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sexta-feira, 13 de setembro de 2013

O ciclo da água em Porto Alegre

Um modelo para estudos do ciclo urbano da água. Um estudo de caso sobre o enfoque do consumo humano.

Obs.: Este post é uma reedição de mais um trabalho que escrevi, em janeiro/2003, quando estava fazendo mestrado. Agora coloco aqui para torná-lo público e servir de base para outros trabalhos. Novamente, o estilo é um pouco mais acadêmico do que o de costume, porém, simplifiquei e atualizei os links das referências bibliográficas (sem deixar de mencioná-las) e também alterei a numeração dos itens. Diferentemente do trabalho anterior, sobre ética, este está desatualizado quanto aos dados, mas eu sempre gostei dele porque, mesmo com dados defasados o modelo é interessante. Ao longo do trabalho coloquei observações (em Itálico) que são recentes. No final eu coloquei umas dicas sobre como conseguir dados novos e sugestões para que você faça o mesmo com qualquer outra cidade.

1. Introdução

Fonte: Google Maps
Vivemos numa época em que os recursos naturais são cada vez mais escassos e onde seus custos de aquisição cada vez mais elevados. Paralelamente vemos que a população mundial cresce em proporções geométricas. São urgentes soluções para conservação dos recursos existentes e a busca de alternativas para um desenvolvimento sustentável. E as soluções devem ser buscadas na própria comunidade e ambiente em que se vive. A partir do conhecimento desse meio-ambiente onde fica a comunidade.
A água é um recurso natural fundamental à sobrevivência humana e sua preservação é dever de todos. Portanto este trabalho tem como finalidade fornecer subsídios para a compreensão do funcionamento do ciclo urbano da água no município de Porto Alegre. Dando-se uma ênfase à água para consumo humano e aquela que resulta do consumo humano.

2. Um Balanço da Água no Planeta

Baseado em Menegat1 fez-se o seguinte balanço da distribuição de toda a água existente no planeta Terra (Tabela 1). Observe-se que o volume de água do Lago Guaíba, igual a 1 km³, foi obtido de Menegat1. A Wikipédia, no verbete sobre o Lago Guaíba, fala em 1,5 km³, mas como a página está marcada para revisão por não é preciso quanto às fontes, ainda confio mais no valor inicial de 1 km³.




Vê-se que, embora o volume total de água doce ser relativamente grande, a água disponível a um custo baixo de tratamento é escassa. E, conforme Arnt2, 30% dos humanos vivem em locais de escassez de água.
“De acordo com a Organização das Nações Unidas, no último meio século, a disponibilidade de água por ser humano diminuiu 60%, enquanto que a população aumentou 50%.”3. Resultando conforme diz Carlos Turck4 que, na avaliação da ONU, em 2025 metade da população mundial sofrerá com a escassez. Isto se for seguido o ritmo atual de desperdício de água.
Diante desse quadro é importante lembrar que a quantidade de água no planeta é sempre constante. O que muda é a forma que a água se apresenta, já que uma boa parte dessa água está em constante transformação. É o chamado “ciclo da água”.

3. O Ciclo da Água na Natureza

Pode-se definir o Ciclo Hidrológico como “[...] o movimento da água entre os continentes, oceanos e a atmosfera.”, e também “[...] como a sequência fechada de fenômenos pelos quais a água passa do globo terrestre para a atmosfera, na fase de vapor, e regressa àquele, nas fases líquida e sólida [...]”3.

O ciclo hidrológico é bastante benéfico porque renova a qualidade da água. Assim como permite a sobrevivência de vegetais e animais.
Menegat1 diz que:
“O ciclo hidrológico prevê que a evaporação da água dos oceanos, lagos e rios condensa-se na forma de nuvens e precipita como chuva (manifestação mais usual), granizo, neve, neblina, orvalho ou geada. A água que precipita é dispersada de várias formas. Uma pequena parte d’água é retida no solo e nas plantas, retornando para a atmosfera através da evaporação e evapotranspiração. Outra parte infiltra-se no subsolo, alimentando o lençol de água subterrânea. Mas uma grande quantidade escoa pela superfície dos terrenos, formando rios e lagos, até retornar aos oceanos [...]”
A precipitação ocorre tanto sobre os continentes, quanto sobre os oceanos. Uma parte das chuvas volta à atmosfera através da evaporação, o restante volta aos oceanos. Já os oceanos fornecem água à atmosfera através da evaporação, e o excesso de vapor volta aos continentes. Assim há regiões em que a evaporação é maior do que a precipitação. Essas regiões são regiões “exportadoras” de vapor, enquanto há outras regiões que são “importadoras”. Na contabilidade geral, chove mais nos continentes do que nos oceanos, enquanto há mais evaporação nos oceanos do que nos continentes.3

4. O Ciclo Urbano da Água

Nas cidades o ciclo hidrológico é bastante afetado pelos diferentes graus de urbanização. A densidade de edificações altera o volume da água das chuvas que percorre o cominho da evaporação, escoamento superficial, infiltração superficial e infiltração profunda1.
A Tabela 2, a seguir resume como o grau de impermeabilização do solo é afetado pela urbanização. Além disso também dá os percentuais relativos de evaporação, escoamento e infiltrações, conforme o tipo de ocupação urbana:

Pela análise da tabela é possível perceber que, quanto maior a densidade de edificações, menor a infiltração no solo e maior o volume que escoa superficialmente. Assim, quanto mais edificações, maior a necessidade de redes de esgoto pluvial, com maiores capacidades.

5. O Ciclo da Água Para Consumo Humano

O ser humano precisa de água para beber, como qualquer animal. Porém, o advento da civilização criou outros usos para a água: cozinhar alimentos, higiene pessoal, higiene das habitações, usos industriais, etc.. Esse aumento das necessidades de água, combinado com o crescimento geométrico da população, reduziu drasticamente os mananciais de água potável in-natura, obrigando que a água recebesse tratamentos de purificação e, por outro lado, gerando uma quantidade quase equivalente de dejetos e águas servidas, que precisam igualmente de tratamento antes de ser devolvidas à natureza. É claro, também, que essa água tratada e esse esgoto exigem toda uma infraestrutura de adução, reservação e tratamento de despejos. Criando-se assim o ciclo urbano da água para consumo humano.
O ciclo inicia-se em um manancial, com o bombeamento da água-bruta, através de estações de bombeamento de água bruta (EBABs). A água captada é conduzida até estações de tratamento de água (ETAs), onde a água é purificada em etapas: floculação, decantação, filtração, desinfecção e fluoretação. Após é feito o bombeamento da água tratada em estações de bombeamento (EBATs), que elevam a água até grandes reservatórios de distribuição. Finalmente, é feita a entrega da água ao consumidor final, pela rede de tubulação de distribuição1.
Do lado oposto do consumo sempre há o despejo de efluentes. Esse efluente deve ser tratado para redução de micro-organismos patogênicos e de matéria orgânica, não degradada, antes de ser lançada nos cursos d’água1.


6. O Ciclo da Água em Porto Alegre

Porto Alegre, capital do estado do Rio Grande do Sul, é uma cidade populosa e com altos índices de urbanização. Neste item serão analisados aspectos do ciclo natural da água no município. Assim como será visto o ciclo da água para consumo humano na cidade.

6.1. O Município de Porto Alegre


Conforme Menegat1 o município de Porto Alegre conta com uma área total de 476,30 km². Sendo que viviam nele, no ano de 2000, 1.360.590 pessoas, que moravam em 440.557 domicílios.5 O que resulta numa média de 3,09 habitantes por domicílio e numa densidade populacional de 2.855,41 habitantes/km². Considerando-se que no ano de 1996 a população estimada era de 1.286.251 habitantes1, tem-se uma taxa de crescimento populacional de 1,35% ao ano.
Fonte: IBGE
A área do município permanece a mesma, já o mesmo não pode ser dito da população. Não pretendo aqui refazer todos os cálculos, mas, só para dar uma ideia, o censo de 2010 encontrou 1.409.351 habitantes e o IBGE estima que em 2012 viviam 1.416.714 em Porto Alegre. (Ver Fontes Auxiliares)

6.2. O Lago Guaíba

Fonte: Google Maps
A hidrografia de Porto Alegre é composta por diversos arroios que estão agrupados em 27 sub-bacias, todas ela afluentes da bacia do Lago Guaíba1.
O Lago Guaíba possui 470 km² de superfície e uma profundidade média de 2,0 m (e a máxima de 31,0 m), uma largura máxima de 19 km e o comprimento de 50km.1 Na Wikipédia fala-se em uma área de 496 km² de superfície, uma profundidade máxima de 12 m, uma largura máxima de 20 km e um comprimento máximo de 476 km (isso é absurdo, devem estar querendo dizer 47,6 km). Ainda assim faz-se a seguinte observação: “Os valores do perímetro, área e volume podem ser imprecisos devido às estimativas envolvidas, podendo não estar normalizadas.”.
Menegat1 diz que o volume total aproximado do rio é de 1 km³, que é igual a 1.000.000.000 m³. Como já disse antes, na Wikipédia fala-se em 1,5 km³, só não sei se os dados são confiáveis.
Assim conclui-se que o volume do Lago Guaíba representa 0,48% das águas superficiais do Planeta (ver Tabela 1).
O lago é cercado por 5 municípios: Porto alegre (que margeia 19 km do lago)1, Viamão, Guaíba, Eldorado do Sul e Barra do Ribeiro. A população somada dessas cidades, segundo o Censo de 20005, é de 1.642.882 habitantes. O que representam 0,027% da população mundial (estimada em 6.000.000.000 de pessoas). Lembrando que a população mundial já passou de 7 bilhões de pessoas em 2011.
Conclui-se assim que uma comunidade, que equivale a apenas 0,027% da população mundial, é responsável pela qualidade da água do equivalente a 0,48% das águas superficiais do Planeta.

6.3. As Águas das Chuvas em Porto Alegre

Conforme Mengat1 em Porto Alegre chove anualmente uma média de 1.324 mm, em 135 dias de chuva por ano. Isso resulta em uma média de 9,8 mm/dia de chuva. Pode-se utilizar a área do município (476,30 km²) para se chegar ao volume total de precipitações médias em um ano: 1.324 mm/ano * 476,30 km² = 630.21,20 m³/ano = 0,6306 km³/ano. Ou seja: em Porto Alegre chove, em média, um volume anual de 0,6306 km³.
Fonte: Tempo Agora

Veja que na tabela e gráfico (obtidos do site do Tempo Agora) a soma dos volumes anuais é ligeiramente diferente 1.347 mm. A diferença é menor do que 2% e não afeta o resultado total dos cálculos, mesmo assim é prudente explicar que para a Climatologia, as séries históricas estudadas, geralmente, são de 30 anos (no site do Tempo Agora são usados dados de 1961 a 1990). Já Menegat1 usa médias de longo prazo, de 1912 a 1997. Ou seja é bom procurar por dados mais atualizados, mesmo que eu ache que “climatologicamente” falando, a mudança deve ter sido desprezível. Uma segunda aproximação “grosseira” que fiz foi considerar a medida de 9,8 mm de chuva como uma medida “real” para cálculo do volume. Na verdade ela é apenas um índice comparativo. Mas acho que ainda serve como base para o estudo.

A partir do volume de chuva pode-se chegar às quantidades de água da chuva que evaporam, escoam ou se infiltram. Conforme o tipo de área, no que se refere ao grau de urbanização. Assim, usando-se os dados da Tabela 2, fez-se uma relação com os dados de densidade populacional obtidos de Menegat1. Os resultados obtidos estão planilhados na tabela do Anexo 1 (não coloquei este anexo na versão do blog) (Destino das águas das chuvas em Porto Alegre, por bairro), e foram resumidos na Tabela 3, a seguir:

Conclui-se assim que, em Porto Alegre, quase 20% das chuvas são escoados superficialmente. Ou seja, vai direto à rede pluvial. Outros 21,65% ficam infiltrados nas camadas superficiais do solo, encharcando-o.
Se você quiser uma tabela de densidade populacional mais atualizada pode pegar no verbete dos bairros de Porto Alegre na Wikipédia. Ou então pegar os dados do último Censo e as áreas dos bairros no site da Prefeitura.

6.4. A Drenagem Pluvial em Porto Alegre

Para enfrentar todo esse volume de chuvas a cidade conta com 45.000 bocas-de-lobo e grelhas para coletarem as águas escoadas nas ruas e as jogam em 2.300 km de tubos na rede coletora. O sistema, se complementa com 75 km de canais e condutos forçados, 68 km de diques e 18 casas de bombas. Embora todo o sistema tenha sido projetado para chuvas de recorrência de 5 anos, nem sempre funciona bem devido ao entupimento das tubulações com o lixo espalhados nas ruas1.

6.5. A Água Tratada em Porto Alegre

Segundo DMAE6, o volume médio mensal de água tratada em Porto Alegre é de 14,4 milhões de m³. Sendo que o tratamento é fito em 8 ETAs (estações de tratamento de água) que possuem uma capacidade instalada para tratar 21,1 milhões de m³/mês (considerando trabalharem 24 h por dia). O DMAE informa também que 99,5% da população da cidade tem abastecimento regular de água.
Menegat1 compementa dizendo que são 7 as EBABs (estações de bombeamento de água bruta), 90 as EBATs (estações de bombeamento de água tratada), 2.765 km de rede de distribuição e 90 reservatórios (com capacidade para armazenar 162.442 m³, ou seja, o suficiente para aproximadamente 3 dias de consumo).
“Em todo o Brasil, apenas 56% da água produzida é faturada. Somente os vazamentos consomem 45%”7. Porém, Menegat1 informa que em Porto Alegre 98,84% do serviço é micromedido. E quanto aos vazamentos, Ghisleni7 também diz que:
“[...] em 1992, o departamento DMAE registrava um índice de 50% de perdas. Oito anos mais tarde, as perdas foram reduzidas em 17 pontos percentuais, chegando a 33%. Mas as estimativa é ainda mais pretensiosa: o Departamento quer chegar a 2003 com 30% de perdas [...]”
DMAE6 também informa que (em agosto de 2002) o consumo de água fornecida pelo DMAE (Departamento Municipal de Água e Esgoto de Porto Alegre) foi distribuído da seguinte forma: 80,1% para consumo residencial, 13,3% para consumo comercial, 0,2% para o consumo industrial e 6,4% para repartições públicas. Quanto ao consumo industrial Menegat1 lembra que as empresas se utilizam de outras fontes de abastecimento, como a captação de águas subterrâneas ou captação direta de cursos d’água.
Quase todos os dados acima devem ser atualizados, mas, só para dar uma ideia, encontrei alguma coisa num site de análise de indicadores da Prefeitura de Porto Alegre. Por exemplo: em 2011 o percentual de perda de água tratada já havia sido reduzido para 24,71%, diante dos 33% que eram perdidos em 2000, como disse antes.
A agricultura também faz uso de bombeamento de águas subterrâneas ou captação direta dos rios. Isso quando a lavoura é irrigada.
De posse desses dados estimou-se o valor do consumo per capita em Porto Alegre:
  • a) Considerando-se o consumo mensal de 14,4 milhões de m³, tem-se um consumo diário de 473.424 m³;
  • b) Como o índice de perdas da água tratada é da ordem de 33%, temos que o volume de perda é equivalente a 156.230 m³/dia. Restando assim, um consumo efetivo de 317.195 m³ de água tratada;
  • c) Porém, como só 80,1% desse consumo é residencial, o consumo efetivo diário residencial é de 254.073 m³;
  • d) E, finalmente, sendo a população igual a 1.360.590 pessoas, podemos calcular o consumo médio efetivo de água em Porto Alegre que é de: 187 litros/dia/habitante. 

 

6.6. As Águas Servidas (Efluentes) em Porto Alegre

Conforme DMAE6 84% da população tem coleta de esgoto em suas residências. E 27% dos habitantes têm tratamento secundário de esgoto (Obs.: tratamento primário é aquele que é feito por fossas sépticas, já o tratamento secundário é feito em estações de tratamento de esgoto, as ETEs). DMAE6 acrescenta que são tratados mensalmente 913 mil m³ de esgoto. O tratamento é realizado em 10 ETEs que têm em conjunto uma capacidade instalada para tratar 2,25 milhões de m³ por mês.
Menegat1 complementa dizendo que em 1997 a rede coletora de esgoto tinha 1.121 km e que havia 9 estações de bombeamento de esgoto. Sendo que, naquela época (quando apenas 79,72% da população tinha esgoto coletado), 50,74% tinha o esgoto ligado à rede cloacal e 28,98% ligado à rede pluvial (a chamada coleta mista).
A coleta mista não pode ser tratada convencionalmente pelo seu elevado custo. Dessa forma o esgoto é apenas “afastado” do morador. Depois ele é lançado in-natura nos mananciais, causando grande poluição.
Menegat1 também fala que, em 1997, eram coletados 4,755 milhões de m³ de esgoto por mês.
Para avaliar a contribuição unitária de esgoto cloacal, considerou-se a população de 1996 que era de 1.286.251 habitantes e o fato de que, na época, 79,72% das pessoas tinham o esgoto coletado. Assim, calcula-se que 1.025.399 pessoas tinham a sua contribuição de esgoto coletada. Resultando que, na época, cada habitante contribuía com cerca de 152 litros de esgoto por dia. Dessa forma, foi considerado esse valor para os próximos cálculos.

7. Considerações Sobre o Consumo Doméstico em Porto Alegre

Segundo publicado no artigo “Ciclo Hidrológico”3 uma pessoa pode viver bem com apenas 40 litros de água por dia. Sendo que Oliveira et al.8 informam que, para manter as necessidades metabólicas, o ser humano precisa beber diariamente de 2,5 a 3,0 litros.
Dessa forma espanta o cálculo feito no item 6.5 que conclui que cada morador de Porto Alegre consome, em média 187 litros/dia. Pesquisando-se em outras fontes chegou-se aos dados expostos na tabela que segue. E, a partir desses números procurou-se calcular um consumo potencial para que os portos alegrenses possam manter sua rotina diária sem perda de qualidade de vida. Foram utilizados os números mínimos de diversas avaliações do consumo de água. Observe-se que quase todos os valores potenciais vieram da experiência inglesa da “New Autonumus House”, porém nessa casa não havia vaso sanitário com descarga líquida, e também era utilizada água servida para a rega do jardim.

Estimou-se que o consumo de água poderia ser reduzido para 107 litros/pessoa/dia.
Tendo esse dado em mãos analisou-se a possibilidade do aproveitamento de água da chuva para o uso nas caixas de descarga e para lavagem de carros e rega de jardim. Levando-se em consideração a população de 1.360.590 pessoas, chegou-se ao seguinte cálculo:



Concluiu-se assim que se poderia atender a necessidade de consumo das descargas dos vasos sanitários, rega de jardins e lavagem doméstica de carros. Desde que seja utilizada para captação de água das chuvas (médias), 10% da área do município onde a densidade ocupacional é alta ou média.
Analisou-se a hipótese de que, toda a água consumida continuasse passando por estações de tratamento, mas houvesse redução do consumo para a ordem de 107 litros/pessoa/dia. Nesse caso, se combinada com a redução do desperdício para o nível de 30%, a redução do volume total de água tratada seria em torno de 37%.
Além disso, a contribuição de esgoto cloacal (desconsiderando-se a parcela da lavagem de carros e jardinagem) cairia para 84 litros/habitante/dia. Resultando numa redução de cerca de 32% no volume total do esgoto coletado, se for considerado 100% do esgoto coletado.

8. Balanço Geral

A seguir apresenta-se a Tabela 7, que resume os principais dados levantados ao longo do trabalho. Note-se que, em cada item há algum tipo de comparação percentual e uma estimativa do volume de água diária (bruta, tratada ou servida) por habitante de Porto Alegre.
Alerta-se que todos os valores que não apareceram anteriormente no trabalho, foram calculados a partir de algum dos dados das colunas. De maneira direta (das colunas da esquerda para a direita), ou inversa (das colunas da direita para a esquerda). Detalhes aritméticos dos cálculos não serão apresentados aqui.

9. Considerações Finais

Reuniu-se neste trabalho um grande número de dados, alguns interpretados, outros apenas calculados. Cumpriu-se assim o objetivo do trabalho, que era fornecer subsídios para a compreensão do ciclo hidrológico no município de Porto Alegre. Podendo assim ser usado como base para outros trabalhos, confirmando os valores ou contradizendo-os.
Alerta-se que houve grande dificuldade para obterem-se dados confiáveis e para equacionar dados conflitantes. Assim, os números obtidos não devem ser considerados de modo absoluto, mas podem ser utilizados em comparações relativas.
Por fim conclui-se que Porto Alegre é uma cidade que conta com um grande manancial de água (o Lago do Guaíba). A cidade também tem a vantagem de não sofrer com a falta de chuvas, que são bem distribuídas durante o ano. Evidentemente, como já foi dito, que as águas não respeitam fronteiras políticas e que a água que entre e sai do município afeta (e é afetada por) muitos outros município. Assim resta esperar que seus habitantes saibam preservar este grande patrimônio que está sob sua guarda.

Referências Bibliográficas

Obs.: como o trabalho tem mais de 10 anos e várias das referências são da internet, muitas páginas não existem mais. Procurei encontrar referências em páginas muito similares.
 (1) MENEGAT, R. (Coord.). Atlas ambiental de Porto Alegre. Porto Alegre: Ed. Universidade/UFRGS, 1998. 214 p.
(2) ARNT, R. Clara água, cara água: porque o recurso está cada vez mais escasso e caro. Superinteressante, São Paulo, ano 9, n.5, maio 1995: http://super.abril.com.br/ecologia/clara-agua-cara-agua-porque-recurso-esta-cada-vez-mais-escasso-caro-441101.shtml
(3) CICLO hidrológico. Ambiente Brasil: http://ambientes.ambientebrasil.com.br/agua/artigos_agua_doce/ciclo_hidrologico.html (página similar)
(4) ÁGUA será produto raro em 30 anos: especialista do DMAE critica desperdício dos gaúchos... Correio do Povo, Porto Alegre, 15 out. 2002. p.8.
(5) IBGE. Censo demográfico 2000. [Brasília]: IBGE, 2002: ftp://ftp.ibge.gov.br/Censos/Censo_Demografico_2000/Dados_do_Universo/Municipios/ (Arquivos: PopMun_43_33.zip; PopMun_43_31.zip)
(6) DMAE. Publicação eletrônica [mensagem pessoal]. Mensagem recebida por mim em 10 out. 2002. Obs.: Fiz algumas perguntas explicando que usaria num trabalho acadêmico e o DMAE respondeu.
(7) GHISLENI, A. C. Controle de perdas, consciência e informação: a tríade que pode garantir água no futuro. Revista Ecos, Porto Alegre, ano 8, n. 19, jan. 2001: http://www.portoalegre.rs.gov.br/ecos/revistas/ecos19/frame6.htm (página similar)
(8) OLIVEIRA, L. H.; SCHTRUK, C.; GOLDFER, S. Ai, que sede. Superinteressante, São Paulo, ano 6, n. 9, set. 1992: http://super.abril.com.br/saude/corpo-humano-ai-sede-440436.shtml
(9) HAWKEN, P.; LOVINS, A.; LOVINS, L. H. Capitalismo natural: criando a próxima revolução industrial. São Paulo: Cultrix/Amana-Key, 2000, 358 p.

(10) VALE, B.; VALE, R. The new autonomous house: design and planning for sustainability. Londres: Thames & Hudson, 2000; 256 p.


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