Apresenta

1
Operação de Reservatórios Carlos de Oliveira
Galvão Klécia Forte de Oliveira
2
O que é operação de reservatórios?
Operaçãodereservatórios
3
O Balanço Hídrico do Reservatório St1 St Pt
Qt Et Rt t é o intervalo de simulação atual
e t1 é o próximo St é o volume armazenado Pt é o
volume de água precipitado sobre o lago Qt é a
vazão afluente Et é o volume de água de
evaporação e infiltração Rt é o volume retirado
do reservatório para consumo Restrições o volume
máximo (ou a capacidade) K e o volume mínimo
(ou o volume morto) Smin Smin ? St ? K
Operaçãodereservatórios
4
Modelos de Simulação para Operação de
Reservatórios Simulam computacionalmente o
balanço hídrico do(s) reservatório(s), para
auxiliar na tomada de decisões sobre sua
operação.
Operaçãodereservatórios
5

• Componentes dos Modelos de Simulação
• Variáveis de entrada são as quantidades
  hidrológicas (vazões afluentes, evaporação do
  lago), as demandas, os limites operacionais dos
  níveis do reservatório, etc.
• Variáveis de estado variam durante a simulação,
  como os volumes armazenados nos reservatórios.
• Variáveis de saída respostas da simulação, como
  as vazões liberadas para atendimento de uma certa
  demanda ou a escassez do sistema.

Operaçãodereservatórios
6

• Componentes dos Modelos de Simulação
• Parâmetros variáveis que caracterizam o
  sistema, como o volume mínimo e a curva
  cota-área-volume do reservatório.
• Intervalo de tempo de simulação intervalos
  mensais para estudos de conservação e intervalos
  diários para controle de cheias são os mais
  utilizados.

Operaçãodereservatórios
7

• Políticas de Operação
• Níveis e volumes metas definidos os níveis
  desejados para o reservatório, o operador tenta
  mantê-los enquanto satisfaz as demandas. Esta
  política é conhecida como curva-guia.
• Curvas-guia condicionadas as regras
  operacionais são função não só das curvas-guia
  como das previsões de vazões afluentes.

Operaçãodereservatórios
8

• Políticas de Operação
• Zoneamento múltiplo de níveis várias zonas de
  armazenamento são definidas e a cada uma
  corresponde um critério de liberação de água para
  consumo. Os reservatórios têm seus volumes
  armazenados alocados em faixas horizontais
  imaginárias, uma das quais é delimitada
  superiormente pelo nível de alerta. A política
  permite definir uma escala de prioridades de
  armazenamento para cada zona estabelecida.

Operaçãodereservatórios
9
Níveis de Alerta como estratégia de operação de
reservatórios
10

• Cenário do Abastecimento de Água
• Demanda crescente
• Diminuição da disponibilidade hídrica
• Possibilidade de colapso dos sistemas

Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
11
Manejo do Sistema
Balanço Oferta x Demanda usuários sofram
reduções mínimas de atendimento em caso de
escassez hidrológica
Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
12
Solução emergencial Racionamento de água
Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
13

• Motivação
• Racionamento
• Início?
• Fim?
• Quanto?
• Garantia da qualidade da água

Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
14

• Nível de Alerta
• quando o volume acumulado no reservatório
  estiver abaixo do seu "nível ou volume de
  alerta", passa-se a racionar água, atendendo
  apenas uma parcela da demanda total prevista.
• o objetivo implícito no conceito de nível de
  alerta é o de proporcionar ao sistema, sempre, o
  atendimento de alguma demanda, evitando o colapso
  total.

Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
15

• Nível de Alerta
• Nível/volume do reservatório abaixo do qual
  implanta-se o racionamento
• Define o início, o final e a magnitude do
  racionamento
• Aumenta alcance do abastecimento

Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
16
Nível de Alerta
Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
17
Definição de Níveis de Alerta Decisão
final Gerente ou Hidrólogo Responsável
Modelos de simulação ou otimização
Bom conhecimento Do comportamento hidrológico do
sistema, dos procedimentos operacionais do
reservatório, do comportamento dos usuários e dos
modelos utilizados
Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
18

• Estabelecimento de níveis de alerta
• Volume mínimo, máximo e inicial
• curva C-A-V
• - séries históricas de vazões
• evaporação sobre o lago
• demandas de água atuais

Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
19
Nível de Alerta Nível de alerta Nível de
racionamento de água Redução do atendimento
Níveis deAlertacomoestratégiadeoperaçãodere
servatórios
20
Nível de Alerta Estudo de caso o reservatório
Gramame-Mamuaba
21

• Conflitos de Uso
• ETA Gramame
• ETA Marés
• a montante projetos de irrigação
• a jusante preservação dos ecossistemas
  (descargas de efluentes de indústrias)

Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
22
Demandas para o Sistema
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
23
Cenários de demandas (l/s)
Cenário ETA Gramame ETA Marés Rio Irrigação Total
1 1700 570 300 250 2820
2 1700 570 300 155 2730
3 1700 300 155 2160
4 1700 85 75 1860
5 1700 1700
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
24
Simulações Modelo HEC-3 - Zoneamento múltiplo
dos níveis - Escala de prioridades de
armazenamento para cada zona
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
25
Objetivo
Cenário Nível de alerta garantia integral
do atendimento
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
26
Nível de Alerta via HEC-3
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
27
Nível de Alerta via Programação Dinâmica
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
28
Nível de Alerta via Programação Dinâmica
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
29
Nível de Alerta via Programação Dinâmica
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
30
Nível de Alerta via Programação Dinâmica
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
31
Nível de Alerta via Programação Dinâmica
Níveis deAlerta Estudode casoGramame
- Mamuaba
32
Planejamento da Operação x Operação em Tempo Real
33
Nível de Alerta horizonte de planejamento
diretrizes de referência Simulação de
cenários a curto prazo horizonte de
gerenciamento alternativas de decisão
para operação em tempo real
Planejamento da Operação xOperação em Tempo Real
34

• Horizonte de Gerenciamento
• Reavaliação das diretrizes de referência
• Simulações
• várias estratégias operacionais (níveis de
  alerta)
• vários cenários hidrológicos (previsão climática
  e hidrológica)

Planejamento da Operação xOperação em Tempo Real
35
Previsão Meteorológica x Operação de Reservatórios
36

• Previsão Meteorológica
• Significativo progresso no desenvolvimento de
  sistemas de previsão meteorológica de longo
  prazo.
• Contribuem para a integração de dados a
  modelagem hidrológica distribuída e os sistemas
  de geoprocessamento.

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
37

• Previsão Meteorológica
• Nas regiões tropicais, os mecanismos oceânicos
  e atmosféricos que determinam a maior parte da
  variabilidade climática interanual já estão
  razoavelmente caracterizados, dando origem a
  diversos métodos de previsão de longo prazo da
  precipitação.

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
38

• Previsão Meteorológica
• Prever o comportamento da precipitação nas
  principais estações chuvosas do ano
• Previsão climática de curto prazo,
• sazonal,
• da variabilidade interanual, etc

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
39

• Previsão Meteorológica
• Aproveitamento da previsão meteorológica em
  recursos hídricos
• Dificuldades
• diferença de escalas, espacial e temporal, entre
  os processos que controlam o clima no horizonte
  sazonal e os processos hidrológicos relevantes ao
  manejo de recursos hídricos

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
40

• Previsão Climática no Nordeste
• Regime climático das 4 sub-regiões (norte, leste
  e sul do NEB e pré-Amazônia)

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
Sub-regiões climáticas do Nordeste do Brasil
(adaptada de Nobre e Molion, 1988, e Cadier,
1994).
41

• Previsão Climática no Nordeste
• Mecanismos de geração de precipitação
• - as frentes frias e os ventos alta subtropical
• El Nino
• zona de convergência secundária
• posição da ZCIT
• variação da TSM
• gradiente de temperatura norte-sul
• etc

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
42

• Previsão Climática no Nordeste
• Previsão de precipitação sazonal
• Previsão da variabilidade interanual da
  precipitação na região sob várias abordagens
• modelos univariados
• regressão múltipla e outros modelos
  multivariados
• Modelos de Circulação Global (MCGs) e
• análise conceitual subjetiva de padrões das
  principais variáveis atmosféricas e oceânicas

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
43

• Previsão Climática no Nordeste
• Previsão de precipitação sazonal
• Uso em manejo de recursos hídricos ? tipo de
  informação
• Categorizados ? probabilísticos
• ? não probabilísticos
• Pontuais ? probabilístico
• ? não probabilísticos

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
44

• Previsão Climática no Nordeste
• Previsão de precipitação sazonal
• Uso em manejo de recursos hídricos ? tipo de
  informação
• Categorizados ? probabilísticos
• ? não probabilísticos
• Pontuais ? probabilístico
• ? não probabilísticos

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
45

• Previsão Climática no Nordeste
• Aplicação da previsão a operação de reservatórios
• Pouco se utiliza previsões de vazões e/ou
  volumes escoados sazonais
• Prática corrente disseminar aos usuários, a
  partir da pré-estação chuvosa, a previsão de
  precipitação

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
46

• Previsão x Armazenamento
• Métodos de previsão de precipitação previsão
  apresentada em três ou cinco categorias
• Probabilidades de ocorrência para cada uma das
  cinco categorias, para a próxima estação chuvosa
• Incerteza associada à previsão

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
47

• Previsão x Armazenamento
• Métodos de previsão de precipitação
• Diferentes formatos de entrada nos modelos
  hidrológicos
• Reamostragem estatística ? série sintética

Previsão Meteorológica xOperação de Reservatórios
48
Exemplo Reservatório Epitácio Pessoa Caracteriza
ção do problema
49
Exemplo Reservatório Epitácio Pessoa Armazenamen
to histórico no açude
Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
50
Exemplo Reservatório Epitácio Pessoa Retiradas
de água e perdas por evaporação em 1998-2000 no
açude
Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
51

• Exemplo
• Reservatório Epitácio Pessoa
• Metodologia de análise
• Identificação das práticas de gestão
• Proposição de práticas sustentáveis de gestão de
  recursos hídricos
• Simulação, em um modelo matemático de operação
  do reservatório Boqueirão, de cenários de gestão

Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
52

• Exemplo
• Reservatório Epitácio Pessoa
• Resultados e discussão
• A ausência de uma gestão adequada da demanda
• Construção descontrolada de outros reservatórios
  na bacia hidrográfica a montante
• Monitoramento deficiente
• Confuso contexto institucional de gestão de
  recursos hídricos

Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
53

• Exemplo
• Reservatório Epitácio Pessoa
• Práticas sustentáveis de gestão na bacia
  hidrográfica
• Controle das demandas urbanas
• Controle do uso de fertilizantes e produtos
  químicos nas áreas agrícolas
• Controle da ação antrópica na bacia hidrográfica
• Monitoramento adequado
• Criação e consolidação do Comitê da bacia
  hidrográfica do reservatório

Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
54
Exemplo Reservatório Epitácio Pessoa Simulação
? Dois cenários de gestão
Indicador Cenário I corrente Cenário II sustentável
Armazenamento mínimo (milhões m3) 44 99
Meses com redução de oferta para abastecimento urbano () 24 7
Redução média da oferta para abastecimento urbano () 33 15
Anos com redução de oferta para irrigação () 20 20
Oferta média para abastecimento urbano e irrigação (m3s-1) 1,8 1,2
Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
55
Exemplo Reservatório Epitácio Pessoa Simulação
do armazenamento do reservatório
Operação de Reservatórios Exemplo Epitácio Pesso
a
56
Níveis de alerta dinâmicos representação do
padrão de racionamento de água em reservatórios
através de regras
57

• Objetivos
• Ampliar o conceito de nível de alerta definindo
  o momento do racionamento e a quantidade
• Como através de regras que os relacionam com o
  armazenamento do reservatório e a escassez futura
  de água ? Lógica Difusa

58

• Formulação do Problema
• A operação do reservatório visa encontrar as
  liberações rt desejadas
• Restrições
• Balanço hídrico mensal
• st1 st it - et - rt
• Capacidade K e vol. Morto smín
• smín ? st ? K

59

• Metodologia
• O momento e a quantidade do racionamento vão se
  relacionar através de regras com
• a) Armazenamento futuro
• St st / st
• b) Escassez relativa média
• Dm ?Dt / n e Dt (Rt Rt) / Rt
• S e Dm são transformados em valores
  difusos

60

• Variáveis de Decisão
• Valores difusos expressam os numéricos em
  expressões qualitativas

61

• Variáveis de Decisão
• Regras para mudança no nível de controle

ARMAZENAMENTO S ESCASSEZ MÉDIA Dm ESCASSEZ MÉDIA Dm
ARMAZENAMENTO S ZO P M G MG
VM GN GN MN PN ZO
MB GN MN PN ZO PP
B MN PN ZO PP MP
M PN ZO PP MP GP
N ZO PP MP GP GP
62
Estudo de Caso
63

• Dados de Entrada
• Evaporação
• Curva Cota-Volume
• Série de vazões mensais afluentes
• Demanda mensal
• Armazenamentos mínimo, máximo e inicial
• Armazenamentos desejados mensais
• Racionamento máximo

64

• Cenários
• Dois cenários
• Cenário 1 sem controle da água
• Cenário 2 com restrição da demanda
  (racionamento)
• Antes de atingir o vol. morto (situação de
  colapso) ? situação crítica vol lt 100 milhões de
  m3, qualidade da água comprometida

65
Resultados Atendimento às demandas
66
Resultados Escassez e falhas
67
Resultados Armazenamento
68

• Conclusões
• É possível estender a duração do atendimento às
  demandas pelo reservatório, evitando-se situações
  de colapso, através do racionamento preventivo
• O caráter plurianual do reservatório determina o
  padrão do racionamento
• O racionamento proposto pelo modelo de Lógica
  Difusa é suave e gradual.

69

• Conclusões
• O modelo é um instrumento para a gestão dos
  recursos hídricos
• Deve ser utilizado como ferramenta para o
  planejamento da operação do reservatório, cabendo
  ao gestor, em tempo real, a tomada de decisão,
  determinando o quanto e quando racionar.

70

• Melhoria no Ajuste do Modelo
• Estes resultados poderiam ainda ser modificados
  buscando-se outros conjuntos de regras.
• O melhor conjunto seria aquele que produzisse
  melhores resultados de minimização de escassez
  relativa total, escassez relativa média mensal,
  escassez relativa máxima, número de meses com
  escassez e volume extravasado e maximização do
  armazenamento mínimo.

71
Comentários Finais A gestão operacional,
administrativa e financeira das redes de
abastecimento supridas pelo manancial deve
considerar os riscos de redução de oferta. A
representação dos gestores no Comitê da Bacia
pode assegurar a sustentabilidade da oferta de
água, assim como a representação da sociedade
civil no Comitê tenderá a pressionar os gestores
das redes a manter níveis suportáveis de perdas
físicas nos sistemas de distribuição.
Operação de Reservatórios Conclusões
72
Comentários Finais Os sistemas de apoio à
decisão para formulação e simulação de cenários
de gestão integrada oferta-demanda são
ferramentas tecnológicas muito úteis na tomada de
decisão e resolução de conflitos pelo Comitê da
Bacia.
Operação de Reservatórios Conclusões