SIMULAÇÃO HIDROLÓGICA PARA GERENCIAMENTO DOS RECURSOS HÍDRICOS DA BARRAGEM DO RIO SÃO BENTO

COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS

XXX - SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS FOZ DO IGUAÇU – PR, 12 A 14 DE MAIO DE 2015 RESERVADO AO CBDB

SIMULAÇÃO HIDROLÓGICA PARA GERENCIAMENTO DOS RECURSOS HÍDRICOS DA BARRAGEM DO RIO SÃO BENTO

Juliano Possamai DELLA

Engenheiro Civil - Companhia Catarinense de Águas e Saneamento - CASAN Álvaro José BACK

Engenheiro Agrônomo - Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC 1 RESUMO

A região Sul de Santa Catarina apresenta boa parte dos recursos hídricos comprometidos pela poluição devido à mineração do carvão. A barragem do rio São Bento foi construída com objetivo de solucionar os problemas de abastecimento de água. Os diferentes usos de água são conflitantes e ha necessidade de ter critérios de operação da barragem e gestão dos recursos hídricos. Assim este trabalho teve como objetivo realizar uma simulação hidrológica com a finalidade de avaliar a capacidade de atendimento das demandas de irrigação e abastecimento. Na simulação do reservatório foi considerado a situação de Alerta. Constatou-se que o reservatório da barragem do rio São Bento tem possibilidade de atender demandas superiores as atuais.

2 ABSTRACT

The southern region of Santa Catarina has a good portion of the watershed compromised by pollution due to coal mining. The dam of the São Bento was built in order to resolve the problems of water supply. The different uses of water are conflicting and there need to be criteria for dam operation and management of water resources. Therefore this study aimed to conduct a hydrologic simulation in order to evaluate the ability of meeting the demands of irrigation and supply. In reservoir simulation was considered the situation of alert. It was found that the reservoir of the dam the river Sao Bento has the potential to meet the higher current demands.

3 INTRODUÇÃO

A região Sul de Santa Catarina apresenta grande parte dos recursos hídricos comprometidos pela poluição devido à mineração do carvão. Devido a crescente demanda pelo uso da água para abastecimento humano e o aumento de áreas irrigadas para o cultivo do arroz combinado com a degradação dos recursos hídricos observa-se aumento na escassez de água na região e nos conflitos pelo uso da água. A escassez generalizada, a destruição gradual e o agravamento da poluição dos recursos hídricos em muitas regiões do mundo, ao lado da implantação progressiva de atividades incompatíveis, exigem o planejamento e manejo integrados desses recursos [3].

Conforme Bravo [1] a construção e operação de reservatórios possuem como função primordial o desenvolvimento de reservas em épocas de excesso hídrico, para uso posterior em períodos de escassez. Entretanto, diversos fatores cooperam para realização da análise da operação de reservatórios com múltiplos usos se tornar um processo de difícil solução, sendo esses fatores as características estocásticas do processo hidrológico, a quantificação e definição dos objetivos, a necessidade de um processo sequencial de decisões bem como a complexidade do resultante de otimização, pois não segue uma linearidade.

De acordo com a Política Nacional de Recursos Hídricos, através da Lei nº 9.433/97, a gestão de recursos hídricos deve sempre proporcionar a estruturação do uso múltiplo das águas e da gestão descentralizada, propiciando que os diferentes setores usuários de recursos hídricos possam a obter equidade de direito de acesso à água.

A barragem do rio São Bento foi construída com objetivo de solucionar os problemas de abastecimento de água e também atender a demanda de parte da área irrigada e auxiliar no controle de cheias. Conforme [1], a construção e operação de reservatórios possuem como função primordial o desenvolvimento de reservas em épocas de excesso hídrico, para uso posterior em períodos de escassez. Entretanto, diversos fatores cooperam para realização da análise da operação de reservatórios com múltiplos usos se tornar um processo de difícil solução, sendo esses fatores as características estocásticas do processo hidrológico, a quantificação e definição dos objetivos, a necessidade de um processo sequencial de decisões bem como a complexidade do resultante de otimização, pois não segue uma linearidade.

Nos quase dez anos de operação da barragem, em vários momentos ocorreram vertimentos evidenciando excessos água. Essa aparente abundância de água pode sugerir aumentar a oferta de água, tanto para consumo humano como para a irrigação. Neste período também ocorreram algumas estiagens de curta duração, mas suficiente para haver a pressão pela oferta da água, principalmente por parte dos rizicultores. Quando da ocorrência da maior estiagem, verificada em dezembro de 2012, o nível mínimo da barragem atingiu praticamente o volume correspondente a 55,36% da capacidade máxima do reservatório. Nesta ocasião a população visualizando a diminuição da área alagada ficou apreensiva quanto à possibilidade de falta de água. Nestas situações o gestor da barragem frequentemente é cobrado a dar explicações. Este trabalho tem como objetivo realizar a simulação hidrológica do reservatório da barragem do rio São Bento, Siderópolis, SC, considerando

cenários de demandas para vazão ecológica, abastecimento da população irrigação da cultura do arroz.

4 MATERIAL E MÉTODOS

A barragem do rio São Bento, localizada no estado brasileiro de Santa Catarina no município de Siderópolis, está inserida na bacia hidrográfica do rio São Bento sendo definida como uma sub-bacia da bacia hidrográfica do rio Araranguá (Figura 1).

Figura 1 - Localização barragem do rio São Bento.

Para a simulação do volume no reservatório foi gerada a série de 100 anos de dados de vazões decendiais. Estas vazões foram obtidas pela transformação da série de precipitações em vazão pelo modelo chuva-vazão. A série de 100 anos de dados de precipitação foi obtida por meio do ajuste do modelo de Markov para geração de sequências de dias secos e chuvosos e da distribuição gama para simular os valores de chuva diária [6].

distribuições de probabilidade para os caminhos futuros do processo, dependem somente do estado presente, não levando em consideração como o processo chegou ao estado atual [5].

Para que um processo estocástico seja reconhecido como markoviano a probabilidade do processo deve estar em um dado estado, num instante qualquer no futuro, dependendo da sequência completa de estados até o momento presente a mesma quando dependendo apenas do estado presente [4].

O modelo de Markov por sua vez foi ajustado com base nos dados diários de precipitação do período de 1986 a 2012, da estação pluviométrica da Agência Nacional de Águas (ANA), com código 84800000 e coordenadas latitude 28°36’44”S e longitude 49°33’04”W, localizada no município de Siderópolis, SC.

O modelo para estimar a vazão a partir da chuva adotado consistiu em multiplicar o volume da precipitação por um coeficiente empírico (C), conforme:

C P

Q  ₍₁₎

O coeficiente C modelo chuva vazão foi calibrado com base nos dados do controle hidráulico da barragem no período de 2004 a 2012.

A simulação do reservatório foi realizada em intervalo decêndial com base no balanço hídrico dado por:

efl cons rr eco a t t

S

Q

Qi

Q

Q

S













em que: St = armazenamento no decêndio t (m³); St-1 = armazenamento no decêndio

anterior (m³); Qa = vazão afluente (m³); Qeco= vazão ecológica (m³); Q irr = vazão

para irrigação (m³); Q cons = vazão para consumo humano (m³), Qefl = vazão efluente.

Na simulação do reservatório foi considerada a vazão ecológica definida pelo órgão ambiental e as vazões para atender a demanda de irrigação da cultura do arroz, variando de 6.000ha a 10.000ha bem como a demanda para abastecimento da população variando de 300.000 hab a 1.000.000 hab. Foi estabelecido como nível de “Alerta” o volume equivalente a 25 % da capacidade do reservatório.

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Constatou-se que as séries observadas e simuladas de precipitação apresentaram valores das probabilidades de transição praticamente iguais, indicando dessa forma que o modelo ajustado irá simular séries de chuva com sequencias de dias secos e chuvosos semelhantes ao período observado. Da mesma forma o modelo chuva-vazão ajustado foi considerado de resultado satisfatório, com pequenas diferenças entre os valores observados e simulado no volume do reservatório (Figura 2 e Figura 3). Essas diferenças se devem em parte a distribuição não uniforme da precipitação na bacia de contribuição.

30,000 40,000 50,000 60,000 70,000

Observado Simulado Limite

Figura 2. Variação do volume do reservatório observado e simulado em 2004.

30,000 35,000 40,000 45,000 50,000 55,000 60,000 65,000

Observado Simulado Limite

Figura 3. Variação do volume do reservatório observado e simulado em 2012.

Na Figura 4 estão indicados os períodos de retorno para a condição Alerta (volume inferior a 25% da capacidade do reservatório) em função da demanda para abastecimento da população (habitantes) e da área irrigada com rizicultura (ha). Observa-se que para a área irrigada de 6000 ha, a condição de Alerta somente irá ocorrer para a população acima de 700 mil habitantes. Para a população de 800 mil habitantes o período de retorno será de 33 anos, isto é, a condição de Alerta irá ocorrer em média uma vez a cada 33 anos.

De forma semelhante, considerando a área irrigada de 7000 ha, a condição de Alerta irá ocorrer para população acima de 500 mil habitantes com período de retorno de 50 anos, enquanto que para áreas irrigadas de 8000 ha ou mais a condição de alerta irá ocorrer para população de 300 mil habitantes. Considerando que é fundamental preservar o abastecimento humano e a vazão ecológica, e que dos usos da água a irrigação é a de menor prioridade, esta condição de Alerta nos parece um bom critério para gerenciar a distribuição de água.

Até esta condição pode-se atender todas as demandas, a partir deste ponto suspender ou reduzir o volume destinado à irrigação preservando os demais usos.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 300 400 500 600 700 800 900 1000 A n o s Habitantes (x1000) 6000 7000 8000 9000 10000 100 Irrigação (ha)

Figura 4. Período de retorno para a condição de Alerta em função da demanda para abastecimento da população (habitantes) e da área irrigada com rizicultura (ha).

6 CONCLUSÃO

O modelo para geração de série de vazões adotado embora muito simplificado permitiu simular vazões afluentes semelhantes com as vazões obtidas do controle hidráulico da barragem.

O reservatório mostrou que existe para a situação de alerta a possibilidade de atender demandas superiores as atuais, e que a adoção de critérios de operação diferenciados pode determinar o melhor uso dos recursos hídricos.

7 AGRADECIMENTOS

A Companhia Catarinense de Águas e Saneamento por disponibilizar as informações necessárias para realização do trabalho contribuindo de forma expressiva no desenvolvimento do mesmo e garantindo a visualização do empreendimento em cenário nacional.

8 PALAVRAS-CHAVE Modelo de Markov, hidrologia, barragem.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] BRAVO, J. M. (2006) – “Otimização da operação de um reservatório para

controle de cheias com base na previsão de vazão”, 136f. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental). Universidade Federal do Rio Grande do Sul/UFGRS - Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Porto Alegre;

[2] CASAN (MOR) (2004) - Companhia Catarinense de Águas e Saneamento. “Programa de gerenciamento de risco da barragem São Bento. Santa Catarina”, Relatório Técnico;

[3] CNUMAD. (1992) – “CONFERENCIA DAS NAÇÕES UNIDAS SOBRE MEIO

AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO”, Agenda 21 – capitulo 18. Rio de Janeiro, CNUMAD;

[4] LEITE, P. B. C. (2008). Identificação de tipos de culturas agrícolas a partir de

seqüências de imagens multitemporais utilizando modelos de markov ocultos. 2008. 79 f. Dissertação (Mestrado) - Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Técnico Científico da Puc-rio, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.

[5] SILVA, T. C. M. da.; JÚNIOR, V. V. (2011) – Cadeias de Markov: Conceitos e

aplicações em modelos de difusão de informação. In: REUNIÃO ANUAL DA SBPC, 63, 2011, Goiânia. Anais eletrônicos. São Paulo: SBPC/UFSC, 2011.

[6] UGGIONI, A. B. (2005) – “Utilização da modelagem matemática no

planejamento ambiental no litoral sul de Santa Catarina”, 60 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade do Extremo Sul Catarinense, Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais, Criciúma.

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SIMULAÇÃO HIDROLÓGICA PARA GERENCIAMENTO DOS RECURSOS HÍDRICOS DA BARRAGEM DO RIO SÃO BENTO

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ÁLVARO JOSÉ BACK

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CRICIÚMA 30/10/2014 Local e Data

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