BALANÇO HÍDRICO DO RESERVATÓRIO DO RIO DESCOBERTO Eliane Rodrigues de Lima Rocha 1* ; & Maria do Carmo Magalhães Cézar 2 Resumo O presente estudo apresenta um avaliação da disponibilidade hídrica do Reservatório do Rio Descoberto, que abastece o principal sistema de produção de água do Distrito Federal, a partir de dados de monitoramento pluviométrico, fluviométrico e climatológico da CAESB - Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal. Para validação do balanço e verificação dos dados determinou-se o volume acumulado e comparou-se com o volume real do reservatório em cada período. No período de 1998 a 2014, em que se dispõe de dados de captação, verificou-se que em 73% dos resultados as diferenças foram inferiores a 5%. Após esta verificação, determinou-se a vazão regularizada para várias garantias de atendimento. As vazões regularizadas encontradas são 5,18, 5,50 e 5,75 m³/s, respectivamente para 100%, 97% e 95% de garantia de atendimento. Palavras-Chave Balanço Hídrico, disponibilidade hídrica, reservatórios. WATER BALANCE OF THE RESERVOIR OF DESCOBERTO RIVER Abstract - The current study presents an assessment of water availability in the reservoir of Descoberto River, which supplies the main water production system of the Federal District, from rainfall, runoff and climate monitoring data provided by CAESB Environmental Sanitation Company of the Federal District. For validation of water balance and verification of data, the stored volume was determined and compared to the actual volume of the reservoir in each period. In the period from 1998 to 2014, in which water intake data are available, it was found that in 73% of the results the differences were below 5%. After this verification, the firm yield was established for a variety of attendance warranties. The firm yield identified are 5,18, 5,50 and 5,75 m³/s, respectively, for 10%, 97% and 95% of attendance warranties. Keywords Water Balance, water availability, reservoirs. 1 Pós Graduanda em Engenharia Sanitária e Ambiental-IPOG, Engenheira Civil da Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal(CAESB), e-mail: elianelrocha@caesb.df.gov.br 2 MSc Recursos Hídricos, Coordenadora de Recursos Hídricos e Segurança de Barragem da Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal (CAESB), e-mail: mariacarmo@caesb.df.gov.br
INTRODUÇÃO Devido ao aumento das populações e da crescente demanda por água, faz-se necessário o continuo monitoramento e gerenciamento das disponibilidades hídricas para viabilizar a sustentabilidade no uso da água. Neste contexto, o balanço hídrico é uma ferramenta importante para subsidiar a operação dos reservatórios de acumulação e evitar problemas de escassez, principalmente em casos de eventos climáticos adversos. Conforme afirma Tucci (2009): o entendimento do balanço hídrico é um dos fundamentos importantes para conhecer os efeitos antrópicos sobre o meio natural, a disponibilidade hídrica e a sustentabilidade ambiental. Para a elaboração do estudo foram utilizados dados de monitoramento da rede hidrometeorológica da CAESB, que é composta por 94 estações fluviométricas, 26 estações pluviométricas, 13 estações sedimentométricas e 03 estações Climatológicas, espalhadas em todo o território do Distrito Federal. A Bacia do Alto Descoberto está localizada na porção oeste do Distrito Federal, e possui área de drenagem de aproximadamente 432 km². O principal rio desta Bacia é o Rio Descoberto. Durante seu curso o rio é represado para abastecimento público através de barramento, formando o lago Descoberto, com área alagada de aproximadamente 12,55 km² e volume útil de 86,0 hm³ na cota 1030m. O Reservatório do Rio Descoberto abastece o principal sistema de produção de água do Distrito Federal, responsável por 58,89% da água produzida e pelo atendimento de 61,52% da população do Distrito Federal (CAESB, 2014). A figura 1 apresenta o mapa da Bacia do Alto Descoberto com as áreas de cada sub-bacia dos corpos hídricos contribuintes para o lago. Figura 1 Mapa Bacia Alto Descoberto Áreas de Contribuição Sub-bacias XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
METODOLOGIA Dados Utilizados Foram utilizados para o balanço os dados de 6 (seis) estações fluviométricas, 2 (duas) estações pluviométricas e 3 (três) estações climatológicas. Além destes, foram utilizados dados de vazões médias mensais captadas pela CAESB e nível diário do reservatório. O período escolhido para elaboração do balanço foi o compreendido entre 1986 e 2014. A escolha do período se deu devido à disponibilidade de dados fluviométricos nos cursos d água contribuintes para o lago. Pluviometria e Evaporação Para a estimativa do total precipitado sobre o lago, foram utilizadas as estações 01548007- ETA Brazlândia e 01548008-Descoberto, que são as que exercem influência na área de inundação do lago. Os dados de pluviometria apresentam algumas falhas pontuais no levantamento da chuva diária, o que na sua maioria, não comprometem a validade de sua utilização para o balanço, pois para o cálculo são considerados os totais mensais. Os preenchimentos foram necessários apenas no mês de maio/2011 para a estação Descoberto e nos meses de abril e julho de 2010 e maio de 2012 para a estação ETA Brazlândia. Os referidos preenchimentos foram realizados através do programa Hidroplu, disponibilizado pela Agência Nacional de Águas-ANA. As áreas de influência de cada estação foram determinadas pelo método de Thiessen. Este método considera a não uniformidade da distribuição espacial dos postos, mas não leva em conta o relevo da bacia. (Tucci, 2001). Para determinação do volume evaporado no lago foram utilizados os dados de evaporação do Tanque Classe A da estação climatológica 01548008- Descoberto, localizada nas proximidades do reservatório. A verificação de consistência e preenchimento das falhas existentes na série foi feita através de correlação com as estações CAESB Hidrologia e Taquara. A tabela 1 apresenta as estações climatológicas e pluviométricas utilizadas no estudo: Tabela 1 Estações climatológicas e pluviométricos utilizadas CÓDIGO TIPO ESTAÇÃO OPERADORA PERÍODO 01548007 Pluvimetrica. ETA Brazlândia CAESB 1978-2014 01548008 Climatológica Descoberto CAESB 1978-2014 01547013 Climatológica Taquara CAESB 1992-2014 01547029 Climatológica CAESB Hidrologia CAESB 2009-2014 Para estimar a evaporação no lago foi utilizado coeficiente de correlação K=0,70. Este fator transforma o valor medido no tanque classe A em evaporação real da superfície líquida de um lago ou de um reservatório, e segundo Tucci (2001) oscila entre 0,60 e 0,80. Esta correção é necessária devido às condições diferentes entre os dois ambientes. Assim, a taxa de evaporação do lago é representada pela fórmula: Ev lago = 0,70Ev tanque XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
Vazão Para o cálculo das vazões afluentes ao lago foram utilizados os dados de vazões mensais médias calculadas pelo software Hidro, através da curva de descarga, utilizando as leituras de dupla cota diárias nas estações constantes da Tabela 2: Tabela 2 Estações fluviométricas utilizadas CÓDIGO ESTAÇÃO ÁREA DE DRENAGEM OPERADORA PERÍODO 60435000 Descoberto Chácara 89 114,30 km² CAESB 1979-2014 60435100 Chapadinha-Aviário 21,18 km² CAESB 1978-2014 60435150 Olaria 12,56 km² CAESB 1986-2014 60435200 Rodeador 114,27 km² CAESB 1978-2014 60435300 Capão Comprido 16,40 km² CAESB 1978-2014 60435400 Rio das Pedras-DF 180 77,64 km² CAESB 1978-2014 Balanço Hídrico O Balanço Hídrico do Reservatório corresponde ao cálculo das entradas e saídas de água durante um dado intervalo de tempo. A diferença entre estas duas parcelas corresponde ao coeficiente de armazenamento do período, que pode ser positivo ou negativo. Para a verificação do comportamento do reservatório e realização da simulação do Balanço foi necessário um conjunto de informações que compreendem: as características físicas do reservatório (capacidade máxima de acumulação, nível mínimo operacional e curva cotaxáreaxvolume); os dados hidrológicos (pluviometria, evaporação, vazões afluentes e níveis do reservatório); e o conhecimento das demandas de retirada (irrigação; vazão remanescente, vazão captada). Na execução do estudo foi utilizada a seguinte equação para o balanço hídrico do reservatório, onde o intervalo tempo considerado é o de passo mensal: Onde: V (t+1) = V (t) + Qafl (t) Qdfl (t) E (t) + P (t) V(t)=Volume Armazenado no início do intervalo de tempo; Qafl(t)=deflúvio afluente no intervalo de tempo; Qdfl(t)=deflúvio efluente no intervalo de tempo; E(t)= volume evaporado do reservatório no intervalo de tempo; P(t)= volume precipitado sobre o reservatório no intervalo de tempo. Para o cálculo do deflúvio afluente ao reservatório foram utilizadas as vazões afluentes medidas nos mananciais contribuintes para o lago. Além das vazões afluentes pelos tributários monitorados, foi considerada também a vazão incremental das áreas não monitoradas, que foi obtida multiplicando a porção de área não monitorada à vazão específica média obtida na bacia. O total precipitado sobre o lago foi determinado utilizando uma área fixa de 12,55 km² (doze vírgula cinquenta e cinco quilômetros quadrados), ou seja, considerou-se que toda a chuva que incide sobre a área de inundação cota 1030m - é encaminhada diretamente para o lago. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
A parcela do deflúvio efluente corresponde à somatória da vazão captada, vazão remanescente (descarga de fundo), vazão de retirada para irrigação e da vazão de vertimento. Na simulação considerou-se que toda a água armazenada acima da cota 1030 m é totalmente vertida. A vazão remanescente considerada foi de 0,60 m³/s, que é a descarga de fundo média praticada pela CAESB. A evaporação do lago no intervalo de tempo é o produto da taxa de evaporação pela área do espelho do reservatório no início do mês. Para a estimativa de retiradas para irrigação optou-se por utilizar a mesma base de dados utilizada em estudos anteriores realizados pela CAESB. Assim, as vazões de demanda de irrigação para os meses de maio a setembro foram determinadas tomando por base as informações contidas no documento Programa de Irrigação do Distrito Federal, elaborado pela Secretaria de Agricultura e Produção do Distrito Federal, de 1984, apud CAESB (1992). A partir da análise das séries históricas de pluviometria, em conjunto com os níveis do reservatório, inferiu-se a ocorrência de retiradas de irrigação também no mês de abril. Como não foi possível determinar esta demanda através do balanço, optou-se por utilizar para este mês a demanda de 0,30 m³/s, baseado nos dados fornecidos pela ADASA de vazão outorgada na bacia. Na tabela 3 são apresentados os valores de demanda de irrigação considerados para cada mês. Tabela 3 Demanda de Irrigação(m³/s) JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 0,300 1 0,554 2 0,734 2 0,839 2 0,918 2 0,577 2 Fonte: (1) Vazão Outorgada ADASA; (2) Programa de Irrigação do Distrito Federal, 1984 O cálculo das áreas de espelho e dos volumes do reservatório foi efetuado com base na curva CotaxÁreaxVolume da topobatimetria realizada pela MAGNA(2002). A referida curva é apresentada na Figura 2. BARRAGEM DO RIO DESCOBERTO - CotaxÁreaxVolume Área (ha) 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 1.035 0 1.035 1.030 Área Volume 1.030 Cota (m) 1.025 1.020 Volume (hm³) 1.025 1.020 Cota (m) 1.015 1.015 1.010 Nota: 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Volume (hm³) Figura 2 Curva Cota x Área x Volume - MAGNA(2002) 1.010 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
RESULTADOS Inicialmente montou-se o balanço considerando como entrada as vazões afluentes e a precipitação sobre o lago e como saída a vazão captada medida, a descarga de fundo, a evaporação e as retiradas de irrigação. O intuito foi comparar o volume calculado com o volume real do reservatório, sendo este último determinado a partir da cota medida diariamente no lago, através de réguas lininmétricas. A aferição do método foi feita para o período 1998-2014. Os resultados obtidos para este período foram considerados satisfatórios, pois 73% dos valores calculados apresentaram diferenças inferiores a 5%, sendo a diferença máxima encontrada igual a 28%. A seguir é apresentado o gráfico que compara o volume real do reservatório com os volumes calculados: 100,0 Reservatório Descoberto - Volume Calculado x VolumeReal 90,0 80,0 Volume do Reservatório - hm³ 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 Volume Calculado Volume Real jan ago mar out mai dez jul fev set abr nov jun jan ago mar out mai dez jul fev set abr nov jun jan ago mar out mai dez 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Figura 3- Volume Real x Volume Calculado Após a verificação dos dados e das considerações adotadas, procedeu-se a simulação do balanço para determinação da vazão regularizada. A vazão regularizada é a vazão que pode ser retirada de um reservatório de forma constante, atrelada a uma garantia de fornecimento. O cálculo da vazão regularizada foi feito considerando várias garantias de fornecimento. A seguir é apresentada planilha com as vazões regularizadas para 100%, 97% e 95% de atendimento. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
Tabela 3 Vazão Regularizada (m³/s) Q m³/s GARANTIA DE ATENDIMENTO % 5,18 100% 5,50 97% 5,75 95% CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Por meio do balanço, e considerando os dados de vazão dos corpos hídricos monitorados e as vazões captadas, pode-se concluir que os dados do monitoramento da CAESB apresentam boa representatividade do comportamento do reservatório, pois em mais de 70% dos valores as diferenças verificadas foram inferiores a 5%. O presente balanço determinou as vazões regularizadas para o reservatório do Rio Descoberto, para garantias de atendimento de 100 a 95%. Os valores encontrados são: 5,18, 5,50 e 5,75 m³/s, respectivamente para 100%, 97% e 95% de garantia de atendimento. Ressalta-se que os valores encontrados possuem incertezas associadas principalmente às vazões de retirada para irrigação, além de outras inerentes ao método e ao comportamento das variáveis hidrológicas. Para o aperfeiçoamento do Balanço Hídrico do Descoberto, recomenda-se: Atualização periódica da curva cotaxáreaxvolume por meio de topobatimetria para avaliação do assoreamento do reservatório. A última topobatimetria no lago Descoberto foi realizada há mais de doze anos, quando a literatura recomenda para reservatórios de médio porte a periodicidade de cinco anos e a resolução Conjunta ANA/ANEEL Nº 03/2010 recomenda intervalos não superiores a dez anos; Levantamento periódico para quantificação das demandas de irrigação diretas do lago; Utilização de dados de registradores automáticos para melhor quantificação das vazões afluentes. REFERÊNCIAS CAESB- Avaliação da Vazão Regularizada do Lago Descoberto. Paulo Ungaretti, Brasília-DF, 1992. CAESB- SIÁGUA -Sinopse do Abastecimento de Água do Distrito Federal, Brasília-DF, 2014. MAGNA - Magna Engenharia Ltda. Estudos de Concepção e de Viabilidade Técnica e Econômica para Elevação da Crista do Vertedouro. Levantamentos Topobatimétricos. Volume II, Tomo 01/02: P.ECA.BRD.001., 2002. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7
MAGNA - Magna Engenharia Ltda. Estudos de Concepção e de Viabilidade Técnica e Econômica para Elevação da Crista do Vertedouro. Levantamentos Topobatimétricos. Volume II, Tomo 02/02: P.ECA.BRD.001., 2002. TUCCI, C.E.M.(Org).Hidrologia: Ciência e Aplicação. 2.ed. 2.reimpr. Porto Alegre: Editora da Universidade/UFRGS-ABRH, 2001, 943p. TUCCI, C.E.M. 2009. Balanço Hídrico. http://rhama.net/wordpress/?p=116, acessado em 25/02/2015. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8