Na contramã o do que ocorre no reservatório Marengo, o A çude Pentecoste dispõe de uma base de dados medidos de volume (cota do nível d’água) em série histórica diária. E sses dados foram disponibilizados para o período de 2002 a 2015 pelo órgã o gestor (C OGE R H). Na ausê ncia de dados medidos, os parâmetros e variáveis essenciais ao cálculo do índice de secas foram obtidos através de modelagem. Utilizaram-se, assim, trê s modelos hidrológicos complementares: (i) W A S A -S E D ( Model of Water Availability in Semi-Arid E nvironments with Sediment D ynamics C omponent – GÜ NT NE R ; B R ONST E R T , 2004; MUE L L E R et al., 2010). O modelo foi aplicado ao reservatório Marengo para simulaçã o dos dados referentes à vazã o afluente e ao volume armazenado mensal; (ii) um modelo de balanço hídrico simplificado para a estimativa da vazã o afluente ao reservatório Pentecoste. O modelo faz o balanço hídrico do reservatório a partir de informações da evaporaçã o, das características geométricas do vertedouro e dos dados medidos da cota do nível d’água (volume armazenado); e (iii) o modelo V Y E L A S (V olume-yield elasticity – de A R A ÚJ O; GÜ NT NE R ; B R ONS T E R T , 2006), que foi utilizado para avaliar a vazã o regularizável com garantia de 90%, conforme requerido pelo índice de secas em análise (T abela 5). V ale ressaltar que os dados obtidos a partir do modelo W A S A -S E D sã o coerentes com medidas de campo realizadas no período 2010 – 2014. O modelo W A S A -S E D foi parametrizado e validado para a bacia do reservatório Marengo em estudo anterior, conforme L opes (2013).
Para os resultados do modelo V Y E L A S se fez necessária sua parametrizaçã o para duas situações: (i) reservatório com capacidade de armazenamento de projeto e (ii) reservatório com capacidade de armazenamento assoreada. Os dados de entrada do modelo,
necessários para a simulaçã o das vazões associadas à s garantias de abastecimento, podem ser visualizados na T abela 6.
T abela 5 - F onte dos dados de entrada para a avaliaçã o do índice de secas ( escassez hídrica) D ados
F onte
Marengo Pereira de Miranda
QR(t) W A SA -S E D B alanço hídrico
Δ Precipitaçã o na bacia hidrográfica
η(t) de A raújo; B ronstert (2016)
Vo(t)
W A S A -S E D – balanço hídrico do reservatório
Medido C OGE R H
N(TR) Precipitaçã o na bacia hidrográfica
τ e τ ’ C alculados
VSC, Va e Vi Obtido pelo projeto inicial e por batimetria
R Q C alculado ) (t f C alculado ) (t l C alculado Q90 V Y E L A S
T abela 6 - D ados de entrada do modelo V Y E L A S usados no âmbito desta etapa da pesquisa para os reservatórios Marengo e Pentecoste
D ados fonte/observações Marengo Pentecoste V azã o (Q) afluente média W A S A -S E D * B alanço hídrico C oeficiente variaçã o da vazã o afluente
C alculado a partir das vazões anuais* C oeficiente de forma do
reservatório
C alculado - cota-área-volume de projeto e por batimetria E vaporaçã o no período
seco
Normais climatológicas do B rasil para o município correspondente ( INME T )*
C apacidade do
reservatório
Obtido pelo projeto e por batimetria V olume operacional mínimo 10% da capacidade máxima* V olume inicial no primeiro ano 50% da capacidade máxima* Ná de passos – garantia vs. vazã o 100*
Q - garantia mínima Menor valor de Q afluente histórica* V azã o - garantia
máxima
Igual à capacidade máxima*
Número de simulações 50.000 *
*iguais nas duas situações
3.3 R esultados e discussã o
A T abela 7 apresenta uma síntese dos parâmetros calculados para a aplicaçã o do índice de secas, conforme proposto nesta tese. A s primeiras alterações que se observam sã o a vazã o regularizável com 90% de garantia anual; o tempo de residê ncia da água no reservatório; e sua capacidade de armazenamento. E sses parâmetros diminuem com a deposiçã o de sedimentos no lago. E ntretanto, observa-se que o coeficiente de forma do reservatório sofre aumento significativo com a evoluçã o do assoreamento ( T abela 7).
T abela 7 - R esumo do levantamento dos dados iniciais para a avaliaçã o do efeito do assoreamento no índice de secas hidrológicas para o S emiárido B rasileiro
R eservatório C ondiçã o - ano
VSC α Q90 QR N η τ (hm³) (-) (hm 3 ano -1 ) (-) (anos) Marengo Inicial -1956 16,8 4619 1,56 7,07 8 0,098 2,38 A ssoreado - 2011 15,3 6792 1,23 2,16 Pentecoste Inicial - 1957 395,6 36336 93,37 182,7 8 0,290 2,12 A ssoreado - 2009 360,0 45125 90,85 1,96
F onte: E laborada pelo autor.
A pesar das alterações nesses parâmetros de entrada quando se compara as condições da morfologia dos reservatórios (inicial ou assoreado), nã o é possível constatar variações consideráveis na seca para os reservatórios analisados que possam ser atribuídos ao assoreamento. E m média, a diferença no índice de seca ( X , E quaçã o 4) em funçã o da condiçã o morfológica em ambos os reservatórios é inferior a 5% para o período em análise. Para o reservatório menor (Marengo), graficamente pode-se perceber que o número de secas individuais é frequente e relacionado ao intervalo de tempo utilizado, ou seja, o passo mensal. O número de secas hidrológicas registradas é superior ao número de anos correspondente ao período em análise, de modo que, em um intervalo de 10 anos pode-se observar a ocorrê ncia de 16 secas hidrológicas. No A çude Pentecoste, de maior porte, o comportamento das secas ocorre de forma mais estável, nã o tornando evidente a influê ncia do passo de tempo na ocorrê ncia das secas. Isso está de acordo com as observações em outras bacias da regiã o (de A R A ÚJ O; B R ONS T E R T , 2016). A lém do mais, é possível observar a formaçã o da seca de maior intensidade que se inicia no ano de 2012 e persiste até o final do período em análise, estando o evento fortemente correlacionado à baixa pluviometria ocorrida nesses últimos
anos. O número de secas registradas foi seis, com diferentes severidades e bem definidas no tempo. A hipótese ora discutida sobre a influê ncia do passo de tempo na frequê ncia de secas corrobora com os resultados encontrados por de A raújo e B ronstert (2016), quando avaliaram as secas hidrológicas em trê s grandes reservatórios do S emiárido B rasileiro (F igura 12).
Outro fato importante e, assim como relatado por W ilhite e Glantz (1985) e constatado por de A raújo e B ronstert (2016), também se observa que nesses reservatórios ocorre o mesmo processo, ou seja, há uma correlaçã o negativa entre o volume armazenado e ocorrê ncia de secas hidrológicas.
F igura 12 - V olume armazenado e índice de seca para os reservatórios Marengo e Pentecoste em funçã o da capacidade de armazenamento (inicial e assoreado)
a) R eservatório Marengo
b) R eservatório Pentecoste F onte: E laborada pelo autor.
similares entre os cenários analisados (sem e com assoreamento). E ntretanto, para o cenário em que o reservatório está assoreado, observa-se um aumento em média de 2% para essas duas variáveis. A lém disso, nota-se que o assoreamento nã o altera a duraçã o das secas em nenhum dos dois reservatórios. É possível observar que no reservatório Marengo a duraçã o da maioria dos eventos de secas observados é de apenas um mê s, exceto em um único evento no ano de 2009 em que a duraçã o foi de 5 meses (maior seca registrada no período). E ntretanto, no A çude Pentecoste, as durações das secas variaram de um mê s até 19 meses (F igura 13).
F igura 13 - S everidade, magnitude e duraçã o das secas hidrológicas nos reservatórios Marengo e Pentecoste. Os números no gráfico significam a duraçã o, em meses, de cada seca.
a) R eservatório Marengo
b) R eservatório Pentecoste F onte: E laborada pelo autor.
reduçã o da disponibilidade hídrica, mesmo considerando-se a reduçã o na capacidade de armazenamento em funçã o do assoreamento. Isso decorre do fato que o açude, de porte mediano (15 hm³), demonstra elevada vulnerabilidade mesmo sem o efeito do assoreamento. Observa-se que a resiliê ncia e os efeitos causados por pequenas secas hidrológicas sã o superados logo no mê s seguinte ao evento. C aso contrário é observado no A çude Pentecoste, posto que é de grande porte. T odas as observações relatadas podem ser funçã o do nível de utilizaçã o da água no reservatório. O uso da água no reservatório Marengo se concentra no abastecimento das pequenas comunidades rurais localizadas próximo ao reservatório; tanto para o uso domiciliar quanto para a dessedentaçã o animal e agricultura irrigada. E ste uso agrícola ocorre em pequena escala (áreas menores que 1 ha) encontradas no entorno da bacia hidráulica, nã o exercendo grandes demandas ao reservatório. E m contraste, o uso da água do A çude Pentecoste é intensificado pela demanda da cidade de Pentecoste e das comunidades próximas ao espelho d’água que, somadas, tê m uma populaçã o superior a 35 mil habitantes. A lém disso, há nesse caso uma demanda elevada pelo perímetro irrigado C uru-Pentecoste, gerido pelo D NOC S , que tem área irrigável de aproximadamente 1.200 ha.
3.4 C onclusões
Os resultados encontrados nessa etapa da pesquisa, que analisou na década 2004 – 2014 os A çudes Marengo (15 hm³) e Pentecoste (360 hm³), ambos no semiárido do C eará, permitem concluir que:
(i) a modificaçã o no índice de secas hidrológicas (alteraçã o foi feita no equacionamento da vazã o ofertada pelos reservatórios em períodos de escassez) é inédita e permite quantificar o impacto do assoreamento sobre as variáveis de seca hidrológica;
(ii) a mudança do passo de tempo do balanço hídrico do índice de seca hidrológica (mensal para anual), nã o causou alterações significativas na identificaçã o das secas;
(iii) verificou-se, portanto, que o assoreamento intensificou os efeitos já deletérios da seca, embora nã o tenha sido possível constatar variações de classe de risco (que uma seca de severidade moderada tenha evoluído para outra de severidade elevada, por exemplo);
(iv) apesar de as secas terem sido semelhantes nos açudes sem e com assoreamento, o índice modificado de secas indicou que o assoreamento aumentou em média 2% de suas severidades e magnitudes;
(v) observou-se que o assoreamento nã o alterou a duraçã o das secas em nenhum dos dois reservatórios;
(vi) o assoreamento teve pouco reflexo na severidade e na magnitude das secas do menor reservatório (Marengo), posto que o açude já apresentava elevada vulnerabilidade com sua morfologia original; e
(vii) o assoreamento alterou, de modo perceptível, a severidade e a magnitude das secas no maior reservatório (Pentecoste), visto que o mesmo tem elevada inércia hidrológica, mas que é alvo de intensa demanda.
A s conclusões ora citadas nos remetem, também, a destacar as limitações do método proposto que possam, a partir disso, nortear o desenvolvimento de novas pesquisas. C omo limitações do método e sugestões de pesquisa podem-se citar:
(i) a robustez do método ainda carece da análise /aplicaçã o a outros reservatórios do semiárido, em especial aos que apresentam as maiores perdas da capacidade máxima de
armazenamento pelo assoreamento, como, por exemplo, o açude S anto A nastácio (47% de perda da capacidade volumétrica máxima em funçã o do assoreamento); o açude C edro (16% de perda) e S ã o Mateus ( 14% de perda) (informações referentes à s perdas sã o calculadas com base em de A R A ÚJ O; GÜ NT NE R ; B R ONS T E R T , 2006);
(ii) apesar de o equacionamento da vazã o ofertada para quantificar o impacto do assoreamento sobre as variáveis de seca hidrológica nos reservatórios ser importante, as alterações nessa equaçã o necessitam de um refinamento, por exemplo, através da análise de sensibilidade dos termos da equaçã o proposta, a fim de permitir a parametrizaçã o e validaçã o do método;
(iii) a estimativa da vazã o de demanda é fator limitante, pois exerce influê ncia considerável no método. D essa forma, pesquisas direcionadas à otimizaçã o de métodos para a quantificaçã o da vazã o demandada sã o primordiais para a melhoria da qualidade dos estudos que comtemplem a análise de secas.
4 D I S PO NI B I L I D A D E H ÍD R I C A E F E T I V A D UR A NT E S E C A S E M R E S E R V A T ÓR I O S DO S E M I Á R I D O
4.1 I ntr oduçã o
Na regiã o semiárida do Nordeste B rasileiro (NE B ), a principal fonte de água para atendimento das demandas de uso doméstico, industrial e agrícola advém dos reservatórios superficiais (A ND R A D E et al., 2007; de A R A ÚJ O; GÜ NT NE R ; B R ONS T E R T , 2006; C A MPOS , 2015; MA L V E IR A ; de A R A ÚJ O; GÜ NT NE R , 2012). A frequê ncia de secas (uma seca severa ocorre quase todos os anos, ainda que em uma área limitada - L IU et al., 1994; L IU; NE GR ÓN J UÁ R E Z , 2001) e a baixa garantia de disponibilidade hídrica natural intra- anual do ambiente semiárido impulsionaram a construçã o dessas barragens. Na chamada fase hidráulica da política hídrica, ocorrida entre 1880 e 1980, a construçã o de barragens foi a medida atenuadora mais usual e eficiente de convivê ncia com as secas. Os reservatórios permitiram o armazenamento do excedente de água na estaçã o chuvosa para fornecer esse bem social com garantia aceitável nos períodos de maior escassez. E ssa política visava atenuar, assim, as consequê ncias que a falta de abastecimento hídrico gerava, principalmente no segundo semestre e nos anos de seca (A R A G Ã O A R A ÚJ O, 1990).
Nota-se, portanto, que os usos múltiplos da água no semiárido sã o fortemente dependentes desses reservatórios superficiais, o que demostra a importância desses na garantia do abastecimento hídrico, além dos relevantes aspectos sociais e econômicos que desempenham na regiã o semiárida do B rasil (MA L V E IR A ; de A R A ÚJ O; GÜ NT NE R , 2012) bem como em outros países (C A L L OW ; S ME T T E M, 2009; MA ME D E , 2008; MINE A R ; K ONDOL F , 2009).
T odavia, as condições hidrológicas predominantes no S emiárido tornam a escassez hídrica um risco frequente. E sse risco é intensificado pelo aumento da demanda dos diferentes setores de usuários (R OS S I, 2009; MIS HR A ; S INGH, 2010) e, também, pela dependê ncia da disponibilidade hídrica oriunda dos reservatórios superficiais. A disponibilidade hídrica nos reservatórios superficiais está especificamente relacionada ao volume acumulado (de A R A ÚJ O; B R ONS T E R T , 2016; L OPE S ; de A R A ÚJ O, 2015) que,
por sua vez, depende do regime pluviométrico e do aporte hídrico dos anos anteriores. A demais, sabe-se que nessas regiões o abastecimento é essencialmente por meio de águas superficiais ( A ND R A D E et al., 2007; de A R A ÚJ O, 2003; de A R A ÚJ O; PIE D R A , 2009).
A reduçã o da disponibilidade hídrica nos reservatórios superficiais pode trazer consigo impactos de caráter socioeconômico, agrícola e ambiental significativos, ao ponto de se estabelecer o fenômeno da seca. No caso específico dessa pesquisa, investiga-se a seca hidrológica (de A R A ÚJ O; B R ONST E R T , 2016; MIS HR A ; S INGH, 2010). E sse tipo de seca está sob a influê ncia da regra de uso e operaçã o dos reservatórios; da demanda (utilizaçã o da água); e do próprio balanço hídrico do reservatório. S abe-se que o balanço hídrico depende, além do regime pluviométrico (reduzido e incerto no NE B ), da evaporaçã o (elevada no NE B ) . A inda, é importante ressaltar que existe um potencial de conflitos pelo uso da água em funçã o da indisponibilidade quantitativa e/ou qualitativa nos períodos de estiagem (S A NT OS ; C UNHA ; V IA NNA , 2011). E sses conflitos tendem a se intensificar no S emiárido B rasileiro devido ao incremento da demanda e à s estratégias de construçã o de barragens, que ocorreram sem um planejamento integrado. A s dezenas de milhares de reservatórios no NE B levaram ao desenvolvimento de um sistema caótico, extremamente difícil de controlar (MA ME D E et al., 2012).
Na última década, a escassez hídrica tem afetado significativamente as atividades desenvolvidas nos mais diferentes setores econômicos da regiã o semiárida brasileira. O baixo índice pluviométrico registrado e, consequentemente, a baixa recarga dos reservatórios, causaram, por exemplo, suspensã o do fornecimento de água para irrigaçã o, reduçã o da disponibilidade hídrica para abastecimento humano e dessedentaçã o animal. A ssim, o entendimento e a análise da disponibilidade hídrica nesses períodos torna-se um exercício necessário, já que as ações previstas no planejamento que consideram todo o ciclo histórico disponível nã o sã o mais capazes de prover a operaçã o e a execuçã o de atividades com a segurança desejada. D iante disso, medidas que visem à otimizaçã o do uso dos recursos hídricos que agreguem maior segurança na gestã o sã o necessárias. E ntre os novos conceitos necessários estáa disponibilidade hídrica efetiva em um dado momento, ou seja, a disponibilidade hídrica operacional em caso de seca. A disponibilidade hídrica efetiva é, portanto, a vazã o regularizável associada a uma garantia de abastecimento considerando a operaçã o nos períodos de seca. A informaçã o gerada a partir desse conceito tem por objetivo o desenvolvimento de práticas de gestã o que minimizem os riscos de colapso, sem punir
excessivamente os usuários no tempo presente. O conceito deve ser aplicável ao sistema hídrico durante secas plurianuais.
Outro aspecto importante que deve ser levado em consideraçã o no planejamento dos recursos hídricos no semiárido é a deposiçã o gradual e continuada dos sedimentos carreados pelos cursos d’água na bacia hidráulica dos reservatórios (V Ö R Ö S MA R T Y ; S A HA G IA N, 2000), que provoca assoreamento, reduz a capacidade de armazenamento, a disponibilidade hídrica ( de A R A ÚJ O; GÜ NT NE R ; B R ONST E R T , 2006) e o tempo de vida do reservatório, além dos problemas qualitativos da água (A MA R A L ; PIR E S ; F E R R A R I, 2014; A ND R A D E et al., 2007). E sses processos podem acarretar severos impactos na economia local e regional (A GOST INHO et al., 2015).
C om isso, percebe-se que a soma de todos esses fatores indica a importância da adoçã o da gestã o das secas na forma de operar os reservatórios. T al operaçã o deve, portanto, ocorrer sob critérios rigorosos, a fim de reduzir os riscos de escassez hídrica.
A ssim, objetiva-se com essa etapa da pesquisa avaliar a disponibilidade hídrica efetiva de reservatórios semiáridos durante secas plurianuais. D eseja-se realizar tal avaliaçã o sob diferentes regras de operaçã o e considerando-se o impacto do assoreamento sobre a disponibilidade de água nessas circunstâncias. O método foi aplicado a trê s reservatórios de diferentes escalas de capacidade de armazenamento: 10
7 , 10 8 e 10 9 m³.
4.2 M ater ial e métodos
4.2.1 Á rea de estudo
4.2.1.1 C aracterísticas gerais
Nessa pesquisa foram comtemplados trê s reservatórios com diferentes ordens de grandeza da capacidade de armazenamento. O primeiro desses foi o reservatório Marengo (15 hm³), localizado no munícipio de Madalena, C eará. Informações sobre o reservatório e sobre sua bacia hidrográfica podem ser obtidas no C apítulo 3 da presente tese. O segundo reservatório a ser estudado nessa etapa da pesquisa foi o A çude Pentecoste (oficialmente conhecido como B arragem Pereira de Miranda), situado no município de Pentecoste, C eará. Há, no C apítulo 2 do presente texto, uma descriçã o detalhada do açude e de sua respectiva bacia hidrográfica.
O terceiro reservatório analisado no presente capítulo é aquele gerado pela B arragem Presidente J uscelino K ubitschek de Oliveira, comumente denominado por A çude Orós. E ste é principal reservatório da bacia do A lto J aguaribe, regiã o S ul do E stado do C eará, cuja construçã o foi concluída em 1961 pelo D NOC S (A R A GÃ O A R A ÚJ O, 1990). O açude foi construído com a finalidade de tornar perene o fluxo do rio J aguaribe visando o abastecimento da populaçã o, o desenvolvimento da agricultura irrigada e da piscicultura; o turismo e o aproveitamento hidrelétrico. A bacia hidrográfica compreende uma área de 24.628 km
2
e sua rede de drenagem se caracteriza por rios intermitentes, sendo os principais afluentes os rios C ariús e B astiões, na margem direita, o R iacho C arrapateiras e o R io T russu, na margem esquerda. A área superficial inundada pelo reservatório é de 35.000 ha, com a capacidade de armazenamento de 2.100 hm
3
, conforme projeto inicial. E stima-se que, atualmente, o volume máximo armazenável no reservatório seja de 1.956 hm
3
– maior da bacia do A lto J aguaribe ( F igura 14).
V inte e sete municípios pertencem a bacia do Orós, sendo 23 integralmente inseridos nela, sã o eles: A copiara, A iuaba, A ltaneira, A ntonina do Norte, A raripe, A rneiroz, A ssaré, C atarina, C ampos S ales, C ariús, F arias B rito, Iguatu, J ucás, Nova Olinda, Orós, Parambu, Potengi, Quixelô, S aboeiro, S alitre, S antana do C ariri, T arrafas e T auá. Os quatro municípios parcialmente inseridos na bacia sã o C aririaçu (10% do território municipal
pertence a área da bacia), C rato (18%), Icó (2%) e V árzea A legre (19%), conforme L opes, 2013.
4.2.1.2 C limatologia da bacia do Açude Orós
A bacia apresenta clima do tipo B S w’h’, conforme a classificaçã o de K öppen. A ssim, o clima predominante é semiárido quente com pluviosidades máximas ocorrendo no outono, e temperatura média mensal sempre superior a 18 á C (C E A R Á , 1992). Os meses de fevereiro a maio concentram-se as precipitações pluviométricas. Os menores valores das precipitações mensais ocorrem no trimestre de julho a setembro, em valores médios de aproximadamente 10 mm. A evaporaçã o potencial média anual, calculada pelo método de Penman, é de 2.340 mm.
4.2.1.3 Geologia, relevo, classes de solos e uso e ocupaçã o do solo da bacia do Açude Orós
A geologia da bacia do açude Orós é formada por rochas do embasamento cristalino pré-cambriano (gnaisses e migmatitos diversos, quartzitos e metacalcários, associados a rochas plutônicas e metaplutônicas de composiçã o predominantemente granítica). D epósitos sedimentares, como os predominantes na B acia S edimentar do A raripe, estã o sobre essa geologia. A constituiçã o desses depósitos sã o os arenitos, conglomerados, siltitos, folhelhos, calcários, margas e gipsita (R A D A MB R A S IL , 1981).
O relevo da bacia apresenta altitudes que variam entre 144 e 955 m, sendo representado por planaltos, chapadas e depressões. D e modo geral, a área apresenta superfícies de aplainamentos, áreas de depósitos e relevos conservados. A declividade da bacia varia de 0 a 75% ( L OPE S , 2013).
Os solos presentes na bacia se apresentam em sete classes, a saber: A R G IS S OL OS , L A T OS S OL OS , L UV IS S OL OS, V E R T IS S OL OS, NE OS SOL OS , NIT OS S OL OS , E PL A NOS S OL OS. Os NE OS S OL OS e A R G IS S OL OS sã o predominantes em aproximadamente 60% na área bacia.