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Operação de Reservatórios Carlos de Oliveira Galvão Klécia Forte de Oliveira.

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Apresentação em tema: "Operação de Reservatórios Carlos de Oliveira Galvão Klécia Forte de Oliveira."— Transcrição da apresentação:

1 Operação de Reservatórios Carlos de Oliveira Galvão Klécia Forte de Oliveira

2 O que é operação de reservatórios? Operação de reservatórios

3 O Balanço Hídrico do Reservatório S t+1 = S t + P t + Q t – E t – R t t é o intervalo de simulação atual e t+1 é o próximo S t é o volume armazenado P t é o volume de água precipitado sobre o lago Q t é a vazão afluente E t é o volume de água de evaporação e infiltração R t é o volume retirado do reservatório para consumo Restrições: o volume máximo (ou a capacidade) K e o volume mínimo (ou o volume morto) S min : S min S t K Operação de reservatórios

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. Operação de reservatórios

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. Operação de reservatórios

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. Operação de reservatórios

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. Operação de reservatórios

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. Operação de reservatórios

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 de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

11 Balanço: Oferta x Demanda usuários sofram reduções mínimas de atendimento em caso de escassez hidrológica Manejo do Sistema Níveis de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

12 Solução emergencial Racionamento de água Níveis de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

13 Motivação Racionamento: – Início? – Fim? – Quanto? – Garantia da qualidade da água Níveis de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

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 de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

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 de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

16 Nível de Alerta Níveis de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

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 de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

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 de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

19 Nível de Alerta Nível de alerta Nível de racionamento de água Redução do atendimento Níveis de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

20 Nível de Alerta Estudo de caso: o reservatório Gramame-Mamuaba

21 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba Conflitos de Uso ETA Gramame ETA Marés a montante: projetos de irrigação a jusante: preservação dos ecossistemas (descargas de efluentes de indústrias)

22 Demandas para o Sistema Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba

23 Cenários de demandas (l/s) Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba CenárioETA Gramame ETA Marés RioIrrigaçãoTotal

24 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba Simulações Modelo HEC-3 - Zoneamento múltiplo dos níveis - Escala de prioridades de armazenamento para cada zona

25 Objetivo Objetivo CenárioNível de alerta garantia integral do atendimento Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba

26 Nível de Alerta via HEC-3 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba

27 Nível de Alerta via Programação Dinâmica Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba

28 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba Nível de Alerta via Programação Dinâmica

29 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba Nível de Alerta via Programação Dinâmica

30 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba Nível de Alerta via Programação Dinâmica

31 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba Nível de Alerta via Programação Dinâmica

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 x Operação em Tempo Real

34 Planejamento da Operação x Operação em Tempo Real Horizonte de Gerenciamento Reavaliação das diretrizes de referência Simulações várias estratégias operacionais (níveis de alerta) vários cenários hidrológicos (previsão climática e hidrológica)

35 Previsão Meteorológica x Operação de Reservatórios

36 Previsão Meteorológica x Operação de Reservatórios 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.

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 x Operação de Reservatórios

38 Previsão Meteorológica Prever o comportamento da precipitação nas principais estações chuvosas do ano lim Previsão climática de curto prazo, sazonal, da variabilidade interanual, etc Previsão Meteorológica x Operação 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 x Operação de Reservatórios

40 Previsão Climática no Nordeste Regime climático das 4 sub-regiões (norte, leste e sul do NEB e pré-Amazônia) Previsão Meteorológica x Operação de Reservatórios Sub-regiões climáticas do Nordeste do Brasil (adaptada de Nobre e Molion, 1988, e Cadier, 1994).

41 Previsão Meteorológica x Operação de Reservatórios 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

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 x Operação 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 x Operação 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 x Operação 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 x Operação 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 x Operação de Reservatórios

47 Previsão x Armazenamento Métodos de previsão de precipitação: Diferentes formatos de entrada nos modelos hidrológicos Reamostragem estatística série sintética Previsão Meteorológica x Operação de Reservatórios

48 Exemplo: Reservatório Epitácio Pessoa Caracterização do problema

49 Exemplo: Reservatório Epitácio Pessoa Armazenamento histórico no açude Operação de Reservatórios Exemplo: Epitácio Pessoa

50 Exemplo: Reservatório Epitácio Pessoa Retiradas de água e perdas por evaporação em no açude Operação de Reservatórios Exemplo: Epitácio Pessoa

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 Pessoa

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 Pessoa

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 Pessoa

54 Exemplo: Reservatório Epitácio Pessoa Simulação Dois cenários de gestão Indicador Cenário I corrente Cenário II sustentáv el Armazenamento mínimo (milhões m 3 )4499 Meses com redução de oferta para abastecimento urbano (%) 247 Redução média da oferta para abastecimento urbano (%) 3315 Anos com redução de oferta para irrigação (%)20 Oferta média para abastecimento urbano e irrigação (m 3 s -1 ) 1,81,2 Operação de Reservatórios Exemplo: Epitácio Pessoa

55 Exemplo: Reservatório Epitácio Pessoa Simulação do armazenamento do reservatório Operação de Reservatórios Exemplo: Epitácio Pessoa

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 r t desejadas Restrições: – Balanço hídrico mensal: s t+1 = s t + i t - e t - r t – Capacidade K e vol. Morto s mín s mín s t K

59 Metodologia O momento e a quantidade do racionamento vão se relacionar através de regras com: a) Armazenamento futuro: S t = s t / s * t b) Escassez relativa média: D m = D t / n e D t = (R * t – R t ) / R * t S e D m 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 D m ZOP M G MG VMGNGN MN PN ZO MBGNMN PN ZO PP BMNPN ZO PP MP MPNZO PP MP GP NZOPP 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 < 100 milhões de m 3, 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


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