Operação de Reservatórios

Apresentação em tema: "Operação de Reservatórios"— Transcrição da apresentação:

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

2 O que é operação de reservatórios?

3 O Balanço Hídrico do Reservatório
St+1 = St + Pt + Qt – Et – Rt t é o intervalo de simulação atual e t+1 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 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 Operação de reservatórios
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 Operação de reservatórios
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 estratégia de operação de reservatórios
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 Manejo do Sistema Balanço: Oferta x Demanda
usuários sofram reduções mínimas de atendimento em caso de escassez hidrológica Níveis de Alerta como estratégia de operação de reservatórios

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

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

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

17 Definição de Níveis de Alerta Gerente ou Hidrólogo Responsável
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 o reservatório Gramame-Mamuaba
Nível de Alerta Estudo de caso: o reservatório Gramame-Mamuaba

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

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

23 Cenários de demandas (l/s)
ETA Gramame ETA Marés Rio Irrigação Total 1 1700 570 300 250 2820 2 155 2730 3 2160 4 85 75 1860 5 Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba

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

25 garantia integral do atendimento
Objetivo Cenário Nível 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 Nível de Alerta via Programação Dinâmica
Níveis de Alerta Estudo de caso: Gramame - Mamuaba

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

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

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

32 Planejamento da Operação
x Operação em Tempo Real

33 Nível de Alerta Simulação de cenários a curto prazo
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 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 x Operação em Tempo Real

35 Previsão Meteorológica Operação de Reservatórios
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 x Operação 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 x Operação 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 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 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 x Operação 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 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 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 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 Reservatório Epitácio Pessoa
Exemplo: Reservatório Epitácio Pessoa Caracterização do problema

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

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

51 Reservatório Epitácio Pessoa
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 Reservatório Epitácio Pessoa
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 Reservatório Epitácio Pessoa
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 Cenário II “sustentável”
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 Oferta média para abastecimento urbano e irrigação (m3s-1) 1,8 1,2 Operação de Reservatórios Exemplo: Epitácio Pessoa

55 Reservatório Epitácio Pessoa
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 rt desejadas Restrições: Balanço hídrico mensal: st+1 = st + it - et - rt Capacidade K e vol. Morto smín smín  st  K

59 Metodologia a) Armazenamento futuro: St = st / s*t
O momento e a quantidade do racionamento vão se relacionar através de regras com: a) Armazenamento futuro: St = st / s*t b) Escassez relativa média: Dm = Dt / n e Dt = (R*t – Rt) / R*t 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 ZO P M G MG VM GN GN MN PN ZO MB MN PN ZO PP B MN PN ZO PP MP M PN ZO PP MP GP N PP MP GP GP

62 Estudo de Caso

63 Dados de Entrada Curva Cota-Volume Série de vazões mensais afluentes
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 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