SISTEMA DE ALERTA DA BACIA DO RIO DOCE - SISTEMA WEB - SACE Artur José Soares Matos 1 * & Elizabeth Guelman Davis 2 & Marcio de Oliveira Candido 3 Resumo O Serviço Geológico do Brasil - CPRM monitora a bacia do rio Doce, que está localizada na região Sudeste do Brasil, entre os estados de Minas Gerais e Espírito Santo. A operação do sistema de alerta hidrológico é uma atividade complexa, que exige grande preparação técnica, com envolvimento intensivo de pessoal qualificado, e que carrega a responsabilidade de antecipar eventos de inundação como forma de prevenir perdas materiais e humanas. O SACE (Sistema de Alerta de Eventos Críticos) foi, por este motivo, desenvolvido e implantado na bacia do rio Doce. Com uma nova infraestrutura computacional, foi possível planejar e executar a operação do Sistema de Alerta de Cheias da Bacia do rio Doce com menor esforço logístico e operacional, redundando em economia de recursos para a CPRM, além de uma maior confiabilidade na execução dessa importante tarefa. Palavras-Chave Sistema de Alerta, Bacia do rio Doce, SACE. FLOOD WARNING SYSTEM IN THE DOCE RIVER BASIN - WEB SYSTEM - SACE Abstract The Geological Survey of Brazil- CPRM manages a flood warning system in the Doce river basin, which is located in Southeastern Brazil between the states of Minas Gerais (MG) and Espírito Santo (ES). The operation of the hydrological warning system is a complex activity that requires great technical preparation with intensive involvement of qualified personnel, and carries the responsibility to anticipate flood events in order to prevent human and material losses. The SACE (Warning System of Critical events) was, therefore, developed and implemented in the Doce River Basin. With a new computational infrastructure was possible to plan and execute the operation of the floods Warning System in the Doce River Basin with lower logistical and operational effort, resulting in resource savings for the CPRM, and greater reliability in carrying out this important task. Keywords Warning system, Doce River basin, SACE 1 CPRM Serviço Geológico do Brasil, Av. Brasil 1731 Funcionários Belo Horizonte /MG, CEP 30140-002 Tel. (31) 3878-0376, Pesquisador em Geociências Doutor em Ciências da Engenharia Ambiental (USP), e-mail: artur.matos@cprm.gov.br. 2 CPRM Serviço Geológico do Brasil, Av. Brasil 1731 Funcionários Belo Horizonte /MG, CEP 30140-002 Tel. (31) 3878-0337, Supervisora de Hidrologia Engenheira Civil (UFMG), e-mail: elizabeth.davis@cprm.gov.br. 3 CPRM Serviço Geológico do Brasil, Av. Brasil 1731 Funcionários Belo Horizonte /MG, CEP 30140-002 Tel. (31) 3878-0336, Gerente de Hidrologia e Gestão Territorial, Mestre em Recursos Hídricos (UFMG), e-mail: marcio.candido@cprm.gov.br. * Autor Correspondente XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
INTRODUÇÃO O Serviço Geológico do Brasil - CPRM monitora a bacia do rio Doce, que está localizada na região Sudeste do Brasil entre os estados de Minas Gerais e Espírito Santo. Os problemas de inundação ocorrem frequentemente entre os meses de dezembro a março, período das cheias na região sudeste. Por este motivo a CPRM, em parceria com a Agência Nacional de Águas (ANA) e com o Sistema de Meteorologia e Recursos Hídricos do Estado de Minas Gerais (SIMGE) do Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM), tem operado, desde 1997, o Sistema de Alerta de Enchentes na Bacia do rio Doce. Este sistema é uma medida não estrutural, cujo objetivo é contribuir para a diminuição dos prejuízos causados por cheias na bacia hidrográfica, abrangendo 15 municípios, localizados na calha principal dos rios Piranga, Piracicaba e Doce, realizando previsões quanto ao risco de ocorrência de enchentes. Os municípios beneficiados são: Ponte Nova, Nova Era, Antônio Dias, Coronel Fabriciano, Timóteo, Ipatinga, Governador Valadares, Tumiritinga, Resplendor, Galiléia, Conselheiro Pena e Aimorés no Estado de Minas Gerais, Baixo Guandu, Colatina e Linhares no Estado do Espírito Santo (CPRM, 2009). A operação do sistema de alerta hidrológico é uma atividade complexa, que exige grande preparação técnica, com envolvimento intensivo de pessoal qualificado, e que carrega a responsabilidade de antecipar eventos de inundação como forma de prevenir perdas materiais e humanas. Os dados que alimentam o Sistema de Alerta de Enchentes na Bacia do Rio Doce e tornam possível obter esses resultados são coletados em dezenas de estações, tecnologicamente heterogêneas e operadas por diversas empresas e instituições privadas e públicas, espalhadas pelos 83.400 km 2 da bacia do rio Doce (área aproximadamente equivalente à da Áustria), beneficiando mais de 1 milhão de pessoas em 15 municípios às margens dos principais rios da bacia. O SACE (Sistema de Alerta de Eventos Críticos) foi, por este motivo, desenvolvido e implantado na bacia do rio Doce. Este sistema Web proporcionou uma operação mais segura, confiável e rápida, utilizando a tecnologia atual e com grande potencial de integração de dados e disseminação de resultados. Para isso, foi necessário projetar, desenvolver e implantar um novo sistema de informação para apoio à operação do Sistema de Alerta, com recursos capazes de reduzir a necessidade de intervenção humana, e apoiada em uma infraestrutura computacional confiável, capaz de operar continuamente. MATERIAIS E MÉTODOS Localização A bacia do Rio Doce localiza-se na região Sudeste do Brasil e possui uma área de drenagem de 83.400 km2. A Figura 1 mostra o mapa de localização da mesma, sendo que 86% de sua área pertencem ao Estado de Minas Gerais e o restante ao Estado do Espírito Santo. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
Figura 1 - Mapa de Localização da bacia do rio Doce Metodologia e procedimentos técnicos do sistema de alerta A operação do sistema é feita 24 horas por dia no período chuvoso (de dezembro a março), e consiste na coleta, armazenamento e análise de dados hidrometeorológicos de cerca de 45 pontos da bacia, elaboração de previsões meteorológicas e hidrológicas, disponibilização das informações para os municípios beneficiados, e publicação de informes e dados em um Web site. A equipe envolvida na operação do sistema é composta por engenheiros hidrólogos, meteorologistas, equipes de campo e técnicos plantonistas, que se revezam nos dias úteis, fins de semana e feriados. O diagrama unifilar do sistema de alerta e a localização dos pontos de monitoramento são apresentados na Figura e na Figura, respectivamente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
Figura 2 - Diagrama Unifilar do Sistema de Alerta Figura 3 - Pontos de monitoramento do Sistema de Alerta Para algumas cidades consideradas estratégicas foram definidas cotas de alerta e cotas de inundação, determinadas em campo, através de nivelamento topográfico da cota do início da inundação no ponto mais baixo da cidade. Já as cotas de alerta foram definidas de acordo com o tempo de subida dos hidrogramas da cheia de janeiro de 1997, discretizados a cada 12 horas. A cota de alerta definida é, no mínimo, 40 centímetros menor do que a cota de inundação (CPRM, 2003). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
Essas informações definem a operação normal e em alerta do sistema. A operação normal ocorre quando o nível nas estações encontra-se abaixo da cota de alerta. Já a operação em alerta ocorre quando o nível ultrapassa a cota de alerta. A coleta dos dados das estações automáticas é feita 24 horas por dia. Já a coleta dos dados das vazões efluentes das usinas hidrelétricas é feita três vezes ao dia durante a operação normal e de hora em hora em situações de alerta. Os dados registados durante o alerta são armazenados em um banco de dados. A partir dele, são desenvolvidas diversas análises, através do traçado de cotagramas, fluviogramas e histogramas, bem como com o cálculo das vazões nas estações fluviométricas e a elaboração de boletins de acompanhamento dos dados. A partir dos dados coletados e devidamente armazenados é feita a análise da evolução dos níveis dos rios, bem como a previsão hidrológica. A previsão hidrológica consiste da estimativa da evolução dos níveis dos rios para algumas cidades integrantes do sistema antecedência que variam de 3 a 24 horas, dependendo da localidade. A previsão hidrológica é realizada para as cidades de Ponte Nova, Nova Era, Governador Valadares, Tumiritinga, Colatina e Linhares e para as estações de Naque Velho, Mario de Carvalho e Cenibra. Quando a estação de Mario de Carvalho atinge a cota de alerta, as cidades de Antônio Dias, Timoteo, Coronel Fabriciano e Ipatinga são avisadas. Para as cidades de Galileia, Conselheiro Pena, Resplendor, Aimores e Baixo Guandu não são feitas previsões hidrológicas. Caso a cidade de Governador Valadares entre em alerta, esses municípios são avisados. A Figura 4 apresenta um diagrama geral da operação do Sistema de Alerta contra Enchentes na Bacia do rio Doce, que é operada 24 horas por dia, onde está compreendida a bacia do rio Piranga, indicando os principais módulos nos retângulos maiores. O ciclo de operação se inicia com a recepção de dados das estações fluviométricas e meteorológicas espalhadas pela bacia. Atualmente, grande parte das estações transmite os dados hidrológicos continuamente (estações telemétricas), mas também são coletados dados de observadores de estações convencionais e usinas hidroelétricas. Os parâmetros usualmente coletados são cotas de rios e precipitação. Dados de vazão em usinas hidrelétricas também são coletados ao longo da bacia. Figura 4 - Fluxograma do Sistema de Alerta XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
Os dados coletados automaticamente ou manualmente são verificados antes de sua incorporação ao banco de dados hidrológicos do sistema. Para isso, são adotados filtros, que indicam, por exemplo, para cada estação e para cada parâmetro coletado, limites mínimo e máximo de valor absoluto e de variação do valor em uma hora, ou que indiquem a possibilidade de defeito no sensor. Os dados coletados e armazenados são usados para previsões hidrológicas nos diversos pontos de interesse ao longo da bacia. A CPRM, ao longo dos 18 anos de operação do Sistema de Alerta de Enchentes na Bacia do rio Doce, desenvolveu e refinou uma série de equações de previsão. Cada equação faz a previsão de cota em um ponto de interesse na bacia, e os termos da equação utilizam dados observados em estações a montante do ponto de interesse em instantes de tempo anteriores à hora de previsão. O sistema trabalha com níveis de alerta e níveis de inundação. As previsões de cota para as estações monitoradas são iniciadas quando a cota ultrapassa a respectiva cota de alerta, então finalmente, o resultado das previsões é disseminado, principalmente para as defesas civis municipais e estaduais, órgão de interesse e também disponibilizado para a população no site da CPRM Sistema WEB - SACE Percebe-se, portanto, que a operação de um sistema de alerta hidrológico é uma atividade complexa, que exige grande preparação técnica, com envolvimento intensivo de pessoal qualificado, e que carrega a responsabilidade de antecipar eventos de inundação como forma de prevenir perdas materiais e humanas. Os dados que alimentam o Sistema e tornam possível obter esses resultados são coletados em dezenas de estações, tecnologicamente heterogêneas e operadas por diversas empresas e instituições privadas e públicas, espalhadas pelos 83.400 km2 da bacia do rio Doce (área aproximadamente equivalente à da Áustria), beneficiando mais de 1 milhão de pessoas em 15 municípios às margens dos principais rios da bacia. Portanto, o sistema especificado neste Projeto Básico justifica-se amplamente, por ser um instrumento que permita lidar melhor com a complexidade inerente ao alerta hidrológico, reduzindo a possibilidade de ocorrência de erros, e preservando ou aumentando a qualidade dos resultados proporcionados à sociedade. A importância e relevância econômica e social do sistema de alerta demandam novas e melhores condições de funcionamento. É possível utilizar o potencial de integração de dados e de disseminação de resultados da tecnologia atual para proporcionar uma operação mais segura, confiável e rápida. Para isso, é necessário projetar, desenvolver e implantar um novo sistema de informação para apoio à operação do Sistema de Alerta contra Enchentes na Bacia do Rio Doce (SAEBRD), com recursos capazes de reduzir a necessidade de intervenção humana, e apoiado em uma infraestrutura computacional confiável, capaz de operar continuamente. Com uma nova infraestrutura computacional, será possível planejar e executar a operação do Sistema de Alerta Hidrológico com menor esforço logístico e operacional, redundando em economia de recursos para a CPRM, além de uma maior confiabilidade na execução dessa importante tarefa. Outro resultado importante será a possibilidade de se reutilizar, com maior facilidade, a experiência do Sistema de Alerta de Enchentes na Bacia do Rio Doce em outras bacias. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
DESENVOLVIMENTO Sistema WEB - SACE O sistema é baseado em um gerenciador de bancos de dados sólido e confiável, especificamente projetado para o Sistema de Alerta, e que substitui o ambiente atual do Sistema de Alerta de Enchentes na Bacia do Rio Doce, que opera usando recursos como o Microsoft Access e planilhas do Microsoft Excel. O sistema possui os seguintes módulos que foram automatizados: Recepção de dados; Verificação e armazenamento em um banco de dados hidrológicos; Elaboração de previsões hidrológicas; Publicação e disseminação de dados e previsões; Os processos tratamento e armazenamento de dados, que eram parcialmente automatizados, agora são automáticos, com integração direta ao banco de dados, após verificação automática por filtros configurados por usuários especialistas. Os procedimentos de previsão de cotas, que antes eram executados manualmente por um engenheiro responsável pelo Alerta com o apoio de planilhas semi-automatizadas, foram integrados ao sistema. Vários métodos de previsão estão agora disponíveis simultaneamente. A publicação de dados e resultados também foi automatizada. O sistema cumpre três tarefas principais. A primeira é materializar um conjunto de definições e procedimentos capazes de gerar previsões hidrológicas com qualidade suficiente e a antecedência possível para alertar às autoridades e à população sobre o risco de enchentes. A segunda é dar agilidade, segurança e eficiência à operação do Sistema de Alerta de Enchentes na Bacia do Rio Doce, substituindo os diversos elementos tecnológicos hoje existentes por um ambiente computacional integrado, cujos módulos se comuniquem de maneira controlada e transparente para o usuário, e que utilize a Web como plataforma. A terceira tarefa é melhorar as condições da disseminação das previsões produzidas pelo Sistema de Alerta, de modo a expandir o seu alcance e utilização por parte das organizações de apoio à população (Defesa Civil, Polícia Militar, Bombeiros) e por parte dos próprios cidadãos, também usando recursos típicos do ambiente Web. O sistema foi desenvolvido em linguagem Java (Figura 5), arquitetura J2EE, de modo a poder ser acessado a partir de computadores conectados à Internet, dotados de um navegador padrão e uma máquina virtual Java. Fazem parte também, um sistema gerenciador de bancos de dados (PostGreSQL/PostGIS) e um servidor Web (Apache). Foi tomado como ideologia desenvolver um software com todos componentes sendo provenientes de softwares livres. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7
Figura 5 Tela Inicial do SACE RESULTADOS E DISCUSSÃO Com uma nova infraestrutura computacional, foi possível planejar e executar a operação do Sistema de Alerta de Cheias da Bacia do rio Doce com menor esforço logístico e operacional, redundando em economia de recursos para a CPRM, além de uma maior confiabilidade na execução dessa importante tarefa. O sistema especificado justifica-se amplamente, por ser um instrumento que permita lidar melhor com a complexidade inerente ao alerta hidrológico, reduzindo a possibilidade de ocorrência de erros, e preservando ou aumentando a qualidade dos resultados proporcionados à sociedade. a) Relatórios técnicos REFERÊNCIAS CPRM. (2009) - Sistema de Alerta Contra Enchentes da Bacia do Rio Doce: Relatório Técnico da Operação do Sistema de Alerta no período de Dezembro de 2008 a Abril de 2009. CD ROM, Belo Horizonte. b) Sites CBH Doce. (2013). Comitê da Bacia Hidrográfica do Rio Doce. Disponível em: http://www.riodoce.cbh.gov.br/bacia_caracterizacao.asp. Acesso em: 15 de abril 2013. SIDRA/IBGE. (2013). Sistema IBGE de Recuperação Automática - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em: http://www.sidra.ibge.gov.br/. Acesso em: 29 de abril 2013. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8