PHA Hidrologia Ambiental. Restrições Operativas, Vazões Ecológicas e Hidrograma Ecológico

Transcrição

1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental PHA Hidrologia Ambiental Restrições Operativas, Vazões Ecológicas e Hidrograma Ecológico Mario Thadeu Leme de Barros Renato Carlos Zambon 1

2 Reservatórios e usinas hidrelétricas Regularização x fio d água Formação do lago, cota x área x volume Múltiplos aproveitamentos: cascatas e bacias Componentes de uma barragem 2

3 Curvas cota x área x volume 3

4 Tucuruí 4

5 Sobradinho 5

6 Três Marias 6

7 Divisão de quedas 7

8 Constituintes de uma barragem Maciço ou barramento Ombreiras ou encontros Fundações (Canal de aproximação) e vertedor Dissipador de energia (e canal de restituição) Canais ou condutos (penstocks) de adução Tomada d água e casa de força Canal de fuga Estruturas de desvio (na construção) Eclusas Escadas de peixes 8

9 Foz do Areia PR (Iguaçu) 9

10 Foz do Areia PR (Iguaçu) 10

11 11

12 12

13 13

14 Itaipu 14

15 Itaipu 15

16 Itaipu 16

17 Bonneville Dam (Columbia River) 17

18 Bonneville Dam 18

19 Bonneville Dam 19

20 The Dalles Dam 20

21 Algumas Restrições Operativas Volume de espera para controle de cheias Níveis ou vazões mínimas para navegação, lazer, outros usos consuntivos e não consuntivos Eclusas Escadas de Peixes Vazão ecológica e hidrograma ecológico 21

22 Vazão ecológica e hidrograma ecológico 22

23 Hidrograma das Vazões Naturais 23

24 Vazão Ecológica Vazão para preservação da vida aquática Não secar o rio Valor único mínimo (admite-se e deseja-se valor maior no rio) Valor de baixa probabilidade de ocorrência 24

25 Vazão Ecológica Baseado em vazões de referência (ex: Q 7,10, Q 95% ) Estado de São Paulo: 0,5 Q 7,10 Estado de Minas Gerais: 0,7 Q 7,10 Estado do Paraná: 0,5 Q 95% 25

26 Vazões (m 3 /s) Curva de Duração Vazões Médias Mensais Guarapiranga Freqüência de Excedência (%) Curva de Permanência 26

27 Estimativa da Q 7,10 selecionar a estação fluviométrica verificar a qualidade da série e estatísticas básicas a partir da série de vazões médias diárias determinar a série de médias móveis de 7 dias determinar a série anual das mínimas médias de 7 dias análise de frequência empírica (i/(n+1)) ajuste de distribuições de probabilidades escolha da melhor distribuição: teste de hipóteses determinação do Q 7,10 (TR de 10 anos) 27

28 Q (m³/s) Distribuição Weibull T (anos) 28

29 Vazão Ecológica Q 7,10 29

30 Vazão Ecológica - Exemplo Curso natural Vazão média de longo termo: 54,7 m³/s Vazão mínima proposta no projeto básico: 1 m³/s Vazão mínima definida pela ANA: 5,47 m³/s (10% da QMLT) Vazão mínima aceita pelo IBAMA: 2,75 m³/s 30

31 Vazão Ecológica - Exemplo Belo Monte 31

32 Usina de Belo Monte, Rio Tocantins 32

33 Vazão Ecológica Retirada Todos os trechos de rios devem ter no mínimo a Q ecológica 33

34 Exemplos (Inventário das restrições operativas hidráulicas dos aproveitamentos hidrelétricos) Miranda (CEMIG, Araguari): Fora do período de piracema, a mínima vazão defluente é de 64 m³/s (vazão mínima média mensal do histórico), podendo ser superior para fins de proteção à ictiofauna. No período de piracema, o valor mínimo que deve ser respeitado durante a operação da usina é de 135 m³/s. São Simão (CEMIG, Paranaíba): A mínima vazão defluente é de 450 m³/s (vazão mínima média mensal do histórico), podendo ser superior para fins de proteção à ictiofauna. 34

35 Exemplos (Inventário das restrições operativas hidráulicas dos aproveitamentos hidrelétricos) Chavantes (DUKE, Paranapanema): Vazão defluente mínima de 73 m³/s para atender a mínima do histórico. Todas as restrições ambientais são atendidas pela vazão mínima do histórico. Promissão (AES, Tietê): em caso de parada total da usina, manter uma vazão vertida mínima de 160 m³/s, por razões ecológicas, de modo a evitar mortandade de peixes. 35

36 Exemplos (Inventário das restrições operativas hidráulicas dos aproveitamentos hidrelétricos) Jupiá (CESP, Paraná): vazão defluente mínima de 4000 m³/s para evitar a formação de lagoas a jusante que podem aprisionar peixes e assim causar danos a ictiofauna. Barra Bonita (AES, Tietê): Vazão vertida mínima de 76 m³/s, quando solicitado em casos especiais para atender a área de meio ambiente da empresa visando oxigenação da água. 36

37 Benefício econômico uso econômico x uso ecológico Benefício ecológico Vazão Ecológica 37

38 Exemplo: Serra da Mesa Reservatório Serra da Mesa no Rio Tocantins, a montante de 7 outras hidrelétricas vazão mínima: 300 m³/s mínima no histórico: 97 m³/s operando desde 1998 capacidade instalada: 1275 MW queda: 83,2 a 125,9 m Smin: hm³ Smax: hm³ (maior no Brasil!) e 1784 km² 38

39 Storage (%) Exemplo: Serra da Mesa time historical historical optimized média 77% média 38% Armazenamento no reservatório de Serra da Mesa (EWRI2010) 39

40 Vazão Ecológica - Métodos Hidrológicos (Q 7,10, Q 90% ) Hidráulicos (perímetro molhado) Classificação de habitats (preservação de uma determinada espécie, por exemplo) Mistos (pulsos de cheia) 40

41 Vazão Ecológica - Limitações Focada em uma vazão mínima única. Não leva em consideração outras características do regime hidrológico fundamentais para a manutenção dos ecossistemas. As variações do regime hidrológico são fundamentais 41

42 Hidrogramas do Rio São Francisco natural e com o Reservatório de Sobradinho Vazão ecológica = 1300 m³/s (IBAMA) 42

43 Variações do Regime Hidrológico Rio Cuiabá, em Cuiabá, durante um ano úmido ( ), seco ( ) e médio ( ) 43

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47 Ecologia e Hidrologia As características ecológicas estão intimamente associadas às variações naturais do ciclo hidrológico. Algumas delas: temperatura da água transporte de sedimentos nutrientes oxigênio dissolvido equilíbrio entre presas e predadores 47

48 Vazões Mínimas Devem ser suficientemente baixas para: manter presas em áreas limitadas eliminar ou reduzir especies invasoras expor bancos de areia secar áreas de inundação temporária Devem ser suficientemente altas para: manter o habitat das espécies nativas manter o nível do lençol freático manter a qualidade da água (temperatura e oxigênio) 48

49 Vazões Altas Determinam o tipo de sedimento no fundo do rio Evitam a invasão do rio por plantas terrestres Renovam a água armazenada em braços, lagos marginais e estuários 49

50 Vazões de Cheias Modificam a calha do rio criando curvas, bancos de areia, ilhas e áreas de maior ou menos velocidade (poços, remansos, etc.) Inundam planícies depositando sedimentos e nutrientes necessários à vegetação terrestre; carregam nutrientes para os rios Inundam e criam lagoas que favorecem a a reprodução de peixes e alimentação de aves Indicam o período de reprodução ou migração Controlam espécies invasoras e abundância de vegetação Espalham sementes de plantas pela planicie 50

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56 O Hidrograma Ecológico Metodologia (e desafios) para a prescrição 56

57 Hidrograma ecológico As limitações do enfoque da chamada vazão ecológica levam à necessidade de proposição de um novo paradigma mais condizente com os comportamentos dos sistemas ecológicos Em resposta vem sendo propostos hidrogramas ecológicos Estes hidrogramas deveriam atender às necessidades essenciais do ecossistemas e também suprir as necessidades humanas 57

58 Metodologia para prescrição do H.E. 1. Estimar as necessidades do ecossistema 2. Estimar as necessidades humanas 3. Avaliar conflitos 4. Colaboração na busca de soluções 5. Realização de experimentos de manejo 6. Desenvolver programa de manejo adaptativo 58

59 Necessidades do ecossistema 1. Vazão mínima em cada mês 2. Máxima vazão durante a estiagem 3. Mínima cheia 4. Pequenas cheias no início do período umido 59