Bioretention urban environmental technology for stormwater management

Em caráter experimental, a tese examina o desempenho de sistemas de biorretenção na mitigação da poluição difusa ocasionada pelas águas de chuva. A avaliação dessa tecnologia ambiental urbana partiu da construção de um modelo de manejo dos escoamentos pluviais, utilizando uma matriz orgânica composta por vegetação, solo e agregados para retenção e tratamento inicial localizados. O protótipo, em escala 1:1, implementado na Cidade Universitária Armando Salles de Oliveira (CUASO-USP), São Paulo, SP, é composto por dois canteiros isolados entre si, que recebem as vazões através da sarjeta na via adjacente. Com preenchimentos iguais, os canteiros receberam coberturas vegetais distintas: gramado (G), com uma única espécie de gramínia, e jardim (J), com forrações, herbáceas e arbustos diversos, predominantemente nativos. O experimento foi monitorado por um ano, entre março de 2012 e março de 2013, quando foram coletados os dados referentes ao seu funcionamento e eficiência em sete eventos chuvosos paulistanos. A compilação dessas informações permitiu a análise comparativa da qualidade da água dos escoamentos antes e depois da passagem pelos canteiros. Com recursos da FUNDEP, FCTH e LabVERDE, a pesquisa interdepartamental e interdisciplinar, desenvolvida numa cooperação entre a FAU-USP e a Escola Politécnica-USP, busca oferecer respostas às hipóteses com que trabalha a Arquitetura da Paisagem ao propor soluções naturalizadas de manejo dos escoamentos pluviais em complementação às técnicas convencionais atualmente empregadas nas cidades brasileiras, tomando a cidade de São Paulo como cenário. Como efeito do processo histórico de canalização do seu patrimônio hídrico, ocupação das áreas de várzea e impermeabilização, a população paulistana e da RMSP tem sofrido com enchentes que se agravam com o crescimento urbano e com a intensificação das chuvas. As soluções imediatistas para essa situação crítica seguem a práxis das obras convencionais de engenharia, que segregam a drenagem urbana dos processos ecológicos e hidrológicos e não contribuem para melhoria da qualidade ambiental dos escoamentos antes de destiná-los aos corpos hídricos superficiais, o que agrava o quadro generalizado de poluição dos rios e córregos urbanos. Os resultados do experimento prático atestam o desempenho da biorretenção na mitigação da poluição difusa, com reduções médias das cargas poluidoras acumuladas de 89,94% para o gramado e 95,49% para o jardim, que foi comprovadamente mais eficiente. Aliados ao estudo de tipologias paisagísticas já utilizadas com sucesso em outras cidades do mundo, esses resultados poderão corroborar o processo de transição na infraestrutura de São Paulo, respaldando tecnicamente e cientificamente as soluções investigadas de manejo das águas de chuva através da biorretenção no tratamento dos espaços abertos e na conformação de uma Infraestrutura Verde na cidade.This thesis experimentally assesses the performance of bioretention systems in mitigating nonpoint-source pollution caused by runoff. A 1:1 scale experiment of a stormwater management facility was built in USP Campus based in São Paulo, SP. This prototype has been evaluated for one year, since March 2012, over its technical efficiency to improve water quality by analyzing runoff samples collected in its inlet and outlet. Combining landscape architecture and hydraulic engineering knowledge, this experiment consists of two independent vegetated plots connected to the gutter through a concrete channel, which drives the runoff into the facility from the avenue next to it. Each plot has its own spillway, where samples were collected for laboratory analysis under 22 water quality parameters and thus compared to gutter runoff. Regarding construction techniques, it was decided to apply simplified solutions without unnecessary expenses, but that ensured feasibility, solidity and isolation to the plots from the ground on all faces. As for filling the model, it was chosen to use the same material for both facilities, laid out from bottom to surface: 60cm of broken rocks, 15cm of gravel, coconut geotextile fabric, 5cm of coarse sand and, finally, 45 to 75cm of planting substrate with side slopes and covered with mulch. Regarding vegetation cover, two sets of plants have been used in the bioretention cells as a research strategy to compare the efficiency among different models in stormwater management, considering other issues in addition to improving the environmental quality of water, such as maintenance, adaptation and development of species and visual interest. Thus, the experiment plots were filled with the same substrate but with different vegetable toppings, according to the following configuration: mixed garden (M) - ground covers with predominance of native shrubs and herbaceous vegetation, and lawn (L) - covered only with emerald grass carpet (Zoysia japonica), which has been extensively used for lawns all over the country. This experimental model has provided scientific answers that attest the effectiveness of techniques using vegetated surfaces to retain and treat stormwater. Its results have attested the performance of bioretention for diffuse pollution mitigation, with average reductions of accumulated pollutant loads of 89.94% in the lawn (L) and 95.49% in the mixed garden (M), which wasproven to be more efficient. This research developed by USP Faculty of Architecture and Urbanism in partnership with Polythecnic School, does not aim to threat conventional methods of urban drainage in local cities, but to join them in the efforts of reaching solutions and technical knowledge that are suitable for urban ecosystems and harmless to environment and landscape