Resiliência dos sistemas urbanos de abastecimento de água em cenário de terremoto

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 20555 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As ameaças aos sistemas de abastecimento de água aumentaram em número e intensidade. Desastres naturais, como terremotos, causaram diferentes tipos de danos às redes de distribuição de água (WDN), especialmente para aquelas com infraestruturas antigas. Este artigo investiga a resiliência de uma rede de distribuição de água existente sob risco sísmico. Um modelo de geração de terremotos acoplado a um modelo hidráulico de demanda probabilístico baseado em fluxo baseado em pressão é investigado e aplicado a uma WDN existente. Foram simulados um total de 27 cenários de terremoto e 2 estratégias de reparo. A análise examinou métricas de resiliência hidráulica, tais como pressão, procura de fugas, capacidade de manutenção da água e população afectada. Os resultados mostram que a pressão nodal cai abaixo da pressão nominal e chega a zero em alguns cenários de terremotos. A demanda de vazamento pode atingir mais de 10 m3/s poucas horas após um terremoto. A capacidade de serviço da água cai para um mínimo de 40% e a população afectada atinge até 90% num terramoto de 6,5 M, por exemplo. Este estudo destaca e quantifica vulnerabilidades na WDN simulada. As ferramentas aqui descritas ilustram uma abordagem que pode: (1) em última análise, ajudar a informar melhor os planos de segurança da água dos serviços públicos e (2) preparar estratégias proativas para mitigar/reparar antes que ocorra um perigo desta natureza.

As Redes de Distribuição de Água (RDS) são Infraestruturas Críticas (CI)1. As WDN consistem em sistemas, instalações, tecnologias, serviços, etc. essenciais para o bem-estar das pessoas e para a economia sustentável. As WDNs enfrentam uma ampla gama de ameaças capazes de causar danos significativos e interrupções de serviço. Essas ameaças incluem infraestruturas envelhecidas, desastres naturais e perigos provocados pelo homem. WDNs são semelhantes em layout e funções, mas diferem em tamanho, localização e vulnerabilidades. Consequentemente, as empresas de abastecimento de água estão a implementar estratégias e a desenvolver Planos de Segurança da Água (PSA) adaptados para aumentar a sua resiliência à WDN e superar tais ameaças.

Desastres naturais como terremotos, secas, incêndios, furacões, inundações e fortes tempestades causaram danos de espectro às WDNs, especialmente para aquelas com infraestruturas antigas. Os pesquisadores propuseram métodos para estimar as consequências de desastres naturais em infraestruturas críticas, como sistemas de abastecimento de água. Estudos anteriores relataram danos que incluem vazamentos e rupturas em tubulações; falha em estações de tratamento, bombas, reservatórios e tanques; quedas de energia; perdas de qualidade da água, redução do acesso a abastecimentos e instalações; e outros impactos negativos no pessoal dos sistemas2,3,4. Depois de estudar os danos que um desastre natural pode causar aos sistemas de abastecimento de água, a Organização Pan-Americana da Saúde (OPAS)5 informou que os terremotos têm o potencial mais destrutivo para a WDN. Isso ocorre porque: (1) os terremotos causam danos em cascata representados por incêndios, cortes de energia e destruição estrutural dos ativos e instalações da WDN, e (2) os componentes da WDN são enterrados no subsolo, onde a atenuação sísmica é mais intensa e onde os danos não são facilmente detectado e reparado6,7.

Por exemplo, o enorme terremoto de São Francisco que durou um minuto em 19068 destruiu milhares de canos, causou escassez no fluxo de fogo, resultando em um incêndio que durou três dias, matou 800 pessoas e deixou enormes danos materiais. O terramoto de Kobe em 19959 danificou mais de 4000 canalizações e causou a perda do serviço de abastecimento de água a mais de um milhão de pessoas. Os terramotos de San Fernando e Northridge10 danificaram dezenas de condutas de água e o serviço de abastecimento de água ficou interrompido durante semanas. Terremotos mais recentes resultaram em danos significativos à WDN, apesar dos avanços em materiais e tecnologias anti-sísmicas. O terremoto de South Napa em 2014 demonstrou ainda mais a vulnerabilidade das WDNs. Foram relatadas mais de 150 rupturas de condutas de água, o que deixou os bombeiros com uma quantidade insuficiente de água para combater seis grandes incêndios pós-terremoto11. Carter12 enfatizou a preocupação com o crescimento de mofo devido à falha na tubulação de água, causando mais danos do que o próprio tremor. O terramoto de Kumamoto em 2016 é outro lembrete recente da vulnerabilidade da WDN às ameaças sísmicas. O terramoto cortou intermitentemente o abastecimento de água durante vários dias13.