ANÁLISE DA IMPLEMENTAÇÃO DE UM CANAL EXTRAVASOR NO RIO ...

[Pages:93]AN?LISE DA IMPLEMENTA??O DE UM CANAL EXTRAVASOR NO RIO ALC?NTARA PARA CONTROLE DE CHEIAS POR MODELAGEM COMPUTACIONAL

Giuliana Gallassi Pereira

Projeto de Gradua??o apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Escola Polit?cnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necess?rios ? obten??o do t?tulo de Engenheiro.

Orientador: Marcelo Gomes Miguez

Rio de Janeiro Setembro 2018

AN?LISE DA IMPLEMENTA??O DE UM CANAL EXTRAVASOR NO RIO ALC?NTARA PARA CONTROLE DE POR MODELAGEM COMPUTACIONAL

Giuliana Gallassi Pereira

PROJETO DE GRADUA??O SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLIT?CNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESS?RIOS PARA A OBTEN??O DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

____________________________________________________ Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.

____________________________________________________ Prof. Theophilo Benedicto Ottoni Filho, D.Sc.

____________________________________________________ Eng. Matheus Martins de Sousa, D.Sc. .

.

RIO DE JANEIRO, RJ ? BRASIL Setembro, 2018 ii

Pereira, Giuliana Gallassi An?lise da implementa??o de um canal extravasor no

Rio Alc?ntara para controle de cheias por modelagem computacional / Giuliana Gallassi Pereira. ? Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Polit?cnica, 2018.

XI, 82 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Marcelo Gomes Miguez, Projeto de Gradua??o ? UFRJ/ Escola Polit?cnica/ Curso de Engenharia Civil, 2018. Refer?ncias Bibliogr?ficas: p. 81 - 82. 1. Modelagem Matem?tica. 2. Drenagem Urbana. 3. Controle de cheias. I. Miguez, Marcelo Gomes. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Polit?cnica, Curso de Engenharia Civil. III. T?tulo.

iii

AGRADECIMENTOS

Os caminhos que escolhemos trilhar por vezes s?o tortuosos, com pedras, buracos e bifurca??es sem qualquer indica??o de dire??o. Percorr?-lo at? o fim exige dedica??o, perseveran?a, sabedoria e humildade para aceitar que n?o chegamos sozinhos a esse mundo, e que sozinhos a lugar nenhum iremos. Aproveito essa reflex?o para registrar meus sinceros agradecimentos a todos que me estenderam a m?o e iluminaram minha trajet?ria nada simpl?ria nesta institui??o que por tantos anos chamei de segunda casa.

A toda a equipe do Laborat?rio de Hidr?ulica Computacional ? LHC ? COPPE/UFRJ, que me recebeu e acolheu, disposta a compartilhar o conhecimento e exercer a Engenharia de maneira digna e proveitosa para a sociedade. Em especial ao professor Marcelo Gomes Miguez que se aventurou junto a mim nesta etapa final de conclus?o de curso para desenvolver o presente trabalho. Aos queridos amigos e companheiros de trabalho Laurent Feu e Ant?nio Krishnamurti por todo aux?lio e tempo dedicado a me ensinar o que j? haviam aprendido.

Os amigos de inf?ncia, que at? hoje me acompanham e que me apoiaram em cada momento de dificuldade vivido neste percurso e n?o deixaram que o objetivo final fosse esquecido, tem minha gratid?o. Cito seus nomes para fazer jus a import?ncia de suas participa??es; Bruna Ribeiro, Bruna Barbosa, Bruno Arouca, Carolina Gouveia, Caio Barros, Douglas Lemos, Gabriel Figueiredo, Gustavo Holanda, Leandro Resende, Luana Ferraz, Lu?s Sampaio e Pedro Paulo Carvalho. E a um amigo especial, Hans Rodriguez, que me apresentou outras perspectivas de enxergar o mundo, inclusive a Engenharia.

A UFRJ, al?m de recursos e oportunidades, me proporcionou conhecer pessoas incr?veis, e a elas, D?bora Ladeira e Eduardo Pinsani, agrade?o pela uni?o de for?as, incentivo, por viverem comigo a experi?ncia da faculdade tornando os dias na Ilha do Fund?o sempre mais agrad?veis, e pelos la?os criados de amor, respeito, carinho e a ideia de que seguiremos juntos, recorrendo ? Engenharia para movermos o mundo.

Gratid?o eterna aos meus maiores incentivadores, a fam?lia, que batalharam junto a mim, dia a dia, por esse t?tulo. Maria Cristina Gallassi, Jos? Luiz Pereira e Mariana Gallassi, que preparam a base para eu construir quem sou hoje, e caminhar rumo aos meus objetivos e sonhos.

iv

Giuliana Gallassi Pereira Resumo do Projeto de Gradua??o apresentado ? Escola Polit?cnica/ UFRJ como parte dos requisitos necess?rios para a obten??o do grau de Engenheiro Civil.

AN?LISE DA IMPLEMENTA??O DE UM CANAL EXTRAVASOR NO RIO ALC?NTARA PARA CONTROLE DE CHEIAS POR MODELAGEM COMPUTACIONAL Giuliana Gallassi Pereira Setembro/2018

Orientadores: Marcelo Gomes Miguez. Curso: Engenharia Civil

?reas densamente urbanizadas, com saneamento b?sico prec?rio e uso irregular do solo, frequentemente sofrem com as cheias de seus rios, que provocam inunda??es causando diversos problemas sociais, econ?micos e de infraestrutura da cidade. A modelagem hidr?ulica computacional, em seu campo de estudo, nos permite estudar e analisar cen?rios a fim de minimizar os transtornos e as perdas da popula??o afetada, como no estudo de caso em quest?o, em que os habitantes dos bairros ribeirinhos ao Rio Alc?ntara sofrem com as cheias. Este trabalho visa analisar a proposta do Plano Estrat?gico de Desenvolvimento Urbano Integrado da Regi?o Metropolitana do Rio de Janeiro; de iniciativa do governo do Estado; que consiste em implantar um desvio no Rio Alc?ntara, no munic?pio de S?o Gon?alo, em dire??o ? ba?a de Guanabara, atrav?s de um canal extravasor, com o objetivo de facilitar o escoamento das cheias do rio e tamb?m utiliz?-lo como via naveg?vel. A metodologia empregada consiste na simula??o das cheias do rio atrav?s de modelagem computacional pelo software MODCEL, com base em dados hidrol?gicos da regi?o, e an?lise dos resultados referentes aos diferentes cen?rios, antes e ap?s a realiza??o do desvio. Os resultados obtidos neste trabalho apontam o atendimento da proposta ao objetivo de mitiga??o das inunda??es, com rebaixamento de 12,96% do perfil da linha d'?gua do rio em pelo menos 50cm, e 52,37% para pelo menos 10cm.

v

Palavras-chave: Modelagem matem?tica, drenagem urbana, controle de cheias. Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.

ANALYSIS OF THE IMPLEMENTATION OF AN EXTRAVASOR CHANNEL IN THE ALC?NTARA RIVER FOR FLOOD CONTROL BY COMPUTATIONAL MODELING

Giuliana Gallassi Pereira September/2018

Advisors: Marcelo Gomes Miguez,. Course: Civil Engineering

Densely urbanized areas with poor basic sanitation and irregular land use often suffer from flooding of their rivers, causing several social, economic, and infrastructural problems in a city. Computational hydraulic modeling allows us to study and prospect scenarios in order to minimize the inconvenience and damages to the population, as it can be seen in the proposed case study, in which the inhabitants of the neighborhoods bordering the Alc?ntara River suffer with floods. This work aims to analyze the proposal of the Strategic Plan for the Integrated Urban Development of the Metropolitan Region of Rio de Janeiro; an initiative of the State Government; which consists in implementing a new river mouth to the Alc?ntara River in the Guanabara Bay through a diversion channel, with the purpose of facilitating the flood flows of the river and also using it as a navigable waterway. The methodological approach that will be used consists in a simulation of the river floods and design proposals through the model MODCEL, using hydrological local data, enabling the analysis of different scenarios, before and after performing the deviation. The results obtained in this work indicate that the proposal meets the flood mitigation aim, at least partially, with a reduction of 12.96% in the water profile of the river by at least 50cm and 52.37% for at least 10cm.

Keywords: Mathematical modeling. Urban drainage. Flood control. vi

Sum?rio

1 Introdu??o .............................................................................................................................. 1 1.1 Contexto e Motiva??o.....................................................................................................1 1.2 Objetivos.........................................................................................................................2 1.3 Metodologia Geral .......................................................................................................... 2

2 Desenvolvimento urbano e inunda??es ................................................................................. 3 2.1 Inunda??o em ?reas urbanas ........................................................................................... 3 2.2 Controle de inunda??es...................................................................................................5

3 PDUI ? RMRJ - Plano estrat?gico de desenvolvimento urbano integrado da metr?pole...... 7 4 Estudo de caso ....................................................................................................................... 8

4.1 O munic?pio de S?o Gon?alo .......................................................................................... 8 4.2 Caracteriza??o da Bacia do Rio Alc?ntara ................................................................... 10 4.3 Projeto proposto pelo PDUI ? RMRJ ........................................................................... 14 5 Modelagem matem?tica ....................................................................................................... 17 5.1 Concep??o do modelo...................................................................................................17 5.2 Levantamento de dados ................................................................................................ 19

5.2.1 Precipita??o medida ............................................................................................ 19 5.2.2 Condi??es de contorno ........................................................................................ 21 5.3 Calibra??o do modelo ................................................................................................... 26 6 Situa??o atual de cheias ....................................................................................................... 45 7 Propostas para o controle de inunda??es ............................................................................. 52 7.1 Cen?rio 1: Canal extravasor..........................................................................................52 7.2 Cen?rio 2: Canal extravasor e dragagem do eixo ambient?vel do rio Alc?ntara..........55 7.3 Cen?rio 3: Combina??o de interven??es e a implementa??o de um parque fluvial ?s margens do rio Alc?ntara ..................................................................................................... 58 7.4 An?lise dos resultados .................................................................................................. 61 7.4.1 Chuva de projeto TR 5 ........................................................................................ 61 7.4.2 Chuva de projeto TR 10 ...................................................................................... 67 7.4.3 Chuva de projeto TR 25 ...................................................................................... 71 7.4.4 Resumo dos resultados ........................................................................................ 76 8 Discuss?es e recomenda??es ............................................................................................... 79 9 Refer?ncias bibliogr?ficas ................................................................................................... 81

vii

Figura 1 - Inunda??o em ?reas urbanas. ..................................................................................... 4 Figura 2 - Enchente - Inunda??o em ?reas ribeirinhas. .............................................................. 4 Figura 3 - Hidrograma de bacia rural e bacia urbanizada. Fonte:(TUCCI, 2008)......................5 Figura 4 - Localiza??o do munic?pio de S?o Gon?alo. Fonte: Google Maps.............................9 Figura 5 - Mapa de densidade urbana da RMRJ. Fonte: Adaptado (GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO, 2016). ................................................................................................ 10 Figura 6 - Mapa detalhado da bacia do rio Alc?ntara. Fonte: (ENCIBRA S.A., 2014). .......... 11 Figura 7 - Mapa com indica??o dos rios Alc?ntara e Guaxindiba............................................ 12 Figura 8 - Mapa de drenagem urbana em domic?lio com exist?ncia de bueiro/boca de lobo. . 13 Figura 9 - Evolu??o da ocupa??o da margem do rio Alc?ntara................................................ 14 Figura 10 - Eixos Transversais Multifuncionais, ao longo do Rio Alc?ntara. Fonte: (C?MARA METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO, 2017). ......................................... 15 Figura 11 - Representa??o esquem?tica do canal proposto. ..................................................... 15 Figura 12 - Se??o transversal de projeto do rio e canal Alc?ntara. Fonte:(C?MARA METROPOLITANA DO RIO DE JANEIRO, 2017). ............................................................. 16 Figura 13 - Dom?nio de modelagem resultante da integra??o de modelos existentes e amplia??o da malha. ................................................................................................................. 18 Figura 14 - Exemplifica??o de divis?o de c?lulas. ................................................................... 19 Figura 15 - Espacializa??o dos postos com dados de precipita??o.. ........................................ 21 Figura 16 - N?vel de mar? relativo ao posto da Ilha Fiscal.......................................................22 Figura 17 - N?vel do mar corrigido pela refer?ncia do IBGE...................................................23 Figura 18 - Vaz?es espec?ficas nas unidades hidrogr?ficas de refer?ncia. Fonte: (ANA, 2007). .................................................................................................................................................. 24 Figura 19 ? ?rea de contribui??o adotada para c?lculo das vaz?es espec?ficas, exemplo de condi??o de contorno da c?lula 230. ........................................................................................ 25 Figura 20 ? Precipita??o registrada nos postos do munic?pio de S?o Gon?alo. ....................... 27 Figura 21 ? Precipita??o registrada nos postos do munic?pio de Niter?i. ................................ 27

viii

 ................
................

In order to avoid copyright disputes, this page is only a partial summary.

Google Online Preview   Download