Otimização para controle de alagamentos urbanos : aplicação na bacia hidrográfica da vila Santa Isabel em Viamão, RS

Abstract

O crescimento rápido e descontrolado da urbanização, principalmente nos países em desenvolvimento, vem provocando impactos significativos tanto no meio ambiente quanto para a própria população. A existência de áreas altamente impermeabilizadas traz como consequência o aumento do volume escoado superficialmente, causando aumento nas vazões máximas de até seis vezes a vazão de pré-urbanização. Surge, então, a necessidade de alternativas que solucionem ou reduzem os problemas relacionados ao aumento do volume escoado, não somente que os transfira para outro local. Neste sentido, pode-se aplicar as Melhores Práticas de Gestão (Best Management Practices – BMPs), medidas que servem no gerenciamento das águas pluviais em áreas urbanas, destacando-se os reservatórios de detenção. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método para avaliar a minimização do impacto hidrológico de uma bacia urbanizada para que ela se comporte de maneira hidrologicamente semelhante às condições de pré-urbanização, analisando os custos de implantação de bacias de detenção para evitar alagamentos à jusante. Para isso, fez-se uso de simulação hidrológica com modelo IPHS1 para determinação dos hidrogramas de saída dos afluentes da bacia estudada. O dimensionamento dos reservatórios foi realizado com a aplicação do método da curvaenvelope e a escolha dos melhores locais para implantação deu-se a partir da análise dos hidrogramas. Com isso, ajustaram-se funções do tipo Qp=f(V). Estas funções foram utilizadas no modelo de otimização não-linear, considerando-se diferentes restrições de custo. A área de estudo corresponde à bacia hidrográfica Mãe D’água, de 3,39 km², localizada na Vila Santa Isabel no município de Viamão/RS. Os resultados mostraram que a aplicação de uma técnica de otimização associada a um modelo hidrológico mostrou-se útil na avaliação dos custos de projetos de controle do escoamento pluvial (bacias de detenção) urbano para a bacia estudada, podendo servir como material de consulta para o Poder Público e Privado. Além disso, mesmo sem disponibilidade de dados hidrológicos observados e informações mais detalhadas acerca do processo de urbanização da área de estudo, é possível, através da aplicação da metodologia apresentada, desenvolver cenários para análise do aumento da zona urbana e quantificação do impacto hidrológico, para que assim o problema identificado seja minimizado.

The rapid and uncontrolled urbanization, especially in developing countries, has led to significant impacts on both the environment and people themselves. The existence of highly impermeable areas brings as consequence the increase in surface runoff volume, causing an increase in peak flows up to six times the pre-urbanization flow. This requires thus, the need of alternatives to solve or reduce the problems related to the increased volume disposed, and not only transferring it to another location. In this context, the Best Management Practices (BMPs) can be implemented, which are measures for managing storm water in urban areas as, for example, the detention reservoirs. Thus, this work aims to develop a method to evaluate the hydrological impact minimization of an urbanized basin, so that it can behave hydrologically similar to pre-urbanization conditions, analyzing deployment costs of detention basins to prevent flooding downstream. Hence, a hydrologic simulation model with IPHS1 has been used to determine the studied basin tributaries output hydrographs. The reservoirs sizing was evaluated with the application of the Envelope-Curve Method and the choice of the best localizations for their implantation was done by analyzing the hydrographs. Therefore, functions as Qp=f (V) were fitted. These functions were used in the nonlinear optimization model considering different costs constraints. The study area represents the Mãe D’água watershed, with 3,39 km², located at Vila Santa Isabel in Viamão/RS. The results showed that the application of an optimization technique associated with a hydrological model has proven to be useful in storm water runoff control projects costs evaluation (detention basins) for the urban study area and may serve as reference material for Government and Private institutions. Moreover, even without the availability of observed hydrological data and detailed information about the process of urbanization in the study area, it is possible, through the application of the presented methodology, to develop scenarios for analyzing the urban zone expansion and quantification of hydrological impact, in order to minimize the identified problem.