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INFLUÊNCIA DA URBANIZAÇÃO NAS VAZÕES MÁXIMAS DE PEQUENAS BACIAS
1 Thiago Roberto Batista,
Sandra Regina da Luz,
Benedito Cláudio da Silva
RESUMO
O aumento da impermeabilização das superfícies tem gerado sérios problemas. A água da chuva que antes era infiltrada passa a
escoar por superfícies de concreto, gerando problemas ambientais, relacionados à contaminação dos corpos de água, bem como
os de saúde pública. Com a impermeabilização do solo há um aumento na velocidade do escoamento bem como nos picos de
vazões, potencializando os riscos de ocorrência de inundações. Diversas bacias localizadas próximas de áreas urbanas ainda são
de predominância parte rural, com grandes áreas cobertas por matas e pastagens, porém apresentam tendências de ampliação da
área urbanizada, com a construção de novos loteamentos. O presente trabalho consiste numa análise do efeito do crescimento da
urbanização nas vazões de três bacias através de modelagem hidrológica, utilizando o software IPHS-1. A análise dos hidrogramas
para os cenários atual e futuro comprovam que, se houver um crescimento da urbanização, a tendência é a diminuição dos tempos de
concentração e o aumento das vazões máximas.
PALAVRAS-CHAVE: urbanização, vazão máxima, simulação hidrológica.
ABSTRACT
URBANIZATION INFLUENCE IN MAXIMUM FLOWS OF SMALL BASINS
The increase of sealing of the areas has created serious problems. The rainwater that used to infiltrate now runs by concrete surfaces,
creating environmental problems related to contamination of the water bodies and the public health. With the sealing of soil there is
an increase in speed of disposal and in peak flow rates, increasing the risk of floods. Several basins located near urban areas are still
predominantly rural, with large areas covered by forests and pastures, but trends show expansion of the urbanized area, with the
construction of new subdivisions. This paper is an analysis of the effect of increasing urbanization in the three basins flows through
hydrologic modeling using the software IPHS-1. The analysis of the hydrographs for current and future scenarios show that if a growth
of urbanization, the trend is to decrease the time of concentration and increase in maximum flows.
KEYWORDS: urbanization, maximum flow, hydrologic simulation.
1. INTRODUÇÃO
A urbanização desordenada das bacias hidrográficas gera
diversos desequilíbrios ao meio ambiente e, consequentemente,
danos ao homem. Uma das consequências provocadas pela falta
de planejamento da ocupação e uso do solo é a alteração de alguns
processos inerentes ao ciclo hidrológico. A urbanização acarreta
na diminuição na cobertura vegetal e impermeabilização do solo,
direcionando maior parcela de água pluvial a um escoamento
superficial, dada a redução da interceptação vegetal, infiltração e
evapotranspiração pela retirada da sua proteção natural, além de
diminuir a recarga dos aquíferos subterrâneos. A consequência
deste processo é um aumento nos volumes escoados e nas
vazões de pico, ao mesmo tempo em que ocorre a redução do
tempo de concentração, provocando eventos de cheias cada vez
mais críticos (Urbonas, 1993; Tucci, 2003; Clarke & King, 2005).
O escoamento pluvial pode produzir inundações e impactos
nas áreas urbanas por dois processos, que ocorrem isoladamente
ou de forma integrada: inundações de áreas ribeirinhas e inundações
devido à urbanização. Estas últimas ocorrem devido à impermeabilização
do solo, canalização ou obstrução ao escoamento. As
enchentes aumentam a sua frequência e magnitude em razão da
ocupação do solo com superfícies impermeáveis e da rede de condutos
de escoamentos. O desenvolvimento urbano pode também
produzir obstruções ao escoamento como aterros e pontes, drenagens
inadequadas, z
entupimento de condutos e assoreamento.
Com a urbanização, a cobertura da bacia é em grande parte
impermeabilizada com edificações e pavimentos e são introduzidos
condutos para escoamento pluvial, gerando as seguintes
alterações (Tucci, 2007):
1 Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI, Av. BPS, 1303. Pinheirinho, Itajubá /MG (35) 3629 1411 – silvabenedito@gmail.com
• Redução da infiltração no solo;
• O volume que deixa de infiltrar fica na superfície, aumentando
o escoamento superficial. Além disso, como foram construídos
condutos pluviais para o escoamento superficial, tornando-o
mais rápido, ocorre redução do tempo de deslocamento.
Desta forma as vazões máximas também aumentam por isso,
antecipando seus picos no tempo (Figura 1);
• Com a redução da infiltração, o aquífero tende a diminuir o nível
do lençol freático por falta de alimentação (principalmente
quando a área urbana é muito extensa), reduzindo o escoamento
subterrâneo. As redes de abastecimento, pluvial e cloacal
• possuem vazamentos que podem alimentar o aquíferos,
tendo efeito inverso do mencionado;
• Devido à substituição da cobertura natural ocorre uma redução
da evapotranspiração, já que a superfície urbana não
retém água como a cobertura vegetal e não permite a evapotranspiração
das folhagens e do solo.
De acordo com Souza (2005), os hidrogramas de vazões para
áreas desenvolvidas sem controle apresentam menores tempos
de concentração e, consequentemente, menores tempos de picos,
provocando um aumento significativo no volume, além de maior
duração de descarga com relação ao hidrograma natural. Na Figura
1 são caracterizadas as alterações no uso do solo devido à urbanização
e seu efeito sobre o hidrograma e nos níveis de inundação.
Baseado nessas considerações, esse trabalho apresenta uma
avaliação do comportamento das vazões de cheias para diferentes
cenários de ocupação urbana em três diferentes bacias. As análises
são realizadas por meio de modelagem hidrológica do processo chuva-vazão
e são utilizados cenários de usos e ocupação de acordo com
as tendências de expansão das cidades onde se localizam as bacias.
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a) Balanço Hídrico
b) Escoamento
2. MATERIAIS E MÉTODOS
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ARTIGOS TÉCNICOS
c) Resposta da geometria do escoamento
FIG. 1: Efeitos das alterações no uso do solo sobre os níveis e vazões dos rios (Fonte: Tucci, 2007).
O desenvolvimento do trabalho consiste das seguintes etapas:
i) Levantamento de dados físicos das bacias, tais como área
de drenagem, rede de drenagem, mapeamento de tipo
de solos, mapas de usos do solo, relevo, comprimento e
declividade dos rios principais e dados hidrometeorológicos;
ii) Divisão em sub-bacias e preparação dos dados de entrada
do modelo hidrológico;
iii) Definição e preparação dos cenários de uso do solo;
iv) Simulação dos cenários e análises dos resultados.
As bacias escolhidas são:
a) Bacia do Ribeirão José Pereira. Localizada no município de
Itajubá (MG), possui área de drenagem de 40km2 e seu
trecho inferior encontra-se urbanizado, sofrendo frequentes
inundações que atingem ruas, áreas residenciais e comerciais;
b) Ribeirão Vargens de Caldas. Bacia localizada no município de
Poços de Caldas, com área de drenagem de 44 km 2 , também
possui ocorrências frequentes de inundações no seu trecho
inferior, onde se concentram as áreas urbanizadas;
c) Ribeirão de Poços. Também localizada no município de Poços
de Caldas, possui área de 54 km 2 e apresenta densa ocupação
urbana nos trechos médio e baixo do curso principal.
Para a aplicação do modelo hidrológico de transformação chuvavazão
na bacia em estudo foi utilizado o software IPHS-1 (UFRGS,
2004). Para a separação do escoamento foi escolhido o modelo
SCS, existente no IPHS-1, sendo que este foi ajustado através da

análise dos valores obtidos para o tempo de concentração.
Para todas as bacias as áreas e dados da rede de drenagem
foram obtidos a partir de levantamentos topográficos planialtimétricos
com curvas de nível de 10 em 10 metros, cedidos pelas
prefeituras municipais. A divisão em sub-bacias foi realizada com
as características quanto à ocupação, o tipo de solo, os aspectos
hidrológicos, dentre outros fatores, de forma a obter regiões que
apresentem similaridades.
O tempo de concentração é o tempo que a água precipitada
no ponto mais distante da bacia leva para chegar até a seção
principal em estudo (Porto et al, 1993). Para as simulações foram
utilizados os métodos de Kirpich com correção e Germano, pois
estes são os únicos métodos que utilizam os dados do parâmetro
CN (Curve Number) e impermeabilização. O método de Kirpich
com correção é apresentado na Equação 1:
Onde tc é o tempo de concentração (h), L é o comprimento
do talvegue principal (km), S é a declividade média equivalente
(%). Para a utilização da Equação 1 devem ser observados os
limites de aplicação: bacias rurais e de pequena magnitude; para
superfície asfáltica ou concretada, deve-se multiplicar por 0,4;
se o CN da bacia for menor que 80 deve ser aplicada a seguinte
correção (Equação 2):
t t · [1 + (80 – CN) · 0,04] (2)
c c
O método de Germano é apresentado na Equação 3:
Onde tc é o tempo de concentração (min.), L é o comprimento do
rio principal (km), IMP é a porcentagem da área impermeável (%).
Para a elaboração do mapa de uso e ocupação do solo foram
utilizadas imagens do satélite CBERS. Mesmo apresentando baixa
resolução espacial esse satélite é uma importante ferramenta
para analisar o uso do solo e pode ser feito constantemente, uma
vez que as imagens são disponibilizadas gratuitamente na página
do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Com relação
ao mapa pedológico, não foram coletadas amostras de tipos
de solos da bacia, por isso foi utilizado um banco de dados do
Instituto de Geociências Aplicadas (IGA) que contém um mapa
pedológico do estado de Minas Gerais.
Não existem dados de chuvas observados para as bacias.
Dessa forma, os hietogramas de projeto foram obtidos da curva
Intensidade-Duração-Frequência (curva IDF), estimadas para a
região através do software Plúvio 2.1 – Chuvas Intensas para o
Brasil (UFV, 2006). A equação para o cálculo da intensidade de
chuva na cidade de Itajubá é expressa na Equação 4 e para Poços
de Caldas a Equação 5.
Onde i é a intensidade da precipitação (mm/h), T é o tempo
de retorno (anos), t é a duração da chuva (min).
Os parâmetros obtidos da curva IDF para a região de Itajubá
serviram como dados de entrada para o software Curvas IDF 1.1,
um subprograma do software IPHS-1, sendo obtidas as chuvas
de projeto desagregadas, para os tempos de retorno de 2, 5, 10,
20 e 50 anos, discretizadas de 5 em 5 minutos.
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Foram considerados dois aspectos nos cenários de desenvolvimento
do plano: (a) cenário de desenvolvimento urbano;
(b) medidas de controle adotadas nos cenários. Os principais
cenários identificados quanto ao desenvolvimento urbano neste
estudo foram os seguintes:
I – Atual: Condições de urbanização atual, obtida de acordo
com estimativas demográficas e imagens de satélite;
II – Cenário futuro seguindo-se o PDDU: Este cenário
envolve a ocupação atual para as partes da bacia onde o Plano foi
superado na sua previsão, enquanto que para as áreas em que
o Plano não foi superado, foi considerado o valor de densificação
previsto no mesmo.
III - Cenário de ocupação máxima: Este cenário envolve a
ocupação máxima de acordo com o que vem sendo observado em
diferentes partes da cidade que se encontram neste estágio. Este
cenário representa a situação que ocorrerá se o disciplinamento
do solo não for obedecido.
Para a bacia do Ribeirão José pereira considerou-se apenas
os cenários I e III.
3. RESULTADOS
As bacias estudadas foram divididas em sub-bacias, sendo 19
para o Ribeirão José Pereira, 14 para o Vargens de Caldas e 45
sub-bacias no Ribeirão de Poços. Dessa maneira, os resultados
no modelo IPHS1 podem ser obtidos para cada sub-bacia ou para
a bacia com um todo. Os mapas de classes de tipos e usos do
solo para as bacias são apresentados nas Figuras 2 a 4. Esses
mapas foram obtidos através da combinação do mapa de tipos
de solos e do mapa de uso do solo e cobertura vegetal. Foi feita
a combinação para cada sub-bacia, separadamente, de forma
a obter a área correspondente a cada classe. Com isso, foram
obtidos os valores do parâmetro CN para as classes de uso e
ocupação do solo e seu respectivo tipo de solo.
O cenário de crescimento da urbanização foi simulado através de
alteração nos valores do parâmetro CN, para estimar as prováveis
mudanças no uso e ocupação do solo. A Figura 10 apresenta uma
comparação entre o comportamento das vazões no exutório da bacia
do Ribeirão José Pereira para tempo de recorrência de 5 anos
para os dois cenários analisados. Por essa figura se observa que
a ampliação da área urbana, mesmo que somente na parte mais
baixa da bacia irá acarretar aumentos de picos nas cheias que, por
consequência, acarretam elevação nos níveis de inundação.
Os resultados para a bacia do Ribeirão de Poços são apresentados
na Figura, mostrando que a adoção de medidas simples como
a ocupação com baixa densificação pode manter o controle sobre
os das vazões (Cenário com o plano diretor de drenagem urbana -
PDDU). O cenário de ampliação da ocupação seguindo as tendências
atuais, sem controle, resulta em uma grande ampliação na vazão
de pico dessa bacia. Isso ocorre devido à grande declividade do
relevo na bacia, que gera um escoamento com maiores velocidades
e vazões de maior magnitude nos trechos de jusante. Além disso,
se observa na Figura 7 que houve uma antecipação da ascensão do
hidrograma, reduzindo o tempo de formação das cheias.
Simulações semelhantes foram feitas para diferentes tempos
de retorno, a partir das chuvas de projeto. A Figura 7 apresenta
os resultados para a seção de saída do Ribeirão Vargens de
Caldas. Nessa figura são apresentados resultados somente
em termos de vazões máximas para os diferentes tempos de
retorno. Nota-se que para todas as frequências haverá aumento
nos valores, sendo mais expressivos para o cenário que segue
as tendências atuais de ocupação urbana. Caso seja seguido o
PDDU do município, que prevê uma ocupação controlada e com
medidas de atenuação, a ampliação das vazões será bem menor.
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ARTIGOS TÉCNICOS
FIG. 2: Mapa de classes de tipos e usos do solo na bacia do ribeirão José
Pereira.
FIG. 3: Mapa de uso e ocupação do solo e tipo de solo para o Ribeirão de
Poços.
FIG. 4: Mapa de uso e ocupação do solo e tipo de solo para a bacia do
Ribeirão vargens de Caldas
Para a bacia do Ribeirão de Poços os resultados são apresentados
na Figura 8, que apresenta as vazões máximas em uma seção
próxima a sua foz, junto a estação rodoviária de Poços de Caldas.
Conforme já comentado anteriormente, nota-se que a bacia
apresenta fortes tendências de aumento da vazão máxima para
os demais valores de tempo de retorno, devido à característica
de maior declividade do seu relevo. Em seu trecho inferior o Ribeirão
de Poços acompanha a Avenida João Pinheiro, que possui
grande fluxo de veículos. Esse trecho já registrou ocorrência de
alagamentos e erosão da calha, podendo esses problemas serem
agravados por uma possível ampliação das vazões máximas. Além
disso, o Ribeirão de Poços deságua no Rio Lambari e imediata-
FIG. 5: Hidrogramas no exutório da bacia para tempo de retorno de 5 anos
para o Ribeirão José Pereira.
FIG. 6: Hidrogramas de vazões para diferentes seções na bacia do Ribeirão
de Poços, para tempo de retorno de 5 anos.
FIG. 7: vazões máximas para diferentes tempos de retorno para a bacia
do Ribeirão vargens de Caldas.

FIG. 8: vazões Máximas para diferentes tempos de retorno para a bacia
do Ribeirão de Poços.
mente a jusante desse encontro existe uma cascata de três PCHs
(Antas I, Antas II e Rolador), cujas estruturas de vertimento podem
ser afetadas pelo aumento das vazões do Ribeirão de Poços,
induzidas pelo processo de urbanização.
Por outro lado, caso a ocupação se mantenha nos moldes
atuais, a tendência natural é o aumento nas vazões, provocando
inundações de maior nível e mais frequentes (Cenário sem
controle). No caso desse cenário, se observa que na bacia de
Poços há uma maior tendência para o aumento de picos de vazão.
Essa tendência da bacia indica que devem ser reforçadas as
diretrizes do Plano Diretor, para que não se exceda a capacidade
atual do canal do Ribeirão de Poços ao longo da av. João Pinheiro.
Finalmente, na Figura 9 são apresentados os resultados do
comportamento das vazões máximas na bacia do Ribeirão José
Pereira, para os dois cenários considerados nessa bacia. Notase
que também há um aumento das vazões máximas quando se
considera um crescimento da urbanização e impermeabilização do
solo da bacia e esse aumento é maior para as cheias de maiores
tempos de retorno. Esse resultado mostra que a bacia apresenta
um risco elevado de que os eventos de cheia se tornem mais
intensos e frequentes em um curto período de tempo. Sinais desse
comportamento já têm ocorrido nos últimos anos, onde cheias no
Ribeirão José Pereira causaram importantes prejuízos materiais a
residências e estabelecimentos comerciais do seu trecho inferior.
3. CONCLUSÃO
O presente trabalho apresentou uma avaliação dos impactos
nas vazões para três bacias hidrográficas das cidades de Itajubá
e Poços de Caldas (Sul de Minas Gerais) devido ao aumento da
urbanização. As alterações que podem ocorrer na bacia em função
do crescimento da impermeabilização do solo podem ser traduzidas
pelos hidrogramas simulados com o modelo IPHS-1 para a chuva
de projeto determinada, nos quais podem ser observados aumentos
nas vazões de pico, bem como nos tempos de pico, indicando uma
maior resposta da bacia às precipitações, ou seja, um aumento na
velocidade e intensidade do escoamento superficial na bacia.
Mas de forma geral, as simulações realizadas funcionam como
indicativos dos processos e podem auxiliar o planejamento da
ocupação da bacia. O planejamento adequado, dentro do Plano
Diretor de Drenagem, aliado a implantação de obras hidráulicas
poderá contribuir para o amortecimento dos impactos das chuvas
de projeto, reduzindo os efeitos sobre os hidrogramas e, consequentemente,
reduzir a ocorrência de inundações.
Os resultados mostraram que as bacias possuem risco de terem
suas vazões ampliadas, uma vez que ainda existem áreas propícias
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FIG. 9: vazões máximas no exutório da bacia do Ribeirão José Pereira para
os dois cenários analisados.
para a ocupação urbana. O aumento das vazões máximas tem
por consequência direta a elevação dos níveis de inundação, que
já ocorrem nas três bacias. Além disso, a frequência inundações
também sofre acréscimo, agravado pelo menor tempo de resposta
da bacia, que dificulta as ações de alerta as populações.
O modelo utilizado tem sido empregado com êxito em muitos
trabalhos que envolvem processos de transformação chuvavazão,
com resultados bastante satisfatórios. Apesar disso, para
ambas as bacias, é recomendado que esses resultados sejam
validados com a calibração dos dados utilizando dados reais da
bacia. Atualmente não existem dados disponíveis que podem ser
utilizados para a calibração do modelo. Para isso é necessário que
sejam instalados postos de monitoramento nas bacias, de chuvas
e vazão, com aquisição automática via sensores com capacidade
para monitoramento em intervalos de tempo menores que 10min.
4. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Departamento Municipal de Água
e Esgoto (DMAE) de Poços de Caldas pelo financiamento dos
estudos realizados nas bacias desse município e a disponibilização
dos dados necessários.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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