Potencialidades e restrições dos Fatores Técnicos

Os fatores técnicos representam os fatores da engenharia em aspectos físicos e eventos naturais que influenciam na geração de hidro energia, sob o enfoque dos estudos energéticos e da composição dos arranjos, seja para uma alternativa de divisão de quedas ou para o estudo de um potencial isolado. Esses fatores são desagregados em potencial bruto estimado, características geológicas, geotécnicas e geomorfológicas que impactam no posicionamento do eixo do barramento e no armazenamento de água do reservatório.

O potencial bruto de energia hidroelétrica é composto da estimativa da avaliação hidrológica e do estudo geomorfológico para estimativa de quedas d‘água. O mapa de favorabilidade ao potencial bruto foi proposto por meio da regionalização da vazão média de longo período e pelo mapa do Índice Topográfico em trechos de rios, obtido do MDE do SRTM para grade de altimetria de 90 x 90 metros. Esse mapa fornece a informação normalizada do produto da vazão hidrológica pela queda topográfica, na ausência de informações mais acuradas da estimativa da vazão turbinada e da queda líquida. A medida de altimetria pode ser estimada por topografia ou sensoriamento remoto em MDE/MDT de maior resolução. Para potenciais hidroelétricos com reservatórios, Larentis (2009) estimou, em primeira mão, a Vazão Máxima Regularizável (VMR), baseada em dados de literatura, como uma fração da Vazão Média de Longo Período (Qmlp), em torno de 75%. Outros parâmetros de estimativa de vazão para estudos de potência bruta, proposto por Faria (2011) são a vazão específica da média de longo período (qmlt) e a vazão específica para permanência de 50% (q50%) medidos em litro por segundo por quilômetro quadrado (l/s/km²). Faria (2011) utilizou para estudos de potência média a utilização da variável vazão média de longo período (ou vazão média de longo termo), conforme a equação:

Pmlt = 9,81 * η * (Qmlt - Qeco)* Hliq

Para estudos de potência média correspondente à energia gerada, FARIA (2011) utilizou a variável vazão correspondente a 50% da curva de permanência, conforme a equação:

P50% = 9,81 * η * (Q50% - Qeco)* Hliq, onde:

Pmlt = Potência média correspondente à energia gerada com a vazão média de longo período (MWmédios);

P50% = Potência média correspondente à energia gerada com a vazão correspondente a 50% da curva de permanência (MWmédios);

Qmlt = Vazão média de longo termo;

Q50% = Vazão correspondente a 50% da curva de permanência; Qeco = Vazão ecológica (m³/s);

Hliq = Queda Líquida (m);

η = Eficiência do conjunto turbina e gerador

A queda líquida (Hliq) será igual à queda bruta menos as perdas hidráulicas, previamente estima-se uma redução de 3% da queda bruta para casa de força ao pé da barragem e de 5% para arranjos em derivação.

Segundo Garcia e Andreazza (2004), a ―vazão ecológica é aquela que possibilite ao ambiente hídrico manter a integridade dos processos naturais que se dão entre o meio

físico e a biota, valorizando especialmente as inter-relações vinculadas às variações do regime hidrológico natural‖. A definição da vazão ecológica deve ser feita com base na legislação vigente de cada estado. Na bacia do rio Doce a vazão ecológica remanescente correspondente a 70% da vazão Q7,10 de acordo com a legislação estadual mineira vigente (IGAM,1998).

A estimativa da energia gerada no estágio de prospecção é de difícil precisão em virtude de incertezas nos aspectos do regime hidrológico, das características dos arranjos energéticos, entre eles o tipo definido da usina (características das usinas por reservatório ou a fio d‘água), o conjunto turbina-gerador, a quantidade de unidades geradoras ou as horas estimadas de geração. No entanto, pode-se estimar preliminarmente, uma relação entre Potência (KW) x Energia (KWh) por meio do Fator de Capacidade adotado para a usina estudada (ELETROBRÁS, 2000).

Os riscos hidrológicos podem representar graves problemas à geração anual de energia, indicar complexidades durante a construção da obra (ex. galgamento de ensecadeiras durante a obra de desvio do rio) ou riscos de galgamento da barragem durante a operação por causas hidrológicas. As informações de vazões extremas podem ser obtidas dos mapas das regionalizações da vazão máxima de tempo de retorno de quinhentos anos (Qmax500) e das vazões mínimas de sete dias de duração e período de retorno de 10 anos (Q7,10) e a vazão mínima associada a 95% de permanência no tempo (Q95). Métodos hidrológicos para estimativa de vazões extremas foram recomendados nas ―Diretrizes para estudo e projetos em Pequenas Centrais Hidroelétricas‖ em Eletrobrás (2000), porém, a apresentação das informações em forma de mapas possibilita extração de informações derivadas para finalidades além do campo de conhecimento da hidrologia. Essas vazões extremas podem ser apresentadas em mapas matriciais de forma a orientar o tomador de decisão sobre as quantificações de vazões em períodos de cheias intensas ou em períodos de estiagem nos sítios dos potenciais avaliados.

O mapa de sazonalidade da precipitação média anual de séries históricas superiores há 25 anos possibilita a quantificação do desvio padrão da precipitação entre os períodos chuvosos e secos. Quando a sazonalidade (desvio padrão) é estudada em conjunto com valores de precipitação médias e extremas, pode-se verificar evidências regimes hidrológicos causadores de cheias ou estiagens. Tais eventos são relevantes para estimativas preliminar de componentes de reservatórios.

As características geológico-geotécnicas complementadas pelas informações geomorfológicas aprofundam o estudo dos arranjos do aproveitamento hidroelétrico. Mapas geomorfológicos podem indicar declividades elevadas a distâncias próximas ao rio, indicando favorabilidade ao posicionamento de eixos de barramento. Além disso, informações geomorfológicas possibilitam estimar previamente um tipo de barragem, o posicionamento das ombreiras, a localização da casa de força e da tomada de água. Os estudos da hidrologia das águas subterrâneas e das águas superficiais estão diretamente relacionados, pois, geralmente formam um sistema conectado. O escoamento pode ser em qualquer direção e a taxa de escoamento varia geograficamente e sazonalmente. A troca não é relevante em alguns aquíferos. No

entanto, as águas subterrâneas fornecem um volume estimado em 30% de escoamento total nos cursos d‘água superficiais e a infiltração dos cursos d‘água é uma fonte de escoamento principal para alguns aquíferos (SOLIMAN, 2010). Os estudos hidrogeológicos são relevantes em engenharia hidrológica das regiões áridas e semiáridas no Brasil. As quantificações mais adequadas de escoamento (superficial, subsuperficial e águas subterrâneas), interceptação, transpiração e evaporação devem ser observadas no sistema hidrológico da bacia hidrográfica em estudo.

Entre os estudos geomorfológicos o mapa de HAND possibilita a observação das alturas em relação à drenagem mais próxima (RENNÓ et al., 2008). Esse mapa facilita a verificação de áreas favoráveis ao posicionamento do eixo da barragem em casos de resoluções adequadas do MDE/MDT para se identificar distâncias e elevações ao eixo de rios, capazes de estimar um eixo de barramento. Conforme a resolução do HAND é possível uma estimativa prévia da altura máxima da barragem do reservatório em relação à cota do espelho d‘água do rio.

De posse do cenário proposto para o arranjo é possível identificação ―in loco‖ de indicadores do estado de tensão dos maciços rochosos e das informações prévias para caracterização e classificação de solos e rochas. Segundo Costa (2012), na etapa de investigação geológico-geotécnica, em controle de campo devem ser verificadas estruturas geológicas, rochas mapeadas e no que se refere à pedologia, a caracterização dos solos de cobertura (alúvio, elúvio e colúvio). Um índice para designar a qualidade da rocha é denominado RQD (DEERE et al., 1967; DEERE E DEERE, 1988). Ele é um indicador importante para as zonas de rochas de baixa qualidade. Atualmente, o RQD é usado como um parâmetro padrão na exploração de núcleo de perfuração, e forma um valor de elemento básico dos principais sistemas de classificação de massas: Sistema de classificação de massa da rocha (Rock Mass Rating - RMR) e sistema Q (BARTON et al., 1974), descritos como as principais classificações geomecânicas (BIENIAWSKI, 1989).

O Índice de Sedimentação relaciona-se a um indicador do tempo de vida útil do reservatório, medindo-se pela relação entre o período de retenção e a velocidade média no reservatório (STRAND, 1974; VANONI, 1977; ELETROBRÁS, 2000; CAMPAGNOLI, 2006). Para fins de estudos preliminares esse índice pode ser extraído de mapas de produção de sedimentos em tonelada/Km²/ano (SIGEL) ou por medições de percentual de silte passando por uma seção (VANONI, 1977; ELETROBRÁS, 2000). Estudos sobre os efeitos do assoreamento em reservatórios hidroelétricos e geoindicadores foram realizados por Almeida e Carvalho (1993) e CAMPAGNOLI (2002). O mapa da Figura 3.37 (COELHO, 2007b) georreferencia a produção de sedimentos na bacia do rio Doce, calculado por meio de análises espaciais de dados de geologia/geomorfologia, solo, hipsometria, uso do solo e pluviosidade.

Os modelos de previsão da vida útil dos reservatórios, baseados em taxas de retenção ou avanços de assoreamento do rio principal em direção ao barramento, devem ser revistos para considerar as contribuições de sedimentos de rios tributários aos reservatórios, sempre desconsiderados nos projetos de usinas hidroelétricas (CAMPAGNOLI e DINIZ, 2012). Modelos computacionais de previsão de erosão e

dados sedimentométricos do sedimento transportado e dos depósitos, verificados no interior do reservatório de Três Marias no Alto Rio São Francisco (MG), indicaram o aporte de sedimentos do tributário Rio Indaiá superior ao Rio São Francisco (MACEDO, 2009). Modelos que consideram apenas o transporte de sedimentos pelo rio principal não detectariam a influência que a bacia do Indaiá tem no assoreamento do reservatório de Três Marias. Os avanços na aplicação de modelos robustos para estudos de erosão, transporte e deposição de sedimentos podem contribuir com geoindicadores nas fases preliminares e posteriormente no monitoramento de reservatórios de hidroelétricas durante o ciclo de vida.

Figura 3.37. Mapa de produção de sedimentos na bacia do rio Doce. Fonte: COELHO (2006).

Nessa etapa de prospecção podem ser verificadas por especialistas as ameaças inerentes ao cenário proposto devido o conhecimento prévio da posição e tipo da barragem e da área de abrangência do reservatório. Os riscos (probabilidade x impactos) detectados pelas investigações geológico-geotécnicas devem ser verificados quanto à presença de rochas carbonáticas, evidências de salinização, evidências de instabilidades de taludes e erosão. Caso não existam essas informações, as informações de ameaças podem ser obtidas por estudo de campo e apresentadas por meio de mapas temáticos.