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ELABORAÇÃO DO ESTUDO MODELAGEM QUANTITATIVA E QUALITATIVA DE TRECHOS DE RIO EM BACIAS HIDROGRÁFICAS CONSIDERADAS CRÍTICAS
  
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Cliente: Agência Nacional de Águas – ANA

Período: fevereiro de 2014 - maio de 2016

Descrição do Projeto

Projeto prioritário no âmbito do Programa de Desenvolvimento do Setor Água – Interáguas, financiado pelo Banco Internacional para a Reconstrução e o Desenvolvimento – BIRD, este estudo teve como objetivo aperfeiçoar a qualidade da informação referente ao balanço hídrico quali-quantitativo realizado para os trechos de rios de domínio da União identificados como críticos pela ANA – conforme descrito em Nota Técnica (NT 002/2012/SPR/SRE-ANA). As Regiões Hidrográficas nas quais foram identificados esses trechos – que constituíram a área de abrangência do estudo – são as do Atlântico Leste, Atlântico Sudeste, Atlântico Sul, Paraná, São Francisco, Tocantins-Araguaia e Uruguai. O estudo avançou na determinação das demandas consuntivas, no refinamento da base hidrográfica ottocodificada, no cálculo da disponibilidade hídrica superficial, na modelagem de qualidade da água, no balanço hídrico e no refinamento dos critérios de classificação de criticidade.

Descrição dos Serviços

I. PRODUÇÃO DE BASE DE DADOS

1. Análise dos Estudos e Sistemas Existentes e Compilação dos Dados

  • Levantamento de dados secundários disponíveis na ANA e outras instituições.
  • Sistematização e organização das informações levantadas que servirão de base para a construção dos modelos matemáticos e da base geográfica.
  • Levantamento de subsídios para a construção do cenário das áreas especiais de gestão.

2. Produção da Rede Hidrográfica Ottocodificada

  • Análise do material fornecido pela ANA sobre a hidrografia a ser ottocodificada para decidir o procedimento com relação às bacias codificadas em escala maior que 1:250.000.
  • Vetorização dos trechos identificados em escala 1:250.000 ou maior, delimitando os nós, eliminando os polígonos referentes a reservatórios, lagos ou lagoas, trechos largos de rios, etc., transformando-os em linha única, eliminando os trechos desconexos e confluências duplas, entre outras verificações de topologia; e definição dos limites das ottobacias com base no Modelo Digital de Elevação e na hidrografia em escala 1:250.000.
  • Identificação e ottocodificação das ottobacias e trechos.
  • Consolidação da base ottocodificada, com a composição das diversas bacias processadas em arquivos (shapefiles) únicos, um para os trechos e outro para as ottobacias.

3. Determinação dos Usos e Demandas de Água

  • Elaboração de estimativas da demanda hídrica para irrigação, abastecimento urbano e rural, indústria, dessedentação de animais, diluição de efluentes e usos não consuntivos.

II. ANÁLISE DA DISPONIBILIDADE HÍDRICA

1. Levantamento e Seleção de Dados

  • Análise e compilação de dados e resultados de estudos anteriores.
  • Levantamento e caracterização de interferências hidráulicas existentes nas bacias de interesse para os estudos ou que afetem significativamente o regime de vazões dos seus corpos hídricos, tais como a transposição e derivação hídrica e conjuntos de açudes.
  • Caracterização climática com base na coleta e sistematização de informações para determinação dos os parâmetros médios principais do clima.

2. Estudos Pluviométricos

  • Coleta, tratamento e análise de dados.
  • Preparação da base de dados pluviométricos.
  • Elaboração de mapas de isoietas médias mensais e anuais para cada bacia.

3. Estudos Fluviométricos

  • Coleta, tratamento e análise de dados.

4. Estimativa da Disponibilidade Hídrica Superficial

  • Estudos de regionalização hidrológica e vazões de referência; análise e definição de regiões com comportamento hidrológico homogêneo.
  • Estimativa das vazões de referência nas bacias de interesse e avaliação da continuidade das vazões ao longo da rede de drenagem, principalmente nos limites das regiões homogêneas.
  • Definição das disponibilidades hídricas superficiais; para o enfoque baseado em séries de vazões mensais, representação da disponibilidade hídrica com valores variáveis e mensais.
  • Organização da base de dados de vazões características.

5. Campanhas de Monitoramento de Qualidade da Água

  • Pré-determinação de ao menos cinco pontos de amostragem ao longo dos trechos críticos para medição de vazão e monitoramento da qualidade da água, considerando a acessibilidade e pontos notáveis, como lançamentos de efluentes ou barramentos.
  • Realização das campanhas considerando a localização dos pontos dos trechos críticos, e definição do método acústico para medição das vazões e parâmetros a serem coletados.
  • Consolidação dos dados de vazão, das análises realizadas em campo e dos dados de laboratório por bacia e por campanha que servirão de base para a calibração do modelo no nível 2 de detalhamento e para a análise estatística de sazonalidade dos impactos das cargas poluentes atuais nos corpos d’água.

6. Calibração e Modelagem

  • Seleção do modelo AcquaNet para os níveis 1 e 2 de detalhamento, criado pelo Laboratório de Sistemas de Suporte a Decisões em Engenharia Ambiental e de Recursos Hídricos – LabSid da Universidade de São Paulo – USP. adaptado para o presente estudo.
  • Definição da rede de fluxo para os níveis 1 e 2 de modelagem com base na ottocodificação na escala 1:250.000, minimamente para os trechos de rio ottocodificados sendo as cargas e vazões alocadas nas bacias de contribuição direta de cada ottotrecho; determinação dos cursos d’água em trecho lêntico paras que o modelo considere sua influência nas simulações da qualidade da água; para o nível 2 de modelagem, os ottotrechos são subdivididos de forma a representar pontos notáveis, como lançamento de efluentes ou barramentos.
  • Carregamento com os dados referentes às vazões naturais, vazões regularizadas, vazões lançadas e captadas e cargas lançadas ao longo de cada trecho da malha hídrica simulada, conforme metodologia acordada com a equipe técnica da ANA.
  • Simulações com coeficientes de literatura e comparados os resultados com os dados das campanhas de campos de vazões e qualidade da água para calibração do modelopara o nível 2 de detalhamento, tanto para o período de seca como para o período de chuvas.

7. Estimativa da Disponibilidade Hídrica Qualitativa

  • Verificação do impacto das cargas atuais na qualidade das águas em cada trecho da rede de fluxo, tendo como referência os padrões do enquadramento dos cursos d’água; a simulação com o modelo AcquaNet permite que se elaborem curvas de risco de impacto, estimando-se percentuais de tempo em que a classe de enquadramento é comprometida por cada parâmetro e para cada trecho de rio, tanto no nível 1 como no nível 2 de detalhamento.
  • Cálculo da disponibilidade hídrica qualitativa para cada trecho, considerando o decaimento dos poluentes em ambientes lênticos.
  • Avaliação do impacto sazonal nos trechos críticos monitorados, aplicando-se métodos estatísticos de teste de hipótese para verificação dos efeitos das chuvas na qualidade da água e comparação dos impactos no período de seca e período de chuvas.

III. DETERMINAÇÃO DO BALANÇO HÍDRICO

1. Determinação do Balanço Hídrico Quantitativo

  • Carga de dados da disponibilidade de recursos: a partir dos levantamentos de dados sobre as séries de vazões observadas disponíveis, estas são distribuídas em relação às ottobacias e georreferenciadas aos nós da modelagem.
  • Carga de dados das demandas e de seus atributos: a partir dos levantamentos existentes e dos levantamentos de campo complementares, as demandas são espacializadas em termos das ottobacias e dos nós da modelagem.
  • Definição das restrições e regras operacionais para o balanço hídrico: como parte da preparação da modelagem para a execução do balanço hídrico, a bacia hidrográfica na qual se inserem os trechos críticos a serem estudados é analisada em termos das suas regras operacionais e dos dispositivos hidráulicos construídos que interferem com o escoamento natural;
  • Calibração do balanço hídrico quantitativo: a calibração do modelo é feita comparando-se os seus resultados iniciais com resultados esperados ou com situações registradas anteriormente.
  • Análise e espacialização dos resultados: calibrado o modelo, os resultados são analisados para toda a série histórica hidrológica simulada e determinam-se as curvas de permanência de vazões e as curvas de permanência de atendimento às demandas para as diferentes seções de controle que compõem a rede de simulação.

2. Determinação do Balanço Hídrico Qualitativo

  • Carga de dados das cargas e concentrações de poluentes afluentes: a partir do levantamento de dados do monitoramento das águas e da caracterização das demandas, os dados de cargas e concentrações de poluentes são inseridos na modelagem tendo como referência as ottobacias e os nós da rede de simulação.
  • Carga de dados dos dispositivos de tratamento de efluentes, na forma de percentual de redução de cargas associada à demanda: os dados da eficiência dos processos de tratamentos, principalmente dos esgotos domésticos e industriais, são objeto do trabalho na fase de levantamento de dados; compiladas a analisadas estas informações, estas serão inseridas na modelagem na condição de atributos das demandas hídricas.
  • Análise das metas para o enquadramento dos corpos de água em classes de uso, quando existentes: tendo em vista a avaliação dos resultados do balanço hídrico qualitativo, durante a fase de levantamento de dados são conhecidos e analisados os planos das diferentes bacias hidrográficas em termos do enquadramento dos corpos d’água em classes de uso.
  • Calibração do balanço hídrico qualitativo: assim como no caso do balanço hídrico quantitativo, é feia a calibração do modelo em relação aos resultados do modelo de qualidade, levando em conta os dados de monitoramento existentes, as campanhas de campo executadas e eventos anteriormente identificados e registrados em termos de vazões e concentrações de poluentes observadas.
  • Análise e espacialização dos resultados: os resultados do balanço hídrico qualitativo são espacializados e os resultados, para as diferentes seções de controle, serão apresentados na forma das curvas de permanência de concentração para os diferentes poluentes que fazem parte da modelagem matemática de qualidade das águas; a análise dos resultados também poderá se dar, conforme proposto dos TDR.

3. Determinação do Balanço Hídrico Quali-Quantitativo

  • Espacialização dos resultados do balanço hídrico quali-quantitativo: agregação dos resultados dos balanços hídricos realizados, verificando-se as criticidades em termos de qualidade e quantidade.
  • Apresentação e análise dos resultados tendo em vista as informações disponibilizadas, por seção de controle da modelagem, do balanço hídrico quali-quantitativo.
  • Análise da gravidade dos problemas encontrados, tendo em vista a magnitude e as probabilidades de ocorrência e os esforços necessários para a solução das desconformidades apontadas nos cálculos.

IV. DETERMINAÇÃO DOS NOVOS TRECHOS CRÍTICOS

1. Identificação dos Trechos Críticos com base na NT 002/2012/SPR/SER-ANA

  • Análise dos resultados do Balanço Hídrico quali-quantitativo e comparação com as conclusões da NT 002/2012.
  • Identificação das causas que determinaram possíveis diferenças entre as conclusões de ambos os estudos.

2. Confrontação dos resultados com outras metodologias de determinação de criticidade

  • Levantamento de estudos semelhantes executados em outras experiências de análise de trechos críticos de rios em bacias hidrográficas para fins de comparação.
  • Análise dos estudos e compreensão de seus objetivos e das metodologias gerais adotadas.
  • Análise dos estudos com relação aos indicadores que compõem a avaliação global e em relação às formas e metodologias de obtenção e processamento dos dados e informações.
  • Análise da aplicabilidade tendo em vista as necessidades da ANA, principalmente no que concerne à possibilidade de replicar as metodologias em um universo amplo de bacias hidrográficas.
  • Recomendações e sugestões para serem incorporadas como adequações ao modelo utilizado pela ANA.

3. Proposições de adequações metodológicas aos critérios de classificação de trechos críticos

  • Caracterização dos aperfeiçoamentos e adequações introduzidas no âmbito do presente contrato de prestação de serviços.
  • Avaliação da possibilidade de incorporá-los às metodologias empregadas pela ANA, na forma de adequações aos procedimentos adotados na elaboração do NT 002/2012/SPR/SER-ANA.
  • Avaliação das proposições constantes em outras experiências analisadas.
  • Estruturação das novas proposições e novos critérios de classificação das áreas críticas, que poderiam orientar futuros ciclos de planejamento e de avaliação.

V. CONSTRUÇÃO DO BANCO DE DADOS

1. Concepção da Modelagem

  • Desenvolvimento e homologação do Sistema de Suporte à Decisão e validação e verificação dos modelos utilizando uma bacia piloto.

2. Estruturação dos Dados e Desenvolvimento do Modelo

  • Definição dos tipos e formatos de arquivos, nomes e características dos campos e atributos, com base na análise de dados sobre: séries de vazões naturais e proporções nas sub-bacias; usos e demandas por tipo (abastecimento humano, dessedentação de animais, agricultura e industrial); reservatórios; transposições de bacias; qualidade da água; e uso do solo.
  • Desenvolvimento propriamente dito da ferramenta, compreendendo a criação de interface gráfica, integração com os modelos matemáticos, bem como a manipulação e manutenção dos cenários e apresentação de resultados.

3. Implantação do Banco de Dados no Ambiente ANA



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