Título:
Sistema de suporte a decisão (Ssd) para gerenciamento de pequenas bacias urbanas
Resumo:
Este trabalho apresenta os principais resultados de estudo cujo objetivo foi desenvolver um Sistema de Suporte a Decisão (SSD) para dar suporte às agências municipais responsáveis pela gestão da água urbana. O SSD é composto por um banco de dados vinculado a um conjunto de modelos matemáticos e rotinas de saídas. O sistema trata de três grandes aspectos da água urbana: a hidrologia de cheias, a hidráulica da drenagem e a qualidade da água função da poluição difusa. Para desenvolvimento do SSD foi escolhida como estudo de caso a bacia do rio Cabuçu de Baixo, localizada na cidade de São Paulo, Brasil, o maior aglomerado humano do hemisfério sul. Para que os modelos pudessem ser analisados em detalhe foi necessária uma campanha de campo para levantamentos de dados hidrológicos e de qualidade da água. Nesse sentido, foi implantada e operada por mais de quatro anos uma rede de monitoramento na bacia do rio Cabuçu de Baixo. As informações obtidas são muito ricas, visto que são raros os dados hidrológicos (chuva e vazão superficial) e de poluição difusa observados em pequenas bacias urbanas, principalmente em regiões urbanas extremamente degradadas, caso de áreas existentes em São Paulo, aliás esta é uma das características das chamadas megacidades. Em paralelo a esse levantamento foi necessário um estudo baseado em sensoriamento remoto para determinação de impactos de urbanização e, conseqüentemente, de uso e ocupação do solo urbano. O resultado final foi o desenvolvimento de um SSD que pode ser utilizado por qualquer técnico da área, mesmo aqueles não afeitos à modelação matemática. O SSD tem uma linguagem amigável, de fácil utilização. O rio Cabuçu de Baixo é um afluente da margem direita do rio Tietê, principal rio da região metropolitana de São Paulo. A área de drenagem do Cabuçu é de 42.5 Km2, a precipitação média anual nesta região é de 1620 mm. O regime hidrológico é bastante sazonal, apresentando chuvas intensas de Outubro a Março, principalmente chuvas convectivas, muito intensas, de curta duração, ocorrendo em áreas pequenas, localizadas, com distribuição bastante esparsa. Para fins de estudo a bacia foi dividida em cinco (5) sub-bacias, chamadas de Bananal, Itaguaçú, Guaraú, Bispo and Cabuçu de Baixo. Esses rios são os principais cursos d’água da bacia. A divisão em sub-bacias baseou-se principalmente no uso e na ocupação do solo. Existem bacias totalmente urbanizadas, outras parcialmente urbanizadas e outras ainda em estado (quase) natural. Esta ocupação heterogênea do solo permite avaliar os diversos tipos de problemas que São Paulo possui, ou seja, esta diversidade é favorável para analisar os diversos aspectos ambientais envolvendo a água urbana.É importante destacar a diferença de uso e ocupação do solo das sub-bacias em estudo, as diferenças entre elas são significativas. As bacias dos rios Bananal, Bispo e Guaraú são parcialmente urbanizadas, existem inúmeras favelas (shanty towns) e moradias em estado precário nessas áreas. Mais ainda, a urbanização está ocorrendo de forma caótica, resultando num elevado índice de impermeabilização do solo. A bacia do rio Itaguaçú é a mais natural, nessa região ainda é possível encontrar fauna e flora típica das regiões sub-tropicais. Existe na área do Itaguaçú um grande empreendimento imobiliário, de padrão elevado, o que certamente poderá colocar em risco a condição atual dessa bacia. A bacia do Cabuçu Baixo, excluindo as áreas citadas anteriormente, é a mais densamente ocupada, apresentando índices de infiltração baixíssimos, com moradias, em geral, de baixa renda, coladas uma nas outras, sem nenhum espaço com vegetação. Foi instalada na bacia do Cabuçu uma rede hidrométrica de quantidade e qualidade da água. Diversos fatores foram considerados na escolha dos locais, preponderando a representatividade de medição dos fenômenos e a segurança da instalação e do acesso. Foram instalados limnígrafos e pluviógrafos para quantificar chuva e escoamento superficial. Para medida da qualidade da água e transporte de sedimentos foram instalados dispositivos especiais para medida in loco e coleta e análise de amostras em laboratório. Outro fato interessante é que o Cabuçu de Baixo está na área de cobertura do radar meteorológico de São Paulo. O radar é capaz de medir precipitação em intervalos de 5 minutos com uma resolução muito fina, “pixels” de 2 por 2 km. Desse modo, foi possível medir e acompanhar em detalhe o desenvolvimento dos principais eventos chuvosos na bacia, dando maior suporte de informação hidrológica para o projeto. É possível acessar em tempo real os dados do radar na bacia do Cabuçu de Baixo, o endereço na Internet é www.phd.poli.usp.br/cabucu. O modelo hidrológico empregado no SSD do Cabuçu de Baixo baseia-se no Método do SCS – Soil Conservation Service, que por sua vez requer a estimativa do chamado CN – Curve Number. O CN sintetiza todo o processo de infiltração na bacia num único parâmetro, quanto maior o valor de CN maior é o volume de escoamento superficial produzido na bacia por um evento chuvoso (CN <=100). O hidrograma de cheia provocado pelo volume de escoamento superficial obtido pelo Método do Hidrograma Unitário Sintético. O usuário do SSD pode escolher em processar eventos históricos e eventos gerados por Equação de Chuva Intensa (Relação I-D-F Intensidade, Duração e Freqüência). Ele pode também alterar os valores dos CN’s, refletindo diferentes condições de ocupação do solo. A Modelação Hidráulica foi incluída no SSD do Cabuçu de Baixo para cálculo dos perfis de linha d’água e correspondentes áreas de inundação, podendo-se especificar eventos chuvosos históricos e eventos gerados a partir da Equação de Chuva Intensa. O modelo empregado foi desenvolvido pela Fundação Centro Tecnológico de Hidráulica (FCTH), chamado de Cliv. Este modelo resolve o sistema de Saint-Venant na sua forma unidimensional, empregando um algoritmo derivado do Método de Preissman. Para processar o modelo o usuário deve inicialmente processar o modelo hidrológico para definir os hidrogramas afluentes ao sistema de canais. O modelo de qualidade da água empregado no estudo foi o WinHSPF, capaz de gerar cargas de poluentes produzidas por fontes difusas. O modelo pode ser aplicado para toda bacia ou para cada sub-bacia. Cada sub-bacia é definida como uma unidade hidrológica recebendo cargas de fontes pontuais e difusas, representando uma parte de um rio ou de um reservatório. O modelo WinHSPF é apropriado para lidar com análises temporais e espaciais, com elevado nível de detalhe. O modelo é capaz de simular impactos em função de variações no uso e ocupação do solo, quantificando uma série de parâmetros como sedimentos, nutrientes, metais, etc. Neste estudo a poluição difusa foi avaliada a partir da concentração da DBO, do Nitrogênio Total e do Fósforo Total. O quarto modelo do SSD relaciona-se com o transporte sólido. Como foi anteriormente salientado, o Cabuçu de Baixo possui uma grande diversidade no uso e na ocupação do solo. Os sedimentos foram coletados em dois pontos: na bacia do rio Bananal, ainda em processo de ocupação, e na bacia do Cabuçu de Baixo, já com a urbanização consolidada. Considerando que nesses postos foram feitas medidas de escoamento superficial e escoamento de sedimentos, foi possível determinar empiricamente funções não-lineares que relacionam vazão sólida e vazão líquida. O SSD do Cabuçu de Baixo foi projetado para facilitar a análise diferentes aspectos da água urbana, tendo em vista diferentes tipos de uso e ocupação do solo nas sub-bacias deste rio. Ele serve também como exemplo de aplicação dessas técnicas para pequenas bacias urbanas. O usuário do SSD Cabuçu de Baixo pode acessar todos os dados coletados e trabalhados ao longo do estudo, tais como gráficos, tabelas, mapas e produtos do SIG implantado. É possível também processar de diversos modos os modelos anteriormente descritos. Os dados disponíveis podem auxiliar o usuário na montagem de diferentes cenários de análise. O usuário pode alterar cenários pré-existentes, por exemplo, ele pode definir o período de retorno de uma chuva e gerar hidrogramas e áreas de inundação, processando os modelos hidrológicos e hidráulicos. É possível alterar parâmetros como o SCS CN . Em termos de qualidade da água o usuário pode alterar a ocupação do solo e observar o impacto produzido nos parâmetros DBO, Nt e Pt. Finalmente é importante salientar a importância do SSD no contexto da gestão da água urbana no Brasil. As agências municipais e outras agências não possuem ferramentas suficientes para lidar com problemas relativos a água. O sistema aqui sumariamente descrito, além do seu valor técnico, ressalta a importância de se monitorar e armazenar informações sobre recursos hídricos, também mostra a importância de se empregar ferramentas de cálculo comumente empregadas no meio acadêmico, mas pouco empregada em estudos de planejamento e gestão pelos órgãos públicos, encarregados dessas funções. Uma grande preocupação foi facilitar o uso dessas ferramentas e mostrar de modo claro o seu valor na análise de programas e projetos. O SSD Cabuçu de Baixo pode ser melhor visualizado na sua home page: www.phd.poli.usp.br/cabucu.
Autores:
Mario L. T. Barros, Mônica Porto, João L. B. Brandão