XII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE. CONSIDERAÇÕES HIDRODINÂMICAS DO RESERVATÓRIO DE MOXOTÓ (BA, PE e AL)

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1 XII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE CONSIDERAÇÕES HIDRODINÂMICAS DO RESERVATÓRIO DE MOXOTÓ (BA, PE e AL) Autor 1 1 ; Modesto Guedes Ferreira Junior RESUMO As crescentes necessidades de água, a limitação dos recursos hídricos, os conflitos entre múltiplos usos e usuários e os prejuízos causados pelo excesso de água exigem que a gestão de recursos hídricos, compreendendo as ações de planejamento e administração, se faça em termos racionais e otimizados. A circulação de um corpo d água pode ser representada por modelos de armazenamento, onda cinemática, difusão e hidrodinâmicos, onde a aplicação de cada um tem suas vantagens e limitações. Este trabalho pretende caracterizar a hidrodinâmica, através da utilização de modelagem computacional, do Reservatório de Moxotó (BA, PE e AL). ABSTRACT The growing needs for water, the limitation of water resources, conflicts between multiple uses and users and damage caused by excess water require that the management of water resources, including the actions of planning and administration is done in rational terms and optimized. The movement of a body of water can be represented by storage models, kinematic, diffusion and hydrodynamic wave, where each application has its advantages and limitations. This work aims to characterize the hydrodynamics, through the use of computational modeling, the reservoir Moxotó (BA, PE and AL). Palavras-Chave Hidrodinâmica; Modelagem computacional; Reservatório de Moxotó 1) Universidade Estácio de Sá. Rua do Bispo, 83. Bloco F. CEP: Fone: (21) Fax: (21) XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 1

2 INTRODUÇÃO As crescentes necessidades de água, a limitação dos recursos hídricos, os conflitos entre múltiplos usos e usuários e os prejuízos causados pelo excesso de água exigem que a gestão de recursos hídricos, compreendendo as ações de planejamento e administração, se faça em termos racionais e otimizados, devendo integrar-se nas políticas nacionais e regionais de desenvolvimento econômico e social. Assim, governos e instituições têm se preocupado com os aspectos científicos e educacionais, associados à gestão de recursos hídricos, bem como com as estruturas institucionais para sua efetiva implementação a níveis nacional, estadual e regional. A concretização dos objetivos da gestão de recursos hídricos passa pela adesão das comunidades a esses objetivos e aos princípios a eles subjacentes, o que torna imprescindível a conscientização de lideranças, técnicos e população em geral para os problemas de utilização da água. Os reservatórios são ambientes complexos que apresentam mudanças dinâmicas impulsionadas pelas funções de forças climatológicas, hidrológicas e biológicas, pelas interações com as bacias hidrográficas e pelo regime de operação do sistema. O gerenciamento destes implica numa gestão integrada de um sistema complexo, incluindo o reservatório, sua bacia hidrográfica, as funções de força promovidas pelos usos múltiplos, os fatores climatológicos, hidrológicos, físicos, químicos e biológicos (Ferreira Junior, 2011). Antes de avaliar a qualidade da água é indispensável a representação das condições dinâmicas do sistema, pois são elas que influenciam as condições de transporte e, consequentemente, as transformações de constituintes químicos e biológicos na água. A circulação de um corpo d água pode ser representada por modelos de armazenamento, onda cinemática, difusão e hidrodinâmicos, onde a aplicação de cada um tem suas vantagens e limitações. A circulação hidrodinâmica é o fenômeno associado ao deslocamento da água nos corpos hídricos. As vazões de rios ou barragens a montante, a energia dos ventos e a diferença de densidade dão movimento à água, onde os processos principais que se desenvolvem são no sentido vertical. A incidência solar sobre a superfície livre da água produz movimento de calor no sentido vertical, que se equilibra com o empuxo da massa de água. Além disso, devido à grande largura, geralmente criada pela criação de um reservatório, o vento produz turbulência nas camadas superiores do reservatório. Este movimento pode induzir o transporte de poluentes, que podem ser caracterizados em três categorias: advecção, difusão turbulenta e dispersão, e ainda sofrer influência do decaimento. modesto.junior@estacio.br XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 2

3 A importância dos modelos hidrodinâmicos está na possibilidade de se simular, com bastante realismo, o padrão de circulação hidrodinâmica em corpos de água, e quando acoplados a modelos de transporte de contaminantes, analisarem os impactos causados por lançamentos de efluentes na qualidade das águas de uma determinada região. Sendo assim, cada vez mais estes modelos vêm sendo utilizados, com caráter preditivo, para avaliações de cenários ambientais futuros ou em tempo real, que subsidiem decisões, relativas à gestão ambiental costeira referente a aspectos preventivos e corretivos. Será utilizado neste estudo o software SisBaHiA - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental. Segundo ROSMAN (2011), em qualquer sistema de modelos usado para analisar a circulação hidrodinâmica e a qualidade de água em corpos de água naturais, a base fundamental é o modelo hidrodinâmico. CARACTERÍSTICAS DO RESERVATÓRIO DE MOXOTÓ A Bacia do São Francisco possui uma área de aproximadamente km2 e seu curso principal tem uma extensão de km entre as cabeceiras, na Serra da Canastra, em terras do município de São Roque de Minas (MG), e a foz, no Oceano Atlântico, entre os estados de Sergipe e Alagoas, abrangendo parte de seis estados e do Distrito Federal. Destaca-se que a bacia compreende uma parte significativa do Polígono das Secas, que constitui um território reconhecido como sujeito a períodos críticos de prolongadas estiagens e situa-se, majoritariamente, na região Nordeste. O rio São Francisco, localizado no nordeste brasileiro, possui uma série de oito reservatórios Paulo Afonso I, II e III, Três Marias, Moxotó, Sobradinho, Itaparica e Xingó - gerenciados pela Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF). O reservatório de Moxotó apresenta uma área de 98 km2 e um volume total de 1,2 bilhões de m3 e útil de 0,2 bilhão. A profundidade média do reservatório é de 13 metros, com a cota máxima da barragem de 141 metros. Área modelada A área modelada do reservatório foi delimitada no trecho a jusante da barragem do reservatório de Itaparica até a barragem do reservatório de Moxotó, no sub-médio do São Francisco, situada em áreas dos estados de Bahia, Pernambuco e Alagoas. A região do sub-médio está situada no semi-árido nordestino. O clima, segundo a classificação de Köeppen, é o semi-árido de estepes (Bshw), com precipitações médias anuais de 560 mm, Figura 1. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 3

4 Figura 1. Mapa Base do reservatório de Moxotó. Batimetria As informações relativas à batimetria, incluindo os contornos de margens, utilizadas neste estudo, foram obtidas de estudos realizados pela ANA (2010), com dados extrapolados pelo SisBAHIA. A Figura 2 ilustra a batimetria no reservatório de Moxotó. Dados de vento As informações de vento para modelagem da circulação hidrodinâmica podem ser fornecidas de diversas formas ao modelo. Os índices utilizados neste trabalho foram coletados através do Centro de Estudos Climáticos e de Previsão do Tempo CPTEC, aeroporto de Paulo Afonso (BA), XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 4

5 obtidos no site Os dados obtidos indicam uma predominância das direções S e SE, com velocidades variando entre 10 e 30 km/h. As médias das forçantes de ventos estão demonstradas na Figura 3. Figura 2. Batimetria do reservatório de Moxotó (BA AL PE). Figura 3 Médias dos forçantes de vento do reservatório de Moxotó. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 5

6 Dados de vazão Os dados de vazões foram obtidos da Companhia Hidro Elétrica do São Francisco CHESF, Diretoria de Operação, Divisão de Gestão de Recursos Hídricos DORH, que variam de 800 a até m3/segundo, de acordo com as necessidades de manejo hidráulico da empresa no sistema de reservatórios. Para a simulação do modelo hidrodinâmico, foram utilizados as vazões determinadas de acordo com a RESOLUÇÃO número 442, de 8 de abril de 2013 da Agência Nacional das Águas ANA, onde fica reduzida a descarga mínima defluente instantânea dos reservatórios de Sobradinho e Xingó no rio São Francisco, de m3/s para m3/s. Neste trabalho utilizamos a vazão média de m³/s. Utilizamos também um dado de vazão coletada pela CHESF de fevereiro de 2007 com m³/s. Caracterização hidrodinâmica A circulação no reservatório depende basicamente das ações do vertedouro da Barragem de Itaparica e ventos, pois vazões fluviais são inexpressivas. O tempo de detenção (Td) 2 das águas no reservatório de Moxotó para uma vazão média de m³/s no mês de fevereiro de 2008, estiagem, é de 11,2 dias, e o número de Froude densimétrico (Fd) 3, para unidades convenientes que verifica a possibilidade de estratificação do corpo hídrico e posterior classificação do reservatório é de 8E-07, seguindo método utilizado pelo WATER RESOURCES ENGINEERS (1969), citado por TUCCI (1989). Usando o mesmo método para uma vazão de m³/s, padrão bem acima das médias mensais das vazões de 2005 a 2013, segundo a CHESF, temos que o Td é de 2,2 dias, e um Fd de 4,2E O tempo de detenção das águas no reservatório de Moxotó foi calculado através da fórmula Td (dias) = V (m3) / Q (m3/s) x s. 3 Para o calculo do número de Froude densimétrico (Fd), que verifica a possibilidade de estratificação do corpo hídrico e posterior classificação do reservatório, adotamos a equação do Water Resources Engineers (1969) citada por Tucci (1989) para unidades convenientes, que é a seguinte: Fd = 0,322 LQ / HV, onde L = comprimento do reservatório em Km, Q é a vazão de entrada em m3/s, H é a profundidade média em metros e V o volume em milhões de m3. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 6

7 PADRÕES DE CIRCULAÇÃO NO RESERVATÓRIO DE MOXOTÓ Esta seção apresenta resultados em forma de mapas e gráficos pertinentes à circulação hidrodinâmica no reservatório de Moxotó. São apresentados resultados promediados na coluna de água (2DH) das referidas vazões destacadas anteriormente. A Figura 4 demonstra o padrão de correntes médias na vertical (2DH), com ventos de SE em situação de estiagem, vazão de 1200 m³/s. É representado na Figura 5 o mesmo padrão de correntes para a vazão de m³/s, com ventos de S. Figura 4. Padrão de correntes médias na vertical (2DH) em situação de estiagem, com ventos de SE, vazão de 1200 m³/s. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 7

8 Constatamos na Figura 4 que as correntes médias em todo o reservatório para a vazão de m³/s variam de 0,3 a 0,05 m/s. ventos de S. Figura 5. Padrão de correntes médias na vertical (2DH) em situação de elevadas vazões, com Podemos verificar que na Figura 5 que as correntes médias em todo o reservatório para a vazão de m³/s variam de 2,5 a 0,15 m/s. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 8

9 Taxa de renovação Uma aplicação importante do modelo utilizado, é a taxa de renovação deste corpo hídrico em função das vazões estabelecidas. No caso do reservatório de Moxotó, as Figuras 6 e 7 demonstram as taxas de renovação obtidas nas simulações desenvolvidas. Figura 6. Taxa de renovação do reservatório de Moxotó, para a vazão de m³/s em 30 dias de simulação. A taxa de renovação pode ser utilizada para avaliação da capacidade de suporte em um determinado corpo hídrico, no caso o Reservatório de Moxotó. Por exemplo, os principais impactos causados por pisciculturas intensivas em reservatórios devem surgir na qualidade da água do entorno e XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 9

10 no meio biótico, principalmente através das diferentes variáveis tradicionalmente usadas para se medir a eutrofização. A prevenção ou a mitigação desse impacto é, em grande parte, garantida pela correta estimativa da capacidade de suporte do sistema, onde a avaliação dos padrões de circulação hidrodinâmica incluindo a taxa de renovação está incorporada, são fundamentais neste processo. Figura 7. Taxa de renovação do reservatório de Moxotó, para a vazão de m³/s em 30 dias de simulação. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 10

11 CONSIDERAÇÕES FINAIS A influência da hidrodinâmica é fundamental na aplicação de ferramentas de gerenciamento de um recurso hídrico. A hidrodinâmica estudada e analisada com a possibilidade da avaliação em diversas simulações, através da modelagem computacional, possibilita a geração de resultados mais consistentes e com margem de segurança ambiental, sem reduzir o potencial produtivo do corpo hídrico. Sabe-se que a hidrodinâmica de um reservatório é suscetível a procedimentos operacionais de regularização de vazões, dependendo das demandas energéticas ou por aspectos pluviométricos. Levando em consideração que modelos computacionais podem contribuir com prognósticos para uma gestão ambiental mais eficiente, recomenda-se que sejam desenvolvidas alternativas para implantação de estações limnológicas em reservatórios, aferindo dados em tempo real e alimentando modelos computacionais, objetivando a sustentabilidade de atividades nestes corpos hídricos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANA Agencia Nacional das Águas. Relatório Técnico do Vale do São Francisco. Brasilia DF. FERREIRA JUNIOR, M. G Uso de Modelagem na Avaliação da Capacidade de Suporte de Reservatórios com Projetos de Aquicultura, tendo o Fósforo como Fator Limitante Rio de Janeiro: UFRJ / COPPE. ROSMAN, P. C. C. (Ed.) Referência Técnica do SisBaHiA, TUCCI, C. E. M Hidrologia: ciência e aplicação. 3.ed. Porto Alegre: Editora da UFRGS / ABRH, 943p. XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 11