A urbanização acelerada das últimas décadas aliada à ocupação desordenada e intensa impermeabilização do solo, têm agravado as cheias nas cidades brasileiras. Na cidade de São Paulo, recentemente, os períodos chuvosos, entre os meses de outubro e março, de 2009-2010 e 2010-2011 foram especialmente relevantes, quando ocorreram precipitações intensas e de longa duração que causaram grandes inundações e alagamentos por toda a cidade. Outro agravante é a continuidade da utilização única e exclusivamente de técnicas clássicas com enfoque higienista para a solução dos problemas de drenagem urbana, como é o caso das canalizações dos córregos e rios. Diante dessa problemática surge uma nova abordagem do tema que envolve o manejo sustentável das águas pluviais por meio da utilização de um conjunto de medidas de controle da fonte, que podem ser integradas aos sistemas de drenagem existentes. Essas medidas se baseiam na retenção e infiltração das águas pluviais e na retenção de poluentes, reduzindo a probabilidade de inundações e contribuindo para a melhoria da qualidade da água dos sistemas hídricos urbanos. O objetivo deste estudo foi avaliar, por meio da modelagem matemática, o efeito que a implantação de medidas controle na fonte pode proporcionar no abatimento dos picos de cheia em áreas urbanas densamente ocupadas. Para tanto foi selecionada a bacia do córrego da Luz localizada no centro da cidade de São Paulo que apresenta altas taxas de impermeabilização do solo. As análises foram feitas com o PCSWMM, que é um sistema de suporte a decisão espacial desenvolvido pela CHI para o SWMM5 da EPA. Foram selecionadas medidas de controle na fonte que possam se adequar em locais onde a disponibilidade de espaço é pequena, como é o caso dos pavimentos permeáveis, telhados verdes e jardins de chuva. Os cenários analisados consideraram a situação atual sem implantação de medidas de controle e a implantação individual e combinada das medidas de controle na fonte. São avaliados eventos de precipitações, considerando diferentes períodos de retorno e durações de chuva e a porcentagem de área impermeável contribuinte para as medidas de controle. Uma análise geral dos resultados da modelagem permite apontar que o amortecimento dos picos de cheia foi verificado em todos os cenários, em maior ou menor intensidade, e o melhor desempenho no abatimento do pico de cheia foi verificado nos cenários que consideraram a implantação de pavimentos permeáveis. Os resultados da modelagem e os baixos custos de implantação dos pavimentos permeáveis sugerem que esta medida, dentre as três analisadas, é a que apresenta melhor custo-benefício. Contudo sabe-se que a implantação de pavimento asfáltico permeável em 100% da área disponível pode não ser viável. Logo a implantação conjunta com outras medidas de controle pode melhorar o desempenho de um sistema de controle de cheias. / The accelerated urban growth in the last decades associated with a disordered occupation and excessive impervious surfaces has worsened the floods in Brazilian cities. In the City of São Paulo, lately, the rainy season between October and March, in 2009-2010 and in 2010-2011, were especially relevant. There were intense and long-lasting rainfalls that caused flooding all over the city. Another aggravating factor is the single and exclusive use of traditional stormwater management methods for solving urban drainage problems, which is the case of stream and river canalizations. When faced with these problems, a new approach that involves the sustainable management of rainwater starts growing. These techniques include a set of low impact development practices that should be incorporated to the existing drainage systems. They are based on the detention and infiltration of stormwater, also the retention of pollutants. They also contribute to decreasing flood probability and to improving water quality of urban water systems. The goal is to evaluate, through a mathematical modeling, the low-impact development practices effect on reducing the peak runoff rates in highly urbanized areas. To this end, a subcatchment located in the center of São Paulo city, called Córrego da Luz, was chosen. This subcatchment has high rates of soil imperviousness. The analysis will be made with the PCSWMM, which is a spatial decision support system for the SWMM5 from EPA. The PCSWMM was developed by CHI. The low-impact development techniques selected for this study are permeable pavements, green roofs and rain gardens. These techniques can be implemented in places where space is no longer available. The scenarios must consider the current situation without the implementation of control measures, the individual and combined implementation of these practices. Various rainfall events were evaluated considering different durations. Also evaluated were the different percentages of impervious areas treated by low-impact development techniques. An overview of modeling results allows stating that the reduction of peak runoff was observed in all the scenarios, at greater or lower intensity. But the best performance was observed in scenarios that considered the implementation of permeable pavements. Modeling results and low-cost implementation of permeable pavements suggest that it is the most cost-effective measure, among the three analyzed. However, it is known that the implementation of permeable pavement in 100% of the available area may not be feasible. Hence, the combined implementation with other low-impact developments might improve the performance of a flood control system.

A presente tese se propõe à análise da requalificação ambiental em assentamentos precários sobre áreas de fundos de vale, orientadas à proteção pelos instrumentos do planejamento ambiental da metrópole de Curitiba, e urbanizados pela Companhia de Habitação do Paraná no âmbito do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), modalidade Projetos Prioritários de Investimento (PPI), Intervenção em Favelas (IF). Parte-se da hipótese de que a adoção de técnicas compensatórias de manejo de águas pluviais, associadas ao tratamento urbanístico, nas intervenções do PAC Favelas, contribuíram para a requalificação ambiental dos fundos de vale da franja leste. A partir da estrutura metodológica de análise, composta por quatro descritores-chave - cursos d´água, áreas de preservação permanente, saneamento ambiental e vias públicas -, constatou-se nos estudos de caso do PAC Iraí e Guarituba, municípios de Pinhais e Piraquara, que as urbanizações vêm promovendo um inegável ganho ambiental às planícies fluviais da Área de Interesse Especial Regional do Rio Iguaçu (AIERI) ao restituir, com os parques lineares, áreas de restrição à ocupação degradadas por ocupação irregular precária. No entanto, também se verificaram impasses institucionais e projetuais, especialmente no que diz respeito à recomposição da cobertura vegetal das matas ciliares e aos aspectos de desenho urbano, que podem resultar no abandono do uso coletivo dos espaços públicos ribeirinhos, dando margem ao reinício do ciclo de degradação ambiental no pós-urbanização. Constatou-se, ainda, o caráter setorial das urbanizações na metrópole de Curitiba, delimitadas por limites administrativos em detrimento à unidade da bacia hidrográfica, o que resultou em experiências com maior ou menor adesão participativa das prefeituras em relação ao Governo Estadual, proponente do PAC PPI-IF. / This thesis aims to analyze the environmental requalification realized in precarious settlements on valley bottom areas oriented for protection by the environmental planning instruments of the metropolis of Curitiba. Such settlements were urbanized by the Companhia de Habitação do Paraná under the Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), modality: Projetos Prioritários de Investimento (PPI), Intervenção em Favelas (IF). It is hypothesized that the adoption of compensatory rainwater management techniques, associated with urban treatment, in the interventions of the PAC Favelas, contributed to the environmental requalification of the east side valley bottoms. From the methodological structure of analysis, composed of four key descriptors - water courses, permanent preservation areas, environmental sanitation and public roads -, it was verified in the case studies of PAC Iraí and Guarituba, municipalities of Pinhais and Piraquara, that the urbanizations have been promoting an undeniable environmental gain to the fluvial plains of the Área de Interesse Especial Regional do Rio Iguaçu (AIERI) by restoring, with the linear parks, areas of restriction to the occupation degraded by precarious irregular occupation. However, there were also institutional and project impasses, especially regarding the restoration of the vegetation cover of the riparian forests and urban design aspects, which can result in the abandonment of the collective use of the riverside public spaces, giving rise to the resumption of the cycle degradation in post-urbanization. It was also verified the sectorial character of urbanizations in the metropolis of Curitiba, delimited by administrative limits in detriment to the unit of the hydrographic basin, which resulted in experiences with more or less participative adhesion of the prefectures in relation to the State Government, proponent of the PAC PPI-IF.

O processo de acelerada expansão urbana observado no Brasil a partir de meados do século XX, sem planejamento adequado, resultou em ocupação de áreas de risco de inundações urbanas por parte da população de baixa renda, gerando prejuízos sociais. Além disso, potencializou-se o risco de inundações por meio da impermeabilização do território, supressão da mata ciliar e retificação e canalização dos córregos. Com vistas à redução no risco de inundações em áreas urbanas, faz-se necessário, além da adoção de medidas mitigadoras nos locais assolados pelo problema, um disciplinamento adequado do uso e da ocupação do solo nas áreas ainda não urbanizadas da bacia, abordando a questão da drenagem. No entanto, o planejamento territorial urbano não é atribuição do sistema gestor de recursos hídricos, mas do município como um todo, de modo que há vários setores da gestão municipal que devem ser envolvidos nesse processo. Em meio a diferentes prioridades, a questão da drenagem urbana não tem sido satisfatoriamente abordada. Nesse contexto decisório a respeito do planejamento, é fundamental, portanto, que haja uma metodologia que possa conciliar os julgamentos divergentes e, por vezes, conflitantes acerca da alternativa mais adequada de uso e ocupação do solo. Os sistemas de suporte à decisão multicriteriais permitem contornar este problema, além de possibilitarem trabalhar com critérios incomensuráveis, de modo que se configuram como uma opção promissora para o planejamento territorial urbano. O objetivo deste trabalho foi justamente aplicar três métodos diferentes de análises multicriteriais ao planejamento de uso e ocupação do solo de uma bacia hidrográfica ainda em urbanização (rio Mineirinho, em São Carlos - SP) para escolher uma alternativa de uso e ocupação do solo dentre três possíveis. A primeira consistia em um futuro provável com base no histórico de urbanização da bacia e no Plano Diretor Municipal; a segunda, idem, com o acréscimo de um reservatório proposto no Plano Diretor de Drenagem Urbana de São Carlos; e a última propunha medidas de adequação da ocupação urbana ao sistema natural de drenagem. Dever-se-iam considerar os julgamentos de diferentes atores sociais e buscar a redução no risco de inundações urbanas. Um dos métodos utilizados, o Processo Analítico Hierárquico foi considerado menos adequado ao problema proposto que os outros dois (fuzzy-TOPSIS e fuzzy-ELECTRE). E apesar da dificuldade encontrada em realizar uma reunião com um conjunto de seis diferentes atores sociais para debater seus pontos de vista acerca de critérios de escolha e alternativas de uso e ocupação do solo na bacia, foi possível verificar as preferências do conjunto. Em geral, deseja-se alguma intervenção estrutural significativa para mitigar o problema das inundações, como o reservatório proposto no Plano Diretor de Drenagem Urbana de São Carlos. Embora os participantes da pesquisa tenham mostrado interesse pela proteção ambiental, não preferiram, em comparação às demais, a alternativa de uso e ocupação do solo que favorecia a adequação da ocupação urbana ao sistema natural de drenagem. / The process of accelerated urban expansion observed in Brazil from the second half of the 20th century on, without adequate planning, resulted in the occupation of areas with risk of flooding by the population of lower income, what caused social loss. Besides, waterproofing of the territory, suppression of the riparian forest, and straightening and channeling of rivers increased the risk of flooding. In order to reduce this risk in urban areas, in addition to adopting mitigating measures on the spots affected by the problem, it is necessary to discipline the use and occupation of the soil where it has not yet been urbanized, taking into consideration the drainage matter. However, urban territory planning is not only attributed to the managers of the water systems, but to the city as a whole. This way, there are various sectors of the municipal management that should be involved in this process. Among different priorities, the matter of urban drainage has not been satisfactorily discussed. Thus it is fundamental to find a method to conciliate divergent judgements about the most adequate alternative for the use and occupation of the soil. The multicriteria decision support systems are able to do this and to work with incommensurable criteria, and therefore they are a promising option to apply in the context of urban territory planning. The main objective of this work was precisely using three different methods of multicriteria analysis in the planning of the soil use and occupation of the Mineirinho watershed (São Carlos - SP), which is still in the midst of an urbanization process, in order to choose one of the three possible alternatives of soil use and occupation. The first one consisted on a probable future, based on the watershed urbanization history and the Municipal Directive Plan; the second one, idem, with the addition of a reservoir proposed in the Urban Drainage Directive Plan of São Carlos; and the last one presented measures to adequate the occupation of the basin to the natural drainage system. The judgement of different social actors and the reduction of the urban flooding risk should be taken into account. One of the used methods - the Analytic Hierarchy Process (AHP) - was considered less suitable to the proposed problem than the other two (fuzzy-TOPSIS and fuzzy-ELECTRE). And although there was some difficulties to hold a meeting with a group of six different social actors who would debate their points of view concerning the choice criteria and the alternatives of soil use and occupation, it was possible to verify the preferences of the group. In general, they want a significant structural intervention to mitigate the urban flood problem, like the reservoir proposed in the Urban Drainage Directive Plan of São Carlos. In spite of the fact that the social actors showed interest for the environmental protection, they did not prefer, when comparing to the other alternatives, the one that most favored the adequacy of the urban occupation to the natural drainage system.

Novas medidas de controle das vazões excedentes surgiram nos últimos anos e buscam contornar as mudanças nos ciclos hidrológicos, imitando e mantendo as condições naturais existentes antes dos processos de urbanização. Uma dessas alternativas, conhecida genericamente pelo nome de reservatório de armazenamento, procura reter parte do escoamento superficial gerado durante as precipitações, para depois fazer sua devolução de forma lenta e gradual aos leitos dos córregos e rios, atenuando o pico dos hidrogramas e redistribuindo as vazões ao longo do tempo. Uma das variáveis desse reservatório de armazenamento, que permanece seco entre eventos chuvosos, é denominado de reservatório de detenção e constitui-se o objeto deste trabalho. Sua implantação e utilização são discutidas por meio das experiências da CDHU, através de estudos de casos reais, onde prova-se que a incorporação desse novo dispositivo de drenagem urbana é ainda um assunto polêmico, para o qual técnicos, governantes e população estão despreparados. É legítimo o anseio da sociedade por medidas sustentáveis e ambientalmente corretas, na qual os reservatórios de detenção se enquadram, porém sua implementação por força de medidas legais, muitas vezes, tem sido realizada de forma pouco conseqüente, sem planejamento e ponderação quanto às dificuldades e implicações dessa atitude. Denota-se também, a necessidade de avaliação da eficiência destes dispositivos e de normatização das formas de aplicação, dimensionamento, operação e manutenção. Além disso, é necessário a sensibilização, a conscientização e a educação em todos os níveis, pois existem paradigmas a serem quebrados e obstáculos a serem vencidos. Ao final do trabalho, sugere-se um pequeno roteiro com diretrizes gerais para incorporação dos reservatórios de detenção em novos empreendimentos, com o intuito de orientar e facilitar a utilização desses dispositivos, melhorando sua aceitação pela sociedade. / New stormwater control techniques have emerged during last years, trying to mimic and keep the natural conditions of hydrologic cycle. One of these measures, known as storage facility, detains part of the rainfall runoff to release it at controlled rates downstream, attenuating the hydrograph peak and redistributing the volume over a certain period of time. The focus of this report is the detention basin, a storage facility designed to empty out between runoff occurrences. Its insertion and use are discussed through CDHU experiences, based on real cases, where the results show that this new urban drainage control system is still a polemic issue, for what technicians, governments and population are unprepared. Society’s concerns about sustainable and environmentally correct measures, inside which detention pond is placed, are rightful, however its implementation in the course of legal procedures has been made carelessly, unplanned and without considerations of difficulties and impacts. In addition, evaluation of its performance along with regulation of using forms, dimensioning, operation and maintenance are also required. Moreover, sensitiveness, consciousness and education related to detention basin should be improved, since there are paradigms to be broken and obstacles to win. At the end of this report, it is suggested some guidelines to incorporate detention basins in new land development, not only to facilitate and instruct the use of this structure, but also to improve society’s acceptance.

No Brasil, o processo de urbanização caracterizou-se pela falta de planejamento e infraestrutura adequada, potencializando os impactos advindos das enchentes e inundações. Para mitigá-los, é necessária a realização de estudos hidrológicos que busquem compreender e representar o comportamento da bacia hidrográfica frente aos eventos chuvosos. Uma das ferramentas mais utilizadas para a execução dessa tarefa são os Sistemas de Suporte à Decisão (SSDs) aplicados na área de recursos hídricos, destacando-se o Sistema de Suporte a Decisões para Análise de Ondas de Cheias em Bacias Complexas (ABC6). O ABC6 caracteriza-se por ser um software brasileiro, gratuito e apresentar diversos modelos de determinação da precipitação efetiva e de geração de hidrogramas sintéticos. Quando os dados hidrológicos da área de estudo, como precipitação e vazão, encontram-se disponíveis, os parâmetros desses modelos podem ser determinados. Caso contrário, faz-se necessário estima-los por meio de formulações empíricas, sendo questionável a aplicação dessas formulações em áreas com características diferentes às de sua determinação. Dessa forma, a proposta do presente trabalho consistiu em avaliar o desempenho dos modelos presentes no ABC6, utilizando suas formulações empíricas para estimar o tempo de concentração e os parâmetros dos modelos de precipitação efetiva e de geração de hidrogramas sintéticos de uma bacia hidrográfica em processo de urbanização. Os resultados obtidos colocaram em xeque a validade dos valores dos parâmetros sugeridos em literatura técnica, do modelo do SCS para a determinação da precipitação efetiva e das rotinas de cálculo do ABC6 para os modelos de Horton e de Green-Ampt. Os resultados demonstraram a necessidade da atualização das rotinas de cálculo presentes no ABC6, de forma a torna-lo mais robusto, e da elaboração de um manual técnico detalhado de suas rotinas computacionais, orientando ao usuário de forma a extrair o máximo de sua potencialidade em estudos hidrológicos. Demonstrou-se, também, a necessidade de estudos regionalizados, de forma a incorporar as características e peculiaridades de cada região aos parâmetros a serem utilizados. / In Brazil, the urbanization process was characterized by the lack of planning and adequate infrastructure, strengthening the arising of floods and flooding. In order to mitigate them, it is necessary to conduct hydrological studies that seek to understand and represent the behavior of the watershed when facing rainfall events. One of the most used tools to perform this task is the Decision Support Systems (DSS) applied in the water resources area, highlighting the Decision Support System for Flood Wave Analysis in Complex Watersheds (ABC6). The ABC6 is characterized by being a free Brazilian software and it presents many models to determine the effective precipitation and to generate synthetic hydrographs. When the hydrological data of the study area are available, such as precipitation and flow, the models parameters can be determined. Otherwise, it is necessary to estimate them through empirical formulations so that the application of these formulations is questionable in areas with different characteristics from those of their determination. Thus, the purpose of this study was to assess the performance of the models presented in ABC6 by using their empirical formulations in order to estimate the time of concentration and the model parameters of effective precipitation and synthetic hydrograph generation for a watershed in the process of urbanization. The results put into question the validity of the parameters values suggested in the technical literature of the SCS model, which is used for the effective precipitation determination and the ABC6 calculation routines for models of Horton and Green-Ampt. The results presented the need of updating the calculation routines presented in the ABC6 in order to make it more robust, and the need of the elaboration of a detailed technical manual of its computational routines, guiding the user in order to make the most of its potential in hydrological studies. In addition, it has been demonstrated a need for regionalized studies in order to incorporate the features and characteristics of each region to the parameters to be used.

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem. / This project refers to the development of an automatic multi-objective calibrator for the SWMM (Storm Water Management Model), and the evaluation of some uncertainties sources inherent to the calibration process, aiming to a satisfactory rainfall-runoff transformation representation. The code was written in C language, and applies the concepts of the multi-objective optimization method NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) with controlled elitism, using the source code of SWMM to calculate the simulated flow. In addition, a visual interface was also created to improve the calibrators usability. The calibrator tests were applied to three different systems: a hypothetical system available in the SWMM installation package; a real system of small dimensions, called La Terraza, located in the city of Sierra Vista, Arizona (USA); and a large dimensions system, the watershed of Gregório Stream, located in São Carlos (SP). The results indicate that the calibrator built presents, in general, satisfactory efficiency, although it is very dependent on the observed data quality and the input parameters selected by the user. The importance of the events chosen for calibration, the settlement of appropriate limits on the decision variables values, the objective functions choice, and especially the quality and representativeness of the rainfall and runoff monitoring data were demonstrated. We conclude that these performed tests contribute to the thorough understanding of the processes involved in modeling and calibration, enabling advances in the modeling results reliability.

O estado da drenagem urbana relaciona-se com o tipo e frequência de cheias, o aumento da poluição difusa e a degradação da qualidade da água. Como parte dos projetos FINEP/MAPLU \"Manejo de águas pluviais em meio urbano\" e FAPESP-IAV \"Assessment of impacts and vulnerability to climate change in Brazil and strategies for adaptation options\", o presente estudo teve por objetivo a análise experimental e a modelagem quali-quantitativa da poluição difusa da drenagem urbana com base ecohidrológica. O estudo foi realizado na área urbana da cidade de São Carlos, em 5 sub-bacias com áreas de drenagem entre 3,4 e 75,6 km², com grau de urbanização entre 0 e 100% e com potencial de escoamento (CN) de 58 a 95. Foram escolhidos 14 pontos para o levantamento de dados experimentais. Avaliando a continuidade dos rios, pode-se observar o impacto da urbanização na redução da qualidade no sentido da nascente à foz, com influência de esgoto. Os intervalos das variáveis de qualidade foram de: 235 a 35.000 kg/km²/ano para DQO; 0 a 7300 kg/km²/ano para DBO; 0 a 1378 kg/km²/ano para N-amoniacal; 0 a 133 kg/km²/ano para Fósforo Total e 7,8 x \'10 POT.4\' a 1,3 x \'10 POT.7\' NMP/km²/ano para coliformes fecais. Os maiores valores para as cargas específicas de DBO, DQO, N-amoniacal, Fósforo Total e Coliformes Fecais foram observados na saída das duas bacias com maior grau de urbanização. Dois indicadores ecohidrológicos foram aqui estudados: o indicador de continuidade X1 relaciona o número de afluentes laterais por unidade de comprimento do rio principal (nº/km), e X18, relacionado à vulnerabilidade, é obtido pelo produto entre velocidade e profundidade da água (m²/s). Em geral, X1 apresentou comportamento variado em cada sub-bacia, enquanto X18 mostrou elevação contínua no sentido de montante a jusante. A modelagem matemática foi realizada com o modelo SWMM no qual foram simulados cenários de macrodrenagem com base em mudanças no uso e ocupação do solo adaptados do Millenium Ecosystem Assessment. Para chuva de projeto com TR = 10 anos foram simulados cenários conforme o macrozoneamento, variando valores de CN, declividade e coeficiente de rugosidade n-Manning. Com horizontes futuros de uso e ocupação para os anos 2025, 2050, 2075 e 2100, os cenários de políticas reativas (\"GO\" e \"OS\") apresentaram vazão máxima específica e carga máxima de poluição específica superiores aos verificados nos cenários pró-ativos (\"AM\" e \"TG\"). Os resultados indicaram que a variabilidade quali-quantitativa da drenagem urbana é afetada não somente por aspectos antropogênicos, como lançamento de esgotos e falta de planejamento, como também por critérios ecohidrológicos mais complexos que sugerem aumentar expressivamente o monitoramento e simulações quali-quantitativas da poluição difusa urbana. / Urban drainage is influenced by the frequency of floods, the increase of diffuse pollution and the degradation of water quality. As a component of research projects FINEP/MAPLU \"Urban water management\" and FAPESP-IAV \"Assessment of impacts and vulnerability to climate change in Brazil and strategies for adaptation options\", this study aimed to do experimental analyses and quali-quantitative modeling of diffuse pollution of urban drainage based on ecohydrology. The study was developed at the urban area of São Carlos, in 5 sub-basins with drainage area between 3,4 and 75,6 km². The urbanization varies between 0 and 100% and the runoff potential (CN) between 58 to 95. Evaluating the continuity of the river, we can notice the impact of urbanization in decreasing water quality from upstream to downstream. Experimental analyses were made in 14 points and the quality variables oscillated between 235 - 35.000 kg/km²/yr to COD; 0 - 7300 kg/km²/yr to BOD; 0 - 1378 kg/km²/yr to N-NH3; 0 - 133 kg/km²/yr to total phosphorus and 7,8 x \'10 POT.4\' - 1,3 x \'10 POT.7\' MPN/km²/yr to fecal coliform. The highest values of specific charge for COD, N-NH3 and phosphorus were observed at sub-basins with high degree of urbanization. Two ecohydrological indicators were estimated. The continuity indicator X1, relates to the number of lateral affluents and to the length of the river. X18 is related to vulnerability, and obtained by the product between velocity and depth. The indicator X1 showed different behaviors in sub-basins, while X18 increased in direction upstream to downstream. Both indicators didnt show a tipical behavior. Mathematical modeling used SWMM model to simulate scenarios of macrodrainage based on land use changes adapted from Millenium Ecosystem Assessment. Rainfall of project with return period of 10 years was used to simulate scenarios in all sub-basins according to the macrozoning, ranging values for runoff potential (CN), slope and rugosity coefficient. The scenarios were simulated with horizons of use and occupation for the years 2025, 2050, 2075 e 2100. The reactive scenarios (\"GO\" and \"OS\") showed maximum specific flow and maximum specific load higher than the proactives scenarios (\"AM\" and \"TG\"). The results indicated that the variability quali-quantitative of an urban drainage is affected by antropogenic factors, like wastewater and lack of planning, and also by ecohydrologic criteria. This fact sugests the necessity of a significant increase in the monitoring and simulations quali-quantitaives of the diffuse pollution in urban drainage.

O crescimento urbano desordenado traz diversas implicações na drenagem das bacias urbanas, principalmente no referente à alterações no escoamento pluvial. Para que seja possível a minimização dessas alterações, devem ser consideradas tanto medidas estruturais quanto não estruturais de drenagem urbana, pois, muitas vezes, mesmo com a implementação de medidas não estruturais, como ferramentas de planejamento, os conceitos de urbanização ainda visam à ocupação densificada, não priorizando conceitos sustentáveis para gestão adequada das cidades, o que torna necessário o uso de medidas estruturais compensatórias. A bacia urbana Mãe d’água, localizada na divisa dos municípios de Porto Alegre e Viamão no Rio Grande do Sul, retrata bem esse problema. Além de sua ocupação se dar por populações de baixa renda em áreas de risco de inundação e escorregamento, em uma tentativa de ordenação da região pelo município, o mesmo permite a densificação urbana por meio do estabelecimento de altas taxas de impermeabilização dos lotes. Baseado nesta realidade, levanta-se a seguinte questão: existem soluções de LID (Low Impact Development) compatíveis com a mitigação de impactos hidrológicos em situações de ocupação urbana em consolidação? Para essa busca, foi realizada uma avaliação dos impactos hidrológicos e das características da dinâmica de expansão urbana local. Deste modo, avaliaram-se os efeitos da ocupação urbana no escoamento superficial, estabelecendo medidas de controle viáveis para mitigação de impactos hidrológicos em bacias com alta impermeabilidade. Para isso, foram realizadas simulações de três cenários diferentes de urbanização, sendo eles: o cenário atual, o cenário futuro e o cenário possível. O cenário atual foi representado pelo sistema atual levantado na bacia, sem nenhuma intervenção e com as taxas de permeabilidade atuais. O cenário futuro é representado pela concretização do Plano Diretor atual de Viamão, considerando a taxa de permeabilidade de 10% em toda bacia e sem nenhuma intervenção. Já o cenário possível foi apresentado através da inserção das medidas de LID Swales e pavimento permeável e com as taxas de permeabilidade de lote do cenário futuro. As simulações dos cenários foram realizadas por meio do modelo SWMM (Storm Water Management Model) para chuvas de projeto com tempo de retorno de 2, 5, 10 e 20 anos. Os resultados demonstram que a tendência atual do processo de urbanização na bacia é a redução da densidade habitacional e o acréscimo da área impermeável, aumentando a quantidade de metros quadrados de área impermeável por habitante. Em relação aos cenários, o que se apresentou mais crítico quanto a problemas de drenagem foi o cenário futuro, visto que a impermeabilização do solo é maior e não existem medidas preventivas ou corretivas para mitigação dos impactos hidrológicos. No cenário possível, mesmo com medidas mitigadoras, ainda existem volumes de inundação em alguns pontos, porém as LID’s reduziram o volume escoado na bacia em até 14% para o tempo de retorno de 2 anos. As medidas de LID apresentaram melhor desempenho para chuvas com menores tempos de retorno. O cenário atual foi o que apresentou os menores volumes escoados. A partir dos resultados pode-se observar uma melhor eficiência na redução dos volumes escoados em medidas não estruturais, como a manutenção de taxas de permeabilidade do solo, do que medidas estruturais, como as LID’s avaliadas. Porém as LID’s auxiliam na redução do escoamento superficial, sendo uma alternativa viável para áreas que já estão consolidadas. / The uncontrolled urban growth brings several implications to the drainage of urban basins, mainly in reference to the alterations in the pluvial runoff. To turn possible the minimization of this alteration is necessary to consider both non-structural and structural measures of urban drainage. It is because often, even with implementation of non- structural measures (planning tools), the urbanization concepts still aim the densified occupation of the territory and do not prioritize sustainable concepts to the appropriate management of these cities. Therefore, the use of compensatiry structural measures is necessary many times. The Mãe D’água urban basin, located at the border of Porto Alegre and Viamão municipalities, Rio Grande do Sul state, is an example of this problem. In addition to the poor population living in areas at flood and landslide risk in the basin, the municpal government allows the urban densification through the establishment of high rates of impermeabilization of plots. Based on this fact, the following quest is raised: Do structural solutions of LID (Low Impact Development) compatible with the mitigation of hydrological impacts in urban situations of occupation in consolidation? To answer this question, an assessment of the hydrological impacts and characteristics of the local urban expansion dynamics was performed. Thus, the effects of the urban occupation on the surface runoff were evaluated and feasible control measures to mitigate the hydrological impacts in highly impermeabilized basins were established. For this, were carried out simulations with three different urbanization scenarios: (i) the current scenario; (ii) the future scenario; and (iii) the possible scenario. The current scenario was represented by the current system existent in the basin, without any intervention and current permeability rates. The future scenario is represented by the implementation of the actual Plan Director of Viamão municipality, considering the permeability rate of 10% in the whole basin, and without any intervention. The possible scenario was represented through the insertion of LID measures swales and pervious pavement with the plot permeability rates of the future scenario. The simulations of the scenarios were performed using the SWMM (Storm Water Management Model) for project rainfall with return time of 2, 5, 10 and 20 years. The results demonstrate that the current trend of urbanization in the basin is the reduction of the population density and the increasing of the impermeabilized area, resulting in an increasing of impermeabilized area per inhabitant. In relation to the drainage problems in the basin, the more critical scenario was the future scenario, since the impermeabilization of the soil in this case is higher and there are no preventive or corrective measures to mitigate the hydrological impacts. In the possible scenario, even with implementation of mitigation measures, there are still floods in some places, but the LID measures reduced the runoff volume in the basin in up to 14% for a return period of 2 years. The LID measures demonstrated better performances for rainfalls with shorter return periods. The current scenario was the one with the lower surface runoff volumes. From the results, it is possible to observe that the efficiency in the reduction of the surface runoff volumes is better with non-structural measures, such as land use and occupation management, than with structural measures, such as LID measures evaluated. However, the LID measures can help in the reduction of the surface runoff, being a feasible alternative for areas that are already consolidated.

Joinville, como grande parte das cidades brasileiras, desenvolveu-se ao longo dos vales dos diversos cursos dágua que drenam o município, sem que as questões envolvidas com a drenagem tivessem ocupado papel destacado no bojo das decisões sobre o planejamento do uso e ocupação do solo e da preservação dos escoamentos hídricos naturais. A reestruturação do sistema e de formas organizacionais da gestão determina os novos marcos da gestão urbana, tais como a necessidade do planejamento estratégico, colocando restrições ao crescimento não planejado, e a incorporação da questão ambiental nas políticas setoriais urbanas (habitação, abastecimento, saneamento, ordenação do espaço), através da observância de critérios ambientais que preservem os recursos estratégicos e protejam à saúde humana. As taxas elevadas e crescentes de urbanização observadas nas duas últimas décadas levaram a um agravamento de problemas urbanos, expresso pelo crescimento desordenado e fisicamente concentrado, ausência ou carência do planejamento e padrões atrasados na sua gestão. Logo, devem ser definidas regras de uso e ocupação que preservem aspectos vitais naturais e que possibilitem um sistema de transporte, abastecimento de água, esgotamento sanitário, tratamento, drenagem urbana e coleta, processamento e reciclagem dos resíduos, de modo a conciliar o desenvolvimento urbano com a sustentabilidade do espaço após a ocupação da população. O entendimento e a caracterização dos fenômenos relacionados aos eventos de inundação são de suma importância para criar uma ferramenta que possa auxiliar a proposição de medidas e a tomada de decisão para minimizar os danos causados pelas inundações. O presente trabalho buscou através de modelos hidrológicos e hidráulicos caracterizar os fenômenos envolvidos e relacioná-los a uma probabilidade de ocorrência. Essa caracterização resultou na delimitação de áreas de inundação. O controle das áreas de risco é fundamental para a gestão das áreas ribeirinhas, a partir dos dados de manchas de inundação. Foram estabelecidas diferentes zonas de risco que relacionaram urbanização e o risco da inundação. Para cada uma dessas zonas foram estabelecidas diretrizes que permitem a urbanização de forma adequada dessas regiões. Tendo em vista que inúmeras residências estão localizadas em zonas inundáveis, foram apresentadas medidas técnicas com o intuito de reduzir a vulnerabilidade da população presente nas áreas inundáveis. Essas deverão ser objeto de políticas de conscientização da população e deverão ser apresentadas e implementadas juntamente com a sociedade com o objetivo de minimizar os prejuízos causados pelas inundações. Esses estudos fornecem ferramentas para que a gestão pública possa agir de maneira adequada e estabelecer diretrizes para o uso e ocupação dessas áreas de risco. / Joinville, like most Brazilian cities, developed along the valleys of several streams that drain the city, without the issues involved with the drainage had occupied a prominent role in the wake of decisions on planning the use and occupancy soil and conservation of natural water flows. The restructuring of the system and the organizational forms of management sets new milestones in urban management, such as the need for strategic planning, placing restrictions on the unplanned growth and the incorporation of environmental issues in urban sectoral policies (housing, water supply, sanitation, ordering space), through the observance of environmental standards that protect strategic resources and protect human health. The high and increasing rates of urbanization observed in the last two decades have led to worsening urban problems, expressed by the uncontrolled growth and physically concentrated, absence or lack of planning and standards behind in their management. Therefore, rules must be defined for use and occupation to preserve natural and vital aspects that make it possible a transport system, water supply, sewage treatment, urban drainage and collection, processing and recycling of waste in order to reconcile urban development with the sustainability of the area after population\'s occupation. The understanding and characterization of the phenomena related to flood events are the utmost importance to create a tool that can help to propose measures and decision making to minimize flood damage. The present study sought through hydrologic and hydraulic models to characterize the phenomena involved and related them to a probability of occurrence, this characterization resulted in the delineation of flood hazard areas. The risks control areas is central to the management of riparian areas, data from the flood of patches of different areas were established venture that linked urbanization and flood risk. For each of these areas have been laid down guidelines that allow the urbanization of these areas appropriately. Considering that many residences are located in flood zones were presented technical measures aiming to reduce the vulnerability of this population in the wetlands, they shall be subject to political awareness in the population and should be presented and implemented together with the company in order to minimize flood damage. These studies provide the tools for public management to act appropriately and establish guidelines for the use and occupancy of these risk areas.

A presente pesquisa trata do estudo de cenários regionais de drenagem urbana das principais sub-bacias pertencentes à área urbana de São Carlos/SP e da aplicação de incentivos ambientais em escala de lote. As projeções temporais realizadas dizem respeito às mudanças do uso e ocupação do solo para os anos de 2025, 2050, 2075 e 2100. Os cenários de uso e ocupação do solo têm como base os estudos referentes ao Millennium Ecosystem Assessment (Global Orchestration, Order from Strength, Adapting Mosaic e TechnoGarden) e sua adequação na escala local, para macrodrenagem urbana, proposta por Mendiondo (2005). Os eventos pluviométricos utilizados nas simulações dos cenários, por sua vez, foram selecionados em função das condições de umidade antecedente. Para os cenários propostos, foram avaliadas variações dos regimes hidrológico e hidráulico através de curvas de permanência em alguns pontos ao longo da parte de montante da sub-bacia do Monjolinho. Ainda, em escala de lote, é proposta uma metodologia de incentivos ambientais com base no armazenamento potencial de água no lote e na vazão máxima instantânea, para cada cenário estudado. A metodologia proposta de incentivo ambiental revela-se de simples aplicação por parte de órgãos públicos e de rápida obtenção dos resultados. Embora os cenários propostos sejam fictícios, os custos estimados (R$/\'M POT.2\') são aplicáveis para condições atuais. / This research discussed the study of regional scenarios of urban drainage of the main sub-basins belonging to the urban area of San Carlos/SP and the application of environmental incentives in lot scale. The projections of time made are related to changes of use and occupation of land for the years of 2025, 2050, 2075 and 2100. The scenarios of use and occupation of land are based on the studies concerning the Millennium Ecosystem Assessment (Global Orchestration, Order from Strength, Adapting Mosaic and TechnoGarden) and its appropriateness in the local scale, to urban macrodrainage, proposed by Mendiondo (2005). The rainfall events used in the simulations of scenarios were selected for the conditions of background humidity. For the proposed scenarios have been evaluated changes in the hydrological and hydraulic systems through remain curves in some points along the top part of sub-basin of Monjolinho. Still, in scale of lot, is proposed a methodology for environmental incentives based on the potential for water storage in the lot and the maximum instantaneous flow for each scenario studied. The proposed methodology of environmental incentive appears to be the simple application by public agencies and quickly get the results. Although the proposed scenarios are fictitious, the estimated costs (R$/\'M POT.2\') are applicable to current conditions.