Soluções da engenharia para enchentes e desastres climáticos
Não é de hoje que os especialistas alertam sobre as crescentes mudanças climáticas que acontecem na atmosfera da Terra. Sofremos com as consequências da exploração em massa de recursos naturais, principalmente do petróleo e seus derivados. Segundo as Nações Unidas, as concentrações de gases de efeito estufa estão em seus níveis mais altos em 2 milhões de anos. Concreto e asfalto ocupam o lugar que antes era de grama e solo, com isso, a água das chuvas não tem para onde escoar. As temperaturas estão cada vez mais altas. A população é afetada pela crise climática sem precedentes. Como a Terra é um sistema onde tudo está conectado, mudanças na temperatura ou no nível de chuvas podem influenciar mudanças em todas as outras áreas do ecossistema.
Quando o homem adentra o meio ambiente, aquele espaço que antes estava saudável entra em desequilíbrio. - Adolfo Lutz, médico e cientista brasileiro
Em maio de 2024, o Estado do Rio Grande do Sul sofreu com chuvas intensas e em volumes jamais vistos. A quantidade de chuva é um valor com inúmeras variáveis, mas a mudança climática é um grande agravante. Neste momento, a ciência e a tecnologia precisam ser valorizadas como nunca. É apenas por meio de inovações e desenvolvimento de alternativas mais sustentáveis de fontes de energia e matéria-prima que podemos diminuir, na medida do possível, essas mudanças drásticas no meio ambiente. Também é a ciência que estuda os desastres e eventos climáticos extremos para encontrar soluções e maneiras de serem evitados e superados. Uma das áreas que mais estuda este tipo de acontecimento é a de Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental.
Os eventos climáticos afetam a sociedade de muitas maneiras. Tendo em vista os efeitos ao saneamento, podemos citar inúmeros casos como quando inundações invadem bairros e deslocam pessoas, que necessitam de abrigos e toda a infraestrutura sanitária. Estiagens secam poços em áreas rurais e mananciais de água que abastecem áreas urbanas, além de concentrarem poluentes. Ondas de calor aumentam o consumo de água e muitas regiões das cidades ficam desabastecidas devido à infraestrutura deficiente. Vendavais e ciclones interrompem o abastecimento de energia elétrica, que afeta o suprimento de água das cidades, o atendimento em postos de saúde, além de gerarem desabrigados pelos danos nas habitações. Deslizamentos de encostas interrompem o acesso de bens essenciais às cidades pela interdição de vias de transporte. Isto sem falar em terremotos, furações e tsunamis, ausentes no Brasil, mas comuns em vários lugares do mundo.
Segundo o professor da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e Engenheiro Civil, Antonio Domingues Benetti, especialista em saneamento em situações emergenciais, “o essencial, em qualquer desastre, é o imediato abastecimento de água potável para as pessoas desabrigadas e o afastamento dos esgotos de qualquer contato com elas para evitar os surtos de doenças transmissíveis”.
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Os desastres são normalmente classificados em naturais ou tecnológicos. Os desastres naturais incluem temperaturas extremas, enchentes, secas prolongadas, vulcões, furacões e tsunamis. Os desastres tecnológicos estão relacionados a rompimentos de barragens, derramamentos de produtos químicos tóxicos na água, liberação de gases venenosos na atmosfera por indústrias e acidentes em usinas nucleares. “Atualmente, se discute se alguns desastres classificados como naturais podem ser realmente classificados nesta categoria, já que muitos estão relacionados às ações humanas, que interferem com o clima da Terra”, diz o professor.
No RS, os principais tipos de desastre são as enchentes, estiagens, ciclones, vendavais e deslizamentos de encostas. O Rio Grande do Sul, junto com Santa Catarina, é o Estado brasileiro que mais sofre com desastres. Os impactos dos desastres são vários e dependem do tipo e da magnitude, mas podem incluir populações deslocadas, patrimônios materiais e afetivos perdidos, falta de energia elétrica e de água, mortes, interrupções em atendimentos de hospitais e postos de saúde, fechamento ou bloqueio das vias de transporte, contaminação da água pelo contato com esgotos e produtos químicos, surtos de doenças, problemas de saúde mental, perdas econômicas na indústria, serviços e agricultura.
SISTEMAS DE ENGENHARIA E COLETA DE DADOS
É possível dividir a engenharia em dois sistemas diferentes, os sistemas naturais e os sistemas construídos. Os sistemas construídos são aquelas estruturas como um prédio, uma ponte, um canal de drenagem. Em um canal por exemplo, há uma declividade, e a vazão de água que ele vai receber é calculada, de forma que ele foi projetado exatamente para receber aquela vazão. Já o sistema natural não, ele evoluiu na natureza e não se sabe ao certo como ele se comporta.
A engenharia tem o papel de compreender o funcionamento desse sistema natural, mas é necessário coletar dados. Para o estudo de uma bacia hidrográfica é preciso de informações geométricas, da área da bacia, informações do solo, do tipo de solo, da chuva, da medição de vazão, do quanto a água fica armazenada no solo, etc. A coleta de dados é uma etapa essencial no trabalho com sistemas.
Nem todas as modificações de um sistema natural podem ser testadas no mundo real. Lançar esgoto dentro de um rio, por exemplo, pode ser perigoso. A partir disso são feitos modelos desse funcionamento. Com o auxílio da base de dados coletada e dos modelos matemáticos criados com essa base de dados, se consegue representar matematicamente os processos que acontecem na natureza, por exemplo a autodepuração, capacidade de um lago ou lagoa de restaurar suas características ambientais de forma natural, devido à decomposição de poluentes.
“A gente transforma a nossa compreensão de processos e modelos matemáticos calibrados como os dados observados em prognósticos que são usados, por exemplo, para o saneamento, para o processo de licenciamento, para o procedimento de previsão ou como foi utilizado, agora, na evacuação de pessoas em áreas de risco”, conta o professor e Engenheiro Ambiental Fernando Mainardi Fan, do Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
SISTEMAS DE PREVENÇÃO CONTRA INUNDAÇÕES
As bases de dados e os modelos matemáticos também servem para a construção de sistemas de prevenção de desastres. Com outros dados como a topografia das bacias hidrográficas e a batimetria dos rios, se consegue tanto estimar quais são as zonas por onde o rio vai passar, quanto as zonas que podem escorregar e desabar. Essas informações são extremamente relevantes para que se façam alertas para a população em áreas de risco.
As medidas de controle de cheias podem ser divididas em duas, as estruturais e as não estruturais. As não estruturais são os planejamentos de uso do solo para a não ocupação de áreas de risco tanto de inundação quanto de desabamento, e o uso de sistemas de alerta e evacuação em momento de risco.
Já as medidas estruturais, acontecem quando uma estrutura é construída para prevenir que a água atinja determinadas áreas. Por exemplo um reservatório a montante de um rio, capaz de reter essa água e diminuir a cheia, muito usado no estado de Santa Catarina. E os diques de proteção, utilizados em Porto Alegre e Canoas. As medidas estruturais geralmente são mais caras e exigem manutenção. Já as medidas não estruturais, como são relacionadas a planejamento e operação de sistemas, são mais baratas. As medidas estruturais são preferíveis quando já se tem estabelecida uma infraestrutura urbana e equipamentos urbanos, fazendo com que seja muito mais caro retirar essa infraestrutura. Por isso, são adotadas medidas estruturais para proteger aquela área.
Além disso, é importante que haja um preparo antecipado para saber o que fazer quando o desastre ocorre. Para onde levar a população afetada, como será disponibilizado o atendimento médico, o abastecimento de água potável, o manejo dos resíduos, a logística da alimentação. O trabalho voluntário foi de extrema importância durante as cheias de maio no Rio Grande do Sul, mas ele não pode ser o principal no atendimento aos atingidos pelos desastres.
“A proteção pode ser feita com obras de engenharia, com a proibição de ocupação de áreas alagáveis e com medidas que aumentem a retenção e a infiltração da água no solo, reduzindo o escoamento superficial. Estas últimas são as chamadas soluções baseadas na natureza. A proteção, em geral, não pode ser feita somente com um enfoque, mas utilizando uma combinação destas alternativas citadas. Muitos desastres são inevitáveis, mas seus efeitos podem ser minimizados através de um planejamento adequado. A vida na Terra é cheia de riscos, com maiores ou menores chances de ocorrer, mas sempre presentes. Devemos estar preparados”, explica o professor Antonio Domingues.
EXEMPLOS NO EXTERIOR
Todos os países sofrem com algum tipo de desastre. O que diferencia os melhores exemplos de gestão de emergências é o interesse de aproveitar as lições aprendidas quando um desastre ocorre, analisar suas causas, o que poderia ter sido feito para evitá-lo ou minimizar seus efeitos, mas principalmente, o que fazer para que ele não volte a ocorrer.
Entre os exemplos de bons sistemas de recursos hídricos no mundo estão o Water-Sensitive Urban Design (WSUD) na Austrália, Low-Impact Development (LID) na América do Norte e o Sustainable Urban Drainage System (SUDS) na Europa. O Uruguai desenvolveu Planos de Segurança da Água para todos seus sistemas de abastecimento, diminuindo os riscos dos efeitos de desastres. Na China, desenvolve-se em larga escala o conceito de cidades-esponja, modelos de cidades sensíveis à água, remetendo à situação na qual a mesma possui a capacidade de deter, limpar e infiltrar águas usando soluções baseadas na natureza. Algumas estratégias de cidades-esponjas são:
Jardins de chuva: Pequenos jardins densamente vegetados. A vegetação e suas raízes colaboram na retenção do solo e da água, garantindo a infiltração lenta e gradual da água das chuvas no solo.
Coberturas verdes: Qualquer tipo de instalação de vegetação sobre uma estrutura construída. Reduz a taxa de escoamento de água da chuva no solo. Ajuda na regulagem de temperatura, na filtragem do ar e da própria água.
Pavimento permeável: Um suporte estrutural que permite que a água da chuva seja drenada através da superfície para os solos subjacentes através de espaços ou poros.
Sistemas de drenagem: Sistemas superficiais ou subterrâneos interligados para drenar, conter e liberar a água de forma planejada. Em períodos secos a água pode ser utilizada para irrigação ou para ser tratada.
Parques alagáveis: Construção de áreas que inundam em períodos de chuva intensa, servindo de reservatórios temporários de água, impedindo seu avanço em outras áreas da cidade. Com sol, serve para lazer, com chuva, serve de pântano.
Preservação e implementação de mata ciliar: Mata ciliar é a cobertura vegetal presente nas margens dos rios. Ela tem função em auxiliar na sustentação das margens, proteção do solo e conservação do ambiente ao redor de rios.
Parque Qiaoyuan na província de Tianjin em 2008 | Exemplo de Cidade-Esponja na China
Outro lugar que possui tecnologias inovadores relacionadas à gestão hídrica é a Holanda. O país tem uma geografia desafiadora, grande parte do território está abaixo do nível do mar, é uma porta de entrada para inundações e cheias destruidoras que afetaram o país por séculos. Com base em 225 anos de experiência histórica, a Holanda passou de soluções reativas após desastres para uma abordagem mais preventiva. Utilizando o cenário de mudanças climáticas, o país incorpora projeções como a subida do nível do mar nos planos de infraestrutura. Uma área correspondente a 24% do território de Amsterdã é composta por água, graças a um sistema de engenharia e gestão de água desenvolvido por séculos. Um complexo de diques, represas e canais que regulam o nível da água, protegem a terra de inundações. Os diques impedem que as águas do oceano não invadam a cidade e as represas controlam o fluxo de água. Os órgãos competentes monitoram continuamente o nível da água e as condições climáticas, ajustando as operações conforme necessidade.
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Kinderdijk, Holanda
O professor Fernando Fan fez parte de seu mestrado na Alemanha e conta o que observou da área de recursos hídrico na Europa. “Nas minhas experiências fora do Brasil, em países que são muito menores que o nosso, eu convivi com órgãos públicos que tratam do assunto água com equipes muito maiores e monitoramento mais abrangente do que o que temos no Brasil. Aqui, trabalhei com uma bacia de 50 mil km² que tinha 12 pontos de monitoramento automático de chuva e vazão. Quando eu cheguei na Alemanha, trabalhei com uma bacia de 1º mil km² e ela tinha 50 pontos de monitoramento. Então a bacia era cinco vezes menor na Alemanha e tinha cinco vezes mais monitoramento hidrológico de chuva e vazão. Outro exemplo é o Reino Unido, eles têm, para todo o país, que é quase do tamanho do Rio Grande do Sul, equipes de hidrólogos com um número muito maior do que a gente tem, por exemplo, nas salas de situação aqui do Estado. Então, olhando em termos de proporção de área, eu vejo que a gente tem que melhorar muito em termos de equipes de pessoas trabalhando na parte de hidrologia e recursos hídricos operacionais e também de equipamentos e monitoramento. Temos bastante atraso nessas duas frentes”.
Ou seja, o continente que desenvolve grandes inovações e avanços tecnológicos possui cenários de tamanho de bacia muito menores do que os do Brasil. Então não é possível simplesmente transpor a experiência de lá para cá. Até mesmo a Holanda, carro chefe em engenharia hídrica, não tem rios enormes que nem o Taquari, por exemplo, no nosso Estado, complementa. Na Europa, há muito tempo atrás, houve um processo de proteção de áreas agrícolas com diques, depois vieram grandes cheias que devastaram as cidades. Então, perceberam que era preciso abrir os diques que protegiam as áreas agrícolas para essas áreas inundarem e a cidade não inundar tanto. Criaram o conceito de pagamento por serviço ambiental e o conceito de “espaço para o rio”, ou em inglês “room for the river”. Aqui no Brasil não temos áreas agrícolas protegidas por diques, então essa estratégia não faria sentido. “Resumindo, temos que desenvolver nossas próprias soluções. A gente tem equipes e pessoas suficientes nas nossas instituições aqui no Rio Grande do Sul e que podem apoiar esse tipo de desenvolvimento de solução” comenta Fernando.
SISTEMAS DE PORTO ALEGRE
A cidade de Porto Alegre anteriormente sofreu com uma enchente histórica no ano de 1941. Quarenta anos depois, foi concluída a construção do muro da Mauá que, junto aos diques, compõe o principal sistema de proteção da capital contra novas enchentes. O muro tem 3 metros de altura e 3 metros de profundidade. Diques são elevações de terra como muros que impedem que as águas de rios entrem na cidade. Além disso, nosso sistema conta com 23 casas de bomba, que expulsam a água de dentro do muro ou dos diques de volta para o Guaíba. As casas de bombas também são conhecidas como Estações de Bombeamento de Água Pluvial (Ebaps), estruturas com motores elétricos responsáveis por drenar a água na cidade. A cota de alerta de inundação do Guaíba é de 2,5 metros e a cota de inundação é a partir de 3 metros. O sistema também possui 14 comportas, portas metálicas que medem até cerca de 5 metros, para barrar a água. O seu acionamento precisa de ajuda de maquinário e pode durar até 40 minutos.
Em maio deste ano, esse sistema foi encontrado com falhas, ocasionando vazamentos e o avanço de água em áreas jamais vistas. A água ultrapassou frestas das comportas do muro e a comporta 14 rompeu com a força da água. O dique do bairro Sarandi extravasou e a água invadiu a área que deveria ser protegida. Sem a proteção das contenções, as casas de bombas inundaram e pararam de funcionar.
MEDIDAS A SEREM TOMADAS
A cidade de Porto Alegre anteriormente sofreu com uma enchente histórica no ano de 1941. Quarenta anos depois, foi concluída a construção do muro da Mauá que, junto aos diques, compõe o principal sistema de proteção da capital contra novas enchentes. O muro tem 3 metros de altura e 3 metros de profundidade. Diques são elevações de terra como muros que impedem que as águas de rios entrem na cidade. Além disso, nosso sistema conta com 23 casas de bomba, que expulsam a água de dentro do muro ou dos diques de volta para o Guaíba. As casas de bombas também são conhecidas como Estações de Bombeamento de Água Pluvial (Ebaps), estruturas com motores elétricos responsáveis por drenar a água na cidade. A cota de alerta de inundação do Guaíba é de 2,5 metros e a cota de inundação é a partir de 3 metros. O sistema também possui 14 comportas, portas metálicas que medem até cerca de 5 metros, para barrar a água. O seu acionamento precisa de ajuda de maquinário e pode durar até 40 minutos.
Em maio deste ano, esse sistema foi encontrado com falhas, ocasionando vazamentos e o avanço de água em áreas jamais vistas. A água ultrapassou frestas das comportas do muro e a comporta 14 rompeu com a força da água. O dique do bairro Sarandi extravasou e a água invadiu a área que deveria ser protegida. Sem a proteção das contenções, as casas de bombas inundaram e pararam de funcionar.
Com as crescentes mudanças climáticas, desastres e degradação do meio ambiente, a atuação dos engenheiros se torna cada vez mais importante. Através de estudos, análises e desenvolvimento de tecnologias, eles contribuem para a construção de um futuro mais seguro e sustentável. Esta, porém, é uma questão multidisciplinar e multiprofissional, envolvendo profissionais das diversas engenharias, arquitetura, geografia, geologia, climatologia e até mesmo de políticas públicas.
Nos últimos anos algumas instituições europeias têm feito estudos para verificar qual o custo e o benefício de sistemas de previsão e alerta de desastres. Algumas dessas pesquisas mostram que o sistema europeu de alerta para cheias pode trazer um benefício, para cada Euro investido, de até 40 Euros em danos evitados.
Já no Brasil, existem algumas pesquisas do Serviço Geológico Brasileiro que mostrou que para cada um real investido no sistema de alerta da Bacia do Rio Caí, foi possível evitar nos últimos anos algo em torno de R$ 200 em danos. Segundo o professor Fernando Fan, outro trabalho desenvolvido com uma aluna do Mestrado em Engenharia Hídrica mostrou que, no contexto do Rio Grande do Sul, para cada real investido no sistema de alerta e previsão, podemos ter um benefício de entre R$ 18 e R$ 20. Outro estudo financiado pela Agência Nacional de Águas chegou a um número impressionante de R$ 600 de benefício em danos evitados. “Esses números claramente mostram que existe um benefício econômico muito forte em investir em sistemas de monitoramento e alerta de cheias que inclui todos os equipamentos, estações e pessoas. Então não vejo justificativas para a gente não fazer esse tipo de desenvolvimento e que esse avanço não aconteça no nosso Estado e em todo o Brasil”, diz o Engenheiro Ambiental.
Já o professor Antonio Benetti sugere que, após o desastre, deve haver uma avaliação do que poderia ter sido feito para evitar o colapso do sistema de proteção contra cheias de Porto Alegre. Uma vez colapsado, que medidas poderiam já estar previstas para minimizar os problemas decorrentes das cheias no abastecimento de água potável e coleta de esgotos de Porto Alegre. Alguns questionamentos do professor servem como sugestões para possíveis medidas de saneamento a serem tomadas na capital gaúcha. “Se o painel de controle das bombas foi inundado e teve que ser desligado, haveria uma alternativa possível de ter implantação imediata para evitar o desabastecimento? Que técnicas de tratamento alternativas podem ser usadas para os casos em que a turbidez da água esteja altíssima, fora das condições normais de operação? Como a limpeza de bueiros e canalizações, assoreadas por areia, lama e entulhos, poderia ter sido agilizada para evitar os extravasamentos verificados nas chuvas seguintes?".
“Uma medida que eu recomendaria fortemente que a capital fizesse, se já não os têm, são Planos de Segurança, tanto da água quanto de esgotos. A adoção destes planos permite uma melhor gestão de eventos indesejáveis que podem ocorrer nos sistemas de saneamento. Ao analisar, por exemplo, o sistema de abastecimento de água, desde a captação nos mananciais até a torneira do consumidor, e tudo que pode acontecer de errado, a empresa de saneamento pode prever as medidas a serem adotadas para a solução dos problemas. Isto diminui a improvisação e há um ganho substancial no tempo de parada de funcionamento do sistema. Para as empresas de saneamento, estes planos permitem o aumento da resiliência de seus sistemas, a diminuição de custos, a melhoria da qualidade dos serviços e a confiabilidade da população”, finaliza o Engenheiro.
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