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Tipo do documento: Tese
Título: Modelo conceitual para gestão de águas de drenagem urbana em regiões semiáridas
Autor: Medeiros, Giselaine Maria Gomes de 
Primeiro orientador: Oliveira, Rui de
Primeiro coorientador: Nascimento, Ruth Silveira do
Primeiro membro da banca: Silva, Mônica Maria Pereira da
Segundo membro da banca: Gaudêncio, Lúcia Maria de Araújo Lima
Terceiro membro da banca: Sperling, Marcos Von
Quarto membro da banca: Araújo, André Luís Calado
Resumo: A rápida urbanização representa uma ameaça sobre os sistemas de drenagem urbana em todo o mundo. A poluição difusa em bacias hidrográficas urbanas transportada pelas águas pluviais no escoamento superficial e o lançamento indiscriminado de esgoto em sistemas de macrodrenagem são responsáveis pela deterioração da qualidade da água de drenagem e pela alteração da vazão, afetando o meio ambiente e a saúde pública. Para que os sistemas de drenagem urbana avancem em direção ao desenvolvimento sustentável, são necessárias alternativas e práticas de drenagem sustentáveis com abordagens sistêmicas e estratégias de gestão de águas pluviais em diferentes dimensões (ambiental, social e econômica). Este estudo tem como objetivo produzir um modelo conceitual para gestão de águas de drenagem de bacias urbanas que possa ser utilizado como ferramenta de planejamento dos espaços urbanos existentes, e que seja capaz de induzir a sustentabilidade da bacia hidrográfica. Esta pesquisa foi realizada na microbacia do riacho das Piabas, mais especificamente, na área urbana de Campina Grande, no estado da Paraíba. Para atingir o objetivo, foi fundamental utilizar três modelos matemáticos. A modelagem hidrológica, no programa Storm Water Management Model (SWMM), foi necessária para compreender o funcionamento do sistema de macrodrenagem quanto à qualidade e a quantidade da água, considerando diferentes cenários (interceptação do lançamento de esgoto, reservatórios de detenção e estruturas de desenvolvimento de baixo impacto - LID). A metodologia Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) também foi empregada para determinar os impactos ambientais potenciais, os riscos à saúde da população, e os danos à qualidade dos ecossistemas, associados à poluição da água pluvial urbana e os custos ambientais das emissões. Foi realizado um orçamento das medidas de intervenção propostas para melhoria da qualidade dessas águas. A análise multicritério foi realizada para integrar as preferências dos especialistas quanto ao grau de importância dos indicadores da ACV, ordenando os cenários de intervenção que mais contribuem para a sustentabilidade das águas pluviais urbanas. Por fim, foi produzido o modelo conceitual para auxiliar os decisores na gestão dessas águas. A modelagem hidrológica foi eficiente na compreensão do funcionamento do sistema de macrodrenagem, com erros de continuidade mínimos. Após a simulação, os resultados de qualidade da água e de vazão dos fluxos de entrada (esgoto e lixiviado) no sistema subsidiaram o inventário do ciclo de vida, indispensável para iniciar a modelagem da ACV no programa OpenLCA. Os resultados da ACV expressos em categorias de impacto (indicadores) demonstraram os impactos ambientais, sociais e econômicos das águas pluviais urbanas do riacho das Piabas. Observou-se que o fluxo de entrada mais impactante para as oito categorias de impacto ambiental e para os dois indicadores sociais é o esgoto, sendo responsável por 70% (em média) dos impactos potenciais ao meio ambiente. O fluxo de lixiviado do cenário com maior cobertura de área de implantação de estruturas de LID (médio LID) apresentou uma redução dos impactos ambientais em torno de 90%. A interceptação do lançamento de esgoto conseguiu reduzir os impactos ambientais em torno de 60% e a implantação de médio LID nas sub-bacias reduziu entre 29,5% e 25,4%. Estes foram os cenários que mais reduziram os impactos ambientais, sociais e econômicos (quanto às externalidades ambientais). Os indicadores ambientais mais impactantes foram aquecimento global, formação de material particulado e ecotoxicidade de água doce, destacando também a eutrofização de água doce. Verificou-se na ACV social, em todos os cenários, que a poluição das águas pluviais urbanas oferece riscos à saúde humana e danos à qualidade dos ecossistemas. A interceptação do lançamento de esgoto foi a intervenção que apresentou menores custos de implantação, seguida dos reservatórios de detenção. A análise multicritério ordenou os cenários de intervenção que melhor contribui para gestão das águas de drenagem urbana. De acordo com os resultados obtidos, sugere-se a integração dos cenários de intervenção para que se estabeleça a sustentabilidade da área de estudo. O modelo conceitual proposto se apresenta como uma ferramenta de planejamento urbano que contribui para o avanço organizacional da gestão das águas pluviais urbanas. É exequível e de fácil implementação, desde que, obtenham informações sobre a área de estudo, requerendo a multidisciplinaridade entre os decisores para solucionar um problema de decisão. A sequência de ações apresentada no modelo conceitual proporciona aos gestores e formuladores de políticas, facilitar a tomada de decisão rumo à sustentabilidade dessas águas.
Abstract: Rapid urbanization poses a threat to urban drainage systems worldwide. Diffuse pollution in urban catchments carried by stormwater in surface runoff and the indiscriminate discharge of sewage into macro drainage systems are responsible for the deterioration of drainage water quality and altered flow rates, affecting the environment and public health. For urban drainage systems to move towards sustainable development, sustainable drainage alternatives and practices with systemic approaches and stormwater management strategies in different dimensions (environmental, social and economic) are needed. This study aims to produce a conceptual model for urban watershed drainage water management that can be used as a planning tool for existing urban spaces, and that is able to induce watershed sustainability. This research was carried out in the Piabas Creek watershed, more specifically, in the urban area of Campina Grande, in the state of Paraíba. To achieve the objective, it was essential to use three mathematical models. Hydrological modeling, in the Storm Water Management Model (SWMM) program, was necessary to understand the functioning of the macro drainage system regarding water quality and quantity, considering different scenarios (sewage disposal interception, detention reservoirs and low impact development structures - LID). The Life Cycle Assessment (LCA) methodology was also employed to determine the potential environmental impacts, health risks to the population, and damage to ecosystem quality associated with urban stormwater pollution and the environmental costs of emissions. A budget of the proposed intervention measures to improve the quality of these waters was carried out. Multi-criteria analysis was performed to integrate the experts' preferences regarding the degree of importance of the LCA indicators, ranking the intervention scenarios that contribute most to urban stormwater sustainability. Finally, the conceptual model was produced to assist decision-makers in managing these waters. The hydrological modeling was efficient in understanding the functioning of the macro drainage system, with minimal continuity errors. After the simulation, the results of water quality and flow of the input flows (sewage and leachate) in the system subsidized the life cycle inventory, indispensable to start the LCA modeling in the OpenLCA program. The LCA results expressed in impact categories (indicators) demonstrated the environmental, social and economic impacts of urban stormwater from Piabas Creek. It was observed that the most impactful input stream for the eight environmental impact categories and the two social indicators is sewage, accounting for 70% (on average) of the potential impacts to the environment. The leachate from the scenario with the highest LID structure implementation area coverage (medium LID) showed a reduction in environmental impacts of around 90%. Interception of sewage discharge managed to reduce environmental impacts by around 60% and the implementation of medium LID in the sub-basins reduced between 29.5% and 25.4%. These were the scenarios that most reduced the environmental, social and economic impacts (regarding environmental externalities). The most impacting environmental indicators were global warming, particulate matter formation, and freshwater ecotoxicity, also highlighting freshwater eutrophication. It was found in the social LCA, in all scenarios, that urban stormwater pollution poses risks to human health and damage to ecosystem quality. Sewage interception was the intervention that presented the lowest implementation costs, followed by detention reservoirs. The multi-criteria analysis ordered the intervention scenarios that best contribute to the management of urban drainage water. According to the results obtained, the integration of intervention scenarios is suggested in order to establish the sustainability of the study area. The proposed conceptual model is presented as an urban planning tool that contributes to the organizational advancement of urban stormwater management. It is feasible and easy to implement, as long as they obtain information about the study area, requiring multidisciplinarity among decision-makers to solve a decision problem. The sequence of actions presented in the conceptual model provides managers and policy makers with facilitating decision-making towards the sustainability of these waters.
Palavras-chave: Sustentabilidade urbana
Urban sustainability
Drenagem urbana
Recursos hídricos
Urban drainage
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual da Paraíba
Sigla da instituição: UEPB
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA
Citação: MEDEIROS, Giselaine Maria Gomes de. Modelo conceitual para gestão de águas de drenagem urbana em regiões semiáridas. 2021. 229f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/4123
Data de defesa: 16-Dez-2021
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