EVALuATION OF DIGITAL ELEVATION MODELS IN POTENTIAL PROSPECTFOR SHP HYDROELECTRIC
DETERMINAÇÃO DO SHAPE DE PONTOS SOBRE AS DRENAGENS
Considera-se que os segmentos de drenagem são represen- tados por trechos obtidos entre confluências, ou seja, cada vez que o curso de um rio qualquer intercepta um afluente gera-se um novo trecho ou segmento. A metodologia utiliza-se da in- terseção geométrica entre pontos e linhas para possibilitar a pas- sagem das informações presentes na tabela de atributos desses elementos. Tais considerações serão utilizadas para prestar al- guns esclarecimentos a respeito de como a sistemática de cálculo do potencial gera os resultados no ArcGIS.
Para o cálculo do potencial ao longo das drenagens é preciso determinar o valor de Q95 em cada trecho. A solução encontrada
foi a criação de pontos nas proximidades do final de cada trecho. As figuras 6 e 7 apresentam os conceitos de criação dos pontos em cada trecho de drenagem.
FIG. 6: Criação do shape de pontos no final dos trechos de drenagem.
A distância “L” que consta na figura 6 foi adotada com base nas dimensões do pixel da imagem ASTER. Esta pequena distância, além não prejudicar o cálculo da área de contribuição, impede que os pontos apresentem contato (intersecção geométrica) com mais de um segmento, descartando asssim inconsistências no cálculo dos valores de Q95, bem como o aparecimento de trechos repetidos.
FIG. 7: Número de trechos criados pela interseção entre pontos e linhas.
DETERMINAÇÃO DA ÁREA DE CONTRIBuIÇÃO E DA VAZÃO FIRME (Q95)
A figura 8 representa em tonalidade de cores o shape con- tendo a divisão hidrográfica nacional. A bacia 3 apresenta in- tersecção com as seguintes regiões hidrográficas: Região Hi- drográfica Amazônica, Região Hidrográfica do Tocantins, Região Hidrográfica Atlântico Nordeste Ocidental, Região Hidrográfica do Parnaíba, Região Hidrográfica Hidrográfica Atlântico Nor- deste Oriental.
FIG. 8: Divisão hidrográfica nacional (Elaboração CTGAS-ER).
A Agência Nacional de Águas apresenta um diagnóstico da disponibilidade dos recursos hídricos através do Relatório de Con- juntura (http://conjuntura.ana.gov.br/conjuntura/default.aspx.) Nesse relatório consta o que está mostrado na figura a seguir, onde valores da vazão de estiagem, ou Q95, são apresentados para cada uma das bacias hidrográficas.
Utilizando o shape apresentado na figura 8, foi montado um cadastro com as informações diretamente na tabela de atributos desse shape. Assim, assume-se que cada uma das cinco regiões
hidrográficas presentes dentro dos limites da bacia 3 terá um valor particular de vazão específica (Q95/km²) válido para toda a sua ex- tensão territorial.
Tabela 1: Disponibilidade hídrica e vazões média e de estiagem
Região hidrográfica Vazão média (m3/s) Disponibilidade hídrica (m3/s) Estiagem – Q95 (m3/s) Amazônica 132.145 73.748 73.748 Tocantins- Araguaia 13.799 5.447 2.696 Atlântico Nordeste Ocidental 2.608 320 320 Parnaíba 767 379 294 Atlântico Nordeste Oriental 774 91 32 Fonte: http://conjuntura.ana.gov.br/conjuntura/default.aspx
Com a compreensão da fonte de informação das vazões específicas por região hidrográfica é preciso relatar a maneira pela qual o valor de Q95 (m³/s) será calculado em cada trecho de
drenagem.
O cálculo do potencial é efetuado considerando-se os trechos de drenagens obtidos entre confluências. Duas informações básicas são necessárias à determinação do potencial: a queda bruta e a vazão Q95.
As figuras de 9 apresenta alguns dos passos e produtos envolvidos na determinação da área de drenagem.
A
C
B
D
FONTE: Adaptado de MEDEIROS et al, 2009
FIG. 9: A Geração do mapa de direção de fluxo B Representação física do mapa de direção de fluxo C Mapa de acumulação de fluxo D Definição da rede de drenagem utilizando o mapa de acumulação de fluxo.
Na figura 9, a imagem “A” do lado esquerdo, denominada “elevação”, representa o MDE contendo para cada pixel o valor da altimetria. Já a imagem da direita mostra a interpretação da direção de fluxo entre as células segundo a “Codificação da Direção” (imagem inferior). A imagem “B” esclarece, por demonstração de setas indicativas, o resultado do direcionamento de fluxo entre células, mostrado em “A”. Fica claro também a formação de uma rede de fluxo.
A figura 9 “C” ilustra a contabilização do fluxo acumulado, em que se observa quantitativamente o número de células que drenam/contribuem para cada célula subsequente do mapa. Já em “D” observa-se formação da rede de drenagem, utilizando as
informações da imagem “C”. Nessa fase, o usuário pode definir a partir de que número de células ocorre a origem de um trecho da drenagem. No caso em particular, percebe-se que foi definida a formação de drenagem para valores de fluxo acumulado maiores ou iguais a 3. Fica evidente, portanto, que o mapa de fluxo acumulado gerado durante o processo de determinação das drenagens armazena indiretamente o valor da área de contribuição (bacia de drenagem) de cada célula, tendo-se em vista que, multiplicando esses valores particulares pela área de um pixel do ASTER GDEM (0,0009 km²), chega-se à área total de contribuição.
CÁLCuLO DO POTENCIAL
Com o fim da fase de contabilização das vazões parte-se para a transferência dos dados presentes na tabela de atributos do
shape de pontos para o shape das drenagens. Novamente com
o auxílio do ArcGIS, ferramentas do “Field Calculator” são em- pregadas para o cálculo da energia firme (EFe) e da Potência Instalada (Pot), conforme as formulações apresentadas incial- mente. Evidentemente, esse cálculo utiliza os dados presentes na tabela de atributos do shape das drenagens.
3. RESuLTADOS
A metodologia utilizada pelo presente trabalho para baseia- se na aquisição de dados para configuração de bases de infor- mações e no emprego dessas para a prospecção de aproveita- mentos hidroenergéticos. Tais aproveitamentos são identificados, levando-se em conta também os aspectos ambientais, através do cálculo da potência instalada nos trechos de drenagem. Con- forme pode ser percebido, as operações envolvidas na atividade de prospecção em ambiente de escritório acabam por gerar uma série de subprodutos. A figura 10 mostra alguns dos mapas que foram gerados durante a aplicação dos procedimentos que ante- cedem cálculo do potencial instalado.
Com os valores de potencial instalado devidamente calculados, foi possível realizar uma série de buscas ou isolar os trechos que apresentam potenciais de interesse.
A metodologia desenvolvida se mostrou capaz de identificar os potenciais por trechos de drenagem, sendo a escolha das potências de interesse determinadas em função da necessidade específica.
Na bacia 3 foram encontradas potências variando de 0 MW a valores acima de 50 MW. Como o objetivo do projeto se limita às PCHs, foram selecionadas regiões que apresentam potências até 30 MW. Essa condição é atribuída para que seja possível cumprir a última fase da pesquisa, onde a execução do de levantamento topográfico deverá extrair dados para a avaliação e validação das Imagens ASTER GDEM em áreas identificadas pela metodologia. A figura 11 ilustra a distribuição da existência de potenciais na bacia do Rio Mearim. Podem ser observadas as regiões onde se concentram os potenciais (linhas em vermelho) variando de 0 a 5MW. As linhas em azul representam as drenagens da bacia e os triângulos em verde mostram a localização da PCHs segundo o Sistema de Informações Georreferenciadas do Setor Elétrico (SIGEL).
Um aspecto importante em termos de resultados de aplicação da metodologia está inserido no fato de que a maior parte dos potenciais inventariados na bacia 3 foi identificada localmente. Tal localização é tomada com base nas fontes do Sistema de Informações Georreferenciadas do Setor Elétrico – SIGEL (http:// sigel.aneel.gov.br/). A figura 12 mostra alguns dos potenciais inventariados e os identificados pela aplicação da metodologia, onde os círculos em verde representam as PCHs (SIGEL) e as linhas coloridas, o potencial identificado.
A
C B
D
FIG. 10: Subprodutos obtidos pelo desenvolvimento da metodologia A Mosaico da imagens ASTER GDEM B Curvas de nível equidistantes de 100m C Hipsometria D Mapa de declividades.
FIG. 11: Mapa contendo o resultado de cálculo do potencial por trecho (Elaboração CTGAS-ER).
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Cabe ressaltar que a metodologia apresentada pode ser aplicada em distintas regiões do país. Em linhas gerais, o trabalho com geoprocessamento permite avaliar áreas cada vez maiores e com um melhor nível de precisão. Para tanto, é necessário que as informações de entrada, como a altimetria referenciada pelo MDE e os dados hidrológicos, tenham suficiente confiabilidade, ou seja, representem dados cujos erros associados em comparação aos valores reais sejam baixos.
Mesmo apresentando resultados satisfatórios, deve-se dizer que a metodologia apresenta algumas limitações, tendo em mente, por exemplo, a sistemática adotada para definição dos valores de Q95, a qual considera uma distribuição homogênea de vazões específicas em grandes bacias hidrográficas. Outro aspecto é a própria precisão do MDE empregado para extrair informações sobre a altimetria. Esse tipo de resultado será melhor avaliado após a execução da última etapa do projeto de P&D.
Trabalhos futuros em período de curto prazo já estão programados para a utilização das séries históricas da rede de postos fluviométricos da ANA, com o intuito de considerar uma melhor distribuição e variabilidade desses dados. Assim, os dados de vazão poderão ser trabalhados em um nível mais detalhado de Ottobacias, agregando ainda outras metodologias de regionalização de vazões. Como próximo passo, o CTGAS- ER desenvolverá um modelo computacional contemplando a inserção de melhorias nas metodologias atuais, objetivando disponibilizar novas ferramentas para auxiliar e aprimorar a identificação dos potenciais, considerando uma escala que se estende desde baixas quedas aos maiores aproveitamentos.
5. REFERÊNCIAS
• [1] ELETROBRAS, (2000). Diretrizes para Estudos e Projetos
de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Disponível em: <www.
eletrobras.gov.br/EM_Programas_PCH-COM/capitulos.asp.> Acesso em: jul. 2012.
• [2] MEDEIROS, L. C.; FERREIRA, N. C.; FERREIRA, L. G., (2009).
Avaliação de Modelos Digitais de Elevação para Delimitação Automática de Bacia Hidrográficas. Revista Brasileira de
Geografia, nº 61/01, (ISSN 0560-4612).
• [3] MENDES, C. A. B.; CIRILO, J. A., (2001) Geoprocessamento
em Recursos Hídricos, Integração e Aplicação. Porto Alegre:
Associação Brasileira de Recursos Hídricos.
• [4] FILHO, G.L.T; et al., (2006). Um Panorama das Pequenas
Centrais no Brasil. Simpósio de Pequenas e médias centrais hidrelétricas , Florianópolis.
• [5] RODRIGUES, T. L.; DEBIASI, P.; SOUZA, R. F. de., (2010).
Avaliação da Adequação dos Produtos ASTER GDEM no Auxílio ao Mapeamento Sistemático Brasileiro. III Simpósio Brasileiro
de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação. Recife - PE, 27-30 de Julho de 2010, p. 001 – 005.
• [6] SOUSA, C.J.S.; SILVA, M.M.; COSTA, K.S.P., (2012). Análise
do Modelo Numérico de Terreno do Radar SRTM na Área da Folha SA.23-Z-D-I, Urbano Santos – MA. On line. Disponível
em:<www.geo.ufv.br/simposio/simposio/trabalhos/trabalhos_ completos/eixo1/020.pdf>. Acesso em: abr. 2010.
• [7] RIBEIRO FILHO, J.R.; CRUZ, C.B.M.; REIS, R.B., (2007).
Aplicação do Modelo Digital De Elevação do SRTM na geração de mapas fisiográficos do relevo. In.: Anais do XIII Simpósio
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