OPSH.DT DIVISÃO DE ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS SÍNTESE DOS ESTUDOS SOBRE MUDANÇAS DE VAZÕES EM ITAIPU

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1 OPSH.DT DIVISÃO DE ESTUDOS HIDROLÓGICOS E ENERGÉTICOS SÍNTESE DOS ESTUDOS SOBRE MUDANÇAS DE VAZÕES EM ITAIPU P.R0 OPSH_EST.FUNCH Ricardo Krauskopf Neto 23/12/2004

2 SÍNTESE DOS ESTUDOS SOBRE MUDANÇAS DE VAZÕES EM ITAIPU 1. CONCLUSÕES DOS ESTUDOS E PRINCIPAIS JUSTIFICATIVAS A seguir são apresentadas as principais conclusões que podem ser retiradas dos estudos efetuados. Serão apresentados apenas os principais argumentos, na opinião do autor deste trabalho, que suportam cada uma delas e em ordem de importância (também na opinião do autor). Outros argumentos estão disponíveis no texto do trabalho, que por sua vez, constitui resumo dos relatórios dos estudos. Dos estudos realizados conclui-se: Ocorreu aumento generalizado de precipitações na área dos Estados do Paraná e São Paulo após 1960 ou 1970, com o fenômeno diminuindo de intensidade de montante para jusante da bacia (Tabela 1, reprodução da Tabela 9). Este comportamento fez com que os testes estatísticos aplicados aos postos individuais no Estado de São Paulo apresentassem não-estacionariedade claramente significativa, do ponto de vista estatístico, e os aplicados ao postos do Paraná apresentassem sinais mais fracos. Para os dados do Estado do Paraná, os indícios são de aumento de freqüência e diminuição de intensidade dos eventos; o 96 das 101 estações pluviométricas localizadas nos Estados de São Paulo e Paraná apresentaram maior precipitação no período pós-1970 (probabilidade de 3, do evento ser devido a simples variação amostral), o que ocorre com todas as 61 estações em São Paulo (probabilidade de 4, ) e 35 das 40 estações no Paraná (probabilidade de 5, ); o Para o Estado de São Paulo, 98% dos postos apresentaram algum teste positivo para a não estacionariedade, para nível de significância de 5%. Os resultados do Teste do Coeficiente de Correlação de Spearman, considerado o mais consistente entre os testes aplicados, indicam que 85% dos postos resultariam positivos para a não estacionariedade para um nível de significância de 10%, 77% para nível de 5% e 52% para nível de 1% (Figura 1, reprodução da Figura 14). Para as variâncias, avaliação com a divisão das séries em 1960 indica que 72% dos postos apresentam não-estacionariedade para nível de significância de 10% e 57% para o de 5%; o Para o Estado do Paraná, 30% dos postos apresentaram algum teste positivo para a não estacionariedade, para nível de significância de 5%. Os resultados do Teste do Coeficiente de Correlação de Spearman indicam que 43% dos postos resultariam positivos para a não-estacionariedade para um nível de significância de 10% (probabilidade de 7, ), 23% para nível de 5% e 15% para nível de 1% (Figura 1, reprodução da Figura 14). Para o Outono, 43% dos postos apresentaram não-estacionariedade; o A metodologia de verificação de mudanças no padrão de precipitação aplicada aos dados do Paraná resultou em grande número de indicações de mudança. Inspeção por especialistas dos resultados indicou que 53% dos postos apresentaram indícios de aumento de freqüência e diminuição de intensidade dos eventos, 8% indicaram sinal oposto e 39% não permitiram nenhuma conclusão; 2

3 O aumento de precipitações, por sua grande intensidade, deve ser atribuível à variabilidade interdecadal (variação natural de baixa freqüência), que por sua vez está associada, para a região de interesse, com a variabilidade do fenômeno El Niño. Com isto, não é possível estimar a permanência destas mudanças; Ocorreu aumento generalizado de vazões na bacia do rio Paraná a montante de Itaipu após 1960 ou 1970, com este fenômeno crescente de montante para jusante, tanto na bacia do Paraná como um todo como para cada uma de suas sub-bacias. O sinal de não-estacionariedade é mais fraco apenas no tramo de montante do rio Grande e no rio Pardo; o Na bacia incremental de Itaipu (não controlada), todos os postos com dados suficientes para este tipo de análise apresentaram vazões maiores no período pós-1960 (13 postos, com probabilidade de 1, ) e também pós-1970 (26 postos, com probabilidade de 1, ). Para o Teste de Spearman, 42% dos postos apresentaram não-estacionariedade, com 53% deles apresentando nível de significância inferior a 0,5% e 73% inferiores a 2%, o que indica a intensidade do fenômeno nos postos onde o mesmo foi constatado. Também para o Teste de Spearman, 64% dos postos apresentaram nível de significância inferior a 15% (probabilidade de 1, ). Os 10 postos analisados para vazões mínimas de durações de 7 a 120 dias apresentaram valores superiores em 43%, em média, no período pós-1970, com 8 postos sendo reprovados no Teste t para igualdade de médias entre períodos. As variâncias das vazões mínimas apresentaram aumentos. 69% do postos apresentaram testes positivos para não estacionariedade no Outono, para níveis de significância de 5% (Figura 2, reprodução da Figura 13); o As 32 séries de vazões naturais médias mensais em locais de aproveitamento analisadas apresentaram vazões no período pós-1970 maiores (probabilidade de 2, ). Considerando os resultados do Teste de Spearman, 69% dos postos (22) apresentaram não-estacionariedade para níveis de significância de 5%. 44% dos postos apresentaram níveis máximos de significância inferiores a 0,5%, indicando a intensidade do fenômeno, com praticamente todos eles localizados nas bacias dos rios Paraná, Paranapanema e Tietê (Figura 3, reprodução da Figura 16). Os resultados dos rios Paranaíba e Araguari apresentaram níveis máximos de significância entre 1 e 5%. No Inverno, 81% dos postos apresentaram não estacionariedade com o Teste de Spearman. Para as variâncias, 84% dos postos apresentaram não-estacionariedade para divisão da série em 1960; Estudos independentes (Guetter e Prates, 2002; Hass e Guetter,2003) confirmam a existência e significância das alterações de vazões; A produtibilidade média das bacias mais próxima à Itaipu, em especial as do rio Paranapanema e Incremental, foi claramente aumentada no período pós-1970, gerando vazões maiores para o mesmo volume precipitado (Tabela 1, reprodução da Tabela 9); 3

4 P BACIA 2 -P 1 Q 2 -Q 1 Q Q (mm) (mm) 1 /P 1 Q 2 /P 2 /Q 1 Q 2 /Q 1 2 total P cte Grande ,33 0,34 1,18 1,01 Tietê ,24 0,28 1,34 1,16 Paranapanema* ,25 0,32 1,45 1,28 Incremental* ,29 0,39 1,44 1,33 * relativas ao período Tabela 1 Relações entre vazões e precipitações antes (índice 1) e após 1970 (índice 2) (Müller et all,1997c). O aumento de vazões observado, em especial na incremental de Itaipu, é consistente com o efeito conjunto de eventos registrados na área: aumento de precipitação, alteração da cobertura vegetal e implantação de programas de conservação de solo. o Para as bacias dos rios Tietê, Paranapanema e Incremental, o aumento de precipitação não explica o aumento de vazões, conforme última coluna da Tabela 9, que representa a relação de vazões entre períodos supondo a precipitação constante; o 12% da área do Estado do Paraná, principalmente a localizada a Oeste do Estado e contígua ao rio Paraná, foi desmatada no período de 1965 a O desmatamento aumenta as vazões médias das bacias; o A partir da década de 1970 ocorreu, no Norte do Paraná, a substituição da cultura do café (perene) por culturas de ciclo anual. Este tipo de modificação produz um aumento de vazões nas bacias afetadas; o A partir de 1980 é implantado no Paraná um programa de conservação de solos que atinge, entre 1984 e 1990, 1200 microbacias do Estado, com uma área de km 2 de terraceamento, reflorestamento de 418,41 km 2 e adequação de km de estradas. Medidas de conservação de solo tendem a aumentar a infiltração e, portanto, as vazões médias e mínimas; o A consistência do comportamento da bacia em função da mudança de uso do solo é respaldada pelos estudos disponíveis em escala mundial sobre o assunto; As alterações de vazão devidas às mudanças de uso do solo podem ser consideradas de caráter permanente, não havendo perspectivas de diminuição significativa da produtibilidade hídrica da bacia. o A produtibilidade hídrica da bacia somente voltaria aos patamares originais pela recomposição da cobertura vegetal, o que implicaria na não utilização da área para as atividades de agricultura e pecuária. Esta hipótese não pode ser considerada realista. 4

5 Figura 1 Série de vazões naturais médias anuais em Itaipu (Tucci e Clarke, 1996b). Figura 2 Médias móveis das vazões naturais médias anuais em Itaipu (Tucci e Clarke, 1996b). 5

6 2. AVALIAÇÃO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO NAS BACIAS DE INTERESSE Com a finalidade de respaldar, do ponto de vista físico, os resultados estatísticos obtidos, foi realizada uma análise do comportamento da evapotranspiração em alguns pontos da bacia de interesse. Foram realizadas: Estimativa da evapotranspiração real pelo Balanço Hídrico nos postos Tomazina (rio das Cinzas), Porto Santa Terezinha (rio Laranjinha), Bom Jardim (rio Capivari), Jataizinho (rio Tibagi), Rio dos Patos (rio do Patos) e Porto Paraíso do Norte (rio Ivaí), todos no Paraná, e o posto de Ártemis, no rio Piracicaba, em São Paulo; Aplicação do modelo CRAE ( Complimentary Relationship Areal Evapotranspiration ) para a avaliação da evapotranspiração real e potencial aos dados mensais das estações meteorológicas de Curitiba e Guarapuava e aplicação aos dados das Normais Climatológicas de 1931 a 1960 e 1961 a 1990 para os postos de Castro, Curitiba e Rio Negro, no Estado do Paraná, e Franca, Santos e São Paulo, no Estado de São Paulo. Para o Balanço Hídrico, adotou-se a hipótese convencional de desconsideração da variação de armazenamento no solo na análise de períodos longos, com a evapotranspiração resultando do balanço entre vazões e precipitações médias na bacia. Dos postos utilizados, 4 apresentam dados a partir da década de 1930, 2 a partir da de 1940 e 1 a partir da de As evapotranspirações reais foram calculadas para todos os postos para os períodos anterior e posterior a 1960, à exceção do de Porto Paraíso do Norte, que foi dividido em Para o Estado do Paraná a evapotranspiração real apresentou uma diminuição média de 10%, enquanto que para o posto do Estado de São Paulo foi registrado um aumento de 5%. A hipótese levantada para este fato é que a bacia de São Paulo foi ocupada em época muito anterior e de forma diferente que as do Paraná. Avaliou-se também o comportamento da evapotranspiração em uma janela fixa de tempo ao longo de todo o período de dados (equivalente ao procedimento de obtenção de uma média móvel). Esta avaliação mostrou as estações de Tomazina, Porto Santa Terezinha, Jataizinho, Porto Paraíso do Norte e Artemis com variações consistentes de evapotranspiração ao longo de todo o período. Para os outros dois postos, a variação é mais suave, provavelmente por se tratarem de bacias pequenas e com ocupação antiga. O modelo CRAE foi desenvolvido por Morton e é baseado na relação complementar entre a evaporação potencial e a evaporação real (a evapotranspiração potencial aumenta quando a evapotranspiração real diminui), representada pela seguinte equação: ETR + ETP = 2 ETS (1) onde: ETR : evapotranspiração real; ETP : evapotranspiração potencial; ETS : evapotranspiração em condição de solo saturado. 6

7 A evapotranspiração potencial é estimada a partir do balanço de energia e de massa, por método semelhante ao de Penman. A evapotranspiração de solo saturado é estimada a partir da equação de Priestley-Taylor, ajustada para levar em conta os efeitos de advecção durante o inverno. Para a aplicação do método são utilizados dados de temperatura, umidade e insolação. Os resultados da aplicação do modelo indicaram que o posto de Curitiba não apresentou diferenças na evapotranspiração real tanto para a média anual como para os valores mensais, considerando a série anterior e posterior a Para o posto de Guarapuava, com divisão da série em 1973, houve diminuição de 9% na evapotranspiração real anual, com valores mensais variando de 3 a 20%. Cabe ressaltar que as séries de dados podem ser consideradas curtas, o que dificulta avaliar a precisão dos resultados. Para os postos em que se utilizou as Normais Climatológicas, todos os resultados indicaram redução da evapotranspiração real após 1960, inclusive o de Curitiba. 7