1ª edição

São PauloCESP - Companhia Energética de São Paulo

2010

Autores

Mario Thadeu Leme de Barros

Paulo Sérgio Franco Barbosa

Sérgio Zuculin

MANUAL DO USUÁRIO - PATRICh

Proteção Associada ao Tempo deRetorno Implícito de Cheias

Entidade patrocinadora:

CESP - Companhia Energética de São Paulo

Equipe de desenvolvimento:

Paulo Sergio Franco Barbosa (UNICAMP)

Mario Thadeu Leme de Barros (EPUSP)

Sérgio Zuculin (CESP)

Vinicius Forain Rocha (ONS)

Alberto Luiz Francato (UNICAMP)

João Eduardo Gonçalves Lopes (UNICAMP)

Renato Carlos Zambon (EPUSP)

Colaboração:

Paulo Diniz de Oliveira (ONS)

Luis Guilherme Guilhon (ONS)

Sérgio Luis Carlos Cerminaro (CESP)

Paulo Ricardo Laudanna (Duke Energy)

Apoio:

Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS)

BARBOSA, Paulo Sérgio Franco.

BARROS, Mario Tadeu Leme de.

ZUCULIN, Sérgio.

Manual do usuário Patrich: proteção associada ao tempo de retorno

implícito de cheias/ Paulo Mário Tadeu Leme de Barros, Sérgio Franco

Barbosa, Sérgio Zuculin. - São Paulo 2010.

12p.

1. Engenharia 2. Engenharia hidráulica 3. Cheias 4. Hidrelétricas 5.

Manual

I. CESP - Companhia Energética de São Paulo. II. Título

CDD - 627.12

ISBN: 978-85-63507-01-3

1. Objetivos da metodologia PATRICh

A metodologia PATRICh tem por objetivo oferecer fundamentação para que os agentes proprietári-

os de reservatórios de usinas hidrelétricas, com restrições operativas hidráulicas de vazão defluente

máxima, possam definir o Tempo de Retorno implícito (TRi) ou, da mesma forma, o grau de proteção

contra enchentes a jusante das suas usinas, incluindo nessa proteção a consideração dos aspectos

sociais e ambientais preventivos (complexidade da gestão da restrição) e corretivos (severidade das

conseqüências de violação da restrição) além do critério clássico, estatístico-hidrológico, ainda em

uso para definição do tempo de retorno (TR) na expressão do risco associado àquela vazão. A

metodologia PATRICh é apresentada neste manual para aplicação, na forma de planilha Excel (Figura

2). Subsidiariamente, a metodologia PATRICh instiga à reflexão dos padrões históricos de

dimensionamento de obras hidráulicas que utilizam o TR clássico.

2. Introdução à metodologia

O Plano Anual de Prevenção de Cheias (PAPC), a Programação Diária da Operação e a própria

Operação de Controle de Cheias, são instrumentos utilizados pelo Setor de Energia Elétrica Brasileiro

(SEB) para minimização do impacto a jusante, de cheias ordinárias ou extraordinárias que passam

pelos reservatórios isolados ou em cascata. Estes instrumentos são aplicados pelo Operador Nacio-

nal do Sistema Elétrico (ONS), ou sob sua coordenação, em conjunto com os agentes proprietários, e

exercidos por meio da alocação de volumes de espera nos reservatórios, sujeitos a riscos em função

do caráter aleatório das cheias.

Para essa finalidade, os agentes-proprietários de reservatórios definem a vazão de restrição e o

grau de proteção a ser adotado em cada local de restrição (denominado ponto de controle), cada qual

com critérios próprios, em cumprimento aos dispositivos legais (responsabilidade objetiva pela con-

seqüência da operação) e normativos (Procedimentos de Rede: Submódulo 9.3 - Planejamento Anual

de Prevenção de Cheias e Submódulo 9.4 - Estabelecimento das Regras para Operação de Controle

de Cheias), sendo:

(I) Vazão de restrição: descarga máxima a ser liberada na operação normal de controle de cheias

em cada usina; e

(II)Grau de proteção: expresso pelo risco de violação da descarga máxima e traduzido pelo tempo

de retorno (TR), associado à seção de controle imediatamente a jusante da usina, ou decorrente da

necessidade de proteção de outras seções a jusante, sendo o risco (%) = 1/TR, com TR em anos de

recorrência da vazão de restrição.

Estes insumos são determinantes para o cálculo dos volumes de espera do Sistema Interligado

Nacional (SIN), que utiliza os modelos matemáticos do sistema SPEC (CAEV e VESPOT) e a Teoria das

Condições de Controlabilidade, que por definição “são condições a que as capacidades dos reserva-

tórios de um sistema e os espaços vazios neles alocados no instante do início de uma cheia devem

atender e que, se atendidas, das as restrições de vazão e as seqüência de afluências aos reservatórios,

garante-se a existência de pelo menos uma operação viável” (Damázio,1988). A vazão de restrição e o

grau de proteção (TR) têm reflexo direto na proteção desejada, bem como na produção energética e

na garantia da segurança energética do SIN. A fixação do TR clássico pelo agente proprietário tem1

sido feita com base em cada caso e de acordo com a experiência de cada agente. Embora expresso de

maneira exclusivamente hidrológica-estatística, o TR clássico usado no SIN, carrega em seu bojo as

expectativas dos agentes para atendimento às necessidades da sociedade na área de influência a

jusante do ponto de controle, carecendo de amparo metodológico, que se propõe aqui.

A metodologia PATRICh propõe que o tratamento do problema “grau de proteção”, aqui expresso

por “Tempo de Retorno Implícito – TRi”, seja feito considerando a tipologia de necessidades de prote-

ção contra enchentes a jusante dos reservatórios, de acordo com as características de cada local. Tal

tipologia se presta a: (i) propor descritores das principais características das restrições operativas, em

especial descritores de complexidade para gestão da restrição e descritores da severidade das conse-

qüências caso não se possa atender à restrição; e (ii) permitir comparabilidade entre restrições de

natureza distintas. Tipificado o problema, procede-se a avaliação do risco de violação das restrições.

A análise da literatura sobre gestão de riscos deixa evidente que nas metodologias de construção de

escalas de decisão diante de riscos, dois elementos são considerados como síntese para planejamen-

to das ações preventivas: a probabilidade do evento gerador de risco (no caso as cheias) e a severida-

de das conseqüências. Não obstante, para exercer o controle de cheias em usinas com reservatórios,

os volumes de espera constituem componentes de controlabilidade (parcial) dos eventos que podem

superar as descargas de restrição. Outros recursos disponibilizados pelos agentes, como sejam: fis-

calização e controle do uso e ocupação do solo na área influenciada, sistemas de operação em emer-

gência e monitoramento hidrológico, constituem aspectos a serem considerados. Assim, além da

probabilidade do evento natural gerador de riscos (afluências), as condições para promover o contro-

le devem ser também consideradas, e obviamente, a severidade das conseqüências. As condições

para promover o controle das restrições podem ser mensuradas em termos do grau de complexidade

para gestão das restrições, expresso pelos descritores apresentados na Planilha Excel.

A metodologia PATRICh propõe a análise do problema em três dimensões, que constituem a base

para fixação do critério de risco aceitável para proteção contra enchentes à jusante de reservatórios

de usinas hidroelétricas: DIMENSÃO I - Grau de complexidade para gestão; DIMENSÃO II - Severida-

de das conseqüências caso a descarga restrição seja superada e DIMENSÃO III - Probabilidade de que

a descarga de restrição seja superada com as vazões naturais no local de restrição (pontos de contro-

le). A Tabela 1 a seguir, ilustra uma aplicação hipotética da associação dessas dimensões. A indicação

dos tempos de retorno (TR) na última coluna é meramente ilustrativa.

Tabela 1. Exemplos Hipotéticos da Combinação dos Elementos Básicos que Definem a Fixação do

Risco Aceitável para Proteção Contra Cheias a Jusante de Reservatórios

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Para cada um dos elementos básicos, cabe a quantificação sobre a magnitude dos efeitos, que é

feita por meio de descritores, elencados ao final, nos Quadros 1, 2 e 3. Tipificadas as restrições e

quantificadas em cada dimensão, sintetizam-se os dados aplicando-se uma metodologia de decisão

multi-critério e o conceito de dominância. O agente proprietário, conhecedor do problema e do local,

determina, segundo sua percepção e políticas empresariais, quais são os descritores dominantes

para cada situação. Os demais descritores terão influência secundária na solução. Determinada a

solução nas dimensões sociais e ambientais, aplica-se a dimensão clássica, hidrológica-estatística,

obtendo-se o TRi. O fluxograma da Figura 1 a seguir, ilustra a metodologia PATRICh:

Figura 1 – Fluxograma-resumo da Metodologia PATRICh

3. Aplicação prática da metodologia – Planilha Excel e Quadros de Descritores

Os questionários na forma de Planilha Excel (Figura 2) são apresentados em dois quadros

classificatórios (Questionários I e II) e um quadro de definição de hierarquia ou dominância (Questio-

nário III). Com essas respostas, pretende-se caracterizar as dimensões de severidade das conseqüên-

cias caso o limite fixado como vazão de restrição não possa ser atendido, e de complexidade para

gestão de cada restrição, visando garantir a não superação da descarga de restrição. Os fatores que

caracterizam a severidade das conseqüências da superação da descarga de restrição dependem fun-

damentalmente do objeto que está sendo protegido. Por exemplo, é considerada catastrófica a supe-

ração de uma descarga de restrição em que há potencial de fatalidades (vidas humanas em risco). Os

fatores que podem intervir na caracterização da magnitude das conseqüências são chamados

Descritores de Severidade e estão explicitados no Quadro 1 a seguir e apresentados na Planilha Excel

- Questionário I. Os fatores que podem intervir na caracterização da complexidade para gestão das3

restrições são chamados Descritores de Complexidade, explicitados no Quadro 2, que pode ser utili-

zado para preenchimento da Planilha Excel - Questionário II. A complexidade para gestão da restrição

é dependente de uma série de fatores de conhecimento dos agentes para cada usina. São as medidas

preventivas e de controle operacional das usinas que vão tornar uma operação de controle mais ou

menos complexa, visando o atendimento da vazão de restrição. São exemplos: 1) a previsibilidade

das vazões afluentes à usina, sendo menos complexa a operação da usina que tiver boa previsibilidade

das vazões; 2) a abrangência espacial do controle, distinguindo usinas com reservatórios que têm

apenas um ponto de controle (restrição) imediatamente a jusante, o que torna a operação menos

complexa, daqueles que têm múltiplos pontos de controle a jusante, tornando a operação mais com-

plexa até porque exige articulação institucional com demais agentes ao longo da cascata.

Cada restrição operativa hidráulica de vazão máxima defluente, requer o preenchimento dos ques-

tionários, apresentados na Planilha Excel (Figura 1) e definição dos descritores dominantes de 1ª e de

2ª ordem, conforme instruções específicas no interior da própria planilha e enquadramento da vazão

de restrição nos Descritores de Probabilidade.

A planilha Excel e a versão digital do presente manual podem ser obtidas acessando o sítio da

empresa patrocinadora do projeto na internet, www.cesp.com.br, sob o link “Pesquisa & Desenvolvi-

mento”. A equipe de desenvolvimento agradece suas contribuições e críticas à melhoria dessa

metodologia

Figura 2 – Planilha Excel – Metodologia PATRICh

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Quadro 1 – Descritores e Escala para Definição do Grau de Severidade das Conseqüências da Supera-

ção das Vazões de Restrição

Quadro 2 – Descritores e Escala para Definição do Grau de Complexidade para Gestão das Restrições

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As fundamentações dessa metodologia encontram-se nos relatórios do projeto de pesquisa e

desenvolvimento (P&D) que a originou. O projeto de P&D está cadastrado na CESP sob o código

Código ANEEL 0061-001/2007 e denominação original de “Associação de graus de proteção às restri-

ções operativas hidráulicas por meio de tempos de recorrência de cheias”. Os direitos de propriedade

intelectual pertencem à Cia Energética de São Paulo - CESP e a HIDRASOFT - Engenharia e Informática

S/C Ltda. São Paulo, SP, BRA, Mar/2010.

Quadro 3 – Descritores e Escala para Definição da Probabilidade

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