XIII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE

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1 XIII SIMPÓSIO DE RECURSOS HIDRÍCOS DO NORDESTE DIMENSIONAMENTO DA CISTERNA TIPO CALÇADÃO ASSOCIADO À VARIABILIDADE PLUVIOMÉTRICA DO MUNICÍPIO DE DELMIRO GOUVEIA -AL Stephane Lima Pereira de Andrade 1 ; Alex Oliveira da Silva 2 & Thiago Alberto da Silva Pereira 3 RESUMO Tendo em vista os longos períodos de secas provocados por vários fatores climáticos associados que atingem a região Nordeste do Brasil, a busca por soluções alternativas para armazenamento de água da chuva torna-se cada vez mais importante. Neste contexto destaca-se a cisterna tipo calçadão que coleta água de um calçadão construído no solo. A área do calçadão dependerá do regime pluviométrico local, no entanto, a precipitação é uma componente totalmente aleatória, sendo necessário estudo de probabilidade para entendimento desta variável. Logo, pretendese aqui introduzir um mecanismo de dimensionamento da cisterna tipo calçadão, associada ao grau de permanência de um determinado valor anual de precipitação (ou risco), a partir de uma alteração do método de Azevedo Neto, proposto pela ABNT (2007). Os resultados apontam que a metodologia utilizada atualmente possui riscos elevados ( 58%) e que o conhecimento do regime de precipitação local se constitui informação estratégica para reduzir falhas no abastecimento. ABSTRACT In view of the long periods of drought caused by several associated climatic factors that affect the Northeast region of Brazil, the search for alternative solutions for rainwater storage becomes increasingly important. In this context, highlighted the boardwalk cistern that collects water from a boardwalk built on the ground. The boardwalk area will depend on the local rainfall regime, however, precipitation is a totally random component, it is necessary to study probability for understanding this variable. Therefore, it is intended here to introduce a design mechanism of the boardwalk cistern, associated with the degree of permanence of a certain annual amount of precipitation (or risk), from a change in the method of Azevedo Neto, proposed by ABNT (2007). The results show that the methodology currently used has high risks ( 58%) and that knowledge of the local rainfall regime is strategic information to reduce failure in water supply. Palavras-Chave Cisternas; Semiárido; Precipitação. 1) Universidade Federal de Alagoas UFAL, Av. Lourival Melo Mota, s/n, Maceió AL, (82) , stephanelpa@hotmail.com 2) Universidade Federal de Alagoas UFAL/ Campus Sertão, Rod. AL 145, Km 3, D. Gouveia AL, (82) , alex.oliveira@ctec.ufal.br 3) Universidade Federal de Alagoas UFAL/ Campus Sertão, Rod. AL 145, Km 3, D. Gouveia AL, (82) , thiago_alb@hotmail.com. XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 1

2 INTRODUÇÃO Os estudos a respeito de técnicas ou meios que possibilitem o melhor aproveitamento da água são de extrema importância para a sociedade como um todo. A situação se agrava ainda mais em diversas cidades situadas na região Nordeste do Brasil, lugares estes onde a precipitação média anual é bastante baixa, comprometendo o abastecimento de água da população. Outro agravante em relação à disponibilidade de água nas regiões brasileiras é a distribuição desigual temporal e espacial desse líquido. Diante disso, procuram-se alternativas para que a população, em especial sertaneja, conviva com a realidade da seca, destacando-se entre elas a construção de cisternas com o intuito de armazenar a água da chuva para ser utilizada no período de estiagens. Dois tipos de cisternas de placas estão sendo utilizadas: as cisternas de placas para o consumo básico (abastecimento humano, cozinhar e higiene pessoal) e as cisternas de placas para produção agrícola [Costa e Aquino (2013)]. A segunda chama-se cisterna calçadão que tem intuito de armazenar a água da chuva para ser utilizada no período de estiagens e apresenta como a base do seu funcionamento um calçadão construído no terreno com uma determinada área que dependerá do volume de água que se deseja armazenar e também da precipitação média anual da região. A precipitação cai diretamente sobre o calçadão, onde existem tubulações por onde esta água irá escoar e finalmente será armazenada na cisterna. Segundo recomendações da Associação do Semiárido (ASA), o calçadão tem uma área cimentada de 200m² e a cisterna capacidade de acumular 52 m³, e ainda 300 mm de chuva são suficientes para encher a cisterna [ASA (2014)]. Estudos têm analisado as técnicas para o dimensionamento de cisternas rurais, bem como avaliado os problemas que vêm ocorrendo com o funcionamento destas, sendo um deles o não atendimento das famílias nos períodos de estiagem [Cruz (2009)]. Isto pode ser explicado pelo método de dimensionamento utilizado, dado que a literatura apresenta diferentes métodos de dimensionamento de reservatórios para aproveitamento de água de chuva e, ciente disso, alguns autores buscaram avaliar essas diferentes técnicas para diversos locais do Brasil [Cohim et al. (2008)]; [Dornelles et al. (2010)]. Alves et al. (2013) afirmam que o processo de dimensionamento do volume do reservatório muda conforme varia o padrão de distribuição das chuvas nas diferentes localidades, então entendese que é necessário estabelecer uma relação entre a eficiência do sistema e a variabilidade da precipitação, uma vez que esta se reflete em um risco de não enchimento das cisternas, consequentemente um prejuízo à população. No entanto, sabe-se que para o regime de precipitação não existe padrão definido e o processo de formação das mesmas é totalmente aleatório, isto estabelece uma dificuldade básica no planejamento das atividades humanas vinculadas a este XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 2

3 processo. Daí surge a necessidade do estudo da teoria das probabilidades e estatística aplicada aos índices pluviométricos. Sabendo que a área do calçadão necessária para o atendimento da demanda será em função da probabilidade de ocorrência da precipitação local, pois se tem que quanto maior o índice pluviométrico, menor será a área de captação (calçadão) e consequentemente menor será o custo para a construção deste calçadão. Por outro lado, sabe-se também que as chuvas intensas são menos frequentes, ou seja, possuem baixa probabilidade. Portanto, trata-se de uma decisão entre optar pelo menor custo de implantação da cisterna (área) ou pela probabilidade de uma chuva ocorrer (probabilidade da demanda ser atendida). Diante disso, este trabalho visa encontrar a relação da probabilidade (risco) de desabastecimento em função da área de captação das cisternas calçadão no município de Delmiro Gouveia. METODOLOGIA Área de Estudo Delmiro Gouveia está localizado no extremo oeste do estado nordestino de Alagoas, fazendo fronteira com os estados da Bahia, Sergipe e Pernambuco, conforme pode ser visto na Figura 1. A cidade possui uma população estimada em habitantes e área da unidade territorial igual a 607,813 km² [IBGE (2010)]. Figura 1 - Localização do posto pluviométrico Delmiro Gouveia ( ) no município de Delmiro Gouveia. Fonte: Silva e Pereira (2014). O município está inserido no clima do tipo semiárido, com precipitação média anual de 510 mm, índices pluviométricos apresentando uma distribuição desigual durante o ano. Mesmo sendo XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 3

4 banhado pelo Rio São Francisco que é considerado um fator de grande importância social, econômica e cultural, o município Delmiro Gouveia sofre, assim como todos os outros presentes na região do Polígono das Secas, com os períodos de falta de chuva na região, prejudicando algumas das principais atividades geradoras de renda da cidade como: agricultura e criação de gado, afetando diretamente na qualidade de vida da população rural do município. Fica claro desta forma, a importância da implantação de cisternas tipo calçadão para garantir a produção de alimentos e criação de pequenos animais, contribuindo não só para a sobrevivência das famílias, mas também para comercialização do excedente, sendo uma ferramenta importante para manutenção da economia da cidade. Coleta de dados Os dados hidrológicos foram obtidos dados pluviométricos diários no portal HidroWeb da Agência Nacional de Águas (ANA), compreendendo a série histórica do posto Delmiro Gouveia, localizada no município de mesmo nome, com código igual a (Figura 1). Variabilidade Pluviométrica Foi construída a curva de permanência que indica a relação existente entre as precipitações e a frequência com que esta pode ser igualada ou superada. Como estes valores são variáveis aleatórias contínuas o cálculo da probabilidade de ocorrência das mesmas é realizado através do método empírico dado pela equação 1: I P (1) N 1 Onde: P = probabilidade de ocorrer ou exceder um determinado valor de precipitação; I = Ordem da precipitação; N = Número de observações; Para calcular a ordem da precipitação é necessário colocar a série de valores em ordem decrescente. A partir da curva de permanência pode se encontrar a curva do risco, representando como o próprio nome sugere, o risco de determinado evento ocorrer ou não, podendo este valor ser obtido através da equação 2: Onde: R 100 P (2) R = Risco de determinado evento ocorrer; P = Probabilidade de ocorrer ou exceder um determinado valor de precipitação; Dimensionamento da Cisterna O dimensionamento do volume da cisterna é realizado segundo a NBR [ABNT (2007)] com base em critérios técnicos, econômicos e ambientais, levando em conta as boas práticas da XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 4

5 engenharia. Neste trabalho optou-se pela escolha do Método do Maior Período de Estiagem, que funciona de acordo com a equação 3. V N D (3) Onde: V = Volume do reservatório em L N = Número máximo de dias consecutivos sem chuva, dias com precipitação inferior a 1mm. D = Demanda diária para chuva (L/dia). O número máximo de dias consecutivos sem chuva em Delmiro Gouveia-AL foi calculado tendo como base os valores históricos de precipitações diárias desde o mês de janeiro de 1936 até dezembro de De acordo com o volume da cisterna e também do valor médio de precipitação anual da cidade, é realizado o dimensionamento da área necessária para o calçadão que receberá a precipitação. Essa área será calculada também de acordo com um dos métodos de dimensionamento para reservatório de água pluvial proposto pela NBR [ABNT (2007)], também conhecido como método Azevedo Neto, descrito pela equação 4: V 0, 042 P A T (4) Onde: V = Volume do reservatório em L P = Precipitação média anual em mm A = Área de captação em m² T = Quantidade de meses de pouca chuva ou seca Neste trabalho, este método será modificado, pois será levado em consideração a probabilidade de ocorrência da precipitação, assim foram utilizados diferentes valores de precipitação e encontradas as suas respectivas áreas, logo encontra-se uma curva que representa a relação entre a precipitação e a área de captação. A quantidade de meses de pouca chuva ou seca é calculada tendo como base os dados obtidos sobre a distribuição mensal de chuvas durante um ano em Delmiro Gouveia. Combina-se então a curva de probabilidade (permanência) com a curva que relaciona precipitação e área de captação da cisterna calçadão, logo se chega a uma curva que representa área necessária para atender a demanda em função da probabilidade de ocorrência de um evento hidrológico. RESULTADOS Analisando os dados pluviométricos diários coletados na estação ANA entre os anos 1936 e 2006, e após a realização do preenchimento de falha e análise de consistência mensais realizados por Silva e Pereira (2014), foi possível acumular os valores anuais. Deste modo, utilizando XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 5

6 a equação 1 tem-se a curva de permanência de precipitação do município de Delmiro Gouveia-AL, conforme Figura 2. Prec. Anual (mm) 1200 Curva de Permanência Frequência (%) Figura 2 - Curva de Permanência das Precipitações em Delmiro Gouveia AL Fonte: Os autores. Analisando a Figura 2, encontraram-se resultados semelhantes aos de Silva e Pereira (2014), ou seja, uma grande variabilidade pluviométrica no que concerne aos índices acumulados anuais; o maior e o menor registro de precipitação encontrado foram de mm e 161,3 mm, respectivamente tendo uma variação de 871,7 mm. Isso demonstra o elevado grau de irregularidade da série hidrológica. Sobre o valor de precipitação médio da cidade que é 510,0 mm verifica-se que apresenta uma probabilidade de aproximadamente 41,66% de chance de ser igualada ou superada, indicando que se a cisterna for dimensionada nos moldes que preza a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através do Método de Azevedo Neto há um risco de desabastecimento de 58,33 %. Para dimensionar a cisterna, considerou-se uma situação hipotética que consiste numa criação de animais com as seguintes espécies: bovinos, caprinos e aves, como observado na Tabela 1. A demanda diária utilizada é de 700 L/dia, considerando-se um total de 55 cabeças de animais. Tabela 1: Situação hipotética utilizada para cálculo da demanda diária de água. Espécie Consumo per Capita (L/cabeça/dia) Quantidade de Cabeça Demanda (L/dia) Bovinos 55, ,00 Caprinos 10, ,00 Aves 0, ,92 Total ,92 Fonte: Adaptado de EMBRAPA (2005) e ONS(2003). Foi encontrado um valor médio de 70 dias consecutivos sem chuva, assim, utilizando a equação 3, tem-se que o volume necessário para uma cisterna localizada na zona rural de Delmiro Gouveia é igual a 49 m³, lembrando que esse valor foi diferente do recomendado pela ASA. Para encontrar a XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 6

7 curva de Área versus Precipitação foi utilizada a equação 4, onde a quantidade de meses com pouca chuva ou de seca durante o ano foi considerada igual a 7 meses, se estendendo desde o mês de agosto até fevereiro conforme é possível observar na Figura 3, que apresenta as precipitações médias mensais de Delmiro Gouveia no período estudado. Adotando-se como meses mais secos aqueles que apresentam valor de precipitação menor que 50 mm. Precipitação (mm) Precipitação Média Mensal JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Mês Figura 3: Meses mais secos durante um ano em Delmiro Gouveia. Fonte: Os autores. Deste modo, é possível construir a curva (Figura 4) que representa a área do calçadão responsável por captar o volume de água proveniente de diferentes valores de precipitações que será suficiente para garantir o abastecimento desta família evitando prejuízos financeiros. Prec. Anual (mm) 1200 Precipitação x Área Área (m²) Figura 4: Curva precipitação média anual versus área do calçadão. Fonte: Os autores. XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 7

8 Pode-se observar que quanto maior a quantidade de precipitação menor será a área necessária para a construção do calçadão, fato este que é importante na realização do dimensionamento do sistema de armazenamento como um todo, evitando situações indesejadas como, por exemplo, construir um calçadão que não atenda à demanda de água necessária para armazenar na cisterna ou até mesmo construir um calçadão com área muito grande, acarretando custos desnecessários para o proprietário. De acordo com a curva traçada para uma precipitação média anual de mm será necessária uma área igual a aproximadamente 200 m², já para 160 mm/ano de precipitação é necessário um calçadão com área pouco maior que m², ou seja, uma área relativamente grande que acrescentará um valor de execução bem maior em relação à primeira situação. Para 510,57 mm/ano que é a média anual para Delmiro Gouveia tem-se que a área necessária para a construção do calçadão está próxima a 326,79 m². Em relação ao risco, as curvas das Figuras 2 e 4 foram associadas e utilizou-se a equação 2 de maneira que seja relacionada a área do calçadão com risco de desabastecimento para a família utilizada nesta situação. Assim, a Figura 5 traz a curva Área versus Risco. Área (m²) Área x Risco Risco de desabastecimento (%) Figura 5: Curva área do calçadão que deve ser construída e o risco de faltar água na cisterna. Fonte: Os autores. A partir da Figura 5 observa-se que quanto maior a área do calçadão que receberá diretamente a precipitação menor será o risco de que falte água para os habitantes proprietários da cisterna. Logo, apesar do aumento da área acarretar custos maiores, será um investimento que beneficiará os usuários do sistema, uma vez que o abastecimento de água será garantido de forma eficiente e segura, buscando eliminar os riscos trazidos pelos longos períodos de escassez. XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 8

9 De acordo com a curva para uma área de calçadão maior que 600 m² o risco da cisterna calçadão não garantir o abastecimento é praticamente nulo, no entanto, quando a área diminui o risco aumenta, chegando-se ao limite de quase 100% de falha para área pouco menor que 200 m². Percebe-se que se for considerada uma área de 326,79 m² (área correspondente a precipitação média anual de Delmiro Gouveia) há o risco de não abastecimento de 58,33%, logo, mostra-se que o dimensionamento da literatura das cisternas calçadão pode apresentar altos índices de falhas, por levar em consideração apenas valores médios de precipitação, portanto introduz-se aqui a ideia do dimensionamento levando em consideração a probabilidade de ocorrência de uma chuva, consequentemente de uma demanda ser suprida. CONCLUSÕES O sistema de coleta e armazenamento de água das chuvas estudado beneficiará as famílias moradoras do município de Delmiro Gouveia-AL de diversas formas. Entre elas pode-se citar o próprio abastecimento que será garantido de forma permanente, buscando eliminar os impactos da falta de água durante os longos períodos de estiagem, sofridos de forma acentuada pelos habitantes da zona rural do município, ganhos econômicos devido ao fato da água armazenada ser utilizada para fins não potáveis. A garantia de abastecimento permanente mesmo durante a escassez permite que famílias de agricultores comercializem os produtos excedentes cultivados, sendo uma importante fonte de renda para os proprietários da cisterna, contribuindo desta forma para o desenvolvimento econômico da região que, como já citado, é baseado na agricultura e criação de gado, sem contar o fato de que situações desagradáveis como ter que percorrer grandes distâncias para conseguir água de má qualidade seriam evitadas, aumentando a qualidade de vida das comunidades rurais. No entanto, para que a Cisterna tipo Calçadão funcione da maneira esperada percebe-se que estudos sobre dados hidrológicos que caracterizem a região são de extrema importância, pois a padronização da construção de calçadões e cisternas com mesma área e volume respectivamente para diferentes localidades do semiárido podem ser aperfeiçoadas, analisando-se os riscos que essa área apresenta para suprir ou não a demanda de água. a) Artigo em revista BIBLIOGRAFIA DORNELLES, F; TASSI, R; GOLDENFUM, J. A. (2010). Avaliação das Técnicas de Dimensionamento de Reservatórios para Aproveitamento de Água de Chuva. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, pp b) Artigo em anais de congresso ou simpósio ALVES, G.O; LIMA, L.S; OLIVEIRA, V.H; ANDRADE, L.R; MAIA, A.G. (2013). Estudo da eficiência de cisternas em diferentes regimes pluviométricos: análise através de adimensionais in Anais do XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Bento Gonçalves, Nov XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 9

10 COHIM, E. et al. (2008). Captação e aproveitamento de água da chuva: dimensionamento de reservatórios in Anais do IX Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste, Salvador, Nov COSTA, C.V; AQUINO, M.D. (2013). Cisternas de Placas: Uma tecnologia sustentável para o semiárido in Anais do XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Bento Gonçalves, Nov CRUZ, M. A. S. (2009). Distribuição espacial de áreas de captação para cisternas no agreste e sertão sergipanos in Anais do XVIII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Aracaju, Nov SILVA, A. O da; PEREIRA, T. A. S. (2014). Distribuição pluviométrica no município de Delmiro Gouveia - AL in Anais do XII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste, Rio Grande do Norte, Nov c) Normas Técnicas Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT. NBR 15527: Água de Chuva-Aproveitamento de áreas urbanas para fins não potáveis Requisitos. Rio de Janeiro, d) Outras Publicações Associação do Semiárido (ASA). Tecnologias Sociais Para Convivência Com o Semiárido: Série Estocagem de Água para Produção de Alimentos. 9ª Ed. Recife, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). Estimando o consumo de água de suínos, aves e bovinos em uma propriedade. Concórdia, Instituto Brasileiro e Geografia e Estatísticas (IBGE). Censo demográfico do Brasil de Brasília, Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Estimativa das vazões para atividades de uso consuntivo da água nas principais bacias do Sistema Interligado Nacional (SIN). Brasília, XIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste 10