Aproveitamento de água de chuva no meio urbano e seu efeito na drenagem pluvial

Abstract

O aproveitamento de água de chuva no meio urbano vem ganhando interesse por parte da sociedade devido aos benefícios que esta prática proporciona, tais como: econômico, ambiental e contra alagamentos urbanos. Este interesse pode ser percebido pelo surgimento de regulamentações governamentais e comercialização no mercado nacional de produtos específicos para a captação, tratamento e armazenamento de água. Assim, quantificar os beneficios é um ponto chave para que o aproveitamento de água de chuva torne-se popular no ambiente urbano. Dentre os benefícios mensuráveis, a redução de alagamentos urbanos é o menos abordado, e, com frequência, para casos específicos, que não permitem a transferência dos resultados ou da metodologia de quantificação. O presente trabalho teve como motivador a escassez de trabalhos que abordassem o efeito do aproveitamento de água de chuva na vazão da rede pluvial, que a princípio de sua concepção metológica careceu de um método de dimensionamento que permitisse a obtenção de índices de desempenho esperados para o sistema de aproveitamento de água de chuva. Foi proposta então, uma metodologa de dimensionamento por meio de ábacos, estes por sua vez, foram criados a partir da técnica de Monte Carlo para séries sintéticas usadas na simulação de balanço de massa no reservatório de água de chuva para a obtenção de índices de desempenho em função do volume e da demanda estimada por água não potável. Os ábacos foram produzidos para todas as capitais brasileiras mais o distrito federal como forma de verificação da sua aplicabilidade para os diversos regimes pluviométricos existentes no Brasil. A partir do método de dimensionamento foi possível estabelecer cenários e premissas de projeto de sistemas de aproveitamento de água de chuva que, juntamente com dados observados de demandas por água para padrões de habitação popular e de classe alta no município de Porto Alegre, forneceram garantias de permanência do volume de espera para reservatórios em lotes residenciais. Os volumes de espera constituíram a condição inicial para simulação hidráulica de bacias hipotéticas com 10 e 25ha, escala compatível com a de loteamentos residenciais, porém para chuvas de projeto com duração crítica para a escala das bacias urbanas de Porto Alegre (1h). Os resultados da simulação apontaram para uma ineficácia na redução do pico de vazão, sendo observada apenas uma pequena redução no volume do hidrograma, em que o caso de habitações padrão popular apresentou os maiores descontos (~6% para 75% de garantia). A ineficiência em redução do pico de vazão na rede pluvial, para as características pluviométricas, de consumo e hidrológicas das bacias urbanas de Porto Alegre pode ser explicada pelo próprio propósito do aproveitamento de água de chuva que é o de apenas atender à demanda de água, não garantindo volumes de espera suficientes para causar tal efeito no pico de vazão da rede pluvial.

There is an increasing interest from the society in rainwater harvesting and use in urban areas, due to the benefits that this practice provides, such as: economic, environmental and urban flooding control. This interest may be perceived by the emergence of government regulations and increased availability of specific products in the domestic market for the capture, processing and storage of water. Consequently, quantifying the benefits is a key element for allowing the use of rainwater to become popular in the urban environment. Among the measurable benefits, the use of rainwater as a contribution to the reduction of urban flooding is the least discussed; when available, the results are often valid only for specific cases, do not allowing their generalization and application to different scenarios and configurations. The present work was motivated by the scarcity of studies that addressed the effect of the use of rainwater in the reduction of urban runoff, and the lack of design methods that could allow the estimation of performance indicators for the rainwater harvesting and use systems. A graphical design method (using abacuses) is proposed. Abaci were created from the application of the Monte Carlo technique, applied to synthetic series used in the mass balance simulation of rainwater reservoirs, to obtain performance indices as function of the volume and the estimated demand for non-potable water. The abaci were produced for all Brazilian capitals and also the Federal District, in order to verify their applicability to different rainfall regimes existing in Brazil. The use of the graphical design method allowed creating different scenarios and assumptions for designing systems for rainwater use. The combination of these scenarios with observed data of water demand, applied to two different urbanization patterns (low income dwellings and upper class habitation), in the municipality of Porto Alegre, allowed the assessment of the probability of different retention volumes for reservoirs in residential lots. The expected volumes constituted the initial condition for hydraulic simulation of hypothetical watersheds with 10 and 25ha, scale compatible with the residential subdivisions of urban catchments in Porto Alegre, using critical rain durations (1h). The simulation results implied an ineffectiveness in reducing the peak flow, as only a small reduction in the volume of the hydrograph was obatained, with the higher reduction (~ 6% to 75% guarantee) observed for the low-income dwellings. The inefficiency in reducing the peak flow for the rainfall and consumption Porto Alegre characteristics, as well the hydrological characteristics of their urban watersheds, can be explained by the purpose of the rainwater harvesting that is the only meet the demand for water, not ensuring sufficient available volume to cause such effect on the peak flow in the conducts.