MONITORAMENTO E SIMULAÇÃO DO BALANÇO HÍDRICO EM CISTERNAS RURAIS NO SEMIÁRIDO PARAIBANO Dennyele Alves Gama¹; Marília Silva Dantas¹; Rodolfo Luiz Bezerra Nóbrega¹ & Carlos de Oliveira Galvão¹ RESUMO Os sistemas de captação e armazenamento de água de chuva, através de cisternas, são cada vez mais comuns nas áreas rurais do Nordeste brasileiro. Sua eficiência, no entanto, está diretamente associada às condições de manejo e manutenção de cada um dos seus componentes. Através da simulação do comportamento do sistema, fazendo uso de equações de balanço hídrico de reservatório e de séries históricas de precipitação, é possível avaliar se o sistema simulado é adequado para atender à demanda da família usuária. Entretanto, para que esta simulação seja precisa, é necessário parametrizar estas equações, ou seja, ajustá-la ao sistema simulado. Este artigo apresenta o processo de monitoramento e avaliação de dois sistemas localizados no semiárido paraibano. As simulações mostraram que os erros podem ser significativos quando da estimativa regional de riscos de desabastecimento por sistemas de alerta antecipado para ações de defesa civil. Entretanto, os simuladores podem e devem ser utilizados, desde que se leve em consideração a magnitude dos erros associados. Palavras chaves: captação de água de chuva, monitoramento, semiárido. 1) Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Campina Grande, Caixa Postal 505, Campina Grande PB, 58.400-971, [dennyele, marília, rodolfo, galvao]@hidro.ufcg.edu.br.
INTRODUÇÃO Com uma área de quase 1 milhão de quilômetros quadrados (Brasil, 2005), o Semiárido Brasileiro é caracterizado por uma grande variabilidade climática, que está associada à má distribuição espacial e temporal da precipitação, assim como aos altos índices de evapotranspiração e à pequena capacidade de retenção de água no solo. O período chuvoso na região compreende um período de 4 meses e totais pluviométricos anuais variam aproximadamente entre 300 e 1000 mm. Ao longo dos anos, diversas estratégias têm sido utilizadas para efeito de minimização dos danos causados pela irregularidade pluviométrica aos moradores da região. A captação e o armazenamento de água de chuva em cisternas tem sido uma dessas alternativas, que pode garantir abastecimento de água familiar por todo o ano. Seu uso e aceitação foram ampliados com o programa P1MC, coordenado pela Articulação do Semi-Árido (ASA), que propõe a construção de 1 milhão de cisternas na região semi-árida brasileira. O P1MC, para proporcionar às famílias contempladas pelo programa água em quantidade suficiente para consumo doméstico de uma família de cinco pessoas (beber e cozinhar) por um período de um ano, definiu que as características mínimas para cada sistema de captação de água de chuva (SCAC) seriam: uma cisterna de 16 m³ de capacidade e uma área de captação de 40 m² (ASA, 2003). Dada à dimensão ampla e regional de um programa de abastecimento de água deste porte, é desejável a implementação de sistemas de monitoramento e simulação do seu comportamento, de modo a antecipar eventuais crises de desabastecimento decorrentes de secas severas ou uso inadequado. A simulação do balanço hídrico de SCACs individuais é parte central de qualquer sistema de alerta antecipado em escala regional. É preciso, entretanto, avaliar se as informações cadastrais dos SCACs são suficientes para a sua simulação realista e a ordem de grandeza dos erros associados, comparando, em áreas piloto, os valores simulados com observados em campo. Este artigo apresenta uma primeira contribuição neste propósito: a simulação e monitoramento, por 16 meses, de dois sistemas de captação de água de chuva instalados em comunidades do município de São João do Cariri, na Paraíba. METODOLOGIA Área de estudo Foram estudadas as comunidades Curral do Meio e Malhada da Roça, localizadas no município de São João do Cariri, que está inserido no centro do Estado da Paraíba, onde a precipitação média anual é de 500 mm/ano. A fim de avaliar a estrutura de captação e armazenamento da água dos
sistemas, foram analisadas duas cisternas, uma em cada comunidade. Dimensões dos sistemas As características levantadas sobre os sistemas foram as seguintes: dimensões das cisternas e telhados, presença de rachaduras ou vazamentos, condições de manutenção do telhado e cisterna, finalidade da água captada, volume de água retirado diariamente e ocorrência eventual de aporte de água de carro-pipa. Na estimativa da quantidade de água retirada diariamente pelos usuários, levando em consideração que nos dois casos a retirada era feita com balde, mediu-se o volume destes, e registrou-se quantos eram retirados por dia. Esta quantidade, então, foi relacionada ao número de pessoas utilizando a água da cisterna em cada mês (para o sistema localizado na comunidade de Curral do Meio variou em alguns meses do período de observação), obtendo assim o valor da demanda per capita em m³/dia. Para o cálculo da capacidade de armazenamento a cisterna, mediu-se o diâmetro interno e a altura total (h), diminuindo desta a altura do tubo de extravasamento (Figura 1). Figura 1. Capacidade de armazenamento da cisterna onde e é a espessura, h1 é a altura do tubo de extravasamento e h2 é a altura total da cisterna. Perdas na captação As perdas no processo de captação, desde o telhado, passando pelas calhas e tubos, até a entrada da cisterna, foram calculadas a partir de dados de um sistema, onde foi medido o volume de água da cisterna antes e após eventos de chuva, durante dias consecutivos. Desta forma, calculou-se a quantidade de água captada no telhado e a quantidade armazenada na cisterna, obtendo-se assim que apenas 73% da água captada foi armazenada, significando que 27% desta foi desviada durante o
seu percurso até ser retida na cisterna. Monitoramento dos volumes armazenados No acompanhamento volumétrico das cisternas, que ocorreu no período de fevereiro de 2008 a maio de 2009 (16 meses), foi medida mensalmente a altura da coluna de água para posterior cálculo do volume armazenado. As datas para realização destas medições foram pré-estabelecidas de forma que fossem realizadas em intervalos de 25 a 30 dias. Das duas cisternas monitoradas, nenhuma delas teve aporte de água de carro-pipa durante o período dos 16 meses, utilizando, portanto, apenas a água de chuva captada nos telhados. A série histórica pluviométrica referente ao período de observação foi obtida por meio do banco de dados da Bacia Escola da Universidade Federal de Campina Grande, situada em São João do Cariri. Balanço hídrico O modelo de balanço hídrico relaciona a quantidade de água precipitada, captada e utilizada, resultando no total de água armazenada pela cisterna. Para o cálculo usa-se a seguinte equação, expressa em unidades volumétricas: Vcap=Ac C P t (1) onde Ac é a área de captação; C é o coeficiente de perdas na captação; P t é a precipitação ocorrida entre os dias t-1 e t. Vd t =Vcap t +Vd t-1 -Vcon t (2) onde Volc é a capacidade da cisterna; Vd t é o volume disponível no dia t; Vd t-1 é o volume disponível no dia t-1; Vcap t é o volume captado entre os dias t-1 e t; Vcon t é o volume consumido entre os dias t-1 e t. Vdt deve ser positivo e menor que a capacidade da cisterna, Volc. Considera-se que a demanda é consumida ao mesmo passo em que o volume captado abastece a cisterna. Deste modo, o cálculo do volume disponível é realizado com o uso destes dois valores calculados numa mesma etapa, sendo que esta pode ser variável em determinados meses do ano. Ocorrendo essa variação, o novo valor da demanda é inserido no início do mês em questão e calculado para este; assim, ocorrendo variação em meses consecutivos, os novos valores são inseridos a partir do primeiro dia de cada mês. Feito isto, o valor do volume armazenado na cisterna obtido no monitoramento é comparado ao valor calculado através do balanço na mesma data, sendo possível comparar os resultados e analisar
possíveis erros. RESULTADOS E DISCUSSÃO Dadas as medições realizadas nas cisternas, obtiveram-se as informações sobre as características físicas do sistema como área de captação, volume aproveitável da cisterna, demanda de acordo com a quantidade de água retirada diariamente pelo usuário, etc. Estas informações são mostradas nas Tabelas 1 e 2. Além destas, foram feitas observações quanto ao manejo ou uso inadequado do sistema, como falta de manutenção na cisterna ou telhado. Ambas possuíam bom estado de conservação, porém, como explicitado anteriormente, nenhuma delas utiliza bomba como forma de retirar a água da cisterna, sendo usado o balde. Tabela 1. Dados da cisterna de Curral do Meio. Área Captação (m²) 86,43 Voluma da Calha 1 (m³) 0,09 Voluma da Calha 2 (m³) 0,08 Volume ext. Cisterna (m³) 18,35 Volume int. Cisterna (m³) 16,63 Capacidade Cisterna (m³) 14,90 Demanda (m³/dia) 0,0171 Tabela 2. Dados da cisterna de Malhada da Roça. Área Captação (m²) 102,31 Voluma da Calha 1 (m³) 0,09 Voluma da Calha 2 (m³) 0,11 Voluma da Calha 3 (m³) 0,13 Voluma da Calha 4 (m³) 0,03 Volume ext. Cisterna (m³) 19,54 Volume int. Cisterna (m³) 17,18 Capacidade Cisterna (m³) 15,76 Demanda (m³/dia) 0,0151 Na cisterna localizada na comunidade de Curral do Meio foi registrada uma variação na quantidade de pessoas utilizando a água da cisterna durante alguns meses do período de acompanhamento (Tabela 3). Esta variação foi inserida no balanço hídrico deste sistema no dia 1º do mês em questão. Tabela 3. Variação da demanda hídrica do sistema monitorado na comunidade de Curral do Meio. Mês Nº pessoas Demanda calculada (m³) Fev/08 4 0,017143 Mar/08 4 0,017143 Abr/08 4 0,017143 Mai/08 5 0,021428 Jun/08 4 0,017143
Jul/08 5 0,021428 Ago/08 6 0,025714 Set/08 6 0,025714 Out/08 6 0,025714 Nov/08 6 0,025714 Dez/08 6 0,025714 Jan/09 6 0,025714 Fev/09 4 0,017143 Mar/09 4 0,017143 Abr/09 4 0,017143 Mai/09 4 0,017143 As medições realizadas para monitoramento volumétrico são mostradas na Figura 2. É possível avaliar a destreza do modelo quanto à reprodução da situação real observada, comparando estes valores com os calculados. Figura 2. Volumes armazenados nas cisternas durante 16 meses de monitoramento No sistema da comunidade de Curral do Meio (Figura 3), foi verificado um aumento na quantidade de pessoas utilizando a água da cisterna entre os meses de maio de 2008 a janeiro de 2009 (Tabela 3). A cisterna não recebeu água de carro-pipa durante todo o período em que foi monitorada. Observa-se que o modelo de balanço hídrico segue a tendência observada de enchimento/esvaziamento da cisterna, porém superestimando o volume real do sistema, principalmente entre os meses de julho e novembro de 2008 (período caracterizado por baixos índices pluviométricos). A quantidade de água utilizada pode ter sido maior do que a considerada na simulação mesmo levando em consideração a variação da quantidade de usuários neste período; já nos meses de janeiro e fevereiro de 2009 o valor calculado se aproxima bem do observado (cisterna
em sua capacidade máxima) e, após este, volta a ser superestimado pelo modelo. Figura 3. Cálculo Diário e Volume observado para a cisterna localizada na comunidade de Curral do Meio. Figura 4. Cálculo diário e volume observado para a cisterna localizada na comunidade de Malhada da Roça. No sistema da comunidade de Malhada da Roça (Figura 4) não foi registrada variação na quantidade de usuários durante o período em que foi monitorado. Observa-se que o modelo, assim como na Figura 3, segue a tendência do que foi observado, também superestimando os valores em alguns meses. Isto pode ser observado entre os meses de julho de 2008 e abril de 2009. Entre os meses de agosto e outubro de 2008 houve grande diferença entre os valores observado e calculado chegando a diferenças de mais de 4m³. Tais discrepâncias nos resultados podem ser atribuídos a: (a) variações do volume de água retirada durante alguns dias dos meses (sendo maior que o considerado), (b) maiores perdas na
captação e (c) diferenças entre a precipitação local e a medida na estação climatológica. CONCLUSÕES A simulação do balanço hídrico realizada em dois SCAC apresentou erros que podem ser significativos quando da estimativa regional de riscos de desabastecimento por sistemas de alerta antecipado para ações de defesa civil. Cada SCAC possui sua individualidade e cada usuário uma forma própria de uso e manejo da água disponível e cuidados com os componentes do sistema. Esta variabilidade influi no resultado em relação à quantidade de água que vai ser disponibilizada através da cisterna. Entretanto, os simuladores podem e devem ser utilizados, desde que se leve em consideração a magnitude dos erros associados. A continuidade do monitoramento desses SCAC e a ampliação para outras comunidades são importantes para melhor caracterização das causas dos erros e, assim, melhor calibrar as estimativas dos sistemas de alerta antecipado. AGRADECIMENTOS Este trabalho teve o suporte do MCT, através dos projetos CISTERNAS (MCT/CT- HIDRO/FINEP) e SegHidro (MCT) e de bolsas concedidas pelo CNPq. BIBLIOGRAFIA ALMEIDA, H. A.; SILVA, L. Estimativa do potencial de captação de água de chuva no brejo paraibano. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CAPTAÇÃO E MANEJO DE ÁGUA DE CHUVA, 2003, Juazeiro, BA, CD ROM. Juazeiro,: Associação Brasileira de Captação e Manejo de Água de Chuva (ABCMAC), 2003. ASA. Programa de Formação e Mobilização Social para a Convivência com o Semi-Árido: Um Milhão de Cisternas Rurais P1MC; sumário executivo. 2003. BRASIL- MINISTÉRIO DA INTEGRAÇÃO NACIONAL. Nova Delimitação do Semi-Árido Brasileiro. 2005. BRITO, L. T. de L. et al (2007). Potencialidades da água de chuva no Semi-Árido brasileiro. In: Luiza Teixeira de Lima Brito; Magna Soelma Beserra de Moura; Gislene Feitosa Brito Gama. (Org.). 1ª ed. Petrolina, PE: Embrapa Semi-Árido, v. 1. CÁRITAS BRASILEIRA (2001). Água de chuva: o segredo da convivência com o Semi-Árido brasileiro. Cáritas Brasileira, Comissão Pastoral da Terra, Fian/Brasil São Paulo: Paulinas, 2001.
il. 104p.