Nos modelos de rede de fluxo, os sistemas são representados por uma malha formada de “nós”, que representam os reservatórios,demandas, retorno da água, confluências e outros pontos importantes e, por “arcos”, que são os elos de ligação entre os nós e representam trechos de rio, adutoras, canais e outras estruturas hídricas semelhantes. Apresentam como principal característica, a possibilidade de reunir a flexibilidade inerente das técnicas de simulação e a possibilidade de restrição do espaço decisório a um conjunto de soluções viáveis, que podem ser analisadas através de técnicas de otimização, sendo portanto, uma importante ferramenta que permite, na grande maioria dos casos, representar um sistema de recursos hídricos, de forma adequada e flexível.
Dentre os modelos de simulação que representam os sistemas hídricos em redes de fluxo, pode-se citar o MODSIM, como um modelo versátil, bem documentado e testado em uma ampla variedade de situações. O Modelo foi desenvolvido na “Colorado State University” por John Labadie, em 1984.
Segundo Azevedo et al. (1998), o modelo é capaz de gerar planos operacionais a fim de satisfazer metas, prioridades e limitações específicas, podendo também ser usado para avaliar compromissos “trade-offs” entre usos conflitantes da água durante períodos de críticos de escassez de água, sendo bastante utilizado como uma ferramenta de Suporte a Decisão. Diversas versões do modelo foram aplicadas em estudos de gerenciamento de sistemas em várias bacias hidrográficas, dentre eles: Grahan et al. (1986) utilizaram o modelo na bacia do rio Grande, Labadie et al. (1986) aplicaram o modelo na bacia do rio Poudre no Colorado (EUA), Law e Brown (1989) estudaram a bacia do alto rio Colorado, e Frevert et al. (1994) aplicaram o MODSIM na bacia do rio “Upper Snake”.
O modelo tem capacidade de de otimizar a operação do sistema através de um algoritmo de rede de fluxo, denominado “out-of-kilter” (OKM). Algoritmo de programação
linear primal-dual que foi desenvolvido especialmente para solução eficiente de problema de minimização de custo em redes de fluxo, realizando uma otimização em rede para atender metas operacionais de modo seqüencial em cada intervalo de tempo, em vez da forma plenamente dinâmica (AZEVEDO et al.,1998).
A versão MODSIM P32, é uma versão atualizada do modelo MODSIM, com uma interface amigável desenvolvida na Escola Politécnica da USP, seguida da versão MODSIM LS e, AQUANET, como denominação atual do modelo.
Diversos pesquisadores utilizaram o MODSIM para desenvolvimento de SSD para gerenciamento de sistemas de recursos hídricos: Azambuja (2000), na bacia do Rio Piracicaba-SP; Porto et al. (2000), no gerenciamento da operação dos grandes sistemas produtores da SABESP, Região Metropolitana de São Paulo; Azevedo e Porto (2000), na bacia dos rios Piracicaba, Capivari e Jundial , São Paulo; Lisboa et al. (2001), nas bacias dos Rios Paraguaçu e ltapicuru, na Bahia; Lima e Lanna (2003), no sistema de abastecimento de água da Região Metropolitana de Fortaleza.
Outro modelo de rede de fluxo bastante utilizado para apoiar o planejamente e gerenciamento de sistemas de recursos hídricos é o IRAS (Interactive River-Aquifer Simulation), desenvolvido peal Resources Planning Associates (INC) e pela Cornell University, Ithaca, NY. As potencialidades do modelo tornaram-no atraente para as análises hidrológicas de sistema de abastecimento de água para consumo humano, produção de energia, irrigação ou sistemas de usos múltiplos (MAUAD e ALBERTIN, 2003).
Algumas aplicações: Bennet et al (1994), aplicaram o modelo na bacia hidrográfica do rio Raritan, em New Jersey (USA), com os objetivos de: uso integrado de águas superficiais e subterrâneas, a manutenção da vazão mínima no rio Raritan e o planejamento estratégico para garantia das demandas futuras de abastecimento de água. Mauad (2000), utilizou o modelo IRAS para analisar o confronto de usos múltiplos de água no aproveitamento hidroelétrico de Alqueva, Portugal. O modelo foi também utilizado para determinar os índices: resiliência, confiabilidade e vulnerabilidades do sistema para as diversas hipóteses de uso da água.
O MIKE BASIN é outro modelo de rede de fluxo, que opera conjuntamente com um Sistema de Informações Geográficas (SIG), através do software ArcView. O modelo foi desenvolvido pelo DHI (Danish Hydraulic Institute) da Dinamarca. O modelo pode realizar, dentre outras atividades: análise de disponibilidade da água (integração águas superficiais e subterrâneas co otimização), planejamento de infra-estrutura (potencial de irrigação, capacidade de abastecimento de água, exigências para tratamento de águas residuais), análise multiobjetivas (uso doméstico, industrial, agricultura, geração de energia, etc) e estudos de
ecossistemas (qualidade da água, vazões mínimas, desenvolvimento sustentável, etc). A otimização do modelo é realizada com a integração com a função SOLVER do Excel
Algumas aplicações são encontradas na literatura, dentre elas: Lima (2002), na análise do conflito entre os usos múltiplos da água na bacia do Rio Atibaia, São Paulo. Foi analisado principalmente o impacto gerado no abastecimento da região pela reversão de enorme quantidade de água para o Sistema Cantareira. Mauad et al. (2003a), na determinação dos índices probabilísticos de atendimento as demandas na bacia do Rio Paraíba do Sul; Mauad et al. (2003b), na avaliação quantitativa e qualitativa do sistema de recursos hídricos e Mauad et al. (2003c), na análise de conflitos na bacia do rio Sapucaí-Mirim, na Grande São Paulo.
CAPÍTULO V
METODOLOGIA E ESTRUTURAÇÃO DO ESTUDO DO SISTEMA
5.1 – CONSIDERAÇÕES GERAIS
A revisão bibliográfica realizada neste trabalho mostra que várias são as metodologias que podem ser aplicadas na análise de sistemas de reservatórios. Entretanto, é consenso de que não existe uma metodologia consagrada que possa ser utilizada para todas as situações (LIMA, 2000). A aplicação de uma metodologia universal em um caso particular exigiria que fossem feitas várias hipóteses simplificadoras, que poderiam causar grande distanciamento entre o modelo e o sistema real.
A escolha da metodologia a ser adotada para o estudo do sistema dependerá, portanto, de vários fatores, dentre eles: i) da configuração do sistema a ser analisado (número de reservatórios e suas interligações), ii) os tipos de uso dos recursos hídricos do sistema; iii) do estágio de aplicação (diagnóstico e planejamento) e iv) dos cenários (padrão de afluência, operação do sistema, prioridades de atendimento das demandas, volumes meta dos reservatórios, etc). Vale ressaltar o fato de que, para o mesmo sistema, diferentes metodologias podem gerar resultados de qualidade idêntica, sendo, portanto, a escolha baseada na experiência e/ou nos objetivos do próprio autor da pesquisa.
O objetivo principal desta pesquisa é analisar o comportamento hídrico do sistema para os diversos cenários pré-estabelecidos e sugerir diretrizes para utilização das disponibilidades hídricas do sistema Coremas-Mãe D’Água de forma integrada e sustentável, seguindo as atuais tendências de pesquisas dos modelos de planejamento e operação de sistemas de reservatórios. Fazer uso dos conceitos de otimização e simulação na tentativa de fornecer aos planejadores respostas mais confiáveis, capaz de subsidiar o planejamento de ações de uma política de gestão de águas para a bacia do Rio Piancó.
Otimizar o uso da água de um reservatório significa, neste caso, encontrar um valor ótimo de alocação para diversos usos (abastecimento, irrigação, piscicultura, perenização do rio e geração de energia). A otimização do uso da água do sistema hídrico a ser estudado não representa uma tarefa fácil, pois se trata de um sistema bastante complexo, formado por vinte e quatro reservatórios superficiais e seis perímetros irrigados, que envolve um grande número de variáveis para representar o mesmo.
A metodologia a ser aplicada neste projeto será composta de duas etapas: primeira etapa, estudo do comportamento hídrico do sistema, definida como Diagnóstico e segunda
etapa, estudo de alternativas ótimas para os usos múltiplos do sistema, definida como Planejamento. A primeira trata do conhecimento do sistema, composta das seguintes fases: descrição do sistema, dados do sistema, modelagem do sistema, os modelos utilizados e definições de cenários e situações para o estudo. Na segunda etapa serão abordados cenários futuros das demandas para o horizonte de 20 anos (ano 2023), onde serão propostos operações dos reservatórios Coremas-Mãe D’Água de forma sustentável, sugerindo alternativas para os usos múltiplos do sistema, visando a compatibilização dos diversos usos da água de jusante e a montante. Na Figura 5.3 está representado o escopo geral da estrutura para o estudo do referido sistema.
Figura 5.3 – Escopo geral para o estudo do sistema Coremas-Mãe D’Água
5.2 – CARACTERIZAÇÃO HÍDRICA DO SISTEMA