Monitoramento Hidrológico no rio São Francisco. Hydrological monitoring the San Francisco River

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1 Monitoramento Hidrológico no rio São Francisco Cristiane Ribeiro de Melo 1 * & Solange Cavalcanti de Melo 2 & Fábio Araújo da Costa 3 & Mercília Maria Farias de Barros 4 Resumo O presente trabalho tem como objetivo avaliar a mudança nas vazões em parte do rio São Francisco, trecho compreendido entre a barragem de Sobradinho e a foz, através dos anos, considerando os impactos causados pelos barramentos. A análise foi realizada através de um estudo comparativo das vazões em períodos anteriores e após as construções. Foram utilizadas as estações fluviométricas operadas no âmbito da parceria entre Serviço Geológico do Brasil SGB/CPRM e Agência Nacional de Águas ANA. De acordo com os resultados apresentados, para o caso da série de vazão natural, antes dos barramentos, poucas vezes o rio apresentou condições extremas de seca e cheia. Após os barramentos, observa-se que nos períodos secos o regime hidrológico apresentou regularização, elevando as mínimas e reduzindo as vazões máximas. Palavras-Chave Descarga Líquida, Barramentos, rio São Francisco. Hydrological monitoring the San Francisco River Abstract This study aims to evaluate the change in flows in part of the São Francisco River section between the dam of Sobradinho and the river mouth, over the years, considering the impacts of dams. The analysis was performed through a comparative study of flows in prior periods and after construction. Data was taken from the fluviometric stations operated under the partnership between Geological Survey of Brazil - SGB / CPRM and the National Water Agency - ANA. According to the results presented in case the series of natural flow, before the dams, the river showed only rare events of extreme dry and flood. After the dams, it is observed that in dry periods the hydrological regime was regularized, raising the minimum and reducing peak flows. Keywords Flows, dams, San Francisco river. INTRODUÇÃO A bacia hidrográfica do Rio São Francisco é uma das principais do território nacional, acumulando cerca de 2/3 da disponibilidade de água doce do Nordeste. Parte da bacia está distribuída na região Sudeste e pequena fração no Centro-Oeste (MELO, 2010). O rio São Francisco, em seu trecho que percorre a região Nordeste, apresenta 10 estações fluviométricas, sendo 03 delas extintas. Algumas dessas estações foram instaladas antes das construções dos barramentos e outras, para melhor monitoramento, após as construções. As 1 *Pesquisadora em Geociências. CPRM. Mestre em Recursos Hídricos. Avenida Sul, Bairro de Afogados, CEP: Recife-PE, Brasil. cristiane.melo@cprm.gov.br. 2 Técnica em Geociências. CPRM. Avenida Sul, Bairro de Afogados, CEP: Recife-PE, Brasil. solange.melo@cprm.gov.br 3 Pesquisador em Geociências. CPRM. Avenida Sul, Bairro de Afogados, CEP: Recife-PE, Brasil. fabio.araujo@cprm.gov.br. 4 Técnica em Geociências. CPRM. Avenida Sul, Bairro de Afogados, CEP: Recife-PE, Brasil. mercila.barros@cprm.gov.br.

2 estações ainda em atividade são operadas em sistema de cooperação pelo Serviço Geológico do Brasil SGB/CPRM e Agência Nacional de Águas ANA. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a mudança das vazões no rio São Francisco através dos anos, considerando os impactos causados pelos barramentos. Histórico da execução da medição de descarga líquida no rio São Francisco As primeiras medições de vazões no rio São Francisco, estações operadas pela CPRM, Superintendência Regional de Recife SUREG/RE, foram realizadas utilizando o molinete Gurley de eixo vertical. O molinete de eixo horizontal era pouco usado por apresentar maior volume, o que dificulta o transporte. A desvantagem do equipamento com eixo vertical era o contador magnético, passível a erro de toque da campainha. A inércia e a montagem do equipamento de eixo vertical são fatores importantes para a preferência do equipamento pelos hidrometristas. Mesmo com a chegada do ADCP Rio Grande de 1200kHz, as medições com molinete (uso de sextante) continuaram a ser realizadas simultaneamente, utilizando-se duas equipes por aproximadamente dois anos. As diferenças observadas entre as medições realizadas com os dois equipamentos variavam entre 5% e 10%, atestando a boa operação por parte dos hidrometristas com o novo equipamento. Com o molinete a execução de uma única medição, em condições ideais, variava entre 4 e 5 horas. Com a utilização do ADCP, o tempo de medição diminuiu significativamente. Entretanto, o equipamento acústico só era utilizado durante os picos de cheia. No ano de 2010 a operação contou com um aliado, os medidores de vazão RiverSurveyor M9. Diferente do ADCP 1200kHz, não é necessário configurar minunciosamente o equipamento para execução da medição, facilitando o uso nas atividades rotineiras de campo. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA A parcela da bacia avaliada apresenta características predominantes de clima semiárido, com precipitação média anual entre 350 a 800mm. A evapotranspiração potencial média anual é de 1.550mm. Durante eventos extremos a evapotranspiração chega a 2.700mm anuais (MELO, 2010). A bacia está dividia em 04 regiões fisiográficas, compondo o Alto, Médio, Submédio e Baixo São Francisco. O Alto São Francisco é o principal responsável pela formação das enchentes no rio. A Tabela 01 apresenta as estações instaladas no rio e a Figura 01 ilustra a localização das estações através de um diagrama unifilar. A Tabela 02 apresenta características dos barramentos. Figura 01. Diagrama unifilar simplificado do curso principal

3 Tabela 01. Estações de monitoramento fluviométrico no rio São Francisco Estação Código Instalação Situação Juazeiro Operando Santa Maria da Boa Vista Operando Ibó Operando Petrolândia Extinta/1988 Xingó II Extinta/1992 Xingó III Extinta/1986 Piranhas Operando Pão de Açúcar Operando Traipu Operando Propiá Operando Tabela 02 Barramentos localizados no curso principal da bacia do rio São Francisco Barragem Capacidade Período de (10 6 m 3 ) construção Função Sobradinho Jun/1973 a Geração de energia elétrica Nov/1979 Regularização de vazão Itaparica Jul/1979 a Geração de energia elétrica Jun/1988 Regularização dos recursos hídricos Paulo Afonso* - - Geração de energia elétrica Xingó Mar/1987 a Turismo Dez/1994 Irrigação/ abastecimento d'água *Complexo de barragens / Fonte: CHESF, O complexo de barragens de Paulo Afonso é composto pelas usinas de Paulo Afonso I (construção de 1948 a 1954), Paulo Afonso II (1955 a 1951), Paulo Afonso III (1967 a 1971), Paulo Afonso IV (1972 a 1979) e Apolônio Sales Moxotó (1977). METODOLOGIA Os dados hidrológicos utilizados (cota, medição de descarga líquida, perfil transversal, entre outros) encontram-se disponíveis no Sistema Hidroweb no site da ANA. Em algumas estações os dados de vazão, disponíveis na internet, apresentavam série anterior aos dados de descarga líquida medida disponíveis para determinação da curva-chave. Nesse caso, os dados de vazão gerados pela curva foram complementados com os disponíveis na internet para aumentar a série analisada. As análises foram divididas em duas partes. A primeira consiste em isolar as estações mais antigas e considerá-las antes da existência de barramentos no rio. Na Segunda, as vazões das estações foram analisadas por trecho barrado, sendo eles: Sobradinho/Itaparica; Itaparica/Paulo Afonso; Paulo Afonso/Xingó; Xingó/Foz do rio São Francisco. A vazão para uma determinada permanência significa a probabilidade de ocorrerem valores maiores ou iguais. Foram calculadas as permanências (Q 50, Q 75 e Q 95 ) para os períodos antes e depois dos barramentos, buscando-se avaliar o aumento ou decréscimo das vazões. A condição hídrica da bacia (CHid), que classifica os anos úmidos e secos com base nas vazões naturais, foi calculada apenas para os anos considerados anteriores aos barramentos. Tais índices não foram calculados nos anos pós-barramento, pois podem ser confundidos com influência causada pelos reservatórios (AMORIM, 2009).

4 Determinação das curvas de descarga e vazões Para cada estação analisada foram utilizadas as respectivas estações de apoio, localizadas a montante e a jusante, avaliando conjuntamente os cotagramas de estações. Os preenchimentos de falhas das cotas foram realizados através de correlação de acordo com o documento Diretrizes para Análise de Dados Hidrométricos e Normas para Identificação de Correções e Preenchimentos - CPRM (versão de julho/2005 Não publicado). A curva-chave foi determinada com o auxílio do programa Curva-chave (CPRM, 2001), versão 2.0. As curvas-chave foram feitas buscando-se ajustar os pares de valores cota (h) x vazão (Q) a uma equação do tipo potencial, uma das formas mais utilizadas para representar a relação nível x descarga. A equação potencial é dada pela seguinte equação: Q = a.(h-h 0 ) n (1) Em que: Q é vazão em m 3 /s; h é o nível d água em m (leitura na régua); a, n e h 0 são constantes para o posto, a serem determinados; h 0 corresponde ao valor de h para vazão Q = 0. Para que uma curva seja considerada de boa qualidade, os desvios das medições utilizadas devem ser próximos de zero. Desvios de até ±10% são aceitáveis. Para a análise das vazões, verificou-se a coerência entre os hidrogramas de estações de forma que as perturbações observadas na estação de montante apareçam também na estação de jusante. RESULTADOS Na região analisada, os registros de medição de descarga mais antigos datam da década de Tais estações ainda se encontram em operação, como por exemplo, Pão de Açúcar e Juazeiro. Considerando a não uniformidade das séries de vazão, foi considerado como período anterior aos barramentos entre os anos de 1929 e A partir de 1977 foram considerados anos com influência dos barramentos. Desprezaram-se os períodos de construção e enchimento das barragens. A Tabela 03 apresenta os períodos e origens das séries de vazão utilizadas na análise. Tabela 03. Períodos das séries de vazão utilizadas Estação Código Vazão complementar Vazão gerada (site da ANA) (curva-chave) Juazeiro Jan/1929 a dez/2014 Jan/1977 a dez/2014 Santa Maria da Boa Vista Jan/1959 a dez/1973 Jan/1977 a dez/2014 Ibó Jan/1977 a dez/2014 Petrolândia Jan/1937 a out/ Piranhas Jan/1931 a dez/1978 Jan/1979 a dez/2014 Pão de Açúcar Jan/1931 a dez/1976 Jan/1977 a dez/2014 Traipu Jan/1977 a dez/2014 Propiá Jan/1977 a dez/2014 As vazões avaliadas para as estações Santa Maria da Boa Vista e Piranhas apresentam lacuna na série de vazão entre os anos de 1974 e 1976 (construção da barragem de Sobradinho). A estação de Petrolândia foi extinta por sofrer influência de remanso causado pela construção da barragem de Itaparica. As estações de Xingó II e Xingó III foram excluídas da análise por serem direcionadas apenas a medição de nível.

5 Análise das estações antes dos barramentos no rio São Francisco Para melhor representar o comportamento hidrológico, foram analisadas em conjunto as estações instaladas na bacia em período anterior a Observa-se uma maior suavidade das vazões no hidrograma. As menores vazões ocorreram nos meses de setembro/1971, outubro e novembro/1975. Enquanto as maiores vazões ocorreram fevereiro/1963, março e abril/1949. A Figura 02 ilustra as vazões médias mensais. Figura 02. Vazões médias mensais antes dos barramentos (1929 a 1976) O hidroperíodo define o número de dias por ano de seca ou período de tempo em que há disponibilidade de água em um rio. Entretanto, o período das grandes estiagens geralmente ocorre para probabilidades superiores a 95%. A Q 95 é utilizada como estimador da energia firme, e o Q 50 significa que 50% dos valores estão abaixo ou acima deste valor, mas geralmente é menor que a vazão média. A Tabela 04 apresenta Q 75, Q 50 e Q 95 para as estações no período de 1929 a Tabela 04. Vazões de permanência mensais antes dos barramentos (1929 a 1976) Vazão (m 3 /s) Juazeiro Sta M. da B. V. Petrolândia Piranhas P. de Açúcar Q Q Q O índice condição hídrica da bacia hidrográfica (CHid), classifica as vazões anuais em muito seca. seca, média, úmida e muita úmida, de acordo com a Tabela 05 (GENZ e LUZ, 2007, apud. AMORIM, 2010). O CHid é definido pela expressão: Anomalia = (Q-Qp)/ (2)

6 Em que: Q é vazão média anual em m 3 /s; Q p a vazão média de longo período em m 3 /s; e o desvio padrão das vazões médias anuais. A Tabela 06 apresenta o número de anos, por estação, em que o rio esteve enquadrado nas classes de condição hídrica, baseado na classificação da CHid. Tabela 05. Classificação da CHid com base na anomalia da vazão média anual e 1 Limites Classe da CHid Valor da CHid Anomalia < -1,5 Muito seca -2-1,5 < Anomalia < -0,5 Seca -1-0,5 < Anomalia < 0,5 Média 0 0,5 < Anomalia < 1,5 Úmida 1 Anomalia > 1,5 Muito úmida 2 Tabela 06. Número de anos em relação às classes da CHid por estação (1929 a 1976) Estação Série Muito seca Seca Média Úmida Muito Úmida Juazeiro Sta. M. da B. V Petrolândia Piranhas P. de Açúcar Durante o período analisado, poucas vezes o rio apresentou condições extremas de seca e cheia. Em 54% do tempo o rio apresenta característica de comportamento mediano, seguido pelos períodos de seca e úmida com representatividade de 18% de ocorrência cada Análise das estações após os barramentos no rio São Francisco A análise das estações após os barramentos, entre os anos de 1977 e 2014, foi realizada por trecho. O primeiro trecho, compreendido entre as barragens de Sobradinho e Itaparica, apresenta série de vazão para 03 estações. O segundo e terceiro trecho não possuem estação fluviométrica, operada pela CPRM/ANA, para monitoramento da vazão. O quarto trecho, que será analisado, possui 04 estações em operação. As Figuras 03 e 04 ilustram as vazões médias mensais das estações localizadas no primeiro e quarto trecho barrados. As menores vazões ocorreram nos meses de agosto/1997, julho e agosto/2001, e entre junho e setembro/2014. As maiores vazões ocorreram em março/1979, março/1992 e fevereiro/2007. Com a construção de Xingó, no final da década de 1980, a região mais próxima à foz sofreu novas modificações, havendo mais redução das vazões, já diminuídas pelos barramentos anteriores. As Tabelas 07 e 08 apresentam Q 75, Q 50 e Q 95 para as estações instaladas no primeiro e quarto trecho. Tabela 07. Vazões de permanência mensais depois dos barramentos: Primeiro trecho (1977 a 2014) Vazão (m 3 /s) Juazeiro Sta. Maria da Boa Vista Ibó Q Q Q

7 Figura 03. Vazões médias das estações entre Sobradinho e Itaparica (1977 a 2014) Figura 04. Vazões médias das estações após a barragem de Xingó (1977 a 2014) Tabela 08. Vazões de permanência mensais depois dos barramentos: Quarto trecho (1977 a 2014) Vazão (m 3 /s) Piranhas Pão de Açúcar Traipu Propriá Q Q Q

8 Observa-se que a vazão regularizada pelos barramentos elevou as vazões mínimas e reduziu as máximas. Em relação ao período não barrado, de vazão natural, fica claro o aumento das vazões para as permanências avaliadas. Nos últimos anos a bacia do São Francisco tem passado por um longo período de seca, influenciando as vazões regularizadas pelos barramentos. Para tal, no ano de 2015, torna-se necessária a elaboração de um plano de contingência. Segundo a CHESF (2015), o Ibama e a Agência Nacional de Águas (ANA) já autorizaram a redução, em caráter de teste, da vazão do Rio São Francisco a partir do Reservatório de Sobradinho, para 900m³/s. Este valor está muito abaixo da série apresentada nas Figuras 03 e 04. CONCLUSÃO Os resultados mostraram que, pode-se considerar o regime de vazão do período antes do inicio da operação das usinas hidrelétricas (1931 a 1976) como a representação da vazão natural do rio São Francisco, observando-se uma maior variabilidade do fluxo. Entretanto, no período após a operação das usinas (1977 a 2014), observa-se uma maior regularização da vazão com menor ocorrência de cheias. Para o caso da série de vazão natural, durante o período analisado, poucas vezes o rio apresentou condições extremas de seca e cheia. Após os barramentos, observa-se que nos períodos secos o regime hidrológico apresentou regularização, elevando as mínimas e reduzindo as vazões máximas. Comparando-se as permanências para o período considerado de vazão natural e o período regularizado pelos barramentos, observa-se o aumento das vazões para todas as permanências nas estações de Juazeiro e Sta. Maria da Boa Vista. Para as estações de Piranhas e Pão de Açúcar, houve diminuição da vazão apenas para a permanência de 50%. Entretanto, torna-se importante a verificação da diminuição das vazões causadas pela seca dos últimos anos. A seca acarretou em decréscimo significativo das vazões disponibilizadas pelas barragens para os trechos a jusante. REFERÊNCIAS AMORIM, Impacto da Adoção de Vazões Ecológicas no Baixo Curso do Rio São Francisco Sobre a Geração Hidrelétrica. Dissertação de mestrado em engenharia ambiental urbana. Escola Politécnica. UFBA Salvador, CHESF, Companhia Hidrelétrica do São Francisco. Disponível em: Acesso em: maio/2015. CPRM, Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais. Programa Curva-chave (Versão 2.0). CPRM/ COPPE-UFRJ/ LABHID. Novembro/2001. HIDROWEB. Dados hidrológicos. Disponível em:< Acesso em: abril/2015. MELO, Análise do eixo Leste da Transposição do Rio São Francisco Face aos Cenários de Uso Previstos. Dissertação de mestrado. Programa de pós-graduação em engenharia civil. Centro de Tecnologia e Geociências. UFPE Recife, dezembro de 2010.