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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

ÁREA DE ENGENHARIA E RECURSOS HÍDRICOS

Manual do usuário

Planilha

HIDROOperação de reservatórios

com base em níveis de alerta

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

ÁREA DE ENGENHARIA E RECURSOS HÍDRICOS

Manual do usuário

Planilha

HIDROOperação de reservatórios

com base em níveis de alerta

Klecia Forte de Oliveira

Carlos de Oliveira Galvão

versão 5março 2004

Manual para Operação de Reservatórioscom Base em Níveis de Alerta

ÍÍndice

2 Planilhas de Entrada de Dados........................................44.1 Para iniciar o uso...............................................74.2 Para entender os cálculos realizados nasplanilhas.................................................................11

4.2.1 Planilha Alerta..........................................124.2.2 Planilha Gerenciamento...........................15

3

1 A planilha HIDRO

A planilha eletrônica HIDRO – Operação de reservatórios combase em níveis de alerta realiza o balanço hídrico doreservatório, de modo a fornecer ao usuário informações sobreseu comportamento perante diversas estratégias de operação,podendo ser usada em diferentes momentos:

Na fase de planejamento, definindo os níveis de alerta doreservatório;

Na fase de gerenciamento, acompanhando o comportamentodo reservatório em tempo real com a aplicação dos níveis dealerta definidos antes;

Na fase de previsão, prevendo volumes do reservatório a partirdas informações da previsão meteorológica para umperíodo.

A planilha HIDRO se divide em planilhas internas caracterizadaspor sua função básica: planilhas de entrada de informações eplanilhas de saída de resultados.

2 Planilhas de Entrada de Dados

Existem quatro planilhas cuja função básica é servir de entradade informações para as simulações a serem realizadas para oreservatório:

Curva C-A-VDeve-se inserir a Curva Cota-Área-Volume do reservatório,indicando os valores de área e volume a cada cota definida.Dem, Afl, EvpDevem-se inserir os valores das demandas médias mensaisestimadas, vazões médias mensais afluentes ao reservatórioe sua lâmina evaporada média mensal.PrecipitaçõesDeve-se inserir a série histórica de precipitações, da qualsão obtidas as precipitações médias mensais.


VazõesDeve-se inserir uma série histórica de vazões mensaisafluentes ao reservatório, da qual se calculam as vazõesmédias mensais afluentes.

As séries históricas de precipitações e vazões inseridasdevem ser cronologicamente coincidentes.

3 Planilhas de Resultados

O comportamento do reservatório é simulado em cada planilha apartir de uma perspectiva própria, seja de planejamento dasações de gerenciamento, de gerenciamento em tempo real, ouprevisão do comportamento hidrológico para determinadoperíodo.A simulação de períodos normais, chuvosos ou de estiagem éfeita com a definição do coeficiente de afluência, que traduz aafluência de vazões ao reservatório, dependendo se seu valor éigual a 1,0, maior que 1,0 ou menor que 1,0, respectivamente.O coeficiente de demanda traduz a demanda de vazões doreservatório e, do mesmo modo que o coeficiente de afluência,simula períodos em que toda a demanda é atendida ou períodosem que nos quais se tem racionamento no abastecimento,dependendo se seu valor é igual a 1,0 ou menor que 1,0,respectivamente.Há um nível atingido pelo reservatório no qual não mais há apossibilidade de realizar captação para adução, devido àscondições de qualidade da água que inviabilizam seutratamento. O volume correspondente a este nível é chamadovolume morto. O volume útil do reservatório é definido comosendo o volume morto subtraído de seu volume atual.

3.1 Fase de planejamento – Planilha Alerta

Com base em séries históricas de dados, esta planilha simulacenários de afluência e demanda, por processo de tentativa eerro, a partir dos quais se podem definir os níveis críticos deoperação para o reservatório, que servirão para indicar omomento correto na tomada de decisões. Estes níveis sãochamados níveis de alerta (NA).

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Conforme mostra o esquema da Figura 1, o reservatório édividido em zonas a partir de níveis fictícios. Em cada zonadefinida, atua um coeficiente de demanda, sendo tomado estecoeficiente igual a 1,0 na zona de conservação.

Figura 1 - Definição dos níveis de alerta em um reservatório.

3.2 Fase de gerenciamento – Planilha Gerenciamento

Nesta fase se dá o gerenciamento propriamente dito, a avaliaçãoem tempo real das condições de operação do reservatório e suaadministração com base nos níveis críticos de operação obtidosna planilha Alerta.Tomando o volume fornecido do reservatório e simulandocenários de afluência (períodos secos, normais ou chuvosos),pode-se prever o volume acumulado no do reservatório mês amês e decidir quais medidas tomar para otimizar o uso de seusrecursos.

3.3 Fase de Previsão – Planilha Previsão

Simula o comportamento do reservatório para o cenário atual,tomando a cada ano seu volume inicial igual ao volume atualfornecido e assumindo que as vazões afluentes sejam iguais asvazões provenientes da série histórica.Realiza a previsão de comportamento do reservatório para umdeterminado mês, com base na previsão meteorológicadisponível, na série histórica de precipitações e nos resultadosobtidos para a simulação do cenário atual.


4 Tutorial

4.1 Para iniciar o uso

Os itens abaixo indicam a seqüência de ações a seremrealizadas antes de se fazer uso da planilha HIDRO:

1. Deve-se salvar o arquivo com um nome distinto parapreservar o original.

2. Introduzir, nas devidas planilhas, os dados de entradanecessários, como indicado na Tabela 1 a seguir.

3. Na planilha Alerta, diminuir ou estender as linhas da tabelade cálculo de maneira que o intervalo de datas correspondaao intervalo de datas da série histórica de vazões inseridana planilha Vazões.

4. Na planilha Gerenciamento, diminuir ou estender as linhasda tabela de cálculos para que o intervalo de datascorresponda ao período que se deseja simular.

5. Na planilha Previsão, diminuir ou estender as linhas databela de Distribuição de Probabilidades para que o númerode anos nesta planilha seja o mesmo inserido na planilhaPrecipitações. Ainda na mesma planilha, na tabela quesimula o comportamento do reservatório para o Cenárioatual, diminuir ou estender as linhas de maneira que ointervalo de datas corresponda ao intervalo de datas dasérie histórica de vazões inserida na planilha Vazões.

6. Conferir se os nomes definidos na planilha após inserção detodos os dados de entrada representam corretamente osintervalos de células. Os nomes contidos na planilha e seusrespectivos intervalos se encontram detalhados na Tabela 2.

O que são nomes no Excel? Os nomes são conjuntos decaracteres (letras, números ou símbolos) usados para definir

células ou intervalos de células.

Como definir nomes no Excel? No menu Inserir, clique emNome e escolha Definir. Na janela Definir Nome, escolha o

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nome a ser conferido, clique na seleção de intervalo eselecione o intervalo correto.

Tabela 1- Guias da planilha HIDRO e dados de entrada.Guias Dados de entrada

Curva C-A-VCurva Cota-Área-Volume do reservatório, podendo ser suprimidosos valores de área, não usados nos cálculos. Inserir o valor dovolume morto tomado para o reservatório.

Dem, Afl, EvpDemandas médias mensais estimadas; vazões médias mensaisafluentes ao reservatório; e lâmina evaporada média mensal doreservatório, respectivamente.

PrecipitaçõesPrimeiro mês da estação chuvosa; último mês da estaçãochuvosa; precipitações médias mensais.

Vazões Vazões médias mensais.

Alerta

Nome do reservatório; frações da capacidade do reservatóriocorrespondentes aos NA; coeficientes de demandacorrespondentes a cada NA; data inicial das séries históricas; evalor do volume inicial.

Tabela 1 – Continuação.Guias Dados de entrada

GerenciamentoData inicial para cálculo; valor do volume inicial; coeficiente deafluência; e coeficiente de demanda do usuário (que pode seromitido).

Previsão

Mês para o qual se deseja realizar a previsão; probabilidades deocorrência de cada período (seco, normal, chuvoso);classificação dos anos como seco, normal ou chuvoso; datainicial das séries históricas; valor do volume inicial.

Deve-se atentar para as unidades dos valores inseridos,explicitadas em cada planilha.

Tabela 2 - Nomes contidos na planilha HIDRO e intervalos decélulas correspondentes.

Nome Intervalo

AFLColuna na planilha Dem, Afl, Evp contendo os valores dasvazões médias mensais afluentes ao reservatório.

ANO_PREC Coluna na planilha Precipitações contendo os anos.

CAVMatriz na planilha Curva C-A-V contendo as colunas Cota,Área e Volume.

COEF1Célula na planilha Alerta contendo o coeficiente dedemanda correspondente ao NA1.



COTAColuna na planilha Curva C-A-V contendo os valores decota.


DEMColuna na planilha Dem, Afl, Evp contendo os valores dasdemandas médias mensais estimadas.

ESC_ALERTAColuna na planilha Alerta contendo os volumes querepresentam a Escassez do reservatório.

EVPColuna na planilha Dem, Afl, Evp contendo os valores delâmina evaporada média mensal do reservatório.

Tabela 2 – Continuação.Nome Intervalo

FALHA_GERENCColuna na planilha Gerenciamento contendo asocorrências de Falhas.

MESESColuna na planilha Dem, Afl, Evp contendo os valoresnuméricos dos meses (1,2, ...., 12).

MESES_SIMULADOSColuna na planilha Simulação contendo os mesessimulados.

NA1Célula na planilha Alerta contendo o volume doreservatório correspondente ao NA1.



PESOSColuna na planilha Previsão contendo os valores deprobabilidades de ocorrência de cada tipo de ano.

PREC_PERColuna na planilha Precipitações contendo os valorestotais da precipitação no período definido.

VAZOESMatriz na planilha Vazões contendo os valores dasvazões médias mensais.

VOLColuna na planilha Curva C-A-V contendo os valores devolume.

VOL_ALERTAColuna na planilha Alerta contendo os valores de Volume- Início do mês.

VOL_GERENCColuna na planilha Gerenciamento contendo os valoresde Volume - Início do mês.

VOL_MORTOCélula na planilha Alerta contendo o valorcorrespondente ao volume morto do reservatório.

VOL_PONDERADOSColuna na planilha Previsão contendo os valores dosvolumes no início do mês ponderados pela probabilidadede ocorrência do respectivo ano.

VOL_PREVColuna na planilha Previsão contendo os valores devolumes no início do mês de previsão para cada ano.

VOL_SIMULADOSColuna na planilha Simulação contendo os volumes noinício do mês para o intervalo simulado.

As seqüências dos dados de origem dos gráficos devem seratualizadas após realizar mudanças nas planilhas.

As figuras a seguir apresentam as células que têm função deentrada de dados em cada planilha de resultados.

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Figura 2 - Destaque das células que têm função de entrada dedados na planilha Alerta.


Figura 3 - Destaque das células que têm função de entrada dedados na planilha Gerenciamento.

Figura 4 - Destaque das células que têm função de entrada dedados na planilha Previsão.

4.2 Para entender os cálculos realizados nas planilhas

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As fórmulas presentes nas planilhas fazem uso dos Nomesdefinidos anteriormente. São indicados os títulos das colunas databela de cálculo de cada planilha.

4.2.1 Planilha Alerta

1. Mês: a primeira linha contém o mês correspondente à datainicial. Para os meses seguintes, o mês é resultado da somado mês e número de dias do mês anterior.

2. Nº de dias do mês: fornece o número de dias do mês emquestão (ou mês de cálculo). Este campo verifica se o mêsda coluna anterior é fevereiro; caso seja, verifica se o ano ébissexto, para atribuir 28 ou 29 dias.

3. Início do mês – Volume: volume inicial de cada mês decálculo. Para a primeira linha de cálculo, o volume inicial é ovalor de volume fornecido para a data inicial; para as linhasseguintes, o volume inicial de cada mês será o volume finaldo mês anterior.

4. Início do mês – Cota: valor da cota do reservatórioequivalente ao volume do início do mês. Este valor é obtidopor interpolação linear dos dados da planilha Curva C-A-V.Tem-se na Tabela 3 os valores tomados para exemplificaros cálculos realizados nesta coluna.


Tabela 3 – Valores usados para exemplificar os cálculosrealizados na coluna Início do mês – Cota.

Data inicial 01/01/1963Mês de cálculo 01/01/1963Volume no início do mês (Vi) 209.000.000 m3

Volume anterior a Vi na Curva C-A-V 200.545.990 m3

Cota equivalente ao volume anterior 371,00 mVolume posterior a Vi na Curva C-A-V 224.049.762 m3

Cota equivalente ao volume posterior 372,00 mCota equivalente a Vi 371,36 m

Para obter o valor da cota equivalente a Vi é realizada aseguinte interpolação:

( )

m36,371

3710200.545.992224.049.76

990.545.2000209.000.00x371372C Vi

=

+

−−−=

ViCota

ota

5. Cota - Evp/2: é o valor da cota (do início do mês) doreservatório menos o valor correspondente à metade dalâmina evaporada no mês de cálculo, obtida a partir daplanilha Dem, Afl, Evp. A lâmina evaporada para o mês defevereiro é de 0,13 m, o que, seguindo o exemplo anterior,resulta em:

mCota 29,3712140,0

36,371 =−=

6. Vol. Parcial: é o valor do volume correspondente à Cota -Evp/2, obtido por interpolação linear dos dados da planilhaCurva C-A-V. Usando os valores mostrados na Tabela 3,tem-se:

( )

3084.362.207990.545.200

990.545.200762.049.22400,37200,371

00,37129,371

m

xVol

=+

+

−

−−=

7. Vazão Afluente: é o valor da vazão afluente aoreservatório, proveniente da planilha Vazões.

8. Acréscimo do Vol. Afluente: valor correspondente aovolume afluente ao reservatório, obtido pela multiplicação davazão afluente (da planilha Vazões), em m3/s, pelaquantidade de segundos do mês de cálculo. Seguindo o

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exemplo, para o mês de março de 1963, a vazão afluente aoreservatório é de 13,583 m3/s. O volume afluente é de:

3707.380.3631400.86583,13 mxxVol ==

9. Demanda Desejada: fornece o valor a ser retirado doreservatório para atender integralmente a demanda, deacordo com o valor das demandas médias mensaisestimadas, provenientes da planilha Dem, Afl, Evp,convertendo-o para volume, como feito antes para oAcréscimo do Vol. Afluente.

10.Demanda Reduzida: este valor corresponde ao valor daDemanda Desejada, multiplicado pelo coeficiente dedemanda adotado. O coeficiente de demanda tomado paracálculo aqui é escolhido da seguinte maneira: caso o nívelinicial seja maior que o NA1, a planilha tomará para ocoeficiente de demanda o valor 1,0; caso o volume do iníciodo mês seja menor ou igual ao NA1, e maior que o NA2, ovalor tomado para o coeficiente será o que consta naplanilha Alerta, equivalente ao NA1; caso o volume do iníciodo mês seja menor ou igual ao NA2, e maior que NA3, ovalor tomado para o coeficiente será o que consta naplanilha Alerta, equivalente ao NA2; caso o volume do iníciodo mês seja menor ou igual ao NA3, e maior que o VolumeMorto estipulado em Alerta para o reservatório, o valortomado para o coeficiente será o que consta na planilhaAlerta, equivalente ao NA3; caso o volume do início do mêsseja menor ou igual ao Volume Morto, o coeficiente dedemanda será tomado igual a zero.

11.Volume Parcial 2: é o volume que tem o reservatório após oAcréscimo do Volume Afluente e a retirada da DemandaReduzida.

12. Demanda Atendida: é o valor realmente atendido, deacordo com as condições de volume do reservatório.

13.Cota 2: é o valor da cota do reservatório equivalente aoVolume parcial 2, obtido pelo mesmo procedimento usadona obtenção da Cota (Início do mês).

14.Cota 2 – Evp/2: fornece o valor da cota do reservatório apósser diminuído da Cota 2 o valor correspondente a metade da


lâmina evaporada no mês de cálculo, obtida a partir daplanilha Dem, Afl, Evp para este mesmo mês.

15.Vol. final do mês: é o valor do volume correspondente àCota 2 – Evp/2, obtido pelo mesmo processo usado paracalcular o Vol. Parcial.

16.Escassez: este valor corresponde à diferença entre aDemanda Desejada e a Demanda Atendida. Em termospráticos, seria o valor do volume de água a ser racionado nomês de cálculo.

17.Volume extravasado: este valor corresponde à soma dosvalores do Volume Parcial, do Acréscimo do VolumeAfluente, diminuído o valor da Retirada da Demanda; estevalor é comparado com a Capacidade do Reservatório, casoo primeiro seja maior que o segundo, é feita a diferençaentre eles e o valor obtido é dado; caso contrário, o valorobtido é zero.

4.2.2 Planilha Gerenciamento

Os cálculos realizados em algumas colunas da tabela decálculos desta planilha são idênticos aos já apresentados naplanilha Alerta, por esse motivo, a explicação para essas colunasserá suprimida.

1. Acréscimo do Vol. Afluente: valor correspondente aovolume afluente ao reservatório, obtido pela multiplicação davazão média afluente do mês de cálculo (da planilha Dem,Afl, Evp) em m3/s, pela quantidade de segundos do mês decálculo. Exemplificando, tem-se o valor da vazão médiaafluente para o mês de março igual a 15,809 m3/s, o queresulta em um acréscimo no volume afluente igual a:

3826.342.4231400.86809,15 mxxVol ==

2. Coeficiente de Demanda – Níveis de Alerta: é ocoeficiente de demanda tomado para cálculo, proveniente daplanilha Alerta. Este valor só é adotado para cálculo caso acoluna Coeficiente de Demanda do Usuário não estejapreenchida.

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3. Retirada da Demanda: fornece o valor a ser retirado doreservatório para atender a demanda, obtido pelamultiplicação da demanda média estimada (da planilhaDem, Afl, Evp), do número de dias do mês de cálculo e docoeficiente de demanda adotado. Este coeficiente pode sero Coeficiente de Demanda – Níveis de Alerta ou oCoeficiente de Demanda do Usuário.

4. Volume parcial 2: é o volume que tem o reservatório após oacréscimo da vazão afluente e a retirada da demanda.

5. Falha: indica se houve, para o mês de cálculo,racionamento na Retirada da Demanda, comparando oVolume do final do mês e o NA1. Caso o NA1 seja maior ouigual ao volume final, o mês é tomado como falho, o quecorresponde ao valor 1,0. Caso o volume final do mês sejamaior que o NA1, o mês é tido como normal, o quecorresponde ao valor 0,0.

6. Coeficiente de Demanda – Usuário: nesta coluna o usuáriopode inserir o valor que avalie adequado. Este valor seráprioritariamente tomado como coeficiente de demanda paraos cálculos efetuados na planilha.

7. Nível de Alerta 1: primeiro nível de alerta, obtido para oreservatório na planilha Alerta; usado nesta planilha apenaspara gerar o gráfico de Volume acumulado no reservatóriodurante o período.

8. Nível de Alerta 2: segundo nível de alerta, obtido para oreservatório na planilha Alerta; usado nesta planilha apenaspara gerar o gráfico de Volume acumulado no reservatóriodurante o período.

9. Nível de Alerta 3: terceiro nível de alerta, obtido para oreservatório na planilha Alerta; usado nesta planilha apenaspara gerar o gráfico de Volume acumulado no reservatóriodurante o período.


4.2.3 Planilha Previsão

Da mesma forma que na planilha anterior, os cálculos realizadosem algumas colunas da tabela de cálculos desta planilha sãoidênticos aos já apresentados na planilha Alerta, por essemotivo, a explicação para essas colunas será suprimida.

Tabela de Distribuição de Probabilidades

1. Precip. Período: contém os valores dos totais precipitados,em ordem crescente, para a estação chuvosa dos anos dasérie de precipitações médias mensais usada.

2. Tipo de Ano: o usuário deve classificar o ano como “seco”,“normal” ou “chuvoso”, de acordo com o total precipitado naestação chuvosa.

3. Ano: ano correspondente ao total precipitado.

4. Volume no Início do Mês: fornece o valor do volume doreservatório, na planilha Simulação, para o mês em que estásendo realizada a previsão, no Ano indicado na colunaanterior.

5. Peso do Período: indica a probabilidade de ocorrênciaadotada para a Precipitação do Período a partir do Tipo doano.

6. Ponderação do Volume: valor ponderado do volume apartir do Peso do período.

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Tabela de Simulação do Comportamento do Reservatório

1. Acréscimo do Vol. Afluente: valor correspondente aovolume afluente ao reservatório, obtido pela multiplicação davazão média afluente (da planilha Vazões), em m3/s, pelaquantidade de segundos do mês de cálculo.

2. Demanda Desejada: valor correspondente ao volumedemandado do reservatório, obtido pela multiplicação dademanda média mensal estimada (da planilha Dem, Afl,Evp) em m3/s, pela quantidade de segundos do mês decálculo.

3. Volume Total Recomendado: valor da Demanda Desejadamultiplicado pelo Coeficiente de demanda do usuário.

4. Volume Liberado: caso o volume útil do reservatório sejamaior que o Volume Total Recomendado; caso contrário, ovolume liberado será o volume útil disponível.

5. Volume Parcial 2: é o volume que tem o reservatório após oAcréscimo do Volume Afluente e a retirada do VolumeLiberado.

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