Modelos hidrológicos

Um modelo hidrológico pode ser definido como uma representação matemática do fluxo de água e seus constituintes sobre alguma parte da superfície e/ou subsuperfície terrestre. Há uma estreita relação entre a modelagem hidrológica, a biológica e a ecológica, pois o transporte de materiais pela água é influenciado por atividades biológicas que podem aumentar ou diminuir a quantidade desses materiais na água, e o regime do fluxo de água pode afetar diversos

habitats. Além disso, a hidrologia está estreitamente relacionada às condições climáticas e,

portanto, modelos hidrológicos e atmosféricos devem estar acoplados, sendo que, na prática, um estreito acoplamento torna-se bastante difícil, uma vez que modelos atmosféricos trabalham com resoluções espaciais muito maiores que as utilizadas na modelagem hidrológica (MAIDMENT, 1993).

A bacia hidrográfica, objeto de análise da maioria dos modelos hidrológicos, reúne as superfícies que captam e despejam água sobre um ou mais canais de escoamento que desembocam em uma única saída. A bacia pode constituir a unidade espacial para modelos agregados que consideram as propriedades médias para toda a bacia, ou então, pode ser subdividida segundo diversas abordagens, a fim de considerar suas características espacialmente distribuídas.

Também do ponto de vista hidrológico, o solo pode ser entendido como um reservatório, cujo volume de água armazenado pode ser bastante variável no tempo, dependendo de muitos fatores. O balanço de água no solo pode, então, ser resolvido, computando-se todas as entradas e as saídas do sistema.

A principal entrada de água no sistema é a precipitação. Considerando a existência de uma cobertura vegetal sobre o solo, a água da chuva é primeiramente interceptada pelo dossel (a água poderá também atingir diretamente o solo ou corpos d’água). Esta água interceptada pode então ser evaporada. Da água que chega até a superfície do solo, parte é infiltrada e parte pode escoar superficialmente. A água infiltrada irá se redistribuir ao longo do perfil de solo. Simultaneamente à sua entrada no solo, a água pode ser evaporada pela superfície ou retirada do solo pelas raízes e transpirada pelas folhas do dossel. A água pode ainda descer o perfil de solo e chegar ao lençol freático, ou, em algumas situações, pode haver um fluxo ascendente de água no solo.

terreno, formação de canais por onde a água escoa, preferencialmente. Estes canais podem escoar água somente durante um evento de chuva, ou durante algum tempo depois, cessando o escoamento tão logo a água infiltre no solo (curso influente). Outros canais, por sua vez, permanecem constantemente escoando água (curso efluente), a menos que, por algum motivo, o nível do lençol freático venha a baixar, fazendo com que o canal fique acima da zona de saturação.

Muitos modelos hidrológicos são encontrados na literatura, os quais, via de regra, descrevem a distribuição espacial da precipitação, as perdas por interceptação, evaporação, o movimento da água no solo causado pela infiltração, percolação, entrada e saída de água subterrânea, e o escoamento superficial, subsuperficial e nos canais de escoamento. Tais modelos procuram simular o percurso da água, desde a precipitação até a saída do sistema, seja por escoamento para fora da bacia hidrográfica, seja por evapotranspiração. Os processos hidrológicos são contínuos no tempo e no espaço, muito embora, algum grau de discretização seja necessário.

A forma mais comum de tratar uma bacia hidrográfica é considerá-la um sistema agregado com propriedades espacialmente homogêneas, desprezando-se a variabilidade espacial natural da bacia e as relações existentes entre seus componentes. Modelos deste tipo são denominados pontuais, pelo fato de suas feições espaciais serem representadas com dimensão zero. Na hipótese de se desejar um maior detalhamento dos processos, dentro da bacia hidrográfica, torna-se necessário proceder a uma subdivisão da mesma. Conceitualmente, o espaço pode ser discretizado segundo duas abordagens distintas: na primeira, a divisão é feita em partes reconhecíveis, as quais são denominadas objetos e podem ser representadas através de pontos, linhas ou polígonos; na segunda, o espaço pode também ser simplesmente fatiado, formando o que se denomina campos contínuos (BURROUGH, 1998). O caso mais simples de discretização espacial de uma bacia hidrográfica é dividi-la em sub-bacias, cada uma constituindo um sistema agregado (ponto), conectadas as mesmas por ligações que representam os cursos d'água (MAIDMENT, 1993).

Considerando o cenário em estudo, há que se avaliar, dentre outros componentes de uma região de análise, o regime fluvial dos principais rios, neste caso específico os rios da bacia do Jaguaribe que, de acordo com estudos descritos em DNOS & HIDROSERVICE-NORONHA (1988), foram contabilizados primariamente com a consideração de seis postos fluviométricos:

• o rio Jaguaribe, em Iguatu;

• o rio Jaguaribe, em Jaguaribe;

• o rio Jaguaribe, em Castanhão;

• o rio Jaguaribe, em Peixe Gordo; e,

• o rio Banabuiú, em Morada Nova.

Os postos de Peixe Gordo e Castanhão, à época do estudo, não detinham informações de qualidade, razão pela qual foram desconsiderados. Os demais dados serviram para calibração e confirmação do modelo chuva-deflúvio SSARR (Streamflow Synthesis and

Reservoir Regulation), desenvolvido pelo U.S. Army Corps of Engineers em 1972. Foi

considerada a estação linimétrica de Iguatu, no período de 1931 a 1980, momento em que foi formada uma série contínua de 50 anos, por modelagem matemática, com o objetivo de representar as condições naturais da bacia hidrográfica. Dessa forma, por modelagem matemática, conseguiu-se formar a série de vazões fluviais diárias em vários pontos da região em apreço (Tabela 3).

Ponto Chuva média (mm) Lâmina média escoada

observada (mm)

Lâmina média escoada do modelo (mm)

Rio Salgado em Icó 855 73,6 104,4

Rio Jaguaribe em Iguatu 702 44,1 52,2

Área Intermediária 704 146,6 62,5

Rio Jaguaribe em Peixe Gordo 745 83,4 69,0

Fonte: Projeto executivo da barragem do Castanhão no Município de Alto Santo - Relatório BAC-RLDH-001-R2, consórcio HIDROSERVICE-NORONHA (DNOS & HIDROSERVICE-NORONHA, 1988). O Consórcio define como área intermediária a bacia de drenagem do rio Jaguaribe, em Peixe Gordo, excluídas as áreas do Jaguaribe, em Iguatu, e do Salgado, em Icó.

Ainda segundo DNOS & HIDROSERVICE-NORONHA (1988), na determinação da vazão regularizada pelo Castanhão foi utilizado um modelo computacional denominado DISPOR, derivado do modelo TRANSPOR, aplicado no estudo de transposição das águas do rio São Francisco. Para a operação simulada do sistema de reservatórios, os dados de vazões mensais foram aplicados com os critérios de garantia no fornecimento de água para irrigação, não determinando uma vazão regularizada.

Um outro estudo foi realizado por DNOCS & SIRAC (1990), quando da elaboração de relatórios de planejamento do Plano Estadual de Recursos Hídricos (PERH), onde, com os Tabela 3: Valores característicos do regime de escoamento da bacia do Jaguaribe

dados e metodologias em seu conteúdo, foram destacados quatro principais temas:

– caracterização da área;

– estudo de avaliação dos recursos hídricos de superfície do Vale;

– a operação simulada do conjunto de reservatórios do Vale, utilizando séries geradas por um

modelo chuva deflúvio;

– uma análise social e econômica de capacidades alternativas para o Açude.

Este estudo gerou a caracterização do regime de escoamento nos principais reservatórios da bacia, a partir da aplicação do modelo MODHAC (LANNA, 1997), obtendo, por sua vez, as séries de vazões afluentes para 10 reservatórios situados à montante do Castanhão (Tabela 4).

Açude Precipitação média na B.H (mm)

Lâmina média escoada (mm)

Rendimento da bacia (%)

Coeficiente de variação dos deflúvios anuais Castanhão 868,5 72,3 8,6 1,37 Orós 688,9 59,6 8,6 1,24 Trussu 792,8 52,1 - 1,56 Aurora 924,4 82,5 - 1,13 Atalho II 852,9 48,7 - 2,09 Arneirós II 557,5 36,3 - 1,72

Poço dos Paus 1.036,3 44,6 4,3 1,81

Farias Brito 945,4 140,6 - 1,23

Bastiões 690,3 46,9 - 1,83

Figueiredo 872,9 119,9 - 1,02

Fonte: DNOCS & SIRAC (1990).

O sistema de reservatórios do vale do Jaguaribe foi objeto de simulação, com os dados obtidos do modelo chuva deflúvio. Foi então aplicada a metodologia do balanço hídrico para as séries de deflúvios geradas através do modelo MODHAC, sendo determinado para o Castanhão uma vazão regularizada de 36,0 m3_{/s, equivalendo a um rendimento de 58,4% (deflúvio} médio afluente de 61,6 m3_/s).

Segundo Campos (1998), “as metodologias empregadas em ambos os estudos são apropriadas para os objetivos específicos dos estudos desenvolvidos, porém insuficientes e não apropriadas para os objetivos do presente estudo - permanência dos níveis de água. Dessa forma, os resultados obtidos nos estudos anteriores são utilizados apenas como referência nos aspectos relativos ao regime de escoamento e vazão regularizada”.