Estudo numérico de inundação no alto vale do Itajaí - SC

Abstract

Inundações são recorrentes em todo o mundo, e dentre os desastres naturais é o que mais causa perdas e danos. Em determinadas regiões, devido a alguns fatores como ocupação desordenada do solo ou alta incidência de tempestades, as inundações têm ocorrido com maior frequência, e mesmo a utilização de medidas estruturais como construção de diques e barragens ou desvios de cursos d'água muitas vezes não são suficientes para proteger a população e as propriedades. Diante desse cenário, é evidente que outras alternativas de prevenção precisam ser encontradas. Uma delas é a modelagem numérica das inundações, que tem se mostrado uma ferramenta eficiente para esse contexto, servindo de auxiliar para os sistemas de alerta e gerenciamento desses desastres assim como atuando no mapeamento e previsão de eventos. Nas cidades da microrregião do Alto Vale do Itajaí, em Santa Caarina, as cheias são recorrentes, e desde os períodos iniciais de colonização são presentes, logo um sistema para gerenciamento dos desastres, atuando na redução de danos, é indispensável. Procurando atender a essa demanda este trabalho tem como objetivo principal o estudo numérico da hidrodinâmica da região usando o modelo hidrodinâmico TELEMAC2D, que simula o escoamento superficial resolvendo as equações das águas rasas pelo método de elementos finitos, para simular a dinâmica de parte dos rios Itajaí do Sul, Itajaí do Oeste e Itajaí-Açú, com vistas à implementação deste como um sistema auxiliar no gerenciamento de recursos hídricos. O modelo foi calibrado utilizando medidas de extensão de inundação confiáveis, recolhidas em solo após a inundação ocorrida em 2013. A extensão da inundação foi simulada com com ajuste F de 0.80 aos dados observados e as vazões apresentaram coeficiente de Nash e Sutcliffe de 0.63, demonstrando grande acurácia. A validação da extensão ocorreu com o evento de 2017 e foi realizada com 50 imagens do sensor Sentinel-1, processadas com metodologias reconhecidas e amplamente utilizadas. Os resultados da validação dessa modelagem de inundação mostraram-se promissores e apresentam uma aplicação em escala local, numa região montanhosa, estudada com acurácia e detalhes não encontrados na literatura. Com o modelo calibrado e validado, as inundações de 2011 e 2013 foram mais detalhadamente estudadas, identificando padrões de extensão, duração e profundidade dos alagamentos nas áreas próximas da cidade de Rio do Sul, indicando as áreas mais ou menos propensas à desastres, de acordo com essas medidas. Os resultados encontrados apontam também que a utilização de um modelo digital de terreno com alta resolução é necessário para estudo de caso em pequena escala, e que mesmo com poucos dados batimétricos, a metodologia aliada a qualidade dos dados utilizados apresentou resultados precisos. Com as simulações realizadas e os resultados encontrados foi mostrado que o sistema pode ser base para o planejamento de uso ou ocupação do solo, como ferramenta para avaliação de danos e ainda apresenta a possibilidade de implementação como sistema de alerta na previsão de eventos.

Floods are recurring all over the world, and among natural disasters is the most damaging. In certain regions, due to some factors such as disordered land occupation or high incidence of storms, floods have occurred more frequently, and even using structural measures such as levee and dam construction or watey way deviation may not be sufficient to protect the population and property. Given this scenario, it is evident that other alternatives of prevention need to be found. One of them is the numerical modeling of floods, which has proved to be an efficient tool for this context, serving as an auxiliary to the disaster warning and management systems, acting in the mapping and prediction of events. In the cities of the Upper Vale do Itajaí microregion, in Santa Catarina state, Brazil, floods are recurrent, and since the initial colonization periods are present and recurrent, a system for disaster management, acting to reduce damages, is indispensable. In order to meet this demand, this work has as main objective the numerical study of the hydrodynamics of the region using the hydrodynamic model TELEMAC2D, which simulates surface runoff by solving shallow water equations by the finite element method to simulate the dynamics of the rivers Itajaí do Sul, Itajaí do Oeste and Itajaí-Açú aiming to implement this as a water resources management system. The model was calibrated using reliable flood extension measures collected in soil post flood occurring in 2013. The extent of flooding was simulated with F adjustment of 0.80 to the observed data and flow rates showed a Nash and Sutcliffe coefficient of 0.63, demonstrating great accuracy. Extension validation occurred with the 2017 event and was performed with 50 Sentinel-1 sensor images, processed with widely used and recognized methodologies. The results of the validation of this flood modeling were promising and present an application on a local scale in a mountainous region, studied with accuracy and details not found in the literature. With the calibrated and validated model, the 2011 and 2013 floods were further studied, identifying patterns of flood length, duration and depth in the areas near the city of Rio do Sul, indicating areas more or less prone to disasters, according to with the measures described. The results also indicate that the use of a high resolution digital terrain model is necessary for small scale case studies and that even with few bathymetric data, the methodology combined with the quality of the other data used presented accurate results. With the simulations carried out and the results found it was shown that the system can be the basis for land use or land use planning as a tool for damage assessment and also presents the possibility of implementation as an alert system in the event forecast.