Análise da influência de reservatórios em vazões de cheia através do método do hidrograma unitário

Abstract

A construção de reservatórios ao longo de uma rede hidrográfica tende a causar alterações hidrológicas, principalmente no regime de vazões. A análise e quantificação desses efeitos se dá pela aplicação de métodos de avaliação baseados na comparação das alterações no ciclo de vazão das fases pré e pós construção, os chamados “data-based”, ou na aplicação de modelos de simulação compostos por modelos chuva-vazão. Embora tenham como vantagem a possibilidade generalização para diversas bacias, os modelos “data-based” fornecem apenas uma estimativa média dos efeitos hidrológicos observados após a construção do reservatório sem incorporar parâmetros de posição, construção e operação, algo que é possível quando se aplicam modelos de simulação. Portanto, o objetivo desse trabalho foi aplicar um modelo de análise do efeito de reservatórios que incorporasse as vantagens dos dois tipos de método, permitindo a obtenção do ponto ótimo para o posicionamento de um reservatório ao longo do rio Itajaí. Para isso, aplicou-se um modelo sintético baseado na teoria do hidrograma unitário (HU) mediante a utilização de 18 eventos máximos anuais de chuva-vazão entre o período de 1989 a 2006. Os parâmetros do HU foram determinados através da aplicação de filtro digital de escoamento de base, cálculo da precipitação efetiva pelo método Curve Number e utilização do algoritmo de calibração SIMPLEX. A resposta hidrológica da bacia após a construção do reservatório foi quantificada simulando-se diversas posições e configurações de reservatórios ao longo do rio principal para um cenário de pouca disponibilidade de dados. Considerou-se como ótimo o ponto em que há a máxima atenuação de cheias e duração crítica do evento de precipitação. Os resultados das simulações para as condições de estudo indicaram que a posição ótima para construção do reservatório é próxima do exutório, na faixa em que a área drenada pelo reservatório corresponde de 80 a 100% da bacia hidrográfica. Além disso, constatou-se que, para a realidade simulada, o método se mostrou eficaz na estimativa prévia do posicionamento de reservatórios, pois possui número reduzido de parâmetros de entrada e pode ser solucionado de forma analítica. Observou-se também que a atenuação de cheias depende de três parâmetros: posição ao longo do rio principal, dimensões do vertedouro e capacidade de armazenamento.

Reservoir construction along drainage systems tends to cause hydrological alterations especially in the flow regime. The analysis and quantification of these effects is done by applying evaluation methods based on the comparison of flow cycle changes in pre and post construction phases, the so-called “data-based”, or use of simulation models constituted by rainfall-runnoff models. Although generalizable across multiple basins, “data-based” models provide only an average estimate of the hydrological effects observed after reservoir construction without incorporating position, construction and operation measurements, which is possible when using simulation models. Therefore, the objective of this work was to apply a reservoir effect analysis model that incorporates the advantages of both types of methods, allowing to obtain the optimal point for the positioning of a reservoir along the Itajaí river. To this end, a synthetic model based on unit hydrograph (UH) theory was applied using 8 maximum annual rainfall-runnoff events between 1989 and 2006. HU parameters were determined by applying a base flow digital filter, calculating the effective precipitation by the Curve Number method and using the SIMPLEX calibration algorithm. Hydrological response of the basin after reservoir construction was quantified by simulating various reservoir positions and configurations along the main river for a scenario of poor data availability. It was considered as optimal the point where there is the maximum flood attenuation and duration of rainfall event. Simulation results for the study conditions indicated that the optimal position for reservoir construction is close to the outlet, where reservoir area corresponds to 80 to 100% of the watershed total area. In addition, for the simulated conditions, the method proved to be effective in the prior estimation of reservoir positioning, as it has a small number of input parameters and can be analytically solved. It was also observed that flood attenuation depends on three parameters: position along the main river, spillway dimensions and storage capacity.