Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E RECURSOS HÍDRICOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

CHAMADA PÚBLICA MCT/FINEP/AÇÃO TRANSVERSAL – PROSAB – 01/2006 PROPOSTA DE FINANCIAMENTO: FCO-EE-UFMG-HIDROURB

CONVÊNIO: 01.06.0565.00

DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA DE MANEJO DE ÁGUAS PLUVIAS

RELATÓRIO 1/2007

Belo Horizonte, Maio de 2007

Equipe da UFMG

Nome Unidade Função no projeto Nilo de Oliveira Nascimento EE-UFMG Coordenador, pesquisador Márcio Benedito Baptista EE-UFMG Pesquisador Luiz Rafael Palmier EE-UFMG Pesquisador Márcia Lara Pinto Coelho EE-UFMG Pesquisadora Marcos von Sperling EE-UFMG Pesquisador Carlos Chernicharo EE-UFMG Pesquisador Léo Heller EE-UFMG Pesquisador Olívia Vasconcelos EE-UFMG Pesquisadora Martin Seidl ENPC Pesquisador visitante (bolsa CNPq) Sonaly Rezende EE-UFMG Pesquisadora/Pos-Doc Lucas Brasil EE-UFMG Pesquisador/doutorando André Henrique Carmo L. da Silva EE-UFMG Pesquisador/bolsista DTI/mestrando* Luciano Vieira EE-UFMG Pesquisador/mestrando Paulo de Castro Vieira EE-UFMG Pesquisador/mestrando Julian Eleutério EE-ENPC Iniciação Científica/bolsa CNPq* Cristiane Valéria de Oliveira IGC Pesquisadora Heloisa Costa IGC Pesquisadora Geraldo Costa IGC Pesquisador Antônio Magalhães IGC Pesquisador Janise Bruno IGC Pesquisador/Pos-Doc (bolsa CNPq) Frederico Lopes IGC Pesquisador – Bolsista DTI* Fernanda Maria Pelotti IGC Pesquisadora/doutoranda *Membros da equipe com financiamento por meio de bolsas vinculadas ao projeto EE-UFMG: Escola de Engenharia da UFMG IGC: Instituto de Geociências da UFMG ENPC: École Nacionale dês Ponts et Chaussées

Equipe da SUDECAP (Prefeitura de Belo Horizonte

Nome Instituição Função no projeto José Roberto Champs SUDECAP Coordenador pela SUDECAP Sônia Knauer SUDECAP Participante Pedro Heller SUDECAP Participante Abelino Gomes da Silva SUDECAP Participante Luiz Eduardo Guimarães SUDECAP Participante Marco Antônio Moncorvo SUDECAP Participante Solange Araújo SUDECAP Participante Valdete Bontempo SUDECAP Participante

1. Introdução O presente relatório refere-se às atividades realizadas no contexto do projeto PROSAB, Edital 5, Tema 4, em execução pela UFMG, relativo ao período de outubro de 2006 a abril de 2007. O relatório contém um breve resumo do projeto de pesquisa, informações sobre algumas modificações de metodologia, uma avaliação sobre as atividades realizadas em confronto com as metas definidas no projeto e uma proposta de alteração de cronograma. Documentos anexados a esse relatório descrevem uma síntese dos trabalhos realizados segundo cada meta. 2. Resumo do projeto 2.1 Objetivos Desenvolver e avaliar tecnologias de manejo de águas pluviais em meio urbano tendo em conta a caracterização de alterações de processos hidrológicos e de qualidade de água causadas pela urbanização, o estudo de alternativas para o seu controle, tanto quanto aspectos gerenciais como os instrumentos de planejamento e de gestão de águas urbanas. Integram o objetivo geral do projeto:

1. a caracterização de processos hidrológicos, em quantidade e qualidade de água, em associação com características físicas do meio, de uso do solo e de infra-estrutura de saneamento;

2. a proposição e o ensaio experimental de alternativas tecnológicas de manejo de águas pluviais, notadamente soluções compensatórias de drenagem (e.g.: bacias de detenção, trincheiras de infiltração, valas de armazenamento, ...);

3. a análise espacial de fontes de poluição de águas; 4. o diagnóstico de políticas e de instrumentos gerenciais de manejo de águas pluviais

em meio urbano. 2.2 Metodologia Nesse item, apresenta-se, sinteticamente, a metodologia proposta para a pesquisa em foco. No item 3, encontra-se o relato de alguns ajustes metodológicos e dos avanços alcançados no período coberto por esse relatório. A metodologia é descrita tendo em conta os itens definidos nos objetivos do projeto. Caracterização de processos hidrológicos Esse objetivo será alcançado por meio do monitoramento continuado de precipitações, vazões e parâmetros de qualidade de água em uma pequena bacia experimental urbana, bem como de modelagem matemática dos processos hidrológicos na bacia. Precede os trabalhos experimentais e a modelagem uma revisão de literatura sobre impactos da urbanização sobre a quantidade e a qualidade de água em contexto urbano, sobre as principais fontes de poluição difusa e principais poluentes, sobre técnicas de monitoramento hidrológico e de qualidade de água em contexto urbano.

A caracterização morfológica e de uso do solo da bacia experimental será realizada com o emprego de imagens de satélite ICONOS, base cartográfica da Prefeitura de Belo Horizonte (escala de 1:2000, intervalo de curvas de nível de 5,0 m), visitas de campo e consultas a relatórios de estudos anteriores. Será realizada complementação de dados cadastrais dos sistemas de esgotamento sanitário e pluvial, caso necessário. Os processos hidrológicos na bacia serão caracterizados por monitoramento e modelagem. O monitoramento será realizado por meio da implantação de uma estação pluviométrica e por uma estação fluviométrica e de qualidade de água. O pluviógrafo será do tipo báscula com data logger. A estação fluviométrica será equipada de sensor nível por borbulhamento e por sensor para medição de velocidade de escoamento por radar. Um amostrador automático para 24 garrafas, dotado de sensor de nível e de refrigeração fará a coleta de amostras para análises de qualidade de água durante a ocorrência de cheias e em períodos secos, por amostras simples. Uma sonda multiparamétrica registrará, continuamente, OD, temperatura, pH e condutividade elétrica. Os parâmetros de qualidade de água a serem obtidos das amostras serão: SS, pH, DBO, DQO, nitrogênio total, amônia, nitrogênio orgânico, nitrato, nitrito, fósforo total, fosfato, hidrocarbonetos totais, cádmio, cobre, chumbo e zinco. Esses parâmetros foram considerados os mais relevantes, tendo em conta as possíveis fontes de poluição de águas superficiais, difusa e concentrada na área. Ajustes posteriores poderão ser realizados com respeito à definição de parâmetros de qualidade de água, tendo em conta os resultados obtidos com os primeiros eventos amostrados. Os dados de monitoramento serão tratados por técnicas de análise estatística e por modelagem matemática de quantidade e qualidade de água. A modelagem matemática de eventos chuva-vazão e de qualidade de água será realizada com o emprego do modelo de hidrologia urbana CANOE desenvolvido e distribuído pelo instituto de ensino e pesquisa INSA-LYON e disponível no EHR. Ensaio de alternativas tecnológicas de manejo (técnicas compensatórias) Essa parte da pesquisa será precedida de revisão de literatura sobre técnicas compensatórias de drenagem urbana de águas pluviais: tipos, critérios e restrições de emprego, dimensionamento, construção e manutenção; bem como sobre o monitoramento desse tipo de solução técnica. O objetivo central será alcançado por meio da instalação e o ensaio de dois tipos de técnicas compensatórias: as trincheiras de infiltração e as valas de armazenamento ou detenção, na mesma bacia experimental. A trincheira de infiltração e a vala de armazenamento ou detenção partilharão o controle de uma mesma sub-bacia, na bacia experimental. A sub-bacia será uma encosta a ser escolhida tendo em conta a área de drenagem, o uso do solo e a adequação local à implantação das técnicas compensatórias previstas. O sistema de drenagem superficial será adaptado para assegurar que cada estrutura capte os escoamentos provenientes de metade da sub-bacia. Amostras de água para análises de qualidade serão coletadas apenas na vala, assumindo-se que a água captada pela trincheira possua as mesmas características. Para a coleta de amostras de águas escoadas na vala de detenção serão utilizadas garrafas de amostragem alimentadas por um sistema de sifão e fixadas a uma parede em concreto, previamente instalada em uma

seção da vala. Este sistema permite colher amostras de água durante o período de enchimento da vala. Os parâmetros de qualidade de água serão: SS, DBO, DQO, nitrogênio total, amônia, nitrogênio orgânico, nitrato, nitrito, fósforo total, fosfato, hidrocarbonetos totais, cádmio, cobre, chumbo e zinco. Ajustes posteriores poderão ser realizados com respeito à definição de parâmetros de qualidade de água, tendo em conta os resultados obtidos com os primeiros eventos amostrados. Tanto a vala de armazenamento quando a trincheira de infiltração serão equipadas com sensores de nível d’água (sensores de pressão), permitindo o registro contínuo do NA e, em conseqüência, dos volumes estocados. A trincheira será dimensionada com saída apenas por infiltração. A vala de detenção será controlada por um orifício de saída. Sendo revestida em grama, a vala permitirá saída de água igualmente por infiltração. Como a vala possui duas saídas (orifício e infiltração), considerou-se relevante dispor de um controle preciso das vazões de saída por meio da instalação de um vertedor calibrado dotado de sensor de pressão a jusante do orifício de saída. O remanso causado pelo vertedor não influenciará, evidentemente, o funcionamento do orifício de saída. O estado de umidade do solo junto a essas estruturas será monitorado por meio da instalação de tensiômetros a diferentes profundidades. Análises granulométricas do solo e ensaios de infiltração no local de implantação das estruturas serão realizados para fornecer parâmetros de dimensionamento. Tendo em conta o objetivo de investigar os riscos de poluição do solo e de águas subterrâneas em decorrência de infiltração de águas de escoamento, serão realizadas análises, por técnica de lixiviação, da presença de poluentes (matéria orgânica, metais) em mantas geosintéticas e em amostras de solo coletadas no leito das estruturas compensatórias e em diferentes profundidades nas vizinhanças dessas instalações. Análises desse mesmo tipo serão realizadas antes da implantação das técnicas compensatórias de forma a caracterizar o estado inicial do solo com a relação a presença desses poluentes no local escolhido para essas instalações. Técnicas de análises estatísticas de séries temporais e de análise hidrológica de eventos chuva-vazão, de processos de armazenamento e infiltração serão empregadas para avaliar a eficiência em termos de em redução e amortecimento de escoamentos superficiais e de cargas poluentes. Serão avaliados os tipos de poluentes retidos pelas estruturas e efetuadas análises de risco de contaminação de solos e do lençol. Aspectos operacionais e de custos relacionados à manutenção dos sistemas serão identificados e analisados. As análises acima descritas serão complementadas por modelagem matemática do funcionamento das estruturas compensatórias, em particular dos processos de infiltração por simulação numérica.

Análise espacial de fontes de poluição A análise espacial de fontes de poluição será realizada na bacia experimental com base em imagens de satélite ou fotografia aérea, em visitas a campo e em consultas a relatórios de estudos anteriores sobre essa área de estudo. Os resultados do monitoramento quali-quantitativo serão, igualmente, utilizados para orientar a identificação das fontes de poluição.

Políticas e instrumentos de gestão de águas urbanas Essa parte da pesquisa será precedida de revisão de literatura sobre instrumentos legais, de planejamento e de gestão de águas urbanas. O diagnóstico de políticas e instrumentos de gestão de águas urbanas será realizado por meio de: (i) Identificação das instituições e organizações governamentais com atribuições legais para formular e aplicar políticas de gestão de águas urbanas, participar ou influir sobre essas ações; (ii) Identificação de organizações não governamentais que participam da formulação de políticas de gestão de águas urbanas; (iii) Identificação dos principais instrumentos adotados para a gestão de águas urbanas: instrumentos legais, de planejamento e de financiamento, meios de avaliação e controle de ações implementadas; (iv) Avaliação dos recursos humanos e materiais disponíveis para a gestão de águas urbanas; identificação de necessidades de atualização tecnológica e implementação de ações de formação continuada; (v) Avaliação das possibilidades de aprimoramento dos instrumentos legais, de planejamento, de avaliação e controle e de financiamento da gestão de águas urbanas; (vi) Avaliação das possibilidades de aprimoramento de planejamento integrado do manejo de águas urbanas entre subsetores do saneamento, em particular o esgotamento sanitário e a gestão de resíduos sólidos, bem como com outros setores como os de planejamento urbano e de planejamento viário. 3. Metodologia: algumas alterações Algumas modificações de metodologia fizeram necessárias, nesse período, porém não modificam nem comprometem a realização dos objetivos do projeto. As modificações são descritas e justificadas, a seguir, de acordo com os temas da pesquisa. Caracterização de processos hidrológicos 1. Mudança da área de estudo da Bacia da Av. Nossa Senhora da Piedade para a Bacia do

Córrego d’Água Funda. Justificativas: i. obras do projeto municipal DRENURBS de renaturalização do curso d’água na

bacia da Av. Nossa Senhora da Piedade tiveram início e atrasariam a implantação das estações de monitoramento no local em cerca de um ano;

ii. o córrego d’Água Funda percorre parte do Parque Zoológico da cidade de Belo Horizonte, o que facilita a instalação de equipamentos de monitoramento e reduz os riscos de vandalismo e roubo;

iii. o trecho do córrego d’Água Funda no Parque Zoológico é propício ao emprego experimental de técnicas de armazenamento e de abatimento de poluição do tipo áreas úmidas artificiais (“wetlands”), o que dará ocasião ã continuidade das pesquisas nessa área com um projeto de implantação e monitoramento continuado desse tipo de técnica, a partir de 2008.

2. Mudanças em técnicas de medição de nível d’água de sensor por borbulhamento para sensor por pressão e de estimativa de vazão de vazão por meio do emprego de seção de controle do tipo Parshall. Justificativas:

i. a solução permite a redução de custos de aquisição de sensores, adaptando-se adequadamente aos recursos acordados ao projeto, e facilita a amostragem de água para análises de qualidade.

3. Mudança do modelo a ser utilizado de CANOE para SWMM. Justificativa: i. atende à decisão da rede de pesquisa por utilizar um único tipo de modelo para a

modelagem de processos hidrológicos em todos os estudos de caso.

Ensaio de alternativas tecnológicas de manejo (técnicas compensatórias) 1. Mudança da área de estudo da Bacia da Av. Nossa Senhora da Piedade para a Bacia do

Córrego Mergulhão. Justificativas: i. obras do projeto municipal DRENURBS de renaturalização do curso d’água na

bacia da Av. Nossa Senhora da Piedade tiveram início e atrasariam a implantação das estações de monitoramento no local em cerca de um ano;

ii. o córrego Mergulhão percorre parte do Campus da UFMG, o que facilita a instalação de equipamentos de monitoramento e reduz os riscos de vandalismo e roubo;

iii. a área de contribuição às instalações possui particular interesse para o ensaio desse tipo de técnica, particularmente no que se refere à redução da poluição difusa e à avaliação de riscos de contaminação de solos e águas subterrâneas, por ser parte de uma avenida de trânsito intenso.

4. Resultados obtidos no período Nesse item, apresenta-se uma breve descrição e discussão dos resultados obtidos pela pesquisa, no período entre outubro de 2006 e abril de 2007. Essa discussão é feita tendo por referência as metas definidas para a pesquisa e seu cronograma de primeiro ano de atividades (ver Tabela 1). Encontram-se em anexo os relatos específicos a cada meta. 4.1 Atividades realizadas segundo as metas do projeto META 1 – CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO (BACIA EXPERIMENTAL), COM DEFINIÇÃO DA CARTOGRAFIA, TIPO E USO DO SOLO E OUTROS DADOS. Atividade proposta: Coleta de dados (levantamento por imagens de satélite e visitas). Complementação do cadastro do sistema de esgotamento sanitário e pluvial. Conclusão prevista: mês 4 (janeiro 2007). Estágio atual: parcialmente realizada:

• No que se refere às imagens de satélite da bacia, a opção atual é pela aquisição de imagens do tipo “Quick bird”, em razão de sua atualidade e custo – a especificação das imagens requeridas encontra-se no Anexo 1.

• O cadastro das redes pluvial e de esgotamento sanitário foi realizado pela Prefeitura de Belo Horizonte – SUDECAP. Faltam obter informações cadastrais sobre a área da bacia que se localiza no município de Contagem.

• Diversas visitas técnicas foram feitas à área de estudo. • A despeito do atraso em concluir essa meta, as informações existentes permitem dar

continuidade aos trabalhos, sem repercussão sobre o cronograma original. • Um relatório descritivo preliminar da área de estudo encontra-se no Anexo 3,

juntamente com resultados obtidos referente à Meta 3.

META 2 – ELABORAÇÃO DOS PROJETOS EXECUTIVOS E IMPLANTAÇÃO DE DUAS TÉCNCICAS COMPENSATÓRIAS: TRINCHEIRA DE INFILTRAÇÃO E VALETA DE ARMAZENAMENTO. Atividades propostas:

• Estudos hidrológicos: chuvas de projeto; hidrogramas de projeto. • Caracterização geotécnica do local de implantação e outros critérios de projeto. • Projeto executivo das técnicas compensatórias. • Implantação das técnicas compensatórias, inclusive equipamento de monitoramento.

Conclusão prevista: mês 7 (abril de 2007). Estágio atual: parcialmente realizada:

• Estudos hidrológicos concluídos. • Estudos geotécnicos não estão concluídos em razão de aguardo de autorização pela

UFMG para instalação no local previamente escolhido, no campus Pampulha. • Anteprojetos das instalações e do monitoramento concluídos (ver Anexo 2). O projeto

executivo será elaborado uma vez obtida a autorização da UFMG para as instalações no local escolhido e realizados os estudos geotécnicos.

• A implantação das técnicas aguarda a autorização da UFMG e a liberação da segunda parcela de financiamento do projeto para a aquisição de equipamentos.

META 3 – ELABORAÇÃO DO PROJETO EXECUTIVO DO MONITORAMENTO DE EVENTOS NA ÁREA DE ESTUDO (BACIA EXPERIMENTAL). Atividades propostas:

• Escolha dos locais de instalação das estações pluviométrica, fluviométrica e de qualidade de água.

• Especificação final de equipamentos e solicitação de compra. • Projeto executivo das instalações das estações de monitoramento. • Regras de operação e planos de amostragem.

Conclusão prevista: mês 3 (dezembro de 2007). Estágio atual: parcialmente realizada:

• Escolha dos locais de instalação das estações concluído. • Especificação final de equipamentos concluída. Solicitação de compras em curso. • Anteprojeto das instalações concluído. Aguardam-se alguns trabalhos de campo

(levantamentos topográficos) para a elaboração do projeto executivo. • Regras de operação e planos de amostragem concluídos. • Encontra-se no Anexos 3 e 4 o relatório parcial relativo a essa meta:

o Anexo 3: descrição da bacia, modelagem hidrológica preliminar; dimensionamento e modelagem da estrutura de controle hidráulico para fins de medição de nível d’água;

o Anexo 4: plano de amostragem para análise de qualidade de água. Obs.: Para efeito de projeto básico da estrutura de controle hidráulico da estação de monitoramento, utilizaram-se os modelos hidrológico HEC-HMS e hidráulico HEC-RAS. Uma vez completada a obtenção de dados cadastrais dos sistemas de drenagem pluvial e de esgotamento sanitário, todas as demais atividades de modelagem serão realizadas por meio do modelo SWMM (Storm Water Management Model).

META 4 – INSTALAÇÃO E TESTES INICIAIS DE FUNCIONAMENTO DAS ESTAÇÕES DE MONITORAMENTO. Atividades propostas:

• Instalação das estações de monitoramento. • Realização de testes de funcionamento dos equipamentos e de aplicação dos

protocolos de monitoramento. • Criação de banco de dados para o armazenamento e tratamento de dados. • Treinamento de técnicos de laboratório.

Conclusão prevista: mês 9 (junho de 2007). Estágio atual: em curso:

• A instalação das estações de monitoramento aguarda conclusão do projeto executivo e aquisição de equipamentos, após liberação da segunda parcela dos recursos.

• A realização de testes de funcionamento das estações e a criação de banco de dados não puderam ser implementadas em razão da não conclusão das atividades anteriores.

• Há dificuldades para a contratação do técnico de laboratório. Novas tentativas, por meio de divulgação da oportunidade de bolsa em escolas técnicas, encontram-se em curso. Um mestrando, recentemente envolvido no projeto, tem experiência em atividades laboratoriais e está desempenhando essas funções. Porém, ele precisará do apoio do técnico, dado o número de amostras em período chuvoso.

META 5 – REALIZAÇÃO DO MONITORAMENTO, PROPRIAMENTE DITO. Atividade proposta: Operação da rede de monitoramento Cronograma previsto: início: mês 8 (maio de 2007); conclusão: mês 24 (setembro de 2008). Estágio atual: em curso:

• O monitoramento de qualidade de água de período seco de ano foi iniciado em maio de 2007, na base de uma amostragem de 24 horas por mês.

As metas 6 e 7 iniciam-se no futuro próximo, segundo cronograma. META 8 – DIAGNÓSTICO DAS POLÍTICAS E INSTRUMENTOS DE GESTÃO. Atividade proposta:

• Identificação de organizações governamentais e não-governamentais que contribuem para a formulação de políticas de gestão de águas urbanas.

• Avaliação de recursos humanos e materiais disponíveis para a gestão de águas urbanas.

• Avaliação das possibilidades de aprimoramento dos instrumentos legais, de planejamento e de financiamento do manejo de águas pluviais urbanas.

• Avaliação das possibilidades de planejamento integrado do manejo de águas urbanas. Cronograma previsto: início: mês 7 (maio de 2007); conclusão: mês 24 (setembro de 2008). Estágio atual: houve o atraso de um mês, em razão do tempo maior gasto para a seleção do bolsista DTI que está associado ao desenvolvimento dessa etapa. O bolsista foi selecionado e iniciará suas atividades no próximo mês: Junho de 2007.

4.2 Atualização do cronograma Tendo em conta o relatado no item 4.1, uma atualização de cronograma faz-se necessária. Essa atualização, necessária em decorrência do atraso na instalação dos experimentos em relação ao cronograma original, não deverá causar impactos significativos sobre a realização dos objetivos da pesquisa. Isso, sobretudo em decorrência dos seguintes fatos:

• A sazonalidade do regime de precipitações em Belo Horizonte, caracterizada por invernos muito secos. Com isso, os experimentos com técnicas compensatórias não são significativamente prejudicados pelo fato de não haver amostragem nesse período.

• A despeito da estação de monitoramento na bacia experimental ainda não estar operando, iniciou-se o programa de amostragem e análise de qualidade de água utilizando-se equipamentos adquiridos com recursos de projetos de pesquisa anteriores. Com isso, no decorrer do presente projeto de pesquisa, será possível a análise de qualidade de água em dois períodos secos e um período chuvoso.

É fundamental assegurar a conclusão das instalações experimentais até o final do mês de agosto, de forma a estarem operacionais no início do período chuvoso, ao final de setembro. A Tabela 2 contém as atualizações de cronograma.

Tabela 1. Cronograma proposto no projeto (Ano 1)

Meses Metas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

10/06 11/06 12/06 01/07 02/07 03/07 04/07 05/07 06/07 07/07 08/07 09/07 1. Caracterização da área de estudo 2. Projeto executivo e implantação das técnicas compensatórias 3. Projeto executivo do monitoramento da bacia experimental 4. Instalação das estações de monitoramento e testes 5. Monitoramento 6. Análise de resultados do monitoramento 7. Identificação das principais fontes de poluição de água 8. Diagnóstico de políticas e instrumentos de gestão Tabela 2. Cronograma atualizado do projeto (Ano 1)

Meses Metas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

10/06 11/06 12/06 01/07 02/07 03/07 04/07 05/07 06/07 07/07 08/07 09/07 1. Caracterização da área de estudo 2. Projeto executivo e implantação das técnicas compensatórias 3. Projeto executivo do monitoramento da bacia experimental 4. Instalação das estações de monitoramento e testes 5. Monitoramento 6. Análise de resultados do monitoramento 7. Identificação das principais fontes de poluição de água 8. Diagnóstico de políticas e instrumentos de gestão

ANEXOS

ANEXO 1 ESPECIFICAÇÃO PARA AQUISIÇÃO DE IMAGEAMENTO POR SATÉLITE

1 INTRODUÇÃO

O presente projeto de pesquisa possui o objetivo de desenvolver metodologiasadequadas para o gerenciamento de águas pluviais e o controle da poluição da água emáreas urbanas, como parte essencial do planejamento e desenvolvimento urbano. Para esteestudo são consideradas duas áreas, para a determinação de parâmetros hidrológicos,hidráulicos e de qualidade da água:

• bacia hidrográfica do córrego Lagoinha e do córrego Brejo do Quaresma,com monitoramento dentro da área da bacia de detenção do Vilarinho.

• bacia do córrego D’Água Funda, com monitoramento dentro da área doZoológico de Belo Horizonte.

A Figura 1 indica a localização destas duas áreas de estudo.

Figura 1. Localização das áreas estudadas

Para a caracterização da área da bacia hidrográfica, desses dois estudos de caso,deve ser realizada a obtenção de imagens ortorretificadas de satélite de alta resolução. Oprocesso de imageamento, com imagens ortorretificadas, possibilita caracterizar aspropriedades, edificações, usos do solo e cobertura vegetal.

Deverá ser entregue todo trabalho topográfico realizado em meio digital emformato de arquivo *.dwg e *.shp (shape file). Não serão aceitos imageamentos compercentuais acima de 15% de nuvens. Serão aceitas imagens de acervo datados do ano de2002 em diante, para os imageamentos solicitados nas duas áreas descritas.

1.1 IMAGENS DE SATÉLITE DE ALTA RESOLUÇÃO O produto Imagem de Satélite de Alta Resolução é referente a uma área com

cobertura específica, e deverá ser entregue composto da seguinte forma:

1.1.1 IMAGENS ORTORRETIFICADAS a)Imagem de Satélite ortorretificada, composta de três das quatro bandas espectrais

fusionadas com a banda pancromática, em cor verdadeira (Modelo R,G,B), com resoluçãoradiométrica de 8 bits por pixel e resolução espacial de 0,80m ou melhor. Sistema deProjeção: Cônica Conforme de Lambert, Parâmetros da Projeção: Longitude: -45:00:00.000; Latitude : 00:00:00; Paralelo 1: -15:30:00.000; Paralelo 2: -21:30:00.000;Falso Este: 5000000; Falso Norte: 10000000; Datum Geodésico Horizontal: SouthAmerican 1969 em formato de arquivo Geotiff com garantia de leitura pelo softwareArcGIS.

1.1.2 PADRÃO DE QUALIDADE A combinação de imagens com datas diferentes usadas na possível edição para

eliminação de cobertura excessiva de nuvens e/ou em pontos relevantes para o estudo,deverá ser identificada pelo fornecedor e o método utilizado deverá ter qualidadegeométrica e radiométrica das imagens individuais, com eliminação de bordas artificiaisprovocadas pelas junções de imagens individuais e correção de eventuais diferençasradiométricas e balanço das cores. Todo processo deverá respeitar um intervalo temporalde 30 dias para coleta de imagens de uma mesma área.

1.1.3 MAPA ÍNDICE Mapas índice com visão total da imagem da área de cobertura, com o Grid de

recortes sobreposto relativos aos dois subitens do item 2.1.1, associados às mídiascorrespondentes gravadas em CD ou DVD.

1.1.4 METADADOS Arquivo em formato *.doc com informações genéricas dos atributos e parâmetros

de coleta e tratamento das imagens, relativas ao satélite de origem e suas característicastécnicas que se façam necessárias.

2 CONSIDERAÇÃO FINAL

Mesmo quando não mencionados nesta especificação, desde que previamenteacordado com a Equipe Técnica da UFMG e sob sua orientação, deverão ser executados osserviços e utilizados equipamentos que possam ser verificados como evidentementenecessários para a solidez da execução e para que seja alcançada a finalidade do serviço.

ANEXO 2 EXPERIMENTO COM TÉCNICAS COMPENSATÓRIAS

Concepção e Dimensionamento do Experimento com Técnicas Compensatórias

Introdução O presente projeto de pesquisa tem por metas principais a melhoria do conhecimento sobre processos hidrológicos em meio urbano, em termos de quantidade e de qualidade de água, bem como de aprimoramento de soluções tecnológicas inovadoras para o manejo de águas pluviais, como é o caso das técnicas compensatórias do tipo trincheira de infiltração e valas de detenção. Apresentam-se, nesse anexo, a descrição da concepção do experimento com técnicas compensatórias e o dimensionamento preliminar da trincheira de infiltração, da vala de armazenamento e dos órgãos anexos necessários à captação das águas de escoamento e ao monitoramento das variáveis hidrológicas e de qualidade de água. Escolha da Área Para Instalação da Trincheira e da Vala No intuito de encontrar uma área que se adequasse aos objetivos do experimento, a equipe de pesquisa analisou diferentes locais no município de Belo Horizonte, com base em critérios ligados à adequação à técnica em foco (e.g.: capacidade de infiltração, declividade), às características da área de contribuição (e.g.: uso do solo, área de drenagem) e aos riscos associados ao vandalismo. Tendo em conta esses diferentes critérios, optou-se por realizar o experimento no próprio campus Pampulha da UFMG, em área localizada na bacia do córrego Mergulhão, afluente do reservatório da Pampulha. A despeito de o experimento encontrar-se localizado no campus Pampulha, a captação de águas escoamento superficial faz-se em uma via de trânsito intenso na cidade de Belo Horizonte, a Av. Carlos Luz, o que assegura condições de funcionamento das estruturas de controle de escoamentos semelhantes à escala real de sua utilização, particularmente no que se refere aos aspectos de qualidade de água (ver Figuras 1 a 3). O solo predominante na área é o latossolo vermelho-amarelado, pouco espesso, de acordo com estudos realizados pela Prefeitura de Belo Horizonte (DRENURBS, 2002)1, o que deverá assegurar taxas de infiltração adequadas ao emprego da técnica de infiltração nessa área. Outros aspectos relevantes, como a declividade topográfica da área de implantação, a distância entre o fundo da trincheira e o lençol freático e a medição da capacidade de infiltração serão objeto de estudos detalhados, ainda não realizados por estarem dependentes de uma decisão final da UFMG, autorizando a implantação do experimento nessa área do campus. Portanto, os dimensionamentos aqui apresentados constituem uma etapa de projeto conceitual. A realização do projeto conceitual permitiu o estabelecimento de metodologia de dimensionamento e a concepção e dimensionamento do aparato de monitoramento. Assim, a elaboração do projeto básico e do projeto executivo poderá ser realizada em curto prazo, esperando-se dispor do projeto executivo até o final do mês de junho próximo. 1 TECISAN, Diagnóstico Sanitário e Ambiental Bacia do Córrego Engenho Nogueira, volume 1- tomo 1, Belo Horizonte, 2002

A área de contribuição perfaz 520 m², sendo considerado duas bocas de lobo a serem fechadas a montante da da estrutura de captação. Como esta zona constitui-se praticamente só de pavimento asfáltico, com uma faixa vetada de passeio, estimou-se a taxa de impermeabilização em 90%.

Figura 1. Croquis de localização da bacia do córrego Mergulhão no município de Belo Horizonte

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Anel Rodoviário

Campus da UFMG

Planta de Localização

Experimento

BH Tech

Av. Antônio Carlos

Figura 2. Croquis de localização do experimento na Av. Carlos Luz

Figura 3. Fotos da Av. Carlos Luz (esq.) e do local escolhido para a implantação das técnicas

Dimensionamento das estruturas: vala de detenção e trincheira de infiltração

Para o dimensionamento da vala de detenção e da trincheira de infiltração, adotaram-se os seguintes métodos:

• Chuva de projeto com base na curva IDF regionalizada para a Região Metropolitana de Belo Horizonte (Pinheiro, 19972);

• Hidrograma de cheia: hidrograma triangular, tendo como tempo de base a duração da chuva e como vazão de pico a calculada pela equação do método racional;

• Propagação da cheia na estrutura (vala ou trincheira) calculada pelo método de Puls; • Tempo de retorno adotado em projeto: 10 anos, segundo padrão SUDECAP (Prefeitura de

Belo Horizonte) para dimensionamento de estruturas de microdrenagem.

Adotou-se como duração da chuva de projeto o conceito de duração crítica, efetuando-se a modelagem hidrológica do funcionamento da estrutura para diferentes durações, a partir da duração 5 minutos, até atingir-se o máximo volume a ser armazenado na estrutura.

No caso da vala de detenção, o critério para fixar a vazão máxima de saída foi a vazão natural, estimada com a mesma metodologia acima descrita, admitindo-se o solo em seu estado natural. No caso da trincheira, a vazão de saída foi estimada com base na condutividade hidráulica à saturação, fixada em 4,84.10-6 m/s e, naturalmente variou com o volume armazenado na trincheira. O valor da condutividade hidráulica, brevemente, será obtido por meio de ensaios de permeâmetro de Geulph.

A Figura 4 ilustra os resultados de simulação da duração crítica do evento de precipitação para o caso do dimensionamento da trincheira. Os resultados de dimensionamento das duas estruturas encontram-se na Tabela 1. 2 PINHEIRO, M. M. G. - Estudo de Chuvas Intensas na Região Metropolitana de Belo Horizonte, Dissertação de

Mestrado, Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, 1997.

Duração Crítica Trincheira

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 240 480 720 960 1200 1440 1680 1920 2160 2400 2640 2880

Duração (mins)

Volu

me

Máx

imo

Arm

azen

ado(

m³)

Figura 4. Estudo de duração crítica de precipitações para o dimensionamento da trincheira de

infiltração Tabela 1. Dimensionamento das estruturas compensatórias

Dimensões Variáveis hidrológicas Estrutura H C L ∆tcrit Qmaxi Qmaxo Vmax

(m) (m) (m) (min) (l/s) (l/s) (m3) Trincheira 1,0 12,0 2,4 978 (16,3h) 18,0 0,14 8,6 Vala 1,0 4,0 1,5 10 11,5 4,1 2,24 Sendo: H: profundidade ∆tcrit: duração da chuva crítica C: comprimento Qmaxi: vazão de pico de entrada L: largura Qmaxo: vazão de pico de saída Vmax: volume máximo armazenado As Figuras 5 a 8 ilustram o arranjo do experimento no campus Pampulha.

Figura 5. Planta geral do experimento

Figura 6. Zoom sobre a estrutura de captação

Figura 7. Zoom sobre estruturas de adução e de medição de precipitação e de vazão

Figura 8. Zoom sobre os dispositivos de drenagem de vazões efluentes

Dimensionamento das estruturas: captação, adução e medição de vazões O dispositivo de captação de água na sarjeta da via foi dimensionado com base nas vazões de projeto definidas para as estruturas compensatórias. Foram consideradas, igualmente, restrições impostas por redes enterradas no passeio (cabos de fibra ótica) e outras possíveis interferências. O tubo de captação de água, na boca de lobo, foi dimensionado para a vazão de projeto como um bueiro, funcionando com controle hidráulico à entrada (controle de orifício). Como resultado dessa etapa, optou-se pelo emprego de um tudo de diâmetro 200 mm, implantado com declividade de 0,01 m/m, funcionado com vazão admissível de projeto de 36,8 m3/s. O comprimento dessa tubulação depende ainda de algumas definições de lay-out geral do projeto. As Figuras 9 a 11 ilustram essa instalação.

Figura 9. Planta da boca de lobo

Figura 10. Boca de lobo, corte AA

Figura 11. Boca de lobo, corte BB

As Figuras 12 a 14 ilustram o funcionamento da estrutura de captação como bueiro com controle à entrada, conforme simulação utilizando-se o modelo HEC-RAS em regime de escoamento permanente e variado.

Figura 12. Saída HEC-RAS: perfil da linha d’água ao longo do bueiro de captação

Figura 13. Saída HEC-RAS: linha d’água na seção de montante (entrada) do bueiro de captação

Figura 14. Saída HEC-RAS: linha d’água na seção de jusante (saída) do bueiro de captação

A caixa de passagem foi concebida para permitir a divisão das águas de escoamento destinadas a cada estrutura compensatória (Figuras 15 e 16). As águas de escoamento serão conduzidas às estruturas por meio de tubulações que, igualmente, foram concebidas para funcionar como bueiros com controle à entrada. Entretanto, para a vazão de projeto, as condições locais de implantação e a localização das calhas Parshall, destinadas à medição de NA para cálculo da vazão afluente às estruturas, afogaram a saída dos tubos e conduziram a seu funcionamento sob pressão. Não há restrições maiores a esse tipo de funcionamento, prevendo-se, para assegurar condições adequadas de medição de NA a instalação de uma estrutura tranqüilizadora do escoamento à montante das calhas.

Figura 15. Planta da caixa de passagem

Figura 16. Caixa de passagem: corte AA

As estimativas de vazões afluentes serão realizadas por meio de medidor de regime crítico do tipo Parshall. A escolha das dimensões das calhas foi feita com base na vazão máxima afluente calculada em 18,4 l/s por tubulação de adução, utilizando-se estruturas padronizadas. As calhas serão construídas em acrílico, compreendendo a própria calha, um canal a montante, em seção transversal retangular, de 2,0 m de comprimento, e um canal a jusante, igualmente em seção transversal retangular, com 5,0 m de comprimento (Figuras 17 a 19).

Figura 17. Planta da calha Parshall – medidas em cm. Garganta = 7,6 cm (3”).

Figura 17. Detalhe da calha Parshall em planta, medidas em cm.

Figura 18. Corte longitudinal da calha Parshall, medidas em cm.

Verificações de funcionamento hidráulico do sistema descrito foram realizadas, utilizando-se o modelo HEC-RAS, para as vazões de 5,0, 10,0, 15,0 e 18,4 l/s, sugerindo o adequado funcionamento hidráulico do mesmo segundo os objetivos requeridos (Figuras 19 e 20)

Figura 19. Estrutura de medição de nA: perfil longitudinal da linha d’água para a vazão de projeto 18,4 l/s

Figura 20. Estrutura de medição de nA: perfil longitudinal da linha d’água, vazão de 5,0 l/s

O sistema de monitoramento de quantidade de água requererá os seguintes equipamentos:

• 04 sensores de nível (02 calhas Parshall, 01 trincheira, 01 vala), • 01 data logger alimentado por bateria, • 01 pluviógrafo de registro contínuo.

Plano de amostragem da qualidade de água Pressupõe-se o monitoramento de qualidade de água de pelo menos 10 eventos, durante o período chuvoso do ano. As amostras serão do tipo composta, constituindo-se uma amostra por evento por ponto de coleta. São os seguintes os pontos de coleta:

1. caixa de passagem; 2. saída da vala de detenção; 3. saída da trincheira de infiltração.

No caso da trincheira, a amostragem será feita por meio de um dreno colocado no fundo da mesma, ligado a um tubo controlado por um registro.

ANEXO 3

1. BACIA DO CÓRREGO D’ÁGUA FUNDA: BREVE DESCRIÇÃO 2. DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA DE CONTROLE

HIDRÁULICO DA SEÇÃO DE MEDIÇÃO

ANEXO 4 PLANO DE AMOSTRAGEM PARA ANÁLISES DE QUALIDADE DE ÁGUA