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1
GestãoGestão de de ÁÁguasguas: : EntendendoEntendendo o o ContextoContexto FFíísicosico
Ticiana Ticiana MarinhoMarinho de de CarvalhoCarvalho StudartStudart
SãoSão LuisLuis20052005
2
“ Como o gerenciamento de recursos hídricos acontece em um contexto de valores
humanos e realidades físicas, cada sociedade desenvolve seus próprios objetivos e metas.
A percepção dos recursos naturais pela sociedade reflete realidades biofísicas,
valores culturais, experiências históricas, da mesma forma que realidades políticas.
(Perry and Vanderklein, 1996).
10
• Chuva anual de 1.400 mm/ano na
costa até 500mm no Sertão
• Mais de 90% concentrado em seis
meses (Jan-Jun)
• Mais de 75% em 4 meses (Fev-
Mai)
• Evaporação > 2.500mm
• Embasamento cristalino
• Resultados = rios intermitentes
Exemplo: Ceará
11
Entendendo o o clima, o meio e a sociedadeEntendendo o o clima, o meio e a sociedade
Chuva
Sistema de águas móveis:
As águas podem ser usadas em locais diversos de onde
precipitam (SAM)
Clima
Sistema físico
Sistema de águas fixas:
As águas só podem ser usadas no local onde
precipitam (SAF)
Agricultura de sequeiro
• Muito vulnerável às variabilidades climáticas
• Secas freqüentes
Atividades robustas: irrigação, abastecimento de cidades,
indústrias...
A vulnerabilidade climática éreduzida armazenando-se água em reservatórios e tomando as decisões táticas e estratégicas.
Sistema social
12
A adaptação do homem ao clima no SAF
Secas = f (chuva total, distribuição temporal, evapotranspiração; ciclo vegetativo da cultura)
Duração contínua máxima anual de umidade no solo
- DCMAUS -
Duração do ciclo vegetativo- DCV -
Seca: DCV > DCMAUS
Inverno: DCV < DMAUS
13
• Distribuir (ou não) sementes;• Plantar (ou não) plantar;
• Selecionar a cultura a plantar (ciclo curto ou longo);• Selecionar a área onde plantar (área e locação)
Decisões no SAFDecisões no SAF
Obs: previsão e monitoramento devem caminhar juntos
14
As secas no SAM
Modelos Estocásticos
• A memória dos sistema está nas águas armazenadas na natureza (açudes,
aqüíferos, ...)
• Qt+1 = ?Qt + ?• A previsão reduz os ruídos em ? i
15
Dec
isõe
s no
SA
M
ESTRAT ÉGICAS
• aperfeiçoar as previsões;• construir estruturas hidráulicas (movimentação de água)
TÁTICAS
• iniciar, mais cedo, a movimentação de água entre reservatórios;
• iniciar racionamento; • iniciar campanhas massivas de educação; • iniciar negociações para re-alocação
16
Os sistemas hOs sistemas híídricosdricos
São estruturas naturais, ou construídas pela sociedade, usadas com a finalidade de ajustar a oferta à demanda em termos de tempo, local, quantidade e qualidade.
– Reservatórios, lagos e rios (dimensões tempo e quantidade e espaço)
– Adutoras (dimensão espaço)– Estações de tratamento (dimensão qualidade)
17
Reservatório como solução
• Produção de energia elétrica de baixo custo relativo;
• Água para irrigar terras férteis;• Água para abastecimento de
populações;• Condições para piscicultura;• Redução de cheias a jusante;• Criação de paisagens;• Criação de ambientes de
recreação
18
Contudo, na busca de controlar cheias e
mitigar secas construindo barragens as
pessoas criaram
outros tipos de
problemas.
@ E
d K
ashi
/Cor
bis
http://www.nationalgeographic.com
19
Problemas ambientaisProblemas ambientais
• Deslocamento de populações• Inundação de terras férteis • Barreira à migração de peixes• Inundação de locais históricos• Perdas de valores estéticos• Retenção de sedimentos -
impactos nos estuários • Sensação de insegurança das
populações de jusante
20
A açudagem como solução preferida
“ Já em meado do século passado (século XIX), o senador Francisco de Brito Guerra, com o espírito muito
lúcido e prático que o distinguia, reconhecendo o alcance e a necessidade do açudamento do sertão , proclamava que seria feliz quando suas águas não
chegassem ao oceano.”
Modernamente seria o ...
PROGRAMA EXTRAVAZAMENTO ZERO
“No sertão mais vale deixar à família um bom açude do que um rico palácio. Dessas verdades estão todos mais ou
menos convencidos. “
21
A gestão dos estoques de A gestão dos estoques de ááguagua
1- Gestão integrada
2 - Decisão sobre o dimensionamentoFase 1 - Autocracia hidrológica empírica
– 2Va e Rippl
Década de 1960:
– Simulação com série histórica
23
Rio Moxotó
0
50
100
150
200
250
1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1984
Vaz
ão (
hm
³/an
o)
Rio Moxotó (hipotético)
0
50
100
150
200
1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1984
Vaz
ão (
hm
³/an
o)
Grande VariabilidadeGrande Variabilidade
Pequena VariabilidadePequena Variabilidade
24
A gestão dos estoques de águaFase 2- Atual - Contribuição científica
– Hidrologia provê informações para a tomada de decisão sobre o tamanho dos reservatórios
– Usa critério para definir a vazão regularizada ( estado de equilíbrio como ponto de convergência.
26
A influência do volume inicial ...A influência do volume inicial ...A influência do volume inicial ...
Açude Poço da Cruz
35
45
55
65
75
85
95
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
extensão da série (anos)
vazõ
es r
egul
ariz
adas
(hm
³/ano
)
vazio metade cheio equilíbrio
Qr=52,8 hm³/anoQr=52,8 hm³/ano
27
Efeitos da fase hidráulica
• Construção de uma rede de pequenos, médios e grandes reservatórios sem uma visão de sistema
• Algumas bacias hidrográficas ficaram saturadas. A construção de novos açudes resultava em redução da regularização da produção de água da bacia (exemplo: Várzea do Boi)
28
Exemplo concreto: Açude Várzea do Boi
• Isolado• Q90 = 7,4 hm³/ano
• 37 reservatórios a montante
• Hoje Várzea do Boi –Q90= 4,4 hm³/ano
• Somatório 37 açudes = Q90 = 1,0 hm³/ano
29
CV =1.3
0,0500,0
1000,01500,02000,02500,03000,03500,04000,0
1900 1908 1916 1924 1932 1940 1948 1956 1964 1972 1980 1988 1996 2004
Year
Vol
ume
(hm
3)
Reservoir Yield Evaporation Loss Liquid Discharge to the Ocean
Modificações hidrológicas na bacia do Jaguaribe decorrente da grande açudagem
30
Qual seria o efeito se a variabilidade dos deflúvios fosse menor (Cv = 0,2)
SIMULAÇÃO - (O que é)
CV =0.2
0,0
500,0
1000,0
1500,0
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
4000,0
1900 1908 1916 1924 1932 1940 1948 1956 1964 1972 1980 1988 1996 2004
Year
Vo
lum
e (h
m3)
Reservoir Yield Evaporation Loss Liquid Discharge to the Ocean
31
Em um regime hidrológico de deflúvios de alta variabilidade, émuito difícil controlar todas as
águas dos rios.
Assim, o Projeto Extravazamento Zero, tão sonhado no Nordeste, ainda não
passa de um sonho hidrológico.
33
“Rios como o Mossoró estão secos e há 24 meses estão
sem escoar. Se considerarmos os próximos seis meses
de verão, ele chegará a dezembro seco, assim teremos o
fato assombroso de um rio de 360 km de comprimento,
mais ou menos da mesma extensão do Tâmisa, seco
durante 30 meses consecutivos… Nós estamos em julho
e contudo muitos sertanejos buscam água a três, seis ou
mesmo doze quilômetros..”
34
Daily discharges on Jaguaribe river at Iguatu-1958 (m3/s)
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
months
Jaguaribe em Iguatu - Durante a seca de 1958 Era o maior rio seco do Mundo
Qm=28,0 m³/s
35
Vazões Médias Mensais Afluentes Iguatu
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
mês
Vaz
ão (
m³/
s)
36
No No queque o o entendimentoentendimento do regime do regime
fluvial de um fluvial de um riorio vaivai influenciarinfluenciar a a gestãogestão
dasdas ááguasguas??
38
1982 ...1992...1998, 1999 ...
Tapacurá
Goitá e Carpina
EnchentesEnchentesEnchentes
1842, 1854, 1866, 1869, 1897
1924, 1965, 1966, 1970 e 1975
SecasSecasSecas
Rio Capibaribe - PeRio Capibaribe Rio Capibaribe -- PePeprincipal fonte de abastecimento da RMR
grande causador das grandes enchentes
Grande desafio - INCERTEZASGrande desafio Grande desafio -- INCERTEZASINCERTEZAS
42
Capacidade Máxima (m3)abaixo de 500.000500.000 – 1.000.0001.000.000 – 10.000.000Acima de 10.000.000TOTAL
7911
n° de açudes89266
Infra estrutura hidráulicaInfra estrutura hidrInfra estrutura hidrááulicaulica
-36.60 -36.40 -36.20 -36.00 -35.80 -35.60 -35.40 -35.20 -35.00
-8.20
-8.00
-7.80
43
Açude Município Finalidade Capacidade(m3)
%
Carpina Carpina Controle cheias 270.000.000 33
Jucazinho Surubim Abastecimento 327.000.000 41
Tapacurá S. L. da Mata Abast. e contr. cheias 91.700.000* 11
Goitá Glória de Goitá Controle cheias 51.900.000* 6
Poço Fundo Sta. Cruz do
Capibaribe
Abastecimento e
irrigação
27.750.000 3,9
Várzea do Una S. L. da Mata 11.568.010 1,6
Eng. G. Pontes /
Tabocas
Caruaru Abastecimento e
irrigação
11.224.714 1,6
Cursaí Paudalho Abastecimento 7.684.000 1,1
Oitis Jataúba Abastecimento e
irrigação
3.020.159 0,4
Santa Luzia Carpina Abastecimento 1.540.263 0,2
Matriz da Luz S. L. da Mata Abastecimento e
irrigação
1.245.000 0,2
Machado Brejo da Madre
de Deus
Abastecimento 1.228.340 0,2
Principais reservatórios da bacia
91%91%
45
Rio CapibaribeRio Capibaribe
Sta. Cruz do
Capibaribe
Toritama
Salgadinho
Limoeiro Pau d´Alho
Vitória de Santo Antão
São Lourenço da Mata
RE
CIF
E
46
Regime HidrológicoRegime HidrolRegime Hidrolóógicogico
Sta. Cruz do
Capibaribe
Toritama
Salgadinho
Limoeiro Pau d´Alho
Vitória de Santo Antão
São Lourenço da Mata
RE
CIF
E
Regime Tipo IRegime Tipo I Regime Tipo IIRegime Tipo II Regime Tipo IIIRegime Tipo IIIRegime Tipo IRegime Tipo I Regime Tipo IIRegime Tipo II
47
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕE
S (
m3/
s)
Regime Tipo IRegime Tipo I
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕ
ES
(m3/
s)
ToritamaToritama
Sta. Cruz do CapibaribeSta. Cruz do Capibaribe
Regime Tipo IIRegime Tipo II
0
5
10
15
20
25
30
35
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕE
S (
m3/
s)LimoeiroLimoeiro
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕE
S (m
3/s)
Pau D´AlhoPau D´Alho
48
Regime Tipo IIIRegime Tipo III
0
2
4
6
8
1 0
1 2
JAN FEV M A R ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕE
S (m
3/s)
0
10
20
30
40
50
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VAZÕ
ES (m
3/s)
Vitória de Santo AntãoVitória de Santo Antão
São Lourenço da MataSão Lourenço da Mata
50
volume mortovolume morto
conservaçãoconservação
controle de cheiascontrole de cheias
Volume não controladoVolume não controlado
DIVISÃO EM ZONASDIVISÃO EM ZONAS
Abast. MunicipalAbast. Municipal
Abast. IndustrialAbast. Industrial
IrrigaçãoIrrigação
51
Alocação do Tipo 1
Vcheias = 10% Vútil
Vabast = 90% Vútil
Alocação do Tipo 1
Vcheias = 10% Vútil
Vabast = 90% Vútil
CENCENÁÁRIOS DE ALOCARIOS DE ALOCAÇÇÃOÃO
Alocação do Tipo 2
Vcheias = 30% Vútil
Vabast = 70% Vútil
Alocação do Tipo 2
Vcheias = 30% Vútil
Vabast = 70% Vútil
Alocação do Tipo 3
Vcheias = 50% Vútil
Vabast = 50% Vútil
Alocação do Tipo 3
Vcheias = 50% Vútil
Vabast = 50% Vútil
Alocação do Tipo 4
Vcheias = 0% Vútil
Vabast = 100% Vútil
Alocação do Tipo 4
Vcheias = 0% Vútil
Vabast = 100% Vútil
52
TIPOS DE ALOCATIPOS DE ALOCAÇÇÃO ÃO -- Volume (milhões de m3)
Jucazinho Carpina Goitá Tapacurá
327,00 270,00 51,88 91,69
16,35 13,5 2,59 4,58
310,65 256,5 49,29 87,11
VCE = 10%Vútil 31,06 34,65 4,92 8,72
VA = 90% Vútil 279,59 230,85 44,37 78,39
VCE = 30%Vútil 93,19 79,95 14,79 26,13
VA = 70% Vútil 217,46 179,55 34,5 60,98
VCE = 50%Vútil 155,32 128,25 24,65 43,56
VA = 50% Vútil 155,32 128,25 24,65 43,56
VCE = 0 0,00 0,00 0,00 0,00
VA = 100% Vútil 310,65 256,5 49,29 87,11
TIP
O 1
TIP
O 2
TIP
O 3
TIP
O 4
Capacidade (K)
Volume Morto (Vm = 5%K)
Volume Útil (Vútil = 95%K)
53
J u c a z i n h o C a r p i n a T a p a c u r á G o i t á
C e n á r i o 1 1 0 1 0 1 0 10
C e n á r i o 2 3 0 3 0 3 0 30
C e n á r i o 3 5 0 5 0 5 0 50
C e n á r i o 4 0 1 0 0 1 0 10
C e n á r i o 5 0 1 0 0 3 0 30
C e n á r i o 6 0 1 0 0 5 0 50
C e n á r i o 7 0 5 0 1 0 10
C e n á r i o 8 0 5 0 3 0 30
C e n á r i o 9 0 5 0 5 0 50
CENCENÁÁRIOS DE ALOCARIOS DE ALOCAÇÇÃO ÃO -- f ( Vcheias )
54
METODOLOGIA ADOTADA
simulação - f ( objetivo )
METODOLOGIA ADOTADAMETODOLOGIA ADOTADA
simulasimulaçção ão -- f ( objetivo )f ( objetivo )
Abastecimento d’águaAbastecimento d’água Controle de cheiasControle de cheias
55
“ É aquilo que não é, mas a gente faz de
conta que é, para, que se fosse, a gente
ver como seria ”
“ É aquilo que não é, mas a gente faz de
conta que é, para, que se fosse, a gente
ver como seria ”
Simulação SimulaSimulaçção ão
56
Abastecimento d’águaAbastecimento dAbastecimento d’á’águagua
Simulação
Qual teria sido o comportamento do reservatório no período da série histórica se
uma determinada regra de operação houvesse sido seguida
Simulação
Qual teria sido o comportamento do reservatório no período da série histórica se
uma determinada regra de operação houvesse sido seguida
58
Análise ComparativaAnAnáálise Comparativalise Comparativa
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Cenários
Efic
iênc
ia (%
)
0
1
2
3
4
5
6
Vaz
ão R
egu
lari
zad
a (m
3/s)
Eficiência (%) Tr=1.000 anos Qr (m3/s) G=98%
Eficiência na redução do pico
Qr
59
Cenários alternativos:
? Máximo compromisso com o abastecimento d’água
? Máximo compromisso com a contenção de cheias
? Seleção do ponto de equilíbrio
60
Três modelos de decisãoTrês modelos de decisãoTrês modelos de decisãoDecisionista: Há uma subordinação dos especialistas àqueles que decidem politicamente. Os políticos formulam as opções fundamentais das ações a serem executadas; os técnicos especialistas são os que fornecem os elementos racionais que validam a execução das ações.
Decisionista: Há uma subordinação dos especialistas àqueles que decidem politicamente. Os políticos formulam as opções fundamentais das ações a serem executadas; os técnicos especialistas são os que fornecem os elementos racionais que validam a execução das ações.
Tecnocrático: O técnico passa a definir as ações. Os problemas são tratados como questões meramente técnicas; ou como equações que devem ser solucionadas pelos especialistas. Ao político cabe o papel de viabilizar, no contexto sócio- político vigente, as ações preconizadas pela inteligência científica.
Tecnocrático: O técnico passa a definir as ações. Os problemas são tratados como questões meramente técnicas; ou como equações que devem ser solucionadas pelos especialistas. Ao político cabe o papel de viabilizar, no contexto sócio- político vigente, as ações preconizadas pela inteligência científica.
Pragmático: Este modelo implica em um diálogo entre os especialistas e os políticos. Dessa forma, o desenvolvimento das técnicas devem ser encaixados em um “projeto político” que deve levar em conta as possibilidades técnicas.
Pragmático: Este modelo implica em um diálogo entre os especialistas e os políticos. Dessa forma, o desenvolvimento das técnicas devem ser encaixados em um “projeto político” que deve levar em conta as possibilidades técnicas.
61
1.Considerar a acentuada sazonalidades pluvial e fluvial
volumes de proteção contra cheias1.Considerar a acentuada sazonalidades pluvial e fluvial
volumes de proteção contra cheias
RECOMENDAÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATÓRIOS:RECOMENDARECOMENDAÇÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS ÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATRESERVATÓÓRIOS:RIOS:
Não estruturaisNão estruturais
62
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕE
S (
m3/
s)
Regime Tipo IRegime Tipo I
ToritamaToritama
Regime Tipo IIRegime Tipo II
0
5
10
15
20
25
30
35
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VA
ZÕE
S (
m3/
s)LimoeiroLimoeiro
Regime Tipo IIIRegime Tipo III
0
10
20
30
40
50
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
VAZÕ
ES (
m3/
s)
São Lourenço da MataSão Lourenço da Mata
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1.Considerar a acentuada sazonalidades pluvial e fluvial
volumes de proteção contra cheias
1.Considerar a acentuada sazonalidades pluvial e fluvial
volumes de proteção contra cheias
RECOMENDAÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATÓRIOS:RECOMENDARECOMENDAÇÇÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS ÕES PARA UMA GESTÃO OTIMIZADA DOS RESERVATRESERVATÓÓRIOS:RIOS:
2. As ações dos gestores dos reservatórios tornam-se mais eficientes quando articuladas com moderna tecnologia de previsão de tempo – imagens de satélite
2. As ações dos gestores dos reservatórios tornam-se mais eficientes quando articuladas com moderna tecnologia de previsão de tempo – imagens de satélite
65
O clima e as incertezas
“ O sertanejo vive assustado e sombrio com a expectativa de
seca. Desde outubro principia a angústia e o mal-estar. Choverá?
Virá a seca? Poderemos empreender tal serviço? Será de
bom resultado tal emprego de capital? Sortir o estabelecimento
comercial? Ampliar as transações?
Felipe Guerra (1903)
66
O clima e as incertezas
Euclides da Cunha (1902)
“De fato os seus ciclos - porque o são no rigorismo técnico do
termo - abrem-se e encerram-se com regime tão notável que recordam desdobramento de
uma lei natural ainda ignorada”
67
Os cientistas têm buscado antever as secas para mitigá-la
A previsão como um processo
Os cientistas têm buscado antever as secas para mitigá-la
A previsão como um processo
FONTE:emite sinais
SENSOR:capta parte dos sinais
DECODIFICADOR:decodifica os sinais captados e gera uma mensagem ( previsão)
USUÁRIO:
recebe e usa, ou não, a mensagem
68
A previsão climática como um processoA previsão climática como um processo
A natureza através de seus campos de pressão, ventos e temperaturas do oceano emitem sinais de
como será o clima em uma futuro próximo
FONTE:
69
A previsão climática como um processoA previsão climática como um processo
Captam parte das informações emitidas
pela natureza e termos de temperatura da superfície do mar;
campos de velocidade dos ventos; campos de pressão da atmosfera...
SENSORES
70
A previsão climática como um processoA previsão climática como um processo
São os cientistas, os meteorologistas, os hidrólogos,
os matemáticos ...
Analisam os dados coletados pelos sensores e,
usando seus modelos –representações
simplificadas da realidade –fazem as previsões com
uma dada margem de erro.
DECODIFICADORES
71
A previsão climática como um processoA previsão climática como um processo
usuários
USUÁRIOS
Recebem e analisam a previsão.
Fazem suas próprias avaliações de risco e tomam decisões