Análise do nexo água, energia e prevenção de cheias por meio do aproveitamento da água pluvial em nível municipal

Abstract

O aproveitamento da água pluvial é muito discutido no mundo visto a enorme repercussão em relação às mudanças climáticas e escassez hídrica. O objetivo deste trabalho é analisar o nexo água, energia e prevenção de cheias provocado pela utilização do aproveitamento da água pluvial na cidade de Joinville-SC. Foram analisadas cinco tipologias de edificações: pública, industrial, comercial, residencial unifamiliar e residencial multifamiliar nas seis bacias hidrográficas da zona urbana do município. Por meio de simulações no programa Netuno, obteve-se o potencial de economia de água potável e o volume dos reservatórios. Esse potencial foi comparado ao consumo de energia para tratamento da água potável pelo município. O volume dos reservatórios foi utilizado para simulações no programa HEC-HMS. Considerando todas as bacias hidrográficas estudadas, a média de economia de água potável encontrada para a tipologia pública foi 27,41%, para a industrial foi 31,80%, para a comercial foi 34,90%, para a residencial unifamiliar foi 23,16% e para a tipologia residencial multifamiliar foi 21,12%. Quanto ao dimensionamento do reservatório inferior, a média do volume simulado para a tipologia pública foi 7.222 litros, para a industrial foi 8.889 litros, para a comercial foi 7.944 litros, para a residencial unifamiliar foi 3.333 litros e para a tipologia residencial multifamiliar foi 7.222 litros. Ao analisar a economia de energia gerada em todas as edificações estudadas, obteve-se economia média de 1856 kWh/dia para as edificações do setor público, 687 kWh/dia para as edificações do setor industrial, 1218 kWh/dia para as edificações do setor comercial, 473 kWh/dia para as edificações do setor residencial unifamiliar e 410 kWh/dia para as edificações residenciais multifamiliares. Em um ano a economia de energia poderia ser suficiente para suprir a demanda de aproximadamente 680 pessoas. Em relação à prevenção de cheias, a análise entre o volume de água excedente e o potencial de volume coletado pelas coberturas indicou redução máxima de 3,89% na bacia hidrográfica do Rio Cachoeira, considerando o período de retorno de 10 anos. Contudo, quando foram analisados os hidrogramas, não foram verificadas reduções significativas na vazão máxima. Por fim, o sistema de aproveitamento da água pluvial depende de alguns fatores como: o uso da edificação, a pluviosidade da região, a demanda de água potável, a demanda de água não potável e o projeto do sistema, incluindo o dimensionamento do reservatório e a área de captação dos telhados. Conclui-se que o aproveitamento de água pluvial contribui significativamente para a sustentabilidade e a resiliência das cidades, destacando a necessidade de políticas públicas e pesquisas contínuas sobre o nexo água-energia. Embora a redução de cheias observada nesta pesquisa seja inferior à relatada por alguns autores, observa-se que a adoção dessa prática pode representar ganhos quando aplicada em larga escala, reforçando seu potencial como medida complementar de gestão hídrica e de mitigação de impactos urbanos.

Abstract: Rainwater harvesting has been widely discussed globally due to major concerns regarding climate change and water scarcity. The objective of this work is to analyse the water, energy and flood prevention nexus caused by the use of rainwater in the city of Joinville-SC. Five types of buildings were analysed: public, industrial, commercial, single-family houses and multifamily residential buildings in the six hydrographic basins of the urban area of the municipality. Through simulations in the Neptune computer programme, the potential for saving drinking water and the volume of the rainwater tanks were calculated. This potential was compared to the consumption of energy for drinking water treatment by the municipality. The volume of the rainwater tanks was used for simulations in the HEC-HMS programme. Considering all the watersheds studied, the average savings of drinking water found for the public buildings was 27.41%, for the industrial it was 31.80%, for the commercial it was 34.90%, for the single-family houses it was 23.16% and for the multifamily residential buildings it was 21.12%. As for the sizing of the lower rainwater tank, the average simulated volume for the public typology was 7,222 litres, for the industrial it was 8,889 litres, for the commercial it was 7,944 litres, for the single-family houses it was 3,333 litres and for the multifamily residential buildings typology it was 7,222 litres. When analysing the energy savings generated in all the buildings studied, an average saving of 1856 kWh/day was obtained for public sector buildings, 687 kWh/day for industrial sector buildings, 1218 kWh/day for commercial sector buildings, 473 kWh/day for single-family residential houses and 410 kWh/day for multifamily residential buildings. In one year, the energy savings could be enough to meet the demand of approximately 680 people. Regarding flood prevention, the analysis between the volume of surplus water and the potential volume collected by the roofs indicated a maximum reduction of 3.89% in the Cachoeira River basin, considering the return period of 10 years. However, when the hydrographs were analysed, no significant reductions in the maximum flow were verified. Finally, the rainwater harvesting system depends on some factors such as the use of the building, the rainfall in the region, the demand for drinking water, the demand for non-potable water and the design of the system, including the sizing of the tank and the catchment area of the roofs. It is concluded that the use of rainwater contributes significantly to the sustainability and resilience of cities, highlighting the need for public policies and continuous research on the water-energy nexus. Although the flood reduction observed in this research is lower than that reported by some authors, it is observed that the adoption of this practice can represent gains when applied on a large scale, reinforcing its potential as a complementary measure of water management and mitigation of urban impacts.