Utilização do software Hydrus-1D na predição da infiltração de água no jardim de chuva da POLI/UPE

Resumo

Nas últimas décadas, os impactos do processo de urbanização têm se intensificado significativamente. Estima-se que, em 2030, 60% da população mundial estará concentrada em centros urbanos, e no Brasil, especialmente na região hidrográfica do Paraná, essa concentração já ultrapassa 90% (IBGE, 2023; World Economic Forum, 2024). A urbanização rápida e não planejada acarreta diversas mudanças ambientais e problemas de infraestrutura urbana, incluindo um desequilíbrio no balanço hídrico. Esse desequilíbrio é evidenciado pela redução da infiltração de água no solo e pelo aumento das vazões de escoamento superficial, resultando em enxurradas e cheias urbanas. Tradicionalmente, a solução para a drenagem urbana tem sido a construção de galerias pluviais para transportar o escoamento superficial para fora das áreas urbanas. Contudo, essas estruturas muitas vezes não conseguem lidar com a magnitude das vazões, agravadas pela impermeabilização desordenada e problemas de manutenção das redes de drenagem. Com a tendência de adoção de práticas de desenvolvimento de baixo impacto ambiental, novas soluções complementares têm sido estudadas. Estas soluções visam manter o equilíbrio do balanço hídrico pré-desenvolvimento e incluem dispositivos que aumentam a infiltração, armazenam e retardam o escoamento, além de integrar medidas não estruturais para prevenir os problemas na fonte. Entre essas técnicas, destacam-se os sistemas de biorretenção, como os jardins de chuva, que são instalados em áreas escavadas e preenchidos com materiais permeáveis e orgânicos. Essas estruturas visam à retenção, filtração e infiltração das águas pluviais, contribuindo para a desconexão de áreas impermeáveis e proporcionando benefícios ambientais, ecológicos, paisagísticos e econômicos. Li e Zhao (2008) descrevem os jardins de chuva como estruturas de baixo custo e manutenção simples, que purificam e absorvem as águas pluviais, reduzindo o volume escoado e protegendo as águas subterrâneas. A principal função desses sistemas é captar, reter, retardar e minimizar ou evitar os impactos do escoamento superficial. Na Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco (POLI/UPE) foi construído um jardim de chuva de 6 m², localizado no estacionamento em frente ao Bloco B. O terreno foi escavado a uma profundidade de 80 cm, sobre o qual foi colocada uma camada de 60 cm de brita 1, envolta superior e inferiormente por uma manta geotêxtil para dirimir a colmatação, e uma camada de substrato para as plantas de 20 cm de areia argilosa. As plantas cultivadas no jardim foram a Ixora coccinea e a Evolvulus glomeratus, ambas indicadas pela literatura para aplicação em jardins de chuva. O presente trabalho objetivou calcular o fluxo de infiltração de águas pluviais utilizando a predição do software Hydrus-1D, que é um modelo desenvolvido para simular o movimento unidimensional de água, calor e solutos em diferentes perfis de solo, resolvendo numericamente a Equação de Richards em condições de fluxo de água com saturação variável. As simulações utilizam variáveis meteorológicas e características físicas do solo, permitindo a definição de diversas condições de contorno e oferecendo várias opções para caracterização hidrodinâmica do solo. Para isso, o solo do fundo do terreno escavado foi analisado e determinada sua caracterização. No software foi definida a função de simular o fluxo vertical da água, definida a quantidade de três camadas do perfil do solo (substrato, brita e terreno natural), feita a escolha da simulação para um tempo de vinte e quatro horas com uma chuva de 10 mm/h. Os parâmetros para a equação de Richards e o modelo de van Genuchten-Mualem padrões do programa foram mantidos. Quanto aos perfis do solo, as três camadas foram configuradas de acordo com suas características e o modelo de predição neural estimou os parâmetros da curva de retenção de água e a condutividade hidráulica em solo saturado em função dos teores de argila, areia, silte e densidade do solo. O sistema foi configurado como tendo a superfície submetida à pressão atmosférica podendo formar uma camada de água de até cinco centímetros sobre a superfície do substrato; já a parte inferior do perfil foi configurada com drenagem livre. A análise resultou em uma estimação que, na superfície do jardim, há uma infiltração máxima de 1,42 cm/h, que decresce até se manter constante por volta de cinco horas de chuva e se mantém em 0,86 cm/h até o fim da simulação. O gráfico gerado pelo programa que estima o fluxo da água na superfície apresenta, inicialmente, uma curva com tendência logarítmica até, aproximadamente, a terceira hora de observação. Isso se deve a camada de brita armazenar um significativo volume de água após o substrato das plantas, para, logo em seguida, penetrar no solo do terreno natural de forma lenta. A partir de então, tende a uma reta horizontal constante até atingir as vinte e quatro horas de predição. Obteve-se assim uma curva de infiltração acumulada de aproximadamente 24 cm em vinte e quatro horas de chuva. Observa-se que o jardim supre razoavelmente a necessidade de drenar a água da chuva no local onde está instalado e ressalta-se a eficácia dos jardins de chuva em efetivar a infiltração de água e reduzir o escoamento superficial, proporcionando benefícios ambientais significativos. Para resultados mais precisos recomenda-se que a caracterização dos solos dos perfis seja feita em laboratório e os percentuais de areia, argila e silte sejam aplicados na predição.