Modelagem de apoio à decisão para soluções de inundações urbanas: uma abordagem de otimização multiobjetivo

Abstract

A urbanização desordenada, combinada com as mudanças climáticas, tem intensificado a ocorrência de inundações em áreas urbanas, resultando em graves impactos econômicos e sociais. A cidade do Recife, por suas características geográficas e alta densidade urbana, é particularmente vulnerável a esses eventos extremos. Dentro desse contexto, a presente pesquisa propõe o desenvolvimento de uma estrutura de apoio à decisão para o planejamento e gestão das águas pluviais urbanas, integrando simulações hidrológicas e hidráulicas com um modelo de otimização multiobjetivo utilizando indicadores socioeconômicos. A metodologia empregada envolve a utilização dos modelos computacionais PCSWMM e HEC-RAS para simular o comportamento hidrológico e hidráulico de uma bacia urbana sob diferentes cenários de precipitação, considerando tempos de retorno de 10, 25 e 50 anos. O modelo de otimização foi desenvolvido no software GAMS, com dois objetivos conflitantes separadamente: 1) o de minimizar os custos de implantação de bacias de detenção e 2) o de minimizar os danos socioeconômicos anuais esperados decorrentes das inundações. As variáveis de decisão dos dois problemas são as mesmas, e consideram as características geométricas dos reservatórios, que condicionam seu volume de armazenamento, assim como as restrições, que incluem a capacidade de escoamento das estruturas a jusante para um cenário de pré-urbanização e limites orçamentários. A análise das soluções segundo os dois objetivos foi conduzida através da construção de uma Fronteira de Pareto (FP). O cenário com o tempo de retorno de 25 anos, a diferença de custos entre solo sem rochas e com 50% de rochas foi de R$6.106.797,10 (aumento de 146%), enquanto a bacia fechada apresentou um aumento de R$19.836.630,10 (475%). A taxa de variação (ΔCusto/ΔDano), para esse mesmo tempo de retorno, indicou que para solo sem rochas, os primeiros esforços de mitigação de danos foram mais eficientes, até uma taxa de R$7.340,06 por unidade de dano reduzido. No cenário com 50% de rochas, essa taxa subiu para R$16.602,13, e na bacia fechada, para R$39.310,07. Esses valores estão associados a um volume total de armazenamento de cerca de 4,82 milhões de m³. Esses pontos de inflexão indicam que, após esses valores, os custos para reduzir danos adicionais aumentam de maneira significativa, sugerindo que o investimento adicional se torna menos eficiente. As variáveis de decisão ao longo da Fronteira de Pareto mostraram que a altura dos reservatórios foi mantida constante em relação as condições de implantação, variando entre 1 m e 10 m, enquanto o diâmetro dos tubos de saída ficou entre 0,15 m e 0,50 m. A área dos reservatórios foi a principal variável de ajuste, aumentando conforme necessário para maximizar o volume de armazenamento e reduzir os danos. Assim, a abordagem de otimização multiobjetivo, aliada à modelagem hidrológica e hidráulica, oferece uma ferramenta útil para o apoio à tomada de decisão na definição de especificações técnicas de projetos de drenagem urbana, possibilitando a visualização de soluções ótimas