A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal : problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos

Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. I, 2012, pp. 83-96 A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos Inês Marafuz 1 Pedro Gonçalves 2 Alberto Gomes 3 Carlos Bateira 4 RESUMO As cheias em Portugal, sobretudo em pequenas bacias hidrográficas, implicam processos destrutivos de infraestruturas, pessoas e bens, estando geralmente associadas a uma resposta rápida a eventos pluviosos intensos e de curta duração. Estes efeitos têm aumentado significativamente nas últimas três décadas em áreas que experimentaram uma intensa urbanização. Os Planos Diretores Municipais (PDM) são regulados por um quadro legislativo que implica a delimitação de zonas ameaçadas pelas cheias e restrições à ocupação destas áreas. Na sua definição, o uso de métodos hidrometeorológicos rigorosos juntamente com dados geomorfológicos é raro, em parte, devido à escassa disponibilidade de informação altimétrica detalhada capaz de sustentar uma modelação hidrogeomorfológica eficiente. Seguindo os pressupostos da Diretiva Floods e aplicando métodos hidro-meteorológicos, realizaram-se estudos nas bacias hidrográficas dos rios Arda, Leça e Caima (Norte de Portugal), para se obterem os perímetros de inundação segundo vários períodos de retorno. Os resultados, quando comparados com as áreas ameaçadas pelas cheias definidas nos PDM’s, revelam muitas diferenças relativamente às áreas classificadas como áreas inundáveis, facto validado durante o trabalho de campo. Também se observou que muitos elementos expostos, particularmente pontes, casas, pessoas e outras infraestruturas, localizadas em áreas inundáveis, não são consideradas nos Planos Diretores Municipais Palavras-Chave Diretiva 2007/60/2007, perímetros de inundação, elementos expostos, ordenamento do território ABSTRACT Floods in Portugal, mostly in small watersheds, implying destructive processes in infrastructures, people and goods, are generally associated with a rapid response to intense rain episodes of short duration. These effects increased significantly over the last three decades in areas that have experienced an intense urbanization. The 1 Bolseira de Investigação, Departamento de Geografia da FLUP, [email protected] 2 Bolseiro de Investigação, Laboratório Nacional de Energia e Geologia, pedrommg[email protected] 3 Professor Auxiliar do Departamento de Geografia da FLUP, [email protected] 4 Professor Associado do Departamento de Geografia da FLUP, [email protected] A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 84 Municipal Master Plans (PDM) are guided by a legislative framework that enforces the delimitation of affected areas by floods, considering restrictions for the occupation of those areas. In its definition, the use of rigorous hydro-meteorological methods coupled with geomorphological data is rare, in part, due to the poor availability of detailed altimetry data capable to sustaining an efficient hydrogeomorphological modelling. Following the Floods Directive assumptions and applying hydro-geomorphological methods, three case-studies were performed in the watersheds of the Arda, Leça and Caima rivers (Northern Portugal), to obtain flood-prone areas for several return periods. The results, when compared with the areas threatened by floods defined in the Municipal Master Plans, revealed many differences in the land classified as flood-prone area, facts that were validated through fieldwork. It was also found that multiple exposed elements, particularly bridges, houses, people and other infrastructures, located in floodplains were not considered in the Municipal Master Plans. Keywords Central EU Floods Directive, flood-prone areas, exposed elements, land use planning 85 A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 1. Introdução As cheias em Portugal, sobretudo nas pequenas bacias hidrográficas, são caracterizadas pela resposta rápida a eventos pluviosos intensos e de curta duração (Ferreira & Zêzere, 1997; Ramos & Reis, 2002). Esses episódios estão geralmente associados a depressões convectivas, gotas de ar frio especialmente ativas e resultantes de invasões de ar frio polar ou ártico em altitude, que se estendem até latitudes subtropicais, ou depressões que resultam da interação na frente polar das massas de ar polar e tropical (Ramos & Reis, 2002). Os episódios de cheias que implicam perdas humanas e processos destrutivos de infraestruturas, bens e serviços, são frequentes em todo o mundo (EM-DAT, Jonkman & Vrijing, 2008), e a tendência para o aumento dos prejuízos associados a estes eventos, fruto da intensa urbanização que algumas áreas experimentaram (Hollis, 1975), é preocupante. Em Portugal, foi desenvolvida uma base de dados no âmbito do projeto DISASTER (http://riskam.ul.pt/disaster/) que disponibiliza dados ao público referentes a todos os eventos hidrogeomorfológicos, ou seja, cheias/inundações e movimentos de vertente, que provocaram mortos, feridos, evacuados e desalojados no período entre 1865 e 2010 (Soares et al., 2012). Os resultados gerais mostram que as cheias correspondem a 85,2% do total de eventos contidos nessa base de dados, perfazendo 1622 ocorrências. Segundo os autores, durante os 146 anos analisados, registaram-se 1071 mortos, 13372 evacuados e 40283 desalojados, vítimas destes eventos (Zêzere, et al. 2013). Neste sentido, a Diretiva 2007/60/CE (Floods Directive) do Parlamento Europeu e do Conselho da União Europeia, de 23 Outubro de 2007, estabelece um quadro legislativo para a avaliação e gestão dos riscos de inundação, com a finalidade de minimizar as suas consequências sobre a população, os seus bens, as infraestruturas, o património cultural, as atividades económicas e o ambiente. Segundo essa Diretiva, todos os estados membros deverão elaborar mapas de perigo (probabilidade e/ou magnitude dos episódios) e de risco de cheias (consequências) até ao final de 2013. Estes mapas servirão de base para os futuros planos de gestão de risco de cheia, os quais deverão estar concluídos até 2015. Os mapas de perigo de cheia devem contemplar áreas de baixa probabilidade de ocorrência de inundações, média probabilidade com períodos de retorno iguais ou superiores a cem anos e de elevada probabilidade de ocorrência com periodicidade inferior a cem anos. Os mapas de risco referidos na Diretiva 2007/60/CE são de maior complexidade, devendo contemplar as consequências das cheias, nomeadamente o número de pessoas potencialmente afetadas, os tipos de atividade económica, as áreas protegidas afetadas, entre outros. No geral, os mapas que têm sido produzidos dizem respeito à extensão da cheia e, com menor expressão, à altura da coluna de água (Moel et al., 2009). O principal objetivo deste estudo é analisar os problemas e limitações existentes na aplicação de metodologias rigorosas para a delimitação de perímetros de inundação no contexto português, fazendo-se uma avaliação preliminar das suas implicações em termos de identificação dos elementos expostos. Para se concretizar este objetivo, analisam-se três setores das bacias hidrográficas do rio Arda, Leça e Caima, seguindo-se os pressupostos da Diretiva Floods e do Decreto-Lei n.º 166/2008 de 22 de Agosto, da A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 86 Reserva Ecológica Nacional, que engloba as zonas ameaçadas pelas cheias. Pretendeu-se ainda comparar os resultados obtidos na modelação com as áreas ameaçadas pelas cheias já definidas nos Planos Diretores Municipais dos concelhos analisados (figura 1). Figura 1. Visão geral do trabalho desenvolvido tendo em conta os pressupostos da Diretiva 2007/60/CE para os setores de estudo de Várzea, Leça do Balio e Ossela. 1.1. Considerações gerais sobre os setores em estudo As áreas de estudo localizam-se na Península Ibérica, mais especificamente, no Norte de Portugal (figura 2A). O sector de Várzea, em Arouca, é drenado pelo rio Arda, um afluente da margem esquerda do rio Douro (figura 2B) e tem um comprimento de 42,6 km, em que o troço modelado apresenta uma extensão de 1,47 km. Apesar da área da bacia hidrográfica do rio Arda ter 168 km2, apenas 34,5 km2 contribuem com escoamento para o setor modelado. A planície aluvial do rio Arda, neste setor, é bastante larga e aplanada apresentando um altitude média de 238 metros e o uso do solo é essencialmente agrícola. Segundo Daveau (1977), a precipitação média anual nesta área varia entre os 1400 e os 1600 mm. Os caudais máximos de cheia, estimados pela fórmula de Loureiro, são de 205,8 m3/s para um período de retorno de 10 anos, 273,2 m3/s em 50 anos e 320,9 m3/s numa cheia centenária (Marafuz, 2011). O segundo setor em estudo localiza-se em Leça do Balio, concelho de Matosinhos, a uma altitude média de 63 metros. Insere-se num contexto de planície aluvial ampla e 87 A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 bastante regular, cuja ocupação do solo é maioritariamente agrícola, com exceção do Centro Empresarial da Leonesa e de algumas habitações dispersas no território. O troço rio Leça que foi modelado situa-se muito próximo do sector terminal da bacia hidrográfica (189,5 km2) e apresenta uma extensão de 3,8 km, drenando uma área de 148 km2. Nesta área, os caudais de ponta de cheia foram calculados com base na fórmula de Giandotti, cujos resultados obtidos correspondem a um caudal de 223,7 m3/s em 10 anos, 285,8 m3/s em 50 anos e 314,3 m3/s para um período de retorno de 100 anos (Velhas, 1991). Em termos climáticos, este é o setor que apresenta os menores valores de precipitação média anual, na ordem dos 1000 a 1200 mm (Daveau, 1977). O último setor em estudo abrange um troço do rio Caima, em Ossela (Oliveira de Azeméis), com 7 km de comprimento, numa extensão total de 55 km. A bacia hidrográfica do rio Caima é a maior das três bacias em estudo, com 197 km2, sendo que apenas 124 km2 contribuem para o setor modelado (figura 2B). A planície aluvial no setor em estudo tem uma altitude média de 220 metros e apresenta uma configuração muito semelhante à do setor de Leça do Balio, evidenciando alguns estrangulamentos morfológicos no vale, sobretudo a jusante. Os caudais máximos de cheia, obtidos pela fórmula estatística de Loureiro, no setor de Ossela são de 356,4 m3/s para um período de retorno de 10 anos, 508,2 m3/s em 50 anos e 578,4 m3/s em 100 anos. Neste setor do rio Caima, a precipitação média varia essencialmente entre os 1600 e os 1800 mm por ano (Daveau, 1977). Figura 2. Localização geográfica dos setores em estudo: A – localização no contexto da Península Ibérica, B – localização no noroeste português. A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 88 2. Metodologia 2.1. Considerações gerais Em Portugal, para além da Diretiva 2007/60/CE transposta para a legislação nacional pelo Decreto-lei n.º 115/2010, também existe a Lei n.º 166/2008 da Reserva Ecológica Nacional (REN), que inclui as zonas ameaçadas pelas cheias (ZAC). Estas áreas são delimitadas pela linha da cheia com período de retorno de 100 anos ou pela maior cheia conhecida no caso de não existirem dados que permitam identificar a cheia centenária. A Planta de Condicionantes, uma das principais componentes dos Planos Diretores Municipais, é regulada por um quadro legislativo que determina, no contexto da REN, a delimitação de áreas afetadas por cheias, considerando várias restrições à ocupação do solo. Assim, de acordo com a Lei n.º 166/2008 “…a delimitação das zonas ameaçadas pelas cheias deve ser apoiada em estudos hidrológicos e hidráulicos, pela observação de marcas de cheia e registos dos eventos históricos, e também, através da análise dos dados geomorfológicos, pedológicos e topográficos”. Contudo, a escassa disponibilidade de informação altimétrica a uma escala superior a 1/2000, capaz de sustentar uma modelação hidráulica rigorosa, bem como, a falta de dados meteorológicos com uma série contínua de pelo menos 30 anos e de dados hidrométricos, compromete, em parte, a aplicação de métodos hidrometeorológicos e hidráulicos rigorosos. De acordo com este quadro legislativo, fez-se um exercício de modo a produzir vários mapas para os três casos de estudo, tendo em conta os requisitos e pressupostos da Diretiva 2007/60/CE e da informação disponível. 2.2. Materiais e métodos A informação altimétrica - curvas de nível e pontos cotados, utilizada e disponível em Portugal é, na generalidade, à escala 1/10000, com curvas de nível equidistantes 5 metros. Alguns municípios dispõem de cartografia a escalas maiores, nomeadamente 1/2000 ou superiores, que possibilitam modelações topográficas mais rigorosas. Outras fontes de informação altimétrica como os dados LIDAR praticamente não existem no país ou nos casos em que existem, não estão disponíveis. Assim, partindo dos dados de base disponíveis para os setores do rio Arda, Leça e Caima, seguiu-se duas metodologias diferentes para delimitar os perímetros de inundação (tabela 1). 89 A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 Tabela 1. Dados de base e metodologias utilizadas na definição dos perímetros de inundação nos três setores em estudo. Setor em estudo Dados de base Metodologia Perímetros de inundação Rio Arda Dados altimétricos obtidos através do levantamento topográfico; Ortofotomapas. Medições no software AutoCad; cálculo de parâmetros hidráulicos; extensão Solver do Excel. Delimitação das áreas afetadas de forma expedita – extensão da cheia, morfologia local, registos em jornais locais e da proteção civil. Rio Leça Altimetria (curvas de nível e pontos cotados) e planimetria (escala 1/1000 – equidistância de 1m); Ortofotomapas. Criação de dados geométricos (Hec-GeoRas, uma extensão do ArcGis); medições de campo a habitações, muros, pontes; modelação no software HECRAS. Delimitação automática das áreas afetadas (extensão da cheia, coluna de água, velocidade da água) através da extensão Hec-GeoRas. Rio Caima Altimetria (curvas de nível e pontos cotados) e planimetria (escala 1/2000 – equidistância de 2m); Ortofotomapas. Criação de dados geométricos (Hec-GeoRas, uma extensão do ArcGis); modelação no software HEC-RAS. Delimitação automática das áreas afetadas (extensão da cheia, coluna de água, velocidade da água) através da extensão Hec-GeoRas. No setor de Várzea, a informação altimétrica disponível, à escala 1/10000, não possibilitou a modelação da topografia da planície aluvial do rio Arda com detalhe suficiente. Por este motivo, foi realizado o levantamento topográfico de 15 secções transversais perpendiculares ao rio e à planície aluvial. Este processo foi efetuado com uma estação total de elevada precisão (milímetros) e, nos locais de reduzida visibilidade, com recurso a um GPS, cuja precisão em pós-processamento com uma antena externa, pode atingir os 10 a 15 cm. Durante o levantamento, anotou-se a altura da água a partir do talvegue e o tipo de revestimento das margens para cada secção para, posteriormente, se determinar o coeficiente de rugosidade do canal. De seguida, foi criado um sistema de referência local baseado no levantamento topográfico de três vértices geodésicos muito próximos da área de estudo, de forma a ajustar os pontos obtidos por ambos os levantamentos. Estes pontos foram processados no software AutoCad, onde se traçaram os perfis transversais e onde se fizeram algumas medições. Posteriormente, foram calculados os parâmetros hidráulicos como a secção molhada, o perímetro molhado, o raio hidráulico, elementos necessários para a determinação da superfície livre de escoamento através da fórmula de Manning-Strickler (Marafuz, 2011, Marafuz et al., 2013). Para a predeterminação dos caudais de ponta de cheia para os períodos de retorno de 10, 50 e 100 anos, aplicou-se a fórmula estatística de Loureiro (Loureiro, 1984). A fórmula resultou de inúmeros estudos realizados pelo autor para todo o país, onde correlacionou os caudais de ponta de cheia determinados pela distribuição de Gumbel com a área da bacia hidrográfica, tendo definido zonas com o mesmo regime hidrológico A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 90 (Loureiro, 1984, Lencastre & Franco, 1984). Esta fórmula considera a área da bacia hidrográfica (em km2) e dois parâmetros regionais estabelecidos para cada zona delimitada pelo autor e de acordo com os diferentes períodos de retorno. Depois de todos os cálculos acima mencionados, utilizou-se uma extensão de otimização disponível no Excel, o Solver, para se obter a altura atingida pela água em cada secção. Os perímetros de inundação foram depois delimitados de forma expedita tendo em conta a altura da coluna de água, a configuração da morfologia da planície de inundação e os registos históricos de ocorrência de cheias, obtidos através da pesquisa em jornais locais e dos registos dos serviços de proteção civil (Marafuz, 2011). No setor de Leça do Balio, com a cartografia de base existente, nomeadamente a altimetria e planimetria à escala 1/1000 com curvas de nível equidistantes um metro, e com outros elementos geométricos como a rede hidrográfica, rede de estradas, habitações e infraestruturas, foi criado o modelo digital de elevação (MDE). Através do MDE e com o auxílio do software Hec-GeoRas foram então desenhados os elementos necessários para a modelação hidráulica, a saber: o centro geométrico do canal, as margens, a direção do fluxo, os perfis transversais, as obstruções, os muros, as pontes e o uso do solo que permitem uma correta representação do terreno (Cook & Merwade, 2009). Estes dados foram processados pelo software Hec-Ras pois não é possível adicionar diretamente o MDE no cálculo efetuado. A geometria do canal/planície aluvial é apenas um dos inputs do modelo hidráulico, salientando-se a importância dos caudais máximos de cheia. Estes foram obtidos com base na fórmula cinemática de Giandotti (Giandotti, 1953; Velhas, 1991) cujos resultados, após validação de campo, mostraram ser próximos do observado num episódio de cheia em Março de 2001. Os dados geométricos e de caudal máximo foram processados no software Hec-Ras, escolhendo-se a simulação Steady Flow para o cálculo dos resultados. (Gonçalves, 2012). Os resultados obtidos pela modelação no Hec-Ras foram exportados para o ArcMap, onde foram geradas as shapefiles com os limites das cheias para os diferentes períodos de retorno, a altura da coluna de água e outros resultados opcionais que podem ser gerados, como a velocidade da água (Brunner, 2008; Ackerman, 2011). Posteriormente à modelação, verificaram-se algumas inconsistências entre os dados observados no campo e os resultados obtidos, devido à ausência de elementos antrópicos existentes na planície aluvial que não se encontravam representados na cartografia de base e que funcionavam como barreiras à livre circulação da água do rio. Assim, foram efetuadas medições no terreno a elementos como muros e habitações próximas do rio e ainda a açudes e pontes, com recurso a um distanciómetro. De seguida foi criado um novo MDE que incluiu esses elementos através da alteração do traçado de algumas curvas de nível com exceção das pontes, incluídas no Hec-Ras. Este procedimento foi essencial uma vez que permitiu criar um modelo com maior precisão altimétrica e gerar resultados mais fiáveis e representativos dos eventos de cheias que ocorrem (Gonçalves, 2012). Deste modo, quanto mais detalhada e atualizada a cartografia de base, melhor o software irá modelar as cheias nas áreas de estudo. Esta metodologia foi também empregue no setor de Ossela, para o qual dispúnhamos de cartografia de base à escala 1/2000 e que nos permitiu gerar um MDT muito detalhado. Após a criação dos dados geométricos, fez-se a modelação em Hec-Ras 91 A implementação da Diretiva 2007/60/CE em Portugal: problemas na definição de perímetros de inundação e na identificação de elementos expostos. Revista da Faculdade de Letras – Geografia – Universidade do Porto III série, vol. 2, 2013, pp. 83–96 e delimitaram-se de forma automática os perímetros de inundação através da extensão Hec-GeoRas. 3. Resultados e discussão 3.1. Comparação dos perímetros de inundação obtidos e dos limites da REN (PDM) Os resultados apresentados na figura 3A, B e C evidenciam os perímetros de inundação obtidos para os períodos de retorno de 10, 50 e 100 anos. Pode-se dizer que existe uma clara relação entre os resultados obtidos e os dados de base que permitiram desenvolver a modelação. No caso do setor de Várzea, a falta de informação altimétrica detalhada implicou a necessidade de se efetuar o levantamento topográfico, um processo demorado e dispendioso. Este procedimento permitiu obter dados topográficos muito precisos visto que se podem escolher o número de secções transversais, o distanciamento entre elas e a quantidade de pontos cotados que se considerem pertinentes. No entanto, o processo para delimitar os perímetros de forma expedita não permite obter resultados tão rigorosos quanto os que derivam da modelação semiautomática. A criação do MDE/MDT torna-se mais fácil e rápida, quando se utiliza cartografia vetorial com curvas de nível equidistantes de 2 metros ou menos. A possibilidade de se melhorarem e atualizarem os dados altimétricos através de medições expeditas no terreno permitem ainda refinar os MDT e, desta forma, fazer modelação hidráulica mais realista e rigorosa. Foi ainda objetivo deste trabalho comparar os perímetros de inundação obtidos pela modelação efetuada com os limites considerados pela REN e que se encontram na Planta de Condicionantes dos PDMs das áreas em estudo. Estes limites foram incluídos nos mapas finais de forma a possibilitar uma visualização fácil e imediata das diferenças existentes. Analisando os resultados referentes ao caso do setor de Várzea (figura 3A), verifica-se que as diferenças em termos de áreas são pouco evidentes, sendo que os polígonos delimitados pela REN apresentam apenas mais 417,3 m2 do que os modelados (tabela 2). Os perímetros de inundação delimitados para o setor de Leça do Balio são mais rigorosos, uma vez que após as medições realizadas no terreno foi possível aprimorar e tornar mais realista o modelo (figura 3B). Comparando estes resultados com os polígonos da REN, as diferenças são assinaláveis. As áreas da REN são menos refinadas e indiferenciadas, não discriminando as zonas ameaçadas pelas cheias dos outros elementos que pertencem à REN. No entanto, a área dos perímetros de inundação obtidos pela modelação corresponde a cerca de 329278 m2 enquanto a área da REN é de 385254 m2, o que significa uma diferença de 55976,4 m2 (tabela 2). No caso do setor de Ossela, o perímetro de inundação delimitado para o período de retorno de 100 anos apresenta 721989 m2, menos 287275,8 m2 do que os limites considerados pela REN (tabela 2). Assim sendo, verifica-se que o número de elementos expostos abrangidos pela REN é mais significativo (figura 3C).