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PROJETO DE SISTEMAS DE DRENAGEM URBANA
UMA METODOLOGIA COM PARTICIPAÇÃO SOCIAL
WILDE Cardoso Gontijo Júnior Engenheiro civil e eletricista (UnB – 1984/2003), especialista em gestão ambiental (UFSCar – 2003), mestrando em Recursos Hídricos e Tecnologias Ambientais (UnB – 2004/5), Especialista em Recursos Hídricos da Agência Nacional de Águas, Brasília, DF, Brasil, [email protected]
RESUMO
A implantação de assentamentos urbanos no Brasil tem desconsiderado aspectos importantes para o saneamento ambiental das cidades. Um desses aspectos é o impacto provocado pelos sistemas de drenagem urbana nas bacias e cursos d’água. Apesar da existência de importantes estudos para subsidiar a elaboração de projetos sustentáveis para esses sistemas de drenagem urbana, onde é considerada a minimização dos danos à conservação do ciclo hidrológico, as obras e a gestão dos sistemas têm, via de regra, desconsiderado as premissas adotadas nos estudos e provocado os mesmos danos ambientais dos projetos convencionais. Esse artigo busca identificar as causas dos processos de deterioração dos sistemas, desde a etapa de elaboração dos projetos, quando é discutida a integração com os planos diretores municipais, passando pela análise da evolução das tecnologias e técnicas adotadas para construção dos sistemas, até os procedimentos de gestão urbana e operação das redes. O processo convencional de elaboração dos projetos é questionado. As premissas técnicas do dimensionamento do sistema (tempo de retorno, coeficiente de escoamento superficial, área da bacia de drenagem, tempo de concentração, método de cálculo) são consideradas como definições a serem submetidas à aprovação social e não puramente técnicas, assim como as definições estruturais preliminares do sistema. A metodologia proposta é composta de etapas para o desenvolvimento do processo de elaboração dos projetos propondo consultas à sociedade local, normatização com relação ao uso do solo e um sistema de gestão municipal para a solução adotada. Cada uma das etapas é detalhada e comparada com a metodologia convencional utilizando-se matrizes de interação.
Palavras-chave: drenagem urbana, gestão participativa, planos diretores de drenagem, conservação do ciclo hidrológico.
1. INTRODUÇÃO
A partir da Lei nº 9.433, de janeiro de 1997, a discussão e a implementação de novos conceitos sobre a gestão da água no país tem possibilitado avanços em diversas áreas correlatas, principalmente por ter conseguido incorporar os princípios do desenvolvimento sustentável e pela proposta de participação social nas deliberações sobre o uso e a conservação das águas. A consideração da bacia hidrográfica como unidade de planejamento e gestão e a integração das políticas públicas para o planejamento urbano, para o saneamento e para o manejo ambiental são princípios marcantes dessa lei. Neste mesmo contexto insere-se a política urbana traçada pelo Estatuto das Cidades, Lei nº 10.257 de outubro de 2001, cuja promulgação fechou um período de grandes e importantes discussões sobre as ações dos planejadores na elaboração das estratégicas que visem a contemplar o centro urbano com políticas de desenvolvimento sustentável. Todas as considerações acima ilustram uma nova postura da sociedade com relação à natureza. Pode-se dizer que o desenvolvimento humano e das nossas cidades não pode ser realizado com o comprometimento das gerações futuras, seja pelo mau uso dos recursos naturais seja pela construção de estruturas de gestão que não possibilitem a incorporação da dinâmica social com relação aos conceitos defendidos por essa mesma sociedade. Desta forma, quando analisamos os projetos de engenharia desenvolvidos para nossas cidades verificamos que, apesar de “tecnicamente” corretos, eles não têm conseguido atender ao crescimento das demandas urbanas por infra-estrutura durante o seu tempo de vida, sendo freqüentemente atropelados pela dinâmica social, além de estarem sujeitos a intervenções cada vez mais onerosas para a continuidade do seu funcionamento. Há alguns anos, autores como MOTA (1997) e WILKEN (1978) alertavam para a necessidade de que os projetos urbanísticos e os projetos de drenagem urbana devessem integrar políticas únicas de gestão. O ciclo hidrológico deveria ser conservado com a utilização de técnicas de conservação da água e do solo. A ocupação do solo deveria garantir as condições mínimas para a preservação das águas. O saneamento básico deveria incorporar as políticas de resíduos sólidos e as águas pluviais. Estas preocupações, no entanto, não têm sido capazes de evitar que, ainda nos dias de hoje, poucas mudanças tenham ocorrido na metodologia de elaboração dos projetos de drenagem das águas pluviais das cidades. A elaboração dos arranjos e as premissas básicas de projeto têm sido as mesmas nas últimas décadas, apesar de tímidas ações para a implementação de alternativas que pudessem viabilizar os ideais da Agenda 21, como por exemplo, a proposta de implantação das taxas de permeabilidade e a detenção das águas pluviais protegendo os cursos receptores. O presente trabalho visa discutir alternativas técnicas e de gestão e metodologias que nos conduzam a projetos para cidades sustentáveis do ponto de vista das suas águas.
- METODOLOGIA CONVENCIONAL
2.1. Elaboração dos projetos Segundo PORTO (1995) “A metodologia dos estudos hidrológicos de drenagem urbana segue, na maioria dos casos, o procedimento ilustrado” no Anexo 1, no qual são apresentadas as interfaces do projeto com três áreas de conhecimento humano. Diz o mesmo autor “os passos da determinação da tormenta de projeto, a determinação da chuva excedente e do hidrograma pertencem ao campo da hidrologia urbana, enquanto que a escolha do período de retorno situa-se no contexto sócio-econômico e o dimensionamento das estruturas do sistema ao campo da hidráulica.” Nota-se nessa visão do problema que algumas áreas que têm tido importante papel na garantia da eficiência dessa metodologia, ou não estão contempladas, como é o caso das demandas do ciclo hidrológico e do meio ambiente, ou sua importância tem sido subdimensionada quando consideramos a gestão urbana municipal e a participação social nas definições do uso do solo.
a) poligonal da área urbana a ser implantada; b) identificação dos lotes de uso privativo e seus tipos de ocupação; c) identificação das áreas verdes públicas; d) identificação das áreas para estacionamentos de veículos leves; e) identificação conjunta de ruas e calçadas. Definiremos as poligonais da área urbana de forma a garantir a orientação para os cálculos hidrológicos e para o lançamento final de efluentes, contemplando: a) traçar bacias hidrográficas que contenham toda a área urbana a ser implantada; b) definir na bacia hidrográfica:
- área urbanizada de projeto;
- área de expansão urbana;
- áreas de proteção e conservação ambiental;
- áreas rurais;
- áreas antropizadas e drenadas para outras bacias. c) definir os canais de escoamento das águas, perenes ou intermitentes; d) dividir a bacia hidrográfica em sub-bacias com área aproximada de 2 Km2; e) calcular para cada sub-bacia a área e a declividade média. Com os dados acima poderemos preencher a Tabela 1, abaixo.
Tabela 1 – Características das sub-bacias hidrográficas das áreas urbanizadas
Exutório (UTM)
Cotas (m)
Declividade média (m/m)
Área urbana (km2)
Área de expansão urbana (km2)
Área de proteção ambiental (km2)
Áreas rurais (km2)
Áreas drenadas para outras bacias (km2)
Área total da sub- bacia (km2)
Sub- bacia
X Y máx Min
Com os dados inventariados podemos definir as características do escoamento superficial, por meio do cálculo dos coeficientes de escoamento superficial natural e aquele imediatamente anterior à ocupação urbana, considerando tipos de coberturas do solo e declividade do terreno.
1.1.2 ETAPA 2 - Definição de critérios técnicos - com participação social Nesta etapa devem ser definidos os critérios cuja participação social é fundamental para o atendimento de suas metas. Deve ser construído um sistema onde a população local e os órgãos públicos competentes para a gestão urbana possam discutir e definir de maneira consensual os critérios e posturas para a regulação do uso do solo e, também, o manejo das águas pluviais. Assim deve-se proceder para a definição do tempo de retorno para eventos críticos e das taxas de uso e ocupação dos lotes públicos e privados. As equipes técnicas responsáveis pela elaboração dos projetos devem simular matematicamente as várias situações urbanas no que se refere às taxas de uso e conservação de água e ao tempo de retorno a ser definido para os cálculos dos eventos críticos. A tomada de decisão dar-se-á no colegiado gestor por meio de apresentação e deliberação sobre os resultados apresentados nas simulações.
Os períodos de recorrência de eventos hidrológicos para as diferentes regiões da cidade serão definidos considerando os tipos de ocupações e os riscos a serem assumidos pela sociedade. Após a definição dos critérios pode-se calcular o coeficiente de escoamento superficial urbano equivalente, conforme fórmula abaixo:
C eq = (∑( C lp x A lp) + C avp x A avp + C evl x A evl + C rc x A rc ) (1) ( ∑( A lp) + A avp + A evl + A rc )
Em que: Ceq = Coeficiente de escoamento superficial urbano equivalente Clp = Coeficiente de escoamento superficial de lote privativo Cavp = Coeficiente de escoamento superficial de áreas verdes públicas Cevl = Coeficiente de escoamento superficial de estacionamentos públicos para veículos leves Crc = Coeficiente de escoamento superficial de ruas e calçadas Alp = área do lote privativo (m2) Aavp = áreas verdes públicas (m2) Aevl = área dos estacionamentos públicos para veículos leves (m2) Arc = área de ruas e calçadas (m2)
Considerando para lotes privativos: a) taxa de interceptação vegetal; b) taxa de infiltração e percolação; c) taxa de reúso de águas pluviais; d) taxa de detenção. Considerando para áreas verdes públicas: a) coeficiente de escoamento superficial igual ao da área nativa Considerando para estacionamentos públicos para veículos leves: a) taxa de detenção por utilização de pavimento permeável; b) taxa de interceptação vegetal. Considerando para ruas e calçadas: a) coeficiente de escoamento superficial dado o pavimento utilizado.
Tabela 2 – Cálculo do Coeficiente de Escoamento Superficial Urbano Equivalente
Taxas por tipo de ocupação Área urbana Infiltração Interceptação Reuso Detenção
Coeficiente de
escoamento
Área
(km2) 1 2
Lotes privativos 3
Áreas verdes públicas
Estacionamento de veículos leves Ruas e calçadas Coeficiente de escoamento superficial urbano equivalente
g) a equação de chuva (i) definida na etapa 3. Assim: Qmáxduto = n Cbd i Abd ou (4) Abd = Qmáxduto (5)
n Cbd i
Em que: Abd = área da bacia de drenagem para um lançamento final de rede
O valor encontrado deverá ser comparado com o valor utilizado para estimativa de n e, caso não se verifique diferença representativa, este valor deve ser considerado como aquele a ser definido para as bacias de drenagem por galeria. O passo a seguir é traçar as poligonais das áreas de drenagem a partir do valor encontrado dentro das sub-bacias hidrográficas. Para definição das estruturas hidráulicas a serem utilizadas na rede (boca de lobo, sarjeta, sarjetão, galerias e dissipadores) serão considerados os seguintes parâmetros de cálculo: a) lâmina d’água máxima na tubulação (y/D) entre 0,80 e 0,95; b) diâmetro mínimo igual a 300 mm para ligação entre a Boca de Lobo e a Galeria; c) diâmetro mínimo igual a 400 mm para tubulações da Galeria; d) taxa de infiltração na rede entre 0,01 e 0,02 l/s/km de rede; e) altura de recobrimento mínimo da tubulação igual a 1m; f) profundidade máxima igual a 1,2 m acima do nível do lençol freático; g) velocidade máxima do efluente igual a 8 m/s em dutos de concreto ou de PVC; h) velocidade mínima do efluente igual a 0,5 m/s. O traçado das redes de galerias deverá ser realizado até o lançamento final no exutório da sub- bacia hidrográfica definida. O valor encontrado para o tempo de concentração de cada galeria deverá ser comparado ao valor estimado e, caso a diferença seja significativa, deve-se recalcular a rede.
1.1.4 ETAPA 4 - Definição de ações estruturais - com participação social Para a definição do ponto de lançamento nos corpos d'água locais devem ser executados os seguintes passos: a) cálculo da vazão máxima para a sub-bacia do lançamento, considerando a cobertura vegetal nativa e o tempo de concentração calculado; b) cálculo da vazão máxima para a sub-bacia do lançamento, considerando a cobertura anterior à urbanização e o tempo de concentração calculado; c) cálculo da área de contribuição para o lançamento; d) cálculo da vazão a ser adicionada ao ponto de lançamento em função de áreas não atendidas pela microdrenagem (áreas rurais ou de preservação permanente). Para os cálculos acima é necessário o levantamento dos dados da bacia de contribuição da rede da galeria, conforme abaixo: a) Ceq = coeficiente de escoamento superficial urbano equivalente b) Cpréurb = coeficiente de escoamento superficial pré-urbanização c) Cnat = coeficiente de escoamento superficial da área nativa d) Abgal = área da bacia da galeria (m2) e) Acgal = área de contribuição da galeria (m2) f) Arur = área rural (m2) g) App = área de preservação e conservação ambiental (m2)
Tabela 4 – Definição do ponto de lançamento e detenção para cada galeria
Sub-baciaÁrea da sub-bacia (ha)Número da galeriaTempo
de
concentração (min)Área
de
contribuição
da
galeria
de
Vazão
máxima
do
lançamento da galeria (m3/s)Vazão máxima da áreada
sub-bacia
não
drenada pela galeria
Vazão
máxima
no
exutório da sub-bacia (m3/s)Vazão
máxima
quando
cobertura
nativa (m3/s) Vazão
máxima
quando
cobertura
Vazão excedente a serregularizada (m3/s)
Dadas as condições da Tabela 4, são estabelecidas três condições para a continuidade da execução do projeto: a) elaboração de um mapa para a localização dos reservatórios de detenção na bacia hidrográfica, cuja área poderá ser estimada considerando as pesquisas de TUCCI (2000) e a equação abaixo: AD = 0,0057 x AI 1,2704^ (6)
Em que: AD = área da bacia para reservatórios de detenção considerando uma profundidade média de 2 m (%) AI = área impermeabilizada da bacia (considerar somente as áreas de calçada e ruas quando as demais áreas atenderem ao Cnat) % ou b) aceitação dos valores excedentes como não degradadores ambientais e não propositura de reservatórios de detenção, ou c) alteração dos parâmetros de projeto e re-elaboração do projeto.
Estas decisões deverão ser tomadas dentro de um processo de discussão participativa no colegiado gestor uma vez que, para cada uma das situações acima, poderão ser necessárias ações estruturais em áreas públicas ou alteração de norma de uso e ocupação do solo em lotes privados.
1.1.5 ETAPA 5 - Detalhamento executivo do Projeto do Sistema Nesta etapa deverá ser elaborado o detalhamento técnico do projeto visando atender às seguintes demandas executivas mínimas: a) traçado dos perfis das redes de microdrenagem: busca garantir que profundidades estabelecidas à priori sejam respeitadas, tanto com relação ao mínimo recobrimento da rede como com relação ao nível de água do lençol freático; b) detalhamento dos dispositivos hidráulicos do sistema: bocas de lobo, galerias, poços de visita, caixas de ligação, dissipadores de energia e reservatórios de detenção: estes dispositivos deverão atender às demandas mínimas assumidas em projeto além de permitir a execução plena de estruturas que não venham a provocar danos aos recursos hídricos e ao meio ambiente (os reservatórios de detenção deverão ser estudados para as possibilidades de reúso e utilização como elemento paisagístico nos parques urbanos); c) detalhamento das taxas de infiltração, interceptação, reúso e detenção para os lotes privativos: as taxas previstas para os lotes privativos e públicos deverão ser incorporadas nos regulamentos da gestão das águas pluviais;
b) instituir legislação específica para o trato das águas da cidade integrando os sistemas de abastecimento de água potável, esgotamento sanitário, drenagem urbana e resíduos sólidos e atmosféricos;
c) constituir órgãos públicos competentes e especializados;
d) possuir como instância decisória, normativa e consultiva colegiado gestor com participação da sociedade local e de órgãos públicos, à exemplo dos comitês de bacia instituídos pela Lei nº 9.433/97;
e) criar e implementar instrumentos de gestão das águas urbanas.
Os instrumentos para a gestão deste sistema poderiam, à exemplo da gestão das águas no Brasil, estabelecer-se como os que abaixo apresentamos, sem prejuízo de se definirem outros que possam ser necessários, quais sejam:
a) Plano Diretor de Hidrologia Urbana: instrumento que estabelecerá diretrizes para o planejamento dos usos dos recursos hídricos na área urbana compreendendo, no mínimo, os seguintes tópicos: i) diagnóstico do ciclo hidrológico urbano; ii) estabelecimento de critérios e disciplinamento dos usos dos recursos hídricos; iii) critérios para a ocupação do solo urbano; iv) plano de investimentos para a conservação, preservação, recuperação e melhoria das condições do ciclo hidrológico; e v) manual de drenagem urbana;
b) Sistema de Monitoramento e Informações sobre os recursos hídricos urbanos: consiste na organização de redes de estações de monitoramento e controle dos recursos hídricos, armazenando e disponibilizando dados sobre as quantidade hidro-metereológicas, a qualidade das águas urbanas e os efeitos correlatos da ação da ocupação do solo e das águas na área urbana;
c) Controle da autoridade municipal sobre o uso e a destinação das águas urbanas: compreende a criação e capacitação de órgãos municipais com a atribuição de analisar e aprovar os projetos com o uso dos recursos hídricos, possibilitando seu o planejamento e controle.
d) Programas indutores para o controle da drenagem urbana: consistirá do desenvolvimento de programas que, de maneira específica para as diferentes situações urbanas, possam criar as condições necessárias para que se preserve o ciclo hidrológico onde a situação é nativa e possam ser recuperadas as áreas urbanas degradadas. Devem possibilitar o incentivo e a fiscalização necessários para o cumprimento do Plano Diretor de Hidrologia Urbana.
e) Programas de educação continuada para a gestão das águas urbanas: devem criar as condições necessárias para a educação continuada visando desde programas de educação ambiental e de manejo das águas urbanas até a capacitação de técnicos e profissionais com a atribuição de cuidar destes bens, seja dentro dos organismos públicos, seja dentro das entidades educacionais ou de associações civis. Deverá gerar ainda o desenvolvimento de tecnologias e práticas para o bom uso das águas e do solo, disseminando-as junto aos profissionais envolvidos e às comunidades locais.
2 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
No planejamento da cidade, não podemos construir um modelo de intervenção técnica sem considerarmos as diversas áreas envolvidas na elaboração de critérios que interferem diretamente no resultado que esperamos após a implementação dos projetos. A metodologia proposta tem uma linha de ação coerente com este entendimento e com os conceitos de sustentabilidade da cidade. Trata-se de uma proposta a ser testada em casos reais para que possamos averiguar as suas limitações e apresentar as correções necessárias. São previsíveis as dificuldades que enfrentaremos nesta aplicação, algumas das quais demandariam estudos mais apurados. Dentre estes estudos e ações recomendamos que: a) inclusão das demandas técnicas para o desenvolvimento dos projetos de drenagem urbana na aquisição de dados para os relatórios ambientais concebidos para a implantação dos sítios urbanos, tais como: caracterização mais completa do ciclo hidrológico, detalhamento dos parâmetros do solo para estudos de infiltração, definição de áreas de recarga, análise quantitativa dos cursos d’água, etc; b) utilização de sistemas de informação georeferenciados; c) compatibilização entre os programas computacionais utilizados para os projetos urbanos, os projetos urbanísticos e os bancos de dados hidro-ambientais; d) elaboração de programas para cálculo de redes de drenagem que possam considerar o cálculo dos coeficientes de escoamento superficial em função do tipo de ocupação do solo e das taxas de uso e conservação da água. Estes programas poderiam disponibilizar todos os resultados técnicos das redes projetadas considerada a metodologia e os indicadores propostos, ou outros que possam ser considerados necessários; e) elaboração de novas rotinas para a Etapa III – Elaboração do Projeto Técnico - considerados outros métodos de cálculo de redes, principalmente aqueles baseados na análise do hidrograma da bacia de drenagem; f) estudos sobre o impacto hidrológico e no meio ambiente aquático relativos ao lançamento das águas pluviais nos cursos receptores, quantificando vazões e velocidades máximas, considerando ou não a utilização de dissipadores; g) estudos sobre materiais e estruturas hidráulicas capazes de atender à demanda de escoamento e de detenção necessárias ao projeto de uma rede de drenagem; h) avaliação econômica da construção de estruturas hidráulicas distribuídas na cidade, considerando os impactos positivos gerados no ciclo hidrológico e no meio ambiente, a possibilidade de reúso e a conseqüente minimização das seções das redes de distribuição de água e a desoneração da infraestrutura de drenagem da cidade; i) avaliação de experiências de regulamentação da drenagem urbana, por meio dos Planos Diretores ou sistemas implantados nas administrações municipais, em execução no país e no mundo; j) proposta de modelos para a inclusão da participação social nas decisões sobre as questões urbanas, incluídas as tomadas de decisão para a metodologia proposta; k) elaboração de modelos para o Sistema de Gestão das Águas Urbanas. Neste contexto, a integração pró-ativa com outras áreas interferentes e a participação social na definição dos parâmetros sócio-econômicos necessários aos projetos de drenagem urbana poderão possibilitar a manutenção dos sistemas e seu conseqüente aumento de eficiência e durabilidade.
ANEXO 1 – Metodologia Convencional para Projetos de Drenagem Urbana
Aspectos sociais e econômicos passo 1^
Escolha do período de retorno
Meteorologia passo 2 (^) tormenta de projetoDeterminação da
Hidrologia, pedologia e uso do solo passo 3
Determinação do escoamento superficial direto
Hidrologia passo 4 Determinação dasvazões de projeto
Hidráulica passo 5 Dimensionamento das Estruturas Hidráulicas
ANEXO 2 – Metodologia para elaboração de Projeto de Drenagem Urbana com Participação Social (parte I)
