Hidrologia e Drenagem Urbana: Unidade de Aprendizagem 7

HIDROLOGIA BACIA DE DRENAGEM URBANA Unidade de Aprendizagem 7 Diego Padilha de Lima DRENAGEM URBANA Seja bemvindo A água temse projetado no cenário mundial como tema central na agenda política dos países de todos os continentes face aos desafios relacionados à sua escassez e à ocorrência de eventos extremos tais como secas e inundações O entendimento sobre como funciona a questão hidrológica de uma cidade influencia diretamente no entendimento sobre drenagem urbana Vamos lá Bons estudos 1 APRESENTAÇÃO Diego Padilha de Lima Possuo graduação em engenharia civil pela Faculdade do Futuro 2016 Pósgraduação como especialista em projetos execução e desempenho de estruturas e fundações pelo Instituto de pósgraduação IPOG Vitória 2019 e pósgraduação em desenvolvimento e gerenciamento em projetos em BIM 2019 Mestre em Gestão do Trabalho vinculado à implementação do BIM no Brasil Atualmente sou projetista estrutural e sócio da empresa ISO Engenharia Atuo como professor na Faculdade Novo Milênio ministrando as disciplinas de Estruturas Mecânica dos Solos e Infraestrutura Urbana Tenho experiência na área de reologia do concreto e suas propriedades e na elaboração de compatibilização de projetos em softwares BIM com a plataforma IFC 2 CONHEÇA O CONTEUDISTA Entender como a hidrologia influencia no cenário de uma cidade relacionado à drenagem urbana Relacionar uma abordagem sustentável à hidrologia urbana Aprender o comportamento das águas superficiais nas áreas urbanas Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deverá apresentar os seguintes aprendizados 3 OBJETIVO DA UNIDADE 4 UNIDADE DE APRENDIZAGEM 7 Introdução Nas últimas décadas têm ocorrido precipitações intensas que se traduziram em inundações severas um pouco por todo o lado As análises de modelos de alterações climáticas projetam um aumento na frequência e na intensidade desses eventos trazendo transtornos e prejuízos às populações As modificações previstas da precipitação terão impactos no ciclo urbano da água e g quantidade de água interceptada precipitada infiltrada escoada sendo necessário incorporálas no planejamento e na gestão da água nas áreas urbanas especialmente no que se diz respeito à concepção e à gestão de sistemas de drenagem Contudo as incertezas sobre o impacto dessas mudanças da precipitação vão continuar ainda durante muito tempo Assim tornase imperioso um conhecimento profundo do comportamento das águas superficiais nas áreas urbanas e da interação destas com os sistemas de drenagem As cheias podem ocorrer em bacias urbanizadas de quaisquer dimensões Bacia de drenagem urbana Uma bacia de drenagem urbana é constituída por um sistema de linhas de água naturais e drenos artificiais que se interligam formando uma rede de drenagem mais ou menos hierarquizada curso de água principal e seus afluentes e subafluentes Uma bacia definese para uma dada seção de uma linha de água ou de um canal e corresponde à área geográfica que capta a água da chuva que escoa pela superfície do solo e atinge essa seção considerada Esta seção designase por seção de referência da bacia e é portanto a única saída dos volumes de água efluentes assumindo que podem desprezar as águas subterrâneas o que acontece por norma 5 DRENAGEM URBANA Numa bacia urbana dependendo da sua área o sistema de drenagem é constituído por valetas valas canais tubos de drenagem perfurados galerias emissários e coletores pluviais e linhas de água naturais existentes ao nível do loteamento da rede urbana primária e da bacia hidrográfica As bacias de drenagem são separadas por linhas de cumeada que constituem naturalmente linhas divisórias do escoamento superficial Estas linhas chamamse linhas divisórias topográficas A Figura abaixo procura ilustrar a forma como se faz a delimitação de uma bacia através da linha divisória topográfica numa carta hipsométrica Essa delimitação é determinada topograficamente acompanhando as linhas de cumeada e cruzando sempre ortogonalmente às curvas de nível em direção à seção de referência da bacia A delimitação da bacia de drenagem também pode ser feita atendendo à geologia da bacia definindose a linha divisória freática Essa linha fixa os limites da área que contribui com água do solo para alimentar a bacia Dificuldades na definição dessa linha nas bacias urbanas e a sua variabilidade no tempo levam a que na prática considerese a delimitação da bacia de drenagem somente com base na linha divisória topográfica 6 DRENAGEM URBANA A bacia urbana a estudar depende da obra a ser executada e g ponte açude sarjeta ou sumidouro e portanto da localização da correspondente seção transversal definida na linha de água Uma bacia de drenagem urbana ou natural dizse exorreica se a drenagem é feita diretamente para o mar ou rio endorreica se a drenagem se dá para um lago no interior da bacia arreica se não se verifica escoamento superficial e criptorreica se a linha de água infiltra se no solo em sumidouros ou algares abertura no solo numa região calcária que tem comunicação com a rede de drenagem subterrânea através da qual a água que escorre à superfície passa para a profundidade LTG 2008 A maior parte das bacias urbanas são exorreicas A linha divisória atravessa a linha de água na seção de referência Se a bacia é endorreica não há uma seção de referência É importante distinguir entre as várias contribuições para o caudal numa dada seção de um curso de água Apresentamse os três tipos básicos de escoamento numa bacia hidrográfica e g superficial hipodérmico e subterrâneo e as correspondentes componentes do caudal numa dada seção de um curso de água escoamento direto intermédio e de base 7 DRENAGEM URBANA A água ao infiltrarse movese na zona não saturada do solo em direção ao lençol freático Contudo parte dessa água pode criar caminhos preferenciais que geram escoamentos superficiais a jusante chamadas de ressurgências Em bacias urbanas normalmente estes escoamentos hipodérmicos ou subsuperficiais consideramse integrados no escoamento superficial As características fisiográficas das bacias de drenagem que determinam o seu comportamento hidrológico são Geometria Sistema de drenagem Relevo Geologia e solos Vegetação Geometria A área da bacia é a área plana em projecção horizontal definida pela linha divisória topográfica É normalmente expressa em quilômetros quadrados ou hectares Do ponto de vista hidrológico as bacias podem ser classificadas em grandes médias e pequenas Esta classificação não se baseia somente na área da bacia mas também em fatores dominantes na geração do escoamento superficial e subterrâneo As bacias urbanas cujas áreas são pequenas são por norma sensíveis a chuvas de grande intensidade e às diferenças de uso do solo não sendo muitas vezes o escoamento superficial dominado pelas características da rede de drenagem primária A forma planimétrica de uma bacia urbana é muito importante pois determina o tipo de resposta da bacia à precipitação e condiciona o tempo de concentração da bacia A forma de uma bacia pode classificar se em arredondada alongada e mista 8 DRENAGEM URBANA A sua forma influencia o hidrograma de cheia especialmente em pequenas bacias de drenagem como as bacias urbanas Por exemplo se a bacia for alongada a água irá demorar mais tempo a chegar das zonas mais remotas até à seção de jusante e consequentemente o hidrograma de cheias será mais achatado As bacias arredondadas mais compactas terão um caudal de ponta mais acentuado 9 DRENAGEM URBANA Referir que estas bacias mais compactas têm maior probabilidade de serem cobertas por núcleos de grande intensidade de precipitação durante uma chuva convectiva Bacias com formas mistas têm um comportamento que traduz a sobreposição das duas situações referidas Notese que há outros fatores que têm um efeito maior no comportamento dos hidrogramas de cheia de uma bacia hidrográfica do que a sua forma planimétrica Nos casos A e B representados na Figura abaixo a forma da bacia é idêntica mas a distribuição da rede de drenagem dentro da bacia é diferente No caso A a linha de água principal corre para a parte mais larga da bacia No caso C da Figura abaixo a forma da bacia pode originar um hidrograma com dois picos de cheia 10 DRENAGEM URBANA Rede de drenagem A rede de drenagem é constituída pelo curso de água principal e seus afluentes naturais e artificiais e g valetas canais colectores A disposição em planta dos cursos de água é uma característica importante que influencia a eficiência da drenagem quanto mais eficiente for a drenagem mais rapidamente formarseá uma cheia na bacia e maior será a sua magnitude A figura abaixo ilustra a influência da extensão da rede de drenagem na resposta hidrológica de uma bacia Relevo O relevo de uma bacia de drenagem tem influência direta na velocidade e distribuição espacial do escoamento superficial na resposta da bacia à precipitação e no tempo de concentração na erosão hídrica do solo e no transporte de poluentes e sedimentos a orientação das vertentes pode influenciar a ocorrência de ventos locais Se se considerar a orientação da bacia o relevo também influencia a quantidade de energia solar interceptada e consequentemente o microclima o crescimento de vegetação e a distribuição espacial e temporal da precipitação útil ao nível do solo 11 DRENAGEM URBANA Geologia e solos As características geológicas e o tipo de solo influenciam o regime dos caudais líquidos nas bacias de drenagem e g escoamento subterrâneo subsuperficial e superficial e o caudal sólido sedimentos transportados Por exemplo às bacias impermeáveis urbanas associamse linhas de água efémeras e intermitentes Vegetação A ocupação do solo tem uma influência determinante no regime de caudais de uma qualquer bacia de drenagem sendo esta questão particularmente importante ao nível de bacias urbanas A urbanização em detrimento de áreas naturais está associada a uma maior impermeabilização e tem impactos negativos no escoamento superficial como a criação de maiores pontas de cheia e maiores volumes de escoamento superficial A vegetação presença características e manutenção em bacias de drenagem urbanas afeta o balanço hidrológico interceptando a precipitação dando origem à evapotranspiração ao mesmo tempo que provoca alterações biofísicas no solo nomeadamente aumentando a porosidade da sua camada superficial que favorece a infiltração da água no solo Na próxima unidade abordaremos as galerias pluviais 12 CONCLUINDO A UNIDADE Obtivemos conhecimento profundo do comportamento das águas superficiais nas áreas urbanas e da interação destas com os sistemas de drenagem As cheias podem ocorrer em bacias urbanizadas de quaisquer dimensões Aprendemos nesta unidade que necessitase de uma vinculação entre a capacidade da drenagem urbana e a necessidade vinda do comportamento da hidrologia urbana A hidrologia urbana está relacionada às inundações em grandes centros urbanos tenha uma visão disso Assista ao vídeo abaixo para entender melhor sobre Link httpswwwyoutubecomwatchv0vJ3NYparEo 13 DICA DO PROFESSOR 14 EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO Questão 1 Como uma bacia de drenagem urbana é constituída a Um sistema de linhas de água naturais e drenos artificiais que se interligam entre si formando uma rede de drenagem mais ou menos hierarquizada b A partir de uma rede de jardins de chuva c Junção de toda drenagem de uma cidade d É um sistema de águas de chuva que são abastecidas em um reservatório para consumo posterior Gabarito A Justificativa do gabarito Uma bacia definese para uma dada seção de uma linha de água ou de um canal e corresponde à área geográfica que capta a água da chuva que escoa pela superfície do solo e atinge essa seção considerada Esta seção designase por seção de referência da bacia e é portanto a única saída dos volumes de água efluentes assumindo que se pode desprezar as águas subterrâneas 15 SAIBA MAIS Vídeo O que são bacias hidrográficas Link httpswwwyoutubecomwatchvOtUuK6nELGg Vídeo Bacia Hidrográfica Urbana Link httpswwwyoutubecomwatch vrrHAXvhOsHc 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CASTILLO E HADI A S BALAKRISHNAN N e SARABIA J M 2005 Extreme Value and Related Models in Engineering and Science Applications John Wiley Sons New York EMBRECHTS P KLUPPELBERG C e MIKOSCH T 1997 Modelling Extremal Events SpringerVerlag GNEDENKO B 1943 Sur la distribuition limite du terme maximum dune série aléatoire Ann Math 44 423453 GONÇALVES E e MENDESLOPES N 2000 Probabilidades Princípios Teóricos Escolar Editora Lisboa GUIMARÃES R C e SARSFIELDCABRAL J A 2007 Estatística 2nd Edition McGrawHill Portugal HOSKING J R M e WALLIS J R 1987 Parameter and quantile estimation for the generalized Pareto distribution Technometrics 29 3 339349