 e 6, as influências dos rios isoladamente para o ponto

3. É possível perceber que o rio Brandão tem seu pico de cheia em 6,3 horas, a vazão

neste ponto de controle gira em torno de 26 m3/s e o rio Cachoeirinha ainda extravasa

com uma lamina d’água de 0,5m, pois este é barrado pelas águas do rio Brandão.

Para os cenários 5 e 6, o rio não chega a sair de sua calha. Os picos de cheias se

encontram 4,5 horas e 3,6 horas, respectivamente. A vazão para o cenário 5 é de 59 m3/s

e para o cenário 6 é de 4 m3/s.



Observa-se, para a proposta de dragar o rio Cachoeirinha apresentada no cenário 7, que

há uma melhora significativa para este ponto. A lamina d’água passa de 1,2 m para 0,5

80

m. A vazão é da ordem de 57 m3/s, e o pico de cheia é em 5,65 horas. A dragagem do

córrego Cafuá, não altera em nada o resultado para este ponto.



A barragem proposta para o rio Brandão resolve o problema de alagamento para o ponto

3. A vazão deste ponto é da ordem de 60 m3/s e o pico de cheia passa para 4,6 horas.

Nota-se que a vazão cresce um pouco pela desobstrução do canal do rio Cachoeirinha.

A proposta para a barragem do córrego Cafuá não melhora em nada os resultados para o

ponto 2.

81





Os resultados das simulações de cenários obtidos para o ponto 4 estão representados nas

figuras 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78 e 79.


82



Para o ponto 4, observa-se que, no cenário 1, com a retirada da influência do rio

Brandão, elimina-se o problema de alagamento. A vazão chega a 40 m3/s e o pico de

cheia se encontra em 4,1 horas.

Para o cenário 2 nota-se uma melhora significativa. O rio continua a extravasar, mas a

lamina d’água cai de 0,9 m para 0,4 m, a vazão passa a ser de 172 m3/s e o pico de cheia

83

está em 6,1 horas. No cenário 3, o problema continua a existir e não há mudanças

significativas. A lamina d‘água cai 0,2 m e a vazão é da ordem de 176 m3/s.



84


Em relação aos cenários 4, 5 e 6, para o ponto 4, somente no cenário 4 o rio sai de sua

calha, com uma lamina d’água de 0,3m, pois este ponto se situa no próprio rio Brandão.

Nos cenários 5 e 6 não há alagamentos. As vazões são, respectivamente, 171 m3/s,

7m3/s e 23 m3/s. Os picos de cheias são de 6,25 horas para o rio Brandão, 4,6 horas

considerando o cenário 5, e 3,6 horas para o cenário 6.


85


Analisando os cenário 7 e 8, para o ponto 4, observa-se que quando se faz a dragagem

proposta para o rio Cachoeirinha, se tem uma melhora significativa. A lamina d’água

reduz 0,7 m. O rio ainda continua a sair da sua calha, mas não com a mesma

intensidade. O pico de cheia se dá em 6,0 horas e a vazão passa para 177 m3/s. A

dragagem do córrego Cafuá não altera em nada o resultado para este ponto.


86



4. A vazão deste ponto é da ordem de 69 m3/s e o pico de cheia passa para 4,75 horas. A

proposta para a barragem do córrego Cafuá não atua sobre o problema de inundação do

ponto 4.


Analisando todo o conjunto proposto no cenário 11, percebe-se um resultado

satisfatório. Este ponto não alaga mais e o pico da cheia passa para 4,6 horas

87



figuras 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 e 90.



88


Comparando os resultados obtidos nestes 3 cenários com a calibração, é possível notar

que não há mais extravasamento no cenário 1. A vazão do rio é de ordem de 30 m3/s e o

pico de cheia para este ponto está em 3,0 horas.

Para o cenário 2 e 3, o rio continua saindo de sua calha, não ocorrendo nenhuma

mudança. As vazões para os cenários 2 e 3 são, respectivamente, 178 m3/s e 175 m3/s e

os picos de cheia estão em 6,1 horas e 6,25 horas.


89



Analisando os cenários 4, 5 e 6 para este ponto, observa-se que o rio responsável pelo

alagamento desta região é o rio Brandão. No cenário 4 tem-se uma vazão de 175 m3/s,

uma lamina d’água de quase 1,0 m e o pico de cheia está em 6,0 horas. O rio

Cachoeirinha não tem influência sobre este ponto. A vazão é continua da ordem de 7

m3/s. Já o córrego Cafuá contribui com uma pequena parcela de vazão para este ponto,

com uma vazão de 24 m3/s e o pico de cheia está em 3,25 horas.

90



Para este ponto, a proposta apresentada no cenário 7 não resolve em nada os problemas

de inundação. Os resultados continuam os mesmo da calibração. Analisando o cenário,

observa-se que quando se faz a dragagem proposta para o córrego Cafuá não se tem

uma melhora para este ponto. O rio ainda continua a sair da sua calha. Observa-se, no

entanto, que o pico de cheia q antes era de 6,0 horas, passa a ser de 5,9 horas, uma

diferença de 6 minutos. A vazão é da ordem de 170 m3/s

91




5, amortecendo o pico de cheia e passando este para 5,5 horas. A vazão deste ponto é da

ordem de 66 m3/s. A proposta para a barragem do córrego Cafuá não resolve o problema

de inundação do ponto 5.

92


Analisando todo o conjunto proposto no cenário 11, percebe-se um resultado

satisfatório. Este ponto não alaga mais e o pico da cheia passa para 4,0 horas.



figuras 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100 e 101. É valido relembrar que este ponto é

o ultimo ponto crítico modelado neste trabalho, situado mais a montante da área

urbanizada, já no córrego Cafuá.


93



Para este ponto, pode-se observar que o córrego Cafuá é o responsável pelo alagamento

desta região. O problema do ponto 6 é que neste local o rio passa por debaixo de uma

rua através de uma galeria, estrangulando o percurso do rio. Quando chove sobre a

bacia, a vazão é de 15 m3/s e o pico de cheia é em 3,0 horas. Sem a chuva, para este

ponto, a vazão é da ordem de 5m3/s.

94




Esses três cenários acima reafirmam e comprovam que para este ponto, o único rio

responsável pelo o alagamento é o córrego Cafuá.

95



As propostas apresentadas no cenário 7, de dragagem do rio Cachoeirinha, não resolve

em nada os problemas de inundação do ponto 6, por este estar localizado a montante da

bacia e não sofrer influência alguma deste rio. A solução para este ponto se encontra no

cenário 8, onde se propõem a dragagem e o alargamento da galeria e do córrego Cafuá,

onde este ponto está situado. A vazão que antes era da ordem de 15 m3/s, com a

dragagem e alargamento do canal passa para 18 m3/s e o pico de cheia está em 3,1

horas.

96



Para este ponto, a barragem proposta para o rio Brandão não resolve o problema de

alagamento. Já a proposta para a barragem no córrego Cafuá resolve o problema de

inundação do ponto 6. O rio não extravasa mais. A vazão é de 10 m3/s e o pico de cheia

é de 2,8 horas.

97




As tabelas 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 apresentam os resultados obtidos para

cada ponto crítico dos valores das laminas de escoamento e hora do pico da cheia.

Tabela 8: Resultados das lâminas d’água e tempo do pico de cheia para o Cenário 1.

PONTOS LÂMINA D’ÁGUA (m) TEMPO DO PICO DE CHEIA 1 3,7 4,3 horas 2 6,1 4,2 horas 3 6,1 4,5 horas 4 5,7 4,1 horas 5 5,7 3,0 horas 6 0,25 3,0 horas

Tabela 9: Resultados das lâminas d’água e tempo do pico de cheia para o Cenário 2. PONTOS LÂMINA D’ÁGUA (m) TEMPO DO PICO DE CHEIA

1 5,8 6,3 horas 2 6,1 6,2 horas 3 6,1 6,0 horas 4 5,8 6,1 horas 5 5,8 6,1 horas 6 3,2 3,0 horas

98






PONTOS LÂMINA D’ÁGUA (m) TEMPO DO PICO DE CHEIA1 3,1 5,0 horas 2 3,2 4,6 horas 3 3,6 4,5 horas 4 2,6 4,6 horas 5 0,30 0,8 horas 6 0,25 0,8 horas





99








PONTOS LÂMINA D’ÁGUA (m) TEMPO DO PICO DE CHEIA1 3,5 4,6 horas 2 3,7 4,6 horas 3 3,9 4,5 horas 4 3,3 4,6 horas 5 2,4 4,0 horas 6 1,0 2,5 horas

Observando o conjunto de resultados mostrados até aqui, percebe-se que o alargamento

do canal já canalizado acelera os picos de cheia do rio Cachoeirinha e do córrego Cafuá,

trazendo benefícios tanto para a bacia toda quanto para o ponto 6. As simulações

efetuadas mostram que a barragem de detenção apresentada como uma maneira de

intervenção sugerida para o rio Brandão melhora as cheias de tempo de recorrência de

20 anos para quase todos os pontos. Essa barragem retarda e atenua o pico de cheia do

Brandão que é o maior responsável pelo alagamento da bacia, já que este possui a maior

área da bacia em questão. Portanto, a dragagem dos rios Cachoeirinha e a correção das

100

restrições no córrego Cafuá, somado a barragem do rio Brandão, não deixam os picos de

cheias de cada rio se sobreporem. Com a detenção das águas do rio Brandão, as águas

do rio Cachoeirinha e do córrego Cafuá escoariam com maior facilidade, sem problema

algum, para depois escoar as águas do rio Brandão. Isso resolveria o problema de

alagamento tanto para os pontos a jusante da bacia quanto para os pontos mais a

montante da bacia. As piores manchas de inundação abrangem o trecho mais a jusante

da bacia e a lâmina d’água máxima sobre as vias laterais é da ordem de 1,8 m e esse

problema poderia, então, ser eliminado.

101

VII. COCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

VII.1. Conclusões

O controle de cheias e a gestão da drenagem urbana está longe de ser uma questão de

simples solução. Os conceitos e resultados aqui apresentados tem o objetivo de

contribuir para o amadurecimento das discussões em torno deste assunto.

Em relação à modelação, é importante que as informações obtidas por cadastros, mapas

e levantamentos topográficos sejam condizentes com a realidade física apresentada.

Quanto mais fiel for a representação topográfica e hidráulica da área modelada,

melhores serão os resultados apresentados pelo modelo, aproximando-se mais do

comportamento esperado da bacia para um evento de precipitação.

A instrumentação da bacia, com um levantamento contínuo de dados pluviométricos e

fluviométricos detalhados, não só nas calhas da rede de drenagem, mas também da

planície urbana, é imprescindível para a correta determinação dos parâmetros que

atestam a confiabilidade do modelo matemático.

No que concerne do estado aqui realizado, a disponibilidade de dados hidrológicos e

topográficos foi um fator restritivo. Apesar disso, dada a complexidade do sistema de

drenagem, que tem o rio Brandão e seus afluentes com grandes áreas alagáveis e

influenciados também pelo rio Paraíba do Sul, a opção pelo uso de um modelo

sistêmico, mesmo com incertezas, permitiu realizar avaliação do comportamento

integrado da bacia e analisar a possibilidade de intervenções que potencializam seus

resultados.

Os rios Brandão e Cachoeirinha na área urbana de Volta Redonda encontram-se

atualmente canalizados, mas com uma capacidade de escoamento insuficiente, o que é

demonstrado pela freqüente ocorrência de inundações da área nos últimos anos. Entre os

principais fatores que concorrem para a reduzida capacidade de escoamento, destacam-

se: as dimensões insuficientes das seções, as obstruções causadas pelas tubulações de

água, a ocorrência de assoreamentos e, sobretudo, o crescimento da urbanização que

passou a demandar espaço para cada vez mais valores ampliados de vazão.

102

A análise dos resultados das simulações permitiu identificar os principais pontos críticos

de obstrução ao escoamento dos cursos d’água, nas condições atuais da calha:

- a ponte na seção na rua 41 - a pequena largura do vão útil da ponte contrai o

escoamento provocando alagamentos de escoamento na rua 26

- a ponte da rua 41 com a rua 41C, que contrai o escoamento, somado ao efeito da

confluência do rio Cachoeirinha com o rio Brandão neste ponto, é responsável pelo

alagamento das ruas 18 A e 18B, 33 e da Praça Brasil e rua 60.

- a passagem do córrego Cafuá por debaixo da Av. dos Metalúrgicos, por uma

tubulação de mais ou menos 3,0 metros de diâmetro, causa uma restrição com fortes

alagamentos locais.

Esta dissertação propôs-se, portanto, a efetuar um diagnóstico das enchentes na cidade

de Volta Redonda, utilizando uma ferramenta de modelação matemática, o MODCEL,

com apoio para o desenvolvimento de uma análise sistêmica e integrado do

comportamento da bacia do rio Brandão, observando também seus dois principais

afluentes, o Cachoeirinha e o Cafuá, todos funcionando conjuntamente.

Analisando os resultados obtidos com os cenários de simulação, percebe-se que o rio

Brandão, com uma maior área de drenagem, é o principal gerador de cheias na cidade.

Dado a sua extensão e a grande quantidade de áreas ainda verdes e em condições

naturais no trecho superior da bacia, o efeito do rio Brandão também é aquele que se faz

sentir mais tardiamente. A contribuição do rio Brandão, em termos de hidrograma de

cheias, é a última a chegar nas seções mais próximas à foz no rio Paraíba do Sul. Os rios

Cachoeirinha e Cafuá contribuem mais rapidamente. O rio Cachoeirinha, em particular,

despeja suas águas já em uma região crítica de alagamentos e é o que tem suas

contribuições chegando de forma mais rápida às seções de jusante, já próximas da foz

no rio Paraíba do Sul.

Considerando isoladamente cada bacia, estima-se que o pico de cheia produzido pelo rio

Cachoeirinha chega cerca de 1 hora antes do pico do rio Brandão, na seção de controle 1

(mais próximo da foz, pouco antes da Campainha Siderúrgica Nacional). Já o pico do

Cafuá, chega cerca de 2 horas antes do Brandão.

103

Nesse contexto, percebe-se que é necessário tentar reduzir o pico de cheia proveniente

do rio Brandão que, sozinho, já alagaria a cidade. A melhor forma de conseguir isto,

provavelmente, é com a introdução de uma barragem de amortecimento. Uma

possibilidade interessante para o rio Cachoeirinha, a partir do diagnóstico, seria o

aumento de sua condutância, com a aplicação de técnicas de canalização e dragagem, de

modo a desacoplar o pico da cheia produzida por este rio, evitando ao máximo a sua

sobreposição com a cheia do rio Brandão, que chega depois. O córrego Cafuá, por sua

vez, apresenta uma contribuição pequena, em termos absolutos, para as cheias da bacia,

mas tem áreas de alagamentos importantes, por efeitos de contração local da calha.

Nesse caso, uma intervenção também local mostra-se suficiente para resolver o

problema, sem qualquer prejuízo significativo para o sistema como um todo.

VII.2. RECOMENDAÇÕES

Faz-se aqui algumas propostas de ordem prática, com resultados das simulações de

cenários futuros propostos, para melhoria do sistema de drenagem do Rio Brandão na

Cidade de Volta Redonda :

1. A remoção de todas as tubulações de água e esgoto que cruzam as seções

de escoamento, das obstruções e assoreamentos da calha fluvial;

2. A execução de projetos de ampliação da capacidade de escoamento do rio

Cachoeirinha e Cafuá com base em levantamentos topográficos e

geotécnicos detalhados visando dotar a calha fluvial de uma capacidade de

escoamento de no mínimo 20 anos. Os trechos objeto de projeto devem

compreender, no mínimo, os seguintes segmentos: Rio Brandão - entre o

rio Paraíba do Sul e a foz do rio Cachoeirinha; córrego Cafuá

3. Deve ser estudada a possibilidade de execução de intervenções localizadas

na calha fluvial, a saber:

No Rio Brandão: limpeza de pontes e retiradas de eventuais obstruções

locais. Alargamento e/ou aprofundamento da calha fluvial no do rio

Cachoeirinha e do córrego Cafuá.

104

4. Detalhamento dos estudos de engenharia da barragem de amortecimento de

cheias no Rio Brandão, com base em levantamentos geológicos,

topográficos e geotécnicos do sítio, partindo do estudo anterior feito pela

COPPE, que definiu as dimensões necessárias do amortecimento adequado

(LHC / COPPE, 2000);

5. Desenvolvimento de projetos para preservação da vegetação natural e para

reflorestamento das áreas degradadas;

6. Desenvolvimento de projetos para recuperação das matas ciliares;

7. Desenvolvimento de programas para prevenção e controle da erosão de

áreas degradadas;

8. Desenvolvimento de programas visando disciplinar o uso do solo em áreas

ainda não ocupadas ou em fase de ocupação, situadas em encostas e calhas

dos cursos d’água;

9. Desenvolvimento de programas de educação ambiental que abranjam a

população residente na bacia e não apenas a população ribeirinha, visando a

difundir a importância dos sistemas de drenagem, da coleta e disposição do

lixo urbano, e da participação da sociedade na prevenção e controle das

inundações. Este programa deve ser implementado concomitantemente as

intervenções no sistema de drenagem.

Sob o ponto de vista técnico científico, seria interessante, para completar os estudos em

modelo matemático realizados na bacia do rio Brandão, procurar destacar a

representação da rede de micro-drenagem e implantar estudos de obstrução da rede de

drenagem por resíduos sólidos.

É importante reforçar a tendência de serem apresentadas propostas distintas da

concepção tradicional, exclusiva, que prega o aumento da seção transversal das galerias

de drenagem. Essa concepção de combate às cheias urbanas gera, usualmente, obras de

alto custo, impactantes à população, e que não resolvem os problemas de enchentes,

mas os transportam para um ponto mais a jusante da bacia. Tais obras também possuem

seu grau de eficiência reduzido devido a incorporação de resíduos sólidos que não são

levados em conta no seu projeto. Por esse motivo, diferentes concepções de projeto para

105

a mitigação de enchentes vêm sendo discutidas, tais como a introdução de reservatórios

de amortecimento em encostas, a utilização de parques e praças para armazenamento

temporário de cheias, a utilização de pequenos reservatórios em lotes, controlando os

escoamentos superficiais na origem, a introdução de estruturas especiais de calha para

retardo do escoamento, a utilização de pavimentos permeáveis, entre outras

intervenções, que buscam adequar os novos escoamentos gerados pela bacia urbanizada

para o sistema de drenagem existente. Assim, com estas novas abordagens, pretende-se

restaurar, de forma aproximada, as condições de escoamento da bacia antes da

urbanização e aumentar o leque de opção possível de compor a melhor solução de

drenagem, combinando ou não com a solução tradicional de canalização, que ainda

pode ser útil, conforme visto nesta classificação, desde que utilizado em um contexto

sistêmico.

É interessante utilizar o modelo como uma ferramenta para se estudar o potencial de

distintas concepções de projetos, verificando as suas aplicabilidades de forma isolada ou

combinada com outras, de maneira a possibilitar a otimização do conjunto de

intervenções para controle de cheias, selecionando quais são complementares ou

concorrentes em uma determinada área de aplicação. Dessa forma, a modelação

matemática aparece como importante apoio à gestão.

106

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111

ANEXO A

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Figura 1: Ponto crítico 1


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DIAGNÓSTICO DE CHEIAS URBANAS NA CIDADE DE VOLTA …