AVALIAÇÃO DA DISPONIBILIDADE HÍDRICA PARA CONCESSÃO DE OUTORGAS BASEADA EM VAZÕES MÍNIMAS DE REFERÊNCIA

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1 AVALIAÇÃO DA DISPONIBILIDADE HÍDRICA PARA CONCESSÃO DE OUTORGAS BASEADA EM VAZÕES MÍNIMAS DE REFERÊNCIA Bruno Bernardo dos Santos 1 ; Teodorico Alves Sobrinho 2 ; Isabel Kaufmann de Almeida 3 ; Bruno Pereira Faria 4 ; Daniel Okamoto Machado 5 RESUMO --- Este estudo possibilitou determinar a disponibilidade hídrica da bacia do rio Miranda e avaliar critérios de vazão de referência com a finalidade de orientar o processo de concessão de outorgas na região da referida bacia. Para tanto, foram utilizados a vazão Q 7,10, ajustada pela distribuição Log-normal e pela distribuição de Weibull, e as vazões de permanência Q 95% e Q 90%. Os resultados obtidos demonstram que a vazão de referência Q 7,10, obtida pelo ajuste de Weibull, é o mais recomendado para a bacia estudada, pois é o que oferece maior garantia no atendimento às demandas outorgadas. ABSTRACT --- This study allowed to determine the water availability in the basin of the Miranda river and to evaluate criteria of reference flow in order to guide the process of granting of water rights in the region of this basin. For this, were used flow Q 7, 10, adjusted for Log-normal distribution and Weibull distribution, and the flow duration Q 95% and Q 90%. The results show that the reference flow Q 7,10 obtained by adjusting the Weibull is most recommended for the studied basin, it is the one that offers greater assurance to supply the granted demands. Palavras-chave: gestão dos recursos hídricos, vazões de permanência. 1 Graduando em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, bolsista PIBIC. Cidade Universitária, Cx Postal 549, Campo Grande, MS, CEP brunobernardo49@hotmail.com 2 Professor Associado III do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Bolsista do CNPq. Cidade Universitária, Cx Postal 549, Campo Grande, MS, CEP talves@pq.cnpq.br 3 Doutoranda em Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal do Mato Grosso do Sul. Cidade Universitária, Cx Postal 549, Campo Grande, MS, CEP viaeng@uol.com.br 4 Engenheiro Ambiental, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul. Cidade Universitária, Cx Postal 549, Campo Grande, MS, CEP bpfaria@yahoo.com.br 5 Mestre em Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul. Cidade Universitária, Cx Postal 549, Campo Grande, MS, CEP okamachado@gmail.com XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO Segundo Carmo et al. (2007), o Brasil está se tornando um grande exportador de água através de commodities agrícolas, pois vem aumentando na produção e exportação de produtos agropecuários. Pouco se discute sobre a utilização adequada da água pelo setor agropecuário, que é o consumidor mais extensivo dentre os três grupos demandantes (agropecuária, consumo humano e abastecimento industrial). Porém, esta situação pode ser contornada e o aumento na eficiência do uso da água pode ser alcançado, uma vez que o Brasil conta com instrumentos legais para isso. A Lei Estadual de Mato Grosso do Sul seguiu a estrutura da Lei Federal 9.433/2007, que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, respeitando as finalidades, os princípios, as diretrizes e os instrumentos. Conforme Zago (2007), as seções que tratam sobre outorga e cobrança ficaram em desacordo com a lei federal, uma vez que a lei estadual considera como isentos de cobrança, pelo direito de uso da água, as captações e derivações empregadas em processo produtivo do setor agropecuário, principal setor econômico do Estado. Esse tipo de resistência à cobrança faz com que a gestão se torne um instrumento bastante conturbado de se regulamentar. Segundo Silva e Pruski (2005), a outorga tem por finalidade a garantia quanto à disponibilidade hídrica, assumida como insumo básico do processo produtivo, além do que, garante que seja deixado um saldo hídrico suficiente para atender às emergências ambientais de interesse comum da coletividade. De acordo com Cruz (2001) a demanda pode ser estimada a partir do cadastramento de usuários, enquanto que a disponibilidade hídrica pode ser estimada a partir do regime hidrológico da bacia. Silva et al. (2006) afirma que a outorga obedece a critérios vinculados à disponibilidade hídrica. Ela é estimada através do cálculo de vazões de referência, que representam o limite máximo de utilização da água em um curso d água. A Q 95% e Q 90% são vazões de permanência, e seus valores se referem a uma vazão que foi superada ou igualada, respectivamente, em 95% e 90% do tempo correspondente à série de vazões observadas. A Q 7, 10 é a vazão mínima de sete dias consecutivos em um período de retorno de 10 anos. Seu valor é obtido através de extrapolação das vazões mínimas de sete dias consecutivos de cada ano para o período de retorno desejado (Benetti et al., 2003). E, segundo Shao et al., 2008, as principais funções de distribuição relativa às vazões mínimas são Weibull, Gumbel, Log-normal. A área da sub-bacia hidrográfica do rio Miranda, localizada no estado de Mato Grosso do Sul, é uma região de grande desenvolvimento agropecuário, justificando a aplicação do instrumento da outorga para que o aproveitamento da água seja otimizado com baixo impacto ambiental. Assim, neste trabalho foram avaliados critérios de vazão de referência com a finalidade de orientar o processo de concessão de outorgas na região da bacia do rio Miranda. XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 MATERIAL E MÉTODOS Os estudos tiveram por referência a bacia hidrográfica do rio Miranda, que abrange uma área de drenagem de um trecho do rio Aquidauana, inserido na bacia do rio Paraguai (Figura 1). Figura 1 Área de estudo A bacia do rio Miranda encontra-se em estágio avançado em relação às outras bacias de Mato Grosso do Sul no que tange a gestão dos recursos hídricos, contando com Comitê de Bacia Hidrográfica (CBH-Miranda) aprovado em 2005 (SEMAC, 2009). A principal atividade na região da bacia é a pecuária, seguida pela agricultura. A ocupação do território da bacia caracteriza-se por um risco ambiental, pois a mesma vem sendo intensamente alterada pela substituição da vegetação nativa pela agropecuária (Pereira et al., 2004). O trabalho foi desenvolvido com dados hidrológicos de uma estação fluviométrica pertencente à rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Águas (ANA) de Aquidauana (código ), que se situa no rio Aquidauana (Latitude: 20º27'30.99 S - Longitude: 55º46'50.99 O), apresentando área de drenagem de km² (ANA, 2009). XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Vazões mínimas de referência: Q 7,10 Os dados de vazões diárias da estação fluviométrica foram obtidos no endereço eletrônico da Agência Nacional de Águas, através do Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos. De posse da série de vazões diárias, foram analisadas as 365 médias diárias de vazão por meio do cálculo da média móvel de sete dias consecutivos (Q7). Com os valores da menor média de sete dias de cada ano, efetuaram-se análises estatísticas que permitiram extrapolar o valor para diferentes tempos de retorno. Fez-se a análise de frequência e a determinação da vazão para o período de retorno de 10 anos (Equações 1 a 4). Onde: m 1 p = [1] Tr = [2] N Tr = [3] p = [4] N +1 p m Tr Tr = tempo de retorno: é o número médio em anos para que ocorra uma vazão igual ou inferior à vazão considerada, uma vez, em um ano qualquer. p = probabilidade de ocorrência de uma vazão igual ou inferior àquela considerada, em um ano qualquer. N = número de anos com dados disponibilizados para a análise. m = número de ordem da vazão, após ela ter sido ordenada de forma crescente (m = 1 para a menor vazão e m = N para a maior vazão). Neste estudo aplicaram-se as funções de distribuição de Weibull e Log-normal, considerados por McMahon e Arenas (1982) e Vogel e Kroll (1989) como os parâmetros de distribuições mais comuns usados no cálculo de vazões mínimas de rios. A utilização da distribuição Log-normal segue metodologia apresentada por Chow et al. (1988) e corresponde ao ajuste de uma distribuição normal aos logaritmos (log 10 ) das vazões. A elaboração do gráfico de probabilidade com distribuição Log-normal foi efetuada em planilha eletrônica, havendo a necessidade da determinação dos valores da variável Z da distribuição normal padronizada. Para tanto, é necessário retornar o valor ordenado normal padronizado associado a uma determinada probabilidade acumulativa. Utilizou-se a função INV.NORMP (probabilidade) do programa Excel para executar essa tarefa. Na sequência, calculou-se o valor do log 10 de cada vazão medida (log 10 Q), a média e o desvio padrão desses valores, que são os parâmetros da distribuição normal dos logaritmos das vazões. O passo seguinte foi calcular os valores segundo a distribuição normal dos logaritmos das vazões (Equação 5). XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 log (Q calculado) = média de log 10 (Q) + Z * desvio padrão do log 10 (Q) [5] Finalmente, calculou-se a vazão Q em m³/s através da conversão do valor do logaritmo da vazão para a própria vazão, calculando-se 10 log10. Para o ajuste das vazões pela distribuição de Weibull, efetuou-se o cálculo da média e do desvio padrão dos 31 valores de Q 7. Em seguida determinou-se o coeficiente de variação CV através da equação 6: CV = desvio padrão/média [6] A seguir calculou-se os parâmetros de distribuição de Weibull α, A(α) e β, utilizando as equações 7, 8 e 9: α = 1,0122.CV -1,077 [7] A(α) = 0,9982 0,4419 * CV + 0,4360 * CV² [8] β = (média Q)/A(α) [9] A vazão mínima para o tempo de retorno (Tr) desejado foi calculada por meio da equação 10: X T 1 = β ln 1 Tr 1 α [10] Vazões de permanência: Q 90% e Q 95% No cálculo das vazões Q 90% e Q 95% utilizou-se a mesma série histórica de valores diários, anteriormente usada no cálculo da Q 7,10. Os cálculos foram efetuados em planilha eletrônica, seguindo metodologia proposta por Von Sperling (2007). Ordenaram-se as descargas diárias (em m³ s -1 ) em ordem decrescente. Há um registro de vazões diárias em 31 anos de dados, sendo que o maior valor de vazão corresponde ao número de ordem 1. Calculou-se, então, a probabilidade de ocorrência de uma vazão igual ou maior para cada uma das vazões diárias consideradas, convertendo, em seguida, a probabilidade para valores percentuais. Os dados obtidos foram plotados em um gráfico, relacionando as vazões diárias com as probabilidades em %. Dessa forma, obtiveram-se curvas de permanência para o posto fluviométrico de Aquidauana. XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO Vazão Q 7,10 Os valores das menores médias móveis de sete dias consecutivos (Q7) encontrados para cada ano da série estudada estão representados na tabela 1. Tabela 1 Valores das menores médias de sete dias consecutivos anuais Ano Q(m³ s -1 ) Ano Q(m³ s -1 ) Ano Q(m³ s -1 ) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,7714 A sequência de cálculos para extrapolar os valores de Q7 para diferentes períodos de retorno pela distribuição Log-normal forneceram resultados que permitiram elaborar o gráfico da vazão em função do tempo de recorrência, representado na figura 2. Vazão (m³/s) 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Vazão em função do Tempo de Recorrência Log-Normal Tempo de Recorrência (Anos) Vazões Calculadas Vazões Observadas Figura 2 Vazão em função do tempo de recorrência (Log-Normal) XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 O resultado da interpolação para o Tr de dez anos foi apresentado na Tabela 2, onde se verificou que o valor da vazão Q 7,10 pelo ajuste de Log-normal é igual a 27,1m³/s. Tabela 2 Resumo dos cálculos de Q 7 para o Tr = 10 anos pelo ajuste de Log-normal. Tr desejado (anos) Probabilidade de ocorrer Q menor P = 100/Tr (%) Z Log10 (Qcalc) = (média + Z*desvpad) Q calculado 10^log10Qcalc ,282 1,433 27,1 Para o ajuste da distribuição de Weibull, calculou-se a média de vazões Q 7 anuais, seu desvio padrão e o coeficiente CV. Os resultados desses cálculos são apresentados na Tabela 3. Tabela 3 Estatísticas da série de vazões Média de Q 7 Desvio padrão Q 7 CV 45,5 14,7 0,3224 De posse dos valores da tabela 3, obtiveram-se os parâmetros da distribuição de Weibull representados na Tabela 4. Tabela 4 Parâmetros da distribuição de Weibull α A(α) β 3,429 0, ,445 Aplicaram-se os parâmetros de Weibull na equação 10. Assim, as vazões ajustadas pela distribuição de Weibull foram obtidas com diferentes tempos de retorno ao longo série de 31 anos. A figura 3 apresenta os valores das vazões calculadas e observadas em função do tempo de recorrência. Vazão (m³/s) 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Vazão em função do Tempo de Recorrência Weibull Tempo de Recorrência (anos) Vazões Calculadas Vazões Observadas Figura 3 Vazão em função do tempo de recorrência (Weibull) XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 O resultado da interpolação para o tempo de retorno de dez anos está representado na Tabela 5. Verificou-se que o valor da Q 7,10 pelo ajuste de Weibull para o posto fluviométrico estudado é igual a 26,2m³/s. Tabela 5 Vazão calculada para o tempo de retorno de 10 anos Tr (anos) Probabilidade de ocorrer Q Q calculada (m³/s) menor P = 100/Tr (%) ,2 Na Figura 4, apresenta-se a curva de permanência do posto fluviométrico de Aquidauana, onde é possível verificar que em 90% do tempo os valores das vazões do curso d água se igualam ou superam 41,8m³/s e que em 95% do tempo os valores se igualam ou superam a vazão de 34,2m³/s. 700,00 Curva de Permanência 600,00 500,00 Vazão (m³/s) 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 Porcentagem do tempo (%) Figura 4 Curva de Permanência Em trabalhos elaborados por Melo e Von Sperling (2007), Pertel et al. (2007) e Smakhtin e Toulouse (1998), pode-se observar que a vazão Q 7,10 também se mostrou como a alternativa mais rigorosa para todos os postos estudados. XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8

9 Normalmente a vazão Q 7,10 é mais restritiva, ou seja, seus valores são menores que os das vazões Q90% e Q95%. No entanto, a diferença entre os valores de vazão de referência depende do regime hidrológico do curso d água (Von Sperling, 2007). De acordo com Castro et al. (2004), dentre os critérios de outorga utilizados nos diversos Estados brasileiros, o critério de Minas Gerais é o mais restritivo, definindo como vazão máxima outorgável um percentual de 30% da Q 7,10. Se for aplicado o critério mineiro para definir a disponibilidade hídrica da área de drenagem estudada, tem-se como resultado a vazão de 7,86 m³/s. Salienta-se que esse valor se refere à área de drenagem do posto de Aquidauana, o qual corresponde a apenas 32,34% da área total da bacia do rio Miranda. Sendo a demanda distribuída pelo território abrangido por toda a bacia estimada em aproximadamente 4m³/s (SEMAC, 2009), verifica-se uma situação confortável de disponibilidade hídrica. Permite-se, dessa forma, recomendar a utilização de um percentual da vazão Q 7,10 como vazão de referência para concessão de outorgas na sub- bacia do Miranda. A Q 7,10 é indicada por ser a vazão de base de menor risco dentre as comparadas e, mesmo sugerindo valores mais restritivos, não deixa de atender às demandas e consequentemente à concessão de outorgas. CONCLUSÃO A disponibilidade hídrica da área de drenagem da bacia tem como resultado as vazões compreendidas entre 26,2 e 41,8 m³s -1, conforme as vazões de referência consideradas. Dentre os métodos estudados, o da vazão de referência Q 7,10, pelo ajuste de Weibull, é o mais recomendado para a bacia do Miranda pois, por ser mais restritivo, oferece maior confiabilidade no atendimento às demandas outorgadas. XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 9

10 BIBLIOGRAFIA AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS (ANA). (2009). Diagnóstico da outorga de direitos de usos de recursos hídricos Fiscalização dos usos de recursos hídricos no Brasil. Brasília: ANA. 167 p. Disponível em: < Acesso em: Setembro de BENETTI, A.D.; LANNA, A.E.; COBALCHINI, M.S. (2003). Metodologias para determinação de vazões ecológicas em rios. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre, v. 8, n. 2, abr.- jun, p CARMO, R. L.; OJIMA, A.L.R.O.; OJIMA, R.; NASCIMENTO, T.T. (2007). Água virtual, escassez e gestão: o Brasil como grande exportador de água. Ambiente & Sociedade, Campinas, v. 10, n. 1, jan. jun, p CASTRO, L. M. A.; DINIZ, M. G. M.; SILVA, A. G. (2004). Aplicação do Instrumento da Outorga no Gerenciamento dos Recursos Hídricos em Minas Gerais: A Bacia do Ribeirão Entre Ribeiros. In: SIMPÓSIO DE RECURSOS HÍDRICOS DO NORDESTE, 7. São Luís. Anais... São Luis: ABRH, CD-ROM. CHOW, V.T.; MAIDMENT, D.R. & MAYS, L.W. (1988). Applied Hydrology. McgrawHill Book Company, New York, 572p. CRUZ, J.C. (2001). Disponibilidade hídrica para outorga: avaliação de aspectos técnicos e conceituais. 189f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental) Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. MCMAHON, T.A.; ARENAS, A.D. (1982). Methods of computation of Low streamflow. Paris, UNESCO, 97 p. MELO, M. C.; VON SPERLING, M. (2007). Avaliação de Metodologias para concessão de outorga de lançamento de efluentes em corpos d água. Estudo de caso: Bacia do Ribeirão Marmelada. In: 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Belo Horizonte. Anais do 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. PEREIRA, M.C.B.; MENDES, C.A.B., DIAS, F.A., LANGE, M.B.R.; BECKER, M.; BARRETO, S.R.; GREHS, S.A. (2004). Bacia Hidrográfica do rio Miranda: estado da arte. Campo Grande: UCDB. 177p. PERTEL, M.; SANTOS, L.C.C.; SOPRANI, M.A.; REIS, J.A.T. (2007). Utilização de métodos hidrológicos para avaliação de vazões residuais na bacia hidrográfica do rio Itapemirim. In: 24º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA EAMBIENTAL, Belo Horizonte. Anais do 24º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. SECRETARIA DE ESTADO DE MEIO AMBIENTE, DAS CIDADES, DO PLANEJAMENTO, DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA (SEMAC). (2009). Plano Estadual de Recursos Hídricos.Disponível em: < Acesso em: Setembro de SHAO, Q.; CHEN Y. D.; ZHANG, L. (2008). An extension of three-parameter Burr III distribution for low-flow frequency analysis. Computational Statistics & Data Analysis, v. 52, p XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 10

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