Inundações urbanas, Modelagem Hidrológica, Otimização Multiobjetivo, Fronteira de Pareto

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 umaestrutura 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), que permite identificar as soluções dominantes (pontos na FP), ou seja, os ótimos de

Pareto segundo ambos os objetivos, bem como os trade-offs entre os diversos pontos da FP. O ótimo de Pareto é um conceito econômico que identifica uma solução em que não há mais possibilidade de melhoria diante de um objetivo, a não ser que haja perdas no outro. Dessa forma, as trocas (trade-offs) entre os objetivos de um ponto ótimo (FP) para outro também podem ser determinadas. Os resultados possibilitaram a identificação da FP e os trade-offs associados diante dos dois objetivos: a minimizaçãode custos e de danos socioeconômicos da implantação de bacias de detenção, nos diferentes cenários. 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 (H) dos reservatórios foi mantida constante em relação as condições de implantação, variando entre 1 m e 10 m, enquanto o diâmetro (D) dos tubos de saída ficou entre 0,15 m e 0,50 m. A área (A) 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 com diferentes custos associados a mitigação de danos em cenários de inundações urbanas.