gestão de Águas · os sistemas h ídricos ... • produção de energia elétrica de baixo custo...

1

GestãoGestão de de ÁÁguasguas: : EntendendoEntendendo o o ContextoContexto FFíísicosico

Ticiana Ticiana MarinhoMarinho de de CarvalhoCarvalho StudartStudart

SãoSão LuisLuis20052005

2

“ Como o gerenciamento de recursos hídricos acontece em um contexto de valores

humanos e realidades físicas, cada sociedade desenvolve seus próprios objetivos e metas.

A percepção dos recursos naturais pela sociedade reflete realidades biofísicas,

valores culturais, experiências históricas, da mesma forma que realidades políticas.

(Perry and Vanderklein, 1996).

3

Realidades Realidades biobio--ffíísicassicas

8

Sazonalidade das Vazões

10

• Chuva anual de 1.400 mm/ano na

costa até 500mm no Sertão

• Mais de 90% concentrado em seis

meses (Jan-Jun)

• Mais de 75% em 4 meses (Fev-

Mai)

• Evaporação > 2.500mm

• Embasamento cristalino

• Resultados = rios intermitentes

Exemplo: Ceará

11

Entendendo o o clima, o meio e a sociedadeEntendendo o o clima, o meio e a sociedade

Chuva

Sistema de águas móveis:

As águas podem ser usadas em locais diversos de onde

precipitam (SAM)

Clima

Sistema físico

Sistema de águas fixas:

As águas só podem ser usadas no local onde

precipitam (SAF)

Agricultura de sequeiro

• Muito vulnerável às variabilidades climáticas

• Secas freqüentes

Atividades robustas: irrigação, abastecimento de cidades,

indústrias...

A vulnerabilidade climática éreduzida armazenando-se água em reservatórios e tomando as decisões táticas e estratégicas.

Sistema social

12

A adaptação do homem ao clima no SAF

Secas = f (chuva total, distribuição temporal, evapotranspiração; ciclo vegetativo da cultura)

Duração contínua máxima anual de umidade no solo

- DCMAUS -

Duração do ciclo vegetativo- DCV -

Seca: DCV > DCMAUS

Inverno: DCV < DMAUS

13

• Distribuir (ou não) sementes;• Plantar (ou não) plantar;

• Selecionar a cultura a plantar (ciclo curto ou longo);• Selecionar a área onde plantar (área e locação)

Decisões no SAFDecisões no SAF

Obs: previsão e monitoramento devem caminhar juntos

14

As secas no SAM

Modelos Estocásticos

• A memória dos sistema está nas águas armazenadas na natureza (açudes,

aqüíferos, ...)

• Qt+1 = ?Qt + ?• A previsão reduz os ruídos em ? i

15

Dec

isõe

s no

SA

M

ESTRAT ÉGICAS

• aperfeiçoar as previsões;• construir estruturas hidráulicas (movimentação de água)

TÁTICAS

• iniciar, mais cedo, a movimentação de água entre reservatórios;

• iniciar racionamento; • iniciar campanhas massivas de educação; • iniciar negociações para re-alocação

16

Os sistemas hOs sistemas híídricosdricos

São estruturas naturais, ou construídas pela sociedade, usadas com a finalidade de ajustar a oferta à demanda em termos de tempo, local, quantidade e qualidade.

– Reservatórios, lagos e rios (dimensões tempo e quantidade e espaço)

– Adutoras (dimensão espaço)– Estações de tratamento (dimensão qualidade)

17

Reservatório como solução

• Produção de energia elétrica de baixo custo relativo;

• Água para irrigar terras férteis;• Água para abastecimento de

populações;• Condições para piscicultura;• Redução de cheias a jusante;• Criação de paisagens;• Criação de ambientes de

recreação

18

Contudo, na busca de controlar cheias e

mitigar secas construindo barragens as

pessoas criaram

outros tipos de

problemas.

@ E

d K

ashi

/Cor

bis

http://www.nationalgeographic.com

19

Problemas ambientaisProblemas ambientais

• Deslocamento de populações• Inundação de terras férteis • Barreira à migração de peixes• Inundação de locais históricos• Perdas de valores estéticos• Retenção de sedimentos -

impactos nos estuários • Sensação de insegurança das

populações de jusante

20

A açudagem como solução preferida

“ Já em meado do século passado (século XIX), o senador Francisco de Brito Guerra, com o espírito muito

lúcido e prático que o distinguia, reconhecendo o alcance e a necessidade do açudamento do sertão , proclamava que seria feliz quando suas águas não

chegassem ao oceano.”

Modernamente seria o ...

PROGRAMA EXTRAVAZAMENTO ZERO

“No sertão mais vale deixar à família um bom açude do que um rico palácio. Dessas verdades estão todos mais ou

menos convencidos. “

21

A gestão dos estoques de A gestão dos estoques de ááguagua

1- Gestão integrada

2 - Decisão sobre o dimensionamentoFase 1 - Autocracia hidrológica empírica

– 2Va e Rippl

Década de 1960:

– Simulação com série histórica

22

O que aconteceu no passado éuma boa estimativa para o que vai

acontecer no futuro ....

23

Rio Moxotó

0

50

100

150

200

250

1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1984

Vaz

ão (

hm

³/an

o)

Rio Moxotó (hipotético)

0

50

100

150

200

1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1984

Vaz

ão (

hm

³/an

o)

Grande VariabilidadeGrande Variabilidade

Pequena VariabilidadePequena Variabilidade

24

A gestão dos estoques de águaFase 2- Atual - Contribuição científica

– Hidrologia provê informações para a tomada de decisão sobre o tamanho dos reservatórios

– Usa critério para definir a vazão regularizada ( estado de equilíbrio como ponto de convergência.

26

A influência do volume inicial ...A influência do volume inicial ...A influência do volume inicial ...

Açude Poço da Cruz

35

45

55

65

75

85

95

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

extensão da série (anos)

vazõ

es r

egul

ariz

adas

(hm

³/ano

)

vazio metade cheio equilíbrio

Qr=52,8 hm³/anoQr=52,8 hm³/ano

27

Efeitos da fase hidráulica

• Construção de uma rede de pequenos, médios e grandes reservatórios sem uma visão de sistema

• Algumas bacias hidrográficas ficaram saturadas. A construção de novos açudes resultava em redução da regularização da produção de água da bacia (exemplo: Várzea do Boi)

28

Exemplo concreto: Açude Várzea do Boi

• Isolado• Q90 = 7,4 hm³/ano

• 37 reservatórios a montante

• Hoje Várzea do Boi –Q90= 4,4 hm³/ano

• Somatório 37 açudes = Q90 = 1,0 hm³/ano

29

CV =1.3

0,0500,0

1000,01500,02000,02500,03000,03500,04000,0

1900 1908 1916 1924 1932 1940 1948 1956 1964 1972 1980 1988 1996 2004

Year

Vol

ume

(hm

3)

Reservoir Yield Evaporation Loss Liquid Discharge to the Ocean

Modificações hidrológicas na bacia do Jaguaribe decorrente da grande açudagem

30

Qual seria o efeito se a variabilidade dos deflúvios fosse menor (Cv = 0,2)

SIMULAÇÃO - (O que é)

CV =0.2

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

3500,0

4000,0

1900 1908 1916 1924 1932 1940 1948 1956 1964 1972 1980 1988 1996 2004

Year

Vo

lum

e (h

m3)

Reservoir Yield Evaporation Loss Liquid Discharge to the Ocean

31

Em um regime hidrológico de deflúvios de alta variabilidade, émuito difícil controlar todas as

águas dos rios.

Assim, o Projeto Extravazamento Zero, tão sonhado no Nordeste, ainda não

passa de um sonho hidrológico.

32

Realidades Realidades biobio--ffíísicassicas

33

“Rios como o Mossoró estão secos e há 24 meses estão

sem escoar. Se considerarmos os próximos seis meses

de verão, ele chegará a dezembro seco, assim teremos o

fato assombroso de um rio de 360 km de comprimento,

mais ou menos da mesma extensão do Tâmisa, seco

durante 30 meses consecutivos… Nós estamos em julho

e contudo muitos sertanejos buscam água a três, seis ou

mesmo doze quilômetros..”

34

Daily discharges on Jaguaribe river at Iguatu-1958 (m3/s)

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

months

Jaguaribe em Iguatu - Durante a seca de 1958 Era o maior rio seco do Mundo

Qm=28,0 m³/s

35

Vazões Médias Mensais Afluentes Iguatu

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

mês

Vaz

ão (

m³/

s)

36

No No queque o o entendimentoentendimento do regime do regime

fluvial de um fluvial de um riorio vaivai influenciarinfluenciar a a gestãogestão

dasdas ááguasguas??

37

Exemplo Concreto: Exemplo Concreto:

Rio Capibaribe Rio Capibaribe -- PePe

38

1982 ...1992...1998, 1999 ...

Tapacurá

Goitá e Carpina

EnchentesEnchentesEnchentes

1842, 1854, 1866, 1869, 1897

1924, 1965, 1966, 1970 e 1975

SecasSecasSecas

Rio Capibaribe - PeRio Capibaribe Rio Capibaribe -- PePeprincipal fonte de abastecimento da RMR

grande causador das grandes enchentes

Grande desafio - INCERTEZASGrande desafio Grande desafio -- INCERTEZASINCERTEZAS

42

Capacidade Máxima (m3)abaixo de 500.000500.000 – 1.000.0001.000.000 – 10.000.000Acima de 10.000.000TOTAL

7911

n° de açudes89266

Infra estrutura hidráulicaInfra estrutura hidrInfra estrutura hidrááulicaulica

-36.60 -36.40 -36.20 -36.00 -35.80 -35.60 -35.40 -35.20 -35.00

-8.20

-8.00

-7.80

43

Açude Município Finalidade Capacidade(m3)

%

Carpina Carpina Controle cheias 270.000.000 33

Jucazinho Surubim Abastecimento 327.000.000 41

Tapacurá S. L. da Mata Abast. e contr. cheias 91.700.000* 11

Goitá Glória de Goitá Controle cheias 51.900.000* 6

Poço Fundo Sta. Cruz do

Capibaribe

Abastecimento e

irrigação

27.750.000 3,9

Várzea do Una S. L. da Mata 11.568.010 1,6

Eng. G. Pontes /

Tabocas

Caruaru Abastecimento e

irrigação

11.224.714 1,6

Cursaí Paudalho Abastecimento 7.684.000 1,1

Oitis Jataúba Abastecimento e

irrigação

3.020.159 0,4

Santa Luzia Carpina Abastecimento 1.540.263 0,2

Matriz da Luz S. L. da Mata Abastecimento e

irrigação

1.245.000 0,2

Machado Brejo da Madre

de Deus

Abastecimento 1.228.340 0,2

Principais reservatórios da bacia

91%91%

45

Rio CapibaribeRio Capibaribe

Sta. Cruz do

Capibaribe

Toritama

Salgadinho

Limoeiro Pau d´Alho

Vitória de Santo Antão

São Lourenço da Mata

RE

CIF

E

46

Regime HidrológicoRegime HidrolRegime Hidrolóógicogico

Sta. Cruz do

Capibaribe

Toritama

Salgadinho

Limoeiro Pau d´Alho

Vitória de Santo Antão

São Lourenço da Mata

RE

CIF

E

Regime Tipo IRegime Tipo I Regime Tipo IIRegime Tipo II Regime Tipo IIIRegime Tipo IIIRegime Tipo IRegime Tipo I Regime Tipo IIRegime Tipo II

47

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

VA

ZÕE

S (

m3/

s)

Regime Tipo IRegime Tipo I

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3


VA

ZÕ

ES

(m3/

s)

ToritamaToritama

Sta. Cruz do CapibaribeSta. Cruz do Capibaribe

Regime Tipo IIRegime Tipo II

0

5

10

15

20

25

30

35


VA

ZÕE

S (

m3/

s)LimoeiroLimoeiro

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45


VA

ZÕE

S (m

3/s)

Pau D´AlhoPau D´Alho

48

Regime Tipo IIIRegime Tipo III

0

2

4

6

8

1 0

1 2

JAN FEV M A R ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

VA

ZÕE

S (m

3/s)

0

10

20

30

40

50


VAZÕ

ES (m

3/s)

Vitória de Santo AntãoVitória de Santo Antão

São Lourenço da MataSão Lourenço da Mata

49

2. Metodologia2. Metodologia

50

volume mortovolume morto

conservaçãoconservação

controle de cheiascontrole de cheias

Volume não controladoVolume não controlado

DIVISÃO EM ZONASDIVISÃO EM ZONAS

Abast. MunicipalAbast. Municipal

Abast. IndustrialAbast. Industrial

IrrigaçãoIrrigação

51

Alocação do Tipo 1

Vcheias = 10% Vútil

Vabast = 90% Vútil



Vabast = 90% Vútil

CENCENÁÁRIOS DE ALOCARIOS DE ALOCAÇÇÃOÃO



Vabast = 70% Vútil



Vabast = 70% Vútil



Vabast = 50% Vútil



Vabast = 50% Vútil


Vcheias = 0% Vútil

Vabast = 100% Vútil


Vcheias = 0% Vútil

Vabast = 100% Vútil

52

TIPOS DE ALOCATIPOS DE ALOCAÇÇÃO ÃO -- Volume (milhões de m3)

Jucazinho Carpina Goitá Tapacurá

327,00 270,00 51,88 91,69

16,35 13,5 2,59 4,58

310,65 256,5 49,29 87,11

VCE = 10%Vútil 31,06 34,65 4,92 8,72

VA = 90% Vútil 279,59 230,85 44,37 78,39

VCE = 30%Vútil 93,19 79,95 14,79 26,13

VA = 70% Vútil 217,46 179,55 34,5 60,98

VCE = 50%Vútil 155,32 128,25 24,65 43,56

VA = 50% Vútil 155,32 128,25 24,65 43,56

VCE = 0 0,00 0,00 0,00 0,00

VA = 100% Vútil 310,65 256,5 49,29 87,11

TIP

O 1

TIP

O 2

TIP

O 3

TIP

O 4

Capacidade (K)

Volume Morto (Vm = 5%K)

Volume Útil (Vútil = 95%K)

53

J u c a z i n h o C a r p i n a T a p a c u r á G o i t á

C e n á r i o 1 1 0 1 0 1 0 10

C e n á r i o 2 3 0 3 0 3 0 30

C e n á r i o 3 5 0 5 0 5 0 50

C e n á r i o 4 0 1 0 0 1 0 10

C e n á r i o 5 0 1 0 0 3 0 30

C e n á r i o 6 0 1 0 0 5 0 50

C e n á r i o 7 0 5 0 1 0 10

C e n á r i o 8 0 5 0 3 0 30

C e n á r i o 9 0 5 0 5 0 50

CENCENÁÁRIOS DE ALOCARIOS DE ALOCAÇÇÃO ÃO -- f ( Vcheias )

54

METODOLOGIA ADOTADA

simulação - f ( objetivo )

METODOLOGIA ADOTADAMETODOLOGIA ADOTADA

simulasimulaçção ão -- f ( objetivo )f ( objetivo )

Abastecimento d’águaAbastecimento d’água Controle de cheiasControle de cheias

55

“ É aquilo que não é, mas a gente faz de

conta que é, para, que se fosse, a gente

ver como seria ”

“ É aquilo que não é, mas a gente faz de

conta que é, para, que se fosse, a gente

ver como seria ”

Simulação SimulaSimulaçção ão

56

Abastecimento d’águaAbastecimento dAbastecimento d’á’águagua

Simulação

Qual teria sido o comportamento do reservatório no período da série histórica se

uma determinada regra de operação houvesse sido seguida

Simulação

Qual teria sido o comportamento do reservatório no período da série histórica se

uma determinada regra de operação houvesse sido seguida

57

3. Conclusões do Trabalho3. Conclusões do Trabalho

58

Análise ComparativaAnAnáálise Comparativalise Comparativa

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cenários

Efic

iênc

ia (%

)

0

1

2

3

4

5

6

Vaz

ão R

egu

lari

zad

a (m

3/s)

Eficiência (%) Tr=1.000 anos Qr (m3/s) G=98%

Eficiência na redução do pico

Qr

59

Cenários alternativos:

? Máximo compromisso com o abastecimento d’água

? Máximo compromisso com a contenção de cheias

? Seleção do ponto de equilíbrio

60

Três modelos de decisãoTrês modelos de decisãoTrês modelos de decisãoDecisionista: Há uma subordinação dos especialistas àqueles que decidem politicamente. Os políticos formulam as opções fundamentais das ações a serem executadas; os técnicos especialistas são os que fornecem os elementos racionais que validam a execução das ações.

Decisionista: Há uma subordinação dos especialistas àqueles que decidem politicamente. Os políticos formulam as opções fundamentais das ações a serem executadas; os técnicos especialistas são os que fornecem os elementos racionais que validam a execução das ações.

Tecnocrático: O técnico passa a definir as ações. Os problemas são tratados como questões meramente técnicas; ou como equações que devem ser solucionadas pelos especialistas. Ao político cabe o papel de viabilizar, no contexto sócio- político vigente, as ações preconizadas pela inteligência científica.

Tecnocrático: O técnico passa a definir as ações. Os problemas são tratados como questões meramente técnicas; ou como equações que devem ser solucionadas pelos especialistas. Ao político cabe o papel de viabilizar, no contexto sócio- político vigente, as ações preconizadas pela inteligência científica.

Pragmático: Este modelo implica em um diálogo entre os especialistas e os políticos. Dessa forma, o desenvolvimento das técnicas devem ser encaixados em um “projeto político” que deve levar em conta as possibilidades técnicas.

Pragmático: Este modelo implica em um diálogo entre os especialistas e os políticos. Dessa forma, o desenvolvimento das técnicas devem ser encaixados em um “projeto político” que deve levar em conta as possibilidades técnicas.

61

1.Considerar a acentuada sazonalidades pluvial e fluvial

volumes de proteção contra cheias1.Considerar a acentuada sazonalidades pluvial e fluvial

volumes de proteção contra cheias

RECOMENDAÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATÓRIOS:RECOMENDARECOMENDAÇÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS ÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATRESERVATÓÓRIOS:RIOS:

Não estruturaisNão estruturais

62

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18


VA

ZÕE

S (

m3/

s)

Regime Tipo IRegime Tipo I

ToritamaToritama

Regime Tipo IIRegime Tipo II

0

5

10

15

20

25

30

35


VA

ZÕE

S (

m3/

s)LimoeiroLimoeiro

Regime Tipo IIIRegime Tipo III

0

10

20

30

40

50


VAZÕ

ES (

m3/

s)

São Lourenço da MataSão Lourenço da Mata

63





RECOMENDAÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATÓRIOS:RECOMENDARECOMENDAÇÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS ÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATRESERVATÓÓRIOS:RIOS:

2. As ações dos gestores dos reservatórios tornam-se mais eficientes quando articuladas com moderna tecnologia de previsão de tempo – imagens de satélite

2. As ações dos gestores dos reservatórios tornam-se mais eficientes quando articuladas com moderna tecnologia de previsão de tempo – imagens de satélite

64

E E aaíí voltamosvoltamos parapara……

65

O clima e as incertezas

“ O sertanejo vive assustado e sombrio com a expectativa de

seca. Desde outubro principia a angústia e o mal-estar. Choverá?

Virá a seca? Poderemos empreender tal serviço? Será de

bom resultado tal emprego de capital? Sortir o estabelecimento

comercial? Ampliar as transações?

Felipe Guerra (1903)

66

O clima e as incertezas

Euclides da Cunha (1902)

“De fato os seus ciclos - porque o são no rigorismo técnico do

termo - abrem-se e encerram-se com regime tão notável que recordam desdobramento de

uma lei natural ainda ignorada”

67

Os cientistas têm buscado antever as secas para mitigá-la

A previsão como um processo

Os cientistas têm buscado antever as secas para mitigá-la

A previsão como um processo

FONTE:emite sinais

SENSOR:capta parte dos sinais

DECODIFICADOR:decodifica os sinais captados e gera uma mensagem ( previsão)

USUÁRIO:

recebe e usa, ou não, a mensagem

68

A previsão climática como um processoA previsão climática como um processo

A natureza através de seus campos de pressão, ventos e temperaturas do oceano emitem sinais de

como será o clima em uma futuro próximo

FONTE:

69


Captam parte das informações emitidas

pela natureza e termos de temperatura da superfície do mar;

campos de velocidade dos ventos; campos de pressão da atmosfera...

SENSORES

70


São os cientistas, os meteorologistas, os hidrólogos,

os matemáticos ...

Analisam os dados coletados pelos sensores e,

usando seus modelos –representações

simplificadas da realidade –fazem as previsões com

uma dada margem de erro.

DECODIFICADORES

71


usuários

USUÁRIOS

Recebem e analisam a previsão.

Fazem suas próprias avaliações de risco e tomam decisões

72

EntendendoEntendendo o o climaclima do do NordesteNordeste……

gestão de Águas · os sistemas h ídricos ... • produção de energia elétrica de baixo custo...

Documents