FORTALEZA 2018
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FERNANDO MENDES DE PAULA PESSOA
USO DO SOFTWARE SIMRES NA AVALIAÇÃO HIDROLÓGICA DA BACIA DO JAGUARIBE: UMA ANÁLISE COMPARATIVA
USO DO SOFTWARE SIMRES NA AVALIAÇÃO HIDROLÓGICA DA BACIA DO JAGUARIBE: UMA ANÁLISE COMPARATIVA
Monografia apresentada ao curso de Engenharia Civil do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Profa. Dra. Renata
Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
P567u Pessoa, Fernando Mendes de Paula.
Uso do software SimRes na avaliação hidrológica da Bacia do Jaguaribe : uma análise comparativa / Fernando Mendes de Paula Pessoa. – 2018.
44 f. : il. color.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil, Fortaleza, 2018.
Orientação: Profa. Dra. Renata Mendes Luna.
1. Simulação de Reservatórios. 2. Rio Jaguaribe. 3. SimRes. I. Título.
USO DO SOFTWARE SIMRES NA AVALIAÇÃO HIDROLÓGICA DA BACIA DO JAGUARIBE: UMA ANÁLISE COMPARATIVA
Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Civil do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Profa. Dra. Renata Mendes Luna.
Aprovada em: ___/___/______.
BANCA EXAMINADORA
_________________________________________________ Profa. Dra. Renata Mendes Luna (Orientadora)
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________________ Prof. Dr. José Nilson Beserra Campos
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_________________________________________________ Profa. Dra. Ticiana Marinho de Carvalho Studart
Ao Cel. Edir de Paula Pessoa, policial militar, professor, advogado, e meu amado Vozinho.
incentivadores em todas as minhas escolhas, sem nunca deixar me faltar nada, e dedicando a mim um amor infinito. E às minhas irmãs, Rebeca e Lívia, por, junto com nossos pais, serem exemplos de pessoas extremamente esforçadas e de bom coração. Vocês são meus ídolos, minha base, e minha maior inspiração.
À toda a minha família, em especial minhas avós, Nilza e Marlene, que nunca mediram esforços pra me fazer feliz, e meus avôs, Oliveira e Edir, que infelizmente não estão mais conosco, mas que do Céu assistem a essa vitória do neto deles. A meu tio Alexandre, meu orientador profissional na bela carreira de engenheiro civil.
À minha orientadora Profa. Renata Luna, que disponibilizou o seu tempo para responder as diversas dúvidas que tive, me ajudou a organizar minhas ideias, e me guiou, com muito zelo e paciência, na escrita desse trabalho. A senhora me transmitiu a calma e a segurança necessárias para eu concluir essa etapa da minha vida, muito obrigado.
À Profa. Ticiana Studart, minha orientadora na iniciação científica, da qual a pesquisa gerou esse trabalho. Muito obrigado por todo o conhecimento compartilhado, e por toda a atenção dedicada.
Aos professores do Curso de Engenharia Civil da UFC, em especial aos professores Manoel Mendonça, John Kenedy e Anderson Borghetti, pelo grande amor à docência. Em conjunto com as professoras Ticiana e Renata, vocês foram os professores que mais ajudaram e marcaram a minha graduação. Espero um dia conseguir ser professor, e poder ser para os meus alunos o que vocês foram para mim.
Aos vários amigos que me cercam e alegram, tornando minha vida mais feliz. Em especial aos meus amigos André e Artur, que estão ao meu lado há mais de 20 anos, ao meu querido amigo Inácio, que nunca mediu esforços em me ajudar, e a minha amiga Eliane, que cuida tão bem de mim.
Por fim, agradeço à minha namorada, Vivy, pela paciência, companhia e ajuda durante as várias etapas desse trabalho. Muito obrigado, você me faz extremamente feliz.
“Até mais, e obrigado pelos peixes.” (Douglas Adams)
A simulação de reservatórios é uma forma de baixo custo de analisar a eficiência dos mesmos na reservação de água, matéria de suma importância para a sobrevivência dos moradores do semiárido brasileiro em períodos de seca. Por conta disso, foi desenvolvido, no final da década de 1990, na Universidade Federal do Ceará (UFC) o programa SimRes, que utiliza o Método de Monte Carlo, o Método dos Fragmentos de Svanidze, e o Método do Diagrama Triangular para gerar séries sintéticas de vazão e simular o comportamento de açudes expostos a elas. No ano 2000, realizou-se na UFC, um estudo que simulou os principais reservatórios da Bacia do Jaguaribe com o auxílio do SimRes. Foi encontrado que, mesmo tendo mais de 80% da área de sua bacia controlada, 35% da água do Rio Jaguaribe alcança o mar. Devido à grande importância da Bacia do Jaguaribe, responsável por abastecer de água mais da metade da população cearense, o presente trabalho foi realizado para verificar a validade do valor de água perdida encontrado no estudo anterior, simulando os doze maiores reservatórios da Bacia do Jaguaribe utilizando o SimRes. Utilizou-se dados de vazão obtidos em três estações fluviométricas e regionalizados para os açudes analisados, repetiu-se a simulação considerando um valor de coeficiente de variação hipotético de 0,2 (próximo ao CV de rios perenes do Nordeste dos Estados Unidos) para verificar a influência do mesmo nos resultados. O valor de volume médio anual de sangria que flui para o mar encontrado no presente trabalho é muito semelhante ao encontrado no trabalho anterior. Demostrou-se, também, que, na situação hipotética de CV mais baixo, o valor de sangria seria 93% mais baixo.
The simulation of reservoirs is a low-cost way to analyze the efficiency of them storing water, a very important matter for the endurance of the inhabitants of the Brazilian semiarid in dry periods. Therefore, it was developed in the Federal University of Ceará (UFC), in the late 1990’s, the software SimRes, which uses the Monte Carlo Method, the Fragment Method of Svanidze, and the Triangular Diagram Method of Campos to generates synthetic inflow series and simulate the behavior of the reservoirs exposed to them. In the year 2000 in the UFC, the main reservoirs of the Jaguaribe Basin were simulated with the aid of SimRes. It was found that, even with more than 80% of control over its basin, 35% of the Jaguaribe River’s natural discharges keep on flowing to the ocean. Due to the importance of the Jaguaribe Basin, from which more than half of the population of Ceará State gets tis water, this study to verify the validity of this information, by simulating the twelve largest reservoirs of the Jaguaribe Basin through the software SimRes. The inflow data used in the simulation were obtained from three fluviometric stations, and regionalized to each reservoir analyzed, the process was then repeated with a hypothetical coefficient of variation of 0,2 (similar to the ones of the perennial rivers of Northeast United States), to verify the effect of it in the results. The value of annual inflow that is spilled from the reservoirs and reaches the ocean found in this study is very similar to the value found in the previous one. Also, it was demonstrated that, in the hypothetical situation of a lower coefficient of variation, the volume of water spilled from the reservoirs is reduced in 93%.
1 INTRODUÇÃO ... 8 1.1 Justificativas ... 10 1.2 Objetivos ... 11 1.2.1 Objetivo geral ... 11 1.2.2 Objetivos específicos ... 11 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 12 2.1 Infraestrutura Hídrica ... 12
2.2.1 A reservação das Àguas no Ceará e a Bacia do Jaguaribe ... 14
2.3 O estudo hidrológico da Bacia do Jaguaribe ... 15
2.4 Simulação no SimRes ... 19
3. METODOLOGIA ... 23
3.1 Levantamento de dados ... 23
3.3 Tratamento de Dados ... 25
3.4 Geração de Séries Sintéticas ... 27
3.5 Simulação ... 28
3.6 Simulações comparativas ... 29
4.0 RESULTADOS ... 31
5.0 CONCLUSÃO ... 37
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 38
1 INTRODUÇÃO
O semiárido brasileiro é uma região onde os processos de transformação temporal e espacial dos deflúvios superficiais são de difícil entendimento, isso se dá, em parte, por causa da imprevisibilidade com relação à intensidade e distribuição das chuvas.
As várias secas que atingem o Nordeste do Brasil são consequência direta dessas incertezas, criando dificuldades para a obtenção de água pela população, o que cria empecilhos para a agricultura local e a criação de animais, muitas vezes impossibilitando essas atividades. Uma forma encontrada para se adaptar ao clima dessa Região foi a construção de reservatórios para o armazenamento de água, algo que era feito inicialmente em reduzida escala, com pequenas barragens em fazendas e cidades.
No Ceará, a prática de construção de açudes interanuais, os quais podem ser entendidos como aqueles com capacidade para reservar água por períodos superiores a um ano, tem sido adotada ao longo do tempo com o objetivo de suprir a necessidade de água da população em períodos de estiagem. Aquino (2017, p. 90) cita que:
A incerteza e a irregularidade das chuvas, o baixo potencial em águas subterrâneas e a intermitência dos rios fez o Governo do Ceará seguir uma política de água com vista à criação de uma infraestrutura hídrica de construção de açudes – garantindo no tempo e no espaço – o abastecimento da população da região.
Um resultado dessa política foi a construção de vários reservatórios, dentre eles o açude Castanhão, localizado no município de Alto Santo, que é o maior açude público para múltiplos usos do Brasil (DNOCS, 2018).
Além desse reservatório, destacam-se também o Orós e o Banabuiú, os dois maiores açudes do Ceará após o Castanhão. Atualmente, o órgão responsável pela administração das águas desses açudes é a Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos (COGERH), criada em 1993 com a função de operacionalizar o gerenciamento de recursos hídricos no Ceará.
Esses três reservatórios estão localizados na Bacia do Jaguaribe, cuja área de drenagem abrange as sub-bacias do Alto Jaguaribe, Médio Jaguaribe, Baixo
Jaguaribe, Salgado e Banabuiú. A água dessas sub-bacias hidrográficas, quando não utilizadas ou evaporadas, invariavelmente efluem para o Rio Jaguaribe, que possui uma área de drenagem equivalente à metade do estado do Ceará, e é o maior rio intermitente do mundo. Sobre o comportamento do rio Jaguaribe, Campos et al (2000, p. 5, tradução nossa) comenta:
É peculiar o fato que as vazões do rio podem variar de 7000 m³/s até zero em um intervalo de poucos meses. É também interessante observar que o Rio Jaguaribe, que é mais extenso que o Rio Tâmisa, pode ficar mais de 18 meses completamente seco durante secas intensas.
Ainda hoje, a política de construção de grandes açudes é considerada pelo governo do Estado como a melhor solução para a falta de água em períodos de seca, sendo investido centenas de milhões de reais na realização dessas obras (COGERH, 2013). Porém, a construção de muitos reservatórios na mesma região pode levar a saturação da bacia hidrográfica, impedindo por exemplo a distribuição de água para cidades a jusante da barragem. Faz-se necessário, dessa forma, a realização de estudos de viabilidade antes para verificar se um novo açude realmente auxiliaria no controle da água de uma determinada bacia.
Por ser estratégica para o estado do Ceará, a bacia do rio Jaguaribe tem sido estudada intensamente, inclusive para determinação das vazões de alocação de água aos seus diversos usuários, especialmente nos períodos de estiagem e como forma de conscientização do uso racional deste recurso. Assim, tem-se analisado ao longo dos anos a possibilidade de reservação das águas dessa bacia.
Assim, Campos et al (2000) analisando o impacto da política de construção de grandes reservatórios no nível de controle para a Bacia do Jaguaribe, encontraram que 35% da água do Rio Jaguaribe atinge o Oceano Atlântico. Esse valor foi considerado alto, tendo em vista que representaria um controle abaixo do esperado para uma Bacia que tem aproximadamente 81% da sua água controlada, entendeu-se que a grande variabilidade das vazões dos rios na região semiárida brasileira foi de grande influência para o resultado encontrado, no entanto o estudo realizado teve algumas limitações tendo em vista que a série de vazões de alguns postos eram pouco representativas e alguns reservatórios ainda estavam em construção, assim, torna-se necessário verificar o quanto essas mudanças alteram os dados de regularização desta bacia. Assim, novos estudos são importantes para verificação de modificações ocorridas na região.
1.1 Justificativas
A água retida por um reservatório eflui dele de três maneiras possíveis: por evaporação, que consiste em uma perda irreversível da água para a bacia hidrográfica; por regularização, águas usadas pela sociedade para os mais variados fins; e pela sangria, quando ocorrem deflúvios os quais não são possíveis controlar e retornam ao rio. As águas de sangria, caso não escoam para outro reservatório, eventualmente alcançam o oceano, não podendo mais ser utilizada pela população.
Segundo Campos (2005, p. 17), um açude deve funcionar como um veículo que transporta a água ao longo do tempo, estocando os excedentes dos períodos úmidos para serem utilizados em períodos de estiagem. Na região do semiárido brasileiro, onde as constantes secas castigam os moradores, a importância do aproveitamento da água dos reservatórios é ainda maior, sendo por isso o uso do termo sangria para o excedente de água que não consegue ser retido pelo açude, pois a água na região é tão importante quanto o sangue em um corpo humano. Por isso, regularizar a quantidade máxima possível de água deve ser o objetivo de qualquer açude projetado.
Para atingir esse objetivo, são realizados diversos estudos hidrológicos antes de se definir as características do reservatório como localização, forma e tamanho. Devem ser considerados fatores tais como: área da bacia hidrográfica, topografia da região, características geológicas da bacia e precipitações médias e máximas. Caso o açude projetado seja pequeno demais, em períodos de chuvas intensas, a barragem não conseguirá reter a água que retornará ao rio. Açudes muito grandes, por outro lado, tendem a trabalhar em capacidade baixa, e perder bastante água por evaporação.
Nesses estudos, em geral, é comum basear-se em registros de vazões anteriores de um rio e aplicá-los em métodos estatísticos (Studart, 2016), porém no Brasil existem poucos postos de coleta de dados de vazão, e vários dos postos existentes possuem menos de vinte anos de dados, não sendo, portanto, aconselháveis para esse tipo de análise estatística.
Campos et al (2000) realizaram uma análise da Bacia do Rio Jaguaribe, que tem grande importância para o estado do Ceará pois os açudes dessa bacia são responsáveis pelo abastecimento da Região Metropolitana de Fortaleza e de mais
da metade da população cearense, considerando a influência de doze reservatórios de maneira cronológica, estudando a descarga no oceano, a sangria e a perda de água por evaporação de cada açude em diversos anos.
Esses autores verificaram que, anualmente, em média, 1.881,6 hm³ da água do Rio Jaguaribe alcançam o mar, sendo assim considerados perdidos, esse volume de água equivale a aproximadamente a capacidade do Açude Banabuiú, terceiro maior do estado. Além disso foi verificado que o somatório da evaporação média anual de todos os açudes analisados é igual 536,7 hm³, valor superior à capacidade do Açude Figueiredo, quarto maior do Ceará.
No estudo em questão não foram considerados três açudes de grande porte existentes nas bacias hidrográficas analisadas, e o coeficiente de variação utilizado foi constante em todos os açudes. Por isso, uma segunda análise se faz desejada devido a grande importância do Rio Jaguaribe para o Ceará, e a necessidade de fazer uma boa gestão dos recursos hídricos das bacias hidrográficas englobadas por esse rio.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
Este trabalho tem como objetivo analisar a influência dos reservatórios de grande e macro porte na vazão do Rio Jaguaribe que eflui para o oceano, e verificar se houve alguma alteração nas trocas “regularização x evaporação x sangria” em relação aos valores encontrados no estudo realizado por Campos et al. (2000).
1.2.2 Objetivos específicos
• Analisar e selecionar os reservatórios que causam maior impacto na vazão do Rio Jaguaribe;
• Gerar vazões sintéticas para os reservatórios selecionados;
• Simular o comportamento dos reservatórios selecionados considerando um período de tempo de 5000 anos;
• Avaliar a validade da afirmação que 35% da vazão do Rio Jaguaribe eflui para o mar.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo serão apresentados e explicados alguns dos temas utilizados no desenvolvimento deste trabalho:
2.1 Infraestrutura Hídrica
A lei Nº 9.433 de 1997, que trata sobre a Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH), afirma no Artigo 1º que:
• a água é um bem de domínio público;
• a água deve ser tratada como recurso natural limitado e dotado de valor econômico;
• a prioridade da gestão de recursos hídricos deve ser o consumo humano e a dessedentação de animais, devendo, porém, sempre que possível, proporcionar o uso múltiplo das águas;
• a unidade territorial para implementação da PNRH deve ser a bacia hidrográfica, e a gestão dos recursos hídricos da mesma deve ser descentralizada e contar com a participação do Poder Público, dos usuários e da comunidade.
Deste modo a administração das bacias hidrográficas fica a cargo dos Comitês de Bacias, uma forma encontrada para a descentralização da gestão dos recursos hídricos, os quais são normalmente constituídas por representantes de Secretarias de Estado ou órgãos de administração indireta, relacionados ao gerenciamento da água; institutos de ensino, pesquisa e desenvolvimento tecnológico usuários das águas da bacia (como por exemplo universidades localizadas na região); representantes dos municípios localizados na bacia hidrográfica; e representantes de associações comunitárias com sede na bacia. Essa composição visa garantir a participação dos usuários da comunidade e do Poder Público na administração da mesma.
Aquino (2017, p. 68) afirma que a utilização de bacias hidrográficas como unidade territorial de gestão dos recursos hídricos é um tendência internacional já consagrada em países como França, Alemanha e Inglaterra, e que apesar das dificuldades encontradas com a delimitação dos espaços físicos de planejamento,
tem apresentado resultados positivos, devido a possibilidade de dividir as bacias hidrográficas maiores em sub-bacias.
Dentre as funções dos Comitês de Bacia destaca-se aprovar e acompanhar a execução do Plano de Recursos Hídricos, que, segundo o Artigo 13º da lei Nº 9.433, deve estabelecer as prioridades de uso para outorga de água. A fim de assegurar o controle quantitativo e qualitativo desses usos da água, bem como o efetivo exercício dos direitos de acesso aos recursos hídricos.
Em relação à outorga de água, Lanna (2000, p. 89) descreve a impossibilidade de se prever com precisão a quantidade disponível em determinado momento e local, como um fator complicador. O autor relata que essa aleatoriedade na disponibilidade de água acarreta em uma gestão conjunta da disponibilidade e das demandas hídricas, sendo necessário avaliar as quantidades disponibilizadas com dadas probabilidades, e as aumentar (quando possível) com obras de regularização.
Assim, uma maneira encontrada para regularizar a vazão de rios foi a construção de reservatórios, com a função de acumular água no período úmido para poder usá-la no período de seca.
De acordo com o Decreto Nº 23.068, de 11 de fevereiro de 1994, tais reservatórios podem ser classificados quanto ao seu volume hidráulico acumulável, ou quanto a sua superfície hidrográfica. A classificação quanto ao volume hidráulico é apresentada a seguir:
• Micro: até 0,5 hm³;
• Pequeno: acima de 0,5 hm³ até 7,5 hm³; • Médio: acima de 7,5 hm³ até 75 hm³; • Grande: acima de 75 hm³ até 750 hm³; • Macro: acima de 750 hm³.
Campos (2005, p. 65) escreve que açudes pequenos, médios e grandes têm suas funções na política de açudagem elaborada pela Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE) na década de 1960, segunda a qual cabe
aos açudes de grande porte o papel de reserva estratégica, aos pequenos a distribuição espacial das reservas, e aos médios caberia uma função intermediária.
2.2.1 A reservação das Águas no Ceará e a Bacia do Jaguaribe
O estado do Ceará, por se encontrar em uma região semiárida, utilizou-se da transferência de água no tempo, por meio da construção de reservatórios e regularização dos rios, para tentar garantia a outorga de uso. Desta forma, realizou uma série de estudos ao longo do tempo, a fim de construir reservatórios em seu território, e garantir água para a população.
Segundo Aquino (2017, p. 95), desde 1993 o gerenciamento dos recursos hídricos do Ceará está a cargo da Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos (COGERH), que monitora em seu Portal Hidrológico (2018) 155 açudes distribuídos nas 12 sub-bacias do estado, com uma capacidade total de reservação de 18.617 hm³.
O mesmo Portal informa que aproximadamente 72% de toda a capacidade de reservação dos açudes do Estado dependem dos reservatórios localizados na Bacia do Jaguaribe, formada pelas sub-bacias do Alto Jaguaribe, Médio Jaguaribe e Baixo Jaguaribe, além das sub-bacias do Salgado e do Banabuiú.
De acordo com o Atlas Eletrônico dos Recursos Hídricos do Ceará (2018), criado pela Secretaria dos Recursos Hídricos (SRH/CE), existem, distribuídos nas sub-bacias que formam a Bacia do Jaguaribe, três açudes de macro porte, oito açudes de grande porte, 43 açudes de médio porte, e 36 açudes de pequeno porte.
Esses três açudes de macro porte da Bacia do Jaguaribe são também os maiores do estado do Ceará, tendo eles a função de abastecer de água uma vasta área do estado, incluindo a Região Metropolitana de Fortaleza e o Complexo Industrial e Portuário do Pecém.
Campos (2005, p.74) que analisa a eficiência de pequenos e grandes açudes, usa como estudo de caso a Bacia do Jaguaribe. O autor chega a conclusão que os grandes reservatórios apresentam um melhor comportamento que os pequenos no que se refere a perda de água por evaporação. Também afirma que o volume médio sangrado por um açude depende fortemente da capacidade do mesmo, e do coeficiente de variação dos deflúvios anuais, e que, ao incrementar a capacidade de
um reservatório e sua reserva intangível, o volume regularizado é inicialmente crescente, atinge um máximo e então passa a decrescer.
Para entender o comportamento de um reservatório a longo prazo é necessário ter acesso a dados de vazão que nele afluem, uma maneira de se obter esses dados é através de postos fluviométricos. Segundo dados obtidos no Portal Hidroweb (2018) da Agência Nacional de Águas (ANA), nas cinco sub-bacias que compõem a Bacia do Jaguaribe, existem um total de 15 estações fluviométricas que possuem dados de vazão média, porém, nem todas possuem 25 anos ou mais de dados, não representando uma amostra significativa, além disso, muitos desses postos se encontram a jusante de açudes de grande e macro porte, não representando, assim, a realidade dos rios a montante desses açudes.
Em casos como esse, em que os dados disponíveis são insuficientes para que se possa realizar estudos hidrológicos em determinados locais, uma solução é otimizar os dados existentes através da regionalização, tornando possível estimar variáveis hidrológicas para estes locais segundo Tucci (1993, p. 573).
De acordo com o autor, a otimização das informações disponíveis é importante devido aos altos custos de implantação, operação e manutenção de postos que formam uma rede hidrométrica. Segundo o mesmo, a regionalização pode ser elaborada para funções estatísticas de variáveis hidrológicas, como por exemplo curvas de probabilidade de vazões máximas, médias ou mínimas. Ele também escreve que existem três tipos básicos de procedimentos para regionalização dessas funções, sendo eles: métodos que regionalizam parâmetros de uma distribuição estatística, métodos que regionalizam a vazão com um determinado risco, e métodos que regionalizam uma curva de probabilidade adimensional e o fator de adimensionamento. No primeiro método são utilizados como parâmetros para a regionalização a média e o desvio padrão, nos outros dois métodos, além desses parâmetros citados, também se usa o tempo de tempo de retorno.
2.3 O estudo hidrológico da Bacia do Jaguaribe
Campos et al (2000), verificando a necessidade de avaliar as transformações hidrológicas e grau de controle na bacia do rio Jaguaribe ao longo do século XX após a construção de reservatórios de grande capacidade de armazenamento,
estudaram o efeito dos principais açudes na reservação de água da bacia com auxílio do software SimRes.
A vazão média anual do Rio Jaguaribe que não é retida ou utilizada e consequente eflui para o mar foi calculada pelos autores que utilizaram o Método Monte Carlo através do programa citado para simular 12 açudes de macro, grande e médio porte existentes na Bacia do Jaguaribe, sendo eles: Castanhão, Orós, Arrojado Lisboa (Banabuiú), Pedras Brancas, Trussu, Cedro, Fogareiro, Patu, Riacho do Sangue, Quixeramobim, Várzea do Boi, e Serafim Dias. Foi incluso na simulação também o açude Figueiredo, que na época em que foi realizado o estudo já estava planejado, porém ainda não havia tido sua construção iniciada.
Segundo Burban (2008, p. 26), o Método Monte Carlo pode ser definido como “[...] método de simulação estatística que utiliza sequências de números aleatórios para desenvolver simulações.”. De acordo com o autor, esse método foi idealizado por Stanislaw Ulam em 1946, ao perceber que para calcular as probabilidades de sucesso de uma determinada jogada em um jogo de paciência, seria mais prático realizar centenas ou milhares de jogadas, contando quantas vezes cada resultado ocorria, do que utilizar a tradicional análise combinatória. Um impeditivo para o uso do método era o fato de envolver cálculos extremamente demorados e sujeitos a erros, que foi superado com o desenvolvimento do computador ENIAC na segunda guerra mundial.
Campos e Studart (2009, p. 2), afirmam que o Método Monte Carlo tem sido largamente aplicado em pesquisas do processo de estocagem de águas no Nordeste Brasileiro, sendo considerada uma ferramenta de muita utilidade para a tomada de decisões sob incertezas. Os autores resumem a simulação de Monte Carlo em recursos hídricos nas seguintes etapas:
• Obter os dados históricos do rio analisado no local de estudo;
• Utilizar-se de técnicas de estatística e hidrologia estocástica para determinar o regime hidrológico do corpo d’água no local escolhido; • Usar os dados históricos para determinar os parâmetros da função de
• Caracterizar o sistema hidráulico, determinando, também, as regras de operação do sistema;
• Simular o sistema, utilizando a série histórica, verificando como seria o comportamento caso as regras de operação sejam obedecidas;
• Gerar, a partir dos dados históricos, séries sintéticas de longa duração; • Utilizar-se de curvas e indicadores para sintetizar o resultado obtido
nos passos anteriores.
Para realizar a simulação dos reservatórios da bacia do Jaguairbe Campos et al (2000) consideraram valores de vazões médias anuais calculadas utilizando as Zonas Hidrológicas Homogêneas estabelecidas pela Superintendência do Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE), e um coeficiente de variação (CV) de 1,3 para todos os rios simulados. Ao gerar as séries sintéticas de 5000 anos foi considerado que o coeficiente de correlação em toda bacia hidrográfica era 1, e que as populações de dados de vazão seguiam uma distribuição gamma. Para efeito de comparação, foi feita a mesma simulação utilizando um CV hipotético de 0,2 (valor baseado em rios do nordeste dos Estados Unidos), para demonstrar a influência do coeficiente de variação.
Na simulação os autores consideraram uma garantia de 90% que seria possível regularizar a vazão de projeto. A escolha desse valor é explicada por Campos e Studart (2009, p. 6), que afirmam as leis de água do estado do Ceará adotam essa garantia para a obtenção de 90% do volume anual regularizado. Os açudes foram simulados em série, quando a sangria de um reservatório era somada à vazão afluente de um reservatório a jusante, e em paralelo, quando o volume sangrado por um açude não influenciava o outro.
Segundo Studart e Campos (2001) as incertezas inerentes ao comportamento aleatório das vazões naturais constitui uma etapa fundamental para o gerenciamento dos riscos nas outorgas de água. Assim, o uso de ferramentas da hidrologia estocástica para analisar a capacidade de armazenamento, o nível de garantia, a variabilidade das vazões naturais e o volume inicial, é importante para entender seus efeitos nas estimativas das vazões regularizadas por um reservatório isolado.
A análise feita por eles engloba desde coeficientes de variação de rios de climas temperados (CV=0,2) a coeficientes de variação de rios de climas semiáridos (CV=1,3). Os autores assumem a classificação de incertezas em três tipos:
• Incertezas tipo I: Ocasionadas pelo desconhecimento do verdadeiro modelo do processo natural, são consideradas de difícil avaliação. Morgan e Henrion
(1993 apud STUDART e CAMPOS, 2001, p. 2) citam que “todo modelo é,
definitivamente, falso”, uma vez que mesmo quando o modelo resulta em boas aproximações de um sistema natural, em particular, ele nunca será completamente exato;
• Incertezas tipo II: Gerada na avaliação dos parâmetros dos modelos matemáticos. Em hidrologia esse erro ocorre, por exemplo, na estimativa da média () e variância (2) populacionais a partir de uma séria histórica, muitas vezes pequena;
• Incertezas tipo III: Aquelas inerentes aos processos naturais. Por não poderem ser reduzidas pelo uso de modelos mais sofisticados ou coleta de mais informações, devem ser estudadas e incorporadas ao planejamento.
A influência das incertezas tipo II na estimativa da variabilidade das vazões regularizadas por reservatórios superficiais foi analisada por Campos, Souza Filho e Araújo (1997).
Os autores admitiram que o regime de afluências anuais de uma bacia hidrográfica podia ser caracterizado pela sua média e desvio padrão. Assim analisaram dois possíveis problemas: erros na estimativa da média a partir de dados históricos e a variabilidade dos deflúvios por conta do coeficiente de variação das vazões.
Foi constatado que o primeiro erro pode ser reduzido ao aumentar a série, à medida que o tempo passa, mas que para os rios intermitentes do semiárido brasileiro seriam necessárias séries históricas com mais de 690 anos para se ter a mesma precisão na estimativa do deflúvio médio que se obtém na região nordeste dos Estados Unidos com séries históricas de 30 anos, o que está fora da realidade dos dados históricos de vazão disponíveis. Sendo assim, as incertezas significantemente maiores, causadas por grandes coeficientes de variação, devem
ser avaliadas e incluídas no processo de planejamento e análise dos direitos das águas.
O resultado encontrado por Campos et al (2000), utilizando o programa SimRes, para a bacia do rio Jaguaribe foi que, mesmo com 81% da área da Bacia do Jaguaribe sendo controlada pelos reservatórios analisados, 1.881,6 hm³ de água do Rio Jaguaribe alcançam o mar, sendo 1.318,8 hm³ provenientes de sangrias dos açudes. Além disso, o volume anual de água perdido para evaporação nos reservatórios seria de 536,7 hm³. Na situação hipotética com CV de 0,2, somente 2,7 hm³ de água provenientes de sangrias dos açudes alcançariam o mar, e a perda anual por evaporação seria de 411,5 hm³.
2.4 Simulação no SimRes
O programa utilizado no estudo de Campos et. Al (2000) foi desenvolvido na Universidade Federal do Ceará (UFC), e descrito por Campos e Studart (2009, p. 1) como “[...] um laboratório de experimentos em hidrologia de reservatórios com o uso do método de Monte Carlo”.
O processo da simulação de um reservatório utilizando o software pode ser dividida nas seguintes etapas: criação dos arquivos de entrada, vazões históricas sazonais e dados gerais do reservatório; geração da série sintética; fragmentação da série sintética e simulação.
- Criação dos arquivos de entrada
No próprio programa SimRes é possível criar os arquivos de entrada de dados no formato necessário para as etapas da simulação de um reservatório.
Inicialmente é necessário criar um arquivo de dados de vazão, reconhecido pelo programa pela terminação “t3”, com as vazões médias mensais obtidas a partir de séries históricas. É importante observar que as vazões devem estar em hm³/mês. Caso haja mais de uma série histórica para o açude considerado, é necessário informar no sistema, assim como o horizonte de tempo considerado, e o número de estações (caso sejam vazões mensais se utilizam 12). A tela de entrada pode ser observada no APÊNDICE A.
Para que o Programa possa simular o comportamento dos reservatórios em relação às vazões geradas é necessário que exista um arquivo com os dados do reservatório a ser simulado, reconhecido pelo software pela terminação “t2”. Esse arquivo também pode ser gerado no programa (APÊNDICE A), sendo necessário inserir as seguintes informações: tipo de simulação, volume inicial em hm³, volume de reserva em hm³, se há retirada na reserva de segurança, a quantidade e o valor das garantias, o volume mínimo do reservatório em hm³, cotas área volume, modulação sazonal das evaporações e das retiradas, e a evaporação líquida anual em metros.
Esses dados são importantes para que o SimRes possa solucionar a equação do balanço hídrico, que determina as trocas entre regularização, sangria e evaporação utilizando o método do Diagrama Triangular de Regularização (DTR). Criado por Campos em 1997, o método DTR utiliza simulações para determinar como o volume afluente de um açude se divide em função das características morfológicas do reservatório e dos parâmetros estatísticos do deflúvio.
- Geração de séries sintéticas
Para gerar uma série sintética no programa (APÊNDICE A) é necessário inserir a média e o desvio padrão que a série terá, além disso, é preciso informar qual o tipo de distribuição de probabilidade que a série sintética vai seguir. Tais dados devem ser obtidos a partir de séries históricas. Além desses dados é necessário informar a semente da série sintética, que pode ser um valor aleatório, porém é importante que seja usada a mesma semente seja usada para todas as séries sintéticas geradas para uma mesma simulação, pois assim os anos secos e úmidos serão os mesmos para todos os reservatórios analisados, assim como acontece na realidade.
Segundo Campos (2005, p. 86), na simulação de um reservatório, dois fatores influenciam nos valores encontrados para vazão regularizada, o número de anos da
série (N) e o volume inicial (S0) adotado para o reservatório, e que quando o N tende
para o infinito, a média das vazões tende para um valor constante
independentemente do valor de S0 considerado, passando da fase transiente para a
Figura 01: Representação da relação entre vazão regularizada e horizonte de tempo para volumes iniciais diferentes.
Fonte: Campos (2005)
O SimRes permite que sejam geradas séries sintéticas de até 5000 anos. Campos e Studart (2009, p. 6) afirmam que o uso de séries longas decorre da necessidade de garantir uma vazão regularizada com variância nula, além disso o esforço computacional para gerar uma série de 5000 é muito pequeno se comparado a capacidade das máquinas atuais.
- Fragmentação das séries sintéticas
As séries sintéticas geradas pelo SimRes, por utilizar como informação de entrada somente a média e o desvio padrão das vazões médias anuais, e o tipo de distribuição que deve ser seguida, são séries de vazões médias anuais. Para serem utilizadas na simulação de reservatórios é necessário que essas vazões anuais sejam distribuídas em vazões médias mensais. O SimRes executa essa distribuição utilizando o Método dos Fragmentos criado por Svanidze em 1961. Guimarães e Santos (2011, p. 6) explicam que nesse método as vazões mensais observadas são padronizadas ano a ano, dividindo as vazões mensais de um certo ano pela vazão média anual correspondente. O conjunto resultante das vazões mensais padronizadas em cada ano é denominado fragmento. As vazões anuais geradas são
então multiplicadas com os valores desses fragmentos resultando em vazões médias mensais.
O próprio software cria os fragmentos que serão utilizados e automaticamente fragmenta a série sintética em questão. Para isso ele utiliza o arquivo das vazões históricas sazonais citado anteriormente (APÊNDICE A).
- Simulação de reservatórios
Utilizando as séries fragmentadas e o arquivo de dados gerais de reservatório é possível então simular o comportamento de um reservatório para o horizonte de tempo estabelecido (APÊNDICE A). Ao concluir a simulação, o SimRes gera cinco arquivos de dados, sendo eles: quadro resumo da simulação, o volume do reservatório em cada mês simulado, o volume sangrado em cada mês, a evaporação ocorrida nos meses simulados, e a média de vazão regularizada mensal.
É importante observar que, em simulações de mais de um reservatório, alguns açudes devem ser simulados em série e outros em paralelo. A simulação em série ocorre quando a montante do açude que vai ser simulado existem outros açudes que também foram simulados, nesses casos devem ser somadas às vazões mensais do açude localizado a jusante, os volumes mensais sangrados nos açudes a montante.
3. METODOLOGIA
Neste capítulo será apresentada toda a metodologia científica utilizada no presente trabalho. Assim, discorre-se sobre a forma da obtenção de dados, o tratamento dos mesmos, e o passo a passo da simulação no programa Simres.
3.1 Levantamento de dados
Inicialmente, se fez necessário definir quais reservatórios devem ser considerados no trabalho para serem modelados. Optou-se por simular todos os reservatórios que, segundo o Atlas Eletrônico dos Recursos Hídricos do Ceará (2018) da Secretaria dos Recursos Hídricos do Governo do Estado do Ceará (SRH/CE), se encaixam nas categorias de grande e macro porte estabelecidas no decreto Nº 23.068, de 1994, pois a eles cabe a função de manter reservas estratégicas de água. Sendo assim os açudes selecionados de cada sub-bacia foram:
• Alto Jaguaribe: Orós, Arneiroz II e Trussu; • Médio Jaguaribe: Castanhão e Figueiredo; • Baixo Jaguaribe: nenhum;
• Salgado: Atalho;
• Banabuiú: Arrojado Lisboa (Banabuiú), Fogareiro, Cedro, Cipoada e Pedras Brancas.
Foram utilizados dados obtidos através de consultas aos bancos de dados de páginas da Secretaria dos Recursos Hídricos do Governo do Estado do Ceará, e da Agência Nacional de Águas, sendo considerado como pesquisa documental de fonte primária segundo Lakatos e Marconi (2003, p. 175) pois são oriundos de arquivos públicos e fontes estatísticas. Utilizou-se também informações obtidas do trabalho de Campos et al. (2000), sendo nesse caso uma pesquisa documental de fonte secundária.
No site do Atlas da SRH/CE (2018), obteve-se, para cada açude, os seguintes dados: data de construção, localização, principal rio (ou riacho) barrado, capacidade e área da bacia hidrográfica. Tais informações de cada reservatório estudado podem ser observadas na tabela seguinte (Tabela 01):
Tabela 01: Reservatórios analisados no trabalho e suas características. Reservatório Data de Construção Localização Rio ou Riacho Barrado Capacidade (hm³) Área da Bacia Hidrográfica (km²)
Castanhão 2003 Alto Santo Rio Jaguaribe 6700,00 44.800,00
Orós 1961 Orós Jaguaribe 1940,00 25.696,43
Arrojado Lisboa 1966 Banabuiú Banabuiú 1601,00 13.500,00
Figueiredo 2013 Iracema Rio Figueiredo 519,60 4.985,70
Pedras Brancas 1978 Banabuiú Sitiá 434,05 1.787,00
Trussu 1996 Iguatu Trussu 301,00 1.590,00
Arneiroz II 2005 Arneiroz Rio Jaguaribe 197,06 5.407,09
Cedro 1906 Quixadá Sitiá 125,69 224,00
Fogareiro 1996 Quixeramobim Quixeramobim 118,82 4.667,75
Atalho 1991 Jati Dos Porcos 108,25 1.830,18
Cipoada 1992 Morada Nova Santa Rosa 86,09 356,40
Fonte: Elaborada pelo autor.
Além desses dados, foram levantadas informações sobre estações fluviométricas na Bacia do Rio Jaguaribe. A consulta foi feita no Portal HidroWeb, ferramenta integrante do Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH), que é administrada pela Agência Nacional de Águas. Selecionou-se entre as estações fluviométricas existentes, aquelas que não estavam a jusante de nenhum dos reservatórios estudados na pesquisa, destacando-se dessa maneira as estações Malhada, Senador Pompeu e Sítio Lapinha. A estação Jaguaribe também foi incluída por estar localizada muito próxima do açude Castanhão, estando também a montante do mesmo. As áreas de drenagem das bacias hidrográficas das estações analisadas estão apresentadas abaixo:
• Estação Malhada: 3.460,00 km²; • Estação Sítio Lapinha: 1.260,00 km²; • Estação Jaguaribe: 39.600,00 km²;
• Estação Senador Pompeu: 4.530,00 km².
O posicionamento dos reservatórios e estações fluviométricas selecionados pode ser observado no diagrama unifilar na Figura 02, aonde identifica-se em verde as estações fluviométricas, em laranja os açudes de macro porte, e em vermelho os açudes de grande porte. Para produzi-lo, primeiramente, marcou-se todos os
reservatórios e estações fluviométricas selecionadas no software Google Earth, e então utilizando o mapa do Atlas (2018) da Secretaria dos Recursos Hídricos do Governo do Estado do Ceará (SRH/CE) verificou-se o posicionamento de cada açude em relação ao Rio Jaguaribe.
Figura 02: Diagrama unifilar dos reservatórios analisados
Fonte: Elaborada pelo autor.
3.3 Tratamento de Dados
No presente trabalho, optou-se por utilizar dados de vazão obtidos das estações fluviométricas, regionalizando-as para melhor representar cada açude individualmente. Foram considerados os valores de média e de desvio padrão da vazão média anual, como apresentado por Tucci (1993, p. 574) na regionalização elaborada utilizando funções estatísticas de variáveis hidrológicas, segundo o procedimento de Métodos que Regionalizam Parâmetros de uma Distribuição Estatística.
Determinou-se como a área de influência de cada estação fluviométrica analisada, a área da sub-bacia onde ela está localizada. Dessa maneira, todos os reservatórios situados em uma sub-bacia foram regionalizados por uma mesma estação. Foi considerado um coeficiente de correlação igual a 1 para cada área de influência, semelhante ao que foi feito no trabalho de Campos et al. (2000, p. 5), no
qual os autores consideraram um coeficiente de correlação igual a 1 para toda a Bacia Hidrográfica do Jaguaribe.
Os açudes que foram regionalizados de acordo com cada estação fluviométrica foram:
• Estação Malhada: Arneiroz II, Trussu e Orós; • Estação Sítio Lapinha: Atalho;
• Estação Jaguaribe: Castanhão e Figueiredo;
• Estação Senador Pompeu: Fogareiro, Banabuiú, Cipoada, Pedra Branca e Cedro.
Para a regionalização, foram consideradas as áreas não controladas das bacias hidrográficas de cada reservatório, ou seja, a área da bacia hidrográfica do reservatório descontando as áreas das bacias hidrográficas dos reservatórios a montante. No diagrama unifilar é possível notar que os açudes Arneiroz II, Trussu, Atalho, Figueiredo, Fogareiro, Cipoada e Cedro não apresentam nenhum açude a montante, e por isso terão suas áreas de bacia hidrográfica consideradas por completo na regionalização. Por outro lado, os demais reservatórios possuem outros açudes a montante: o Orós está a jusante do Trussu e do Arneiroz II, o Castanhão está a jusante do Orós e do Atalho, a montante do Banabuiú está o açude Fogareiro, e o açude Pedras Brancas se encontra a jusante do Cedro. As áreas de bacias hidrográficas, e as áreas não controladas dessas bacias podem ser observadas a seguir (Tabela 02):
Tabela 02: Áreas das bacias hidrográficas e áreas não controladas de cada reservatório e estação fluviométrica Reservatório Área da Bacia Hidrográfica (km²)
Área não Controlada (km²) Castanhão 44.800,00 17.273,39 Orós 25.696,43 18.699,34 Arrojado Lisboa 13.500,00 8.832,25 Figueiredo 4.985,70 4.985,70 Pedras Brancas 1.787,00 1.563,00 Trussu 1.590,00 1.590,00 Arneiroz II 5.407,09 5.407,09 Cedro 224,00 224,00 Fogareiro 4.667,75 4.667,75 Atalho 1.830,18 1.830,18 Cipoada 356,40 356,40
Fonte: Elaborada pelo autor
Utilizando o software Minitab se identificou qual curva de distribuição melhor representa a distribuição de vazões de cada uma das estações, encontrou que as vazões das estações Malhada, Sítio Lapinha e Jaguaribe, assim como de todos os reservatórios regionalizados a partir delas, seguem uma distribuição lognormal, enquanto as vazões da estação Senador Pompeu, e a dos reservatórios em sua área de influência, seguem uma distribuição gamma. Os dados de vazão obtidos no Portal HidroWeb estavam originalmente em m³/s, para serem utilizados nesse trabalho foi necessário converte-los para hm³/mês, para então, a partir das somas das médias mensais, encontrar-se as médias anuais em hm³/ano.
3.4 Geração de Séries Sintéticas
Para cada açude analisado no presente estudo foi gerada uma série sintética de 5000 anos de vazões médias anuais utilizando o software SimRes. Os dados de entrada utilizados foram os valores de média () e desvio padrão () provenientes da regionalização das vazões para cada reservatório a partir das três estações fluviométricas selecionadas. Foi utilizado um mesmo valor aleatório (110318) de semente para todos os reservatórios, o objetivo dessa escolha foi simular todos os açudes com os períodos úmidos e secos iguais.
Utilizando as séries históricas de cada reservatório também obtidas pela regionalização, foram gerados no SimRes os arquivos de vazões históricas sazonais, que representam como as vazões se comportam durante o ano, com meses de vazão baixa ou até nula, e meses com vazão maior. Com esses arquivos foi possível, utilizando o próprio programa, distribuir as vazões médias anuais geradas em vazões médias mensais usando o Método dos Fragmentos de Svanidze.
3.5 Simulação
Com as séries sintéticas fragmentadas em vazões mensais, utilizou-se o SimRes para simular o comportamento dos açudes. Os arquivos de dados de reservatório, exigidos pelo programa, utilizados no presente trabalho foram os mesmos utilizados no estudo realizado por Campos et al (2000). Optou-se por não criar arquivos de dados novos para que, ao comparar as simulações dos mesmos reservatórios analisados nos dois trabalhos, fosse possível verificar as alterações causadas pelos dados de vazão obtidos de formas diferentes.
Foram utilizadas garantias de 90% para todos os reservatórios, assim como foi feito por Campos et al (2000). A escolha desse valor se deveu ao fato que, no estado do Ceará, a vazão de referência adotada é de 90% do volume anual regularizado considerando uma garantia anual de 90%.
Na simulação foi considerado que um reservatório poderia estar em série ou em paralelo em relação aos outros açudes analisados. Isso foi feito para incluir a influência das sangrias em reservatórios que se encontram a jusante de outros, os quais foram simulados em série. A verificação se um açude deveria ser simulado em série ou em paralelo foi feita estudando o diagrama unifilar apresentado na Figura 02.
A maneira como a simulação foi feita neste trabalho é demonstrada a seguir, utilizando o símbolo “+” para representar as simulações feitas em paralelo, e o símbolo “/” para representar as simulações feitas em série em série:
{[(Arneiroz II + Trussu) / Orós] + Atalho} / Castanhão + Figueiredo + [(Fogareiro / Banabuiú) + (Cedro / Pedras Brancas) + Cipoada]
3.6 Simulações comparativas
As etapas de geração de série sintética, fragmentação e simulação foram realizadas mais duas vezes com o intuito de comparar os resultados obtidos.
Repetindo o que foi feito por Campos et al. (2000, p. 6), os reservatórios analisados foram simulados utilizando um coeficiente de variação de 0,2 com intuito de verificar a influência do CV nos resultados obtidos. Esse coeficiente de variação hipotético foi utilizado por ser aproximadamente o encontrado ao estudar os rios do nordeste dos Estados Unidos, onde a perda de água dos reservatórios é bem inferior.
Além disso, com o objetivo de entender a influência da adição de reservatórios de grande porte e a retirada de reservatórios de médio porte em relação ao que foi feito no estudo de 2000 por Campos et al., foram simulados seguindo a mesma metodologia apresentada anteriormente os mesmos açudes estudados no trabalho anterior, retirando do estudo os açudes de grande porte Arneiroz II, Atalho e Cipoada, e adicionando os de médio porte Patu, Riacho do Sangue, Quixeramobim, Várzea do Boi e Serafim Dias. Foram considerados os mesmos valores de área da bacia hidrográfica, área não controlada, e capacidade usados pelos autores, tais valores podem ser observados na Tabela 03 a seguir:
Tabela 03: Reservatórios simulados por Campos et al. (2000)
Reservatório Data de Construção Capacidade (hm³) Área da Bacia Hidrográfica (km²) Área não Controlada (km²) Castanhão 2003 6700,00 44.800,00 18.830,50 Orós 1961 1940,00 25.696,43 22.624,10 Arrojado Lisboa 1966 1601,00 13.500,00 4.467,80 Pedras Brancas 1978 434,05 1.787,00 1.990,90 Trussu 1996 301,00 1.590,00 1.542,60 Cedro 1906 125,69 224,00 213,00 Fogareiro 1996 118,82 4.667,75 4.963,70 Patu 1987 71,83 1.027,94 1.122,50 Riacho do Sangue (1) 1918 61,42 1.368,58 1.346,30 Quixeramobim (1) 1960 54,00 1.865,00 2.022,40 Várzea do Boi (1) 1954 51,91 1.209,00 1.486,80 Serafim Dias (1) 1995 43,00 1.533,00 1.571,20
Fonte: Elaborada pelo autor
Os reservatórios localizados na sub-bacia do Alto Jaguaribe foram regionalizados de acordo com a estação Malhada, os localizados nas sub-bacias do Médio Jaguaribe e Salgado de acordo com a estação Jaguaribe, e os localizados na sub-bacia do Banabuiú de acordo com a estação Senador Pompeu.
O esquema de simulações em série e em paralelo foi o mesmo utilizado por Campos et al. (2000, p. 7), apresentado a seguir:
(Cedro/Pedras Brancas) + {[(Quixeramobim/Fogareiro) + Patu + Serafim Dias] / Banabuiú} + {[(Várzea do Boi + Trussu)/Orós] + Riacho do Sangue} / Castanhão.
4.0 RESULTADOS
Ao utilizar a metodologia proposta e concluir a simulação de cada um dos açudes selecionados utilizando o programa SimRes, obteve-se para cada mês dos 5000 anos simulados os valores médios: do volume do reservatório, do volume sangrado, da evaporação ocorrida, das vazões regularizada. Além disso, foi gerado pelo Programa um quadro resumo com as médias desses valores, o deflúvio médio, o número de falhas, e quantidade de anos e meses abaixo do volume mínimo e abaixo do volume de alerta (Figura 03).
Figura 03: Quadro resumo apresentado pelo SimRes.
Fonte: Elaborada pelo autor
A partir dos quadros resumos foi possível construir um quadro com as médias de volume regularizado, sangrado e evaporado obtido para cada reservatório com as simulações (Tabela 04). Nele é possível observar os percentuais das trocas “regularização x evaporação x sangria” de cada açude analisado, assim como as trocas para o conjunto de reservatórios, nas quais os valores de volume regularizado e volume sangrado considerados são provenientes das somas de todos os açudes,
enquanto no valor de volume sangrado são considerados somente os reservatórios Castanhão, Figueiredo, Arrojado Lisboa (Banabuiú), Pedras Brancas e Cipoada, pois a sangria dos outros açudes retornam aos rios e são posteriormente barradas por reservatórios a jusante.
Tabela 04: Resultados das simulações e trocas “regularização x evaporação x sangria”.
Reservatório Capacidade (hm³) CV Deflúvio Médio (hm³/ano) Média Retiradas (hm³/ano) Média Sangrias (hm³/ano) Média Evaporações (hm³/ano) Castanhão 6700,00 1,688 1738,29 701,00 867,55 169,92 % 40,3% 49,9% 9,8% Orós 1940,00 2,302 934,11 274,33 530,76 129,36 % 29,4% 56,8% 13,8% Arrojado Lisboa 1601,00 1,341 743,40 383,53 290,16 69,60 % 51,6% 39,0% 9,4% Figueiredo 519,60 1,688 283,03 83,75 180,16 19,19 % 29,6% 63,6% 6,8% Pedras Brancas 434,05 1,341 94,28 44,56 13,21 36,59 % 47,2% 14,0% 38,8% Trussu 301,00 2,302 66,15 34,20 21,35 10,65 % 51,7% 32,3% 16,1% Arneiroz II 197,06 2,302 224,99 72,99 134,68 17,38 % 32,4% 59,8% 7,7% Cedro 125,69 1,341 13,50 3,85 0,31 9,36 % 28,5% 2,3% 69,2% Fogareiro 118,82 1,341 281,58 51,68 210,58 19,30 % 18,4% 74,8% 6,9% Atalho II 108,25 0,789 180,76 108,27 68,70 3,80 % 59,9% 38,0% 2,1% Cipoada 86,09 1,341 21,50 4,94 13,39 3,17 % 23,0% 62,3% 14,7% Soma: 1763,10 1364,47 488,32 % 48,8% 37,7% 13,5%
Fonte: Elaborada pelo autor.
Neste trabalho, foi considerado como água perdida àquela decorrente das evaporações de todos os açudes, e àquela decorrente de sangrias de reservatórios que não possuem outros açudes a jusante. Por conta do seu tamanho, as perdas do reservatório Castanhão são as mais representativas, sendo ele responsável por 35% do volume evaporado, e por 64% do volume sangrado que flui para o mar. Ao analisar todos os três açudes de macro porte (que controlam 59% da área de
drenagem da Bacia do Jaguaribe) em conjunto, encontra-se que eles são responsáveis por 82% de toda a perda de água que ocorre nos 11 reservatórios.
Em seu estudo, Campos et al. (2000, p. 7) encontraram que os reservatórios analisados regularizam um volume igual a 1653,8 hm³/ano, evaporam 536,7 hm³/ano, e 1318,8 hm³/ano do volume total sangrado não consegue ser reservado novamente e pode ser considerado perdido. Assim, os percentuais de volume regularizado, e perdido por sangria e por evaporação encontrados na pesquisa são respectivamente 47,1%, 37,6% e 15,3%. Ao comparar com o presente trabalho, é possível notar que os percentuais de troca de “regularização x evaporação x sangria” encontrados em ambos são bem próximos. Essa proximidade fica mais evidente quando considerada a perda total de água em ambos os casos, o valor encontrado pelos autores foi de 1855,5 hm³/ano, enquanto o valor encontrado no presente trabalho foi de 1852,79 hm³/ano, o que representa uma diferença aproximada de 0,1%.
Curiosamente, ao utilizar a metodologia apresentada para simular os reservatórios selecionados por Campos et al. (2000), os valores de vazão anual regularizada, volume total evaporado por ano, e volume anual perdido decorrente da sangria foram respectivamente 1703,08 hm³/ano, 499,78 hm³/ano, e 1413,01 hm³/ano. Isso representa uma perda total de água pelos açudes de 1912,79 hm³/ano, um acréscimo de 3,1%. É possível que essa diferença tenha sido causada pelo fato que na regionalização dos açudes simulados, foram consideradas as áreas não controladas de bacia hidrográfica informadas no trabalho de Campos et al. (2000, p. 7), ocorrendo divergências com os valores obtidos no Atlas da SRH/CE (2018).
Os valores encontrados na simulação podem ser observados a seguir (Tabela 05):
Tabela 05: Resultados das simulações e trocas “regularização x evaporação x sangria” dos reservatórios analisados por Campos et al. (2000).
Reservatório Capacidade (hm³) CV Deflúvio Médio (hm³/ano) Média Retiradas (hm³/ano) Média Sangrias (hm³/ano) Média Evaporações (hm³/ano) Castanhão 6700,00 1,688 1826,73 739,48 917,02 171,03 % 40,5% 50,2% 9,4% Orós 1940,00 2,302 996,81 313,40 552,45 130,98 % 31,4% 55,4% 13,1% Arrojado Lisboa 1601,00 1,341 693,19 319,64 302,85 70,86 % 46,1% 43,7% 10,2% Figueiredo 519,60 1,688 283,03 83,75 180,16 19,19 % 29,6% 63,6% 6,8% Pedras Brancas 434,05 1,341 93,29 43,92 12,98 36,43 % 47,1% 13,9% 39,0% Trussu 301,00 2,302 61,18 33,23 20,31 10,65 % 51,8% 31,6% 16,6% Cedro 125,69 1,341 12,83 3,46 0,24 9,15 % 26,9% 1,9% 71,2% Fogareiro 118,82 1,341 389,04 55,44 316,40 17,19 % 14,3% 81,3% 4,4% Patu 71,83 1,341 67,72 24,84 37,68 5,22 % 36,7% 55,6% 7,7% Riacho do Sangue 61,42 1,688 76,39 26,73 45,70 3,96 % 35,0% 59,8% 5,2% Quixeramobim 54,00 1,341 122,01 25,82 85,60 6,61 % 21,9% 72,5% 5,6% Várzea do Boi 51,91 2,302 61,86 14,59 35,12 12,16 % 23,6% 56,8% 19,6% Serafim Dias 43,00 1,341 94,78 18,81 69,60 6,37 % 19,8% 73,4% 6,7% Soma: 1703,08 1413,01 499,78 % 47,1% 39,1% 13,8%
Fonte: Elaborada pelo autor.
Mesmo com a pequena diferença entre as duas simulações realizadas, ambos os resultados constatam que o volume de água sangrado dos reservatórios, e que alcança o mar é muito alto, como encontrado por Campos et al. (2000, p. 6) principalmente quando se considera que os reservatórios analisados no presente estudo controlam 86% de toda a bacia hidrográfica do Jaguaribe. Tal incerteza no controle já era esperada devido ao alto coeficiente de variação das vazões dos rios
do semiárido nordestino, como foi descrito por Campos, Souza Filho e Araújo (1997), e confirmado por Campos (2005, p.74).
A influência do CV pode ser notada ao simular os reservatórios analisados no neste trabalho utilizando um coeficiente de variação de 0,2, assim como foi feito no estudo anterior.
Como pode ser observado na Tabela 06, o volume sangrado que alcança o mar é de 91,11 hm³/ano, o que representa uma redução de 93%, o volume evaporado apresentou uma redução menor, porém ainda bastante considerável, de 63%, com um valor de 306,54 hm³/ano. Consequentemente à redução das perdas, nessa situação hipotética o volume de vazão regularizada aumentaria em 75%, apresentando um valor de 3093,40 hm³/ano, o que representa que 88,6% de toda a vazão que entra nos reservatórios é regularizada.
Tabela 06: Resultados das simulações e trocas “regularização x evaporação x sangria” considerando um CV igual a 0,2 para todos os reservatórios.
Reservatório Capacidade (hm³) CV Deflúvio Médio (hm³/ano) Média Retiradas (hm³/ano) Média Sangrias (hm³/ano) Média Evaporações (hm³/ano) Castanhão 6700,00 0,200 1015,01 954,40 0,48 60,66 % 94,0% 0,0% 6,0% Orós 1940,00 0,200 820,89 691,82 7,59 122,01 % 84,2% 0,9% 14,9% Arrojado Lisboa 1601,00 0,200 637,56 609,91 0,17 27,82 % 95,6% 0,0% 4,4% Figueiredo 519,60 0,200 290,24 181,61 89,15 19,45 % 62,6% 30,7% 6,7% Pedras Brancas 434,05 0,200 91,82 76,08 0,02 15,79 % 82,8% 0,0% 17,2% Trussu 301,00 0,200 68,77 61,39 0,02 7,43 % 89,2% 0,0% 10,8% Arneiroz II 197,06 0,200 233,86 204,19 12,11 17,45 % 87,4% 5,2% 7,5% Cedro 125,69 0,200 13,17 8,29 0,00 4,89 % 62,9% 0,0% 37,1% Fogareiro 118,82 0,200 274,12 131,41 118,87 23,78 % 47,9% 43,4% 8,7% Atalho II 181,89 0,200 181,89 157,84 20,60 4,08 % 86,5% 11,3% 2,2% Cipoada 86,09 0,200 20,93 16,46 1,29 3,18 % 78,6% 6,2% 15,2% Soma: 3093,40 91,11 306,54 % 88,6% 2,6% 8,8%
5.0 CONCLUSÃO
Ao simular os principais reservatórios da Bacia do Jaguaribe, encontrou-se que, mesmo com 86% da área da bacia hidrográfica do Jaguaribe controlada, somente 1763,10 hm³/ano (48,8% do volume de água que sai dos reservatórios) é regularizado, enquanto 1364,47 hm³/ano (37,7% do volume de água que sai dos açudes) são despejados no mar.
Tais resultados estão muito próximos dos encontrados por Campos et al. (2000), confirmando que, mesmo com um percentual de água controlada muito grande na bacia estudada, um grande volume de água é perdido ao escoar para o mar. Os autores explicam esse paradoxo pelo fato dos coeficientes de variação (CV) das vazões anuais no semiárido Brasileiro serem altos.
Na situação hipotética de que a Bacia do Jaguaribe apresentasse um CV igual a 0,2, similar ao encontrado no Nordeste dos Estados Unidos, a perda de água decorrente da sangria dos açudes que alcança o Oceano Atlântico seria somente de 91,11 hm³/ano, que representa 2,6% do deflúvio médio anual nos açudes, ao mesmo tempo que 88,6% do volume desses deflúvios seria regularizado.
As incertezas nas vazões anuais, representadas pelos altos coeficientes de variação encontrados para as estações fluviométricas analisadas, são incentivos para a construção de grandes reservatórios, que tem a função de reservar água por períodos de anos, liberando-a durante épocas de seca, principalmente em regiões com poucos açudes desse tipo.
No caso da Bacia do Jaguaribe, a vazão sangrada, pelos açudes analisados que flui para o mar passa antes pela sub-bacia do Baixo Jaguaribe, onde, segundo o Atlas eletrônico da SRH/CE (2018), só existe um reservatório de porte médio, e nenhum de grande ou macro porte.
Sugere-se que sejam realizados, em trabalhos futuros, estudos estatísticos com o intuito de melhor caracterizar as vazões fluviométricas que abastecem os reservatórios do Nordeste, possibilitando que simulações mais precisas sejam realizadas.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AQUINO, Marisete Dantas de. Gestão de recursos hídricos. 22 feb. 2018, 26 jun. 2018. Notas de Aula.
ATLAS eletrônico dos recursos hídricos e meteorológicos do Ceará. Fortaleza: Secretaria de Recursos Hídricos do Estado Ceará, 2000. 1 atlas. Escalas variam. Disponível em: <http://atlas.srh.ce.gov.br>. Acesso em: 25 set. 2018.
BRASIL. Decreto n° 23.068, de 11 de fevereiro de 1994. Regulamenta o controle técnico das obras de oferta hídrica e dá outras providências. Palácio do governo do Estado do Ceará, Fortaleza, CE, 11 fev. 1994.
BRASIL. Constituição Federal: lei n° 9.433, de 8 de janeiro de 1997. Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos, regulamenta o inciso XIX do art. 21 da Constituição Federal, e altera o art. 1º da Lei nº 8.001, de 13 de março de 1990, que modificou a Lei nº 7.990, de 28 de dezembro de 1989. Presidência da República, Brasília, DF, 8 jan. 1997.
BURBAN, P. A. C. Apreçamento de Opções Exóticas: Uma Abordagem Pela Simulação de Monte-Carlo. Tese (Mestrado em Finanças) – Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.
CAMPOS, Nilson. Dimensionamento de reservatórios: o método do diagrama triangular de regularização. Fortaleza: Expressão Gráfica e Editora, 2005, 112p.
COMPANHIA DE GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS. Portal Hidrológico do Ceará. Disponível em: <http://www.hidro.ce.gov.br/>. Acesso em: 18 nov. 2018.
CAMPOS, J. N. B., STUDART, T. M. C., LUNA, R., FRANCO, S. Hydrological Transformations in Jaguaribe River Basin during the 20th Century In: 20TH HYDROLOGICAL DAYS, 1. 2000, Fort Collins, CO. Paper. Fort Collins: 20th Hydrological Days, 2000. Disponível em:
<https://www.researchgate.net/publication/259972571_Hydrological_Transformations _in_Jaguaribe_River_Basin_dur-_ing_20_th_Century>. Acesso em: 24 set. 2018.
CAMPOS, J. N. B., SOUZA FILHO, F. A., ARAÚJO, J. C. Incertezas na Regularização de Vazões In: XII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 1997, Vitória, ES. Paper. Vitória: XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 1997. Disponível em:
<https://www.researchgate.net/publication/281035795_INCERTEZAS_NA_REGULA RIZACAO_DE_VAZOES>. Acesso em: 25 set. 2018.
CAMPOS, J. N. B., STUDART, T. M. C. Método Monte Carlo e SimRes: Laboratório Computacional Para Análise de Reservatórios In: XVIII SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 2009, Campo Grande, MS. Paper. Campo Grande: XVIII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 2009. Disponível em:
