Edital MCT/CNPq/CTHidro nº 45/2006
Vazão Ecológica em Bacias Hidrográficas Brasileiras
Projeto Geral da Rede
Estudo do Regime de Vazões Ecológicas para o Baixo Curso do Rio São Francisco: Uma
Abordagem Multicriterial
Linha de Apoio 1
Aspectos Hidrológicos
Projeto 1.1
Identificação de Regime Hidrológico Compatível com Objetivos
Ecológicos para o Baixo Curso do Rio São Francisco
Equipe:
Lafayette Luz, Eng. Civil, Doutor – Prof. UFBA – Coordenador
Rajendra.’. (Genz, F.) Eng. Civil, Doutor – Pesquisador UFBA
Flávia Amorim, Engª. Sanitarista e Ambiental – Mestranda UFBA
Andrea Fontes, Engª. Civil – Doutoranda UFBA
Rosani Brune, Estatística – MSc Engª. Ambiental e Urbana
Ana Lívia Guimarâes, graduanda em Engª. Ambiental UFBA – IC.
OBJETIVO GERAL
Caracterização do regime fluvial, nos períodos pré e pósimplantação das barragens da CHESF, e identificação de
índices hidrológicos para a definição de regime de vazões
ecológicas para o baixo trecho do Rio São Francisco.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1.
Caracterização das condições do regime de fluxo “natural” pré-barragens;
2.
Caracterização das condições do regime de fluxo pós-barragens;
3.
Avaliação das características físicas e operacionais das barragens da CHESF;
4.
Definição dos elementos da fluviometria que devem ser perseguidos/mantidos
para mimetizar o regime natural e em que grau isso pode ser possível;
5.
Propor as condições de contorno do regime hidrológico de “vazões
ecológicas” viável, incorporando aspectos de incertezas;
6.
Considerar as informações fornecidas pelos demais projetos no sentido de
efetuar ligações entre o(s) regime(s) proposto(s) e condições desejáveis de
ordem hidráulica, sedimentológica, geomorfológica (incluindo inundação de
lagoas marginais), biológicas e sócio-econômicas.
ÁREA DE ESTUDO – PONTOS DE REFERÊNCIA
Bacia do Rio São Francisco
3
4
Traipu – baixo curso
2
Boqueirão
49660000
46902000
46360000
Referencial de
montante
Morpará
Usinas Hidrelétricas
1- Três Marias
2- Sobradinho
3- Itaparica,
C. P. Afonso e Moxotó
4- Xingó
1
Posto Fluviométrico
CARACTERIZAÇÃO DO REGIME HIDROLÓGICO
Regime hidrológico
Série histórica – Morpará + Boqueirão
Série histórica - Traipu
RSF - baixo curso - Traipu
Morpará (RSF) + Boqueirão (Rio Grande)
6000
Vazão anual [m³/s]
Vazão anual [m³/s]
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
5000
4000
3000
2000
1000
0
1930
1940
1950
1960
Ano
1980
1990
2000
2010
Ano
UHE Sobradinho
1939 a 1977
Qlp = 2945 m³/s
1970
1979 a 2006
Qlp = 2751 m³/s
UHE Sobradinho
1939 a 1977
Qlp = 2912 m³/s
1979 a 2006
Qlp = 2547 m³/s
A redução das vazões médias é climática? Decorre das barragens? Decorre de usos?
Condição Hídrica da bacia hidrográfica – CHid
REGIME HIDROLÓGICO DE REFERÊNCIA
Anomalia = (Q-Qlp)/
Qlp – vazão média de longo período;
 - desvio padrão
Limites
Classe da CHid
Anomalia < -1,5
Muito seca
-1,5 < Anomalia < -0,5
Seca
-0,5 < Anomalia < 0,5
Média
0,5 < Anomalia < 1,5
Úmida
Anomalia > 1,5
Muito Úmida
TRAIPU
Anomalia
3
2
Chid
2
1
1
= úmida (4)
0
0
= média (17)
-1
-1
= seca (13)
-2
-2
= muito seca (0)
-3
1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980
Ano
= muito úmida (5)
Condição Hídrica da bacia hidrográfica – CHid
REGIME HIDROLÓGICO DE REFERÊNCIA
Curva sazonal e de permanência – Traipu – 1939 a 1977
CHid
12000
10000
10000
8000
Vazão [m³/s]
Vazão [m³/s]
Chid - pré UHE Sobradinho
8000
6000
4000
6000
4000
2000
2000
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
out nov dez jan fev mar abr mai jun
Mês
Permanência [%]
seca
media
umida
jul ago set
muito umida
seca
média
Genz e Luz, 2007 – Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos
úmida
muito úmida
Relação entre vazões mensais máximas e mínimas –
utilizando a CHid – Anomalia da Qmáx mensal e 0,5
Qset = 0,0913.Qmax + 692,6
R2 = 0,81
2500
TRAIPU
Qset [m³/s]
2000
1500
1000
500
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
Qmax [m³/s]
Seca - pequena
Média - baixa
Média
Média - alta
Úmida - pequena
Úmida - intermediária
Úmida - extrema
CHid
Valores médios de Qmax e Qset para as classes da CHid [m³/s]. Desvio padrão de Qset [m³/s].
CHid - classe
Seca - pequena
Média - baixa
Média
Média - alta
Úmida - pequena
Úmida - intermediária
Úmida - extrema
Qmax
Qset

3897
4928
6434
7313
8803
9852
12948
978
1205
1422
1135
1666
1519
1868
232,3
225,3
217,7
130,9
299,8
423,8
83,4
Avaliação de alterações hidrológicas
8000
7000
TRAIPU
Vazão [m³/s]
6000
RSF - baixo curso - Traipu
5000
4000
3000
2000
1000
0
5000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Permanência [%]
4000
3000
1939-1977
1979-2006
2000
1000
0
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
6000
2010
5000
Ano
UHE Sobradinho
Vazão [m³/s]
Vazão anual [m³/s]
6000
4000
3000
2000
1000
0
0
2
4
6
1939-1977
8
10
1979-2006
12
14
Avaliação de alterações hidrológicas
Método do IHA (Richter et al, 1996, 1997,1999)
Resumo dos parâmetros hidrológicos usados pelo método do IHA (Richter, 1999).
Grupo
Característica
Parâmetro
1. Magnitude das vazões mensais
Magnitude
Distribuição temporal
1 a 12. Vazão média mensal (doze meses)
2. Magnitude e duração de vazões anuais
extremas
Magnitude
Duração
1.Vazão máxima diária
2.Vazão mínima diária
3.Vazão máxima de 3 dias
4.Vazão mínima de 3 dias
5.Vazão máxima de 7 dias
6.Vazão mínima de 7 dias
7.Vazão máxima de 30 dias
8.Vazão mínima de 30 dias
9.Vazão máxima de 90 dias
10.Vazão mínima de 90 dias
11.Número de dias com vazão nula
12.Vazão mínima de 7 dias dividida pela vazão média anual
(escoamento de base)
3. Época das vazões anuais extremas
Época de ocorrência
1.Dia Juliano de cada vazão máxima diária anual
2.Dia Juliano de cada vazão mínima diária anual
4. Freqüência e duração dos pulsos de
vazões altas e baixas
Magnitude
Freqüência
Duração
1.Número de eventos de cheia em cada ano
2.Número de eventos de seca em cada ano
3.Duração média dos eventos de cheia anual
4.Duração média dos eventos de seca anual
5. Taxa/Freqüência de mudanças no
hidrograma
Freqüência da taxa de
mudança
1.Média de todas as diferenças positivas de dias consecutivos
2.Média de todas as diferenças negativas de dias consecutivos
3.Número de reversões
Avaliação de alterações hidrológicas IHA
Avaliação de alterações hidrológicas IHA
Avaliação de alterações hidrológicas IHA
Avaliação de alterações hidrológicas IHA
Método do IHA
Vazão [m3/s]
Considerando todo o período de dados anterior e posterior à UHE Sobradinho (1939 a 1977 e 1979 a 2006)
12000
400
10000
300
8000
200
6000
100
4000
0
2000
-100
0
Mínima 3 dias
Mínima 7 dias
Mínima 30 dias
-200
Mínima - Máxima - Máxima - Máxima - Máxima 90 dias
1 dia
3 dias
7 dias
30 dias
Dia da mínima
Dia da máxima
Vazão característica
Pré
Taxa de
crescimento
(m3/s/dia)
Pré
Pós
3,0
2,5
2,0
Dias
b)
Mínima 1 dia
1,5
1,0
0,5
0,0
N. Pulsos de vazão mínima
Pré
N. Pulsos de vazão máxima
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Duração dos pulsos de
vazão mínima
Duração dos pulsos de
vazão máxima
Pós
Pré
Pós
Pós
Taxa de
decréscimo
(m3/s/dia)
Número de
resersões
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
-2
1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Montante UHEs
5000
Baixo curso
4000
Morpará + Boqueirão
Vazão [m³/s]
Anomalia
Aplicando o método da CHid à avaliação das
alterações hidrológicas – curva de permanência
3000
Traipu
2000
1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
evento
seca
média
úmida
muito úmida
CHid
Muito
úmida
Úmida
Média
Seca
Muito
seca
Aplicando o método da CHid à avaliação das
alterações hidrológicas – curva de permanência
Chid - Se ca
12000
12000
CHid Média
10000
Vazão [m³/s]
Vazão [m³/s]
TRAIPU
CHid Seca
10000
Chid - Média
8000
6000
4000
2000
8000
6000
4000
2000
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
Perm anência [%]
1939 a 1977
60
70
80
90
100
Perm anência [%]
1979 a 2006
1939 a 1977
Chid - Úmida
1979 a 2006
Chid - Muito úmida
UHE Sobradinho, Moxotó e PAs
+ UHE Itaparica
12000
12000
10000
10000
CHid Úmida
8000
Vazão [m³/s]
Vazão [m³/s]
50
6000
4000
CHid Muito Úmida
8000
6000
4000
2000
2000
0
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Perm anência [%]
1939 a 1977
1979 a 2006
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
Perm anência [%]
1939 a 1977
Genz e Luz, 2008 – Simpósio recursos Hídricos do Nordeste - aceito
1979 a 2006
80
90
100
Aplicando o método da CHid à avaliação das
alterações hidrológicas
Método do IHA
Como exemplo,
CHid “SECA”
Considerando a Condição Hídrica, CHid
400
Vazão [m3/s]
7000
6000
300
5000
200
4000
100
3000
0
2000
-100
1000
0
Mínima 3 dias
Mínima 7 dias
Mínima 30 dias
Mínima 90 dias
Máxima - Máxima - Máxima - Máxima 1 dia
3 dias
7 dias
30 dias
Dia da mínima
Dia da máxima
Vazão característica
Pré
Pós
Taxa de
crescimento
(m3/s/dia)
Pré
Pós
60
5
50
4
40
3
Dias
b)
-200
Mínima 1 dia
30
2
20
1
10
0
0
N. Pulsos de vazão mínima
Pré
N. Pulsos de vazão máxima
Pós
Duração dos pulsos de
vazão mínima
Pré
Duração dos pulsos de
vazão máxima
Pós
Taxa de
decréscimo
(m3/s/dia)
Número de
resersões
Aplicando o método da CHid à avaliação das
alterações hidrológicas
Método do IHA
Como exemplo,
CHid “MUITO ÚMIDA”
Considerando a Condição Hídrica, CHid
400
16000
14000
300
Vazão [m3/s]
12000
200
10000
8000
100
6000
0
4000
-100
2000
0
Mínima 3 dias
Mínima 7 dias
Mínima 30 dias
Mínima - Máxima - Máxima - Máxima - Máxima 90 dias
1 dia
3 dias
7 dias
30 dias
-200
Dia da mínima
Dia da máxima
Vazão característica
Pré
Taxa de
crescimento
(m3/s/dia)
Pré
Pós
7
6
5
4
Dias
b)
Mínima 1 dia
3
2
1
0
N. Pulsos de vazão mínima
Pré
N. Pulsos de vazão máxima
Pós
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Duração dos pulsos de
vazão mínima
Duração dos pulsos de
vazão máxima
Pós
Pré
Pós
Taxa de
decréscimo
(m3/s/dia)
Número de
resersões
Balanço hídrico simplificado de um reservatório
Precipitação - P
Vazão afluente- VA
Evaporação -E
vertedouro
S
turbina
Vazão efluente-VE
Demanda - D
Infiltração - I
Equação:
S = VA + P- VE- Retiradas (D + E - I)
Corpo da barragem / barramento
BALANÇO HIDRICO NO RESERVATÓRIO DA UHE
SOBRADINHO – 1978 a 2000
Equação: Retiradas = VA + P- VE - S
50
Vazão média
30
Retiradas: 334 m³/s
20
10
VE -VS: 298 m³/s
0
Precip = 44 m³/s
Retirads [bi m³]
VE-VS [bi m³]
20
00
19
99
19
98
19
97
19
96
19
95
19
94
19
93
19
92
19
91
19
90
19
89
19
88
19
87
19
86
19
85
19
84
19
83
19
82
19
81
19
80
19
79
-10
19
78
Volume anual [bi m³]
40
Distribuição da chuva no baixo curso do RSFQuadra Nov/Fev
Legenda
#
UHEs
!(
lagoas
Nov a Fev
P [mm]
32,5 - 100
100,1 - 200
200,1 - 300
300,1 - 400
400,1 - 500
#
500,1 - 600
#
Sobradinho
Sobradinho
Itaparica
Moxoto
PA IVPA
I
PA II
PA III
Xingó
##
#
!( !( (!
(!
Distribuição da chuva no baixo curso do RSFQuadra Mar/Jun
Legenda
#
UHEs
!(
lagoas
Mar a Jun
P [mm]
61,5 - 100
100,1 - 200
200,1 - 300
300,1 - 400
400,1 - 500
500,1 - 600
600,1 - 700
#
700,1 - 805
#
Sobradinho
Sobradinho
Itaparica
Moxoto
PA IVPA
I
PA II
PA III
Xingó
##
#
!( !( (!
(!
Distribuição da chuva no baixo curso do RSFQuadra Jul/Out
Legenda
#
UHEs
!(
lagoas
Jul a Out
P [mm]
11,8 - 50
50,1 - 100
100,1 - 200
200,1 - 300
300,1 - 400
#
400,1 - 500
#
Sobradinho
Sobradinho
Itaparica
Moxoto
PA IVPA
I
PA II
PA III
Xingó
##
#
!( !( (!
(!
Vazão ecológica segundo os Métodos
Hidrológicos
•
Método da curva de permanência de vazões;
–
•
Outorga de uso da água – no RSF – 70%Q95 - ANA.
Método de Tennant (Montana);
Dezembro a Maio
Out,Nov,Jun a Set
Condição do rio
Enchente
Estiagem
Vazões máximas
200%
200%
60 – 100%
60 – 100%
Excelente
60%
40%
Muito bom
50%
30%
Bom
40%
20%
Fraco ou degradada
30%
10%
Pobre ou mínima
10%
10%
Faixa Ótima
Degradação severa
•
•
0 – 10%
Método da vazão aquática de base: utiliza vazão mediana do mês de
menor vazão do ano;
Método da mediana das vazões mensais;
Vazão ecológica segundo os Métodos Hidrológicos
Resumo comparativo das vazões [m³/s] para o mês crítico do período de estiagem
1939a1977
CHid
seca
CHid
média
CHid
úmida
CHid
muito úmida
QminHist (diária)
637
637
900
745
790
30%Q95 (diária) – remanescente da Outorga ANA
299
255
333
375
419
1326
971
1323
1498
1844
Tennant – Estiagem – Pobre ou mínima - 10%Qlp
291
208
278
335
449
Tennant – Estiagem – Muito bom - 30%Qlp
874
623
833
1005
1347
Aquática de base (mensal)
Qremanescente (CBHSF)
1300
Qmax mensal (CHid max) Qsetembro entre 978 e 1868 m³/s
Vazão ecológica segundo os Métodos Hidrológicos
10000
Variação
sazonalde
Método
da
Resumo
comparativo das vazões [m³/s] para o mês crítico
do período
cheia
Mediana
9000
1939a1977
8000
Vazão [m³/s]
7000
CHid
seca
CHid
média
CHid
úmida
CHid
muito úmida
6000
QmaxMed (mensal)
6215
3518
4919
6548
8733
Tennant
4000 – vazões máximas - 200%Qlp
5825
4150
5554
6699
8977
3000da Mediana (mensal)
Método
5022
3464
4730
6213
8751
2000
Qmáxima
– controle de cheia (diária)
8000
5000
1000
0
10
11
12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Mes
1939a1977
CHid seca
CHid úmida
CHid muito úmida
CHid média
Método Hidráulico – Perímetro Molhado – faltando consolidação do resultados
Definição da vazão ecológica
3 ÚLTIMAS ATIVIDADES DO SUB-PROJETO 1.1
Definição
de
ecológicas – fase I
vazões Aplicação dos métodos hidrológicos e outros para
definir vazões “ecológicas” – referências para
análises
OK
Avaliação das condições Avaliação da capacidade das estruturas de Por
físicas à reprodução das descargas das barragens para produzir as vazões fazer
vazões ecológicas
ecológicas
Definição
de
vazões Proposição e aplicação de método ecohidrológico,
ecológicas – fase II
considerando as informações decorrentes dos
demais projetos
??
OBRIGADO!!!
[email protected]
[email protected]