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CARLOS ANTONIO SEVERINO COSTA
AVALIAÇÃO DO CUSTO HIDROENERGÉTICO DA MANUTENÇÃO DE
VOLUMES DE ESPERA PARA O CONTROLE DE CHEIAS NOS
RESERVATÓRIOS DA BACIA DO RIO GRANDE POR MEIO DO
MODELO COOPERMAX
CAMPINAS 2014
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO
CARLOS ANTONIO SEVERINO COSTA
AVALIAÇÃO DO CUSTO HIDROENERGÉTICO DA MANUTENÇÃO DE
VOLUMES DE ESPERA PARA O CONTROLE DE CHEIAS NOS
RESERVATÓRIOS DA BACIA DO RIO GRANDE POR MEIO DO
MODELO COOPERMAX
Dissertação de mestrado apresentada à Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais.
Orientador: Prof. Dr. Alberto Luiz Francato
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO CARLOS ANTONIO SEVERINO COSTA E ORIENTADO PELO PROF.
DR. ALBERTO LUIZ FRANCATO.
...
Dr. Alberto Luiz Francato
CAMPINAS 2014
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RESUMO
O controle de cheias no Brasil e no mundo tem sido alvo de estudo nos centros de pesquisa e um desafio para os governantes. As inundações em muitos países têm sido consideradas como um dos maiores desastres naturais. Anualmente, centenas de bilhões de dólares de prejuízos crescentes vêm se verificando em todo o mundo, devido aos riscos cada vez maiores às benfeitorias, culturas agrícolas, obras de infraestrutura, populações ribeirinhas, áreas urbanas etc.
Centros de pesquisas de todo o mundo têm abordado o assunto e proposto medidas de controle a inundação, tanto estruturais como não estruturais. Novas metodologias para operação de reservatórios, buscando sua melhor capacidade de controle das cheias e ao mesmo tempo atendendo aos outros usos da água, têm sido apresentadas de modo a minimizar os impactos das cheias e, por conseguinte, reduzir riscos e prejuízos junto às comunidades.
A motivação desta dissertação foi desenvolver uma metodologia que possa avaliar o custo hidroenergético da manutenção de volumes de espera para o controle de cheias nos reservatórios, mais especificamente em estabelecer uma política de armazenamento das cheias de forma a minimizar os impactos para a geração de energia hidrelétrica.
Tal tarefa foi realizada utilizando o modelo CooperMax (FRANCATO, 2014), com adaptações para a análise de cheias.
Palavra Chave: Custo hidroenergético – Volumes de espera - Controle de cheias - Cascata do Rio Grande.
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ABSTRACT
Flood control in Brazil and abroad has been studied in research centers and has posed a challenge to governments. Floods in many countries have been regarded as one of the greatest natural disasters. Every year hundreds of billions of dollars of rising losses have been observed around the world due increasing risks to property, crops, infrastructure, river populations, urban areas etc.
Research centers around the world have approached the subject and proposed flood control measures, both structural and non-structural. New methodologies for reservoir operation for better flood controls, taking into account other uses of water, have been proposed in order to minimize the impact of flood and therefore reduce risks and losses in the communities.
The motivation of this thesis was to develop a methodology to evaluate the hydropower cost of maintaining a storage volume for flood control in the reservoirs, more specifically in establishing a policy of flood storage in order to minimize impacts in hydropower generation.
This task was performed using the CooperMax model, adapted for the analysis of floods.
xi SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 1 2 OBJETIVO ... 3 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 5 3.1 O CONTROLE DE CHEIAS ... 5 3.2 SEGURANÇA DE BARRAGENS ... 10
3.3 ACIDENTES OCORRIDOS NAS USINAS HIDRELÉTRICAS DA BACIA DO RIO PARDO12 3.3.1 Busca a registros históricos - acidente ocorrido na pequena central hidrelétrica Eloy Chaves 13 3.3.2 Acidentes ocorridos nas usinas Euclides da Cunha e Limoeiro ... 14
3.4 DETALHAMENTOS DOS NÍVEIS E VOLUMES CARACTERÍSTICOS DE UM RESERVATÓRIO ... 21
3.5 O CONTROLE DE CHEIAS NO BRASIL ... 23
3.6 ALGUMAS EXPERIÊNCIAS SOBRE CONTROLE DE CHEIAS EM OUTROS PAÍSES .... 26
3.7 METODOLOGIAS APLICADAS PARA CONTROLE DE CHEIAS NO BRASIL A USINAS INDIVIDUALIZADAS ... 33
4 METODOLOGIA ... 47
4.1 ETAPAS DO PROCESSO PARA APRESENTAÇÃO DO MODELO COOPERMAX ... 47
4.2. OPERAÇÃO DO MODELO CooperMax ... 54
5 ESTUDO DE CASO ... 65
5.1. APLICAÇÃO À BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO GRANDE. ... 65
5.2. INFORMAÇÕES RELEVANTES CONSIDERADAS PARA O ESTUDO DE CASO COM RELAÇÃO ÀS RESTRIÇÕES OPERATIVAS PARA O CONTROLE DE CHEIAS DO SIN. ... 68
5.3. RESTRIÇÕES DE ORDEM OPERATIVAS DA BACIA DO RIO GRANDE. ... 69
5.3.1 – UHE Caconde – Rio Pardo – Empresa AES-Tietê ... 69
5.3.2 – UHE Euclides da Cunha - Rio Pardo – Empresa AES-Tietê ... 70
5.3.3 – UHE Limoeiro ou Armando de Sales Oliveira – Rio Pardo – Empresa AES-Tietê ... 71
5.3.4 – UHE Água Vermelha – Rio Grande – Empresa AES-Tietê ... 71
5.3.5 – UHE Camargos – Rio Grande – Empresa CEMIG ... 72
5.3.6 UHE Itutinga - Rio Grande – Empresa CEMIG ... 73
5.3.7 UHE Funil – Rio Grande - Empresa: Consórcio UHE Funil (participação CEMIG 49%) .. 75
xii
5.3.9 UHE Igarapava – Rio Grande - Empresa: Consórcio da UHE Igarapava (Participação CEMIG 14,5%) 79
5.3.10 UHE Volta Grande – Rio Grande - Empresa: CEMIG ... 80
5.3.12 UHE Mascarenhas de Moraes – Rio Grande - Empresa: Furnas ... 81
5.3.13 UHE Estreito – Rio Grande - Empresa: Furnas ... 83
5.3.14 UHE Porto Colômbia – Rio Grande - Empresa: Furnas ... 83
5.3.15 UHE Marimbondo – Rio Grande - Empresa: Furnas ... 84
5.4. Aplicação do Modelo CooperMax com adaptações para a avaliação de condicionamento das cheias 88 5.5 Análises sobre as políticas de operação das UHEs por meio de soluções cooperadas. ... 92
5.6. Teoria dos jogos aplicada a problemas de recursos hídricos ... 95
5.6.1 Estudo de Caso (Caso C) – Aplicação da teoria dos jogos considerando diferentes agentes e usinas hidrelétricas no subsistema do rio Grande ... 96
5.7. Resultados dos Jogos ... 99
6. CONCLUSÕES ... 105
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Dedicatória
A minha querida esposa pela paciência, carinho, incentivo, renúncia e compreensão, e aos meus filhos, Carlos Felipe e Priscila pelo apoio, carinho e torcida.
xv
AGRADECIMENTOS
A DEUS por ter permitido que eu realizasse um grande sonho, deixar um pouco da minha experiência durante meu aprendizado no setor elétrico, e assim contribuir dessa maneira com o meu país.
Aos meus pais in memoriam, Rosalvo Severino Costa e Maria de Lourdes Costa, pelo apoio incondicional aos estudos, e também pelo privilégio que tive de exemplos de superação, e determinação.
A todos meus irmãos e irmãs, cunhados e cunhadas e sobrinhos, pela grande torcida, incentivo e acreditar em mim.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Alberto Luiz Francato, com quem aprendi imensamente nessa caminhada, pela orientação e principalmente pela confiança depositada.
Aos Professores Dr. Paulo Sergio Franco Barbosa e Dr. Carlos David Franco Barbosa, pelo grande incentivo e pela grande contribuição e sugestões à elaboração deste trabalho.
Ao amigo e pesquisador Dr. João Eduardo Gonçalves Lopes, que me incentivou a ingressar nesta jornada do mestrado com importantes contribuições e críticas valiosas para esta pesquisa.
Ao colega do ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico Brasileiro, Vinicius Forain Rocha, pela contribuição decisiva para a elaboração deste trabalho.
Ao colega Victor de Barros Deantoni, Doutorando em Engenharia Civil - LENER - UNICAMP, pela preciosa ajuda na concretização deste trabalho, especialmente em sua reta final. A todos os professores do Departamento de Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP pelas disciplinas ministradas, que forneceram ricas informações, contribuições e sugestões à elaboração deste trabalho.
Finalmente a todos aqueles, que de forma direta ou indireta contribuíram para a realização deste trabalho.
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LISTA DE TABELAS
Tabela 5.3.1: Restrições operativas consideradas para o controle de cheias na Bacia do Rio
Paraná...87
Tabela 5.4.1: Volumes de espera para controle de cheias dos reservatórios da bacia do rio Paraná...89
Tabela 5.5.1: Resultados das otimizações...93
Tabela 5.6.1: Caso C – Energia gerada...103
xix
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1.1: Curva de custo anual devido a prejuízos das enchentes nos EUA...8
Figura 3.3.1.Rompimento da barragem da Pequena Central Hidrelétrica, Eloy Chaves...13
Figura 3.3.2.1 - Localização das usinas na Bacia do Rio Pardo...15
Figura 3.3.2.2 - Imagem de Satélite mostrando intensa nebulosidade sobre a região Sudeste...16
Figura 3.3.2.3 - Isolinhas mostrando área de maior intensidade sobre a bacia do Rio Pardo...16
Figura 3.3.2.4 - Vista aérea da Usina Euclides da Cunha com chuva intensa...17
Figura 3.3.2.5 - Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...17
Figura 3.3.2.6 - Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...18
Figura 3.3.2.7 – Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...18
Figura 3.3.2.8 – Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...19
Figura 3.3.2.9 – Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...19
Figura 3.3.2.10 - Vista geral da Usina Limoeiro...20
Figura 3.3.2.11 - Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...20
Figura 3.3.2.12 - Vista aérea da Usina Euclides da Cunha...21
Figura 3.4.1 – Níveis e volumes característicos de um reservatório...22
Figura 3.6.1 – Sistema de reservatórios da bacia do rio Tennessee...28
Figura 3.6.2 – Bacia Hidrográfica do rio Tennessee ...29
xx
Figura 3.7.2 - Sistema de dois reservatórios com restrições de vazão máxima... ...37
Figura 3.8.1 – Bacia da Ribeira de Coselhas ... ...39
Figura 3.8.2 – Localização da área de estudo e dos postos selecionados... . ...40
Figura 3.8.3 – Ferramenta para uma nova alternativa para controle de cheias... ...42
Figura 3.8.4 – Cidade de Santo Adolphe ...44
Figura 4.1.1 – Painel de controle do modelo CooperMax ...49
Figura 4.1.2 – Condições de contorno das UHEs ... ...50
Figura 4.1.3 – Parametrização dos arquivos do modelo ...50
Figura 4.1.4 – Informações para o processo de otimização ...51
Figura 4.1.5 – Resultados globais do processo de otimização por empresa...51
Figura 4.1.6 – Condições específicas de Processamento... ...52
Figura 4.1.7 – Topologia das UHEs no modelo CooperMax... ...53
Figura 4.1.8 – Conjunto de visualização gráfica do modelo CooperMax... ...54
Figura 4.2.1 - Logotipo do modelo e botões de operação ... ...55
Figura 4.2.2 - Mensagem intermediária de leitura dos dados ... ...55
Figura 4.2.3 - Mensagem intermediária referente à montagem do arquivo GAMS... ...56
Figura 4.2.4 – Tela principal do modelo GAMS com arquivo carregado ... ...56
Figura 4.2.5 - Tela final do processamento do modelo GAMS... ...57
Figura 4.2.6 - Caixa de mensagens sobre verificação do modelo GAMS... ...58
xxi
Figura 4.2.8 – Informação sobre afogamento de canal de fuga...59
Figura 4.2.9 – Indicação de diminuição de demanda meta...60
Figura 4.2.10 – Indicação de aumento de demanda meta...60
Figura 4.2.11 Tela de fixação de vazões no modelo GAMS...61
Figura 4.2.12 Tela de fixação de volumes no modelo GAMS...62
Figura 4.2.13 – Tela de fixação de energias geradas no modelo AMS...62
Figura 5.1.1 – Localização dos aproveitamentos hidrelétricos da bacia do rio Paraná...67
Figura 5.1.2 - Diagrama esquemático das usinas hidrelétricas da bacia do rio Grande...68
Figura 5.4.1 – Caso A – Trajetórias da geração...90
Figura 5.4.2 – Caso B – Trajetória da geração...90
Figura 5.4.3 – Caso A – Trajetórias da energia armazenada...91
Figura 5.4.4 – Caso B – Trajetória da geração energia armazenada...91
Figura 5.4.5 – Caso A – Trajetórias das vazões em AGV...92
Figura 5.4.6 – Caso B – Trajetória das vazões em AGV...92
Figura 5.6.1 - Representação da árvore do jogo...97
Figura 5.6.2 - Representação alternativa da árvore do jogo...98
Figura 5.6.3 - Representação do jogo caso C...99
Figura 5.6.4 – Representação do jogo após os primeiros 4 passos da indução reversa Caso C...100
xxii
Figura 5.6.6 - Resultado final do jogo Caso C ...101 Figura 5.6.7 - Visualização da trajetória da geração, armazenamento e vazões – Caso C...102
xxiii LISTA DE SÍMBOLOS GWh Gigawatt-hora ha hectare h³ hectometro cúbico m metro
m³/s metros cúbicos por segundo
m.s.n.m. metros sobre o nível médio do mar
Km³ quilômetro cúbico
MW Megawatt
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LISTA DE SIGLAS
ABRH Associação Brasileira de Recursos Hídricos
ACR Ambiente de Contratação Regulada
AGV Água Vermelha
ANA Agência Nacional de Água
AES American Electrical Services
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CAC Caconde
CAM Camargos
CCEE Câmara de Comercialização de Energia Elétrica
CECCA Comissão de Estudos para Controle de Cheias e Armazenamento
CEEE Companhia Estadual de Energia Elétrica
CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais
CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Elétrica
CESP Companhia Energética de São Paulo
CHESF Companhia Hidro Elétrica do São Francisco
CNRH Conselho Nacional de Recursos Hídricos
COPEL Companhia Paranaense de Energia
DAEE Departamento de Água e Energia Elétrica
DNAEE Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica
DNLP Programação Não Linear Descontínua
DUT Dalian University of Technology
EAR Energia Armazenada no Reservatório
ELETROBRÁS Centrais Elétricas Brasileiras S.A.
ELETROSUL Centrais Elétricas S.A.
ENA Energia Natural Afluente ao Reservatório
EUA Estados Unidos da América
FDRP Canada’s Flood Damage Reduction Program
FEMA Federal Emergency Management Agency
frH Fator de redução de queda
xxvi
FO Função objetivo
FURNAS Centrais Elétricas S.A.
GAMS General Algebraic Modeling System
GCOI Grupo Coordenador para Operação Interligada
GTEH Grupo de Trabalho de Estudos Hidrológicos
GTHO Grupo de Trabalho de Hidrologia Operacional
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IOR Informações Operativas Relevantes
IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas – Ministério das Cidades
M. Moraes Mascarenhas de Moraes
MAR Marimbondo
Máx Máximo
MCVDJ Método da Curva Volume x Duração por Janelas
MLT Vazão Média de Longo Termo
MTC Método das Trajetórias Críticas
N. A. Máx. Nível d’Água Máximo
N. A. Máx. Max. Nível d’Água Máximo Maximorum
NLP Programação Não Linear
ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico
PCSWMM Programa destinado para planejamento ambiental e ecossistemas, projetos,
construção e gerenciamento de sistemas de drenagem urbana.
PNRH Política Nacional de Recursos Hídricos
Produt Produtividade
Qd Vazão defluente
Qt Vazão Turbinada
SAISP Sistema de Alerta a Inundações de São Paulo
SCEN Subcomitê de Estudos Energéticos
SEB Setor Elétrico Brasileiro
SIN Sistema Interligado Nacional
SNGRH Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos
xxvii
SOSEm Sistema de Operação em Situação de Emergência
TR Tempo de Retorno
TVA Tennessee Valley Authority
UHE Usina Hidroelétrica
VU Volume Útil
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1 INTRODUÇÃO
A questão da gestão dos recursos hídricos ainda é recente no Brasil, e este avanço praticamente foi acelerado após a promulgação da Constituição Federal de 1988 e o advento da Política Nacional de Recursos Hídricos (PNRH) por meio da Lei Federal nº. 9.433/97, que estabeleceu como princípios a adoção da bacia hidrográfica como unidade de Planejamento, os usos múltiplos das águas, o reconhecimento da água como bem finito e vulnerável, o reconhecimento do valor econômico da água e a gestão descentralizada e participação.
Dentre estes atributos, os usos múltiplos das águas, no tocante à operação de reservatórios, na maioria das vezes, são muitos conflitantes, aumentando cada vez mais a competição pelo uso da água, e o grande desafio é como compartilhar este benefício.
Muitos estudos têm tratado das medidas de controle estruturais e não-estruturais adotadas em muitos países para combater os efeitos das cheias. Estudos de como lidar com a gestão da várzea, outrora dominada por uma abordagem estrutural, utilizavam obras estruturais como barragens, diques e desvios para regularizar os sistemas hidrológicos. Embora tivessem proporcionado alguns benefícios, o resultado de tais soluções era questionável com relação ao custo benefício. Atualmente, em países como Canadá, Estados Unidos e alguns países da Europa, há a criação de programas visando a redução de custos no sentido de evitar a dependência de estruturas de controles de cheias, o que tem representado uma mudança significativa na abordagem da gestão de planícies, a partir de uma resposta ad hoc usando as estruturas físicas de uma forma mais proativa.
Também programas de desenvolvimento integrado das bacias têm tido notáveis sucessos em vários países, no sentido de controlar e desenvolver as bacias hidrográficas, visando melhorar as condições socioeconômicas dos habitantes dessas regiões, em cujas prioridades constam o uso múltiplo da água, o controle de cheias, a navegação e a produção de energia hidrelétrica.
No Brasil, conforme 6a edição do Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH), a Lei no 9.433, de 8 de janeiro de 1997, capítulo II, dos objetivos, parágrafo Art. 2o, é obrigatória “a prevenção e a defesa contra eventos hidrológicos críticos de origem natural ou decorrentes do uso inadequado dos recursos naturais”.
O Setor Elétrico Brasileiro (SEB), começou a contemplar sistematicamente o controle de cheias, devido às grandes enchentes verificadas na bacia do Rio Grande em fevereiro de 1977, que quais provocaram diversos danos, incluindo o rompimento das barragens de Euclides da Cunha e
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Limoeiro, localizadas no Rio Pardo, afluente do Rio Grande pela margem esquerda, no Estado de São Paulo.
O SEB tem como peculiaridades um sistema com inúmeras hidrelétricas existentes, bacias hidrográficas de grandes dimensões, tornando a gestão destes recursos naturais muito complexa.
A operação das usinas hidrelétricas das bacias atua para minimizar os efeitos de enchente a jusante, por meio de uma metodologia que consiste na alocação de volume de espera, ou seja, é utilizado parte do volume útil dos reservatórios para alocação destes vazios, uma vez que os mesmos foram projetados sem levar em conta o controle de cheias.
Este procedimento visa minimizar o extravasamento das águas no leito dos rios, a jusante destes reservatórios, reduzindo os danos das cheias nas planícies de inundação e impactos nas áreas urbanas.
Neste trabalho, a questão do controle de cheias foi prioritária, e foi dado enfoque à forma como o SEB se organizou para o enfrentamento das inundações. Também são apresentados estudos e metodologias aplicadas tanto no Brasil como em outros países, no combate e minimização do efeito destes eventos.
A procura por uma solução que satisfaça o controle de cheias dentro de parâmetros aceitáveis e principalmente dentro de padrões de segurança e limite de prejuízos justificáveis foi alvo deste estudo, onde tal função pode ser melhor avaliada dentro de um modelo de otimização do planejamento da operação de reservatórios. Neste modelo a melhor decisão de acondicionamento das cheias está intimamente ligada aos custos de minimização associados à geração de energia hidroelétrica.
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2 OBJETIVO
A presente dissertação teve por objetivo desenvolver metodologia que consistisse em contemplar indiretamente o acondicionamento das cheias que não representem somente uma restrição, mas também na função objetivo. A ideia foi distribuir as cheias tanto espacial como temporalmente, em um modelo que indicasse como acondicioná-las, de modo que a otimização da operação dos reservatórios pudesse avaliar o custo hidroenergético da manutenção de volumes de espera para o controle de cheias realizado pelos reservatórios das usinas pertencentes ao Sistema Integrado Nacional - SIN.
A avaliação foi feita com o modelo CooperMax (Francato 2014) nos reservatórios da bacia do Rio Grande, e foi realizada com as restrições operacionais atualmente em vigor no Planejamento da Operação do SIN, e em seguida, com a exclusão de suas restrições.
Foram comparados os custos de operação de forma a varrer todo o histórico de dados fluviométricos, e por fim, estabelecer-se análises de custos energético do controle de cheias.
Finalmente, foram implementadas soluções cooperativas aplicando a teoria dos jogos para obtenção de informações úteis sobre como as partes podem utilizar água de forma cooperada e atender às necessidades do controle de cheias de forma cooperativa.
Com relação às referências bibliográficas, foram contempladas as experiências brasileiras e de outros países, sobre estudos e metodologias aplicadas para o controle de cheias.
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3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 O CONTROLE DE CHEIAS
Em tempos passados, o homem vivia às margens dos rios devido à facilidade de água e principalmente transporte, porém nos dias de hoje, tanto no Brasil como em diversos países, parte da população buscam as margens devido sua condição social, na sua maioria a de menor poder aquisitivo.
Todos os anos ocorrem cheias decorrentes de chuvas intensas, muitas das quais podem trazer danos consideráveis às comunidades ribeirinhas, às propriedades e até mesmo perda de vidas. As inundações que são cheias que provocam danos, são decorrentes de chuvas intensas e na maioria das vezes de grande duração, sendo considerada na maioria dos casos fenômenos inusitados pela magnitude das precipitações.
Conforme Brasil - Ministério das Cidades (2007), as enchentes ou cheias são definidas pela elevação do nível d’água no canal de drenagem devido ao aumento da vazão, atingindo a cota máxima do canal, porém, sem extravasar.
Inundação, de acordo com o Glossário de Termos Relacionados à Gestão de Recursos Hídricos, elaborado pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas – IGAM (2008), é o fenômeno em que o volume de água de uma enchente transborda do canal do rio. Podem ter duas causas: O excesso de chuvas, de tal forma que o canal do rio não suporta a vazão de enchente; ou a existência, a jusante da área inundada, de qualquer obstrução que impede a passagem da vazão de enchente.
Conforme o Manual de desastres naturais (BRASIL, 2003), as inundações podem ser definidas como um transbordamento de água proveniente de rios, lagos e açudes, tendo como causa a precipitação anormal de água que, ao transbordar dos leitos dos rios, lagos, canais e áreas represadas, invade os terrenos adjacentes, provocando danos.
Segundo BARBOSA (1990), historicamente, diversas civilizações se estabelecem em planícies ribeirinhas de modo a se beneficiar da proximidade da água. Ao agir dessa maneira, entretanto, as comunidades se expõem ao sempre presente risco de inundações. Muitas são as formas e tentativas de se mitigarem esses riscos. Especialmente os reservatórios, naturais ou construídos pelo homem, possuem propriedades que favorecem a diminuição dos citados riscos e,
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portanto têm sido empregados com frequência para o problema de inundações em áreas urbanas ou rurais.
Abordando o zoneamento de áreas inundáveis, BARTH et al. (1987) já alertavam sobre o combate às inundações, por ser uma luta desigual entre o homem e a natureza, e sugeriu medidas não estruturais em carácter complementar às estruturais, suprimindo-se as deficiências destas em relação às cheias de pequena frequência.
Conforme NAGEM (2008), a ocupação de áreas potencialmente alagáveis, a proliferação de favelas, a invasão de margens, o lançamento irregular de resíduos sólidos e a construção inadequadas de aterros, pontes e travessias, também contribuem para intensificar o quadro das inundações. As ocupações das áreas potencialmente inundáveis são responsáveis por grandes prejuízos econômicos SOUZA, (2011), data apud GOMES(2004). Estas áreas podem ser várzeas de inundação junto aos rios ou pontos mais baixos da malha urbana, onde a água escoada tende a se concentrar.
Relata que existe uma tendência da população em ocupar as áreas non aedificandi (determinadas pelas leis como faixa marginal de proteção) durante os períodos de estiagem. Como as inundações ribeirinhas são inundações naturais, resultado da flutuação do nível d’águas nos rios em épocas secas e chuvosas, é inevitável que estas residências sejam atingidas pelas fortes chuvas. Ambiguamente, essas construções contribuem para o agravamento das cheias. Para um mesmo evento de cheia, a ocupação da calha secundária (ou leito maior) dos cursos d’água ocasiona um aumento no limite da área de inundação e, a presença do homem muitas vezes cria obstáculos para a fluidez das águas, e assim, reduz a área do escoamento, elevando o nível do curso d’água e alagando áreas antes não alagáveis.
A decisão de efetuar controle de cheias tende a minimizar a exposição ao risco de um número cada vez maior de benfeitorias, culturas agrícolas, obras de infraestrutura ou mesmo populações ribeirinhas. A Figura 3.1.1 apresenta a curva de custo anual devido a prejuízos das enchentes nos Estados Unidos, onde observa-se nesta curva, uma tendência média crescente de prejuízos devido às inundações conforme TUCCI et al. (1997), e esta tendência indica valores da ordem de 3 bilhões (dólares de 1983) para o início da década de 80.
Dentre algumas medidas propostas para o controle de inundação, TUCCI et al. (1997) propõem que as medidas podem ser do tipo estrutural e não estrutural. As medidas estruturais são aquelas que modificam o sistema fluvial evitando os prejuízos decorrentes das enchentes, enquanto
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que as medidas não-estruturais são aquelas em que os prejuízos são reduzidos pela melhor convivência da população com as enchentes. É ingenuidade do homem imaginar que poderá controlar totalmente as inundações; as medidas sempre visam minimizar as suas consequências. TUCCI et al. (1997, data apud HOYT e LANGBEIN, 1955) relatam que, na década de 1930, o projeto de controle de cheias e uso da terra para a agricultura no rio Pó, na Itália, era um exemplo de projeto de recursos hídricos bem sucedido. Em 1951, uma combinação de precipitações intensas e altos níveis da maré, destruíram os polders, causaram 100 mortes e a perda de 30.000 cabeças de gado, além das perdas agrícolas (TUCCI et al., 1997, data apud HOYT e LANGBEIN, 1955).
Segundo BRISSETTE et al. (2007), há uma crença geral aos olhos do público que os eventos extremos, como enchentes estão se tornando cada vez mais comum. Apresenta artigo sobre a evolução histórica de danos decorrentes de cheias na bacia do rio Chateauguay, localizada na fronteira entre os Estados Unidos e a Província de Quebec, no Canadá. Um banco de dados de uso do solo da bacia foi construído para os anos de 1930 a 1995 para avaliar as mudanças antropogênicas e seu impacto na hidrologia da bacia. Relata que a modificação progressiva da probabilidade de um evento de inundação durante o mesmo período foi então investigada usando homogeneidade e testes estatísticos nos dados hidrométricos disponíveis. A evolução do dano inundação anual esperado foi então avaliada utilizando um simulador hidrológico / hidráulico acoplado, vinculado a um modelo de análise de danos. O simulador e modelo foram utilizados para estimar os danos decorrentes das inundações em uma ampla gama de períodos de retorno de inundação, para as condições prevalecentes em 1963 e 1994. Os resultados da análise revelaram ausência de qualquer tendência para o aumento ou a diminuição na ocorrência de eventos históricos de inundação. Afirmam, no entanto, que foi observado um aumento geral do dano inundação anual esperado para todas as seções de rios estudados, e este aumento está ligado a um aumento histórico em danos para um determinado evento de inundação, sendo o resultado da construção desenfreada do desenvolvimento dentro da zona de inundação, que corrobora a Figura 3.1.1, evolução dos prejuízos de inundação nos EUA (data apud HUDLOW et al, 1984).
BRISSETTE et al. (2007) recomendam que para avaliar as tendências futuras, o estudo também analisou os impactos potenciais ligados ao aquecimento global previsto e, os resultados indicam, que um aumento significativo de eventos de inundações sazonais e danos de inundação anual esperado é possível ao longo deste século.
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Figura 3.1.1: Curva de custo anual devido a prejuízos das enchentes nos EUA - Fonte: TUCCI et al. (1997) data apud HUDLOW et al. (1984).
BARBOSA (1990) afirma que a questão do grau de controle de cheias a ser exercido decorre do caráter aleatório das vazões fluviais. Sendo as cheias um fenômeno de natureza probabilística, o controle não pode pretender eliminar todos os danos, mas apenas evitar aqueles associados a certa probabilidade de ocorrência, traduzida no meio hidrológico por meio do conceito do período de retorno Tr. Relata que tal probabilidade vem sendo arbitrada tomando-se algum valor padrão (por ex. Tr = 25, 50 ou 100 anos) da importância da região a ser protegida.
No Brasil, a introdução do controle de cheias conforme consta no Plano Anual de Prevenção de cheias do Operador Nacional do Sistema Elétrico - ONS, ciclo 2013/2014, ocorreu a partir de 1977, quando a área de planejamento da operação dos sistemas elétricos interligados brasileiros começou a contemplar sistematicamente o controle de cheias, devido às grandes enchentes verificadas na bacia do rio Grande em fevereiro daquele ano, as quais provocaram diversos danos, incluindo o rompimento das barragens de Euclides da Cunha e Armando de Salles Oliveira
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(Limoeiro), localizadas em um dos seus afluentes, o rio Pardo. A descrição do acidente ocorrido nas usinas do rio Pardo consta no capítulo 3.3.
Segundo BARRETO (2010), motivado por esse acidente, o Grupo Coordenador para Operação Interligada - GCOI, constituiu em 1977, a Comissão de Estudos para o Controle de Cheias e Armazenamentos – CECCA, coordenada pela Centrais Elétricas Brasileiras S.A. -ELETROBRÁS, com a participação das Centrais Elétricas S.A.- FURNAS, Companhia Energética de São Paulo -CESP, Companhia Energética de Minas Gerais - CEMIG, Centrais Elétricas S.A. - ELETROSUL e Companhia Hidro Elétrica do São Francisco - CHESF, com a finalidade de definir regras operativas de reservatórios, inicialmente para a bacia do rio Grande, visando o controle de cheias e a segurança das estruturas.
A proposta dessa comissão era por meio da CECCA dar um enfoque para o controle de cheias, com ênfase à questão da segurança das estruturas, do controle de inundações de áreas ribeirinhas e à proteção contra danos em benfeitorias. Com esse procedimento, os reservatórios dos Sistemas Interligados promoveriam a partir de então, além da regularização de vazões para a geração de energia, o controle de cheias com a definição de descargas de restrição contra danos, associado a tempos de recorrência para o rompimento de restrições.
BARRETO (2010) relata que a partir de 1978, os estudos de controle de cheias foram estendidos para as bacias dos rios Paraná e São Francisco e, em seguida, para os rios Iguaçu e Paraíba do Sul. Nessas bacias, a operação de controle de cheias era coordenada pelo GCOI, tendo em vista a multipropriedade dos reservatórios e a dependência espacial dos aproveitamentos em cascata, o que requeria uma forte integração e coordenação. Em várias outras bacias em que atuava apenas uma empresa proprietária, afirma que as empresas geradoras eram as responsáveis pela elaboração dos estudos e apresentação ao GCOI de seus planos de controle de cheias, a cada novo ciclo de estação úmida. Como exemplos, citam-se as bacias dos rios Tietê, Pardo, Paranapanema e Jacuí.
Atualmente o ONS é o órgão responsável pela gestão dos reservatórios do Sistema Interligado Nacional - SIN, após promulgação da Lei nº 9.984 de 17 de julho de 2000, que além da atribuição, prevê a sua articulação junto à Agência Nacional de Águas - ANA e aos órgãos e entidades públicas e privadas integrantes do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos - SNGRH.
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Considerando que os grandes reservatórios foram projetados para a geração de energia hidroelétrica e por conseguinte as empresas de geração no Brasil o projetavam com uma única finalidade, não contemplando nos reservatórios um volume destinado ao controle de cheias, além das condições originais de projeto em seus estudos basearem numa pequena amostra de dados de observações fluviométricas, com a finalidade de atender uma medida de alcance social, de modo a minimizar danos a jusante decorrente da ocupação descontrolada das margens dos rios, o setor elétrico tem destinado uma parcela do volume útil do reservatório durante o período úmido para exercer o controle de cheias.
De acordo com DAMAZIO (1988), a alocação de volumes de espera ocorre nos reservatórios já construídos do setor elétrico brasileiro, cujas capacidades foram projetadas sem levar em conta o controle de cheias, então uma das alternativas é de considerar a alocação de volumes de espera dentro de um modelo mais amplo na qual todas as variáveis tais como volumes de regularização e volumes de espera são decididas conjuntamente levando em conta os benefícios de cada uso.
Esta parcela é um rebaixamento do reservatório em relação ao nível máximo normal de operação, conforme Figura 3.4.1, que é deixada vazia para amortecer cheias, e sua grandeza depende do tipo de restrição e proteção que pretende garantir, e a esse vazio foi denominado “Volume de Espera”.
Esse vazio está atrelado à vazão de restrição, ou seja a máxima vazão que pode ser descarregada pelos órgãos de descarga, sem contudo causar danos consideráveis às comunidades ribeirinhas, às propriedades e até mesmo perda de vidas. Essa alocação é destinada para contenção de cheias para proteção de jusante, e alocadas em reservatórios que exercem regularização.
3.2 SEGURANÇA DE BARRAGENS
Segundo ZUFFO (2005), as barragens são geralmente obras associadas a um elevado potencial de risco devido à possibilidade de ruptura, com consequências catastróficas para as próprias estruturas, para o meio ambiente, com destruição de flora e fauna, e principalmente pelas perdas de vidas humanas e econômicas.
Por outro lado, de acordo com a autora, para que a demanda atual e futura de água seja suficientemente disponibilizada, mais reservatórios de superfície são necessários devido à distribuição irregular de água no tempo. Estruturas hidráulicas de condução são necessárias para
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suprir a má distribuição da mesma, no espaço. Neste contexto, as barragens desempenham um papel de múltipla finalidade. Elas foram e continuarão a ser as grandes propulsoras de atividades de desenvolvimento, pois com suas finalidades ajudam a nação a se tornar autossuficiente na produção de alimentos e a prover energia necessária a sua industrialização, entre outras.
Apresenta, em sua Dissertação de Mestrado, metodologia que busca minimizar ao máximo a subjetividade inerente a qualquer tipo de avaliação, por meio do estabelecimento de funções de valor e pesos relativos a cada critério de avaliação que colabora para a conformidade final da condição de segurança de uma barragem, chegando-se a um Índice de Segurança da Barragem (ISB). Discorre que este indicador (ISB) poderá ser calculado para qualquer empreendimento deste tipo e informará as características básicas de segurança que cada empreendimento se encontra, numa determinada data e, ainda, sugere medidas de ação posteriores à avaliação. Para tal, foram avaliadas as condições de segurança de algumas barragens localizadas na sub-bacia do Ribeirão das Cabras, no município de Campinas. Afirma, que em média, ocorrem dez rompimentos significativos de barragens em algum lugar do mundo a cada década, adicionando-se, ainda, os “quase rompimentos”. As falhas mais comuns que podem ocorrer em barragens são devidas a: enchentes extremas, incertezas geológicas no local escolhido para implantação, perdas de água através das fundações e aterros, defeitos de construção e projeto e sismicidade.
Segundo FAIS, data apud Perini (2009), notas de aula Seminário-FEC-UNICAMP 2012, grande parte das barragens nacionais tem mais de 30 anos e muitas dessas foram construídas com critérios diferentes dos mínimos estabelecidos atualmente além de operadas e mantidas de maneira incorreta. Afirma que algumas destas barragens estão com a capacidade operacional limitada e que representam perigo à segurança de pessoas e bens.
Atualmente, a legislação brasileira detém de leis específicas para a construção de barragens. A Lei n.º 12.334, de 20 de setembro de 2010, estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens destinadas à acumulação de água para quaisquer usos, à disposição final ou temporária de rejeitos e à acumulação de resíduos industriais, cria o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens e altera a redação do art. 35 da Lei n.0 9.433, de 8 de janeiro de 1.997, e do art. 4º. da Lei n.o 9.984, de 17 de julho de 2.000.
Na seção II, do Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens (SNISB), o artigo 13 diz: É instituído o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens (SNISB), para registro informatizado das condições de segurança de barragens em todo o território
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nacional, e o parágrafo único diz: O SNISB compreenderá um sistema de coleta, tratamento, armazenamento e recuperação de suas informações, devendo contemplar barragens em construção, em operação e desativadas. Por sua vez, o Manual de Segurança e Inspeção de Barragens, estabelece parâmetros e um roteiro básico para orientar os procedimentos de segurança a serem adotados em novas barragens, e manter as construídas em um estado de segurança compatível com o interesse social e de desenvolvimento. O Manual visa:
Definir requisitos mínimos de segurança;
Uniformizar os critérios empregados na sua avaliação;
Permitir uma supervisão consistente, de segurança de barragens, de modo a conduzir a execução de melhorias que contribuam para o aumento da segurança dessas estruturas;
Contribuir para a legislação e regulamentação da segurança de barragens em âmbito nacional.
O objetivo da Lei das Barragens é garantir a observância de padrões de segurança de barragens, de maneira a reduzir a possibilidade de acidentes e suas consequências, além de regulamentar as ações e padrões de segurança. O empreendedor é o responsável legal pela segurança da barragem, cabendo-lhe o desenvolvimento de ações para garantir a segurança.
A nova Lei estabelece que a fiscalização da segurança das barragens caberá à entidade que outorgou o direito de uso dos recursos hídricos, observado o domínio dos Recursos Hídricos, exceto para fins de aproveitamento hidrelétrico. Também ficará a cargo da fiscalização a entidade que concedeu ou autorizou o uso potencial hidráulico quando se tratar de uso para fins de geração de energia.
O órgão fiscalizador deverá implantar o cadastro das barragens, cuja fiscalização está sob sua responsabilidade, em um prazo de dois anos. Os empreendedores de barragens também terão prazo de dois anos, contados a partir da publicação da Lei, para submeter à aprovação dos órgãos fiscalizadores relatório especificando as ações e cronograma para a implantação do Plano de Segurança de Barragem.
3.3 ACIDENTES OCORRIDOS NAS USINAS HIDRELÉTRICAS DA BACIA DO RIO
PARDO
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3.3.1 Busca a registros históricos - acidente ocorrido na pequena central hidrelétrica Eloy Chaves
O primeiro acidente com rompimento de barragem conhecido na bacia do rio Pardo, ocorreu em 1.970, com a Pequena Central Hidrelétrica, Eloy Chaves, no rio Mogi Guaçu, afluente do rio Pardo pela margem esquerda, e localizada no Município de Espírito Santo de Pinhal, estado de São Paulo, conforme descrito a seguir pelo Jornal “A Comarca”, de Mogi Mirim, edição de domingo de 8 de março de 1.970.
A enchente de Mogi-Guaçu ainda está na retina de quantos a assistiram, causando estragos enormes na vizinha comunidade. Foi a maior inundação de todos os tempos, batendo em cerca de 60 centímetros o nível atingido quando da cheia de 1929.
Além das chuvas torrenciais caídas nas bacias dos rios Manso e do Peixe, que unem para formar o Guaçu, um fato ocasionou o agravamento da situação.
As 16:00 horas do dia 22 de fevereiro a situação da Usina “Eloy Chaves” era crítica, com a água passando sobre a barragem com mais de 1 metro, tornando inútil o represamento ali existente. Foi nesta hora que uma das saídas laterais da barragem, em terra, acabou por ceder, dando passagem a grande massa d’água que veio rio abaixo, atingindo Mogi-Guaçu cerca de 5 horas. Isto explica que à noite a situação se agravasse repentinamente, com o rio subindo cerca de um metro, quando todos esperavam a sua estabilização. Até às 4 horas do dia 23 ele subiria, criando pânico entre os guaçuanos. Do “gabião” rompido a foto abaixo, mostrando a completa inutilidade da barragem de concreto que resistiria ao impacto das águas. Alegam, entretanto, os elementos da CESP - Centrais Elétrica de São Paulo, que na hora em que a água chegou a Mogi-Guaçu a cidade já estava inundada e que o maior volume passou por cima da barragem de concreto, demonstrando um enorme volume que alcançara o rio Manso, que não fez jus ao nome, naquele dia.
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Figura 3.3.1: Rompimento da barragem da Pequena Central Hidrelétrica, Eloy Chaves. Fonte: Jornal “A Comarca” de Mogi Mirim – edição de domingo de 8 de março de 1.970”.
3.3.2 Acidentes ocorridos nas usinas Euclides da Cunha e Limoeiro
Até à época da ocorrência dos acidentes nas usinas do rio Pardo, o setor elétrico não aplicava medidas não-estruturais no combate a inundações, a filosofia de operação nas empresas de geração tinha como diretriz a manutenção dos volumes dos reservatórios próximos aos 100% de seus volumes úteis, de modo a garantir a máxima produtividade das usinas, sem importar com o controle de cheias. Estes são alguns dos fatores que contribuíram para os acidentes das Usinas Euclides da Cunha e Armando de Salles Oliveira (também conhecida como Limoeiro), na época pertencentes a CESP, cujos reservatórios são a fio d´água, caracterizados por não dispor de reservatórios de acumulação, cuja produção de energia pode ser inconstante, principalmente quando depende de reservatórios de acumulação de montante.
Os acidentes ocorreram em janeiro de 1977, quando uma chuva de grande intensidade caiu sobre a região do Alto Rio Pardo, alcançando um índice pluviométrico superior a 230 mm, em 24 horas, proporcionando uma elevada vazão afluente ao reservatório da UHE Euclides da Cunha e, aliada a falhas operacionais fizeram o nível d’água do reservatório subir até galgar a barragem, gerando o rompimento da estrutura. Conforme CESP (2014), a onda de cheia proveniente deste acidente levou também à ruptura em cascata de outra barragem localizada a jusante desta, a da UHE de Limoeiro, além da destruição das usinas Rio do Peixe e Santa Alice da Companhia Paulista de Energia Elétrica. Este evento se configura até hoje como o maior acidente envolvendo Usinas Hidrelétricas no Brasil.
Neste evento pode ser constatado que não havia sistemas convencionais de alerta, baseados na precipitação e controle de níveis d’água ao longo dos principais rios afluentes aos reservatórios das usinas Euclides da Cunha e Limoeiro, como também um previsor de vazões, que juntamente seriam ferramentas de auxílio na tomada de decisão a partir de conhecimentos antecedentes e presentes. Também segundo FAIS, L.M.C.F.(2012), data apud Perini (2009), muitas dessas barragens foram construídas com critérios diferentes dos mínimos estabelecidos atualmente, além de operadas e mantidas de maneira incorreta.
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Ferramentas de suporte à decisão poderiam ter possibilitado a antecipação de decisões operacionais com a finalidade de minimizar os impactos a jusante. A ausência destas ferramentas pode ser observada na sequência dos eventos, com a elevação muita rápida do nível de montante do reservatório da UHE Euclides da Cunha, e na demora para a abertura total das comportas do vertedor,o que demonstrou total ausência de normas e procedimentos operacionais, como também de planos de contingências.
O evento teve início no dia 19/02/77. Às 12 horas do dia 19 o nível de montante da UHE Euclides da Cunha encontrava-se 1,70m abaixo do nível máximo normal 665,50m.s.n.m. e, com abertura das comportas em 0,5m, porém em decorrência da elevada vazão afluente a este reservatório, às 14h10min havia atingido o nível máximo normal e as comportas estavam com abertura de 1m, e não totalmente abertas.
Às 3h43min do dia 20, inicia-se o rompimento da barragem de terra da UHE Euclides da Cunha em uma faixa de 100m de extensão e aproximadamente 3m de altura na ombreira direita (Figura 3.2.1.5). Por volta das 6h, o rio já havia escavado os 60m de altura da barragem, com o rio Pardo praticamente voltado ao curso normal (Figuras 3.2.1.6, 3.2.1.7 e 3.2.1.8).
Figura 3.3.2.1: Localizações das usinas na Bacia do Rio Pardo. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
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Figura 3.3.2.2: Imagem de Satélite mostrando intensa nebulosidade sobre a região sudeste. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
Figura 3.3.2.3. Isolinhas mostrando área de maior intensidade sobre a bacia do rio Pardo. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
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Figura 3.3.2.4. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha com chuva intensa. Fonte: Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
Figura 3.3.2.5. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
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Figura 3.3.2.6. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
Figura 3.3.2.7. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
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Figura 3.3.2.8. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
Figura 3.3.2.9. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha. Erosão no talude de jusante da barragem após 7h de overtopping. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
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Figura 3.3.2.10. Vista geral da Usina Limoeiro. Vista da brecha na barragem na margem direita e erosão a jusante na margem esquerda. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
Figura 3.3.2.11.Vista aérea da Usina Euclides da Cunha, depois do rompimento. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
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Figura 3.3.2.12. Vista aérea da Usina Euclides da Cunha, após reconstrução. Fonte: AES-Tietê, abril de 2.013.
3.4 DETALHAMENTOS DOS NÍVEIS E VOLUMES CARACTERÍSTICOS DE UM RESERVATÓRIO
Conforme LOPES (2002), os reservatórios são formados por meio de barragens implantadas nos cursos d’água, sendo suas características físicas, em especial a capacidade de armazenamento, dependem sobretudo das características topográficas do valor no qual está inserido.
Segundo LINSLEY (1978), a função primordial dos reservatórios é proporcionar acumulação, e sua característica mais importante é capacidade de armazenamento.
Segundo AZEVEDO NETO (1973), o aproveitamento de um curso d’água para produção de energia elétrica pode ser feito sem a acumulação de água, com acumulação diária, ou com grande acumulação. A acumulação diária é feita com o objetivo de se tirar proveito das horas de menor consumo de eletricidade, reservando-se um volume de água suficiente para atender as horas de maior consumo, enquanto que com os reservatórios de grande acumulação obtém-se o maior aproveitamento possível de um curso d´água, onde executa-se o represamento com capacidade para
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acumular, durante a época das chuvas, um volume suficiente para que seja atravessado o período da seca.
Figura 3.4.1. Níveis e volumes característicos de um reservatório.
Ainda conforme LOPES (2002), um reservatório pode ser descrito, do ponto de vista físico, por seus níveis e volumes característicos, conforme a seguir:
O nível de água mínimo operacional ou mínimo normal (Figura 3.4.1), corresponde à cota mínima necessária para a operação adequada do reservatório. Esta cota que define o limite superior do volume morto e o limite inferior do volume útil do reservatório nível de água - N.A. mínimo operacional encontra-se acima do limite superior da estrutura de tomada d’água, de forma a evitar a formação de vórtices na entrada da tomada.
O volume morto corresponde à parcela total do reservatório inativa ou indisponível para fins de captação de água. Corresponde ao volume do reservatório compreendido abaixo do N.A. mínimo operacional (Figura 3.4.1).
O N.A. máximo operacional ou máximo normal, de um reservatório corresponde a cota máxima permitida para a operação normal de um reservatório. Geralmente, este nível coincide com a crista do extravasor ou com a borda superior das comportas do vertedor.
O N.A. máximo operacional define o limite superior do volume útil do reservatório (Figura 3.4.1). O volume útil de um reservatório corresponde ao volume compreendido entre os níveis
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d’água mínimo operacional e máximo operacional (Figura 3.4.1). É o volume efetivamente destinado à operação do reservatório, ou seja, ao atendimento das diversas demandas da água.
O volume de espera, ou volume para controle de cheias, corresponde à parcela do volume útil do reservatório destinada ao amortecimento de ondas de cheia, visando ao atendimento às restrições de vazão de jusante. Estas restrições são, em geral, ditadas pela capacidade da calha do canal de jusante e pelo não comprometimento da infraestrutura existente, como pontes, rodovias ou áreas urbanas.
O volume de espera é variável de acordo com a época do ano, uma vez que a probabilidade de ocorrência de precipitações intensas varia ao longo do período hidrológico e define o nível máximo operacional e o nível meta do reservatório (Figura 3.4.1).
O N.A. máximo maximorum de um reservatório corresponde à sobrelevação máxima do nível d’água, medida a partir do N.A. máximo operacional ou normal, disponível para a passagem de ondas da cheia (Figura 3.4.1).
O volume de segurança de um reservatório corresponde ao volume compreendido entre os níveis d’água máximo operacional e máximo maximorum (Figura 3.4.1). Segundo LINSLEY (1978), esse volume, acima do máximo normal é o sobre armazenamento e em geral não é aproveitado, pois persiste somente enquanto dura a cheia e não pode ser retido para utilização ulterior.
A cota da crista do barramento é definida a partir de uma sobrelevação adicional ao N.A. máximo maximorum denominada borda livre (Figura 3.4.1). É destinada a impedir que as ondas formadas pelo vento ultrapassem a crista da barragem e, ainda, garantir uma segurança adicional a eventuais transbordamentos sobre a crista em condições excepcionais.
3.5 O CONTROLE DE CHEIAS NO BRASIL
Conforme citado no capítulo 3.1, a criação do CECCA deu início ao desenvolvimento do controle de cheias no Brasil. Atualmente, dê acordo com as Leis 9.433/97 e 9.648/98 que estabeleceram o novo arcabouço legal para a gestão dos recursos hídricos e do sistema elétrico, o ONS, atua mediante autorização e fiscalização da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, tem a atribuição de coordenar as atividades de Hidrologia e do uso múltiplo da água no ambiente da operação coordenada do Sistema Integrado Nacional - SIN.
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O operador tem a visão integrada dos conjuntos dos aproveitamentos para a operação de controle de cheias no âmbito das bacias hidrográficas, e anualmente, elabora um “Plano Anual de Prevenção de Cheias em conjunto com os agentes envolvidos, como o último que trata do ciclo 2013/2014”.
Conforme este relatório, o Plano Anual de Prevenção de Cheias é um instrumento de planejamento da operação hidráulica dos aproveitamentos hidrelétricos integrantes do SIN, que estão sujeitos a restrições operativas hidráulicas de vazões ou de níveis máximos para a proteção contra inundações de locais situados a jusante ou a montante das usinas.
De acordo com este relatório, o período de vigência deste plano, denominado de período de controle de cheias, é diferenciado para cada sistema de reservatórios, em função do regime hidrológico das bacias hidrográficas nas quais estão inseridos. De forma geral, para as bacias localizadas nas regiões Sudeste, Nordeste e Norte do Brasil o período de controle de cheias varia entre os meses de outubro ou novembro e abril, maio ou junho.
Na bacia do rio Iguaçu, localizada na região Sul, o período de controle de cheias é de maio a outubro. Na bacia do rio Paranapanema (Figura 5.1.1), que se localiza numa área de transição entre os regimes hidrológicos das regiões Sul e Sudeste, por não se observar nenhuma sazonalidade marcante, o seu período de controle de cheias é o ano todo, uma vez que, de novembro a abril, alocam-se volumes de espera para o controle de cheias na bacia do rio Paraná até Porto São José (Figura 5.1.1), cujos volumes alocados são superiores aos necessários para o controle de cheias do próprio Paranapanema e, de maio a outubro para o controle de cheias da própria bacia do rio Paranapanema.
O controle de cheias na bacia do rio Jacuí, localizada na região Sul, é realizado durante o ano todo, de novembro a outubro. Esta bacia apresenta duas restrições distintas, sendo uma com vigência sazonal entre os meses de novembro e abril, e a outra permanente durante todo o ano.
Conforme o relatório do ONS, os sistemas de reservatórios para controle de cheias tratados neste plano, bem como seus períodos de controle de cheias são os seguintes:
Sistema de reservatórios da bacia do rio Paraná até Porto São José - novembro/abril;
Sistema de reservatórios da bacia do rio Paranapanema até Chavantes (Jurumirim e Chavantes) – maio/outubro;
Sistema de reservatório de Barra Bonita, rio Tietê: novembro/junho;
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Sistema de reservatórios Caconde-Limoeiro do rio Pardo novembro/abril;
Sistemas de reservatórios da bacia do rio Paraíba do Sul – novembro/abril;
Sistemas de reservatórios da bacia do rio São Francisco – outubro/maio;
Sistema de reservatórios da bacia do rio Parnaíba – outubro/maio;
Sistema de reservatórios da bacia do rio Jequitinhonha – outubro/maio;
Sistema de reservatórios da bacia do rio Iguaçu – maio/outubro; e
Sistema de reservatórios da bacia do rio Jacuí – novembro/outubro.
A bacia do rio Paraná até o posto fluviométrico Porto São José, está localizada na região
Sudeste do Brasil, com área de 673.000 km², drena partes das regiões Centro-Oeste e Sudeste do Brasil (Figura 5.1.1). Formam o sistema de reservatórios para controle de cheias desta bacia os seguintes reservatórios: Camargos, Furnas, Mascarenhas de Moraes, Caconde, Marimbondo, José Ermínio de Moraes (Água Vermelha), Theodomiro Carneiro Santiago (Emborcação), Nova Ponte, Itumbiara, São Simão, Barra Bonita, Mário Lopez Leão (Promissão), Ilha Solteira/Três Irmãos, Armando Avellanal Laydner (Jurumirim), Chavantes e Escola de Engenharia Mackenzie (Capivara). Conforme relatório do ONS, o principal sistema de reservatórios é o da bacia do Paraná até Porto São José, porém foi subdividido em outros quatro sistemas com a finalidade da obtenção de um melhor controle de cheias. A seguir, são apresentados os sistemas de reservatório conforme relatório do ONS.
a) Sistema de reservatórios da Bacia do rio Paraná até Porto São José:
Tem seu período de controle de cheias do mês novembro até abril, com os seguintes reservatórios: Furnas, Mascarenhas de Moraes, Marimbondo, Água Vermelha, Emborcação, Nova Ponte, Itumbiara, São Simão, Barra Bonita, Promissão e Ilha Solteira/Três Irmãos, Jurumirim, Chavantes e Capivara formam um sistema de reservatórios para a operação de controle tem cheias. Os volumes de espera alocados visam a proteção de suas próprias restrições, de restrições associadas a outras usinas a jusante, assim como das restrições a jusante de Porto São José.
b) O sistema de reservatórios da bacia do rio Paranapanema até Chavantes:
Este sistema visa a proteção das restrições operativas hidráulicas localizadas na própria bacia. Seu período de controle de cheias abrange todo o ano hidrológico, em razão da inexistência de uma
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sazonalidade bem definida das vazões, que ora sofrem influência do regime de chuvas predominante da região Sudeste, ora estão sob o regime de chuvas da região Sul. Desta forma, no período de novembro a abril os reservatórios de Jurumirim e Chavantes estarão protegendo de forma integrada as restrições operativas hidráulicas locais e a restrição operativa hidráulica em Porto São José e de maio a outubro estarão protegendo apenas as restrições operativas hidráulicas do sistema de reservatórios da bacia do rio Paranapanema.
c) Sistema de Reservatório de Barra Bonita:
O aproveitamento hidrelétrico de Barra Bonita, localizado na bacia do rio Tietê, forma um sistema de reservatórios para a operação de controle de cheias que visa à proteção de sua própria restrição operativa hidráulica. Estudo complementar, onde se considerou a série histórica de vazões incrementais médias diárias de Barra Bonita além do mês de abril, indicou a necessidade de extensão do período de alocação de volumes de espera. Desta forma, seu período de controle de cheias abrange os meses de novembro a junho.
d) Sistema de Reservatórios Camargos-Funil:
Camargos, no rio Grande, forma um sistema de reservatório para a operação de controle de cheias, visando a proteção do ponto de controle a jusante (estrada de acesso às usinas de Camargos/Itutinga) e o ponto de controle localizado a 7km a jusante do reservatório de Funil e a 70km de Camargos (cidade de Ribeirão Vermelho). Seu período de controle de cheias abrange os meses de novembro a abril.
e) Sistema de Reservatórios Caconde-Limoeiro:
Caconde, no rio Pardo, forma um sistema de reservatório para a operação de controle de cheias, visando a proteção do ponto de controle a jusante (cidade de São José do rio Pardo) e do ponto de controle localizado a jusante de Armando de Salles Oliveira – Limoeiro - e a 70km da usina Caconde (Usina Hidrelétrica de Itaipava). Seu período de controle de cheias abrange os meses de novembro a abril.
3.6 ALGUMAS EXPERIÊNCIAS SOBRE CONTROLE DE CHEIAS EM OUTROS PAÍSES
A gestão de cheias junto às populações potencialmente afetadas por enchentes tem sido tema de pesquisa de diversos institutos para aplicação tanto em zonas rurais quanto para urbanas.
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Também cada vez mais possibilidades tecnológicas tem mostrado benefícios potenciais principalmente na disponibilidade de sistemas de alertas, modelos de previsão de vazão e outras ferramentas que possibilitam autoridades locais agir na prevenção e controle de cheias, isto devido ao impacto da inundação, ser considerado um dos mais significativos e preocupantes do mundo.
Uma das maiores experiências em controle de cheias no mundo e tida como referência mundial, vem de uma agência corporativa dos Estados Unidos, com os benefícios do desenvolvimento do Vale do rio Tennessee
De acordo com HOLLAND (1988), o Governo Federal criou por lei no congresso em 18 de maio de 1933, a “Tennessee Valley Authority” (TVA) uma agência corporativa que opera com um razoável grau de autonomia e flexibilidade de uma empresa privada, com a missão de controlar e desenvolver o Rio Tennessee e para melhorar as condições socioeconômicas dos habitantes da região.
O Presidente dos EUA, com o consentimento do Senado, nomeia os três membros do Conselho TVA para servir em 9 anos com mandatos sobrepostos. Este Conselho decide sobre os principais programas, organização e relações administrativas da TVA, sendo que a responsabilidade pela condução de programas da TVA, a aplicação de políticas e métodos e execução de serviços é delegada às principais unidades organizacionais. A TVA trabalha em cooperação com os órgãos federais, estaduais, locais e outros em seu programa de desenvolvimento regional.
Conforme HOLLAND (1988), as principais ferramentas utilizadas pela TVA para cumprir as suas responsabilidades são controle de inundações, navegação e produção de energia hidrelétrica e é um programa integrado de desenvolvimento de recursos naturais.
É o quinto maior rio dos EUA, com área de drenagem de aproximadamente 104.300 km² da parte sudeste central dos EUA. As cabeceiras do rio são compostas de grandes afluentes que são alimentados pelas águas das encostas das montanhas Apalaches. Nasce na junção dos rios Holston e French Board, em Knoxville, e corre para sudoeste por cerca de 400 km, em seguida, vira a oeste-noroeste, por cerca de 240 km antes de se dirigir para o norte cerca de 400 km até a sua junção com o rio Ohio apenas a uma curta distância a jusante de onde o Ohio se junta ao rio Mississippi (Figura 3.6.1).
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Figura 3.6.1. Sistema de reservatórios da bacia do rio Tennessee. No detalhe o encontro dos rios Tennessee e Ohio, e mais adiante deságua no Mississippi. Fonte: HOLLAND,
1988.
Durante a década de 30, o rio estava sujeito a grandes inundações destrutivas e que poderiam acontecer a qualquer momento durante o ano, e as condições econômicas e ambientais graves da região, ainda pioraram pela depressão econômica que tomou conta dos EUA.
Com a finalidade de reduzir os impactos de inundações ao longo do rio, no período de 1933 a 1941, a TVA construiu sete barragens ao longo do rio Tennessee e seus principais afluentes, e ao longo do tempo as inundações foram minimizadas pela operação de 47 barragens e reservatórios.
A TVA minimiza as inundações por meio do controle operacional destas 47 barragens e reservatórios por ela construídas, controlando rigorosamente uma planície de inundação com um eficaz sistema de gestão.
Historicamente, o período das cheias, começa em dezembro. Neste período, os grandes reservatórios estão com os níveis baixos para proporcionar espaço de armazenamento para as grandes cheias que são esperadas. Como a precipitação ocorre durante o inverno, de dezembro a março, os reservatórios estão autorizados a subir gradualmente até abril e mais rapidamente depois. A partir do final da primavera ou início do verão, a política adotada é o esvaziamento gradual dos reservatórios, de forma que possa atender outros quesitos da água como a navegação, produção de energia e abastecimento de água.
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Já o rebaixamento mais rápido ocorre durante os meses mais secos, no outono, buscando prepará-los para o período das cheias. Ao final de dezembro, os reservatórios estão em seus níveis baixos, uma vez mais, completando o ciclo anual. (Figura 3.6.2).
Figura 3.6.2. Bacia Hidrográfica do rio Tennessee. Detalhe: Sistemas de barragens e reservatórios. Fonte: HOLLAND, 1988.
Para HOLLAND (1988), a forma de medir o sucesso das operações de controle de cheias da TVA é comparar danos reais com as estimativas de danos evitados desde o fechamento da barragem Norris em 1936, isto porque a cidade do Chattanooga é especialmente susceptível à inundação substancial, e é utilizada como um ponto de verificação chave para tal comparação.
Os danos reais causados pelas cheias em Chattanooga foram de US$ 39 milhões nos últimos 50 anos, em comparação com a estimativa de danos evitados de 2.622 milhões dólares durante o mesmo período. As estimativas de danos causados pelas cheias pouparam desde 1936, incluindo Chattanooga, e em outras partes do vale e nos rios Ohio e Mississippi um total de US$ 3,03 bilhões.