Sobre receita de bolo e risco hidrológico: A precarização das manchas de inundação

Há alguns anos, estudos hidrológicos para delimitação de manchas de inundação deixaram de ser uma atividade que exigia reflexão profunda sobre processos naturais e passaram a ser uma sequência mecânica de passos:

Abra o software (geralmente o Hec-Ras), insira os dados (hidrograma com vazões máximas), aperte os botões (editar simulação não-permanente, rodar simulação), gere os mapas coloridos (exporte para o qgis e faça mágica).

Pronto. O resultado está ali, bonito, com cores que impressionam leigos (e não leigos, porque fica muito bonito) e que, aparentemente, responde a pergunta que o cliente fez. Relatórios rasos, resultados poucos discutidos, e uma ART que atesta responsabilidade se tornaram suficientes para aprovação em órgãos e emissão de licenças e financiamentos.

A transformação de um estudo técnico robusto em uma "receita de bolo" não acontece por acaso. É resultado de uma combinação de fatores por vezes aleatórios, por vezes intencionais: pressão por prazos curtos, busca incessante de custos reduzidos, demanda crescente por estudos de inundação, oferta ilimitada de conteúdo on-line e a disponibilidade de ferramentas computacionais que resolvem tudo com um clique.

O resultado são inúmeros profissionais diferentes aplicando a mesma sequência lógica, sem questionar se ela faz sentido para o caso específico que estão analisando. Uma vez que os relatórios e mapas saem com cara profissional e responsabilidade atestada, entidades com pouco conhecimento técnico (não vou discutir a precariedade do serviço público, muitos deles são heróis no seu serviço), acabam aceitando esses resultados como verdade.

Entramos num ciclo comum gerado pela sobrecarga: Quem está acima na tomada de decisão confia que quem está abaixo leu e concordou com o que está atestado no relatório, mas a sobrecarga de trabalho e a limitação técnica geram um stress no qual a responsabilidade vai sendo atestada por um instrumento simples: ter ART ou não ter ART.

Poderia investir um tempo discutindo sobre como o mecanismo de tomada de decisão sob stress causa problemas e deixa passar muita coisa que não deveria, mas vamos focar na hidrologia do problema hehehe

Como avaliar mancha de inundação virou uma receita previsível

A sequência usada num estudo hidrológico para determinação de manchas de inundação é tão previsível quanto uma receita de bolo. E não é aquele bolo feito por voinha com todo amor e carinho, é aquele bolo Nestlé feito uma hora depois de comprar o material no supermercado.

Primeiro, estima-se a precipitação máxima diária para um período de retorno específico usando uma curva IDF (Intensidade-Duração-Frequência). Depois, calcula-se a vazão máxima por um método específico, que pode ser o método Racional, SCS, ou qualquer outro que seja de conhecimento do técnico. Simula-se o hidrograma de vazão máxima em um modelo hidráulico como HEC-RAS, TUFLOW ou similar. E por fim, processamos todos os resultados em software SIG para deixar mapas e análises bonitas. Pronto: temos a mancha de inundação, mapas de risco, rotas de fuga e tudo que é necessário para aprovar uma licença ou um financiamento.

Simples. Direto. Aceito por praticamente todos os órgãos e entidades competentes. Fácil de produzir, fácil de entender, fácil de revisar, resultados claros e esperados. É exatamente por isso que virou receita.

Não vou ser hipócrita e dizer que nunca bebi dessa água. Adoro uma boa receita e tento padronizar ao máximo os processos aqui na empresa. Com o tempo criei o hábito de criar roteiros para minha equipe seguir um direcionamento claro de como produzir resultados de forma padronizada.

A receita não é o problema. O sistema que criou a receita não é a problema. Sejamos francos, seguir uma receita não é de forma alguma um problema.

O problema é que essa simplicidade aparente nas etapas da receita esconde uma complexidade de incertezas que, na maioria das vezes, são completamente ignoradas. Cada uma dessas três etapas — precipitação, vazão, simulação — carrega consigo um universo de decisões técnicas, premissas e limitações que podem alterar completamente o resultado final. Mas como essas incertezas não aparecem nos mapas coloridos, elas simplesmente desaparecem da conversa...

Quem entende, não se importa em questionar porque estas incertezas não foram mencionadas e como elas foram incorporadas aos resultados (geralmente está pressionado para aprovar rápido). Quem não entende, nem sabe que deveria questionar e foca no checklist de dados, resultados e informações esperadas. Se possui qualidade ou não, é indiferente, desde que tenha todos os itens elencados num possível Termo de Referência (por vezes equivocado) ou algum documento que ele viu algum professor mencionar (já passei por esta situação...).

Estou sendo rigoroso ao pintar um cenário onde parece que ninguém sabe de nada e tenho a razão no que falo. Peço desculpas por isso, mas é como uma licença poética, preciso gerar a apreensão para que os itens abaixo se tornem mais interessantes aos leitores.

As incertezas que ninguém discute

Etapa 1: A ilusão de adotar a precipitação máxima

Tudo começa com a curva IDF. Você escolhe uma estação pluviométrica (geralmente a mais próxima ou a que tem mais dados) e calcula a relação entre intensidade, duração e frequência. Depois, extrapola para o período de retorno desejado (100 anos, 500 anos, o que o cliente ou o problema pedir). Aqui já temos problemas.

Primeiro: a série histórica de precipitação que você está usando realmente representa o comportamento climático atual da região? Se a série tem 30 anos, você está assumindo que os próximos 100 anos se comportarão como os últimos 30. Isso é uma hipótese, não um fato. Mudanças climáticas, alterações no uso do solo, urbanização, tudo isso muda o regime de precipitações. Uma série que era representativa há 20 anos pode não ser mais hoje em dia.

Em quantos relatórios vemos este tipo de análise e discussão? Quantas vezes vemos testes de estacionariedade, representabilidade, cenários hidrológicos, confronto entre hidrologia local e regional? Não me surpreenderia se a resposta fosse “poucos” ou “nunca”. É algo que quem usa a receita de bolo, geralmente passa por cima.

Segundo: qual é a qualidade dos dados? Estações pluviométricas têm falhas, mudanças de localização, problemas operacionais. Muitos profissionais pegam a série, calculam a IDF e pronto, sem questionar se aqueles dados são realmente confiáveis. E se a estação está sob influência de fatores locais que não representam a bacia como um todo? Já vi casos onde a estação escolhida estava numa região costeira, com regime de precipitações completamente diferente da porção continental da bacia. O resultado? Precipitações máximas 200% maiores que o esperado quando confrontado contra o regime regional.

Não vou nem questionar aqui que pluviômetro mede dados diários e curvas IDF precisam de dados com maior frequência de obtenção. Afinal, quem não gosta de um coeficiente de desagregação dos anos 50, certo?

Terceiro: qual é a distribuição estatística que você vai usar? Gumbel? Log-Normal? Generalizada de Valores Extremos? Cada uma delas vai dar um resultado diferente para o mesmo período de retorno. E qual delas é a "correta"? Depende. Depende da região, do tipo de precipitação, de fatores que você talvez não conheça bem...

Ao final você tem um número que parece preciso, mas que carrega consigo incertezas que podem variar de ±30% a ±100%, dependendo de quantas decisões questionáveis você tomou no caminho.

A etapa de definição das “precipitações intensas”, “tormentas de projeto” (e tantos outros conceitos possíveis de utilizar aqui) se tornou algo simples e rápido. Entramos no Pluvio, no GAM-IDF, no IDF-BR e adotamos a curva que aparece ali. Sem questionamento, sem análise, sem preocupações com o dado, com o cenário hidrológico, ou com a forma de construção.

Afinal, a receita indicou um software mágico que faz tudo para nós, porque eu deveria olhar como ele fez, se é aceito por todos?

O quanto vale a pena ser diferente, demorar mais tempo, trazer mais qualidade, se do outro lado da mesa a cobrança é por prazo curto, entregas rápidas e simples, e fazer do mesmo jeito que um cara que disse que faz em menos tempo, com mais qualidade e menor preço?

Como vamos discutir mais pra frente, o problema não está na escolha filosófica ou ética. Essas, só quem decide sabe porque decidiu e não cabe a nós julgar.

O problema está no risco que estas escolhas rápidas e superficiais trazem para o resultado. A propagação de incertezas e a tomada de decisão com base nelas.

Etapa 2: As escolhas que levam a vazão máxima

Se chegarmos nesta etapa da receita, agora você tem a precipitação intensa que gera o evento que precisamos analisar. Você ainda precisa transformar uma precipitação intensa em uma vazão máxima. Aqui entra um método de transformação de chuva em vazão.

Qual vamos usar? Racional? SCS? Hidrograma Unitário? Algum outro?

Cada um é baseado em premissas, idealizações, dados e, com certeza irão dar resultados diferentes.

O método Racional, por exemplo, assume que a chuva é uniforme sobre toda a bacia, que o escoamento é linear com a intensidade da chuva, e que o tempo de concentração é constante. Tudo isso é uma grande simplificação que foi adotada quando o método foi desenvolvido.

Contudo, em diversos locais os processos hidrológicos são diferentes. A chuva não é uniforme. O escoamento não é linear. O tempo de concentração varia com a umidade antecedente do solo, com a intensidade da chuva, com a cobertura vegetal. Ainda é possível usar este método mesmo sabendo que estes processos são diferentes do idealizado no desenvolvimento dele? Justificar que área da bacia é menor que 10km² e informar que o DNIT manda utilizar este método nesta situação, é suficiente para esquecer todos os processos e seguir em frente?

Discutir métodos, incertezas, aplicabilidade é um mundo a parte. E tem sim muitos métodos preferenciais, aqueles que aprendemos uma vez na vida e seguimos usando. Quem aprende hidrologia para drenagem, aprende um conjunto de métodos que podem ser até impossíveis de aplicar para, por exemplo, segurança de barragens. É difícil dominar vários métodos e transformar isto em metodologias seguras e aceitáveis. Mas, faz parte da vida de profissionais de alto desempenho e necessita um esforço extra de vez em sempre.

Mas o pior caso da receita de bolo não é a utilização de um método específico sempre que o vento sopra do leste, é quando você tem dados de vazão medida e mesmo assim aplica a receita de bolo.

Já vi casos onde havia uma série de 20 anos ou mais de vazões máximas anuais observadas, com dados de boa qualidade, e o profissional simplesmente ignorou tudo isso e aplicou o método do Hidrograma Unitário Sintético. A justificativa é que é mais seguro pois gera vazões maiores, estou sendo conservador, já está embutido o efeito de mudanças climáticas porque o método majora as vazões máximas... Isso quando não é algo como: É o que o manual do modelo me manda usar!

O resultado prático desse cenário conservador são obras vulgarmente chamadas “Elefantes Brancos” (iguais aquelas da copa, por exemplo). Caras, desnecessárias, e que causam um impacto (final) muitas vezes negativo para o ambiente e as finanças de uma determinada região.

Por quê? Porque "é assim que se faz". Porque é mais rápido. Porque o cliente não vai questionar.

Quando você tem dados reais de vazão, a análise deveria ser completamente diferente. Você deveria fazer uma análise de frequência diretamente nas vazões observadas, entender qual é a distribuição estatística que melhor se ajusta aos dados, avaliar se há tendências ou mudanças no regime de vazões ao longo do tempo. É um trabalho de hidrologia estatística que se iguala em complexidade com o estudo de precipitações intensas. Muitas incertezas, muitas decisões...

Mas não. A receita diz: use o método tal. E pronto, seguimos em frente.

Não vou nem discutir um outro problema, muito presente nos dias de hoje, que é o tempo de retorno adotado. 100 anos? 200 anos? 500 anos? A escolha que por muito tempo dependia do risco hidrológico assumido e a chance de falha da estrutura, passou a depender do que o cliente quer, ou do que o órgão ambiental exige. Mas qual é a justificativa técnica para essa escolha? Qual é o risco que você está aceitando? Num cenário de mudanças climáticas, esta escolha faz sentido?

Essas perguntas raramente são feitas. Estas incertezas raramente são discutidas. O impacto destas incertezas e como são propagados para as próximas etapas dificilmente irão aparecer em relatórios e documentos que seguem a receita de bolo.

Etapa 3: A Simulação hidráulica

Depois de algumas formulas no excel, agora você tem a vazão máxima vinculada a um tempo de retorno específico. Colocamos isto no HEC-RAS (ou um modelo similar), inserimos a topografia, definimos as condições de contorno, e simulamos. Se o modelo instabiliza, ajustamos algo referente a grade, passo de tempo, solução numérica, etc. Se o modelo roda e gera resultados, você extrai a mancha de inundação. Pronto, está feito. Agora é relatório, mapas e receber o valor acertado com o cliente.

Mas aqui temos incertezas ainda maiores.

Primeiro: qual é a qualidade da topografia que você que você está usando? Você está representando o rio, sua calha menor (a parte molhada) e a planície de inundação? Consegue representar alargamentos, enforcamentos, curvas e trechos com obstáculos geomorfológicos naturais?

O mais fácil é escavar o canal e usar um MDE de 30 metros de resolução. Neste caso, estamos perdendo toda a topografia que pode ser crucial para entender como a água flui. Mesmo quando usamos um MDE de 1 metro, mas ele foi gerado a partir de dados sem tratamento da cobertura vegetal, você pode estar representando a altura das árvores, não o terreno.

A quantidade de vezes que lemos relatórios com simulações bonitas e coloridas, mas representado o sistema com seções transversais estimadas ou insuficientes, e uma topografia obtida de satélite que não representa a planície é enorme. Mas, segue a receita original...

Segundo: qual é o coeficiente de Manning que você vai usar? Esse número, que representa a rugosidade do terreno, é absolutamente crítico para determinar a velocidade da água e, consequentemente, a extensão da mancha de inundação. Varia com a cobertura vegetal, com o tipo de solo, com a presença de estruturas. Muitos profissionais usam valores "padrão" existentes no manual do HEC-RAS, sem nunca ter visitado o local ou mesmo procurado ver fotos e imagens remotas. Não tem uma compreensão da rugosidade daquele terreno específico.

“Ah, coloca 0.03 para água e algo próximo a 1.0 na planície e segue o jogo”.

A padronização não é errada. O errado é não tentar ao menos uma calibração básica com dados medidos em campo, ou mesmo simulando uma inundação natural que tenha registro via imagens de satélite ou coleta de pontos. As vezes, ir no local e conversar com pessoas já dá uma boa ideia de até onde água chegou num determinando ano, o que permite pela análise de dados hidrológicos determinar chuva e vazões naquele ano e simular o evento numa tentativa de calibração empírica.

O dado de campo ainda é melhor do que qualquer modelo. Essa afirmação não pode ser esquecida. Afinal, como diria George Box, todos os modelos estão errados, mas alguns são úteis.

Terceiro: qual é a condição de contorno a jusante? Se você está simulando um trecho de rio, o que acontece na fronteira do seu modelo? Você assume um nível de água constante? Uma declividade constante?

Essas decisões podem alterar completamente os resultados, especialmente em casos onde há remanso ou refluxo. Ou seja, quando a água de jusante "empurra" a água de montante, criando uma zona de inundação maior. Esta etapa raramente aparece nas receitas de bolo. Recebo diversos contatos pedindo apoio quando estas situações ocorrem, justamente por faltar conhecimento ao técnico elaborando o estudo.

Muitos profissionais não sabem resolver casos com remanso e/ou refluxo. Quando há uma barragem, uma ponte, uma zona costeira, o problema se torna mais complexo. Os processos hidrodinâmicos agora não permitem mais utilizar uma abordagem unidimensional simples. A condição de contorno a jusante que antes era uma declividade normal agora se torna uma estrutura, um cotagrama, uma variação de salinidade e estratificação.

Quando não nos preocupamos com isto e seguimos a receita de bolo, você tem um mapa bonito que mostra onde a água vai chegar. Mas esse mapa carrega consigo incertezas que podem fazer a mancha de inundação ser 50% menor ou 50% maior que a realidade, dependendo de quantas decisões questionáveis você tomou no caminho.

Já vi casos onde a justificativa para manter uma condição de contorno com declividade normal foi: O evento de 100 anos é muito maior que o remanso ou refluxo causado pelo controle de escoamento a jusante, logo, não é necessário considerar ele.

Sei que posso estar errado, mas será que uma maré alta ou talvez uma situação de ressaca na linha de costa não poderiam aumentar a inundação devido ao aumento do volume de água naquela região?

O risco real: quando a receita falha

Aqui está o ponto crucial: essa receita de bolo funciona bem quando você está em um cenário "padrão": uma bacia com características típicas, sem estruturas hidráulicas complexas, com dados de boa qualidade. Mas o Brasil é um país de extremos e a hidrologia está longe de ser uma disciplina exata. Temos bacias com características muito diferentes, com estruturas hidráulicas complexas, com dados de qualidade variável, com processos hidrológicos e hidrodinâmicos completamente diferentes.

E quando a receita falha, as consequências podem ser reais. Cidades são construídas em áreas de inundação. Infraestruturas críticas são colocadas em zonas de risco. Populações inteiras são expostas a riscos que ninguém realmente quantificou. Ou, pelo lado contrário, cidades investem milhões (ou bilhões) na construção (capex) e operação (opex) de sistemas de proteção contra cheias que estão superdimensionados. Gerando um questionamento razoável de políticos: Será que vale a pena manter o investimento tão alto para um evento que pode nunca acontecer na média de vida do brasileiro (~80 anos)?

Vamos trazer uma situação que considero pior ainda: quando uma inundação acontece e a mancha observada é diferente da mancha prevista, ninguém questiona o estudo, a ocupação ou a falta de manutenção do sistema de proteção contra cheias. Culpa-se a "chuva anômala", o "evento extremo", a "mudança climática".

Uma ideia para fazer diferente

É possível fazer estudos robustos mesmo quando o caso foge à regra tradicional. Contudo, exige trabalho, reflexão, e compreensão dos processos hidrológicos e hidráulicos envolvidos. Abaixo segue algumas dicas que podem ser seguidas.

Primeiro: questione a receita. Para cada etapa, pergunte-se: por que estou fazendo assim? Qual é a justificativa técnica? Qual é a incerteza associada? De que outra forma eu poderia fazer e me levaria a resultados mais precisos? Porque não usar outras abordagens?

Segundo: use múltiplas abordagens. Se você tem dados de vazão observada, faça uma análise de frequência diretamente nos dados. Se você tem dados de precipitação, analise a série com cuidado, questione sua qualidade, considere usar múltiplas fontes de dados (satélite, reanálises climáticas, dados observados) e integre tudo isso de forma coerente. Compare os diversos resultados obtidos por outros caminhos. A “situação real” geralmente irá será representativa de um combinado destas múltiplas abordagens.

Terceiro: entenda a hidrodinâmica do seu caso específico. Se há remanso, refluxo ou um controle robusto a jusante, não tente forçar uma solução simplificada. Use ferramentas e soluções numéricas compatíveis com o problema real observado no campo. Se há estruturas hidráulicas complexas, simule-as adequadamente. Se há estratificação térmica ou de densidade, considere isso na sua análise. Use modelagem matemática como um meio para um fim, não como um multivitamínico a ser tomado em todos os momentos.

Quarto: valide seus resultados. Se há eventos históricos de inundação documentados, compare seus resultados com esses eventos. Se há dados de vazão observada, use-os para calibrar e validar seu modelo. Se há fotos aéreas de inundações passadas, compare com suas simulações. Nunca deixe de consultar quem conhece a região, o ciência cidadã é uma excelente fonte de informações sobre processos hidrológicos. Lembre que modelos são caixas pretas, onde um dado de entrada se converte em uma saída. A validação é a única forma de saber se seu modelo realmente representa a realidade.

Quinto: seja transparente sobre as incertezas. Não esconda as incertezas por trás de textos bem escritos tecnicamente. Coloque-as no centro da discussão. Diga ao cliente: "Com base nos dados disponíveis e nas metodologias aplicadas, a mancha de inundação pode variar entre X e Y, dependendo de fatores que não podemos controlar completamente." Isso é honesto e profissional. Incorporar incertezas nos nossos resultados não pode, e não deve, ser visto uma falha do profissional executando os serviços.

E agora, o fim se aproxima

A banalização dos estudos hidrológicos e hidráulicos para determinação de manchas de inundação é um problema que pode colocar populações em risco ou levar a construção de sistemas financeiramente inexequíveis. Entretanto, não é um problema sem solução.

A solução começa quando profissionais deixam de ser meros operadores de software e passam a ser técnicos que realmente entendem os processos que estão simulando. Vai exigir mais tempo, mais qualificação, seguir caminhos por vezes diferentes dos exemplificados em manuais e termos de referência. Mas é um dos caminhos mais confiáveis para gerar resultados que de fato protegem pessoas.

Entre em contato e faça parte da nossa rede de clientes e parceiros! 

Nossa empresa compreende as necessidades e os objetivos de nossos clientes para seus usos de recursos hídricos. Valorizamos a construção colaborativa dos nossos serviços garantindo que o resultado atenda aos seus desejos. Integrando as necessidades identificadas com as melhores soluções técnicas disponíveis, superamos as expectativas de nossos clientes e fortalecemos nosso relacionamento de longo prazo.

Entre em contato e conheça nossas soluções!