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Ação 3: Desenvolvimento de estudos hídricos
superficiais.
Equipe:
Coordenador:
Fernando Falco Pruski
Estudantes de Doutorado:
José Rui de Castro Sousa - Cientista da Computação
Josiane Rosa Silva de Oliveira - Engenheira Agrícola e Ambiental
Lígia de Oliveira Serrano - Engenheira Agrícola e Ambiental
Maria Camila Alves Ramos - Engenheira Agrícola e Ambiental
Rayssa Balieiro Ribeiro - Engenheira Agrícola e Ambiental
Tarcila Neves Generoso – Engenheira Ambiental
Mestre:
João Felipe de Souza - Cientista da Computação
Estagiários:
Andresa Braga Oliveira - Graduanda em Engenharia Ambiental
Cristiane Júlio Gonçalves - Graduanda em Engenharia Ambiental
Luís Antônio Santos Gonçalves Júnior – Graduando em Ciência da Computação
USOS POTENCIAIS DA ÁGUA
- Abastecimento humano;
- Dessedentação animal;
- Abastecimento industrial;
- Irrigação;
- Geração de energia;
- Navegação;
- Diluição efluentes
- Lazer;
- Outros.
PEGADA HÍDRICA
• A pegada hídrica se
baseia no conceito de
“água virtual”, pois a
maioria da água usada
para a produção não
está contida no produto.
• PH de uma pessoa:
soma das PHs direta e
indireta.
Hoekstra et al. 2011
PEGADA HÍDRICA
• Volume de água total usado na produção de bens e
serviços:
– PH direta: consumo e poluição da água usada em casa
(cerca de 150 a 200 L/hab/d).
– PH indireta: consumo e poluição da água usada na
produção de bens e serviços (alimentação, vestuário,
consumo de bens industriais, etc.).
• PH média da humanidade: 3.800 L/hab/d.
• PH média do Brasil: 5.500 L/hab/d.
• Consumo de um vegetariano: 2.600 L/hab/d.
PEGADA HÍDRICA
15.500
6.100
5.000
4.800
3.900
3.300
1.000
1.300
900
250
0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000
Volume de água (L kg-1)
CRESCIMENTO POPULACIONAL
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060
Bilhões
2050
1987
1927
2011
De acordo com o relatório das Nações Unidas sobre
desenvolvimento dos recursos hídricos (2016), a
demanda mundial por alimentos vai crescer 60%,
enquanto a demanda de água vai crescer cerca de 55%
até 2050.
Como consequência...
NECESSIDADE DE USO MAIS
RACIONAL PARA REDUZIR A
SUBSTITUIÇÃO DE ÁREAS ANTES
OCUPADAS COM COBERTURA
NATIVA POR ÁREAS DE PRODUÇÃO
IRRIGAÇÃO
• Adequação do uso da água pela irrigação não está associada
apenas ao aumento da eficiência do sistema de irrigação, mas,
sobretudo, ao uso em locais em que a disponibilidade seja
suficiente para suprir a demanda;
• De acordo com o relatório das Nações Unidas sobre
desenvolvimento dos recursos hídricos (2009), tem-se 275
milhões de hectares irrigados, correspondentes a cerca de 20% das
terras cultivadas, produzindo 40% da produção agrícola mundial.
ESCASSEZ HÍDRICA
• Escassez  associada a situações em que a disponibilidade
é insuficiente para atender as demandas e manter as
condições ambientais necessárias.
• Caracterização  requer conhecimento da disponibilidade e
demandas. Pode também decorrer de aspectos qualitativos.
• Disponibilidade natural  avaliada pelas vazões mínimas.
• Disponibilidade potencial  representada pela vazão
média de longa duração.
GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS
• Unidade básica de planejamento  deve ser a bacia e
não a hidrografia.
• Hidrografia  sistema circulatório da bacia. O corpo é a
bacia.
• Consideração das áreas rurais tem um papel essencial, pois
embora a irrigação responda por cerca de 70% do consumo
de água, é nestas áreas que se potencializa a produção de
água com regularidade.
GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS
Elaborar, para as bacias dos rios Corrente,
Grande e Carinhanha, com base nas experiências
adquiridas pelo GPRH/UFV, um produto similar ao
obtido no “Estudo de Regionalização de Vazão
para o Aprimoramento do Processo de Outorga no
Estado de Minas Gerais”, e por meio do qual seja
possível obter um sistema computacional
automatizado que permita, a partir da identificação
da seção de interesse ao longo da hidrografia, a
estimativa das vazões média de longa duração e
das vazões mínimas (Q90 e Q95).
Objetivo
Aquisição da base de dados
Base do estudo
Base de dados ottocodificada disponibilizada pela ANA em
fevereiro de 2017. Escala 1:100.000
Seleção das estações fluviométricas e
pluviométricas
Seleção das estações fluviométricas para a Bacia do
Grande, Corrente e Carinhanha
84 estações fluviométricas
1977 2015
Critério de seleção: ≥ 20 anos de dados
≥ 95% dos dados
Análise de falhas e definição do período base
Seleção das estações fluviométricas para a Bacia do
Grande, Corrente e Carinhanha
27 estações fluviométricas
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Grande, Corrente e Carinhanha
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Grande, Corrente e Carinhanha
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Caracterização da Bacia do rio Grande
Precipitação na Bacia do Grande
Vazões na Bacia do Grande
A vazão tem menor
variabilidade que a
precipitação
Precipitação vs vazão
Separação dos escoamentos superficial e
subterrâneo
Escoamento Subterrâneo / Escoamento Total (%)
Bacia do Grande
SepHidro/GPRH
Método dos Mínimos Locais
Escoamento Subterrâneo / Escoamento Total (%)
Bacia do Paracatu (fora do aquífero Urucuia)
SepHidro/GPRH
Método dos Mínimos Locais
Escoamento Subterrâneo / Escoamento Superficial (%)
SepHidro/GPRH
Método dos Mínimos Locais
Quantificação da disponibilidade dos recursos
hídricos
Regionalização de vazões
Qualquer processo de transferência de informações de
estações fluviométricas para outros locais, sendo
considerada uma ferramenta de grande importância no
gerenciamento dos recursos hídricos.
REGRESSÃO MÚLTIPLA
Pm)D,Dd,L,(A,f~Q
Identificação das regiões hidrologicamente
homogêneas
Análise de cluster, entropia, conveniência geográfica,
etc.
Regiões Hidrologicamente Homogêneas na
Bacia do Grande
Possibilidade 2: duas regiões
hidrologicamente homogêneas
Obtidas por análise de
agrupamentos
Possibilidade 1: Uma
região hidrologicamente
homogênea
Possibilidade 1
Opção selecionada em função dos melhores resultados apresentados
Obtenção das variáveis independentes e
dependentes
Precipitação na Bacia do Grande
Estimativa das vazões na Bacia do Grande
Obtenção das equações de regionalização de vazões
para cada região hidrologicamente homogênea
Obtenção das equações de regionalização de vazões
para cada região hidrologicamente homogênea
Vazão (m³/s) Área (km²)
Q1 A1
Q2 A2
Q3 A3
Q4 A4
Q5 A5
Q ~ f (A, L, Dd, D, Pm)
Obtenção das equações de regionalização de vazões
para cada região hidrologicamente homogênea
Vazão (m³/s) Área (km²)
Q1 A1
Q2 A2
Q3 A3
Q4 A4
Q5 A5
Q ~ f (A, Peq, Peq750)
Variáveis independentes
• Área (A)
• Precipitação equivalente (Peq)
• Precipitação equivalente – abstrações (Peq750)
• Precipitação equivalente – Etr (PeqEtr)
Peq
m³
s
=
P mm ∗ A (km2)
31536
Peq750
m³
s
=
(P − 750) mm ∗ A (km2
)
31536
PeqETr
m³
s
=
(P − ETr) mm ∗ A (km2)
31536
Limitações das equações de regressão
- A equação não é válida fora dos limites de validação
(valores observados). Consequentemente, não é válida
para uma parcela considerável da hidrografia, em
especial nas áreas de cabeceira. Essa limitação é mais
expressiva em trabalhos de maior resolução
geográfica (escalas de 1:50.000 e 1:100.000, por
exemplo).
- A equação pode superestimar a vazão.
Proposição para reduzir os riscos associados ao uso
das equações de regionalização fora dos limites de
validação
Comparar valores de vazão específica estimado com o
máximo valor de vazão específica observado nas
estações
• Se:
Valor de vazão específica observado em determinado
valor da hidrografia > máximo valor de vazão
específica observado nas estações
• Então:
Vazão específica estimada = máximo valor de vazão
específica observado nas estações
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Área de drenagem (km2
)
CE(adimensional)
CE_obs CE_ajustado CE_estimado
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Área de drenagem (km2
)
Vazãomédiadelongaduração(m
3
s
-1
)
Qmld_obs Qmld_ajustada Qmld_estimada
Extrapolação das equações de regionalização de vazões
mínimas: Alternativas para atenuação de riscos
Regionalização da Bacia do Grande
A Peq Peq750
R2 0,92 0,92 0,93
Erro 0,21 0,20 0,19
Q90=0,0202 A0,8319
Q90=0,2555 Peq0,8667
Q90=0,4674 Peq750
0,9284
Regionalização da Bacia do Grande
Comportamento da vazão específica regionalizada
• Variável Independente: A
Regionalização da Bacia do Grande
Comportamento da vazão específica regionalizada
• Variável Independente: Peq750
Regionalização da
Bacia Grande
Comportamento da vazão
específica regionalizada
A Peq750
Regionalização da Bacia do Grande
Proposição para redução do risco associado com o uso da equação
fora dos limites de validação
Área
Peq750
Coleta de dados em campo para consolidação dos
resultados obtidos
Software
Software
Software
Regionalização da Bacia do Grande
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Q(m³/s)
Disp. mensal Disp. anual Q90anual Demanda mensal pivôs
Q média = 19,60 m³/s
Foz do Rio Grande
MUITO
OBRIGADO!
projetoaibapruski@gmail.com

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  • 1.
  • 2. Ação 3: Desenvolvimento de estudos hídricos superficiais. Equipe: Coordenador: Fernando Falco Pruski Estudantes de Doutorado: José Rui de Castro Sousa - Cientista da Computação Josiane Rosa Silva de Oliveira - Engenheira Agrícola e Ambiental Lígia de Oliveira Serrano - Engenheira Agrícola e Ambiental Maria Camila Alves Ramos - Engenheira Agrícola e Ambiental Rayssa Balieiro Ribeiro - Engenheira Agrícola e Ambiental Tarcila Neves Generoso – Engenheira Ambiental Mestre: João Felipe de Souza - Cientista da Computação Estagiários: Andresa Braga Oliveira - Graduanda em Engenharia Ambiental Cristiane Júlio Gonçalves - Graduanda em Engenharia Ambiental Luís Antônio Santos Gonçalves Júnior – Graduando em Ciência da Computação
  • 3. USOS POTENCIAIS DA ÁGUA - Abastecimento humano; - Dessedentação animal; - Abastecimento industrial; - Irrigação; - Geração de energia; - Navegação; - Diluição efluentes - Lazer; - Outros.
  • 4. PEGADA HÍDRICA • A pegada hídrica se baseia no conceito de “água virtual”, pois a maioria da água usada para a produção não está contida no produto. • PH de uma pessoa: soma das PHs direta e indireta. Hoekstra et al. 2011
  • 5. PEGADA HÍDRICA • Volume de água total usado na produção de bens e serviços: – PH direta: consumo e poluição da água usada em casa (cerca de 150 a 200 L/hab/d). – PH indireta: consumo e poluição da água usada na produção de bens e serviços (alimentação, vestuário, consumo de bens industriais, etc.). • PH média da humanidade: 3.800 L/hab/d. • PH média do Brasil: 5.500 L/hab/d. • Consumo de um vegetariano: 2.600 L/hab/d.
  • 6. PEGADA HÍDRICA 15.500 6.100 5.000 4.800 3.900 3.300 1.000 1.300 900 250 0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 Volume de água (L kg-1)
  • 7. CRESCIMENTO POPULACIONAL 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 Bilhões 2050 1987 1927 2011
  • 8. De acordo com o relatório das Nações Unidas sobre desenvolvimento dos recursos hídricos (2016), a demanda mundial por alimentos vai crescer 60%, enquanto a demanda de água vai crescer cerca de 55% até 2050.
  • 10. NECESSIDADE DE USO MAIS RACIONAL PARA REDUZIR A SUBSTITUIÇÃO DE ÁREAS ANTES OCUPADAS COM COBERTURA NATIVA POR ÁREAS DE PRODUÇÃO
  • 11.
  • 12. IRRIGAÇÃO • Adequação do uso da água pela irrigação não está associada apenas ao aumento da eficiência do sistema de irrigação, mas, sobretudo, ao uso em locais em que a disponibilidade seja suficiente para suprir a demanda; • De acordo com o relatório das Nações Unidas sobre desenvolvimento dos recursos hídricos (2009), tem-se 275 milhões de hectares irrigados, correspondentes a cerca de 20% das terras cultivadas, produzindo 40% da produção agrícola mundial.
  • 14. • Escassez  associada a situações em que a disponibilidade é insuficiente para atender as demandas e manter as condições ambientais necessárias. • Caracterização  requer conhecimento da disponibilidade e demandas. Pode também decorrer de aspectos qualitativos. • Disponibilidade natural  avaliada pelas vazões mínimas. • Disponibilidade potencial  representada pela vazão média de longa duração. GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS
  • 15. • Unidade básica de planejamento  deve ser a bacia e não a hidrografia. • Hidrografia  sistema circulatório da bacia. O corpo é a bacia. • Consideração das áreas rurais tem um papel essencial, pois embora a irrigação responda por cerca de 70% do consumo de água, é nestas áreas que se potencializa a produção de água com regularidade. GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS
  • 16. Elaborar, para as bacias dos rios Corrente, Grande e Carinhanha, com base nas experiências adquiridas pelo GPRH/UFV, um produto similar ao obtido no “Estudo de Regionalização de Vazão para o Aprimoramento do Processo de Outorga no Estado de Minas Gerais”, e por meio do qual seja possível obter um sistema computacional automatizado que permita, a partir da identificação da seção de interesse ao longo da hidrografia, a estimativa das vazões média de longa duração e das vazões mínimas (Q90 e Q95). Objetivo
  • 17.
  • 20. Base de dados ottocodificada disponibilizada pela ANA em fevereiro de 2017. Escala 1:100.000
  • 21. Seleção das estações fluviométricas e pluviométricas
  • 22. Seleção das estações fluviométricas para a Bacia do Grande, Corrente e Carinhanha 84 estações fluviométricas
  • 23. 1977 2015 Critério de seleção: ≥ 20 anos de dados ≥ 95% dos dados Análise de falhas e definição do período base
  • 24. Seleção das estações fluviométricas para a Bacia do Grande, Corrente e Carinhanha 27 estações fluviométricas
  • 25. Seleção das estações pluviométricas para a Bacia do Grande, Corrente e Carinhanha 427 estações pluviométricas
  • 26. Análise de falhas e definição do período base Critério de seleção: ≥ 20 anos de dados ≥ 95% dos dados 1977 2015
  • 27. Seleção das estações pluviométricas para a Bacia do Grande, Corrente e Carinhanha 87 estações pluviométricas
  • 28. Caracterização da Bacia do rio Grande
  • 29.
  • 31. Vazões na Bacia do Grande A vazão tem menor variabilidade que a precipitação
  • 33. Separação dos escoamentos superficial e subterrâneo
  • 34. Escoamento Subterrâneo / Escoamento Total (%) Bacia do Grande SepHidro/GPRH Método dos Mínimos Locais
  • 35. Escoamento Subterrâneo / Escoamento Total (%) Bacia do Paracatu (fora do aquífero Urucuia) SepHidro/GPRH Método dos Mínimos Locais
  • 36. Escoamento Subterrâneo / Escoamento Superficial (%) SepHidro/GPRH Método dos Mínimos Locais
  • 37. Quantificação da disponibilidade dos recursos hídricos
  • 38. Regionalização de vazões Qualquer processo de transferência de informações de estações fluviométricas para outros locais, sendo considerada uma ferramenta de grande importância no gerenciamento dos recursos hídricos.
  • 40. Identificação das regiões hidrologicamente homogêneas Análise de cluster, entropia, conveniência geográfica, etc.
  • 41. Regiões Hidrologicamente Homogêneas na Bacia do Grande Possibilidade 2: duas regiões hidrologicamente homogêneas Obtidas por análise de agrupamentos Possibilidade 1: Uma região hidrologicamente homogênea
  • 42. Possibilidade 1 Opção selecionada em função dos melhores resultados apresentados
  • 43. Obtenção das variáveis independentes e dependentes
  • 45. Estimativa das vazões na Bacia do Grande
  • 46. Obtenção das equações de regionalização de vazões para cada região hidrologicamente homogênea
  • 47. Obtenção das equações de regionalização de vazões para cada região hidrologicamente homogênea Vazão (m³/s) Área (km²) Q1 A1 Q2 A2 Q3 A3 Q4 A4 Q5 A5 Q ~ f (A, L, Dd, D, Pm)
  • 48. Obtenção das equações de regionalização de vazões para cada região hidrologicamente homogênea Vazão (m³/s) Área (km²) Q1 A1 Q2 A2 Q3 A3 Q4 A4 Q5 A5 Q ~ f (A, Peq, Peq750)
  • 49. Variáveis independentes • Área (A) • Precipitação equivalente (Peq) • Precipitação equivalente – abstrações (Peq750) • Precipitação equivalente – Etr (PeqEtr) Peq m³ s = P mm ∗ A (km2) 31536 Peq750 m³ s = (P − 750) mm ∗ A (km2 ) 31536 PeqETr m³ s = (P − ETr) mm ∗ A (km2) 31536
  • 50. Limitações das equações de regressão - A equação não é válida fora dos limites de validação (valores observados). Consequentemente, não é válida para uma parcela considerável da hidrografia, em especial nas áreas de cabeceira. Essa limitação é mais expressiva em trabalhos de maior resolução geográfica (escalas de 1:50.000 e 1:100.000, por exemplo). - A equação pode superestimar a vazão.
  • 51. Proposição para reduzir os riscos associados ao uso das equações de regionalização fora dos limites de validação Comparar valores de vazão específica estimado com o máximo valor de vazão específica observado nas estações • Se: Valor de vazão específica observado em determinado valor da hidrografia > máximo valor de vazão específica observado nas estações • Então: Vazão específica estimada = máximo valor de vazão específica observado nas estações
  • 52. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Área de drenagem (km2 ) CE(adimensional) CE_obs CE_ajustado CE_estimado
  • 53. 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Área de drenagem (km2 ) Vazãomédiadelongaduração(m 3 s -1 ) Qmld_obs Qmld_ajustada Qmld_estimada
  • 54. Extrapolação das equações de regionalização de vazões mínimas: Alternativas para atenuação de riscos
  • 55. Regionalização da Bacia do Grande A Peq Peq750 R2 0,92 0,92 0,93 Erro 0,21 0,20 0,19 Q90=0,0202 A0,8319 Q90=0,2555 Peq0,8667 Q90=0,4674 Peq750 0,9284
  • 56. Regionalização da Bacia do Grande Comportamento da vazão específica regionalizada • Variável Independente: A
  • 57. Regionalização da Bacia do Grande Comportamento da vazão específica regionalizada • Variável Independente: Peq750
  • 58. Regionalização da Bacia Grande Comportamento da vazão específica regionalizada A Peq750
  • 59. Regionalização da Bacia do Grande Proposição para redução do risco associado com o uso da equação fora dos limites de validação Área Peq750
  • 60. Coleta de dados em campo para consolidação dos resultados obtidos
  • 64. Regionalização da Bacia do Grande 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Q(m³/s) Disp. mensal Disp. anual Q90anual Demanda mensal pivôs Q média = 19,60 m³/s Foz do Rio Grande