Figura: Infraestrutura, captação e aproveitamento das aguas de chuva. Macrodrenagem inteligente.
Imagem: Sponge Collaborative
Cidades Esponjas no bioliving.
Soluções inspiradas no design-biocêntrico, ou seja, na natureza buscamos soluções. A inovação no urbanismo veio da China, quando o Arquiteto Professor Kongjian Yu (em 2013) propôs soluções de resiliência a inundações em novos bairros e cidades em construção na China nos últimos 30 anos. O olhar do arquiteto deve servir como elemento de inovação no Brasil.
As inundações urbanas são um grande problema para as grandes cidades em todo o mundo. A rápida urbanização aumentou tremendamente, resultando em incidências mais frequentes de inundações urbanas. Como vimos agora no Rio Grande do Sul, em 2024. Hoje após vários anos de implementação, algumas cidades-esponja ainda sofrem inundações, porém muitas respostas e soluções poderão ser aproveitadas pelas cidades do Brasil, no momento em que definem seus respectivos Plano Diretor.
A adoção de modelos estrangeiros, antes de aderi-los às propriedades de captação chinesas, gerou incerteza significativa para simulação de resultados e desafios de fornecimento de materiais em várias fases do processo de implementação. Além disso, a conectividade hidrológica entre as bacias hidrográficas vizinhas foram negligenciadas na maioria dos projectos SPC.
O desenvolvimento de modelos locais baseados nas condições e necessidades locais abordar estas questões e abrir novas janelas de investigação para explorar iniciativas de gestão de águas pluviais mais eficazes. Isso inclui o avanço de estudos de avaliação custo-efetivos, estudos modernos de design de eficiência ideal e análise da contaminação de águas subterrâneas devido às altas taxas de infiltração e assim por diante.
As inundações urbanas são um dos principais problemas enfrentados pelas grandes cidades ao redor do mundo. A rápida urbanização e o desenvolvimento económico estão a transformar a cobertura do solo para se tornar cada vez mais impermeável (Zhang et al. 2019; Sun et al. 2020), levando a mais riscos frequentes de inundação e transbordamentos combinados de esgoto (CSOs) quando a quantidade de escoamento excede a capacidade dos sistemas de drenagem tradicionais. A construção e expansão das cidades envolvem demolições, desocupações e redesenvolvimento, cada uma delas que afeta o movimento da água nas superfícies terrestres, modificando as propriedades hidrológicas do solo, a cobertura da terra, e topografia (Kelleher et al. 2020) e até mesmo modificando o trajeto original da água em alguns casos. De acordo com a pesquisa das Nações Unidas, 70% da população mundial viverá em áreas urbanas até 2050 (Lund et al. 2019), resultando em aumento das inundações urbanas (Ren et al. 2020) devido ao aumento do pico de vazão e volume (Elliott & Trowsdale 2007; Ahiablame & Engel 2012; Raei et al. 2019; Nowogoń, 2020), deterioração da qualidade da água a jusante e superfícies de água reduzidas (Kelleher et al. 2020). Além disso, os fenómenos meteorológicos extremos são favorecidos pelas alterações climáticas (Li et al. 2018b).
Embora o aumento da infiltração no solo seja uma solução simples para mitigar o escoamento superficial, a sua aplicação exige o envolvimento de diferentes autoridades e profissionais. Porque é afetado por vários fenômenos complicados, como intensidade da chuva, duração do evento de chuva, tipo de solo, coeficiente de saturação inicial, declividade e cobertura do solo (Ren et al. 2020). Para para esse efeito, técnicas alternativas de eliminação do escoamento superficial de uma forma mais útil e amiga do ambiente com as melhores práticas de gestão (BMPs) e desenvolvimento de baixo impacto (LID), estão sendo desenvolvidos em todo o mundo (Raei e outros. 2019), nos EUA, desenho urbano sensível à água (WSUD) na Nova Zelândia e Austrália (Radcliffe 2019), sistema de drenagem sustentável (SuDS) no Reino Unido (Csicsaiova et al. 2020) e cidade esponja na China (Jia et Zhang 2017;e outros. 2019).
Práticas como biorretenção ou jardim de chuva (RG) (Wang et al. 2019; Jiang et al. 2020), barris de chuva (RBs) (Jiang e outros. 2020; Nowogoń esqui 2020), valas de grama (GS) (Davis et al. 2012; Mei et al. 2018; Gong et al. 2019), telhados verdes (GRs) (Liu e outros. 2019b), lagoas (Xu et al. 2018; Nahar et al. 2019; Wang & Guo 2019; Csicsaiova et al. 2020) e pavimento permeável (PP) (Li et al. 2013; Ahiablame & Shakya 2016; Liu et al. 2020; Randall et al. 2020) são usados neste conceito para manter o ciclo hidrológico natural (Nahar et al. 2019; Csicsaiova et al. 2020; Sun et al. 2020).
As cidades já abrigam, agora, mais de 59% da população total da China (NBoSo 2017). Desde 2013, 30 cidades piloto foram selecionado para estabelecer iniciativas de cidades esponjas, a fim de mitigar os efeitos da urbanização no ambiente urbano (Shao et al. 2020). Semelhante ao conceito LID, o conceito de “cidade esponja” envolve planejamento e projeto de engenharia, usando infraestruturas de drenagem verde-cinza, que, quando combinadas, podem imitar processos hidrológicos naturais e promover infiltração e processos de bioretenção para gerenciar e controlar o escoamento de águas pluviais, manter a recarga das águas subterrâneas e proteger a água qualidade a jusante (Chan et al. 2018). O principal objetivo do primeiro lote de 16 cidades piloto, anunciado em 2015, era reter pelo menos 70% da água pluvial urbana anual como medida de controle para tempestades de pequena a média intensidade. O segundo lote de 14 cidades piloto, anunciado em 2016, aumentou os objetivos para focar mais no desenvolvimento ecológico natural, águas pluviais reutilização, aumentando a qualidade da água, minimizando o alagamento e mitigando os impactos das mudanças climáticas, como o microclima urbano (MOHURD 2018). Sponge City, LID e outros sistemas alternativos de gestão de águas pluviais não podem ser tratados como um problema geral.
Um modelo que se adapta mundialmente, pois depende das características fisiológicas da bacia hidrográfica em questão, do clima da região e dos parâmetros hidráulicos e hidrológicos. Inundações urbanas, gestão de águas pluviais, OSC e qualidade da água são o foco principal dos conceitos de infraestrutura verde para águas pluviais (Dickin et al. 2020). Existem mais de 30 tipos diferentes de tecnologias de gestão de águas pluviais que, individualmente ou em combinação, promovem os seguintes seis objetivos: infiltração, detenção,retenção, purificação, colheita e drenagem (Zhang et al. 2019).
Figura: Infraestrutura mínima para uma cidade esponja.
Imagem: Sponge Collaborative
Semelhante ao conceito LID, o conceito de “cidade esponja” envolve planejamento e projeto de engenharia, usando infraestruturas de drenagem verde-cinza, que, quando combinadas, podem imitar processos hidrológicos naturais e promover infiltração e processos de bioretenção para gerenciar e controlar o escoamento de águas pluviais, manter a recarga das águas subterrâneas e proteger a água qualidade a jusante (Chan et al. 2018). O principal objetivo do primeiro lote de 16 cidades piloto, anunciado em 2015, era reter pelo menos 70% da água pluvial urbana anual como medida de controle para tempestades de pequena a média intensidade. O segundo lote de 14 cidades piloto, anunciado em 2016, aumentou os objetivos para focar mais no desenvolvimento ecológico natural, águas pluviais reutilização, aumentando a qualidade da água, minimizando o alagamento e mitigando os impactos das mudanças climáticas, como o microclima urbano (MOHURD 2018). Sponge City, LID e outros sistemas alternativos de gestão de águas pluviais não podem ser tratados como um problema geral.
Há também uma ligação inegável entre saneamento, saúde e mudanças climáticas, incluindo modificações na transmissão da água, aumentos na resistência antimicrobiana e implicações para a saúde mental e o bem-estar, como aumento do estresse, exposição potencial à violência e ansiedade pela falta de acesso para instalações sanitárias (Dickin et al. 2020). Lee & Bang (2000) demonstraram como a tecnologia das cidades-esponja pode melhorar a qualidade da água através da mitigação do escoamento; no entanto, as cidades-esponja demonstraram ser menos eficientes na regulação do escoamento em grandes tempestades.
De acordo com Griffin et al., 19 das 30 cidades piloto sofreram inundações após a sua implementação (Griffiths et al. 2020).
Nesta reflexção, anelisei as causas predominantes destes problemas, a fim de melhorar o desempenho a longo prazo da esponja cidades segundo os artigos publicados pelo grupo de trabalho (Núcleo Duro) do projeto de cidades esponjas chines.
A cidade esponja, Sponge City, demonstrou boa eficácia na gestão da quantidade e da qualidade da descarga de águas pluviais (Li et al. 2019). Outras pesquisas incluíram fatores adicionais à avaliação. Por exemplo, Leng et al. , incorporaram corpos de água receptores como um indicador em sua avaliação (Leng et al. 2020). Alternativamente, Kim et al., em seu estudo, consideraram o impacto das águas subterrâneas sobre taxas de infiltração e armazenamento (Kim et al. 2019). Enquanto isso, muitos estudos foram realizados para avaliar o desempenho em diferentes níveis de escala de superfície: uma escala de captação (Ahiablame & Shakya 2016; Bae & Lee 2019; Randall et al. 2019), escala de cidade (Liu et al. 2021b), escala piloto (Liu et al. 2020) e escala de bloco (Palla et al. 2017). Além disso, alguns outros estudos foram interessados no desempenho em escala de instalação, como Jia et al. estudaram o desempenho dos GPs (Jia et al. 2016), Davis et al., estudaram o desempenho do GS (Davis et al. 2012), ou (Yu et al. 2021) Yu et al. concentraram seu estudo no PP. Além disso, como o foco de nossa análise, as instalações LID também podem ser avaliadas com base em seu planejamento geral, processos de trabalho e aspectos ecológicos.
Simultaneamente, foi dedicada enorme atenção ao estudo das deficiências do conceito de CPS, para avaliar os desafios e barreiras na China que podem impedir a implementação bem-sucedida de projetos de CPS (Zheng et al. 2016; Xia et al.2017; Li et al. 2020).
Desafios sistêmicos relacionados aos materiais utilizados, planejamento e projeto de instalações ou implementação do projeto como um todo. Tal como privilegiar o PP em detrimento de outras instalações relativamente eficientes, na concepção devido ao seu preço acessível (Li e outros. 2013) ou devido à falta de lotes vagos para outras instalações LID (Oates et al. 2020). Ao mesmo tempo, o PP é particularmente eficaz na mitigação do escoamento de águas pluviais (Rodríguez-Rojas et al. 2018). No entanto, o uso excessivo de instalações baseadas em infiltração pode levar à contaminação substancial das águas subterrâneas, permitindo que os poluentes do escoamento atinjam as águas subterrâneas Ciência e Tecnologia da Água Vol. para gerir esta água.
A gestão tradicional de águas pluviais busca coletar e remover eficientemente o escoamento das estruturas o mais rápido possível. Portanto, eles são projetados para receber uma quantidade limitada de água que corresponde às tempestades projetadas. (Jones et al. 2005), causando deterioração da qualidade da água a jusante, erosão e inundações. Durante um evento de chuva forte, quando o volume máximo de águas pluviais excede a capacidade da rede de esgoto (combinada ou separada), os sistemas de transporte transbordam e transferem o excesso de volume para águas superficiais e corpos d'água próximos. Isto, juntamente com o entupimento, são a principal causa dos problemas de inundações urbanas, que resultaram na deterioração da qualidade da água e comprometem a saúde humana em municípios de todo o mundo.
O aumento do escoamento de águas pluviais leva a inundações, erosão e degradação do ecossistema saúde. E então modelos usados desde o Século XVII em Paris, por exemplo, vem provar ser útil, porém com a real conservação da mata auxiliar para junto com o dique de captação tornarem se mais eficiente para "barreiras" de contenção com mais de 5 m (caso de Canoas e Porto Alegre, por exemplo). O sucesso desde pensamento é a união de tecnicas já usadas com a orientação ambiental plena.
Um ponto bem intenssante é que o uso em "tempo secos" o micro clima urbana ganha mais verde e a população em geral, usa de pistas de corridas ou espaços de lazer à beira rio (lagos). A foto abaixo é um bom modelo de "novas orlas de rios".
Figura: Infraestrutura de conservação da mata ciliar de rios urbanos. .
Imagem: Sponge Collaborative
Além disso, a rápida urbanização agravou o problema, por exemplo, a população urbana dos EUA aumentou de 65 para 82,7% entre 1960 (Kim 2000) e 2020 (Statistica 2021), resultando no aumento do escoamento urbano médio anual e inundações eventos (Ahiablame & Shakya 2016). A China e os EUA enfrentam desafios semelhantes na gestão dos recursos hídricos (seca, poluição e escassez de água). Ambos os países desenvolveram políticas e abordagens semelhantes de gestão de recursos hídricos para abordar estas questões, começando pela preservação dos recursos hídricos naturais e avançando para a construção dos maiores projetos hídricos (como o Grande Canal e a Barragem das Três Gargantas na China, a Barragem Hoover e o projeto hídrico do estado da Califórnia nos EUA) e, finalmente, a mudança para soluções mais ecológicas (He et al. 2020).
Outra projeção de um sistema comum de gestão de águas pluviais é o problema da escassez de água, que ocorre quando as águas pluviais não são conservadas para reutilização para atender à demanda da respectiva bacia hidrográfica, mas são tratadas como águas residuais e gerenciadas para a superfície de água mais próxima, que muitas vezes está localizada em outra bacia hidrográfica.
Todos esses fatores, combinados com o aumento do gás, emissões e poluição atmosférica levaram governos de todo o mundo a adoptar soluções amigas do ambiente, tais como infraestrutura verde para águas pluviais, para fazer melhor uso de todos os recursos hídricos disponíveis, incluindo águas pluviais. Conceitos como LID, cidade esponja e outros conceitos semelhantes destinados a regenerar o processo do ciclo hidrológico natural em áreas urbanas, estão rapidamente se tornando uma alternativa preferida para a gestão urbana de águas pluviais em muitas grandes cidades ao redor do mundo, devido aos importantes benefícios que a vida urbana proporciona.
As abordagens LID surgiram como uma alternativa para gerenciar e controlar o escoamento de águas pluviais através da infiltração, evaporação, armazenamento, purificação e detecção, através do uso combinado de vegetação, topografia, solo e sistemas de bioengenharia, que contribuem para reduzir a quantidade de águas pluviais e melhorar sua qualidade. Além disso, investigadores de todo o mundo manifestaram interesse em estudar vários aspectos do SPC na China.
Web of Science na última década sobre o tema ‘Sponge City in China’ e tópicos relacionados desde 2012 com base na base de dados Web of Science.
O seus princípios básicos são (Maliva 2019) são:
• Reduza a área impermeável.
• Desconecte áreas impermeáveis.
• Interceptar águas pluviais antes que entrem em contato com áreas impermeáveis.
• Deter e infiltrar as águas pluviais no local, o mais próximo possível da fonte.
Os resultados e benefícios das práticas LID não desejam aparecer em descargas de pico mais baixas, coeficientes de escoamento, escoamento volumes e tempos maiores para atingir o pico de fluxo em comparação com zonas tradicionalmente drenadas (Damodaram et al. 2010; Hua et al. 2020).
Quando a China adoptou pela primeira vez o conceito de cidade esponja, o objectivo principal era mitigar o escoamento, mas isto rapidamente se alterou. expandido para outros objetivos, como controle de escoamento urbano, captação e reutilização de águas pluviais, melhoria da qualidade da água e restauração ecológica (Jia et al. 2017).
Controlar a primeira descarga é fundamental para reduzir o efeito do escoamento da estrada no recebimento da água nos corpos, pois transporta a maioria dos poluentes das chuvas (Liu et al. 2019c).
A medida de gestão específica para a poluição por escoamento variava dependendo do tipo de uso da terra.
O sistema doméstico de captação de águas pluviais (DRWH) pode mitigar o pico de escoamento em 33% e escoamento de volume em 26%.
Isso pode afetar eventos de tempestade de 10 anos, 40% do total anual de chuva pode ser armazenado em cisternas (lagoas) e depois tratadas em estações de tratamento de águas residuais para reutilização não potável.
O governo chinês planejou desenvolver o seu próprio modelo de cidade esponja, traçando políticas de adoção que garantam a eficiência ideal do projeto da cidade esponja para a sua realidade, agora, cada novo município do Brasil, em especial os do Rio Grande do Sul, vão poder utilizar estas informações para basearem-se em suas diretrizes de recomeço, e os demais do Brasil pensar nas mudanças climáticas de forma prática e eficiente.
Cidade esponja, é ao mesmo tempo um exercício de compreender a natureza de tomar decisões com base no design biocêntrico.
Álvaro Ornelas
Consultor em Aceleração Econômica de Territórios.
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