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ALTERAÇÃO DO REGIME HIDRODINÂMICO NO BAIXO CURSO DO RIO SÃO FRANCISCO, BRASIL

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ALTERAÇÃO DO REGIME HIDRODINÂMICO NO BAIXO CURSO DO

RIO SÃO FRANCISCO, BRASIL

KATIA NÚBIA CHAVES SANTANA1, CÁSSIA JULIANA FERNANDES TORRES2, ANDREA SOUSA FONTES3, YVONILDE DANTAS PINTO MEDEIROS4

1 Graduanda em Engenharia Sanitária Ambiental, Universidade Federal da Bahia, E-mail: katiasantana1@gmail.com 2 Doutoranda do Centro Interdisciplinar em Energia e Ambiente, Universidade Federal da Bahia, E-mail:

torres_cjf@yahoo.com.br

3 Professora da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, E-mail: asfontes@gmail.com 4 Professora da Universidade Federal da Bahia, E-mail: yvonilde.medeiros@gmail.com

RESUMO

A expansão do armazenamento de água em grandes reservatórios para atender às demandas, principalmente, a de geração de energia hidroelétrica, causa impactos negativos no âmbito social e ecológico, uma vez que a construção de barragens provoca alterações significativas no regime fluvial. Alterações das características hidrodinâmicas afetam as funções, componentes e processos fluviais, responsáveis pela biodiversidade dos ecossistemas aquáticos. A necessidade de atendimento às demandas referentes às atividades humanas e de conservação dos ambientes aquáticos deu origem ao conceito de vazão ambiental. A vazão ambiental é uma condicionante básica para a restauração ou restituição de um ecossistema aquático ou população silvestre degradada o mais próximo possível da sua condição original (SNUC, 2000). Este artigo tem por objetivo analisar as alterações hidrodinâmicas originadas da operação dos reservatórios do baixo trecho do rio São Francisco, tendo em vista a restauração do ecossistema aquático. Para tanto, foram elaborados cenários para diferentes regras de operação nos reservatórios do baixo trecho desse rio, considerando dois critérios de defluência: (1) de atendimento à condição de vazão mínima (constante) e (2) de vazão ambiental (sazonal). A análise de cada cenário foi feita com base na utilização do modelo hidrodinâmico HEC-RAS - River Analysis System (US

Army Corps of Engineers, 2010). Os parâmetros hidráulicos analisados foram: cota (profundidade da linha d’água) e velocidade, visto que ambas as variáveis podem interferir no sucesso reprodutivo das espécies, as quais possuem distintas tolerâncias com relação às características hidráulicas. A análise dos resultados demonstrou que com o aumento da largura da calha principal do rio, tanto a velocidade quanto a cota apresentam um deplecionamento ao longo das seções de montante para jusante em todos os cenários, mostrando, portanto, o comportamento da conectividade longitudinal presente na área de estudo. Esses resultados são subsídios para análise futuras dos estudos visando a restauração do baixo trecho do rio São Francisco na definição dos limites e variação de cota e velocidade adequadas para diferentes componentes do ecossistema aquático.

Palavras – Chave: Modelagem Hidrodinâmica; Vazão Ambiental; Restauração de rios; Tema: 2

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INTRODUÇÃO

A construção de reservatórios possui a função de regularizar as vazões a jusante, acumulando reservas no período úmido para disponibilizá-las no periodo seco, modificando a vazão natural do rio. Essa modificação na sazonalidade das vazões naturais promovem alterações no ecossistema, pela perda de berçários naturais para os peixes e redução de espécies dependentes dos regimes sazonais para seu desenvolvimento, e altera o cotidiano de vida das comunidades ribeirinhas por ter que se adaptar às novas condições hidrológicas.

Alterações das características hidrodinâmicas, por seu turno, afetam as funções, componentes e processos fluviais, responsáveis pela biodiversidade dos ecossistemas aquáticos. Segundo Dephilip & Moberg (2010), os componentes e processos fluviais que auxiliam na manutenção do estado ecológico de uma bacia hidrográfica são: altas vazões e cheias; grandes e pequenas cheias; eventos de transbordamentos de margens; pulsos de alta vazão; vazões sazonais e baixas vazões.

De acordo com Poff et al. (1997) a qualidade e integridade ambiental de um rio são dependentes do regime hidrológico a que se submete. Collischonn et al. (2005) acrescenta que a quantidade de água necessária para dar sustentabilidade ecológica a um corpo d’água é variável no tempo, ou seja, os critérios e definições da vazão a ser liberada à jusante dos reservatórios devem contemplar todos os períodos que caracterizam o seu regime hidrológico. Segundo Acreman et al. (2008), vazão é uma variável que pode ser substituída pela profundidade da água e velocidade em um rio, ambas criadas pela interação entre o fluxo e a morfologia do canal, o qual fornece habitat físico para a biota aquática.

Nesse contexto, de atender às necessidades do ecossistema aquático e às atividades humanas, originou o conceito de vazão ambiental (WANG et al. 2013). Vazão ambiental (hidrograma ambiental) refere-se à quantidade, qualidade e sazonalidade de água, necessária para a manutenção da integridade dos ecossistemas aquáticos (MEDEIROS et

al. 2013), sendo um condicionante básico para a restauração ou restituição de um

ecossistema ou população silvestre degradada o mais próximo possível da sua condição original, de acordo o Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza - SNUC (BRASIL, 2000).

O regime natural de vazões do baixo curso do rio São Francisco vem sendo alterado em decorrência da intensificação dos usos da água e da sucessiva construção de grandes barragens ao longo do canal fluvial. Uma série de alterações na dinâmica fluvial e nos ecossistemas aquáticos, com a consequente ampliação dos conflitos de uso da água, tem sido relatada (CBHSF, 2004). De acordo com Martins et al. (2011), essas alterações se deram principalmente, a partir do início da operação dos reservatórios Três Marias (1952), localizado no Estado de Minas Gerais e Sobradinho (1979), no Estado da Bahia, ambos com a finalidade de gerar energia hidroelétrica.

A prioridade em atender à geração de energia, por parte do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), tem promovido no rio São Francisco, alterações significativas nas suas características hidrodinâmicas, o que refletiu em impactos no nicho ecológico de várias espécies, consequentemente, interferências em seus ciclos de vida e na sua abundância e composição. Os diferentes tipos de flutuações na vazão do rio, em virtude da operação dos reservatórios à montante do seu baixo trecho, modificaram as atividades econômicas locais, interferindo na pesca, no turismo, na navegação e em algumas captações pequenas de água.

Diante do exposto, este artigo tem por objetivo analisar as alterações hidrodinâmicas originadas da operação dos reservatórios do baixo trecho do rio São Francisco comparando

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com o hidrograma ambiental proposto pela rede de pesquisa ECOVAZAO (MEDEIROS et

al.,2010), tendo em vista a restauração do ecossistema aquático. METODOLOGIA

A metodologia adotada neste estudo consistiu na elaboração de cenários para diferentes regras de operação nos reservatórios do baixo trecho do Rio São Francisco, considerando dois critérios de defluência: (1) de atendimento à condição de vazão mínima (constante) e (2) de vazão ambiental (sazonal).

Área de estudo

A bacia hidrográfica do rio São Francisco compõe 8% do território nacional, possui 634.781Km² de área de drenagem, abrange 503 municípios e é dividida em quatro regiões hidrográficas (CBHSF, 2004): Alto, Médio, Submédio e Baixo. A área de estudo compreende o baixo trecho, a partir da UHE Xingó, onde estão localizadas as cidades de Piranhas, Pão de Açúcar, Traipu e Propriá como mostra a Figura 1, possuindo um percurso total longitudinal de aproximadamente 152 km. Os dados utilizados nesse estudo compreendem as estações fluviométricas apresentadas no Tabela 1, disponíveis no Banco de Dados da Agência Nacional de Águas (Hidroweb).

Figura 1. Localização das seções Tabela 1 - Identificação das seções do estudo

Código Seção Latitude Longitude Dados disponíveis

49330000 Piranhas (E) 636623 (N) 8935760 Resumo de Descarga, Sedimentos, Perfil Cotas, Vazões, Qualidade da água, Transversal.

49370000 Pão de

Açúcar (E) 670355 (N) 8921826

Cotas, Vazões, Qualidade da água, Resumo de Descarga, Perfil Transversal. 49660000 Traipu (E) 719014 (N) 8897023 Resumo de Descarga, Sedimentos, Perfil Cotas, Vazões, Qualidade da água,

Transversal.

49705000 Propriá (E) 738389 (N) 8870132 Resumo de Descarga, Sedimentos, Perfil Cotas, Vazões, Qualidade da água, Transversal.

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A seção de Piranhas está localizada logo à jusante da UHE Xingó, a qual é uma barragem a fio d’água e sua vazão afluente é consequência das regras de operação dos reservatórios à montante (Sobradinho, Itaparica). A seção seguinte localiza-se à 40 km à jusante de Piranhas, na cidade de Pão de Açúcar, possuindo uma largura transversal de 600m. Conseguintemente, à 59 km à jusante, em Traipu, a distância estimada entre as margens é de 800 m, sendo que há aparentes formações de bancos de área nessa seção. A última seção utilizada nesse estudo, Propriá, possui 570m de largura transversal, entre as margens, e está à 34 km de Traipu e à 72 km da foz. O perfil longitudinal do trecho estudado foi ajustado devido à falta de informação consistente.

Definição e análise dos cenários

O comportamento hidrodinâmico da área de estudo foi analisado mediante os seguintes cenários:

i. Cenário 1 - Vazão defluente mínima de 1300 m³/s, definida de forma provisória entre os usuários de água (CBHSF, 2004);

ii. Cenário 2 - Hidrograma de vazão ambiental para período seco (variando de 1100 m³/s à 2300 m³/s), na escala mensal, num período de um ano. Hidrograma proposto pela da Rede ECOVAZAO (MEDEIROS et al., 2010)

iii. Cenário 3 - Hidrograma de vazão ambiental para período normal (variando de 1300 m³/s à 3150 m³/s), na escala mensal, num período de um ano. Hidrograma proposto pela Rede ECOVAZAO.

iv. Cenário 4 – Vazão defluente mínima de 900 m³/s, solicitadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), sendo uma medida emergencial, de acordo com o CBHSF (2015). Essa vazão começou a ser operada em 30 de junho de 2015 com limite, inicialmente, para o dia 31 de outubro do mesmo ano.

A figura 2 ilustra os distintos comportamentos dos cenários inseridos para a análise.

Figura 2. Verificação do comportamento dos cenários dispostos mensalmente

Fonte: MEDEIROS et al. (2010); CBHSF (2004); CBHSF (2015)

A análise de cada cenário foi feita com base na utilização do modelo hidrodinâmico unidimensional HEC-RAS - River Analysis System (US Army Corps of Engineers, 2010), através da condição de regime não permanente. Para a calibração do modelo, foram utilizados os parâmetros ajustados por Chagas (2009), tal como o coeficiente de rugosidade, por exemplo. A validação foi feita para dois períodos (1997 - 2000 e 2009 - 2013) e a simulação foi feita para os quatro cenários descritos.

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400

Jan Fev Mar Abril Maio Junho Julho Ago Set Out Nov Dez Hidrograma Seco Hidrograma Úmido Vazão de 1300 m³/s Vazão de 1000 m³/s

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Após os resultados das simulações dos cenários expostos acima, os parâmetros analisados foram:

i. Cota (profundidade da linha d’água) – A cota representa o nível da superfície d’água alcançado em cada seção a partir de valores de vazão. Através desse parâmetro é possível fazer algumas observações para a vegetação ripária e para o ecossistema aquático, uma vez que ambos dependem desse parâmetro para desenvolver seus processos.

ii. Velocidade – Esse parâmetro refere-se à velocidade da correnteza e assim como a cota, ela também interfere no ecossistema, tanto aquático quanto terrestre, sendo, portanto, um indicador ambiental, observando-se que cada componente possui seu limite de velocidade suportado. Além disso, ela também é responsável pela tipologia do substrato, o qual possui distinta granulometria a depender da sua intensidade.

Dessa forma, os resultados de cota e velocidade dos cenários 1 e 4 que representam as regras de operação atuais dos reservatórios, foram comparados aos valores encontrados para o cenário 2 e 3 que utilizam o hidrograma ambiental proposto pela oficina de especialistas da rede de pesquisa ECOVAZAO e representa a demanda hídrica do ecossistema para a restauração do trecho em analise.

RESULTADOS E DISCUSSÕES Validação do modelo

As Figuras 3 e 4 ilustram os resultados da validação do parâmetro (coeficiente de Manning) utilizado no modelo hidrodinâmico para a estação fluviométrica de Propriá.

Figura 3. Validação dos dados de vazão para o intervalo de 1997 à 2000 na estação de Propriá 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 V az ão (m³ /s) Período

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Figura 4. Validação dos dados de vazão para o intervalo de 2009 à 2013 na estação de Propriá

Observa-se um bom ajuste entre os dados observados e simulados pelo modelo, com correlação de 0,8 para o período de 1997 – 2000 e correlação de 0,92 para o período de 2009 à 2013.

Simulação dos cenários no baixo curso do rio São Francisco

Devido ao aumento da largura da calha principal do rio, tanto a velocidade quanto a cota apresentam um deplecionamento ao longo das seções de montante para jusante em todos os cenários. A tabela 2 ilustra os principais resultados encontrados em cada seção avaliada.

Tabela 2: Variação dos valores dos parâmetros velocidade e cota para cada seção estudada

Cenário

Piranhas

(montante) Pão de Açúcar Traipu Propriá (jusante)

Cota Velocidade Cota Velocidade Cota Velocidade Cota Velocidade

m m/s m m/s m m/s m m/s 1 6,89 1,02 4,36 0,49 1,51 0,19 1,16 0,16 2 6,19 - 9,69 0,93 - 1,41 3,84 - 6,41 0,47 - 0,58 1,19 - 3,02 0,17 - 0,29 0,91 -2,33 0,14 - 0,25 3 6,89 - 11,66 1,02 - 1,67 4,36 - 7,26 0,49 - 0,63 1,51 - 4,70 0,19 - 0,33 1,51 - 3,91 0,16 - 0,30 4 5,44 0,82 3,28 0,45 0,82 0,14 0,61 0,12

Comparando os resultados do Cenário 2 e 3 com os do Cenário 1 e 4, verifica-se que o hidrograma ambiental mensal, devido à sua sazonalidade, proporciona variabilidade nos parâmetros cota e velocidade, diferentemente dos cenários com vazão mínima constante. De acordo com DePhilip & Moberg (2010), fluxos sazonais mantem a conectividade entre habitats, principalmente no período de desova de algumas espécies e fornece refúgios térmicos em alguns períodos do ano. Além disso, esses fluxos são importantes para carrear sedimentos ao longo do rio, evitando o acúmulo de bancos de areia, já que segundo o mesmo autor, o decrescimento da vazão e da velocidade resulta na diminuição da taxa de erosão e no aumento da taxa de deposito de areia.

A variação de amplitude da cota simulada é verificada apenas nos cenários 2 e 3. No cenário 3 é de aproximadamente 5 metros em Piranhas e 2,4 metros em Propriá. No cenário 2, essa variação reduz para 3,5 e 1,4 metros, respectivamente. Essa amplitude da cota auxilia na recuperação de um ambiente adequado (em diferentes períodos) ao ciclo de vida

900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 V az ão (m³ /s) Período

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das espécies existentes, de modo que proporciona uma conectividade entre habitats nas margens do rio, mantém a vegetação nativa e inibe fixação de espécies exóticas, além de possibilitar profundidade adequada para o deslocamento dos peixes, sua reprodução e desenvolvimento.

Para a velocidade, comparando os resultados do Cenário 3 com os do Cenário 1, constata-se um aumento de cerca de 63% em Piranhas e 87% em Própria em ano normal, o que reduz a deposição de sedimentos, garante a mobilidade característica da biota aquática, inibindo a fixação de espécies exóticas. Comparando o Cenário 2 com o Cenário 4, verifica-se um aumento na velocidade de cerca de 70% em Piranhas e 108% em Propriá. De acordo com Kapusta (2008) espécies distintas são adaptadas às condições de diferentes habitats, e esses possuem intensa relação com a velocidade e o tipo de substrato disponível. Ainda segundo os autores, locais onde a velocidade é maior, predominam substratos menos particulados, como seixos e cascalho grosso, já em locais onde a velocidade é menor, predominam substratos mais particulados como cascalho fino, areia e silte.

As Figuras 5 e 6 ilustram os resultados da simulação dos perfis longitudinais para os parâmetros cota do nível da superfície d’água e velocidade média do escoamento ao longo dos trechos em estudo, mediante os quatro cenários apresentando a diferença entre os perfis longitudinais simulados. Os meses de fevereiro e setembro foram escolhidos para representarem o período de cheia e período seco da bacia, respectivamente.

(a) (b)

Figura 5. Perfil da variação mensal da cota (m) ao longo dos trechos em estudo para os meses de

fevereiro (a) e setembro (b)

(a) (b)

Figura 6. Perfil da variação mensal da velocidade ao longo dos trechos em estudo para os meses de

fevereiro (a) e setembro (b)

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Piranhas Pão de Açucar Traipu Propriá

C ot a (m ) Seções

Hidrograma Seco Hidrograma Normal Vazão 1300 m³/s Vazão 900 m³/s

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Piranhas Pão de Açucar Traipu Propriá

C ot a (m ) Seções

Hidrograma Seco Hidrograma Normal Vazão 1300 m³/s Vazão 900 m³/s

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

Piranhas Pão de Açucar Traipu Propriá

V e loc ida de ( m /s ) Seções

Hidrograma Seco Hidrograma Normal Vazão 1300 m³/s Vazão 900 m³/s

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80

Piranhas Pão de Açucar Traipu Propriá

V e loc ida de ( m /s ) Seções

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Com relação à cota no mês de fevereiro, que representa o período úmido, para a estação de Piranhas, o ecossistema requer uma profundidade de aproximadamente 12m (Hidrograma normal) promovendo a inundação de várzea, proporcionando, portanto, a conectividade lateral, enquanto que, operando a vazão mínima de 1300 m³/s essa profundidade reduz quase a metade. Considerando o mesmo mês para uma situação de escassez, a cota demandada pelo ecossistema é de 7m enquanto que a fornecida pela operação de apenas 900m³/s é de 5,5m. Observa-se que essa significativa redução também acontece para as demais seções. Esse comportamento verificado na cota aplica-se também para a velocidade, destacando a redução de cerca de 50% em Piranhas comparando-se a demanda ambiental no cenário do hidrograma normal com o cenário 4 (900 m³/s).

No mês de setembro, que representa o período seco, uma vez que os valores entre a vazão constante (cenário 1) e o hidrograma proposto (cenários 2 e 3) são próximos, os perfis de cota e velocidade apresentam o mesmo comportamento. Apenas o cenário 4 apresenta significativa redução em ambos os parâmetros.

Essa redução dos parâmetros de montante para jusante é compatível com o aumento do coeficiente de rugosidade admitido na modelagem, o qual variou de 0,04 na seção de Piranhas a 0,075 em Propriá.

CONCLUSÕES

A sazonalidade das vazões é uma característica do regime fluvial fundamental a ser considerada nos estudos de restauração do ecossistema aquático modificado em consequência da construção de barragens e operação de reservatórios. Portanto, os critérios de defluência de vazões devem atender a regras de operação de reservatórios que considerem a sazonalidade natural das vazões ao longo do ano, de forma a atender aos requisitos ecológicos dos componentes do ambiente aquático. A variabilidade natural determina condições hidrodinâmicas que asseguram a conectividade lateral e longitudinal do escoamento fluvial, nos trechos à jusante de reservatórios.

Combinar os hidrogramas dos cenários 2 e 3 proporciona ao trecho estudado do rio São Francisco mudanças sazonais, anuais e interanuais (seco e normal) nos níveis de cota e velocidade.

As simulações realizadas para o baixo trecho do rio São Francisco evidenciam significativas alterações hidrodinâmicas decorrente da utilização de regras de operação de reservatórios baseadas no critério de vazão mínima, quando comparado a adoção da variabilidade sazonal representada pelo hidrograma ambiental, proposto pelos especialistas da rede ECOVAZAO.

Ressalta-se que estes resultados preliminares são subsídios para a definição dos limites de variação de cota e velocidade dos fluxos adequados ao ecossistema, em fases posteriores dos estudos de avaliação dos impactos da implantação do hidrograma ambiental no baixo trecho do rio São Francisco.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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