Telhado verde como técnica compensatória de drenagem urbana sob condições climáticas da Região Metropolitana do Recife.

Resumo

O crescimento não planejado dos centros urbanos gera alterações no ciclo hidrológico, como o aumento no volume do escoamento superficial (MARTINS, 2018). O tratamento do escoamento produzido pelas águas pluviais é realizado tradicionalmente por meio de sistemas de canalização que captam e afastam esses volumes de forma rápida. Porém essa solução transfere o problema para regiões a jusante ocasionando inundações ou agravando a situação em outro ponto de alagamento (DE-VILLE; MENON; STOVIN, 2018). Entre as técnicas que retém parte desse escoamento e reduz a sua velocidade o uso de telhado verde vem se destacando (TASSI et al., 2014). Com isso, essa pesquisa tem o objetivo de avaliar o comportamento hidrológico do telhado verde submetido as condições climáticas da Região Metropolitana do Recife (RMR), assim como avaliar uso do modelo Hydrus 1D na predição do escoamento gerado por esses telhados. Para atingir o objetivo proposto foi instalado um protótipo de telhado verde do tipo extensivo com estrutura de madeira naval, 1m² de extensão e inclinação de 2% em Olinda-PE. Para proteção da estrutura foi utilizado uma Lona de polietileno disposta de modo a cobrir toda a área interna da estrutura, para camada drenante foi usado 5 cm de argila expandida, foi feito uso de manta geotêxtil para o filtro, por fim foram dispostos tapetes de grama esmeralda (Zoysia Japonica) sobre 9 cm de solo para jardim, a drenagem foi garantida com uso de dois orifícios na base da estrutura onde foram conectados duas mangueiras para direcionar o volume escoado para o reservatório. Junto ao protótipo foi instalado uma estação meteorológica automática, Oregon Scientific WMR300, contendo um modulo de armazenamento, pluviômetro e sensores de temperatura, umidade relativa do ar, direção e velocidade do vento. Inicialmente foi observado o comportamento do protótipo durante o período de agosto a outubro de 2019 e posteriormente de janeiro a junho de 2020 em seguida foi realizado a simulação do fluxo de água por meio do modelo computacional Hydrus 1D. O primeiro período não foi aplicado irrigação e no segundo foi empregado uma lâmina diária equivalente a 80% da evapotranspiração de referência, calculada pelo método Hargreaves. Para a simulação com o Hydrus 1D foi usado o modelo hidráulico de van Genuchten – Mualem com captação de água pela raiz da vegetação usando o método de Feddes (1978). Os parâmetros hidráulicos do solo foram calculados com uso das funções de pedotranferência propostas por Barros et al. (2013) e a condutividade Hidráulica por Cosby et al. (1984) com uso da composição granulométrica do solo obtida segundo a NBR 7181 (ABNT, 2016) para o solo do tapete de grama (solo 1) e o solo para jardim (solo 2). A condição inicial assumida foi a umidade inicial medida para cada solo após a montagem do protótipo, as condições de contorno adotadas foram, atmosférica com escoamento superficial, que pode ocorrer caso a infiltração seja inferior ao volume precipitado e drenagem livre. Foi feita a simulação para a profundidade de 11 cm, com dados meteorológicos diários e evapotranpiração estimada por Hargreaves. Para a fase sem irrigação foi feita a simulação para o período de 55 dias, onde foi observado a morte da vegetação, com profundidade da raiz de 11 cm e a altura da vegetação constante com 3 cm, o Índice de área foliar foi calculado a partir da altura da cultura usando a formula da grama disponível no Hydrus 1D, o comportamento da vegetação durante o período foi analisado a partir do ponto de murcha obtido com uso da curva de retenção do solo para pressão de – 150 m. Para o período com irrigação, equivalente a 165 dias, a altura da vegetação foi constante e igual a 15 cm, referente a altura média atingida pela espécie, e profundidade da raiz de 11 cm. Os primeiros 85 dias foram usados para calibração do modelo por meio dos ajustes realizados nos parâmetros de Feddes (1978) e na altura da vegetação. Em seguida foi feita a validação do modelo com uso dos 80 dias restantes e os parâmetros ajustados. Para avaliação da calibração e validação do modelo foram usados hidrogramas comparando os escoamentos observados durante o monitoramento do protótipo e escoamentos simulados, além dos seguintes índices estatísticos: eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), raiz quadrada de erro médio (RMSE), coeficiente de correlação (r) e coeficiente de determinação (R²). Durante o período de monitoramento analisou-se a capacidade de retenção de água do protótipo durante eventos naturais de chuva, com volumes de entrada e saída de água controlados. Durante o período sem irrigação observou-se uma precipitação total de 73,92 mm que foi completamente retida pelo protótipo de telhado verde. A simulação no Hydrus 1D mostrou que a variação no volume de água do solo atingiu valores abaixo do ponto de murcha permanente o que levou a morte da vegetação. Também foi verificado a necessidade de elaboração de um sistema de irrigação para os períodos secos. Para o período com irrigação foi observado uma capacidade de retenção de 100% das precipitações com até 22,35 mm, além disso se verificou uma redução na capacidade de retenção do protótipo durante eventos consecutivos de chuva. Com relação a calibração do modelo os ajustes na altura da vegetação apresentarão melhores índices estatísticos com NSE= 0,925, RMSE= 1,544, r= 0,970 e R²= 0,940. Os resultados dos coeficientes utilizados na avaliação da eficiência do modelo apresentaram resultados satisfatórios, com valores de NSE próximo ao valor ótimo equivalente a 1, Os coeficientes de correlação e determinação também ficaram próximos a 1 e o RMSE foi avaliado pela taxa de desvio padrão que ficou abaixo de 0,5 que é tido como valor aceitável, sendo o resultado melhor quando menor for o RSR. Para validação, os índices estáticos apresentaram valores inferiores aos da calibração, porém ainda próximos aos valores ótimos. Com isso foi verificado a capacidade de retenção de até 100% do escoamento superficial pelo protótipo de telhado verde, assim como uma boa capacidade de predição desse escoamento pelo modelo Hydrus 1D.