Dados dos trechos e dos Auentes

Seguindo esta linha, a área estudada foi dividida em 18 trechos TM0 a TM17, o maior deles com uma extensão de 4,5Km, e oito(8) auentes, a saber: Arandú, Sibéria, Camaçari, Coruja, Macacos, Cajabuçu e Manoel Gonçalves. A distribuição espacial dos mesmos juntamente com os lançamentos devidamente posicionados podem ser vistos no diagrama unilar que aparece na gura 3.1. A partir da denição dos pontos limite de cada trecho, a área dos mesmos foi delimitada respeitando as linhas de contribuição hidrográcas  Ver gura 3.9. No caso de trechos do rio principal o ponto limite é o ponto nal do mesmo e no caso de auentes o limite é o ponto em que o auente desemboca no rio principal.

Relativos a áreas

Foram contabilizados através do software AUTOCAD as áreas de matas e orestas e as áreas plantadas de cana existentes em cada um dos trechos e nas bacias dos auentes modelados, disponíveis gracamente no mapa de ocupação dos solos que consta no Diagnóstico Integrado [14] e que foi cedido digitalizado para este projeto.

Além disso, a partir de entrevistas com os responsáveis pelas agroindústrias durante um encontro dos mesmos na Universidade Federal Rural de Pernam- buco(UFRPE), a grosso modo foram delimitadas as áreas onde atualmente cada uma das destilarias fertirriga. A gura 3.10 mostra a área atualmente fertirrigada por cada uma das agroindústrias. A partir desta informação foi contabilizada também essa estimativa dentro de cada trecho e de cada auente.

PIRAPAMA CONT LAT7

PIRAPAMA CONT LAT7 ferti

Relativos ao cálculo de vazões associadas aos trechos e auentes

Como já foi dito, a drenagem pluvial natural será simulada de uma forma pontual no início do trecho em que há o aporte, o chamado Aporte Principal. No caso dos auentes, o aporte natural referente a sub-bacia do tributário, será um AA (Aporte de Auente), e entrará na composição do lançamento que modela a contribuição do respectivo auente, como será visto em seção especíca. Para fazer o cálculo do aporte de cada trecho e de cada auente, utilizou-se o conceito de descarga especíca (l/s.ha). Através do mesmo, conhecendo-se a área de drenagem, pode-se determinar a vazão associada ao trecho/auente com o produto de ambos. Da seção anterior sabemos que para cada trecho/auente temos os valores de área total, bem como o de áreas de matas e os relativos a cana, com e sem vinhoto. Assim, com a vazão especíca do trecho/auente simulamos os lançamentos associados a cada uma dessas áreas, que têm concentrações diferentes, conforme será explicado detalhadamente na seção referente a lançamentos.

Nesta seção iremos detalhar a maneira como foram determinados os valores de descarga especíca. Na realidade, determinaram-se estes valores para cada tre- cho/auente e para cada mês em três situações diferentes.

A primeira situação é aquela em que utiliza-se o modelo de simulação para cali- brar parâmetros das equações representativas,bem como para estimar valores de coe- cientes de retorno de euentes. Para isso, conforme será visto detalhadamente mais adiante, foram utilizados os valores quantitativos observados no ano de 2000.

Na segunda situação, procura-se validar os valores obtidos no procedimento de cali- bração fazendo uma validação dos mesmos ao utilizá-los para simular valores ocorridos em 2001. Assim, necessita-se das descargas para 2001.

Finalmente a terceira situação se constitui no modelo de otimização, que não vai utilizar valores quantitativos referentes a um ano em particular. Como o resultado do modelo de otimização deve ser válido para um ano representativo, temos que obter valores médios.

Assim, iremos descrever os procedimentos para obtenção das descargas especí- cas referentes a primeira e a segunda situação como sendo Estimativa de Vazões Especícas para Calibração e Validação e no terceiro caso como Estimativa de Vazões

Figura 3.11: Vista de uma estação uviométrica no Pirapama Especícas Médias para Otimização

• Estimativa de Vazões Especícas para Calibração e Validação: Atualmente no rio Pirapama existem nove estações uviométricas, três localizadas a montante da Barragem Pirapama. Existem disponibilizados na HIDROWEB6 _{dados de}

vazões diárias observadas dos anos de 2000 e 2001 nas três seções de medição em m3_{/s. Este é o motivo pelo qual escolheram-se estes anos para os procedimentos}

de calibração e validação.

A foto 3.11 mostra uma das estações uviométricas atualmente existentes no Pirapama, que não foi usada por ter sido instalada recentemente.

Tabela 3.1: Estações Fluviométricas Consideradas

Código Nome ÁreaDrenagemde

(ha)a Área de Drenagem Líquida(ha)b Distância Linear(Km)c Período de Observação dos dados 39191000 Ponte PE  35 8780 8780 19.68 12/07/00 a 31/12/01 39195000 Destilaria Inexport 22300 13520 40.44 01/04/00 a 31/12/01 39200000 Vila Pirapama 40500 18200 53.5 05/03/86 a 31/12/01

a_{Esta área é a área total de contribuição desde a nascente até o posto encontrada na HIDROWEB} b_{Estas áreas são as áreas de drenagem que vão do posto anterior até o corrente. No caso do}

primeiro posto da nascente até ele.

c_{Distância da nascente até o posto}

6_{Site da Agência Nacional de Águas(ANA) que disponibiliza séries históricas dos postos moni-}

A partir das vazões diárias pôde-se obter as vazões médias mensais em cada estação uviométrica. No entanto, a série de dados não era completa como se observa na tabela 3.1. Para o posto Ponte PE-35 existem vazões diárias disponíveis apenas a partir de 07/2000. Já no posto INEXPORT, os dados diários de vazões para os três primeiros meses de 2000 não constavam.

Neste último caso, os valores de vazões diárias dos três primeiros meses que não constavam na HIDROWEB por não haver medições de cotas diárias nestes meses, foram conseguidos utilizando-se um banco de cotas(dados brutos) levan- tado pela Gerência de Qualidade de Água da COMPESA no período de 2000 e 2001 e gentilmente disponibilizados para esta pesquisa. No referido trabalho foram realizadas medições de cotas diárias para estes três meses. Com este banco, utilizou-se a curva chave7 _{ocial disponibilizada pela HIDROWEB para}

o ano de 2000 e pôde-se obter as referidas vazões. A partir das vazões diárias então pôde-se calcular os valores médios para cada um desses meses. Isto foi importante, pois sem esses valores para janeiro, fevereiro e março de 2000 só existiriam dados referentes a um posto, que seria o posto Vila Pirapama. No caso do posto PE-35 não houve como substituir os dados ausentes pois não haviam medições de cotas diárias disponíveis e assim, para o ano de 2000 nos seis primeiros meses do ano trabalhou-se apenas com valores de dois postos: Inexport e Vila Pirapama.

Após o cálculo das vazões médias mensais foram obtidas vazões especícas men- sais relativas a cada um dos postos  Qesp em l/s.ha  dividindo-se os valores

de vazão por áreas de drenagem. Na realidade, calculou-se para cada posto uma vazão especíca representativa da área de contribuição que vai do posto ante- rior até o posto em que se está calculando a descarga. Por isso, a vazão média utilizada para o cálculo é a diferença entre a vazão média mensal observada no posto  chamaremos Qmedposto e a vazão média mensal observada no posto a

montante8 _{ Q}

medposto−a−montante. As áreas de drenagem são a diferença entre

toda a área de contribuição da nascente até o posto e a área de contribuição da nascente até o posto anterior, da forma dada na tabela 3.1 para Área de

7_{Relação linear estabelecida através de regressão, entre valores de cota e valores de vazão} 8_{Nos casos em que a diferença é negativa, adota-se um valor de vazão de contribuição nulo}

Drenagem Líquida.

Os valores de descarga especíca mensais obtidos dessa forma para cada um dos postos em 2000 e 2001 são mostrados nas tabelas 3.2 e 3.3.

Tabela 3.2: Vazões especícas mensais para os postos em l/s.ha para o ano de 2000. Mês/Estação Pirapama Inexport Ponte PE  35

JAN 0,4 0,36  FEV 0,04 0,1  MAR 0,06 0,09  ABR 0,59 0,52  MAI 0,46 0,51  JUN 1,45 2,36 - JUL 1,89 1,77 0,74 AGO 2,08 1,36 0,47 SET 1,52 1,06 0,48 OUT 0,37 0,41 0,23 NOV 0,09 0,29 0,19 DEZ 0,14 0,26 0,18

Tabela 3.3: Vazões especícas mensais para os postos em l/s.ha para o ano de 2001. Mês/Estação Pirapama Inexport Ponte PE  35

JAN 0,04 0,22 0,15 FEV 0,02 0,17 0,12 MAR 0,06 0,22 0,12 ABR 0,16 0,28 0,15 MAI 0,02 0,18 0,12 JUN 0,59 0,65 0,32 JUL 0,34 0,37 0,23 AGO 0,04 0,35 0,25 SET 0,06 0,24 0,14 OUT 0,02 0,20 0,13 NOV 0,00 0,21 0,10 DEZ 0,00 0,20 0,10

Para determinar as vazões especícas de cada trecho/auente modelado, pensou-se inicialmente em estabelecer uma correlação entre as vazões especícas obtidas nos postos e as distâncias em quilômetros da nascente até o posto. As- sim, poderia-se determinar as vazões especícas de cada trecho/auente usando a distância da nascente ao mesmo9 _{aplicada na função obtida. O problema é que} 9_{distância da nascente ao ponto nal do trecho ou da nascente ao ponto em que o auente}

encontramos no ano de 2000 dois meses em que as funções normalmente espe- radas nestes casos  linear e exponencial  não apresentavam um bom ajuste (valores de R2 _{abaixo de 0,5) e no caso de 2001 apenas três meses mostraram}

valores de R2 _{maiores que 0,5.}

Sendo assim, optou-se por adotar valores constantes e iguais aos valores do posto imediatamente posterior ao trecho. Assim, para todos os trechos/auentes do modelo até o posto PE-35, serão usadas as vazões especícas do referido posto. Para os trechos/auentes localizados após o primeiro posto passam a ser usadas as vazões especícas do posto seguinte e assim sucessivamente. Deve-se observar que nos seis primeiros meses do ano de 2000 como não se determinou valores de descarga especíca para os primeiros trechos adota-se para os mesmos o valor do posto Inexport. Resumindo as tabelas 3.4 e 3.5 mostram em 2000 e 2001 para cada mês o posto cujo valor de descarga especíca é usado para cada trecho/auente.

Tabela 3.4: Associação entre os Postos Fluviométricos e os trechos/ auente do Mo- delo em 2000.

Meses Trechos e Auentes Posto cujo valor dedescarga especíca utiliza-se JAN a JUN TM0-TM12 e Arandú, Sibéria,Camaçari, Coruja, Macacos e

Cajabuçu Inexport

JAN a JUN TM13-TM17 e Manoel_Gonçalves Pirapama

JUL a DEZ TM0-TM4 e Arandú PE-35

JUL a DEZ TM5-TM12 e Sibéria, Camaçari,_{Coruja e Macacos} Inexport JUL a DEZ TM13-TM17 e Cajabuçu e_{Manoel Gonçalves} Pirapama

Tabela 3.5: Associação entre os Postos Fluviométricos e os trechos/auentes do Mo- delo em 2001.

Meses Trechos e Auentes Posto cujo valor dedescarga especíca utiliza-se

JAN a DEZ TM0-TM4 e Arandú PE-35

JAN a DEZ TM5-TM12 e Sibéria, Camaçari,_{Coruja e Macacos} Inexport JAN a DEZ TM13-TM17 e Cajabuçu e_{Manoel Gonçalves} Pirapama

• Estimativa de Vazões Especícas Médias para Otimização:

A terceira situação em que era necessário determinar valores de vazões especí- cas por trecho/auente tinha por nalidade alimentar o modelo de otimização. Na realidade, como será visto no capítulo 4 valores de vazão especíca por tre- cho/auente e por mês serão parâmetros do modelo de otimização. O objetivo deste é determinar valores de alocação ótimos para água e euentes mês a mês para um ano médio a partir de uma condição inicial atual.

Sendo assim, os valores de quantidade não podiam ser valores de um ano em particular. Para determinar estes valores de descarga especíca para um ano médio foram utilizadas as séries de descargas mensais geradas pelo modelo GRH, modicação feita no SMAP(Simplied Hydrologic Model in Applied Modeling in Catchment Hydrology (ED.V.P.SINGH))[23] na UFPE, disponibilizadas no Diagnóstico Integrado [14] nos pontos relacionados na tabela 3.6.

Tabela 3.6: Características dos pontos onde foram geradas as descargas pelo GRH- UFPE.

Nome Anos da série DrenagemÁrea de (ha)a Área de Drenagem Líquida (ha)b Distância Linear(Km)c Barragem Vitória 19211997 4814,57 4814,57 13,5 Posto Matapagipe 19211997 31490,57 26676 49,5 Barragem Pirapama 19211997 34040,9 2550,33 53,5

a_{Esta área é a área total de contribuição desde a nascente até o posto}

b_{Estas áreas são as áreas de drenagem que vai do posto anterior até o corrente. No caso do}

primeiro posto da nascente até ele.

c_{Distância da nascente até o posto.}

Da mesma forma que na determinação das vazões especícas para os anos de 2000 e 2001, a partir das vazões médias de cada um desses postos, se determina uma vazão média de contribuição da área associada ao mesmo, através da dife- rença entre a vazão média do posto e a do posto a montante. Para determinar o valor especíco divide-se o valor assim obtido pela área de drenagem líquida resultando nos valores que constam na tabela 3.7.

Também aqui para determinar as vazões especícas dos trechos/auentes, procurou-se estabelecer uma correlação entre as vazões especícas obtidas nos

Tabela 3.7: Vazões especícas mensais para os postos em l/s.ha para um ano médio. Mês/Estação Pirapama Matapagipe Vitória

JAN 0,22 0,17 0,15 FEV 0,27 0,22 0,19 MAR 0,36 0,29 0,25 ABR 0,50 0,40 0,34 MAI 0,6 0,48 0,41 JUN 0,69 0,55 0,47 JUL 0,64 0,51 0,44 AGO 0,44 0,35 0,3 SET 0,29 0,23 0,19 OUT 0,2 0,16 0,13 NOV 0,2 0,16 0,14 DEZ 0,2 0,16 0,14

postos e as distâncias da nascente até os mesmos. Talvez por serem dados ge- rados10_{, o ajuste em todos os meses foi satisfatório para funções exponenciais }

coecientes de determinação acima de 0,68. As funções ajustadas relacionando vazão especíca (y) com distância da nascente até o posto (x) para cada mês são mostradas na tabela 3.8.

Tabela 3.8: Equações Ajustadas e Coecientes de Determinação. Meses Equação Obtida _{Determinação (R}Coeciente de 2₎

JAN y = 0,1318 exp(0,0073x) 0,7071 FEV y = 0,1724 exp(0,0069x) 0,6902 MAR y = 0,2257 exp(0,0073x) 0,7124 ABR y = 0,3079 exp(0,0065x) 0,8278 MAI y = 0,3742 exp(0,0072x) 0,7163 JUN y = 0,4166 exp(0,0078x) 0,7561 JUL y = 0,3888 exp(0,0077x) 0,7493 AGO y = 0,2757 exp(0,007x) 0,6876 SET y = 0,1724 exp(0,0078x) 0,739 OUT y = 0,1154 exp(0,0092x) 0,739 NOV y = 0,1205 exp(0,0076x) 0,7206 DEZ y = 0,1237 exp(0,0056x) 0,8988

Para obter as vazões especícas de cada trecho/auente a ser usada no modelo de otimização aplicou-se então em cada uma das equações associada ao mês, o valor da distância em quilômetros da nascente até o ponto nal do trecho(x)

ou até o ponto em que o auente se encontra com o rio. Estes valores en- tão foram utilizados no modelo de otimização como um parâmetro (chamado vazespmedias(junct, t)).

Relativos às estações de monitoramento de qualidade

Alguns indicadores medidos nas estações de monitoramento de qualidade e que não são modelados, são necessários que se tenha para cada trecho.

Por exemplo, a temperatura é um parâmetro que não foi modelado, principal- mente por não se dispor de valores de temperatura dos lançamentos, e necessário para se determinar não só a concentração de saturação do oxigênio (ODsat), como

também outros parâmetros utilizados nas equações representativas sofrem ajustes com a mesma.

Assim, era necessário ter a temperatura em cada trecho e em cada mês. Para isso, cada trecho foi associado com uma estação de monitoramento de qualidade. A temperatura considerada para um determinado trecho em um mês especíco é dada pelo valor obtido na estação associada ao referido segmento.

No caso dos auentes, como sabemos que valores medidos em estações de qualidade no rio principal não são representativos para os mesmos, não foi feita associação com estações de monitoramento.

As estações de monitoramento a serem utilizadas em cada trecho foram escolhi- das da seguinte forma: Na área estudada a maioria dos lançamentos modelados são da drenagem pluvial natural e dos auentes, o que signica que estariam na tem- peratura ambiente e não alterariam de maneira signicativa a temperatura da água que os recebe. O que altera a temperatura são os retornos das destilarias que vem com temperaturas mais elevadas. Como existem postos de monitoramento após as destilarias, a temperatura dos postos deverá reetir esta temperatura aumentada.

Por isso, o critério usado para a escolha da estação de monitoramento foi o seguinte: para os trechos após lançamentos de retornos de destilarias usamos sempre os postos de monitoramento localizados depois das mesmas. Já para os demais trechos usamos os postos localizados imediatamente antes dos mesmos.

A tabela 3.9 mostra os trechos e as estações de qualidade associadas.

Tabela 3.9: Trechos e Estações de Monitoramento de Qualidade Associados.

Trechos Postos de Qualidade

TM0  TM3 PP2-10

TM4  TM6 PP2-20

TM7  TM11 PP2-30

TM12  TM17 PP2-50

importante diz respeito aos valores iniciais das concentrações de Demanda Bioquímica de Oxigênio a 5 dias (DBO5) e Oxigênio Dissolvido (OD). A simulação qualitativa inicia-se na verdade no nó que começa o trecho TM1, sendo que assume-se que as concentrações provindas do trecho anterior são os valores medidos na primeira estação: PP2-10. Depois disso, os valores das estações servirão apenas como referência aos valores calculados nos procedimentos de calibração e validação, conforme será visto. Relativos a parâmetros necessários às equações de qualidade

• Concentração de Saturação (ODsat): A água em contato com o oxigênio do ar

apresenta um contínuo intercâmbio de moléculas da fase líquida para a gasosa e vice-versa. Tão logo a concentração de solubilidade na fase líquida seja atingida, ambos os uxos passam a ser de igual magnitude, de modo a não ocorrer uma mudança global das concentrações do gás em ambas as fases. Este equilíbrio dinâmico dene a Concentração de Saturação do gás na fase líquida.O valor desta concentração é função da temperatura da água e da altitude [43]. A solu- bilidade do oxigênio em cada trecho e em cada mês será calculada inicialmente a partir das temperaturas, através da utilização de uma fórmula empírica citada em Von Sperling (1996) [43]11 _{dada por:}

ODsat = 14,652 − 4,1022 × 10−1T + 7,9910 × 10−3T2− 7,7774 × 10−5T3 (3.1)

Onde T é a temperatura em graus Celsius do trecho e do mês referidos.

Além disso, a inuência da altitude é também considerada através do uso do seguinte fator de correção[33]:

fh =

OD_sat0 ODsat

= 1 − H

9450, (3.2)

11_{O autor relata que a maioria das fórmulas empíricas é baseada em análises de regressão, cita}

onde:

 fH = fator de correção da concentração de saturação de OD pela altitude

 OD0

sat = Concentração de saturação na altitude H

 H = Altitude em metros

Este parâmetro também será necessário para os auentes, no entanto não há medidas de temperatura nem de altitudes para os mesmos. Por isso, o que se faz é adotar valores de saturação de trechos próximos aos auentes, de acordo com a tabela 3.10.

Tabela 3.10: Auentes e Trechos dos quais se usa a Concentração de Saturação.

Auentes Trechos

Arandu TM1

Siberia TM4

Camaçari e Coruja TM7

Macacos, Cajabuçu e Manoel Gonçalves TM12

Como pode-se notar os trechos usados não são necessariamente os mais próximos do auente. O que ocorre é que os trechos mais próximos no início dos trabalhos possuíam a mesma solubilidade que os adotados. No entanto, depois da adoção de correções e novas fórmulas no decorrer dos trabalhos eles se modicaram, mas muito discretamente. Assim, resolveu-se manter os trechos usados e na continuidade desta pesquisa rever esta associação.

As alturas em cada trecho foram obtidas através de projeções feitas a partir de duas curvas de nível existentes para a região, encontradas em CD-ROM da Agência Nacional de Energia Elétrica(ANEEL), do Sistema de Informações Georeferenciados de Energia e Hidrologia  HIDROGEO (2000).

Os demais dados abaixo são estimados apenas para trechos, pois não são necessários para a modelagem dos auentes, pelo fato de não ser simulado nen- hum processo de depuração ao longo dos auentes.

• Coeciente de desoxigenação(K1): O coeciente de desoxigenação é um

parâmetro de grande importância na modelagem do oxigênio dissolvido. Ele representa a taxa com que o consumo de oxigênio progride ao longo do tempo.

O coeciente depende das características da matéria orgânica, além da tem- peratura e da presença de substâncias inibidoras. Euentes tratados, por e- xemplo, possuem taxa de degradação mais lenta, pelo fato da maior parte da matéria orgânica mais facilmente assimilável já ter sido removida, restando ape- nas a parcela de estabilização mais vagarosa [43]. No caso do nosso estudo os euentes considerados são o vinhoto da fertirrigação e os fertilizantes. Não se encontrou valores de referência para o coeciente de desoxigenação destes eu- entes, mas sabe-se que os mesmos não são tratados e portanto devem possuir altas taxas de degradação.

Sendo assim, foram feitas algumas simulações, usando o maior valor encontrado numa tabela de valores típicos de K1 adaptada por Von Sperling (1996) dado

como 0,45dia−1_{,e alguns submúltiplos dele, a saber: (1/3) × 0,45 = 0,15 e}

No documento Modelo econômico-hidrológico integrado para alocação ótima de água em diferentes usos e vinhoto em áreas plantadas de cana na bacia do rio Pirapama (páginas 78-98)