XXIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HIDRÍCOS
PROPOSTA DE SOLUÇÃO INTEGRADA PARA AS INDÚSTRIAS DO BAIXO-GUANDU EM SITUAÇÕES DE ESCASSEZ HÍDRICA
Clarice B. M. Lira 1, Fernanda Rocha Thomaz 2, Marcelo Miguez ³
RESUMO – Durante os anos de 2014 e 2015, ocorreu uma das piores secas nas bacias dos rios Paraíba do Sul e Guandu dos últimos 84 anos do histórico de dados, mostrando alguns pontos de vulnerabilidade no abastecimento doméstico e industrial da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ). O primeiro ponto é a grande dependência em relação a bacia do rio Paraíba do Sul, que é a mais importante reserva hídrica da RMRJ. Um outro ponto de vulnerabilidade é a dificuldade de abastecimento das indústrias localizadas na foz do rio Guandu (Canal de São Francisco), devido à intrusão salina. Este trabalho apresenta uma proposta de utilização das águas acumuladas nas cavas de mineração de areia de Seropédica/Itaguaí, como reserva hídrica para as indústrias localizadas na foz do rio Guandu em períodos de escassez hídrica. É uma solução integrada, tanto para o incremento de segurança hídrica na foz da bacia do Guandu, quanto para a recuperação ambiental da região.
Assim, um balanço hídrico de reservatório foi realizado, utilizando diferentes volumes de cavas e de cenários de exploração de água pelas indústrias, avaliando se os volumes disponíveis atendem as demandas industriais.
ABSTRACT– During the years 2014 and 2015 the worst water crisis in the last 84 years of historical data has occurred in Paraiba do Sul and Guandu river basins, revealing some vulnerabilities in the domestic and industrial water supply in the Rio de Janeiro Metropolitan Region (RMRJ). The first point is the great dependency on the Paraiba do Sul river basin which is the most important water supply of the RMRJ. Another point is the difficulty in the water supply for the industries located in the mouth of Guandu river (“Canal de São Francisco”) due to saltwater intrusion. This article proposes the utilization of some existing mining sand lakes of Seropédia/Itaguaí as a water reservation for these industries during periods of droughts, which turns out to be an integrated solution to increase the water security in the mouth of Guandu River together with an environmental reclamation of the area. Therefore, a water balance for reservoir was performed using different scenarios of exploitation of water by the industries and lake volumes to verify the viability of its use, quantitatively.
Palavras-Chave – Crise Hídrica, Segurança Hídrica
INTRODUÇÃO
1) Programa de Engenharia Civil – COPPE/UFRJ, Av. Athos da Silveira Ramos, 149 - Centro de Tecnologia - Bloco I - Sala I106, Cid. Universitária, Rio de Janeiro,+5521,clarice@coc.ufrj.br
2) Programa de Engenharia Civil – COPPE/UFRJ, Av. Athos da Silveira Ramos, 149 - Centro de Tecnologia - Bloco I - Sala I106, Cid. Universitária, Rio de Janeiro,+5521,fer@hidro.ufrj.br
3) Programa de Engenharia Civil – COPPE/UFRJ, Av. Athos da Silveira Ramos, 149 - Centro de Tecnologia - Bloco I - Sala I106, Cid. Universitária, Rio de Janeiro,+5521,marcelomiguez@poli.ufrj.br
A bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul tem destacada importância no cenário nacional por estar localizada entre os maiores polos industriais e populacionais do país. O gerenciamento de seus recursos hídricos é caracterizado por acentuados conflitos de usos múltiplos e pelo peculiar desvio de águas para a bacia hidrográfica do rio Guandu com a finalidade de geração de energia e abastecimento de cerca de 9 milhões de pessoas na Região Metropolitana do Rio de Janeiro – RMRJ. Esse sistema de transposição compõe o Sistema Hidráulico do Rio Paraíba do Sul.
Durante os anos de 2014 e 2015 a bacia passou por uma das piores secas dos últimos 84 anos do histórico de dados, mostrando alguns pontos de vulnerabilidade no abastecimento da RMRJ. Por exemplo, a sua grande dependência em relação a bacia do rio Paraíba do Sul, que é a sua mais importante reserva hídrica, como também a intrusão salina na foz do Rio Guandu, que dificulta a captação de água pelas indústrias do Complexo Industrial de Itaguaí/Santa Cruz.
Assim, o trabalho apresenta uma proposta de solução para o abastecimento das indústrias localizadas na foz do rio Guandu, as quais utilizariam as águas acumuladas nas cavas de mineração localizadas em Seropédica/Itaguaí como uma alternativa de reserva hídrica em períodos de escassez hídrica. Essas cavas apresentam impactos ambientais para a região devido a situação de ilegalidade e abandono de algumas delas. Destaca-se que a proposta apresentada é uma solução integrada, que ao mesmo tempo aumenta a segurança hídrica na foz da bacia do Guandu e auxilia na recuperação ambiental da região.
De forma a avaliar a melhor solução para o abastecimento industrial em tempos de seca foi realizado um balanço hídrico de reservatório, utilizando diferentes cenários de exploração de água pelas indústrias e de volumes das cavas.
CRISE HÍDRICA DE 2014/2015
O Sistema Hidráulico do Rio Paraíba do Sul é composto de usinas hidrelétricas com reservatórios de acumulação, usinas a fio d’água, usinas elevatórias e de um sistema de transposição de águas da bacia do rio Paraíba do Sul para a bacia do rio Guandu. Assim, o rio Guandu, que em condições naturais teria uma vazão média de 25m³/s, após diversas intervenções ao longo dos anos, recebe uma vazão média de 146m³/s do desvio de águas dos rios Paraíba-Piraí [SONDOTÉCNICA (2007)].Com essa contribuição adicional de uma vazão alta e regularizada e sua proximidade com a RMRJ, a sua exploração aumentou, tanto para abastecimento de mais de 9 milhões de pessoas na RMRJ [ANA (2010)], quanto para abastecimento de polos industriais que surgiram ao longo de seu curso d´água.
Os reservatórios no rio Paraíba do Sul têm um importante papel na garantia das vazões captadas em Santa Cecília para a transposição. Uma forma de acompanhar os estoques de água dos reservatórios é através do percentual de seus volumes úteis. A ANA utiliza um indicador denominado
percentual de volume equivalente dos reservatórios que fornece o percentual de volume útil considerando um reservatório equivalente na bacia.
A Figura 1 a direita, mostra o gráfico de percentual de volume equivalente dos reservatórios do rio Paraíba do Sul, no período de 1994 a 2018. Observa-se que entre os meses de novembro de 2013 e abril de 2014, considerado um período chuvoso, deveria ocorrer a recuperação do volume do reservatório. No entanto, esse período revelou-se crítico, pois houve uma recuperação de somente cerca de 8% do volume útil. O cenário agravou-se quando no período posterior, de dezembro de 2014 a janeiro de 2015, o percentual de volume útil equivalente diminuiu significativamente atingindo o valor zero, período destacado no círculo vermelho.
Durante o período de escassez hídrica diversas resoluções foram estabelecidas, que levaram a redução temporária da vazão mínima afluente em Santa Cecília, como forma de preservar os estoques dos reservatórios e garantir o atendimento aos usos múltiplos na bacia, especialmente, o abastecimento humano [ANA (2015)]. Dessa forma, a vazão mínima de transposição passou de 119m³/s (antes da crise) para 75m³/s e a vazão mínima a jusante da transposição passou de 71m³/s (antes da crise) para 35m³/s, diminuindo em torno de 50%. Na Figura 1 a esquerda, também podem ser notadas a redução das vazões defluentes do reservatório de Pereira Passos (no rio Guandu), no período de 2014 e 2015.
Figura 1: Reservatório Equivalente (esquerda) e defluência Pereira Passos (direira). Fonte: ANA (2018)
O principal impacto em relação ao abastecimento público durante a crise hídrica foi a dificuldade de captação em várias cidades ao longo do rio Paraíba do Sul e na própria captação da ETA (Estação de Tratamento de Água) Guandu, tanto devido à quantidade como devido à qualidade deteriorada da água [ANA (2015)]. Já em relação ao abastecimento industrial, houve um agravamento das condições de qualidade da água que prejudicou as captações de indústrias localizadas próximo a foz do rio Guandu, chamado também de Canal de São Francisco. Nessa região se encontra o Distrito Industrial de Santa Cruz e o porto de Itaguaí, onde estão instaladas indústrias do ramo siderúrgico, químico, termoelétrico, entre outros [AGEVAP (2017)].
De acordo com a Resolução CONAMA 357 (2005), a água passa a ser considerada salobra quando a salinidade atinge níveis superiores 0,5‰, impedindo uma série de usos e gerando interrupções na captação. Um estudo de condutividade feito pela FCC (Fábrica Carioca de Catalizadores [AGEVAP (2017)], cuja captação está a cerca de 3,8 km a montante da Baía de Sepetiba, mostra que mais de 70% das ocorrências de salinidade (acima de 0,5‰) ocorreram quando a vazão defluente da UHE Pereira Passos é inferior a 100 m³/s, valor abaixo da vazão mínima defluente permitida (120 m³/s).
PROPOSTA
A Figura 2, a esquerda, mostra a localização das bacias do rio Paraíba do Sul e do rio Guandu e a direita, a localização da área de estudo (em vermelho), onde se encontram as cavas de mineração (bacia do rio da Guarda) e a localização das indústrias que utilizam o Canal de São Francisco (foz do rio Guandu) para abastecimento.
Figura 2: Localização da bacias hidrográfica do rio Paraíba do Sul e da região hidrográfica do Guandu (II) (a esquerda) e localização das cavas de mineração, área em vermelho, e indústrias, áreas cinzas (a direita). Fonte: própria.
Essas cavas de mineração de areia começaram a ser formadas a partir da década de 60, através da extração de areia em cava submersa. Ou seja, à medida que a areia vai sendo retirada, o lençol freático surge do solo e forma grandes lagoas [AGEVAP (2017)]. Desde de 1984 até 2017, de acordo com imagens do Google Earth, o número de espelhos d’água aumentou expressivamente, de 0,25km² a 7,52km², sugerindo uma expansão da atividade na região.
Atualmente, existe um alto grau de desinformação e clandestinidade nesse setor, dificultando a obtenção de informações confiáveis. De acordo com dados do DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral) de 2017, obtidos no SIGMINE (Sistema de Informações Geográficas da Mineração), existem na região de estudo em torno de 100 empresas de mineração com processos cadastrados. No entanto, somente metade está devidamente regularizada, com os registros de
Licenciamento e/ou Concessão de Lavra. As outras empresas, estão ainda no processo de regularização.
Apesar de existirem pontos positivos em relação a essas cavas, como a geração de emprego e renda, arrecadação de impostos e movimentação da indústria da construção civil no Rio de Janeiro, os pontos negativos são mais expressivos. Esses pontos são: abandono das cavas já exploradas, gerando impacto visual; alteração do uso do solo; assoreamento; erosão; rebaixamento do lençol freático devido ao bombeamento nas cavas; alteração da qualidade das águas subterrâneas, emissão de poeira para o ar; interferência com área de expansão urbana de Seropédica e principalmente, a questão da ilegalidade de diversas cavas, aumentando a insegurança na região [AGEVAP (2017);
Berbert (2003); Cavalcanti, (1996); Marques (2006); SONDOTÉCNICA (2007)].
Dessa forma, para reduzir a degradação ambiental da região e ao mesmo tempo estabelecer uma reserva hídrica para as indústrias do baixo-Guandu, as quais se localizam somente a 3km das cavas de mineração, propõe-se a utilização dessas cavas para abastecimento industrial, somente em períodos de crise, quando a qualidade da água no Canal de São Francisco impedir o seu uso para abastecimento.
A proposta inclui a conexão dos lagos existentes, formando lagos maiores, com vazões afluentes provenientes do Valão dos Bois (bacia do rio da Guarda), diminuindo a possibilidade de eutrofização do corpo hídrico. Além disso, a formação de lagoas interligadas facilita o descomissionamento dessas áreas de mineração em diferentes períodos, reduzindo o impacto econômico na região e respeitando o período de utilização das cavas que estão legais.
Além dos lagos, é necessário um planejamento do uso do solo da região, incluindo áreas residenciais e recreacionais, com uma valorização da paisagem. Esse planejamento foi realizado com base na proposta já existente do Plano Estratégico de Desenvolvimento Urbano Integrado da Região Metropolitana do Rio de Janeiro, PDUI [Governo do Estado do Rio de Janeiro (2017)]. Esse plano elabora um conjunto de cenários, estratégias e instrumentos que servem para orientação para decisões governamentais nos anos futuros. O uso do solo proposto, juntamente com a demarcação da área das lagoas é apresentado na Figura 3.
Figura 3: Uso do solo proposto na região das cavas de mineração de Seropédica.
A Tabela 1 mostra a área de lagoa proposta e a área estimada dos corpos de água atuais nas cavas de mineração (áreas de água visíveis no Google Earth). Como não foi possível obter a batimetria das lagoas e as cavas podem ter profundidades que variam até 20m [Marques (2006)], adotou-se, de forma simplificada, três cenários de profundidade média, com 2m, 5m e 10m. Também são apresentados os volumes referentes as áreas e profundidades dos cenários e das cavas atuais. Para fins de comparação, é apresentada o volume da reserva estratégica de Lajes (17,9% do volume útil do reservatório) para o abastecimento de água da RMRJ em caso de emergência.
Tabela 1: Comparativo de volumes entre as lagoas propostas, a reserva estratégica de Lajes e os corpos d'água visíveis.
AREA (km²)
PROFUNDIDADE MÉDIA (m)
VOLUME (hm³)
Reserva Estratégica de Lajes - - 79,67
Corpos d’água visíveis 2017 7,45
2 14,90
5 37,25
10 74,50
PROPOSTA: várias lagoas interligadas 15,32
2 30,65
5 76,64
10 153,27
METODOLOGIA Balanço Hídrico
Para avaliar quantitativamente a proposta de uma reserva hídrica para as indústrias do baixo Guandu, foi desenvolvido um modelo de balanço hídrico mensal utilizando o software Excel, assumindo que as lagoas são um reservatório com entrada e saída.
O balanço hídrico relaciona a continuidade da massa e a troca de energia dos sistemas envolvidos, no tempo e no espaço [Tucci(2012)]. Os componentes principais deste balanço são:
precipitação, evaporação, transpiração, escoamento superficial e escoamento subterrâneo.
A equação da continuidade, para realização do balanço hídrico, para um reservatório ou lago, considerando volumes afluentes ao longo de um intervalo de tempo ∆𝑡 pode ser dada por:
𝑉2− 𝑉1 =(𝑄𝑎 − 𝑄𝑒)∆𝑡 +(𝑆𝑎 − 𝑆𝑒)∆𝑡 +(𝑃 − 𝐸)𝐴 (1)
Onde V1 e V2 = volumes armazenados no início e no final do intervalo; Qa e Qe = vazões superficiais médias afluente e efluente; Sa e Se = vazões subterrâneas médias, afluente e efluente; P
= altura de precipitação acumulada ao longo de ∆𝑡; E = altura de evaporação acumulada ao longo de
∆𝑡; A = área (média) da superfície do lago.
O volume armazenado no reservatório é calculado em função do nível d’água ao início e ao final do período, utilizando-se a curva cota-volume, que é obtida através da análise da batimetria do lago. Nesse trabalho, conforme mencionado anteriormente, foram criados 3 cenários de volume, considerando as profundidades de 2m, 5m e 10m e a área de reservatório proposta.
A vazão subterrânea foi considerada nula, assumindo um cenário desfavorável no qual não há movimentações entre o aquífero e as cavas.
Os dados de precipitação no período de 2008 a 2018 foram obtidos da estação Ecológica Agrícola (INMET). Para a estimativa da evaporação no lago foi utilizado o método combinado proposto por Penman [Mccuen (1998); Penman (1948)], que combina os efeitos de balanço de energia e aerodinâmico. Os dados meteorológicos de temperatura média, umidade relativa média e vento médio, utilizados para o cálculo da evaporação também foram obtidos da estação Ecológica Agrícola do INMET.
Em relação as vazões afluentes, foram consideradas as vazões regionalizadas obtidas no PERH Guandu (2017), calculadas por relação de área de drenagem até a entrada das cavas, sendo estas:
Q90%=0,50 m³/s e Qmlt=1,44 m³/s.
Já em relação as vazões a serem captadas do reservatório, foi utilizado o somatório da vazão média operacional (5,80 m³/s), obtida dos dados de outorga cedidos pela AGEVAP (Agência da Bacia do Rio Paraíba do Sul). As indústrias consideradas estão localizadas no Canal de São Francisco, sendo estas: Linde Gases LTDA, Gerdau S.A, Companhia Siderurgica Nacional (CSN), Thyssenkrupp (CSA), Fábrica Carioca de Catalizadores S.A. e Furnas Centrais Eletricas S.A.
Ressalta-se que não foi considerado um valor fixo para a vazão defluente do reservatório, pois em condições normais, as lagoas extravasam naturalmente e em condições de seca, a vazão do Valão dos Bois a jusante do reservatório terá somente a contribuição do rio Valão do China, seu afluente.
O balanço hídrico foi realizado considerando dois cenários de seca:
1. Período de Seca 2014/2015: Nesse período ocorreu uma das piores secas dos últimos 84 anos e, portanto, foi considerado como um cenário de seca severa. Para a vazão afluente foi considerada a Q90% do Valão dos Bois.
2. Período de Seca Moderada: Esse cenário foi considerado como de condições médias de seca. O balanço utiliza as médias mensais de todo o período de dados disponível (2008- 2018). A vazão afluente utilizada foi a Qmlt.
Além desses dois cenários, foram utilizados também dois valores para a vazão captada pelas indústrias. O primeiro considera o valor total das vazões captadas (somatório da vazão média operacional das indústrias), representando assim uma utilização intensiva do reservatório. Já o segundo valor considera a metade das vazões captadas pelas indústrias, representando uma utilização mais econômica da água no reservatório. Nesse caso, em períodos de maré baixa do canal de São Francisco seria possível manter uma parte da captação, devido à redução da salinidade. A Tabela 2 mostra o resumo dos cenários simulados.
Tabela 2: Cenários simulados
RIO AFLUENTE PROFUNDIDADE
LAGOAS Qind (Utilização intensiva) Qind (Utilização Econömica) V. dos Bois
2m Período Seco (2014- 2015)
Período Seco Médio
Período Seco (2014-2015)
Período Seco Médio 5m
10m
RESULTADOS
Com todos os dados e cenários, foi possível realizar diferentes simulações do balanço hídrico, avaliando-se o número de meses que levaria para que as lagoas (reservatório) esvaziassem quando utilizadas pelas indústrias. A Tabela 3 e a Figura 4 mostram os resultados obtidos para o período seco de 2014/2015 e para o período de seca moderada, mostrando as diferenças entre os diferentes cenários.
Tabela 3: Tempo, em meses, para as lagoas secarem, com a captação das indústrias.
PROFUNDIDADE MÉDIA
USO INTENSIVO USO ECONÔMICO
PERÍODO SECA 2014- 2015
PERÍODO SECA MODERADA
PERÍODO SECA 2014- 2015
PERÍODO SECA MODERADA
2m 2 2 4 6
5m 5 6 10 16
10m 10 12 21 34
Figura 4: Gráficos de comparação do tempo, em meses, para as lagoas secarem, com a captação das indústrias, durante a seca 2014/2015 (a direita) e seca moderada (a esquerda).
Os resultados mostram que no cenário da seca de 2014/2015, considerando o uso intensivo das indústrias e profundidades de 2m e 5m, o tempo de uso das lagoas não ultrapassa 5 meses, ou seja, nesses casos, o abastecimento será interrompido antes mesmo do período mais úmido. Já para a profundidade de 10m, a utilização do reservatório chega a 10 meses, alcançando o verão. No entanto, nesse cenário de seca, não houve chuvas expressivas no verão e as vazões de transposição para o Guandu se mantiveram baixas, sendo necessário o uso contínuo do reservatório nesse período. Dessa forma, em todos os casos de uso intensivo as indústrias continuariam a sofrer com as interrupções de
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Nivel (m)
Quantidade de meses
Cenário seca 2014-2015
2m - Uso intensivo 2m - Uso Econômico 5m - Uso intensivo 5m - Uso econômico 10m - Uso intensivo 10 - Uso econômico
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0
0 4 8 12 16 20 24 28 32
Nivel (m)
Quantidade de meses
Cenário seca moderada
2m - Uso econômico 2m - Uso intensivo 5m - Uso intensivo 5m - Uso econômico 10m - Uso intensivo 10m - Uso econômico
abastecimento. Por outro lado, ao considerar o uso econômico por parte das indústrias e uma profundidade de 10m, as indústrias conseguiriam passar pelo período da crise hídrica, mantendo assim seu abastecimento.
Já para o cenário de seca moderada, considerando uso intensivo das indústrias e profundidade de 2m, o resultado é igual ao anterior, onde o reservatório esvazia antes de chegar na estação mais úmida. Já para as profundidades de 5 e 10m, o tempo de utilização é de 6 e 12 meses, respectivamente, e seria possível chegar na estação de verão. Ao analisar os resultados considerando o uso econômico por parte das indústrias, percebe-se que, com exceção da profundidade de 2m, todas as demais profundidades garantem um tempo maior que 1 ano de utilização das lagoas por parte das indústrias, entre 1ano e 4 meses (profundidade de 5m) a 2 anos e 10 meses (profundidade de 10m).
CONCLUSÃO
A proposta de utilização das lagoas como reserva hídrica para as indústrias localizadas no Canal de São Francisco, a qual inclui áreas residenciais e recreacionais, se alinha com o planejamento do uso do solo sugerido pelo Plano Estratégico de Desenvolvimento Urbano Integrado da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (PDUI) e é uma solução para a utilização da área degradada, abandonada e ilegal de mineração de areia existente. Observa-se que é possível o desenvolvimento desse projeto em paralelo com a exploração das cavas de areia legais existentes, pois todas as cavas têm um período máximo de utilização. A partir dos resultados obtidos é possível concluir que:
• Somente as lagoas com profundidade de 10m e uso econômico por parte das indústrias, possibilitariam o abastecimento contínuo, sem interrupções, durante a crise de 2014/2015. No caso de seca moderada, essa profundidade atenderia com folga, tanto com a utilização intensiva quanto econômica pelas indústrias.
• Para a profundidade de 5m e período de seca moderada, o abastecimento das indústrias seria possível, tanto com a utilização intensiva quanto com a econômica.
• A profundidade de 2m apresenta resultados insatisfatórios, alcançando o período úmido somente no cenário de seca moderada e utilização econômica pelas indústrias.
Para a obtenção de resultados mais precisos, algumas variáveis do balanço hídrico deverão ser avaliadas em uma próxima etapa dos estudos, como por exemplo: obtenção de uma série de vazões para o rio Valão dos Bois a montante do reservatório, utilizando um modelo de transformação chuva- vazão local; obtenção da batimetria das lagoas; e análise da qualidade da água, para uma avaliação mais completa da potencialidade de uso dessas lagoas como reserva hídrica de abastecimento industrial.
Por último, é importante reiterar que essa proposta somente é validada junto com uma intervenção integrada na região da bacia de drenagem das cavas de mineração, focada no esgotamento
sanitário, drenagem, limpeza urbana e uso do solo, através de uma revitalização urbana integrada à solução ambiental, de forma que a segurança hídrica, a requalificação ambiental e a revitalização urbana formem um conjunto de 3 pilares de sustentação da solução.
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