A utilização dos modelos matemáticos de simulação para a realização de balanços quali-quantitativoss de recursos hídricos.

Transcrição

1 A utilização dos modelos matemáticos de simulação para a realização de balanços quali-quantitativoss de recursos hídricos Outubro / 2011

2 A utilização dos modelos matemáticos de simulação para a realização de balanços quali-quantitativoss de recursos hídricos Modelagem básica institucional de recursos hídricos Sistema de gestão Instrumentos de gestão

3 Instrumentos de Gestão na Legislação de Recursos Hídricos Lei Federal de 08/01/1997 ( anos) planos de recursos hídricos enquadramento dos corpos d água em classes de uso outorga dos direitos de uso cobrança pelo uso da água compensação a municípios sistema de informações sobre recursos hídricos Lei Estadual de 30/12/1991 ( anos) outorga dos direitos de uso infrações e penalidades cobrança pelo uso dos recursos hídricos rateio de custos das obras Plano Estadual de Recursos Hídricos (que deve conter a proposta de enquadramento)

4 Desenvolvimento dos Instrumentos de Gestão A baixa efetividade dos planos de recursos hídricos Poucas experiências com a cobrança e cadastros de usuários Sistema de outorgas e licenciamentos muito simplificados Sistemas de informação inexistentes SUB-UTILIZAÇÃO DOS RECURSOS DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO

5 Parceria com CDM Modelo de Gestão da Bacia Instrumentos de Gestão: Modelo Hidrológico Modelo de Qualidade de Água Plano de Recursos Hídricos Sistema de Informações Área: km2 Extensão: 750 km

6 Limites municipais Limites de Sub-bacias Período de Planejamento Hidrografia principal Áreas urbanas

7 Usos da Água

8 Modelo de Qualidade da Água (QUAL-2E)

9 Modelo Hidrológico Captação / Vazões Naturais (%) (período seco) Diferentes cenários hidrológicos e de cargas

10 Detalhamento do Modelo Institucional Modelagem de Qualidade de Água (Alto Iguaçu) Modelagem Hidrológica (Alto Iguaçu) Modelagem Quali-quantitativa para Análise de Outorgas Sistema Integrado de Licenciamento (Outorga, Licenças Ambientais e Licenças Municipais) Manual de Outorga

11 SB 7 SB 4 SB 1 SB 2 SB 3 SB 5 SB 6 Preparação da Modelagem (por trecho de rio) Q CAB-1 Q CAB-2 Q CAB-3 Q CAB-3 Q CAB-5 Q CAB-6 Q-7 Q-4 Q-3 Q-1 Q-2 Q-5 Q Q INC-1 Q INC-2 Q INC-3 Q INC-4 AI 5 AI 1 AI 2 7 AI 3 AI 4 AI Q INC-5 Q INC-6 14 Q FINAL Vazões Naturais Usos da Água Geração de Cargas Cenários Futuros Q CAB-4 6 Q CAB-7 12

12 Vazão de Referência vazão outorgável Modelagem Hidrológica Q X% CURVA DE PERMANÊNCIA DE VAZÕES Q REF Q 85% k x Qref reserva estratégica Q REF p x Qref controle hidrológico 100%

13 Modelos de Simulação para Análise de Outorgas Solicitação de Outorga Cadastro de Outorga Vazão de Referência Lançamentos Captações Modelagem Hidrológica Modelagem de Qualidade Modelo de Simulação da Qualidade da Água Disponibilidade Hídrica remanescente Avaliação da solicitação

14 Instrumentos de Gestão: Modelo de Geração de Cargas Modelo Hidrológico (Hidrodinâmico) Modelo de Qualidade de Água (Hidrodinâmico) Participação Institucional CETESB/CPLEA SABESP EMAE DAEE AES Parceria com Centre for Water Research (University of Western Australia)

15 Objetivo Assistência Técnica para implantação de modelo matemático de qualidade da água nos reservatórios Billings e Barra Bonita e os rios Pinheiros e Tietê Promover a utilização de modelagem matemática de qualidade da água na gestão dos recursos hídricos no Alto e Médio Tietê. Sustentabilidade Comunidade Científica e Universitária CETESB SABESP EMAE DAEE AES CPLEA Grupo Permanente de Discussão

16 Billings Setup 200m X 200m X 1 m cada Célula Carga doméstica e industrial Carga de runoff Parâmetros = Q, DBO, DQO, NT, PT, SST Y X Compartimentos estudados Billings Barra Bonita Alto Tietê/Pinheiros Médio Tietê

17 Barra Bonita Setup 100 m X 100 m X 1 m cada Célula Carga doméstica e industrial Carga de runoff Parâmetros = Q, DBO, DQO, NT, PT, SST Compartimentos estudados Billings Barra Bonita Alto Tietê/Pinheiros Médio Tietê

18 Modelagem Matemática para representação do funcionamento do sistema metropolitano de esgotos, de modo a permitir a determinação das vazões e cargas esperadas, em pontos notáveis do sistema, a partir de cenários, reais ou simulados. Dispositivos Analisados Redes Coletores-troncos Interceptores EEs ETEs Parceria com BBL

19 Levantamentos de campo para calibragem dos modelos Determinação de vazões coletadas (amostradores contínuos) Verificação de interligações (continuidade)

20 Vazão (l/s) Precipitação (mm) Resultados de Vazão e Pluviometria (para exclusão dos eventos chuvosos) Comparativo Dia Chuvoso x Envoltórias de Vazão Quarta-Feira - 04 de Junho Precipatação total de 9,65 mm Início: 14:19 h Termino: 20:45 h :00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 Tempo (h) 0 Precipitação médio mínimo máximo

21 Chega no elemento Saída do elemento Preparação da Modelagem (vazões por trechos de coletores) Qsa contribuição das subáreas Qd contribuição pontual p/ o elemento Qm contribuição de elementos de montante = Qc conduzida p/ elemento de jusante Qp perdida pelo elemento Qd Qsa Qm Q Qc Qp

22 TC26-EL05 Sistema Parque Novo Mundo Detalhe Sub-bacia TC 19 - Aricanduva TC26-SA05 TC21-SA16 TC21-SA25 TC21-SA13 SA03 TC21-SA02 TC21-SA03 TC21-SA12 TC26-SA06 TC21-SA04 TC21 ETE TC21-SA01 - PQ. NOVO MUNDO TC21-SA11 TC21-SA05 TC21-SA18 TC21-SA06 TC21-SA17 TC19-SA62 TC19-SA61 TC19-SA60 TC21-SA10 TC17-SA03 ETE TC19-SA63 - PQ. NOVO MUNDO TC17-SA01 TC17-SA04 TC19-SA01 TC19-SA59 TC19-SA52 TC19-SA58 TC21-SA07 TC21-SA09 TC19-SA51 TC15-SA04 IT08-EL04 TC15-EL02 TC17 TC17 TC17-SA02 SA05 IT09-EL06 TC15-SA11 TC19-SA02 TC15 TC15-SA07 TC15-SA06 TC15-EL05 ETE TC17-EL02 IT08-EL03 TC19-EL01 TC15-SA10 TC15-EL03 TC21-EL01 TC21-EL08 TC19-SA03 TC19-EL29 TC19-EL13 TC19-SA04 TC15-SA08 TC19-SA05 TC19-SA06 TC15-SA09 TC15-EL04 TC19-EL34 TC19-EL02 A modelagem gera cenários de atendimento (tratamento e interceptação) conectando e desconectando trechos de coletores TC21-EL02 TC19-EL14 TC19-SA07 TC19-SA08 TC19-SA09 TC19-SA10 TC19-SA53 TC19-SA50 TC19-SA11 TC21-EL03 TC19-EL03 TC19-SA12 TC19-EL16 TC19-EL15 TC19-SA49 TC19-SA13 TC19-EL17 TC19-EL36 TC19-EL30 TC19-EL35 TC19-SA15 TC19-SA57 TC19-SA54 TC19-SA48 TC19-EL04 TC19-SA46 TC19 TC19-SA17 TC19-SA19 TC19-SA14 TC19-EL18 TC19-SA16 TC19-EL33 TC19-SA18 TC19-EL37 TC19-SA47 TC19-EL31 TC19-EL19 TC19-SA56 TC19-SA21 TC21-EL04 TC21-SA08 TC19-SA55 TC19-SA45 TC19-SA44 TC19-SA22 TC19-SA20 TC19-SA24 TC19-EL20 TC19-EL38 TC19-EL32 TC19-EL06B TC21-EL07 TC19-SA23 TC19-EL21 TC19-SA25 TC19-SA43 TC19-EL08 TC19-EL22 TC19-SA26 TC19-SA42 TC19-EL10 TC19-EL23 TC19-SA35 TC19-SA32 TC19-SA27 TC19-SA33 TC19-SA28 TC19-SA29 TC19-EL24 TC19-SA30 TC19-EL25 TC19-SA41 TC19-EL11 TC19-EL26 TC19-SA36 TC19-SA34 TC19-EL12 TC19-SA39 TC19-EL27 TC19-SA38 TC19-SA37 TC19-SA40 TC19-SA31

23 Apresentação de Resultados: vazões (l/s) e cargas (kgdbo/dia)

24 Estrutura de Análise - Sistema Parque Novo Mundo Vazões Contribuintes por Sub-área (% da vazão gerada) (idem cargas) TC28 TL06 TL08 ETE PNM ETE - PQ. NOVO MUNDO TC24 TC26 TL04 TL02 TL01 TC21 TL03 TC13A TC17 TC15 TC19

25 Recomendações de Obras: identificação de intervenções de maior eficiência para a interceptação de esgotos

26 Instrumento de Gestão: Modelagem Matemática quali-quantitativa para o cálculo de balanço hídricos e estudos de enquadramento (Modelo de base: AquaNet) Horizonte de Planejamento 2008 a 2020 Parceria com o LabSID/USP

27 75 municípios 227 áreas de contribuição 374 sub-áreas 154 trechos de rio

28 Disponibilidade Hídrica ( GAD < 0% ) ( 0%<GAD<20% ) ( GAD>20% ) Hipóteses: Q 7,10 Sistema Cantareira: 3m3/s GAD = (1 DD/ DHSE) x 100% DD: Demandas DHSE: Disponibilidade Efetiva

29 140 Proposta de Enquadramento Zona 17 Corumbataí Zona 19 Zona Piracicaba Zona 23 Zona 21 Zona 20 Zona 14 Jaguari Zona Zona 26 Zona 24 Zona 22 Zona 15 Zona 08 Zona 06 Camanducaia 480 Zona 25 Zona 13 Zona 05 Zona 01 Zona 16 Zona 12 Zona Legenda Limite de Zonas Área Urbana Limite das Bacias PCJ Zona 32 Proposta de Enquadramento classe 1 classe 2 classe 3 classe 4 Capivari Zona 31 Zona 30 Zona 29 Zona 37 Zona 36 Zona 11 Zona 28 Zona 35 Jundiaí Zona 27 Zona 10 Várzea Campo Paulista Limpo Zona 34 Paulista Zona 33 Atibaia Zona 02 Zona 03 Zona Escala 1: Sistema de Coordenadas UTM Zona 23S - Datum Córrego Alegre PLANO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS DOS RIOS PIRACICABA, CAPIVARI E JUNDIAÍ km

30 Cálculo de Demanda de Investimentos para Diferentes Cenários Cenário Possível: 2012 OD / DBO (Investimentos: 800 milhões) Porcentagem de km de rios modelados Enquadrados: 40% na hipótese de Q 7,10

31 Cálculo de Demanda de Investimentos para Diferentes Cenários Cenário Possível: 2016 OD / DBO (Investimentos: 1,5 bilhões) Porcentagem de km de rios modelados Enquadrados: 47% na hipótese de Q 7,10

32 Cálculo de Demanda de Investimentos para Diferentes Cenários Cenário Possível: 2020 OD / DBO (Investimentos: 1,8 bilhões) Porcentagem de km de rios modelados Enquadrados: 49% na hipótese de Q 7,10

33 Cálculo de Demanda de Investimentos para Diferentes Cenários Cenário Possível: 2012 OD / DBO (Investimentos: 800 milhões) 50% dos km de rios modelados permanecem dentro da meta em mais de 90% do tempo

34 Cálculo de Demanda de Investimentos para Diferentes Cenários Cenário Possível: 2016 OD / DBO (Investimentos: 1,5 bilhões) 53% dos km de rios modelados permanecem dentro da meta em mais de 90% do tempo

35 Cálculo de Demanda de Investimentos para Diferentes Cenários Cenário Possível: 2020 OD / DBO (Investimentos: 1,8 bilhões) 55% dos km de rios modelados permanecem dentro da meta em mais de 90% do tempo

36 Instrumento de Gestão: Modelagem Matemática para estudos de alocação de águas Objetivos SP Garantir o suprimento hídrico para o desenvolvimento regional até 2035 (+56 m³/s) Macrometropole Aprimorar a gestão da demanda através de medidas não-estruturais, uso racional e reúso da água Conceber medidas de contingência a serem adotadas em períodos hidrológicos desfavoráveis Propor medidas para a resolução de conflitos regionais, setoriais, de ordenamento territorial e ambientais Parceria com Engecorps e LabSID/USP

37 PIB 83% do Estado de São Paulo 28% do nacional 180 Municípios População 75% do Estado de São Paulo 16% da nacional Área 21% do Estado de São Paulo 0,6% do Brasil

38 Cenário Tendencial das Demandas m3/s Δ= 56 m³/s Demandas de água do Território da Macrometrópole Paulista Urbana Δ = 25 m³/s Industrial Δ = 17 m³/s Irrigação Δ = 13 m³/s 100 Irrigação Industrial Urbana

39 Esquemas Hidráulicos Inventariados Guarani Bacias: Médio Tietê/PCJ- Paranapanema Barra Bonita Jurumirim/ Sorocaba Res. Capivari Mirim Res. Piraí Res. Pedreira Res. Duas Pontes Bacias PCJ Res. Campo Limpo Res. Jundiuvira Bacia Paraíba do Sul Afluentes do Rio Paraíba Jaguari/ Atibainha Sorocaba/ Sarapuí Cascata do Juquiá São Lourenço/França Baixo Juquiá (Isoterma) Bacia do Juquiá/São Lourenço São Lourencinho/ Mambu Reservatório Paraibuna Bacia Alto Tietê/ Baixada Itatinga- Itapanhaú Braço Pequeno Billings Capivari-Monos

40 Esquemas Hidráulicos Inventariados Guarani Bacias: Médio Tietê/PCJ- Paranapanema Barra Bonita Jurumirim/ Sorocaba Res. Capivari Mirim Res. Piraí Res. Pedreira Res. Duas Pontes Bacias PCJ Res. Campo Limpo Res. Jundiuvira Bacia Paraíba do Sul Afluentes do Rio Paraíba Jaguari/ Atibainha Sorocaba/ Sarapuí Cascata do Juquiá São Lourenço/França Baixo Juquiá (Isoterma) Bacia do Juquiá/São Lourenço São Lourencinho/ Mambu Reservatório Paraibuna Bacia Alto Tietê/ Baixada Itatinga- Itapanhaú Braço Pequeno Billings Capivari-Monos

41 As 73 Zonas de Demanda Os 180 municípios foram agrupados em 73 zonas de demanda Cada zona de demanda é associada a 3 nós de demanda, correspondentes aos 3 tipos de demanda considerados: abastecimento público indústrias irrigação

42 Elementos da Modelagem Esquema da Rede da Modelagem Rede Hídrica, Nós de Passagem e Disponibilidades Hídricas 73 Zonas de Demanda 60 Reservatórios Transposições ETAs 912 dados de vazões mensais X 151 nós de controle = registros de vazões naturais (1931 até 2006)

43 Critérios de Simulação Manutenção de vazões mínimas nos cursos d água Resoluções, Portarias etc ou Q 98% Manutenção de níveis mínimos nos reservatórios Priorização das Demandas Abastecimento Urbano Indústria Irrigação Operação do Sistema Cantareira (Portaria DAEE n. 1213/2004) Garantia do Bombeamento Tietê-Biritiba Garantia de Operação de Cheias para a Billings - (6,5 m³/s médios) Transferência Taquacetuba/ Guarapiranga - (2,2 m³/s médios) Atendimento à demanda de geração de Henry Borden

44 Construção da Rede: Localização dos Reservatórios 60 Reservatórios (Nós de Controle)

45 Construção da Rede: Nós de Passagem Nós de Controle vazão natural Dados de Entrada lançamentos vazão natural vazão afluente Resultados vazão efluente transferência lançamentos 125 Nós de Passagem

46 Construção da Rede: Localização das ETAs e Demandas 10 ETAs 02 Bombeamentos 01 Flotação 60 Reservatórios 18 Vazões Mínimas Asseguradas 207 Demandas de Abastecimento (Urbano, Industrial e Irrigação) 207 Demandas

47 Construção da Rede: Criação dos Links 678 Links (entre Nós e entre Nós e demandas)

48 Situação de Atendimento às Demandas: Cenário Tendencial 2035 Demanda Urbana (sem projeto)

49 Situação de Atendimento às Demandas: Cenário Tendencial 2035 Demanda Industrial (sem projeto)

50 Situação de Atendimento às Demandas: Cenário Tendencial 2035 Demanda de Irrigação (sem projeto)

51 Estudos de Cenários Alternativos de Demandas O Programa Básico de Redução de Perdas Uso Racional da Água (doméstico, industriais, irrigação) e Práticas de Reúso Mudanças Comportamentais (educação ambiental) Reordenamento Territorial Vetores Diferenciais de Crescimento das Demandas

52 Construção dos Arranjos Conjuntos de arranjos de esquemas hidráulicos que satisfazem as seguintes falhas aceitáveis de atendimento às demandas: Setor de abastecimento urbano 5 % do tempo Setor industrial 10% do tempo Setor de irrigação 20% do tempo

53 Configuração do Arranjo Exemplo SARAPUÍ-SOROCABA Qmáx 2,0 m³/s Qmédia 1,6 m³/s REP. JAGUARI (PS) - ATIBAINHA ( PCJ) Qmáx 6,0 m³/s Qmédia 4,5 m³/s GUARAREMA BIRITIBA Qmáx 4,0 m³/s Qmédia 3,4 m³/s SÃO LOURENÇO Qmáx 4,7 m³/s Qmédia 4,5 m³/s

54 Checagem das Demandas

55 Checagem das Vazões Mínimas dos Cursos d Água

56 Checagem do Nível dos Reservatórios

57 Abrangência Legenda RR AP Estados contemplados Estados não contemplados PA AM MA CE RN PB PI PE AC AL TO Objetivo SE RO BA MT Dados um ponto de captação e a respectiva área de drenagem, determinar as vazões disponíveis no ponto, a partir dos métodos dos sistemas de regionalização de vazões existentes DF GO MG ES MS SP RJ PR SC RS Parceria com Engecorps e LabSID/USP

58 Processamento O sistema localiza cada ponto de captação do shapefile e identifica o sistema a que pertence; Calcula as vazões em função do ponto e do polígono (algorítimos diversos para os diversos sistemas incorporados);

59

60

61

62 Conclusões A gestão de recursos hídricos têm se utilizado apenas de forma limitada dos recursos da tecnologia da informação; Muitos dos sistemas que foram preparados atualmente não estão operacionais; As contratações de estudos de recursos hídricos não dispõem de verbas para o desenvolvimento de modelos; Falta capacitação técnica para o desenvolvimento e a manutenção de instrumentos de modelagem matemática de recursos hídricos.