Blog do Tucci

As inundações que vem ocorrendo em São Paulo não podem ser tratadas como um desastre natural, mas por um desastre construído por urbanistas, engenheiros sanitaristas e políticos entre outros.
Num período chuvoso como deste ano, que não é nenhuma excepcionalidade climática (somente tem uma freqüência menor), tem deixado alarmada a população, que ao ver o céu escuro, não tem idéia do que poderá ocorrer com seus bens ou com sua vida. Talvez um dos poucos benefícios de um período chuvoso como este é o de sensibilizar os decisores sobre o uso do solo urbano e das obras de engenharia sanitária das cidades brasileiras.
O Planejamento das cidades se baseia em avenidas paralelas aos rios urbanos, mas como os rios teimam em não escoar de forma retilínea, os rios são retificados para aumentar a vazão e chegar rapidamente às seções que geram inundações. Como as empresas de saneamento não fazem a sua parte, o esgoto também vai para os canais. Durante o período seco estes canais ficam poluídos com mau cheiro, crescimento de vegetação e de mosquitos. Para evitar isto, os decisores e mesmo a população pede que estes canais sejam cobertos, jogando para baixo do tapete todos os seus problemas, o que infelizmente é aprovado por fracas entidades ambientais licenciadoras. Com o passar do tempo o lixo, que também não é coletado, vai para o nosso infeliz rio urbano que agora é um “canal lixão”. Este lixo passa a entupir e produzir inundações devido à falta de capacidade de passar a água, a aceleração do escoamento e a impermeabilização. O fechamento dos rios urbanos é ainda entusiasmadamente apoiado por exploradores imobiliários. Este tipo de cenário você encontrará sem distinção perto de sua casa em qualquer lugar do Brasil.
O resultado deste cenário é a perda de todos os rios urbanos, sem contar todos que já estão debaixo do centro das cidades. Será esta cidade que queremos? Viver num inferno de calor devido o efeito de absorção da radiação pelo concreto, sem áreas verdes e com os rios totalmente fechados e com inundação, não pode ser desejado por pessoas com o mínimo de inteligência. No entanto, este processo é resultado de incompetência técnica, políticos de resultado imediato e licenciadores que aprovam estes problemas. Estamos em um ano eleitoral, portanto é o momento de cobrar estes decisores por escolhas inadequadas como esta e denunciar projetos que tratam os rios como lixeiras cobertas. Não deixe seu rio urbano ser coberto ou canalizado.
Para buscar a sustentabibilidade e a melhoria dos rios urbanos não é apenas um problema de drenagem, mas de urbanismo, esgotamento e tratamento sanitário, drenagem e resíduos sólidos. Estes serviços estão fragmentados na cidade com resultados ruins. Seria como quatro médicos tratando de um paciente na UTI sem conversarem entre si. O paciente é a cidade.
Os rios urbanos necessitam de manter seu curso, suas condições de conservação e obedecer a lei ambiental. Para recuperá-lo é necessário despoluir a bacia, amortecer o escoamento e manter protegido o leito do rio.
Alguns políticos estão acostumados a dizer que saneamento não dá voto, mas o ex-prefeito de Seul desenvolveu um projeto de recuperação do rio histórico da cidade, retirando viaduto e cobertura de concreto, despoluiu a bacia, tratou o esgoto e desenvolveu o urbanismo da área e seu tráfego. Virou notícia e citação em todo o mundo, sendo eleito presidente da Coréia do Sul (o atual), acho que isto mostra como a população está atenta a este processo e sua maneira de viver.
Urbanismo e a infra-estrutura de engenharia não envolve construir uma cidade de concreto, mas criar um ambiente de vida em todos os sentidos, lamento que infelizmente isto não esteja ocorrendo. Você está fazendo algo para mudar isto? Eu estou tentando.

As inundações freqüentes em São Paulo têm chamado atenção pelo impacto de parar uma cidade deste tamanho e das mortes por escorregamento de solo das encostas. Por várias vezes, quando encontro algumas pessoas que sabem que atuo em inundações, vem a pergunta “É possível resolver as inundações em São Paulo?“.
Para responder esta pergunta é necessário entender as causas e identificar as soluções possíveis. No cenário atual brasileiro é possível afirmar que São Paulo é sua cidade amanhã. Somente chegou antes (numa grande escala) e foi agravado pela forma como nossas cidades se desenvolvem.
As causas são combinações do seguinte:

•Desenvolvimento urbano predatório, como excesso de ocupação e densificação urbana sem espaço e sem considerar as diferentes infra-estruturas urbanas. Isto resulta em aumento do escoamento superficial de 15% para algo da ordem de 70% do total da Precipitação;
•Com a redução da infiltração, a recarga da água subterrânea é reduzida e os rios devem ficar seco quando não chove. Somente não ocorrem hoje devido as perdas da rede de abastecimento de água e da falta de coleta de esgoto.
• Este volume que deve escoar é ainda acelerado no tempo pela construção dos condutos e canais na cidade, fazendo com que a água chegue ao mesmo tempo nos rios principais como: Pinheiros e Tietê e outros;
•A cidade gera uma grande quantidade de resíduos sólidos e parte dele vai parar nos rios e condutos. Numa pesquisa de oito meses em Porto Alegre, identificamos que 34% do que entra nos condutos fica retido, diminuindo sua capacidade de escoamento. Ë como esclerosar as artérias de escoamento da cidade;
•A falta de coleta e principalmente tratamento de esgoto, mistura água pluvial e esgoto como foco de doenças. Isto avança pouco por falta de investimento e compromisso com os rios. As empresas de Saneamento no Brasil cobram por esgoto quando coletam e não quando coletam e tratam (com suporte da própria justiça e legislações!!!), portanto qual será o interesse econômico em concluir o trabalho?;
•As ocupações de áreas de risco de escorregamento do solo, pela pressão pelo espaço, têm várias causas econômicas e sociais com a complacência dos três poderes e a irresponsabilidade das pessoas que invadem. É quase um atestado de óbito nos períodos chuvosos;
•Nos anos chuvosos (El Nino) estes problemas ficam abertos e se agravam. O problema é que passado este período, as pessoas e os governos esquecem, até que venha outro período igual. Portanto falta gestão responsável e preventiva de longo prazo, que é possível quando existe Estado. Como atualmente no Brasil existe apenas Governo (4 ou 8 anos), as ações de longo prazo são limitadas.

Para dar solução a estes problemas é necessário em primeiro lugar construir Estado nas administrações públicas brasileiras, para que seja possível desenvolver medidas delongo prazo.
Não é possível eliminar inundações, mas é possível reduzir a sua freqüência, reduzindo os prejuízos e melhorando a qualidade de vida. Estimo que as perdas por inundações do tipo que ocorre em São Paulo (na drenagem urbana) é da ordem de R$ 7,5 bilhões de reais por ano. Se controlarmos as enchentes para 10 anos de recorrência nas cidades brasileiras pode-se reduzir este prejuízo em 85%. Para isto seria um total da ordem de R$ 21 - 25 bilhões, isto significaria que em poucos anos a redução de prejuízos pagariam os custos de controle (Estes valores são estimativas gerais para se ter apenas uma ordem de grandeza).
Estas soluções passam por um Plano Diretor de Drenagem que envolva o controle do uso do solo das áreas ainda não construídas e as medidas estruturais para reduzir os impactos existentes. No caso de São Paulo, como a maioria da cidade já está construída, as medidas passam muito pelas obras, mas deve-se procurar trabalhar os serviços e medidas legais que apóiem a redução de parte dos impactos acima, que geralmente não existem como:

•Instalar o serviço de drenagem urbana com a cobrança de uma taxa baseada na área impermeável das propriedades (a lei de saneamento prevê). Isto permitiria ter melhor manutenção e limpeza dos sistemas. A sua justificativa seria de compensação ambiental. Estimo que esta taxa seja da ordem de R$1/m2 de área impermeável/ano. No Brasil existem apenas duas cidades com serviço instalado de Drenagem urbana;
•Medidas legais para redução dos sólidos. No estudo acima mencionado 84% de todo o material sólido que sai da drenagem é plástico, principalmente saco plástico. Muitas cidades no mundo legislaram impedindo certos usos de embalagens, já que o usuário e o fabricante do plástico está recebendo um subsídio do ambiente e de quem sofre as inundações;
•Taxa das benfeitorias, ou seja, das obras de drenagem, com base na área impermeável de cada propriedade. Estimo da ordem de R$ 15 a 25/m2 de área impermeável para pagar pelas obras. A justificativa é que a área impermeável gera 6,2 vezes mais escoamento que uma área permeável.
•Plano de Obras de controle de inundação por bacia hidrográfica, usando metodologias atuais de dimensionamento de obras. Os critérios no Brasil estão totalmente defasados tecnicamente, exemplo: O uso de canalização somente aumenta os problemas, solução mais utilizada no Brasil; a duração da chuva de projeto igual ao tempo de concentração subestima os volumes das detenções;
•Prioridade para o planejamento e controle das áreas de risco nas cidades, com medidas legais ágeis para retirada de pessoas destas áreas.

Esta é uma resposta longa para a pergunta acima e também não é totalmente completa para ser descrita em duas páginas, mas é um caminho para buscar medidas de longo prazo para reduzir estes impactos. Portanto:
sim, é possível resolver.

Os principais usos dos modelos hidrológicos são principalmente para: (a) entender o comportamento dos processos hidrológicos; (b) Análise de consistência e extensão de séries hidrológicas em locais com poucas informações; (c) dimensionamento e planejamento de desenvolvimento numa bacia hidrográfica; (d) previsão de vazão; e (e) predição com base em modificações naturais e antrópicas da bacia hidrográfica.

Comportamento

São usados para melhor entender o comportamento dos fenômenos hidrológicos na bacia. O detalhamento do modelo permite ao hidrólogo separar os fenômenos e, em conseqüência estudar a sensibilidade das variações para bacias com diferentes características. Além disso, é possível testar e avaliar diferentes formulações para os processos. A grande dificuldade encontrada tem sido em separar os processos combinados através da medição de variáveis intermediárias que são difusas na bacia, além do próprio custo de estimativa. O que geralmente ocorre são medidas em pequenas bacias, contudo os resultados ficam pouco representativos de bacias maiores.

Análise de consistência e extensão de séries hidrológicas

Devido a facilidade de operação e custo, é normal existirem séries mais longas de precipitação do que de vazão. Portanto, através do modelo é possível, após o ajuste, a extensão da série de vazão com base na precipitação. O modelo também pode ser utilizado para analisar a consistência da curva-chave (relação entre os níveis e vazões de um local de um rio), dos níveis observados e da precipitação, além de permitir a verificação de alterações no rio e na bacia.

Dimensionamento e previsão de cenários de planejamento

Conhecida a precipitação e o risco de ocorrência da mesma é possível estimar a vazão resultante, para cenários de uso e modificações da bacia, visando ao dimensionamento ou planejamento de alternativas de desenvolvimento do sistema. Neste caso, os modelos hidrológicos utilizados podem ter algumas limitações, quanto a simulação de certos cenários de desenvolvimento diferentes daquele do ajuste (a modificação do uso do solo).
Existe diferença entre simulação de condições de projeto e simulação de eventos ou períodos observados ou com compromisso de reproduzir condições ocorridas. O primeiro tem como finalidade obter uma condição limite de funcionamento de uma obra de segurança. Portanto, a combinação de entrada, parâmetros e características do sistema podem levar a valores extremos superiores de segurança, sem um compromisso efetivo de reprodução de condições conhecidas.

Previsão e Predição de vazão

A previsão de vazão num sistema hídrico envolve a estimativa num determinado período de tempo desta variável. A predição é a estimativa da vazão sem relação com um período de tempo definido, como a vazão com um determinado nível de probabilidade de ocorrência num determinado local.
As previsões podem ser de curto prazo, de poucas horas até alguns dias de antecedência e de longo prazo ou sazonais com antecedência de 1 a 9 meses. Geralmente a previsão de curto prazo é utilizada para gerenciamento de cheias, mas existem várias outras aplicações como: navegação, onde a carga transportada depende do calado e do nível do rio; atendimento da irrigação e abastecimento; usos múltiplos como energia e controle de inundações. A previsão de longo prazo ou sazonal tem sido realizada através de métodos que utilizam escoamento, mas com o uso de modelos climáticos ou técnicas empíricas e probabilísticas entre variáveis climáticas e hidrológicas como a vazão a previsão tem melhorado. A previsão de longo prazo permite reduzir as incertezas da avaliação econômica de algumas commodities relacionadas com recursos hídricos como: planejamento do preço da energia num sistema baseado em hidroelétricas; produção agrícola para áreas não irrigadas; e gerenciamento de conflitos.

Variabilidade climática e uso do solo

O desenvolvimento dos recursos hídricos ao longo do século vinte foi baseado em técnicas desenvolvidas por engenheiros para o dimensionamento e planejamento de sistemas hídricos. A base de todas estas técnicas é a estatística da série histórica das vazões medidas nos rios. Portanto, admite-se de início os seguinte princípios básicos: As séries de vazões são homogêneas ou estacionárias, ou seja as suas estatísticas não variam com o tempo; as amostras utilizadas são representativas. As séries podem-se alterar por: (a) variabilidade climática no período de amostra; (b) modificação climática; (c) modificação do uso do solo. Os modelos hidrológicos podem ser utilizados para retirar a estacionalidade da série, representando estes efeitos.

Nas últimas duas semanas ocorreram várias mortes devido a inundação em diferentes locais do país, sem contar os prejuízos econômicos. Os casos de morte mais marcantes foram a queda da ponte em Agudos no Rio Grande do Sul e o escorregamento das encostas em Angra dos Reis, além das inundações na baixada fluminense. Os prejuízos econômicos ocorrem em São Paulo afogada por carros e indefesa a qualquer chuva acima de 30 mm em poucas horas.

O caso de Agudos mostra uma problema latente no país que é a falta de manutenção e inspeção de pontes por parte dos responsáveis pelas rodovias. Esta ponte tinha mais de 40 anos e se encontra num trecho retilíneo do rio. O colapso de uma ponte pode ocorrer devido a excesso de carga e problemas estruturais ou por efeito da erosão do leito e da fundação. Provavelmente foi o último o caso, onde o rio deve ter desenvolvido processos erosivos ao longo do tempo e a velocidade da água da cheia (pode ter ocorrido aumento por alterações na bacia) dos últimos dias produziu as condições finais de colapso. Isto pode ser prevenido por inspeções da evolução do leito e das fundações das pontes, o que envolve conhecimento estrutural e de erosão de rios.

O caso de Angra dos Reis envolveu o escorregamento de encostas atingindo as habitações construídas nestas áreas. Infelizmente este cenário tem ocorrido em diferentes cidades do país todos os anos. A causa principal é a ocupação de áreas de risco e a falta de zoneamento destas áreas por parte dos municípios, associado a imprudência e falta de informação da população que coloca em risco seus familiares.

A área de inundação da baixada fluminense sempre foi área de risco que foi ocupada e tem a tendência de ser inundada com grande freqüência. Esta imprudência é semelhante a anterior, com menor risco de morte, mas de prejuízos freqüentes. Aqui também o zoneamento é o caminho, mas observa-se que apesar de todas as cidades possuírem Plano Diretor, nenhum destes instrumentos inclui o zoneamento da área de risco. Este zoneamento é fundamental e a ocupação poderia ser controlada pelo próprio financiamento dos bancos para a população de renda maior.

No caso de São Paulo, o problema fundamental é a super-exploração do espaço pelo mercado imobiliário, com impermeablização do solo (procure olhar nas ruas da sua cidade onde existe espaço para a água infiltra, se existe!!) e canalização do escoamento transferindo de uns para outros o problema, sem nenhum controle da impermeabilização. Em São Paulo, possui uma regulamentação de amortecimento da água das novas construções que subestima os volumes de controle, apesar dos problemas existentes é o somatório de muitas décadas.
Como se observa acima:

•é um problema recorrente na sociedade brasileira, após as chuvas é esquecido até a próxima temporada;
•Num ano de El Nino, quando as chuvas são maiores os problemas também são, apesar de muitos usarem desculpas novas como as mudanças climáticas;
•Faltam instituições sérias nos três níveis de governo (apesar da responsabilidade maior estar no município) que atuem preventivamente neste problema.
•Existe um incentivo pernicioso da forma como estado brasileiro atua sobre o problema. Quando ocorre um evento, o Prefeito, junto com o governador declara calamidade, recebe dinheiro a fundo perdido e não necessita de licitação pública para gastar o dinheiro. Uma piada retrata bem este caso: Um Prefeito hipotético de uma cidade em inundação procura o governador para declarar calamidade, enquanto espera, recebe uma ligação do seu assessor dizendo “Prefeito acelere os entendimentos que o rio está perigosamente diminuindo o nível !!“.

Inundações sempre ocorreram, mas é necessário diminuir seus impactos e cabe aos governos trabalharem todo o ano e não somente durante o evento.

Dando continuidade a sequencia de artigos sobre modelos, nesta semana apresentamos um resumo da evolução dos modelos hidrológicos.

Os primeiros modelos tratavam de descrever os processos de cada componente do ciclo hidrológico, como infiltração, por Horton na década de 30, o escoamento em rios, por MacCarthy com o Modelo Muskingun e Puls para o escoamento em reservatório.

Os problemas e os sistemas eram delimitados para se obter a solução de um problema específico. Somente na década de 50, em função da disponibilidade do computador, apareceram os primeiros modelos hidrológicos que reuniam os vários processos para descrever a transformação da precipitação em vazão como os modelos SSARR (Rockwood, 1958). As décadas de 60 e 70 foi marcada pela introdução de vários outros modelos que contribuíram com características singulares como o Stanford IV que introduziu a distribuição espacial da avaliação da infiltração, Dawdy e O’Donnell (1965) e HEC-1. Ibbitt em 1973 que introduziu a otimização dos parâmetros de um modelo hidrológico, entre outros. Neste período foram apresentados vários outros modelos hidrológicos que tinham um novo nome, mas eram combinações de outros algoritmos básicos, com relação aos modelos citados. Em realidade, o número de combinações possíveis de diferentes métodos em cada componente da parte terrestre do ciclo hidrológico é muito grande e cada pesquisador tendia a buscar a que se sentia mais familiar, ou a que apresentava os melhores resultados nas bacias da sua região.

Nesta época surgiram alguns trabalhos de comparação entre os diferentes modelos, organizados por instituições como a WMO ou OMM (Organização Meteorológica Mundial). Por exemplo, a WMO em 1975 comparou modelos conceituais para previsão e WMO em 1986 tratou da comparação de modelos para geração de séries de vazões e neve. Já WMO em 1992 tratou da comparação de modelos para previsão em tempo real. Os resultados de comparação entre modelos geralmente não se mostraram claros, principalmente porque as incertezas dos dados e da representatividade são maiores que as diferenças entre as equações utilizadas e a habilidade do usuário em buscar um conjunto de parâmetros na simulação compensavam as diferenças entre modelos que usam equações empíricas equivalentes. Portanto, dentro de um mesmo grupo de modelos, o melhor é aquele em que o usuário possui mais familiaridade.

Estes modelos foram introduzidos para analisar o comportamento dos processos hidrológicos, estender séries de vazões para regularização de vazão e dimensionamento de obras. Objetivos primordialmente de projetos específicos de engenharia em que a série para ajuste é estacionária. Os modelos tinham características semelhantes e não mostravam melhoria de simulação porque as principais limitações estavam relacionadas com a representação da distribuição temporal e espacial da precipitação, onde os erros eram maiores que os ganhos que poderiam ser incorporados pelas variantes de uma equação empírica e em detrimento de outra.

No final da década 70 início da de 80 verificou-se duas tendências:

(a) os modelos tinham muitos parâmetros, o que dificultava seu ajuste quando existiam muitas sub-bacias e processos que produziam pouca sensibilidade na vazão de saída. Verificou-se que com apenas alguns parâmetros (cerca de 3 a 4) podia-se obter resultados equivalentes devido a baixa sensibilidade dos demais, resultando em modelos com menor número de funções e parâmetros (IPH II, Tucci et al, 1981 e Lopes et al, 1982) e mais eficientes na engenharia. Uma das aplicações que mais se beneficiou desta simplificação foi a previsão em tempo – real que necessitava de parcimônia para melhorar a atualização dos parâmetros;

(b) com o aumento da preocupação ambiental e avaliação do impacto da alteração do uso do solo iniciou-se o desenvolvimento de modelos com maior base física, procurando estabelecer relações que pudessem ser estabelecidas entre as características físicas do sistema e os parâmetros, reduzindo o empirismo das estimativas dos parâmetros. No fundo isto significava ir além da equação da continuidade, ou seja como em rios em canais, introduzir a equação de quantidade de movimento que representa o efeito das forças no escoamento.
Nesta linha, observou-se o desenvolvimento de modelos:

•na área de agricultura com o objetivo de a avaliação do escoamento, sedimentos e componentes de qualidade da água em pequenas parcelas rurais, alguns hectares (CREAMS, USDA, 1980; ANSWERS, Beasley e Huggins,1981). O componente de transformação de precipitação e vazão geralmente são algoritmos utilizado nos modelos em sub-bacias maiores; e
•modelo hidrológicos que retratavam apenas a transformação chuva-vazão com fundamentos hidrológicos físicos como o Topmodel e o SHE . Estes e os anteriores são denominados de distribuídos porque geralmente utilizavam algum atributo espacial de discretização mais aprimorado que a sub-bacia. No entanto, não apresentavam melhor resultado que os modelos tradicionais no hidrograma de saída devido ao seguinte: (1) a representação espacial e temporal da precipitação é onde reside o maior erro e alguns pluviômetros limitam os resultados; (2) a dificuldade de ajustar o modelo para um número muito grande de parâmetros; (3) o usuário tem dificuldade de assimilar o grande número de interações espaciais e ganhar sensibilidade no seu uso; (4) as formulações introduzidas ainda carregam muito empirismo e os parâmetros estimados numa parcela não representa necessariamente o processo no espaço maior; (5) a falta de dados em diferentes escalas dificulta o entendimento e a representação dos processos de escala hidrológica. O benefício é o de poder retratar processos distribuídos.
•Na década de 90, com o desenvolvimento de modelos climáticos globais, verificou-se que a atmosfera não era um sistema isolado e necessitava de informações e interações com os oceanos e a terra. Ao buscar simular o sistema terrestre para integrar com os modelos climáticos identificou-se que as escalas de resolução eram incompatíveis entre si. Uma quadrícula do modelo GCM era maior que toda a bacia usualmente simuladas em hidrologia. Alguns autores trataram de representar os processos como o escoamento no solo por equações diferenciais, mas existe pouca coerência espacial, pois estas equações retratam processos observados em poucos metros, enquanto que os modelos climáticos possuem quadrículas da ordem de 100 km! Este desafio aumentou ainda mais a necessidade da hidrologia de escala e o estabelecimento de funções físicas que pudessem ser aferida no campo. Os modelos hidrológicos de grandes bacias se desenvolveram buscando o princípio de distribuição espacial da capacidade de infiltração utilizado no Stanford IV e usado nos diferentes modelos a seguir. Os modelos para grandes bacias necessitam tratar o problema de forma distribuída e estabelecer quadrículas compatíveis com os modelos climáticos.
•Neste mesmo período, os avanços de modelos distribuídos na escala da bacia hidrográfica (meso escala) mostrou avanços importantes principalmente através: do uso do geoprocessamento que permitiu a identificação espacial das variáveis de entrada e de atributos físicos das bacias, também utilizada nos citados modelos no parágrafo anterior; uso de incerteza na estimativa de parâmetros mas sensíveis;

Na simulação dos efeitos de alteração do clima, das condições antrópicas (outras além do efeito estufa) em diferentes escala tem exigido dos modelos o seguinte:

•formulações que retratem não somente a transformação de precipitação em escoamento, mas também a produção e o transporte de sedimentos, a qualidade da água e ainda o desenvolvimento de novas paisagens ambientais em função dos condicionantes gerados;
•modelos de identifiquem de forma adequada as incertezas geradas pelos seus diferentes condicionantes e propaguem a mesma para a variável de decisão;
•modelos que retratem os processos nas suas escalas espaciais.