Governo da República do Zimbabwe
Agência Sueca para o Desenvolvimento Internacional (Asdi)
DESENVOLVIMENTO DA ESTRATÉGIA
CONJUNTA PARA A GESTÃO INTEGRADA DOS
RECURSOS HÍDRICOS DA BACIA DO RIO
PUNGOÉ
RELATÓRIO DA MONOGRAFIA
ANEXO I
ESTUDO SECTORIAL:
RECURSOS HÍDRICOS
SUPERFICIAIS DA BACIA DO
RIO PUNGOÉ
VERSÃO FINALABRIL 2004
Cliente: Governo da República de Moçambique Governo da República do Zimbabwe Agência Sueca para o Desenvolvimento Internacional (ASDI)
Projecto: DESENVOLVIMENTO DA ESTRATÉGIA
CONJUNTA PARA A GESTÃO INTEGRADA DOS RECURSOS HÍDRICOS DA BACIA DO RIO PUNGOÉ
Titulo do relatório: Relatório da Monografia
Subtítulo: Anexo I
Estudo Sectorial: Recursos hídricos superficiais da bacia do rio Pungoé
Fase do relatório: Definitivo
N. Projecto da SWECO: 1150447
Data: Abril 2004
Equipa de Projecto: SWECO International AB, Suécia (líder)
ICWS, Holanda
OPTO International AB, Suécia SMHI, Suécia
NCG AB, Suécia
CONSULTEC Lda, Moçambique IMPACTO Lda, Moçambique
Universidade Católica de Moçambique Interconsult Zimbabwe (Pvt) Ltd, Zimbabwe
O Projecto Pungoé
O Desenvolvimento da Estratégia Conjunta para a Gestão Integrada dos Recursos Hídricos (GIRH) da Bacia do Rio Pungoé, mais conhecido por Projecto Pungoé, é um esforço de cooperação entre os Governos de Mocambique e Zimbabwe para criar um quadro de gestão equilibrada e sustentável e de desenvolvimento e conservação dos recursos hídricos na bacia do rio Pungoé, com o objectivo de aumentar os benefícios sociais e económicos para as populações que vivem ao longo da bacia. Um dos elementos chave para o desenvolvimento desta estratégia pelo Projecto está associado à capacitação institucional para a sua implementação e actualização, que permita facilitar uma efectiva gestão participativa envolvendo tanto as autoridades como os stakeholders. O rio Pungoé é um curso de água partilhado pelos dois países.
O Projecto Pungoé é financiado pela Agência Sueca para o Desenvolvimento Internacional (ASDI) através de um acordo com Zimbabwe e Moçambique. O Projecto está a ser implementado sob os auspícios do Departamento de Desenvolvimento de Águas (DWD), do Ministério dos Recursos Rurais, Desenvolvimento de Água e Irrigação (MRRWD&I) no Zimbabwe e da Direcção Nacional de Água (DNA) e do Ministério das Obras Publicas e Habitação em Mocambique, como representantes dos dois governos. As agências de implementação do projecto são o Zimbabwe National Water Authority (ZINWA) através do Save Catchment Manager’s Office (ZINWA Save) no Zimbabwe e a Administração Regional de Águas do Centro (ARA-Centro), em Moçambique.
O Projecto Pungoé teve o seu início em Fevereiro de 2002 e será implementado nas quatro fases seguintes:
Fase 0 – Fase Inicial
Fase 1 – Fase da Monografia
Fase 2 – Fase de Desenvolvimento de Cenários Fase 3 – Fase da Estratégia Conjunta para a GIRH
A Fase da Monografia
Durante a Fase da Monografia, o Consultor em conjunto com as Agências Implementadoras em Moçambique e Zimbabwe redobraram os seus esforços
para aumentarem o conhecimento de base necessário para o desenvolvimento dos recursos hídricos da bacia, através de vários estudos sectoriais. Estes estudos descrevem a situação actual da bacia no que se refere aos recursos hídricos, ambiente e poluição, procura de água, infra-estruturas e socio-economia.
Também se efectuaram actividades para avaliar e reforçar as capacidades legais e institucionais das agencias de implementação. Estas actividades estão ainda a decorrer no Projecto e incluem entre outras, o desenvolvimento, aquisição de tecnologia e treino no uso do GIS e a utilização de ferramentas de modelação hidrológica.
Divulgação de informação acerca do Projecto, bem como a realização de consultas com os grupos de Stakeholders da bacia de forma a aumentar o seu conhecimento do Projecto e facilitar a participação dos Stakeholders na GIRH da bacia do rio Pungoé.
Lista de Documentos
O Relatório da Monografia inclui os seguintes documentos:
Relatório Principal
Anexo I Estudo Sectorial: Recursos Hídricos Superficiais
Anexo II Estudo Sectorial: Redes Hidrometeorológicas
Anexo III Estudo Sectorial: Qualidade dos Dados Hidrológicos e
Modelação
Anexo IV Estudo Sectorial: Recursos Hídricos Subterrâneos
Anexo V Estudo Sectorial: Barragens e outras Obras Hidráulicas
Anexo VI Estudo Sectorial: Qualidade da Água e Transporte de
Sedimentos
Anexo VII Estudo Sectorial: Necessidades de Água para Abastecimento
e Saneamento
Anexo VIII Estudo Sectorial: Necessidades de Água para Irrigação e Floresta
Anexo IX Estudo Sectorial: Pesca
ÍNDICE
1 SUMÁRIO EXECUTIVO 1 2 INTRODUÇÃO 4 2.1 Introdução 5 2.2 Objectivos 5 2.3 Esquema do relatório 63 BREVE DESCRIÇÃO DA BACIA DO RIO PUNGOÉ 7
3.1 Área de estudo 8
3.2 Clima 8
3.3 Topografia 8
3.4 Uso da terra 9
3.5 Solos 9
4 DEFINIÇÃO DAS SUB-BACIAS DE DRENAGEM 10
4.1 Metodologia 11
4.2 Áreas de drenagem 11
5 DADOS HIDROMETEOROLÓGICOS DISPONÍVEIS 14
5.1 Dados de precipitação 15
5.2 Dados de escoamento 17
5.3 Dados de evaporação 18
5.4 Armazenamento de dados 19
6 ANÁLISE DA QUALIDADE DOS DADOS 20
6.1 Porquê a análise de qualidade dos dados? 21 6.2 Análise da qualidade dos dados de precipitação 22
6.2.1 Inventário das Estações 22
6.2.2 Gráficos de dupla massa 22
6.3 Análise da qualidade dos dados de escoamento 22 6.3.1 Escolha das estações principais 22 6.3.2 Inventário das Estações e Análise das Curvas de Vazão 24 6.3.3 Analise visual e estatística 24 6.3.4 Sumário da qualidade dos dados compilados 25
7 MODELAÇÃO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL 27
7.1 Porquê modelar? 28
7.2 Metodologia da modelação 28
7.3 Modelação do escoamento mensal da bacia do Pungoé 29 7.3.1 Breve introdução ao modelo PITMAN 29 7.3.2 Preenchimento de dados de precipitação em falta 30 7.3.3 Configurações do modelo PITMAN 30 7.3.4 Validação e calibração do modelo PITMAN 31 7.4 Modelo do escoamento diário da bacia do rio Pungoé 33 7.4.1 Breve introdução do modelo HBV 33
7.4.3 Validação e calibração do modelo HBV 34
8 CÁLCULO DAS ESTATÍSTICAS DOS RECURSOS HÍDRICOS
SUPERFICIAIS 36
8.1 Precipitação e evaporação potencial 37
8.2 Média do escoamento anual 37
8.3 Distribuição mensal do caudal 41
8.4 Curvas de duração 41
8.5 Cheias de projecto 46
9 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 48
9.1 Conclusões sobre a modelação da água superficial 49
9.2 A fiabilidade dos resultados 49
10 REFERÊNCIAS 53
APÊNDICE 1 Mapa geral da bacia do rio Pungoé APÊNDICE 2 Localização das estações de precipitação APÊNDICE 3 Localização das estações de evaporação APÊNDICE 4 Localização das estações de escoamento APÊNDICE 5 Divisão da bacia do rio Pungoé em sub-bacias APÊNDICE 6 Base de metadados para os dados
hidrometeoroló-gicos
APÊNDICE 7 Escoamentos simulados entre 1960 e 1980 na foz das sub-bacias
APÊNDICE 8 Mapa dos MAR e MAP para todas as sub-bacias APÊNDICE 9 Curvas de duração para todas as sub-bacias
APÊNDICE 10 Séries de escoamento simuladas no rio Pungoé para o período de 1954-2002
As águas superficiais são a fonte principal de água em Moçambique e no Zimbabwe. Por isso a avaliação dos recursos hídricos superficiais da bacia do rio Pungoé constitui um factor chave no estudo conjunto da bacia de Pungoé. Um correcto e sustentável uso e distribuição de água apenas é possível se soubermos que volume de água temos disponível e como se distribui no tempo e no espaço.
O objectivo principal do Estudo Sectorial dos Recursos Hídricos Superficiais, dentro do Estudo Conjunto da Bacia de Pungoé, é o cálculo de estimativas actualizadas das disponibilidades hídricas superficiais, bem como dos caudais de cheia na bacia do rio Pungoé e a apresentação destes resultados ás autoridades e aos stakeholders de uma forma estruturada e compreensível. O estudo inclui o inventário dos dados hidrometeorológicos e a análise da sua qualidade. Em geral, a qualidade dos dados das precipitações na bacia do rio Pungoé é boa. Os dados de escoamento mostraram uma grande variedade de qualidade, com a identificação de apenas três estacões com dados fiáveis (F14, E64 e E65), aliás todas localizadas na parte alta da bacia.
O estudo sectorial dos recursos hídricos superficiais também inclui uma avaliação actualizada das áreas de drenagem da bacia do rio Pungoé e dos seus principais afluentes. Esta actualização foi efectuada por meio de GIS e revela que 4.7% das áreas de drenagem do rio Pungoé pertencem ao território de Zimbabwe, enquanto o resto da área situa-se em território de Moçambique.
Para calcular as séries de escoamento em todos os lugares de interesse no rio Pungoé, aplicaram-se dois modelos hidrológicos, Pitman e HBV. As séries obtidas permitem avaliar as diferentes opções de desenvolvimento, independente da sua variabilidade climática temporal.
Com base nos anos hidrológicos 1960-80, os resultados da modelação mostraram que:
• Embora o Zimbabwe tenha uma área de bacia relativamente pequena, o pais gera cerca de 28% do escoamento total da bacia do rio Pungoé (Tabela 1). O escoamento total anual e em regime natural na bacia do Pungoé é em média de 4200 M m3 por ano. A maioria do escoamento
ocorre durante a época de chuvas entre Novembro e Abril, enquanto que o mês mais seco é normalmente o mês de Outubro.
Tabela 1 Distribuição da disponibilidade da água em Moçambique e Zimbabwe na bacia do rio Pungoé com base nos anos hidrológicos 1960-80. Estima-se que os recursos hídricos disponíveis a longo prazo sejam 5-15% inferiores aos valores dados na Tabela. Localização Área (km2) MAR Natural (M m3/ano) MAR Natural (mm/ano) Percentagem do total Zimbabwe 1463 1191 814 28% Moçambique 29687 3004 101 72% Total 31150 4195 135 -
Uma simulação de modelo com informação limitada de precipitação baseada nos anos hidrológicos 1954-2002 mostrou que durante a seca extrema de 1991-92 o mais baixo escoamento mensal foi estimado em apenas 4.4 M m3/mês na fronteira. O valor correspondente para a tomada de água da Beira
foi de 9.4 M m3/mês.
Uma análise climática dos valores obtidos para a água superficial disponível indicou que os valores obtidos são razoáveis. Para verificar a fiabilidade das estimativas dos recursos hídricos superficiais calculadas, compararam-se as estatísticas dos valores obtidos, com as estatísticas de séries com longos registos de precipitação, como são os casos de Nyangani, Luleche e Chimoio, assim como por comparação com o escoamento natural simulado para o período mais longo de 1954-2002. A conclusão é que as estimativas da média anual do escoamento e da precipitação para as diferentes sub-bacias do rio Pungoé podem ser consideradas fiáveis e de boa qualidade para o período de Outubro de 1960 a Setembro de 1981. No entanto, dado que o cálculo para um período de apenas 21 anos poderá incluir períodos de precipitações mais significativas do que um período mais longo, a média anual de escoamento (MAR) que se obtém poderá estar sobrestimada (5-15%) comparada com o valor real a longo termo.
Os caudais de cheia baseados nos anos hidrológicos de 1960-80 são de menor confiança dado o tempo relativamente curto do período de cálculo. Deverá considerar-se nas futuras opções de desenvolvimento que as estimativas dos caudais baixos estão provavelmente sobrestimadas.
2.1 Introdução
As águas superficiais são a origem principal de água em Moçambique e no Zimbabwe. Para assegurar o fornecimento de água para os actuais e futuros utilizadores, bem como para manter a sua boa qualidade torna-se essencial para os engenheiros, especialistas ambientais e peritos legais, bem como os para os decisores, o conhecimento de todos os dados básicos sobre os caudais nos rios.
Por isso a avaliação dos recursos hídricos superficiais da bacia do rio Pungoé constitui um factor chave no estudo conjunto da bacia de Pungoé. Só sabendo o volume de água disponível e a sua variação no tempo e no espaço será possível ter o uso e repartição da água na bacia do Pungoé de uma forma ordenada e sustentável.
Sendo uma bacia internacional, o rio Pungoé é a fonte principal do abastecimento de água para a cidade de Beira em Moçambique, e contribui, desde uns anos atrás, também para o abastecimento de água da cidade de Mutare em Zimbabwe, bem como para irrigação de uma vasta área de plantação de açúcar em Mafambisse.
A parte inferior do rio Pungoé sofre problemas de intrusão de água salgada durante caudais baixos, ameaçando a captação de água para o abastecimento de água da cidade de Beira e para Mafambisse Sugar Estate. As partes superiores do rio são muito afectadas pelas actividades mineiras de ouro, no rio Nyamkwarara causando uma acentuado degradação da qualidade da água. O seu maior afluente, Urema, é vital para o Parque Nacional de Gorongosa dado a que fornece águas ás zonas pantanosas do parque, habitats para a fauna e a flora.
2.2 Objectivos
O objectivo principal do Estudo Sectorial dos Recursos Hídricos Superficiais, dentro do Estudo Conjunto da Bacia do Pungoé, é o de calcular estimativas actualizadas dos recursos hídricos superficiais e estatísticas das cheias na bacia do rio Pungoé e apresentar os resultados às autoridades e aos stakeholders de uma forma estruturada e compreensível.
O objectivo deste relatório é de apresentar informação sobre as águas superficiais na bacia do rio Pungoé afim de que a mesma possa ser utilizada pelas autoridades da água e os stakeholders em Moçambique e no Zimbabwe. O relatório inclui informação sobre a disponibilidade de dados hidrometeorológicos, a qualidade dos dados, as áreas de drenagem, dados e estatísticas do escoamento do rio para os afluentes mais importantes, bem como para lugares de interesse na bacia do rio Pungoé.
2.3 Esquema do relatório
O enfoque principal do relatório é a apresentação de resultados do estudo sectorial dos recursos hídricos superficiais da bacia do rio Pungoé. Por isso, deu-se ênfase à apresentação de todos os resultados das características do escoamento superficial que são de interesse para a engenharia e desenvolvimento dos recursos hídricos na bacia hidrográfica.
A metodologia detalhada e os dados usados para calcular as estatísticas dos escoamentos são apresentados na Anexo III sobre Qualidade dos Dados Hidrológicos e Modelação. Para permitir no entanto uma compreensão geral sobre a fonte e a fiabilidade dos resultados apresentados, os métodos e os dados são brevemente descritos neste anexo. Isto significa que algumas partes estão repetidas nos Anexos I e III.
3.1 Área de estudo
O rio Pungoé tem a sua nascente nas terras altas do Leste de Zimbabwe, fluí para este através das províncias moçambicanas de Manica e Sofala e desagua no Oceano Indico na Beira drenando uma área total de 31 150 km2
(veja Apêndice 1). Esta área está situada entre as latitudes de 18S e 20S e as longitudes de 33E e 35E.
3.2 Clima
A bacia do rio Pungoé estende-se através de dois tipos de clima. Ao oeste, onde as montanhas altas formam fronteira entre Zimbabwe e Moçambique, o clima é húmido de montanha. Nesta região a média anual de precipitação pode ser superior a 2000 mm e a temperatura é consideravelmente inferior em comparação com a área circundante não montanhosa.
Existe um declive acentuado em direcção a este, e só a 10 km das montanhas, a média anual da precipitação diminui para aproximadamente 1 000 mm ou menos. As precipitações nas montanhas ocorrem em todos os meses do ano com maior intensificação nos períodos de Novembro a Abril, enquanto que a área a este das montanhas tem as precipitações concentradas no período de calor de Novembro – Março/Abril e quase nenhuma precipitação ocorre de Maio a Outubro. Na região mais a Este, perto da Beira o clima é classificado de tropical e húmido com uma variação de temperatura de 22 o em Julho a 29 o em Janeiro. A média das precipitações
varia de 295 mm em Janeiro a 5 mm em Julho.
Os valores da precipitação variam muito de ano para ano e durante um ano muito seco as precipitações quase que não dão picos de escoamento nos rios devido à alta temperatura e à alta evaporação.
3.3 Topografia
A parte de montante do rio Pungoé, na área das cataratas de Pungoé em Zimbabwe, tem uma altitude de aproximadamente 1 500 m (acima do nível do mar), com altos picos até 2 500 m. A Este das montanhas o rio fluí através de um planalto com uma altura de 1 000 – 300 m até chegar a confluência do rio Vunduzi. Desde aqui e para jusante a altura do planalto cai rapidamente para uma altura de menos de 100 m. O estuário de Pungoé, que é a sub-bacia localizada mais a este, está situada a poucos metros acima do nível do mar, o que causa a intrusão da água do mar durante as preia-mares vivas do Oceano Indico. Estas áreas são inundadas frequentemente durante a estacão
3.4 Uso da terra
A bacia do rio Pungoé tem um alto potencial agrícola, actualmente há muito pouca terra arável em uso e a floresta, classificada de folha caduca ou semi-caduca floresta de miombo é pouco densa. A fonte de água contínua nos rios que drenam das montanhas proporciona boas possibilidades para a irrigação se as necessárias infra-estruturas forem criadas. A vegetação que se situa na parte baixa da bacia é classificada de savana ou pradaria. O Parque Nacional de Gorongosa, um dos maiores parques nacionais do Sul de África, está situado dentro da parte nordeste da bacia do Pungoé.
3.5 Solos
As áreas a oeste da bacia consistem de argila vermelha de considerável profundidade. Nas áreas montanhosas o solo é menos profundo, podendo atingir maiores profundidades nos vales. O solo da região inferior do planalto é mais variado podendo ser classificado de argiloso – solo fluvial arenoso e escuro, solo fluvial fértil ou solo de pouca profundidade sem potencial para a agricultura.
4.1 Metodologia
A bacia do rio Pungoé foi dividida em 12 sub-bacias principais (ver Apêndice 5). Esta subdivisão foi feita para poder obter bacias de extensão similar e cobrir os maiores afluentes. As localizações das estações hidrométricas foram também escolhidas afim de permitir com recolha de novos dados a confirmação das estatísticas de águas superficiais.
Para poder obter a descrição da distribuição espacial dos recursos hídricos da bacia fez-se a subdivisão da bacia do rio Pungoé. Para cada uma destas sub-bacias foram calculados o escoamento local, a precipitação e o escoamento total na foz. Estas sub-bacias serão base para uma estimativa qualitativa do potencial de águas subterrâneas (veja Anexo IV).
As sub-bacias foram digitalizadas, a partir dos mapas à escala de 1:50 000, importadas para as ferramentas GIS, que estão em desenvolvimento e transferidas para o ARA-Centro e ZINWA Save. Por isso será possível apresentar toda a informação espacial calculada para as sub-bacias no formato GIS.
4.2 Áreas
de
drenagem
O cálculo das áreas das 12 sub-bacias obteve-se com o auxílio do GIS. A Tabela 2 apresenta as áreas de cada sub-bacia (veja o Apêndice 4 para obter a localização das sub-bacias).
De acordo com as novas estimativas a bacia do rio Pungoé tem uma área total de 31 150 km2. A parte Zimbabweana da bacia é de 1 460.7 km2 (4.7%)
e a parte moçambicana é de 29 689.8 km2 (95.3%)
É no entanto de salientar, que é extremamente difícil a identificação da divisão geográfica da bacia nas partes baixas do rio, onde as diferenças de altitude são muito pequenas. Tendo em conta este factor, o valor das áreas das sub- bacias de jusante terá algum grau de incerteza.
Uma estimativa anterior da área da bacia (Consultec 1998) mostra valores similares da área da bacia do rio Pungoé (31 070 km2), bem como um valor
de 95% na área que se situa em território Moçambicano.
Como se pode ver no Apêndice 5, os limites das sub-bacias não coincidem exactamente com a fronteira entre Zimbabwe e Moçambique. A soma das áreas de drenagem do Pungoé Zimbabwe e da sub-bacia do Honde no valor de 1 463 km2 não é por isso exactamente igual à área da bacia no Zimbabwe
Todos os valores calculados do escoamento são baseados nas áreas das sub-bacias. Por isso, os escoamentos calculados nos pontos onde os rios Pungoé, Honde e Nyamkwarara atravessam a fronteira, incluem uma pequena parte da água gerada em território moçambicano. No entanto, como a diferença entre as áreas das sub-bacias no Zimbabwe e área total da bacia no Zimbabwe é apenas de 0.01% da área total da bacia do Pungoé, pode-se concluir que as sub-bacias do Pungoé Zimbabwe e do Honde na fronteira representam o escoamento gerado em território Zimbabweano.
A Tabela 4 apresenta as áreas de drenagem das principais estações hidrométricas.
Tabela 2 Área de drenagem das maiores sub-bacias da bacia do rio Pungoé
Nome da Sub-bacia Área
(km2)
Área total na foz (km2)
Secção da sub-bacia
Pungoé Zimbabwe 687 687 Rio Pungoé na fronteira
Honde 1245 1245 Rio Honde a montante da
confluência com o rio Pungoé
Alto Pungoé 1360 3292 Rio Pungoé a montante da
confluência com o rio Nhazónia
Nhazónia 2846 2846 Rio Nhazónia a montante da
confluência com o rio Pungoé
Alto e Médio Pungoé 2400 8538 Rio Pungoé a montante da
confluência com o rio Txatora
Baixo e Médio Pungoé 2990 11528 Rio Pungoé a montante da
confluência com o rio Gorongosa
Vunduzi 3439 3439 Rio Gorongosa a montante da
confluência com o rio Pungoé
Nhandugue 2830 2830 Rio Nhandugue na fronteira do
Parque Nacional de Gorongosa
Urema 5572 8402 Rio Urema a montante da
confluência com o rio Pungoé
Baixo Pungoé 3512 26881 Rio Pungoé a montante da
confluência com o rio Muda
Muda 1336 1336 Rio Muda a montante da
confluência com o rio Pungoé
Tabela 3 Áreas de drenagem a montante da fronteira entre Moçambique e Zimbabwe.
Local Área (km2) Percentagem da bacia
em relação à bacia do Pungoé
Rio Pungoé na fronteira 687 2.2%
Rio Honde na fronteira 528 1.7%
Rio Nyamkwarara na fronteira* 248 0.8%
Área total da bacia a montante da fronteira
1463 4.7%
*Nota: Uma parte pequena das partes superiores do rio Nyamkwarara localiza-se em Moçambique antes da entrada do rio em Zimbabwe (Aproximadamente 25 km2 ) e por isso a área total em Zimbabwe é
um pouco menor a área apresentada na tabela.
Tabela 4 Áreas de drenagem a montante das estações hidrométricas na bacia do rio Pungoé (fonte: DNA e ZINWA).
Estacão de Escoamento Área (km2)
F14 Cataratas de Pungoé 86
F22 Katiyo (Rio Pungoé fronteira de U/S) 641
E64 Rio Pungoé fronteira de D/S 687
E73 Rio Honde 1100
E65 Ponte de Pungoé em EN 102 3100
E70 Nhazónia em EN 102 200
E72 Nhazónia 2700
E401 Rio Pungoé 10370
E80 Rio Vunduzi 3365
E66 Bué Maria 15046
E81 Rio Urema 8060
E74 Metuchira em EN 6 151
E76 Metuchira 798
5.1 Dados de precipitação
Os dados de precipitação fornecem informação muito importante para a avaliação da hidrologia das águas superficiais, dado que os dados de escoamento são difíceis de obter e raros. As precipitações são os dados de entrada mais importantes dos modelos hidrológicos os quais são usados para poder calcular o escoamento em pontos onde não existem dados de escoamento. Por esse facto foi feito um grande esforço para a compilação do máximo de dados de precipitação possíveis.
Para a avaliação actual dos recursos hídricos da bacia do rio Pungoé dois modelos hidrológicos diferentes foram usados, o modelo HBV que requer dados de precipitação diária e o modelo Pitman que usa dados mensais, portanto, dados diários e mensais foram identificados e compilados.
Em Moçambique o fornecedor principal de dados sobre precipitações foi o DNA, contudo dados para estações seleccionadas foram também fornecidos pelo INAM (Instituto Nacional de Meteorologia). Todos os dados obtidos no Zimbabwe foram fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia de Zimbabwe. O principal fornecedor de dados foi no entanto ZINWA dado a que a maioria dos dados do rio Pungoé já tinham sido compilados e digitalizados num projecto financiado pela ASDI e GAMZ, entre os anos 1997 e 2000, e dirigido por DWD/ZINWA (GAMZ 2000).
Um total de 95 estações com dados disponíveis sobre a precipitação foi identificado:
• 77 estações em Moçambique • 18 estações em Zimbabwe
Varias destas estações têm no entanto dados em poucos anos e outras estações têm dados com muitas falhas. Nem todas as estações tem dados diários disponíveis.
O Apêndice 2 mostra a localização das estações, onde os dados de precipitação foram recolhidos. O Apêndice 6 apresenta informação detalhada sobre dados já compilados.
Tendo 95 estações udométricas, obtém-se uma densidade média de estações de aproximadamente 3 estações por cada 1 000 km2. As estações estão, no
entanto muito concentradas, junto das grandes infra-estruturas, tais como estradas principais e cidades e por essa causa os dados de precipitação estão distribuídos irregularmente. As áreas que não foram cobertas por estações são principalmente as partes centrais e as partes do nordeste da bacia do rio (ver Apêndice 2).
O problema principal com os registos de precipitação é no entanto a cobertura temporal, como se pode ver na Figura 1 e no Apêndice 6. Durante a época colonial havia muitas estações em operação com períodos curtos ou longos. A maioria dos observadores eram agricultores que depois da independência abandonaram o país. Durante a guerra civil, de 1981 a 1992, a maioria das estações foram abandonadas e somente as estações INAM em Chimoio e Beira contêm registos mais ou menos contínuos.
Esta dimensão de interrupção das observações das precipitações nunca ocorreu na parte da bacia do Pungoé situada em Zimbabwe. Os dados de algumas estações estão disponíveis para a maior parte dos últimos 50 anos. Desde o estabelecimento do ARA-Centro algumas estações foram reinstaladas no centro de Moçambique. No período de entre 1999 e 2002, 9 estações foram colocadas em serviço, dentro de ou perto da bacia do rio Pungoé (veja o Anexo II):
• P 96 Dondo • P 1272 Metuchira • P 93 Vila Manica • P 375 Pungoé Sul • P 1273 Nhazonia • P 862 Catandica • P 502 Macossa • P 373 Chitengo • P 812 Gorongosa
Estas estações são essenciais para a futura revisão dos recursos hídricos na bacia do rio Pungoé e para poderem controlar as mudanças de clima. As estações são um pré requisito para o uso de modelos hidrológicos na prevenção e aviso de cheias.
5.2 Dados de escoamento
Os dados obtidos de caudal são essenciais para a gestão de todos os recursos hídricos superficiais. Estes dados são a base para as estimativas da média anual de escoamento (MAR), e para a avaliação da magnitude e probabilidade dos caudais altos e baixos. O valor do escoamento é necessário para a calibração e a validação dos modelos hidrológicos os quais podem ser usados para prolongar as séries de dados e melhorar a base usada na estimativa dos recursos hídricos.
De acordo com os registos da DNA, existe um total de 33 estações hidrométricas na bacia do Pungoé em Moçambique, para as quais foi dado um número de referência, no entanto, não se tem a certeza, dado a falta de detalhes, se algumas das estações foram completamente instaladas ou não. Em Zimbabwe existem 4 estações hidrométricas na bacia do rio Pungoé. Todos os dados disponíveis sobre escoamento fornecidos pela DNA e ZINWA foram compilados para a bacia do rio Pungoé. Um total de 22 estações com dados disponíveis em Moçambique e de 4 estações em Zimbabwe (veja Apêndice 4 e 6).
A maioria dos registos sobre o caudal, em Moçambique, foram registados durante os períodos de entre 1960 e 1980 (Figura 2) muito poucas estações
operacionais actualmente, em termos de haver um observador e o registo do nível das águas ser efectuado mais ou menos regularmente (veja Anexo II).
Figura 2 Cobertura temporal dos dados históricos das precipitações mensais.
5.3 Dados de evaporação
Os dados sobre a evaporação são usados para se poder obter uma estimativa da perda de água de uma barragem ou de uma bacia. O modelo hidrológico requer normalmente uma média mensal da evaporação potencial. Obtiveram-se dados de evaporação para nove estações, três no Zimbabwe e seis em Moçambique (Tabela 5). A posição geográfica das estações está ilustrada no Apêndice 3.
Excepto para a Estação Experimental de Nyanga a fonte destes dados foram as médias mensais de bibliografia anterior, i.e., não estavam disponíveis dados brutos. Os registos mensais de Nyanga cobrem o período de 1962 a 2001. De acordo com os relatórios, todos os dados resultam de observações diárias com tina de classe A.
Tabela 5 Lista de estações com dados disponíveis de evaporação tina (ver Apêndice 4 para dados de médias mensais)
Nome da Estação Fonte
Estação Experimental de Nyanga Dados diários, Inst. Met., Zimbabwe
Erin Hydro Média mensal (GAMZ, 2000)
Katiyo Tea Estate Média mensal (GAMZ, 2000)
Pungoé Fronteira Média mensal (Lázaro, 1997)
Chimoio Média mensal (INAM Moçambique)
Bué Maria Média mensal (Lázaro, 1997)
Urema Média mensal (Lázaro, 1997)
Chitengo Média mensal (Lázaro, 1997)
Aeroporto da Beira Média mensal (INAM Moçambique)
5.4 Armazenamento de dados
Todos os dados disponíveis que foram compilados e digitalizados foram também transferidos para um único formato e estão a ser preparados para ser importados à base de dados que será ligada ao GIS a ser implementado nos escritórios na Beira e em Mutare.
Todos os dados existentes na actualidade sobre a bacia do rio Pungoé serão no futuro facilmente disponíveis para a ARA-Centro e ZINWA.
6.1 Porquê a análise de qualidade dos dados?
Dada a existência de erros que podem afectar as estimativas dos recursos superficiais, por exemplo do escoamento anual médio, terá de se efectuar o controle da qualidade dos registos históricos do escoamento e da precipitação. Os erros que ocorrem com maior frequência são:
Gerais:
• Erros ao digitalizar os dados;
• Dados obtidos por interpolação mas descritos como dados observados; • Dados inventados pelo observador;
• Erros de conversão entre diferentes bases de dados. Dados sobre a precipitação:
• Estação afectada por mudança no meio envolvente, por exemplo a construção de estruturas novas ou árvores.;
• A transferência de uma estação para um outro local por razões administrativas, mas os dados continuam a ser referidos ao mesmo código de estação.
Dados sobre o escoamento:
• Erros no calculo do escoamento a partir dos nível de água;
• Maus dados devido às fracas condições hidráulicas do sitio da estação, no qual resulta uma relação ambígua entre o nível das águas e o escoamento no rio;
• Estação afectada pela mudança do meio envolvente, por exemplo vegetação ou assoreamento.
Para poder identificar estes erros há uma variedade de métodos diferentes, por exemplo uma inspecção visual aos gráficos, uma comparação da média dos valores das estações. que estão mais perto ou uma analise das estatísticas.
A análise da qualidade dos dados históricos para a bacia do rio Pungoé foi conduzida em conjunto com as tarefas da Hidrologia da Água Superficial e das Redes Hidrometeorológicas. Foi feito um inventário das redes das estações de escoamento e de precipitação na bacia do rio Pungoé que se apresenta no Anexo II. Os resultados detalhados da análise de qualidade são apresentados no Anexo III sobre Qualidade dos Dados Hidrológicos e Modelação. Apresenta-se de seguida um resumo da análise da qualidade.
6.2 Análise da qualidade dos dados de precipitação
6.2.1 Inventário das EstaçõesO inventário das estações (Anexo II) tem o seu foco nas estações activas, não sendo feita qualquer análise à qualidade dos dados históricos. Todas as 9 novas estações de precipitação em Moçambique estavam geralmente em bom estado de manutenção.
No Zimbabwe todas as estações de precipitações operacionais estão, de forma similar ás de Moçambique, em boas condições. Um exame dos dados históricos fornecidos pelos serviços meteorológicos mostra no entanto inconsistências. Estas inconsistências devem-se principalmente a erros de digitalização dos dados diários de precipitação.
6.2.2 Gráficos de dupla massa
Para poder obter uma estimativa da média das precipitações a longo termo, bem como da disponibilidade de recursos hídricos, é importante que os dados de entrada das precipitações sejam homogéneos. O que quer dizer que não pode haver mudanças na precipitação registada, provocada por modificações nas condições locais do sitio de medição.
Para poder controlar a qualidade e a homogeneidade das estações de precipitações pode usar-se análises ou gráficos de dupla massa. O método de análise ou gráfico de dupla massa baseia-se no gráfico da precipitação acumulada da estação versus a média acumulada da precipitação das estações que a rodeiam. As não-homogeneidades vêem-se como anomalias no gráfico e são um aviso que as modificações não são devido a alterações naturais do clima.
O Anexo III apresenta todos os gráficos de dupla massa para a bacia do Pungoé, fazendo também um juizo sobre a qualidade do registo de cada estação udométrica. Mesmo tendo em conta com que algumas estações mostraram irregularidades a análise da massa dupla indicou que a qualidade dos dados de precipitação históricos existentes da bacia do rio Pungoé é geralmente boa.
6.3 Análise
da
qualidade
dos dados de escoamento
resultados do modelo dado a que os parâmetros do modelo são adaptados para se ajustar o escoamento simulado ao escoamento observado do rio. Um total de 40 estações de escoamento está disponível na bacia do rio Pungoé (ver Apêndices 4 e 6). Muitas destas têm, no entanto, registos que cobrem uma área muito pequena ou registos poucos extensos, por isso para se poder obter uma avaliação geral dos recursos superficiais na grande bacia do rio Pungoé é necessário escolher um número significativo de estações principais.
As estações seguintes foram escolhidas, tendo em conta a localização e a extensão dos seus registos:
• F14 Cataratas de Pungoé
• F22 Katiyo a montante da fronteira
• E64 Pungoé Fronteira a jusante da fronteira • E73 Rio Honde
• E65 Ponte do rio Pungoé na estrada Tete • E72 Nhazónia
• E401 Rio Pungoé • E80 Rio Vunduzi • E66 Bué Maria • E81 Rio Urema • E76 Metuchira
• E67 Ponte sobre o rio Pungoé, próximo da captação de água da Beira Os dados destas estações foram cuidadosamente estudados tendo em conta a qualidade dos dados através de:
• Uma visão geral da qualidade dos dados, através das visitas às estações (veja Anexo II);
• A análise das medições de caudal efectuadas nas estações, para poder verificar a qualidade das curvas de vazão usadas para converter os níveis de água em escoamento (veja Anexo III);
• Uma comparação dos dados de escoamento obtidos por diferentes fontes;
• Inspecções visuais aos registos de escoamento, por exemplo para comparação com estações próximas a montante e a jusante
• Correlação com os registos de precipitação.
Estes estudos foram feitos para escolher quais os dados e os anos, que se usariam nos modelos hidrológicos a aplicar para calcular as características do escoamento a longo termo. Os registos menos fiáveis, baseados na análise da qualidade, foram retirados e não foram usados nos procedimentos de validação.
6.3.2 Inventário das Estações e Análise das Curvas de Vazão
Uma equipa constituída por membros de CONSULTEC, SWECO e ARA-Centro visitaram um total de 18 estações hidrométricas entre Outubro e Novembro de 2002 (veja Anexo II). No Anexo III faz-se uma análise detalhada das curvas de vazão usadas para cada estação principal. As conclusões do inventário das estações e da análise das curvas de vazão, no que respeito às estações principais, foram:
• As estações E76, situada em Metuchira, e E67, a montante da captação de Abastecimento de Água da Beira, são de má qualidade e como consequência o nível das águas observado não se poderá converter em caudal. A estação E75, situada na parte a montante de Metuchira, sofre do mesmo problema.
• As estações E401 e E80, situadas em Vunduzi, têm muito poucas medições de caudal, o que impede a existência de uma boa curva de vazão, ou seja tem uma relação muito incerta entre o nível das águas e o caudal.
• As estações E73, situada em Honde, e E66, situada em Bué Maria têm secções transversais instáveis devido a problemas de assoreamento, por isso é necessário efectuar medições de caudais todos os anos para poder actualizar as curvas de vazão. As medições de caudal efectuavam-se de uma forma regular todos os anos até ao meio dos anos 70. No entanto, uma secção instável introduz sempre alguma incerteza no escoamento observado.
• As estações E72 Nhazonia e E81 Urema têm secções relativamente estáveis e por isso curvas de vazão bastante fiáveis.
• As estações F22 e E64 na fronteira e E65 na estrada de Tete parecem ter secções transversais estáveis e curvas de vazão fiáveis.
• A estação F14 é baseada num açude de soleira delgada em V. A qualidade dos dados até o nível de maior altura da crista é provavelmente muito boa.
6.3.3 Analise visual e estatística
As inspecções visuais foram feitas para os dados de escoamento nas estações seleccionadas na bacia do rio Pungoé.
O resultado mostrou que fontes diferentes (os relatórios da COBA e o ficheiro de dados da DNA) forneciam dados de escoamento desiguais da mesma estação e mesmo mês, tendo sido encontradas diferenças de 50% nos
Uma comparação das estações adjacentes no rio Pungoé (E64, E65, E401 e E66) mostrou que existem mais inconsistências nos registos de escoamento. Isto pode dever-se a um mau funcionamento temporário ou a erros na gravação dos dados. A qualidade dos dados pode também diferir de ano para ano devido a condições instáveis do leito. Mesmo se curves de vazão diversas forem usadas para diferentes períodos, as curvas de vazão podem descrever melhor ou pior a relação entre nível e caudal dependendo do número de medições de caudal.
6.3.4 Sumário da qualidade dos dados compilados
A qualidade geral dos dados das estações principais da bacia do rio Pungoé, de acordo com os resultados do relatório do inventário das estações, da análise das curvas de vazão e nas inspecções visuais dos registos de escoamento, é julgada como a seguinte:
• A estação F14 está situada dentro da sub-bacia do Zimbabwe no Pungoé. Esta estação consiste numa pequena barragem e a curva de vazão da estação é muito boa e por isso julga-se que a qualidade dos dados em geral também é muito fiável. Uma cheia com um pico extremamente alto no meio dos anos 70 é no entanto questionável;
• A estação F22 Katiyo está situada imediatamente a montante da fronteira de Zimbabwe e Moçambique. Esta estação é relativamente nova (de 1997) e por isso relativamente tem poucas medições de caudais, tem no entanto uma secção transversal muito estável e as poucas medições, que foram feitas mostram uma boa relação entre o nível de água e o caudal. Tendo em conta todos esses factores considera-se que os dados da estacão F22 são bastante fiáveis;
• A estação E64 está situada perto da fronteira de Zimbabwe com Moçambique e por essa causa coincide com a desembocadura da sub-bacia do Pungoé no Zimbabwe. Os registos são razoavelmente extensos, de Novembro de 1956 a Março de 1973, com muito poucas faltas e a secção transversal parece-nos estável. Encontraram-se algumas inconsistências nas inspecções visuais mas considera-se que os dados são fiáveis;
• A estação E73 está situada na sub-bacia de Honde. Os registos de escoamento começam em Out-56 e acabam em Nov-76. A secção transversal é instável e os dados são considerados incertos;
• A estação E65 está situada na sub-bacia do Alto Pungoé. Esta estação ainda está activa e a secção transversal é estável. A série de dados é extensa e começa em Janeiro-54, mas tem no entanto uma falta de dados de 10 anos de Abril-83 até Abril-93. Encontraram-se algumas
• A estação E72 está situada perto da foz da sub-bacia de Nhazonia. A série de dados começa em Novembro-56 e acaba em Agosto-73. A secção transversal é bastante estável mas a correlação com os registos das precipitações e da estação a montante (estação E70) mostram algumas heterogeneidades nos registos. Consideram-se os dados como bastante fiáveis.
• A estação E401 está situada a montante da barragem de Bué Maria. O registo de dados é pouco extenso (Outubro-70 a Setembro-77). A análise e a inspecção visual das medições de caudais mostram que os dados desta estação são incertos;
• A estação E80 está situada perto da foz da sub-bacia de Vunduzi. O registo de dados começa em 1964 e acaba em 1981 com poucas falhas. A qualidade dos dados é no entanto muito incerta. A secção transversal é instável e os dados estão muito dispersos por isso chegou-se à conclusão que os dados não são fiáveis;
• A estação E66 está situada na parte baixa da sub-bacia do Pungoé no local proposto para a barragem de Bué Maria. Esta estação foi activada em 1953 e fechada em 1996. Houve uma interrupção nas medições entre Novembro de 1981 e Julho de 1993. A secção transversal é instável e as medidas de descarga mostram níveis de dispersão altos, muitas medições de caudal foram efectuadas até meados dos anos 70. Os dados são julgados como bastante fiáveis para caudais baixos e médios, ao passo que os dos caudais altos são incertos;
• A estação E81 está situada na sub-bacia de Urema, no Parque Nacional de Gorongosa. Esta estação foi activada em 1953 e fechada em 1981. Houve muitas falhas na série de dados. A secção transversal é instável depois de 1973 e mostra heterogeneidades nos registos. Os dados são bastante fiáveis para caudais baixos e médios até 1973, enquanto que os dados dos caudais altos são incertos;
• A estação E76 está situada no rio Metuchira não muito longe da confluência com o rio Pungoé. A avaliação da estação permite concluir que é uma estação má. Uma inspecção visual dos registos mostrou que a qualidade dos dados de escoamento é muito fraca, por isso julga-se que os dados desta estação não são fiáveis;
• A estação E67 é a ultima estação situada na foz da parte baixa da sub-bacia do Pungoé e está localizada a montante da confluência do rio
7.1 Porquê
modelar?
Uma primeira pergunta que se pode colocar, é porque se precisa de aplicar modelos hidrológicos no rio Pungoé?
A modelação hidrológica ou modelação da precipitação-escoamento é o procedimento onde o escoamento é calculado com ajuda da precipitação observada e de dados fisiográficos da bacia. O benefício deste sistema é que os registos históricos da precipitação, são em geral, mais extensos que os registos do caudal correspondentes, permitindo assim calcular séries de caudal muito extensas as quais são usadas, por exemplo, para obter estimativas fiáveis dos recursos hídricos a longo termo em bacias ou obter estimativas fiáveis da cheia de projecto para um local escolhido para a construção duma barragem.
A necessidade de obter características de séries de caudal extensas é essencial em áreas onde o clima mostra ciclos distintos visto que registos curtos poderão dar resultados parciais. Na África Austral o clima tem ciclos de duração entre 7 e 15 anos, como se pode observar nos registos das precipitações e de escoamento.
Para poder permitir uma comparação objectiva dos recursos hídricos em diferentes partes da bacia do rio Pungoé há uma necessidade de obter séries longas de escoamento. As séries concordantes fazem que a avaliação de opções diferentes de desenvolvimento sejam independentes da variabilidade temporal e climática.
O Anexo III sobre Qualidade dos Dados Hidrológicos e Modelação descreve detalhadamente a informação sobre os dados de entrada, configurações dos modelos e verificação. Apresenta-se seguidamente um resumo.
7.2 Metodologia da modelação
Dois modelos hidrológicos diferentes foram escolhidos para calcular séries longas de escoamento na bacia do rio Pungoé, os modelos HBV e PITMAN. O modelo HBV foi usado com sucesso nas partes altas do rio Pungoé durante o projecto de GAMZ em Zimbabwe de 1997 a 2000 (GAMZ 2000). Visto que os resultados obtidos e as experiências do projecto GAMZ foram benéficos, decidiu-se utilizar também o modelo HBV neste Projecto.
mensal e é o modelo usado na avaliação dos recursos hídricos superficiais na África do Sul.
Os modelos HBV e PITMAN tem, graças a respectivas estruturas, o seu foco em aplicações diferentes e foram aplicados de forma seguinte:
• O modelo HBV foi configurado para as partes superiores do rio Pungoé até à secção de Bué Maria. A modelação caudal diário do rio das partes centrais e superiores do Pungoé possibilitou a análise detalhada dos valores das cheias de projecto para futuras barragens e poderá servir de base como dados de entrada para futuras ferramentas de previsão de cheias a aplicar no Baixo Pungoé;
• O modelo PITMAN foi configurado para o todo o rio Pungoé e para os principais afluentes até ao estuário perto de Beira. As séries de caudal mensais simuladas forneceram estatísticas sobre os recursos hídricos da bacia do Pungoé e poderá fornecer dados de entrada para futuras análises do sistema de uso dos recursos hídricos.
A modelação do escoamento superficial na bacia do rio Pungoé tem o seu foco na obtenção dos objectivos específicos do Estudo Sectorial dos Recursos Hídricos Superficiais, designadamente:
1) Poder calcular séries de escoamento extensas e em regime natural para as principais sub-bacias do rio Pungoé em Moçambique e no Zimbabwe. 2) Poder calcular o escoamento total natural do rio Pungoé na fronteira de
Moçambique-Zimbabwe e na foz do rio no Oceano Indico.
3) Poder as características estatísticas do caudal, tais como a média anual, curvas de duração e frequência das cheias em pontos de interesse da bacia do rio Pungoé.
A modelação hidrológica foi identificada como uma das capacidades que se precisa de construir no ARA-Centro e no ZINWA para a futura gestão das águas do rio Pungoé, por isso um curso de formação em modelação e de uso do software da modelação foi iniciado e continuará durante o todo o ano de 2004.
7.3 Modelação do escoamento mensal da bacia do Pungoé
7.3.1 Breve introdução ao modelo PITMANO modelo PITMAN é um modelo matemático que simula o movimento da água através de um sistema de sub-bacias interligadas, troços de rios, albufeiras e áreas de irrigação. É um modelo de relação escoamento – precipitação com uma base mensal. Foi desenvolvido na África do Sul nos princípios dos anos 70 e tem sido amplamente utilizado na África Austral. O
WRSM2000 (Water Resources Simulation Model) desenvolvido por Stewart Scott Ltd, SA. Para uma descrição mais detalhada, veja-se o Anexo III.
7.3.2 Preenchimento de dados de precipitação em falta
A maioria dos registos sobre a precipitação estão incompletos. Visto que há interrupção de dados e falhas pontuais de dados, torna-se necessário completar os registos com os dados em falta. Não há nenhuma metodologia geral para o preenchimento destes dados. O seu preenchimento depende da extensão das falhas, do clima e do grau de cobertura das estações de precipitação. O exemplo mais comum de um preenchimento de dados simples é feito através de uma análise regressiva usando as estações circundantes. As estações de precipitação em Moçambique foram agrupadas manualmente com base na sua localização e estudo em mapas e na análise da qualidade dos seus dados. De seguida um procedimento manual do peso das estações foi aplicado, onde as estações de precipitação localizadas dentro ou perto de cada sub-bacia foram ponderadas com pesos iguais. Quando necessário, os períodos de dados em falta foram preenchidos manualmente usando os registos das estações de precipitação mais afastadas da sub-bacia.
7.3.3 Configurações do modelo PITMAN
Visto que os dados sobre as precipitações são os dados de entrada mais importantes dos modelos hidrológicos é muito importante minimizar o risco de dados erróneos ou incertos. Tendo em conta a falta ou a insuficiência de dados antes de 1960 e depois de 1980 nas sub-bacias da bacia do rio Pungoé a simulação do modelo PITMAN foi efectuada tendo base o período de Out 1960 a Set 1981.
O modelo pode ser usado para obter estimativa do escoamento mensal também para os períodos de 1954-1959 e de 1981-2002 para os quais existem alguns dados sobre as precipitações (principalmente em Zimbabwe, Chimoio e Beira). No entanto, a fiabilidade destas estimativas é menor face reduzida expressão espacial dos dados de precipitação nestes períodos. Devido ao objectivo principal da modelação da água superficial ser o de estimar características fiáveis do escoamento, optou-se por escolher apenas o período de 21 anos 1960-1980. No entanto, para complementar o período de 21 anos e estudar os anos extremamente secos de 1991/92, estabeleceu-se também o modelo para os anos hidrológicos 1954-2002 com um input limitado de dados de precipitação. Excepto para as sub-bacias de montante
das sub-bacias (ver Capitulo 4 e o Apêndice 4). Oito destas sub-bacias contêm estações hidrométricas nas imediações da secção da foz da sub-bacia, que foram usadas para verificar a representatividade do modelo. No modelo estabelecido para o período 1960-80, não se incluiram áreas de irrigação, áreas com florestas, albufeiras ou abstracções da água. As razões são que as únicas abstrações de água importantes, durante o período de 1960-80, são as da cidade de Beira e a plantação de açúcar de Mafambisse, ambas situadas tão a jusante que não afectam a calibração do modelo e o cálculo do escoamento natural. Outras abstracções, tais como áreas florestais em Zimbabwe ou de uso doméstico na parte superior do Pungoé são consideradas insignificantes visto que em todos os casos são inferiores a 5% do escoamento anual médio observado nas estações principais.
Para o modelo para o período 1954-2002 com dados limitados de precipitação, a tomada de água para a cidade de Mutare a partir do rio Pungoé foi, porém, incluída a partir de 1999 uma vez que afecta significativamente os resultados do modelo para as estações na parte mais a montante da bacia.
7.3.4 Validação e calibração do modelo PITMAN
O modelo PITMAN inclui parâmetros que necessitam ser calibrados através da comparação do escoamento observado com o escoamento simulado. Para poder avaliar a precisão do modelo terá de se conduzir um processo de validação do modelo a qual é efectuado através da comparação do escoamento observado com o escoamento simulado durante um período que não foi usado para a calibração do modelo. Quando calibrado e validado o modelo poderá ser usado para simular o escoamento em períodos ou localizações não existentes nos registos observados.
Os resultados da calibração e especialmente a validação do modelo são uma medida clara de como o modelo pode representar a realidade e do grau de incerteza que se pode obter dos escoamentos simulados.
Os resultados da calibração e validação são detalhadamente apresentados no Anexo III. O modelo de Pitman conseguiu simular o escoamento anual médio para todas as estações com um desvio inferior a 15%.
Pungue E65 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
okt-69 okt-71 okt-73 okt-75 okt-77
Mont hly f low ( M m 3) Observed Simulated -20.00% 0.00% 20.00% Accumulated Difference
Figura 3 Validação do modelo PITMAN na estação hidrométrica E65.
Pungue E66 0 500 1000 1500 2000 2500
okt-69 okt-71 okt-73 okt-75 okt-77 okt-79 okt-81
Mont hl y f low ( M m 3) Observed Simulated -20.0% 0.0% 20.0% Accumulated Difference
7.4 Modelo do escoamento diário da bacia do rio Pungoé
7.4.1 Breve introdução do modelo HBVO modelo HBV é um modelo hidrológico numérico para o cálculo contínuo do escoamento baseado numa aproximação conceptual. O modelo foi originalmente desenvolvido no Water Balance Department (na Suécia HBV) no Instituto Meteorológico e Hidrológico Sueco (Bergström 1976) e posteriormente desenvolvido (Lindström at. al. 1996). Este modelo é usado globalmente para previsões hidrológicas e está disponível para Computadores Pessoais com uma interface baseada no sistema operativo de Windows tal como IHMS (Integrated Hydrological Model System, Sistema Integrado de Modelo Hidrológico).
As aplicações principais deste modelo são: • Previsão hidrológica a curto e a longo termo
• Preenchimento de faltas em séries hidrológicas temporais • Cálculo de caudais de cheia de projecto
• Estimativas de caudais em bacias sem estações hidrométricas Para uma descrição mais detalhadas, veja-se o Anexo III.
7.4.2 Configuração do modelo HBV
A configuração do modelo HBV para o rio Pungoé foi efectuada para a totalidade da bacia do Pungoé a montante da secção de Bué Maria. Foi usada um intervalo de tempo diário e nove sub-bacias correspondentes às seguintes estações hidrométricas:
• Cataratas de Pungoé F-14; • Katiyo F-22;
• Fronteira de Pungoé E-64; • Honde Mavonde E-73; • Pungoé Sul E-65; • Nhazónia E-72; • Vunduzi E-80; • Tacuraminga E-401; • Bué Maria E-66.
O modelo foi calibrado usando os dados obtidos da rede histórica de estações, utilizando os dados de precipitação de todas as estações possíveis. Os modelos correu no mesmo período usando somente dados sobre a precipitação das estações que estão actualmente em uso. O escoamento simulado no caso da utilização de estações de precipitação existentes foi comparado com os resultados simulados com rede histórica de estações. O
resultados quando a previsão de caudais se fizer com a rede actual de estações de precipitação. Outro objectivo é o de identificar, através do modelo hidrológico, quais as estações de precipitação mais importantes para reinstalar.
7.4.3 Validação e calibração do modelo HBV
Os resultados detalhados da calibração e a verificação são apresentados no Anexo III. Nas Figuras 5 e 6 podem se ver dois exemplos do resultado dos gráficos do modelo para a ponte de Pungoé (E65) e Bue Maria (E66) mostrando anos de seca e de precipitação. A validação mostrou que o modelo HBV pode descrever bastante bem as dinâmicas tanto mensal como diária da bacia do Pungoé a montante do local de Bué Maria. Os erros nas estimativas dos volumes não excediam 15%. A validação dos picos indicou, no entanto, que o modelo HBV parece subestimar os caudais de pico em cerca de 20-25%.
Figura 5 Resultados do modelo HBV para a estação E65 Ponte de Pungoé 1968– 1970. A linha de cor vermelha representa o escoamento simulado e a linha a preta o escoamento registado.
Figura 6 Resultados do modelo HBV para a estação E66 Bue Maria 1968 – 1970. A linha de cor vermelha representa o escoamento simulado e a linha a preta o escoamento registado.
As corridas do modelo usando apenas dados de precipitação de estações actualmente em operação deram resultados similares aos das corridas utilizando todas as estações. Este resultado é encorajador visto que indica que o modelo HBV pode ser usado para a previsão de cheias em tempo real com a actual rede de estações de precipitação.
8 CÁLCULO DAS ESTATÍSTICAS DOS RECURSOS
HÍDRICOS SUPERFICIAIS
8.1 Precipitação e evaporação potencial
A precipitação anual média (MAP) foi calculada com ajuda dos registos de precipitação do período 1960-80. A evaporação potencial média anual (MAE) foi calculada para cada sub-bacia com base nos dados de evaporação tina descritos no capítulo 4.3.
Tabela 6 MAP e MAE das sub-bacias principais da bacia do rio Pungoé.
Nome da Sub bacia Área (km2) MAP (mm) MAE (mm)
Pungoé Zimbabwe 687 2020 1450
Honde 1245 1340 1450
Alto Pungoé 1360 1130 1450
Nhazónia 2846 1140 1450
Alto e Médio Pungoé 2400 900 1450
Baixo e Médio Pungoé 2990 950 1380
Vunduzi 3439 1140 1450 Nhandugue 2830 850 1450 Urema 5572 900 1590 Baixo Pungoé 3512 1050 1590 Muda 1336 1050 1380 Estuário de Pungoé 2933 1180 1400
As estimativas da precipitação mostram um gradiente dramático para as áreas montanhosas da bacia do Pungoé na parte mais a montante. A sub-bacia do Pungoé Zimbabwe tem de longe a precipitação mais elevada com mais de 2 000 mm/ano em média. Em geral, há um decréscimo da precipitação da parte de montante para a parte central da bacia ao passo que há apenas um ligeiro aumento da precipitação na direcção da costa. Também a sub-bacia do Vunduzi mostra uma precipitação ligeiramente mais alta que se deve provavelmente às maiores altitudes na Gorongosa.
A evaporação potencial não parece variar muito na bacia do rio Pungoé. Os valores mais elevados registam-se nas sub-bacias do Urema e do Baixo Pungoé, com quase 1 600 mm/ano.
8.2 Média do escoamento anual
O modelo PITMAN, calibrado e validado, foi usado para poder obter uma estimativa do escoamento natural da bacia do rio Pungoé. A metodologia geral baseou-se em retirar todas as influências humanas no modelo calibrado e executar o modelo para um período o mais longo possível para poder obter
período inteiro da simulação, todos os meses de Outubro -1960 a Setembro-1981.
A Tabela 7 apresenta o MAR natural para cada uma das 12 sub-bacias da bacia do rio Pungoé para os anos hidrológicos 1960-80. Os resultados são apresentados localmente para cada sub-bacia, com valores em M m3/ano e
em mm/ano. O Apêndice 6 apresenta todos os escoamentos mensais simulados para todas as sub-bacias e para o período de 21 anos.
A Tabela 8 apresenta o MAR natural para um número de pontos de particular interesse no rio Pungoé e nos seus principais afluentes para o período 1960-80. Os resultados apresentados representam para a totalidade da bacia a montante de cada sub-bacia, com valores em Mm3/ano e em mm/ano.
O valor total dos recursos hídricos naturais disponíveis na bacia do rio Pungoé durante 1960-80 era de quase 4 200 M m3 /ano. O caudal anual
médio era de 135 mm/ano ou 133 m3/s. A Tabela 7 mostra no entanto que há
uma grande variação ao longo da bacia. As áreas mais altas a montante têm a maior altura de escoamento, com o Pungoé Zimbabwe com um caudal de quase 1 200 mm/ano. A metade inferior da bacia, no entanto, tem alturas de escoamento de cerca de 60 mm/ano.
A variação da altura do escoamento é um efeito da diferença na precipitação mas também da diferente proporção de precipitação que é transportada como escoamento superficial. Os coeficientes de escoamento mostram que nas áreas muito montanhosas nas Eastern Highlands no Zimbabwe 60% da precipitação transforma-se em escoamento superficial, ao passo que na parte inferior apenas 6-7% da precipitação chega aos rios. A razão para tal é as características geográficas das diversas áreas. As áreas montanhosas com grandes declives transportam rapidamente a água da chuva para o rio, dando pouco tempo para a água evapotranspirar. Na parte baixa da bacia, a evaporação é muito alta porque a água fica temporariamente armazenada em charcos na superfície plana do terreno e, quando se infiltra, continua acessível para evapotranspiração devido à pequena profundidade da toalha freática.
Também o coeficiente de variação (CV) dos escoamentos anuais mostram um padrão típico, com valores baixos para as áreas montanhosas húmidas e valores altos para as sub-bacias de baixa altitude. A alta componente do escoamento base e a baixa evapotranspiração nas áreas montanhosas dão uma variação limitada para os escoamentos anuais nas áreas montanhosas de montante.
Tabela 7 Estimativa do escoamento natural (MAR) para as sub-bacias do Pungoé para o período Out 1960 a Set 1981. O coeficiente do escoamento é a proporção entre o MAR e o MAP. O coeficiente de variação é a razão entre o desvio padrão dos escoamentos anuais e o MAR. Estima-se que os recursos hídricos disponíveis de longo prazo são 5-15% mais baixos que os valores dados na tabela.
Sub-bacia Área Local
(km2) MAR Local (M m3/ano) MAR Local (mm/ano) Coef. escoamento (%) CV (%) Pungoé Zimbabwe 687 821 1195 60 0.35 Honde 1245 594 477 36 0.53 Alto Pungoé 1360 446 328 29 0.70 Nhazónia 2846 471 166 15 0.73
Alto e Médio Pungoé 2400 211 88 10 1.05
Baixo e Médio Pungoé 3439 441 128 11 1.20
Vunduzi 2990 231 77 8 1.28 Nhandugue 2830 169 60 7 0.85 Urema 5572 329 59 7 1.09 Baixo Pungoé 3512 206 59 6 1.79 Muda 1336 88 66 6 2.13 Estuário de Pungoé 2933 188 64 5 1.91
Tabela 8 Estimativa do escoamento natural (MAR) para alguns pontos de interesse para o período Out 1960 a Set 1981. Os recursos hídricos disponíveis de longo prazo são estimados serem 5-15% inferiores aos valores da tabela.
Ponto de interesse Área Total (km2) MAR Total (M m3/ano) MAR Total (mm/ano) CV (%) F14 86 127 1489 0.30
E64 Pungoé fronteira 687 821 1175 0.35
Honde na fronteira 528 252 477 0.53 Nyamkwarara 248 118 477 0.53 E73 1100 525 477 0.53 E65 3100 1813 585 0.46 E72 2700 447 166 0.73 E80 3365 432 128 1.20 E66 15046 3220 214 0.55 E81 8060 478 59 0.95 E76 798 47 59 1.79 E67 26870 3919 146 0.58
O modelo hidrológico PITMAN, calibrado e validado para o rio Pungoé, foi usado para calcular as estatísticas do caudal do escoamento na fronteira de Moçambique e Zimbabwe e também para o escoamento na foz do Pungoé (ver Tabela 9).
Tabela 9 Distribuição da disponibilidade da água em Moçambique e Zimbabwe na bacia do rio Pungoé com base no período de Out 1960 a Set 1981. Os recursos hídricos disponíveis de longo prazo são estimados serem 5-15% inferiores aos valores dados na tabela.
Ponto Área (km2) MAR Natural (M m3/ano) MAR Natural (mm/ano) Percentagem do total Escoamento gerado no Zimbabwe 1463 1191 814 28% Escoamento gerado em Moçambique 29687 3004 101 72% Foz do Pungoé 31150 4195 135 -
Como resultado da grande variação da altura do escoamento na bacia do Pungoé, a contribuição do Zimbabwe é muito alta relativamente à sua parte na área da bacia. O escoamento total de Zimbabwe para Moçambique é de 1 191 M m3/ano do qual 70% é originado no rio Pungoé e 30% nos rios
Honde e Nyamkwarara. Apesar de área ser pequena (4.7 % da área total) perto de 28% da água gerada de forma natural na bacia do rio Pungoé é gerada no Zimbabwe.
Para as sub-bacias no Zimbabwe o modelo estabelecido para 1954-2002 parece ser fiável e o MAR pode portanto ser calculado para este período mais longo (Tablea 10). Os resultados mostram que o MAR para o período mais longo é ligeiramente inferior ao do período 1960-80 (veja-se mais adiante no Cap. 9.2).
Tabela 10 Escoamento natural estimado (MAR) para as sub-bacias do Pungoé no Zimbabwe para o período Out 1954 a Set 2003 2003.
Sub-bacia Área local
(km2) MAR local (Mm3/ano) MAR local (mm/ano) Pungwe Zimbabwe 687 770 1120 Honde 1245 517 415
para os anos hidrológicos 1954-2002 na fronteira de Moçambique (E64) e na Ponte do Pungoé (E67), ver Apêndice 10. Os resultados para E67, 3 497 M m3/ano (130 mm/ano), também indicou um MAR ligeiramente mais baixo para
o período mais longo em comparação com o período 1960-80.
8.3 Distribuição mensal do caudal
A distribuição mensal do caudal de cada ano poderá ser calculada a partir das séries mensais do escoamento simulados para o período de 1960-1980. As Figuras 7 e 8 ilustram a distribuição da média mensal do caudal nos três rios que atravessam a fronteira (Pungoé, Honde e Nyamkwarara) e o caudal na foz do rio Pungoé no Oceano Indico. O Apêndice 7 apresenta a média mensal, o máximo e o mínimo caudal obtidos na secção terminal de cada sub-bacia.
Os resultados mostram que Outubro é geralmente o mês mais seco do ano e que a estação das chuvas começa em Novembro e acaba em Abril. Os caudais mais altos ocorrem geralmente em Fevereiro e Março.
As figuras 7 e 8 também indicam que há pouca diferença no escoamento durante os meses secos de Junho a Outubro entre os anos húmidos e os anos secos. A diferença no escoamento anual é por isso devido principalmente à diferença dos escoamentos durante a época das chuvas. Pode ainda notar-se que, durante os meses secos, a parte Zimbabweana da bacia, apesar da sua pequena área, contribui com quase metade do escoamento natural.
8.4 Curvas de duração
De modo similar, baseados nos dados de escoamento simulados foram traçadas as curvas de duração do escoamento mensal afluente a Moçambique e na foz no Oceano Indico. A Figura 9 apresenta os resultados obtidos.
As curvas de duração mostram a diferença do clima na parte superior do rio Pungoé na bacia Zimbabweana, com a bacia na sua totalidade Os caudais médios e baixos têm uma frequência maior na parte superior.
Os escoamentos mensais que ocorrem mais de 50% do tempo são de 36 e 104 M m3 para os escoamentos na fronteira e no estuário. A duração de 90%,
que em muitos casos é usada como critério de projecto para a água disponível, é de 16 e 37 M m3 por mês, respectivamente.
Deve-se notar que as curvas na parte superior (acima de 95%) provavelmente na realidade é mais inclinada que o representado na Figura 9. Isto é devido
ao facto do modelo de Pitman para o período 1960-80 provavelmente sobrestima os caudais baixos extremos (ver também o Cap. 9.2).
As curvas de duração foram calculadas para cada sub-bacia do rio Pungoé, tanto para o caudal total na foz como os caudais locais. Estes dados são essenciais para a alocação de água e são apresentados no Apêndice 9.
TOTAL INFLOW TO MOZAMBIQUE
0 50 100 150 200 250 300
Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep
Aver ag e fl o w (Mm 3/ m o n th ) Monthly averages
NATURAL RUNOFF TO THE INDIAN OCEAN
0 200 400 600 800 1000 1200
oct nov dec jan feb mars apr may june july aug sep
Average flow (Mm3/month)
Total outflow to the Indian Ocean
