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Avaliação Ambiental Integrada de Bacia Hidrográfica CARLOS ANDRÉ MENDES
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Zaira Pais de Mendonça
3 Avaliação Ambiental Integrada de Bacia Hidrográfica CARLOS E.. M. TUCCI CARLOS ANDRÉ MENDES
4 República Federativa do Brasil Presidente: Luiz Inácio Lula da Silva Vice-P -Presidente: José de Alencar Gomes da Silva Ministério do Meio Ambiente - MMA Ministra: Marina Silva Secretário-Executivo: Cláudio Roberto Langone Secretaria de Qualidade Ambiental - SQA Secretário: Victor Zular Zveibil Programa de Proteção e Melhoria de Qualidade Ambiental - PQA Diretor: Ruy de Góes Leite de Barros Projeto de Instrumentos de Gestão Ambiental- Progestão Gerente: Moema Pereira Rocha de Sá Esplanada dos Ministérios Bloco B, 8º andar, sala Brasília - DF Tel.: (61) /1164 Fax: (61)
5 Avaliação Ambiental Integrada de Bacia Hidrográfica CARLOS E.. M. TUCCI CARLOS ANDRÉ MENDES
6 Esta publicação foi produzida no âmbito do Projeto de Instrumentos de Gestão Ambiental PROGESTÃO, vinculado ao Programa de Proteção e Melhoria da Qualidade Ambiental - PQA da Secretaria de Qualidade Ambiental do Ministério do Meio Ambiente (MMA). COORDENAÇÃO: Moema Pereira Rocha de Sá. COLABORAÇÃO: Elvira Maria Xavier Vieira e Maria Ceicilene Aragão Martins Rêgo REVISÃO: Elvira Maria Xavier Vieira. EQUIPE DO PROGESTÃO: Ana Elizabeth Medeiros Fernandes, Elvira Maria Xavier Vieira, Inês Caribé Nunes Marques, Luana das Chagas Silva, Marcelo Peres Facas, Marcia Catarina David, Marcus Bruno Malaquias Ferreira, Maria Ceicilene Aragão Martins Rego, Maria Mônica Guedes de Moraes e Rita Lima Almeida PROJETO O GRÁFICO E DIAGRAMAÇÃO GRAMAÇÃO: Qualitas Brasil Soluções em Marketing Catalogação na Fonte Instituto do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis A945 Avaliação ambiental integrada de bacia hidrográfica / Ministério do Meio Ambiente / SQA. Brasília: MMA, p. : Bibliografia ISBN Controle e qualidade ambiental. 2. Bacia hidrográfica. I. Ministério do Meio Ambiente. II. Secretaria de Qualidade Ambiental nos Assentamentos Humanos - SQA. III. Avaliação Ambiental Integrada de Bacia Hidrográfica. CDU (2.ed.)
7 PREFÁCIO A implementação de modelos de desenvolvimento sobre bases sustentáveis, no país, tem demandado abordagens integradoras para a gestão dos recursos ambientais que permitam avaliar os impactos cumulativos e sinérgicos das intervenções numa dada área, em detrimento de tratamentos tradicionais, individualizados, que impedem uma compreensão das interações e da dinâmica dos processos mais relevantes que definem ou constituem o meio ambiente. É nesse contexto que surgem as proposições para realizar a avaliação ambiental integrada de bacias hidrográficas, como forma de subsidiar as decisões sobre a implantação de aproveitamentos hidrelétricos. Na matriz energética brasileira, os aproveitamentos hidrelétricos representam cerca de 80% da geração média de energia, mas a potência instalada não atende à demanda futura do país. Como o planejamento da expansão dessa potência está baseado principalmente em usinas hidrelétricas, tornou-se necessário orientar as articulações inter-setoriais para administrar os conflitos que se estabeleceram entre a abordagem do aproveitamento ótimo energético e a necessidade de implementação de ações que visam à conservação ambiental, básicas ao desenvolvimento sustentável. Em 2003, o IBAMA começou a exigir, no âmbito do licenciamento ambiental de usinas hidrelétricas, que os estudos de impactos ambientais se reportassem à bacia hidrográfica, em conformidade com a Resolução CONAMA nº 001/86. Paralelamente, alguns estados da Federação como o Paraná, Goiás e o Rio Grande do Sul, já estavam incorporando aos seus instrumentos de planejamento, uma avaliação integrada de suas bacias hidrográficas, com vistas a subsidiar o licenciamento ambiental de empreendimentos hidrelétricos. Diante desse quadro, pautando-se na sua política ambiental e contando com a profícua contribuição do IBAMA, dos órgão ambientais do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina, e do setor elétrico, o Ministério do Meio Ambiente passou a trabalhar nesse novo instrumento de planejamento e de desenvolvimento de conhecimentos para a gestão ambiental, a metodologia da Avaliação Ambiental Integrada de Bacia AAIB, que ora se encontra em fase de consolidação. A estrutura dessa AAIB, que exige conhecimentos multi e interdisciplinares - com atuações de engenheiros, biológos, geógrafos, geólogos, agrônomos, advogados, administradores, sociólogos, arquitetos etc - está condicionada: (1) à identificação das diretrizes ambientais, numa ótica compatível com o desenvolvimento sustentável na bacia, visando reduzir riscos e incertezas para o desenvolvimento sócio-ambiental e para o planejamento energético da bacia; (2) ao desenvolvimento de indicadores de sustentabilidade da bacia, com relação aos usos observados; (3) ao desenvolvimento de conhecimento para a melhor gestão integrada dos usos e conservação dos recursos hídricos e do meio ambiente, visando compatibilizar a exploração da hidreletricidade com a preservação da biodiversidade e manutenção dos fluxos gênicos; (4) a abordagens integradoras dos possíveis impactos ambientais gerados na bacia pela implementação de novos empreendimentos hidrelétricos, considerando os usos e a conservação dos recursos naturais; (5) ao desenvolvimento de procedimentos que garantam a efetiva participação dos segmentos sociais envolvidos; e (6) à integração da dimensão ambiental ao processo de planejamento energético, e à articulação desse processo com o licenciamento ambiental. As etapas de procedimentos para o desenvolvimento da Avaliação Ambiental Integrada são, no mínimo: caracterização geral da bacia hidrográfica quanto aos principais ecossistemas; caracterização dos impactos de acordo com sua espacialidade, ou seja, como se distribuem e afetam as populações naturais e o meio físico no ambiente terrestre, no ambiente aquático ou no meio socioeconômico; identificação dos conflitos existentes na bacia hidrográfica; e aplicação de técnicas de integração das informações obtidas. A participação pública, embora seja componente de acompanhamento para o desenvolvimento dos estudos, não deve ser vista como uma etapa, mas como a garantia de um princípio de transparência e de efetiva contribuição da sociedade no processo, desde a caracterização inicial, até às decisões associadas. Finalmente, esse tipo de abordagem deve ser eficaz na geração de informações que, 7
8 Dados sobre os Autores Carlos E.. M. Tucci PhD. Engenheiro Civil, formado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul em 1971; Mestre em Engenharia de Recursos Hídricos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 1975; Doctor of Philosophy, Civil Engineer Department, Colorado State University, USA, Professor do IPH-UFRGS Carlos André Mendes D. Engenheiro Civil, formado pela Universidade Federal de Alagoas; Mestre em Recursos Hídricos e Geoprocessamento, IPH, UFRGS, Doutorado na University of Bristol, England, 1996; Pós-doutorado na University of California Davis, Professor do IPH-UFRGS. Tucci, Carlos E.M.; Mendes, C.A. Curso de Avaliação Ambiental Integrada de Bacia Ministério do Meio Ambiente Secretaria de Qualidade Ambiental Rhama Consultoria Ambiental I. Meio Ambiente Recursos Hídricos Integrado 8
9 APRESENTAÇÃO AÇÃO Este texto é uma edição da apostila que elaborei para o curso de Avaliação Ambiental Integrada de Bacia Hidrográfica, com os ajustes e atualizações que se fizeram necessários à publicação. O curso foi contratado pelo Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento PNUD/Ministério de Meio Ambiente MMA/Secretaria de Qualidade Ambiental - SQA, com o objetivo de treinar técnicos do Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis - IBAMA e dos Órgãos de Meio Ambiente dos Estados e do Distrito Federal em novas ferramentas de gestão. O treinamento proposto trata de desenvolver os conceitos essenciais sobre recursos hídricos, usos e impactos dos usos da água, integrados aos elementos fundamentais - dos ambientes naturais e antrópicos. Embora a abordagem seja abrangente, procura-se estabelecer as bases para o aprimoramento de conhecimentos mais detalhados dentro de vários componentes do conteúdo. Vários conceitos apresentados neste texto estão em evolução ao longo do tempo, em função do aprimoramento do conhecimento e da experiência adquirida com vários projetos e estudos de caso. Neste sentido, e tratando-se de uma proposta de análise dos impactos na bacia hidrográfica dentro de uma visão integrada no espaço e dentro dos diferentes aspectos institucionais e sócio econômicos, esta publicação deve ser vista como uma das contribuições ao desenvolvimento de conhecimentos para a gestão ambiental em bacias hidrográficas e não como uma norma metodológica. Visando estabelecer um conhecimento comum de termos e conceitos utilizados ao longo do texto que segue, e proporcionar ao leitor informações preliminares sobre o tema, o primeiro capítulo apresenta-se uma revisão de conhecimento de vários conteúdos disciplinares dos processos hidrológicos e os efeitos antrópicos sobre esse sistema, considerando aspectos qualitativos e quantitativos da água. No segundo capítulo, é apresentada uma visão sintética dos usos e impactos sobre a água em áreas urbanas e rurais, em desenvolvimento de infra-estrutura como energia e transporte, bem como são analisados impactos sobre a sociedade, tais como os eventos extremos de inundações e secas, e efeitos sobre a saúde humana, como resultados das combinações daqueles impactos em cenários extremos. No terceiro capítulo descreve-se uma visão da gestão dos recursos hídricos, sua inter-relação com o meio ambiente e outros setores como saneamento urbano e energia. Este capítulo trata principalmente dos diferentes formas e cenários de gestão e sua relação com o ambiente como um dos caminhos para o desenvolvimento sustentável. No quarto capítulo é apresentada a metodologia de Avaliação Ambiental Distribuída (AAD), caracterizada pela análise dos impactos que ocorrem no espaço, mas sem analisar necessariamente o efeito em cadeia que ocorrem nos sistemas ambientais. Finalmente, o último capítulo é o que trata do objetivo principal desta publicação, ou seja, a Avaliação Ambiental Integrada (AAI). Inicialmente, são analisados os conceitos e terminologias que estão em evolução, apresentadas algumas inter-relações possíveis com outras formas de avaliação ambiental, e brevemente discutida a relação entre o planejamento de recursos hídricos e a área ambiental, buscando-se estabelecer uma referência para a avaliação ambiental integrada. A segunda e última parte do capítulo trata das ferramentas que podem ser utilizadas na avaliação, apresentando exemplos de problemas e avaliações globais que relacionam recursos hídricos e seus usos com meio ambiente. Como o curso não tinha por finalidade esgotar o assunto, este texto restringiu-se a mostrar os principais conceitos e as diversas formas de abordagem, no contexto da AAI, que devem ser debatidos e aprimorados dentro das peculiaridades de cada caso. Carlos Eduardo M. Tucci Porto Alegre, setembro de
11 ÍNDICE 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS Ciclo Hidrológico Global e seus Componentes Descrição dos processos hidrológicos na bacia hidrográfica Bacia hidrográfica, variáveis hidrológicas e terminologia Bacia Hidrográfica Terminologia Escoamento Comportamento do reservatório e regularização da vazão Ações antrópicas sobre os sistemas hídricos Desmatamento Uso da Superfície Método de Desmatamento Métodos de avaliação do Impacto do desmatamento Alterações da precipitação devido ao desmatamento Impacto do desmatamento sobre o escoamento Impactos devido a Urbanização Escalas dos processos hidroclimáticos A escala temporal Variabilidade espacial Análise do comportamento da transição da micro para a meso-escala Extrapolação entre escalas Mudança climática Terminologia Efeito Estufa Efeitos sobre o clima Evidências de alterações do clima Modelos Globais Climáticos e os prognósticos Ações internacionais para mitigação dos impactos Variabilidade climática e hidrológica Indicadores de variabilidade climática Variabilidade Hidrológica Funções Hidrológicas Curva de Probabilidade de vazões máximas Curva de Probabilidade de Vazões Médias Curva de Probabilidade de Vazões Mínimas Curva de Permanência Curva de Regularização Indicadores Qualidade da Água Fontes de poluição Tipos de Parâmetros Estimativa das Cargas Rios Lagos e Reservatórios USOS E IMPACT CTOS DOS RECURSOS HÍDRICOS Características dos usos da água Mananciais ou fontes de água Abastecimento de água Irrigação Energia Elétrica Navegação...109
12 2.1.6 Usos Múltiplos e Conflitos Impactos dos Usos da Água Impacto do desenvolvimento urbano Impacto e sustentabilidade do desenvolvimento rural Impacto da produção hidrelétrica: barragens Potencial impacto da navegação Impacto sobre a sociedade Saúde Inundações Impacto acumulativo e sinérgico Conceitos Exemplos descritivos GESTÃO INTEGRADA DOS RECURSOS HÍDRICOS Desenvolvimento sustentável Gerenciamento Integrado dos Recursos Hídricos (GIRH) Histórico Metas do Millenium Sistema Institucional dos Recursos Hídricos no Brasil Legislação de recursos hídricos Gerenciamentos Hídricos Meio ambiente Financiamento Sínteses, fases e desafios Planos de Recursos Hídricos Características principais Plano Nacional de Recursos Hídricos Planos de Bacia Gestão das águas urbanas: saneamento ambiental Fases da gestão das águas urbanas Visão integrada no ambiente urbano Aspectos Institucionais Gestão do setor de energia Aspectos Institucionais e matriz energética Condicionantes hídricos na produção de energia Tendência de implantação dos empreendimentos e aspectos ambientais Efeito dos Usos múltiplos TÉCNICAS DE ANÁLISE AMBIENTAL Indicadores ambientais espaciais Classificação do indicador Componentes ambientais consideradas Exemplos: Balanços de massa, Resíduo sólido, Água, Ar, indicadores agregados e avaliação de desempenho Vazão ambiental e indicadores no sistema hídrico Ciclo Hidrológico: Ofertas e Demandas Métodos para determinação da vazão ambiental Sistema de indicadores de desempenho em serviços municipais de abastecimento de água Indicador de estresse hídrico em culturas agrícolas Índice de qualidade de água em microbacia sob uso agrícola e urbano Degradação de recursos hídricos e seus efeitos sobre a saúde humana Indicadores qualitativos ou visuais do estado de bacias hidrográficas Avaliação multi-objetiva dos indicadores Elementos de Análise de Decisão Multi-Objetivo
13 4.3.2 Multi-Objetivo versus Multi-critério Classificação de Problemas Multi-Objetivos Arcabouço de um sistema de suporte a decisão (espacial e multi-objetivo) Avaliação distribuída dos impactos ambientais na bacia hidrográfica e área de influência Critérios de avaliação Único objetivo / Multi critério Multi objetivo / Multi critério Exemplo de aplicação: Licenciamento de aproveitamentos hidroelétricos em bacias hidrográficas AVALIAÇÃO ALIAÇÃO AMBIENTAL AL INTEGRADA Avaliação Ambiental Estratégica Avaliação Ambiental Distribuída e Integrada Política, Planos e Programas de Recursos Hídricos e AAE Política, Planos e Programas Plano de Bacia Planejamento Energético Estrutura da Avaliação Ambiental Integrada Estrutura metodológica Caracterização Avaliação ambiental distribuída Conflitos Avaliação Ambiental Integrada (AAI) Produtos Relações Causa-Efeito Potenciais na bacia Hidrográfica Modelos para simulação de cenários integrados Conceitos Modelos na Gestão dos recursos hídricos Modelo de Qualidade da Água da bacia Hidrográfica Uso do modelo Estudos de Casos Variações de longo prazo e seus impactos nos sistemas hídricos no Brasil Bacia do rio Taquari: alternativas de hidrelétricas Banhado do Taim Conflitos de energia x inundação: Rio Iguaçu em União da Vitória x Foz de Areia Uso do solo e variabilidade climática no rio Paraná Sustentabilidade do Alto Paraguai e sua população Casos variados de Impactos Ambientais
15 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS Carlos E. M. Tucci 1.1 Ciclo Hidrológico Global e seus Componentes O ciclo da água no globo é acionado pela energia solar. Esse ciclo retira água dos oceanos através da evaporação 1 da superfície do mar e da superfície terrestre. Anualmente cerca de 5, km 3 de água é evaporada, utilizando 36% de toda a energia solar absorvida pela Terra, cerca de 1, Joules por ano (IGBP, 1993). Essa água entra no sistema de circulação geral da atmosfera que depende das diferenças de absorção de energia (transformação em calor) e da refletância entre os trópicos e as regiões de maior latitude, como as áreas polares. Em média, cerca de MW é transportado dos trópicos para as regiões polares em cada hemisfério. O sistema de circulação da atmosfera é extremamente dinâmico e não-linear, dificultando sua previsão quantitativa. Esse sistema cria condições de precipitação pelo resfriamento do ar úmido que formam as nuvens gerando precipitação na forma de chuva e neve (entre outros) sobre os mares e superfície terrestre. A água evaporada se mantém na atmosfera, em média apenas 10 dias. O fluxo sobre a superfície terrestre é positivo (precipitação menos evaporação), resultando nas vazões dos rios em direção aos oceanos. O fluxo vertical dos oceanos é negativo, com maior evaporação que precipitação. O volume evaporado adicional se desloca para os continentes pelo sistema de circulação da atmosfera e precipita, fechando o ciclo. Os valores médios aproximados de troca desse ciclo podem ser observados na figura 1.1. Em média, a água importada dos oceanos é reciclada cerca de 2,7 vezes sobre a terra através do processo precipitação-evaporação, antes de escoar de volta para os oceanos (IGBP,1993). Esse ciclo utiliza a dinâmica da atmosfera e os grandes reservatórios de água, que são os oceanos ( m 3 ), as geleiras (25. ) e os aqüíferos (8,4 ). Os rios e lagos, biosfera e atmosfera possuem volumes insignificantes se comparados com os acima. 1.2 Descrição dos processos hidrológicos na bacia hidrográfica Os processos hidrológicos na bacia hidrográfica possuem duas direções predominantes de fluxo na bacia: vertical e o longitudinal. O vertical é representado pelos processos de precipitação, evapotranspiração 2, umidade e fluxo no solo, enquanto que o longitudinal pelo escoamento na direção dos gradientes da superfície (escoamento superficial e rios) e do subsolo (escoamento subterrâneo), observe a figura 1.2. O balanço de volumes na bacia depende inicialmente dos processos verticais. Na figura 1.3 pode-se observar que, da radiação solar que atinge a superfície da terra, parte é refletida e parte é absorvida. A proporção entre a energia refletida e a total é o albedo, que depende do tipo de superfície. Por exemplo, o albedo de uma superfície líquida é da ordem de 5-7%, enquanto que de uma superfície como uma floresta tropical é cerca de 12%, e para pasto e uso agrícola, está entre 15 e 20% (Bruijnzeel,1990). O albedo também varia sazonalmente ao longo do ano e dentro do dia. 1 Evapotranspiração é a transformação da água de estado líquido para gasoso do solo, plantas e superfícies livres devido a radiação, vento e outras características físicas. 2 Evapotranspiração é a transformação da água de estado líquido para gasoso do solo, plantas e superfícies livres devido a radiação, vento e outras características físicas. 15
16 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS 16 A vegetação tem um papel fundamental no balanço de energia e no fluxo de volumes de água. A parcela inicial da precipitação é retida pela vegetação; quanto maior for a superfície de folhagem, maior a área de retenção da água durante a precipitação. Esse volume retido é evaporado assim que houver capacidade potencial de evaporação. Quando esse volume, retido pelas plantas, é totalmente evaporado, as plantas passam a perder umidade para o
17 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS ambiente por meio da transpiração. A planta retira essa umidade do solo através das suas raízes. A evapotranspiração de florestas tropicais, que raramente têm deficit de umidade do solo, é, em média, mm ( ). Esse valor pode cair para 900 mm, se houver períodos de deficit hídrico (Bruijnzeel,1990). A transpiração em florestas tropicais é da ordem de 70% desses valores. A precipitação atinge o solo (figura 1.4): (a) atravessando a vegetação da floresta (em média 85% da precipitação incidente); ou (b) por meio dos troncos (1 a 2% da precipitação). A diferença é a interceptação. Na Reserva Duke em Manaus 8,9% da precipitação é interceptada pela vegetação, enquanto que na Reserva Jarú a interceptação é de 12,4% e na Reserva da Vale do Rio Doce 13%, sendo 65% no período seco e 1% no período úmido. Esses valores podem variar muito de acordo com a magnitude da precipitação, pois existe uma capacidade máxima da vegetação. Os valores indicados geralmente se referem ao total anual. Do volume de precipitação que atinge o solo uma parte pode infiltrar 1 ou escoar superficialmente dependendo da capacidade desse solo de infiltração, que depende de condições variáveis, umidade, das características quimicas ou estruturais do solo e da cobertura vegetal. A água que infiltra, pode percolar 2 para o aqüífero ou gerar um escoamento sub-superficial ao longo dos canais internos do solo, até a superfície ou um curso d água. A água que percola até o aqüífero é armazenada e transportada até os rios, criando condições para manter os rios perenes nos períodos de longa estiagem. Em bacias onde a capacidade da água subterrânea é pequena, com grandes afloramentos de rochas e alta evaporação, os rios não são perenes, como na região de cristalino do Nordeste. A capacidade de infiltração depende do tipo e do uso do solo. A capacidade de infiltração 3 do solo na floresta é alta (Pritchett, 1979), o que produz baixa quantidade de escoamento superficial. Em solos sem cobertura e compactação, a capacidade de infiltração pode diminuir drasticamente, com constantemente aumento aumento do escoamento superficial. Por exemplo, estradas de terra ou caminhos percorridos pelo gado sofrem forte compactação, reduz a capacidade de infiltração, enquanto o uso de maquinário agrícola para revolver o solo durante o plantio pode aumentar a infiltração. A capacidade de infiltração varia também com as condições de umidade. Um solo argiloso pode ter uma alta capacidade de infiltração quando estiver seco, no entanto, após receber umidade pode se tornar quase que impermeável. 1 Infiltração penetração da água da superfície no solo. 2 Percolação é o escoamento da água no solo. 3 Capacidade de infiltração é a capacidade de infiltrar água do solo, independentemente da precipitação. 17
18 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS Como pode ser observado na figura 1.2, existe uma camada do solo não saturada, onde ocorre infiltração e percolação e outra saturada onde ocorre armazenamento e escoamento subterrâneo. Na camada não-saturada podem existir condições de escoamento que depende da vários fatores físicos. Na figura 1.5a pode-se observar o escoamento dito Hortoniano, onde o escoamento superficial é gerado em toda superfície (para capacidade de infiltração menor que a precipitação) e o escoamento sub-superficial escoa até o rio. No entanto, existem áreas onde praticamente não ocorre escoamento superficial (figura 1.5b), toda a precipitação se infiltra, tendo um significativo escoamento sub-superficial que é transportado pelos macroporos, que pode aparecer na superfície por meio de fontes, produzindo escoamento superficial em conjunto com a precipitação local. O escoamento superficial converge para os rios que formam a drenagem principal das bacias hidrográficas. O escoamento em rios depende de várias características físicas tais como a declividade, rugosidade, seção de escoamento do rio e obstruções ao fluxo. Os rios tendem a moldar dois leitos, o leito menor, onde escoa na maior parte do ano e o leito maior (utilizado quando o rio transborda), que o rio ocupa durante algumas enchentes. Quando o leito não é rochoso, as enchentes que ocorrem ao longo dos anos geralmente moldam um leito menor de acordo com a freqüência das vazões. O tempo de retorno da cota correspondente a definição do leito menor está entre 1,5 e 2 anos. O valor médio dos postos fluviométricos no rio Alto Paraguai é de 1,87 anos (Tucci e Genz, 1995). Como se observa dessa breve descrição, a interface entre solo-vegetação-atmosfera tem uma forte influência no ciclo hidrológico. Associado aos processos naturais, já complexos, existe também a inferência humana que age sobre esse sistema natural. A maior dificuldade em melhor representar os processos hidrológicos, nas interfaces mencionadas é a grande heterogeneidade dos sistemas envolvidos, ou seja, a grande variabilidade do solo e cobertura vegetal, além da própria ação do homem. 18
19 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS 1.3 Bacia hidrográfica, variáveis hidrológicas e terminologia Bacia Hidrográfica Para cada seção de um rio existirá uma bacia hidrográfica. Considerando esta seção, a bacia é toda a área que contribui por gravidade para os rios até chegar a seção que define a bacia. (figura 1.6). Esta área é definida pela topografia da superfície, no entanto, a geologia do sub-solo pode fazer com que parte do escoamento que infiltra no solo escoe para fora da área delimitada superficialmente. Esta diferença pode ser significativa para bacias pequenas e para formações geológicas específicas como o Karst. As características principais da bacia hidrográfica são a área de drenagem, o comprimento do rio principal, declividade do rio e a declividade da bacia. Em geral rios possuem um trecho superior (figura 1.7), onde a declividade não é muito grande, seguido e por um trecho médio de grande declividade e no seu trecho inferior a declividade é pequena onde o rio tende a meandrar Terminologia Probabilidade e Tempo de retorno: Utilizando os dados históricos de vazões ou níveis num determinado local é estimada a probabilidade de que um determinado nível ou vazão seja igualado ou superado num ano qualquer. O tempo de retorno é o inverso dessa probabilidade T = 1/P (1.1) onde T é o tempo de retorno e P é probabilidade. Para exemplificar, considere um dado, que tem seis faces (números 1 a 6). Numa jogada qualquer, a probabilidade de sair o número 4 é P=1/6 (1 chance em seis possibilidades). O tempo de retorno é, em média, o número de jogadas que o número desejado se repete. Neste caso, usando a equação acima fica T = 1/(1/6)=6. Portanto, em média, o número 4 se repete a cada seis jogadas. Sabe-se que esse número não ocorre exatamente a cada seis jogadas, mas se jogarmos milhares de vezes e tirarmos a média, certamente isso ocorrerá. Sendo assim, o 4 pode ocorrer duas vezes seguidas e passar muitas vezes sem ocorrer, mas na média se repetirá em seis jogadas. Fazendo uma analogia, cada jogada do dado é um ano para as enchentes. O tempo de retorno de 10 anos significa que, em média, a cheia pode se repetir a cada 10 anos ou, em cada ano, tem 10% de chance de ocorrer. 19
20 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS A outra probabilidade utilizada é a seguinte: Qual a chance da cheia de 10 anos ocorrer nos próximos 5 anos? ou seja deseja-se conhecer qual a probabilidade de ocorrência para um período e não apenas para um ano qualquer. A equação para essa estimativa é a seguinte: Pn=1-(1-1/T) n (1.2) onde n é o número de anos onde se deseja a probabilidade; Pn é a probabilidade desejada. Para a pergunta acima fica: Pn = 1 (1 1/10) 5 = 0,41 ou 41% (1.3) 20 Exemplo: A ensecadeira de uma barragem deverá ser utilizada por 4 anos de constru-
21 1. PROCESSOS HIDROLÓGICOS NATURAIS E ANTRÓPICOS ção. Estime qual deve ser o tempo de retorno da vazão de projeto, para que o risco no período citado seja de 10%. A probabilidade aceita para os quatro anos de construção é de 10% ou PR = 0,10. Sendo N = 4, da equação 14.1, obtém se T. 0,10 = 1 (1 1/T) 4 e T = 38,5 anos Série Histórica: A probabilidade ou o tempo de retorno é calculado com base na série histórica observada no local. Para o cálculo da probabilidade, as séries devem ser representativas e homogêneas no tempo. Quando a série é representativa, os dados existentes permitem calcular corretamente a probabilidade. A série é homogênea (ou estacionária), quando as alterações na bacia hidrográfica não produzem mudanças significativas no comportamento da mesma e, em conseqüência, nas estatísticas das vazões do rio. Nesse caso, para as maiores enchentes, se não sofrem efeito do reservatório. As alterações na bacia de montante não são suficientemente significativas para alterar as condições estatísticas dessas enchentes. Montante e Jusante de uma seção de rio: se refere ao trecho de onde vem o escoamento (rio acima) e jusante é o trecho para onde o fluxo escoa (rio abaixo). Tempo de concentração: é o tempo que uma gota de água leva para escoar superficialmente o ponto mais distante da bacia até a seção principal. É indicador da memória de resposta da bacia. Características do io: As principais características do rio são o nível e a profundidade da água, a cota do fundo, os leitos maior e menor, a declividade do rio (veja acima), e a vazão. Na figura 1.9 abaixo se pode observar que o nível de água se refere a altitude da água correspondente a um datum. A profundidade se refere a distância entre a superfície e o fundo do rio. A cota do fundo de uma seção é o seu ponto inferior na seção. O leito menor é a parte do rio onde o mesmo escoa na maioria do tempo ( > 95% do tempo) e o leito maior é quando o rio escoa durante as enchentes mais raras. A cota do leito menor se refere ao risco da ordem de 1 a 2 anos de tempo de retorno e o limite do leito maior é definido para um risco da ordem de 100 anos. A vazão é a quantidade de água que passa na seção por unidade de tempo; normalmente utiliza-se m 3 /s ou l/s, para descrever esse parãmentro, O nível é observado nos rios ao longo do tempo. Para determinar a vazão é, necessário estabelecer a relação entre a vazão e o nível. Esta relação é obtida com a medição da vazão e a leitura do nível. Para cada par de valores é obtido um valor na curva denominada de curvachave (figura 1.10). Esta curva é obtida pelo ajuste dos pontos. Com base na leitura dos níveis é possível obter a vazão. 21
RBRH - Revista Brasileira de Recursos Hídricos Volume 2 n.1 Jan/Jun 1997, 135-152 IMPACTO DAS MUDANÇAS DA COBERTURA VEGETAL NO ESCOAMENTO: REVISÃO Carlos E. M. Tucci, Robin T. Clarke Instituto de Pesquisas