Métodos para estimativa do tempo de concentração e da vazão máxima, como indicador da geração do escoamento em microbacia rural e urbana, no município de Silva Jardim, RJ

Abstract

Este estudo teve como objetivo comparar métodos de estimativa de picos de vazão em duas sub-bacias da bacia do Rio São João, localizadas em Silva Jardim, Rio de Janeiro. As bacias escolhidas foram o Rio Bananeiras e o Rio Valão da Caixa. Foram aplicados os métodos Racional, Racional Modificado e I-Pai-Wu, com sete fórmulas diferentes para estimativa do tempo de concentração (Corps Engineers, Ven te Chow, Kinematic Wave, Kirpich, Carter, Schaake e Desbordes) além de duas equações criadas a partir de regressão múltipla. Para ambas as bacias do estudo, foi realizada uma análise morfométrica a partir do modelo digital de elevação, para posterior estimativa do pico de vazão utilizando 10 anos de período de retorno. A partir deste resultado, observou-se que ambas as bacias apresentaram formato alongado, o que indicou baixa probabilidade de inundação, sendo a ocorrência desses eventos atribuída às condições climáticas adversas, ao mau dimensionamento das estruturas hidráulicas e às características de uso e ocupação do solo na área de drenagem da bacia. Os resultados para tempo de concentração (TC) foram muito distintos, variando de 236,4 a 34,2 minutos para a bacia do Rio Bananeiras, e de 162 a 25,8 minutos para a bacia do Rio Valão da Caixa. Esses valores proporcionaram vazões máximas distintas para uma mesma bacia, sendo o menor valor obtido a partir do maior valor de TC. É importante ressaltar que o uso e a ocupação do solo variam ao longo dos anos e podem influenciar o TC da bacia. Portanto, esse atributo deve ser avaliado antes da escolha do método, a fim de estimar a vazão máxima mais adequada. De acordo com os resultados deste estudo, recomenda-se a utilização do método de Kirpich para o TC calculado, pois foi considerado adequado para bacias com essas dimensões. Além disso, por resultar em valores intermediários, permite uma estimativa mais razoável das vazões de pico, aliando maior segurança e economia no dimensionamento de projetos hidráulicos. Em relação aos métodos de cálculo de vazões máximas, observou-se que, independentemente do TC, o método Racional apresentou um aumento de aproximadamente 350% em relação ao método Racional Modificado na bacia do Rio Bananeiras e de 220% para a bacia do Rio Valão da Caixa. O método I-Pai-Wu apresentou valores intermediários, pois sua equação considera o formato da bacia e a relação entre a duração da precipitação e a área contribuinte, seguindo o princípio da razoabilidade, sendo, portanto, indicado para uso em bacias urbanas. Sugere-se que a escolha dos métodos de TC e de pico de vazão seja padronizada pelos órgãos municipais, para fins de gerenciamento de águas pluviais em áreas urbanas, de acordo com as características fisiográficas e de cobertura das bacias. Considera-se válida a recomendação de utilização da arborização urbana no planejamento das cidades, visando amenizar os efeitos adversos relacionados à precipitação, para redução do escoamento superficial e, consequentemente, do pico de vazão. Para este estudo, foram utilizados cálculos que simplificam a realidade e não consideram aspectos ecológicos do funcionamento hidrológico das bacias, como a expansão sazonal dos canais de drenagem e mudanças nas condições de permeabilidade do solo. Assim, o estudo demonstrou a necessidade de desenvolver e adaptar métodos tradicionais que considerem aspectos ecológicos e arborização urbana em estudos hidrológicos de bacias urbanas, visando prevenir picos de cheias.