ESTIMATIVA DO VOLUME DOS RECURSOS HÍDRICOS
SUPERFICIAIS AO NÍVEL DE UMA BACIA REGIONAL
E. M. Araújo; E. M. Araújo; R. B. Araújo; E. R. F. Lêdo; M. G. Silva
RESUMO: O semiárido apresenta especificidades bastante distintas das demais regiões
climáticas do mundo, sendo que a alta densidade de recursos hídricos superficiais artificiais é
uma das características marcantes dessas regiões. Em se tratando do gerenciamento desses
recursos hídricos é muito importante a obtenção de informações que permitam que a gestão seja
realizada de forma eficiente. A estimativa de tais recursos depende de uma metodologia bem
embasada e de informações especificas da bacia, além de ferramentas, como os Sistemas de
Informações Geográficas, capazes de aplicar o método de forma rápida, simples e eficaz. O
objetivo desse estudo é propor uma metodologia capaz de estimar, ao nível de uma bacia
regional, o volume dos reservatórios superficiais. A bacia utilizada no estudo foi a Bacia do
Banabuiú. Os resultados mostraram que a bacia é bastante heterogênea, ou seja, a determinação
do volume depende de diversos fatores além da própria área hidráulica dos reservatórios e que
na bacia cerca de 90% dos reservatórios podem ser considerados pequenos ou médios e que
esses reservatórios representam apenas cerca de 10% do volume total estimado de
armazenamento da bacia.
PALAVRAS-CHAVE: Reservatórios, SIG, Banabuiú.
ESTIMATE OF THE VOLUME OF SURFACE WATER
RESOURCES AT SCALE OF A REGIONAL BASIN
SUMMARY: The semi-arid region has specific characteristics quite different from other
regions of the world climate and the high density of artificial surface water resources is one of
the striking features of these regions. When it comes to managing these water resources is very
important to obtain information that allows management to be performed efficiently. The
estimate of these resources depends on a well-founded methodology and specific information of
the basin, as well as tools such as Geographic Information Systems, capable of applying the
method in a fast, simple and effective. The aim of this study is to propose a methodology able to
estimate the level of a regional basin, the volume of the reservoir surface. The basin was used in
the study Banabuiú Basin. The results showed that the river is very heterogeneous, ie, the
determination of the volume depends on several factors beyond their own area of hydraulic
reservoirs in the basin and about 90% of the reservoirs can be considered small or medium and
that these reservoirs represent only about 10% of the total estimated storage basin.
KEYWORDS: Reservoirs, GIS, Banabuiú
INTRODUÇÃO
As regiões semiáridas são caracterizadas por recursos hídricos limitados e específicas
condições climáticas e fisiográficas. Isto inclui a variabilidade temporal e espacial de chuvas, a
elevada intensidade de precipitação, escoamento intermitente dos rios, cobertura vegetal esparsa
e grande número de reservatórios (D'AGOSTINO et al., 2010) e, neste sentido, Medeiros et al.
(2011) destacam que as secas recorrentes no Nordeste brasileiro criaram uma sociedade que
valoriza, com muita ênfase, a construção de reservatórios visando suprir as necessidades
hídricas durante os períodos de seca.
Na década de 1990, Molle (1994) estimou que a quantidade de açudes (com mais de 1.000
2
m ) na região Nordeste era de aproximadamente 70.000. A gestão eficiente dos pequenos
recursos hídricos é dificultada pela falta de informações, até mesmo aproximadas, das reais
condições da bacia. Santos et al. (2009) afirmam que para gerenciar os recursos hídricos de uma
região semi-árida, onde os açudes correspondem ao principal meio de armazenamento de água,
a capacidade volumétrica dos reservatórios precisa ser conhecida.
Medeiros et al., (2011) destacam que a eficiência da alocação da água depende da
quantificação correta da disponibilidade dos recursos hídricos por meio de estudos de
regionalização que considerem a real complexidade do processo e esses estudos devem envolver
variáveis que ajudem a descrever o comportamento do sistema natural.
Por esta razão, os Sistemas de Informação Geográfica são ferramentas úteis, como é
comprovado por Shourian et al. (2007) que destacam o planejamento e a gestão dos recursos
hídricos, na escala de uma grande bacia, como sendo um problema tão grande e complexo que
torna-se imprescindível a utilização de ferramentas eficazes de modelagem, a fim de obter um
plano ideal para o desenvolvimento das bacias hidrográficas.
Santos et al. (2009) destacam que o Sensoriamento Remoto aparece como uma solução
prática para estimativa dos volumes dos reservatórios e de acordo com Liebe (2002), a
capacidade dos açudes está relacionada com fatores físicos da região: relevo, morfologia, forma
dos córregos e dos vales que se refletem na forma do espelho d’água e podem ser extraídos por
imagens de satélite.
O objetivo deste trabalho é a proposta de uma metodologia para estimativa, simplificada, do
volume dos recursos hídricos superficiais de uma bacia de escala regional, no caso a Bacia do
Banabuiú, utilizando Sistemas de Informação Geográfica.
MATERIAL E METÓDOS
Para o estudo utilizou-se a Bacia do Banabuiú (Figura 1). Ela é uma das 11 bacias hidrográficas
do Ceará e drena uma área de 19.316 Km2. O rio Banabuiú apresenta-se como o maior rio da bacia e
o principal tributário do rio Jaguaribe, com extensão de 314 km, tendo sua foz localizada próxima à
sede municipal de Limoeiro do Norte (SILVA et al., 2006). São seus afluentes, pela margem
esquerda, os rios Patú, Quixeramobim e Sitiá, e pela margem direita destaca-se apenas o riacho
Livramento. Esta sub-bacia apresenta o maior nível de açudagem entre as regiões hidrográficas do
Jaguaribe, englobando 17 açudes monitorados inseridos em 12 municípios.
Para a estimativa do volume dos recursos hídricos superficiais da bacia utilizou-se dados de entrada
específicos da bacia que foram processados através do software ARCGIS 9.3 sendo esses dados, em
seguida, exportados para o software Excel para o cálculo dos volumes, calibração e validação.
Para o estudo utilizou-se um mapa (shape) com os espelhos superficiais do Ceará
(FUNCEME, 2008) obtido junto a Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos a
qual mapeou os corpos hídricos superficiais maiores de 20 ha de todo o Brasil sendo que no
Nordeste o detalhe chegou a 5 ha (CARVALHO et al., 2009). Utilizou-se também o mapa de
delimitação da bacia, um Modelo Digital de elevação do projeto SRTM (NASA, 2011) com
resolução espacial de 92 metros e um mapa com a rede de drenagem da bacia.
A metodologia para estimativa dos volumes baseia-se na seguinte relação proposta por Molle (1994):
V
AH
α
Onde:
V: volume do açude; A: área do espelho d’água do açude; α: Coeficiente de
forma do açude; H: profundidade máxima do açude.
É importante destacar que esta metodologia apresenta duas limitações básicas. A primeira
diz respeito ao fator de forma que depende do perfil das encostas onde está inserido o
reservatório. Molle (1994) destaca que existem três tipos básicos de perfis: reto, côncavo e
convexo. Para facilitar, assumiu-se um perfil médio (reto) para todos os reservatórios, dessa
forma, utilizou-se inicialmente o fator de forma único proposto por Molle (1994) atribuindo
assim a este fator um valor de 2,70 (α = 2,70).
A segunda limitação desta metodologia está ligada ao fato que não há informações quanto a
real profundidade máxima dos reservatórios. Por isso, é necessária a estimativa dessa
informação através de alguma ferramenta que possa ser usada de forma automática para a bacia
e forneça uma informação com bom nível de precisão. Para isto, utilizou-se a declividade como
premissa para obtenção dessa informação, atribuindo-se que a declividade da encosta é a mesma
em todo o seu perfil.
Para o cálculo da declividade utilizou-se um o modelo digital de elevação SRTM (Shuttle
Radar Topography Mission) que foi devidamente tratado e tinha resolução espacial de 92
metros. A declividade é facilmente obtida através do software ArcMap (pacote da plataforma
ArcGis) utilizando a ferramenta Slope (Spatial Analyst Tools: Surface: Slope).
De posse das profundidades de cada um dos reservatórios procedeu-se então a aplicação da
equação proposta por Molle (1994) e obtiveram-se os volumes estimados dos reservatórios da
Bacia do Banabuiú.
Como forma de calibração do fator de forma (α) para a Bacia do Banabuiú utilizou-se dados
de levantamentos batimétricos de 7 reservatórios conhecidos com tamanhos variando de
pequenos a médios reservatórios para obtenção de um fator de forma corrigido para a bacia. A
calibração foi realizada isolando o fator α da equação proposta por Molle (1994).
α
AH
V
Onde:
α: Coeficiente de forma dos açudes, corrigido para a Bacia do Banabuiú; A:
área do espelho d’água do açude, dado através do shape de espelhos da bacia; H:
profundidade máxima do açude, obtida através do SRTM; V: volume do açude, interpolado a
partir dos dados reais de batimetria.
Após a calibração, os volumes foram recalculados utilizando os valores de α corrigidos para a
Bacia do Banabuiú. E ao final, tentou-se encontrar uma relação linear entre as áreas das superfícies
dos reservatórios e seus respectivos volumes colocando-os em uma mesma escala (logarítmica).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados foram analisados de forma a se observar algum possível erro da metodologia.
D'Agostino et al. (2010) afirmam que o uso de metodologias simplificadoras em hidrologia é
geralmente associado com a incerteza em suas estimativas e a incerteza no resultado do modelo
é originada por diversas causas. Neste estudo as prováveis fontes de incertezas podem ser
atribuídas às hipóteses simplificadoras utilizadas como a própria relação para obtenção do
volume, a simplificação do fator de forma e a utilização de um mesmo valor de buffer para
todos os reservatórios da bacia. Logo após a aplicação da metodologia foi realizada a calibração
(Tabela 1) a fim de se obter um fator de forma corrigido para a Bacia do Banabuiú.
Através da analise dos resultados da calibração é possível observar que os reservatórios de
pequeno porte obtiveram valores de α mais elevados do que os reservatórios considerados de
médio porte utilizados na calibração o que segundo Molle (1994) é perfeitamente aceitável e
pode ser explicado pelo fato de que geralmente os reservatórios de menores áreas possuem
formas mais abertas.
Após a calibração, os novos valores de α foram utilizados para o calculo do volume estimado
corrigido dos reservatórios onde foi utilizado um α = 4,740 para os reservatórios com área
menor do que 1000000 m² e α = 2,095 para os reservatórios com área maior do que 1000000 m².
O resultado da associação entre as áreas dos reservatórios e seus respectivos volumes (Figura
8) mostrou um ajuste considerado baixo (R²=0,70). O que pode ser explicado pelo fato de que a
Bacia do Banabuiú é bastante heterogênea e o parâmetro área hidráulica não é o único fator
determinante do volumes dos reservatórios, como podem ser citados profundidade do
barramento, declividade das encostas, forma do perfil das encostas, entre outros.
Shourian et al. (2007) afirmam que metodologias simplificadoras, como a proposta por este
estudo, sejam talvez os métodos mais utilizado para avaliar os recursos hídricos não
monitorados. Pois além de fornecer um resultado rápido para a avaliação, podem ser usados
como base para o gerenciamento dos recursos da bacia.
CONCLUSÕES
O uso de metodologias que utilizam modelos e SIG, como a proposta no estudo, mostrou-se bastante
simples e os resultados considerados satisfatórios em se tratando de estudos em escala regional.
REFERÊNCIAS
CARVALHO, M. S. B. S. et al. Levantamento dos espelhos d’água acima de 20ha em todo o território
brasileiro através de sensoriamento remoto. Anais XIV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto,
Natal, Brasil, 25-30 abril 2009, INPE, p. 1967-1974.
D'AGOSTINO, D. R. et al. Assessing the results of scenarios of climate and land use changes on the hydrology
of an Italian catchment: modelling study. Hydrological Processes, v.24, n.19, p.2693-2704, 2010.
FUNDAÇÃO CEARENSE DE METEOROLOGIA E RECURSOS HÍDRICOS. Mapeamento dos
espelhos d’água do Brasil. Fortaleza: FUNCEME, 2008, 108p.
LIEBE, J. Estimation of water storage capacity and evaporation losses of small reservoirs in the upper
east region of Ghana. Thesis, University of Bonn, 2002.
MEDEIROS, S. D. S. et al. Recursos hídricos em regiões áridas e semiáridas. Campina Grande: Instituto
Nacional do Semiárido, 2011.
MOLLE, F. (1994). Geometria dos Pequenos Açudes. SUDENE-DPG/PRN/HME, Recife, 139 p.
NASA - SHUTTLE RADAR TOPOGRAPHY MISSION. Disponível em: < http://dds.cr.usgs.gov/srtm/>.
Acesso em: 17 mar. 2011.
SHOURIAN, M. et al. Basin-wide Water Resources Planning by Integrating PSO Algorithm and
MODSIM. Water Resources Management, v. 22, n. 10, p. 1347-1366, 2007.
SANTOS, F. A. D. et al. Estimativa e análise do volume dos pequenos açudes através de imagens de
satélite e levantamento de campo na Bacia Hidrográfica do açude Sumé. XVIII Simpósio Brasileiro de
Recursos Hídricos. Campo Grande: ABRH, 2009.
SILVA, U. P. Á. D. et al. A Experiência da Alocação Negociada de Água nos Vales do Jaguaribe e
Banabuiú. VIII Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste. Gravatá: ABRH, 2006, p.20.
Tabela 1. Calibração do fator α para diferentes reservatórios da Bacia do Banabuiú.
Calibração
α Pequenos Açudes
α Açudes Médios
Açude
Área (m²)
α
Açude
Área (m²)
α
Descanso
295545
4,930
Mons. Tabosa
1447120
2,073
Amazonas
520494
4,456
São José II
1930296
2,153
Capitão Mor
588229
4,835
Serafim Dias
5249076
2,099
Poço do Barro
7758727
2,056
Média
4,740
Média
2,095
Desv. Pad.
C. Variação
0,251
Desv. Pad.
0,042
0,053
C. Variação
0,020
Figura 1 – Mapa de localização da Bacia do Banabuiú.