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ESTUDO SOBRE A INFLUÊNCIA DA ZONA DE CONVERGÊNCIA DO
ATLÂNTICO SUL EM BACIAS HIDROGRÁFICAS NAS REGIÕES SUDESTE E
CENTRO-OESTE DO BRASIL
Marcia dos Santos Seabra
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM
ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
Prof. Otto Corrêa Rotunno Filho, Ph.D.
Prof. Wallace Figueiredo Menezes, D.Sc.
Profa. Ana Luiza Coelho Netto, Ph.D.
Prof. Edilson Marton, D.Sc.
Prof. Marcelo Gomes Miguez, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
NOVEMBRO DE 2004
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ii
SEABRA, MARCIA DOS SANTOS
Estudo sobre a Influência da Zona de
Convergência do Atlântico Sul em Bacias
Hidrográficas nas Regiões Sudeste e Centro-
Oeste do Brasil. [Rio de Janeiro] 2004.
XIV, 110p, 29,7 cm (COPPE/UFRJ,
M.Sc., Engenharia C ivil, 2004).
Tese, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, COPPE.
1. ZCAS
2. Precipitação
3. Bacias hidrográficas
I. COPPE/UFRJ II. Título (série)
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iii
A meus pais,
Sergio Ribeiro Seabra e
Sueli dos Santos Seabra
iv
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, agradeço a Deus pela força, principalmente nos momentos
mais difíceis. Ele, que sempre colocou as pessoas certas ao meu lado.
A toda minha família, em especial aos meus pais e ao meu irmão, pela paciência e
por sempre acreditarem em mim.
Aos meus orientadores Otto Corrêa Rotunno Filho e Wallace Figueiredo
Menezes, pelos ensinamentos e dedicação, para que esse trabalho fosse concluído.
Ao CNPq, pelo apoio, por meio de bolsa, fundamental para a realização desta tese.
A Furnas Centrais Elétricas S.A, pelo fornecimento dos dados
hidrometeorológicos, especialmente aos amigos que fiz na Divisão de Hidrologia da
Operação, Ortiz Araújo, Nélia Almeida, Marcelo Carvalho, Emerson Cabral e Joelson
Rangel. E minha amiga Daniele Ornelas, eu não esqueci de você! Só queria agradecer
por toda a ajuda e sugestões nesta tese. Temos muito trabalho pela frente...
Ao professor Luiz Cláudio do departamento de Meteorologia da UFRJ pela
dedicação e disposição em sempre ajudar aos alunos como coordenador do curso de
pós-graduação de Ciências Atmosféricas em Engenharia.
A todos meus amigos, em especial a minhas amigas Anne, Chica, Dani (olha você
aqui de novo), Mari e Paula, pelos momentos de alegria que sempre passamos juntos.
Não posso deixar de agradecer a uma pessoa muito especial, que surgiu na minha
vida como quem não quer nada e com seu sorriso, amizade e companheirismo vem me
conquistando a cada dia. Paixão, quer dizer Carlinhos, obrigada por tudo! Obrigada, por
ficar tomando conta de mim, fazer pizzas, pelos incentivos, sugestões, enfim, obrigada
simplesmente por estar ao meu lado.
A todos muito obrigado.
v
Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
ESTUDO SOBRE A INFLUÊNCIA DA ZONA DE CONVERGÊNCIA DO
ATLÂNTICO SUL EM BACIAS HIDROGRÁFICAS NAS REGIÕES SUDESTE E
CENTRO-OESTE DO BRASIL
Marcia dos Santos Seabra
Novembro/2004
Orientadores: Otto Corrêa Rotunno Filho
Wallace Figueiredo Menezes
Programa: Engenharia Civil
Estudos sobre a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) têm se tornado
cada vez mais freqüentes, devido ao impacto do fenômeno, especialmente na
precipitação durante o verão na América do Sul. Este trabalho consiste na avaliação de
episódios ZCAS e no estabelecimento de seus impactos em bacias hidrográficas
localizadas nas regiões centro-oeste e sudeste do Brasil, orientadas ao longo do
posicionamento médio da ZCAS, incluindo desde a Amazônia até o oceano Atlântico
Sul.
Nesse contexto, a abordagem metodológica abrangeu a avaliação da importância
do estudo da ZCAS nas bacias hidrográficas de interesse. Adicionalmente, destaca-se
que foi realizada uma investigação dos episódios que ocorreram no mês de fevereiro de
2002.
Os resultados obtidos indicaram que a presença da ZCAS é um dos grandes
responsáveis por episódios de precipitação intensa nas bacias estudadas, influenciando
de maneira significativa os seus correspondentes regimes pluviométricos.
vi
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
STUDY ABOUT THE INFLUENCE OF THE SOUTH ATLANTIC CONVERGENCE
ZONE ON WATERSHEDS LOCATED AT THE BRAZILIAN SOUTH-EAST AND
CENTRAL-WEST REGIONS
Marcia dos Santos Seabra
November/2004
Advisors: Otto Corrêa Rotunno Filho
Wallace Figueiredo Menezes
Departament: Civil Engineering
Studies about the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) have become each
time more frequent due to the impact of the phenomenon, specially on the precipitation
during the South America summer. This work focus on identifying SACZ events and
establishing their corresponding impacts on watersheds located at the Brazilian south-
east and central-west regions oriented along the mean position of the SACZ, inc luding
from Amazon region up to South Atlantic Ocean.
Under this framework, the methodological approach included the evaluation of the
importance of studying SACZ over the above mentioned watersheds. In addition, it
should be emphasized that it was conducted an investigation about the events that
occurred in February 2002.
The results indicated that the presence of SACZ is one of the main causes of
extreme precipitation events over the studied watersheds, contributing significantly to
the corresponding pluviometric measurements.
vii
ÍNDICE
AGRADECIMENTOS...............................................................................................iv
ÍNDICE.....................................................................................................................vii
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................ix
LISTA DE ABREVIATURAS.................................................................................xiv
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO................................................................................1
CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E FUNDAMENTAÇÃO
TEÓRICA.....................................................................................................7
2.1 INTRODUÇÃO..............................................................................................7
2.2 DESENVOLVIMENTO DO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO.................................10
2.3 RESERVATÓRIOS E USINA HIDRELÉTRICA: DEFINIÇÃO E OPERAÇÃO.............13
2.4 FENÔMENOS METEOROLÓGICOS....................................................................16
2.4.1 Tempestades Isoladas...........................................................................16
2.4.2 Frentes Frias........................................................................................18
2.4.3 Linhas de Instabilidade........................................................................20
2.4.4 Zona de Convergência do Atlântico Sul...............................................21
CAPÍTULO 3 – METODOLOGIA...........................................................................31
3.1 DADOS UTILIZADOS......................................................................................33
3.1.1 Precipitação .........................................................................................33
3.1.2 Valores médios mensais de vazão natural...........................................34
3.1.3 Valores diários de vazão natural.........................................................35
3.1.4 Imagens de satélite...............................................................................35
CAPÍTULO 4 – ESTUDO DE CASO.......................................................................36
4.1 AS BACIAS HIDROGRÁFICAS...........................................................................36
4.2 A BACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL...................................................................38
4.2.1 Ocupação e uso do solo .......................................................................38
4.2.2 Cobertura Vegetal e uso atual do solo.................................................38
4.2.3 Recursos Hídricos................................................................................41
4.3 A BACIA DO RIO GRANDE..............................................................................44
viii
4.3.1 Usos do solo .........................................................................................44
4.3.2 Usos da água........................................................................................44
4.3.3 Gera ção de energia elétrica.................................................................45
4.4 A BACIA DO RIO PARANAÍBA.........................................................................46
4.4.1 Geração de energia elétrica.................................................................46
4.5 A BACIA DO RIO TOCANTINS..........................................................................48
4.5.1 Geração de energia elétrica.................................................................49
4.6 CARACTERIZAÇÃO METEOROLÓGICA DO M ÊS DE FEVEREIRO DE 2002...........50
CAPÍTULO 5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES..................................................57
5.1 VALORES MÉDIOS MENSAIS DE PRECIPITAÇÃO NAS BACIAS...........................57
5.2 VALORES MÉDIOS DE PRECIPITAÇÃO NO MÊS DE FEVEREIRO ..........................60
5.3 IMPORTÂNCIA DA ZCAS NAS BACIAS DE ESTUDO............................................62
5.4 PRECIPITAÇÃO MÉDIA NAS BACIAS EM FEVEREIRO DE 2002..........................69
5.4.1 Bacia do Rio Paraíba do Sul................................................................69
5.4.2 Bacia do Rio Grande............................................................................75
5.4.3 Bacia do Rio Paranaíba.......................................................................80
5.4.4 Bacia do Rio Tocantins........................................................................83
5.5 PRECIPITAÇÃO X VAZÃO NATURAL – VALORES MÉDIOS MENSAIS...................85
5.6 PRECIPITAÇÃO X VAZÃO NATURAL EM FEVEREIRO DE 2002...........................88
5.6.1 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Funil .................................88
5.6.2 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Furnas..............................89
5.6.3 Precipitação x Va zão Natural da UHE de Itumbiara..........................90
5.6.4 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Serra da Mesa ..................91
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ......................................95
CAPÍTULO 7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................100
ANEXOS.................................................................................................................107
APÊNDICE A..........................................................................................................108
ix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1: Ciclo hidrológico.............................................................................................2
Figura 2.1: Foto do rio Grande, no município de Passos (MG), no local escolhido
para a construção da UHE de Furnas.........................................................12
Figura 2.2: Modelo simplificado do ciclo de vida de uma célula simples. .....................18
Figura 2.3: Foto de um cumulunimbus............................................................................18
Figura 2.4: Esquema da penetração de um sistema frontal no hemisfério sul.................19
Figura 2.5: Imagem do satélite GOES-12 às 1745Z do dia 11/06/2004..........................20
Figura 2.6: Linhas de corrente em 200 hPa para os meses de dezembro a fevereiro......21
Figura 2.7: Linhas de corrente em 850 hPa para os meses de dezembro a fevereiro......22
Figura 2.8: Imagem do satélite GOES-8 do dia 06/01/1999 às 03Z no canal
infravermelho..............................................................................................23
Figura 2.9: Radiação de onda longa emitida (ROLE – W/m
2
) média no período de
31/01/1988 a 02/02/1988............................................................................24
Figura 4.1: Localização das bacias dos rios Paraíba do Sul (verde), Grande (roxo),
Paranaíba (trecho Araguari em amarelo e trecho Corumbá em rosa) e
Tocantins (azul). Os pontos em azul representam as UHE de Furnas. ......37
Figura 4.2: Distribuição das classes de vegetação e uso do solo. ....................................40
Figura 4.3: Usina Hidrelétrica de Funil ...........................................................................43
Figura 4.4: Bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul. .....................................................44
Figura 4.5: Usina Hidrelétrica de Furnas.........................................................................45
Figura 4.6: Bacia hidrográfica do rio Grande..................................................................46
Figura 4.7: Usina Hidrelétrica de Itumbiara. ...................................................................47
Figura 4.8: Bacia hidrográfica dos rios Paranaíba e Tocantins .......................................48
Figura 4.9: Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa.............................................................49
Figura 4.10: Imagem de satélite no canal infravermelho referente ao dia 08/02/02
às 00Z (a) e 09/02/02 às 18Z (b)................................................................50
x
Figura 4.11: Seções estação versus tempo dos sistemas frontais que penetraram no
Brasil em fevereiro de 2002. Os pontos indicam que a frente passou
pela estação entre 09:00h (hora local) do dia anterior e 09:00h (hora
local) do dia indicado..................................................................................52
Figura 4.12: Imagem de satélite no canal infravermelho referente ao dia 05/02/02
às 0645Z (a) e 21/02/02 às 1445Z (b).........................................................53
Figura 4.13: Imagem de satélite média para os períodos de 04 a 07/02/02 (a) e de
16 a 24/02/02 (b).........................................................................................53
Figura 4.14: Linha de corrente e velocidade vertical em 500 hPa: (a) média de
04/02/2002 a 07/02/2002; (b) média de 16/02/2002 a 24/02/2002.............54
Figura 4.15: Linha de corrente e divergência do vento em 200 hPa: (a) média de
04/02/2002 a 07/02/2002; (b) média de 16/02/2002 a 24/02/2002.............55
Figura 4.16: Campo de precipitação total entre os dias (a) 04 e 07/02/2002 e (b)
16 a 24/02/2002 .........................................................................................56
Figura 5.1: Precipitação média mensal na bacia do rio Paraíba do Sul...........................58
Figura 5.2: Precipitação média mensal na bacia do rio Grande ......................................58
Figura 5.3: Precipitação média mensal na bacia do rio Paranaíba. .................................59
Figura 5.4: Precipitação média mensal na bacia do rio Tocantins ..................................59
Figura 5.5: Precipitação média na bacia do rio Paraíba do Sul nos meses de
fevereiro. A linha vermelha indica o valor médio mensal no período........60
Figura 5.6: Precipitação média na bacia do rio Grande nos meses de fevereiro. A
linha vermelha indica o valor médio mensal no período. ...........................61
Figura 5.7: Precipitação média na bacia do rio Paranaíba nos meses de fevereiro.
A linha vermelha indica o valor médio mensal no período. .......................61
Figura 5.8: Precipitação média na bacia do rio Tocantins nos meses de fevereiro.
A linha vermelha indica o valor médio mensal no período........................62
Figura 5.9: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a 2003
e valores médios mensais de longo curso de precipitação (linha
vermelha) para a bacia do rio Paraíba do Sul. Os círculos verdes
indicam episódios de ZCAS.......................................................................64
xi
Figura 5.10: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a
2003 e valores médios mensais de longo curso de precipitação (linha
vermelha) para a bacia do rio Grande. Os círculos verdes indicam
episódios de ZCAS....................................................................................65
Figura 5.11: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a
2003 e valores médios mensais de longo curso de precipitação (linha
vermelha) para a bacia do rio Paranaíba. Os círculos verdes indicam
episódios de ZCAS....................................................................................67
Figura 5.12: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a
2003 e valores médios mensais de longo curso de precipitação (linha
vermelha) para a bacia do rio Tocantins. Os círculos verdes indicam
episódios de ZCAS....................................................................................68
Figura 5.13: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Paraíba
do Sul para o mês de fevereiro 2002 ..........................................................70
Figura 5.14: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul no dia 24 de
fevereiro de 2002........................................................................................70
Figura 5.15: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul no dia 10 de
fevereiro de 2002........................................................................................71
Figura 5.16: Mapas de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul referentes
aos dias 16/02/02 (a), 17/02/02 (b), 18/02/02 (c), 19/02/02 (d),
20/02/02 (e), 21/02/02 (f), 22/02/02 (g) e 23/02/02 (h)..............................72
Figura 5.17: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul no dia 03 de
fevereiro de 2002........................................................................................74
Figura 5.18: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Grande
para o mês de fevereiro de 2002.................................................................75
Figura 5.19: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referente aos dias
21/02/02 (a) e 24/02/02 (b). ........................................................................76
Figura 5.20: Mapas de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referentes aos dias
16/02/02 (a), 17/02/02 (b), 18/02/02 (c), 19/02/02 (d), 20/02/02 (e),
22/02/02 (f) e 23/02/02 (g). ........................................................................77
xii
Figura 5.21: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referente aos dias
08/02/02 (a) e 10/02/02 (b). ........................................................................79
Figura 5.22: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Paranaíba
para o mês de fevereiro de 2002. ................................................................80
Figura 5.23: Mapa de chuva (em mm) nas bacias dos rios Paranaíba e Tocantins
referente aos dias 08/02/02 (a) e 09/02/02 (b). ...........................................81
Figura 5.24: Mapa de chuva (em mm) nas bacias dos rios Paranaíba e Tocantins
referente aos dias 18/02/02 (a), 19/02/02 (b) e 20/02/02 (c) ......................82
Figura 5.25: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Tocantins
para o mês de fevereiro de 2002. ................................................................83
Figura 5.26: Mapas de chuva (em mm) nas bacias dos rios Paranaíba e Tocantins
referentes ao dia 04/02/02 (a) e 05/02/02 (b)..............................................84
Figura 5.27: Precipitação média mensal na bacia do rio Paraíba do Sul (barras
azuis) e vazão natural média mensal na UHE de Funil (linha
vermelha)....................................................................................................86
Figura 5.28: Precipitação média mensal na bacia do rio Grande (barras azuis) e
vazão natural média mensal na UHE de Furnas (linha vermelha)..............86
Figura 5.29: Precipitação média mensal na bacia do rio Paranaíba (barras azuis) e
vazão natural média mensal na UHE de Itumbiara (linha vermelha).........87
Figura 5.30: Precipitação média mensal na bacia do rio Tocantins (barras azuis) e
vazão natural média mensal na UHE de Serra da Mesa (linha
vermelha)....................................................................................................87
Figura 5.31: Precipitação média diária no trecho a montante da bacia do rio
Paraíba do Sul (barras azuis) e vazão natural diária na UHE de Funil
(linha vermelha) no mês de fevereiro de 2002 ...........................................89
Figura 5.32: Precipitação média diária no trecho a montante da bacia do rio
Grande (barras azuis) e vazão natural diária na UHE de Furnas (linha
vermelha) no mês de fevereiro de 2002......................................................90
xiii
Figura 5.33: Precipitação média diária na bacia do rio Paranaíba (barras azuis) e
vazão natural diária na UHE de Itumbiara (linha vermelha) no mês
de fevereiro de 2002 ...................................................................................91
Figura 5.34: Precipitação média diária na bacia do rio Tocantins (barras azuis) e
vazão natural diária na UHE de Serra da Mesa (linha vermelha) no
mês de fevereiro de 2002...........................................................................92
xiv
LISTA DE ABREVIATURAS
AMFORP American and Foreign Power Company
ANA Agência Nacional de Águas
AB Alta da Bolívia
AS América do Sul
ASAS Alta Subtropical do Atlântico Sul
CEIVAP Comitê para Integração da Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul
CESP Companhia Elétrica de São Paulo
CPTEC Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
ELETROBRÁS Centrais Elétricas Brasileiras S.A.
EN El-niño
FURNAS Furnas Centrais Elétricas S.A.
GOES Geostationary Operational Environmental Satellites
IGAM Instituto Mineiro de Gestão das Águas
INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
LA La-niña
LI Linha de Instabilidade
LIGHT LIGHT Serviços de Eletricidade S.A.
MME Ministério de Minas e Energia
NEB Nordeste Brasileiro
NCEP National Centers for Environmental Prediction
OMJ Oscilação de Madden e Julian
ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico
RMRJ Região Metropolitana do Rio de Janeiro
ROLE Radiação de Onda Longa Emitida
xv
SIMEGO Secretaria do Estado de Goiás de Ciência e Tecnologia
SF Sistema Frontal
TSM Temperatura da Superfície do Mar
UHE Usina Hidrelétrica
ZCAS Zona de Convergência do Atlântico Sul
ZCIS Zona de Convergência do Índico Sul
ZCIT Zona de Convergência Intertropical
ZCPS Zona de Convergência do Pacífico Sul
ZCST Zona de Convergência Subtropical
1
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO
Essencial à vida, a água constitui elemento necessário para quase todas as
atividades humanas, sendo, ainda, componente da paisagem e do meio ambiente.
Trata-se de um bem precioso, de valor inestimável, que deve ser, a qualquer custo,
conservado e protegido. A água tem usos múltiplos no cotidiano humano como a
geração de energia elétrica, o abastecimento doméstico e industrial, a irrigação,
navegação, recreação, entre outros.
Os recursos hídricos estão intimamente relacionados com a história da civilização,
já que a ocupação das cidades ocorreu principalmente ao longo de rios, devido à
necessidade do uso da água para consumo humano, navegação e irrigação. As mais
antigas civilizações da história surgiram entre 4.000 a.C. e 2.000 a.C. com a
característica comum de se estabelecerem estrategicamente próximas a mananciais
hídricos e, por isso, despertavam as cobiças de outros povos, que culminavam em
disputas armadas pelo domínio desses territórios e de suas riquezas. Os primeiros
registros hidrológicos de níveis de enchente, por exemplo, são de 3500 a.C. no Egito, no
rio Nilo (BISWAS, 1970).
No caso do Brasil, o marco histórico deu-se com a chegada dos portugueses em
1500. Na carta escrita por Pero Vaz de Caminha, endereçada a D. Manuel, rei de
Portugal, descrevia-se, com imenso fascínio, as riquezas naturais existentes no Brasil,
sobretudo, as águas (CORTESÃO, 1968).
A antiga idéia de abundância dos recursos hídricos passada entre as gerações está
sendo reestruturada a fim de inibir o desperdício e a destruição dos mananciais. O
volume de água no planeta é da ordem de 1,386 milhões de km
3
, mas a disponibilidade
hídrica é muito pequena. De toda a quantidade de água do planeta, cerca de 97% está
concentrada nos oceanos e mares (água salgada) e apenas 3% de água doce. Desse
último percentual, 70% está sob a forma de gelo e neve, e 29% encontra-se abaixo da
superfície terrestre, formando as águas subterrâneas. Somente uma fração muito
pequena, cerca de 1%, está disponível ao homem e aos outros organismos, nos lagos e
rios, ou como umidade presente no solo, na atmosfera e como componente dos mais
diversos organismos para atender as demandas sociais e econômicas da humanidade nos
diferentes usos (RIVIÈRE, 1989 apud LIBOS, 2002).
2
A água encontra-se em movimento permanente, passando por suas diferentes
fases, constituindo o ciclo hidrológico (Figura 1.1). Como se trata de um ciclo fechado,
pode-se considerar como ponto inicial a precipitação. Parte da precipitação não atinge o
solo, seja devido a evaporação durante a própria queda, seja porque parte fica retida pela
vegetação, chamada de intercepção.
Do volume que atinge o solo, parte nele se infiltra, parte escoa sobre a superfície e
parte evapora, seja diretamente ou através das plantas, no fenômeno conhecido como
transpiração.
A infiltração é o processo de penetração da água no solo. Quando a intensidade da
precipitação exc ede a capacidade de infiltração do solo, a água escoa superficialmente.
Inicialmente, são preenchidas as depressões do terreno e, em seguida, inicia-se o
escoamento propriamente dito. Nesse processo, pode ocorrer infiltração ou evaporação,
conforme as características do terreno e da umidade do ambiente. A água retida nas
depressões pode ainda infiltrar ou evaporar.
A água em estado líquido pode retornar ao estado gasoso pela evaporação. É por
esse processo que se mantém o equilíbrio do ciclo hidrológico.
Figura 1.1: Ciclo hidrológico (Fonte: Adaptado de EVANS, 2003).
3
O Brasil tem uma posição privilegiada perante a maioria dos países quanto ao seu
volume de recursos hídricos. Porém, mais de 73% da água doce disponível encontra-se
na bacia Amazônica, que é habitada por menos de 5% da população. Portanto, apenas
27% dos recursos hídricos brasileiros estão disponíveis para 95% da população (SETTI
et al., 2001).
O crescimento populacional aliado à intensificação das atividades de caráter
poluidor tem, em todo mundo, mostrado a ocorrência de problemas relacionados à falta
desse recurso, em condições adequadas de quantidade ou de qualidade, para o
atendimento das necessidades mais elementares das populações.
A utilização da água pode ter caráter consuntivo, oc orrendo quando a água é
captada do seu curso natural e somente parte dela retorna ao curso normal do rio
(abastecimento doméstico e industrial, irrigação), ou não consuntivo, onde toda a água
captada retorna ao curso de água de origem, como no caso de geração de energia
elétrica (SETTI et al., 2001).
A natureza finita da fonte renovável recurso hídrico contém um aspecto crítico,
que deve ser analisado sob a ótica do crescimento populacional. Entre 1940 e 1990, a
população mundial mais que duplicou, passando de 2,3 para 5,3 bilhões de habitantes,
com o respectivo consumo de água aumentando de 1.000 km
3
para 4.000 km
3
. Portanto,
nesse período, ocorreu a quadruplicação do consumo total de água por ano. A
constatação prática dessas duas tendências, neste fim de século, devido às características
finitas do recurso, pressupõe uma remota probabilidade de que nova quadruplicação
ocorra no consumo. Segundo algumas estimativas, o limite superior de água utilizável
no globo para consumo situa-se entre 9.000 km
3
e 14.000 km
3
. Dentro desta
perspectiva, o aumento da população implicará o uso dessa reserva, para o consumo e
para a melhoria da qualidade de vida proveniente do uso de energia elétrica (SILVEIRA
et al., 1999).
Diante de toda a discussão supracitada, pode-se observar a importância da água na
vida humana. Neste sentido, nota-se a importância do estudo conjunto da Meteorologia
com a Hidrologia, principalmente através de estudos baseados nas causas e efeitos da
precipitação.
A precipitação é uma das variáveis meteorológicas mais importantes para os
estudos climáticos de qualquer região. Tal importância deve-se às conseqüências que o
4
excesso de precipitação pode ocasionar, principalmente em eventos de chuvas intensas
(DAVIS, 2000), e também em eventos de secas.
Os eventos de precipitação intensa que ocorrem principalmente durante o verão
nas regiões sudeste e centro-oeste do Brasil estão freqüentemente associados a sérios
transtornos à população, como deslizamentos de encostas e enchentes. Pode-se citar,
como exemplos, o evento que ocorreu em fevereiro de 1988, onde a precipitação intensa
e prolongada provocou deslizamentos de encostas, causando um grande número de
vítimas na cidade do Rio de Janeiro (SILVA DIAS et al., 1988), e o evento de janeiro
de 2000, quando do dia 01 ao dia 08 em Campos do Jordão (SP) foram registrados 439
mm, em Itajubá (MG), 374 mm e em Resende (RJ), 287 mm (CLIMANÁLISE, 2000).
A ocorrência de eventos extremos pode ainda ocasionar a incidência de descargas
atmosféricas no sistema de distribuição de energia elétrica ou na sua vizinhança, e,
conseqüentemente, causar danos materiais em equipamentos e interrupções de energia
aos consumidores (LIMA, 2004).
Esses eventos de precipitação intensa podem consistir, na verdade, em diferentes
fenômenos meteorológicos, com características espacial e temporal distintas. Entre
esses fenômenos, destacam-se as tempestades isoladas, as linhas de instabilidade, os
complexos convectivos de mesoescala, as frentes frias e a Zona de Convergência do
Atlântico Sul (ZCAS).
A ZCAS é um dos mais importantes fenômenos na escala intrasazonal que ocorre
durante o verão na América Sul, com episódios de estiagem prolongada e enchentes que
atingem diversas regiões do país. Esse fenômeno é caracterizado por uma banda de
nebulosidade quase estacionária, por períodos que variam de 4 a 20 dias, orientada na
direção NW/SE, estendendo-se desde a Amazônia até o oceano Atlântico Sul, associada
a uma zona de convergência de umidade que se prolonga até a média troposfera
(CARVALHO et al., 2004; SEABRA, 2002; ROBERTSON e MECHOSO, 2000;
FIGUEROA, 1997; SILVA DIAS, 1995; MARTON, 1994 e 2000, CASARIN e
KOUSKY, 1986). Por ser tratar de um fenômeno que causa precipitação intensa e com
duração de alguns dias, o estudo e entendimento dos mecanismos que formam a ZCAS
vêm se tornando cada vez mais importantes.
Vários estudos estão sendo desenvolvidos quanto aos mecanismos de origem da
ZCAS, e de sua influência em outros fenômenos meteorológicos. Porém, são poucos os
5
trabalhos publicados sobre a influência da precipitação, decorrente desse fenômeno, em
bacias hidrográficas, incluindo áreas urbanas. Um trabalho publicado por
ROBERTSON e MECHOSO (2000) mostra a influência da ZCAS na vazão dos rios
Paraná, Paraguai, Uruguai e Negro, localizados na região sul do Brasil. Os autores
concluem que, em episódios da ZCAS, a vazão dos rios Paraná e Paraguai aumenta,
enquanto a dos rios Uruguai e Negro diminui.
O posicionamento geográfico de 4 importantes bacias hidrográficas do Brasil,
especialmente no setor elétrico brasileiro, se dispõe de forma com que essas tenham
uma orientação NW/SE, orientadas ao longo do posicionamento médio da ZCAS. O fato
desse sistema meteorológico possuir orientação semelhante a localização das bacias e
ter sua posição climatológica também localizada de forma que as atinja com freqüência,
motivou a autora a desenvolver este trabalho, onde é verificada a influência da ZCAS
nas bacias de interesse. Mais especificamente, as bacias dos rios Paraíba do Sul,
Grande, Paranaíba e Tocantins, localizadas nas regiões sudeste e centro-oeste do Brasil,
são bacias de atuação e interesse de FURNAS Centrais Elétricas S.A, onde esta possui
algumas usinas hidrelétricas (UHE), como a UHE de Funil, localizada na bacia do rio
Paraíba do Sul.
Assim, destaca-se que o objetivo geral desta tese é analisar os eventos ZCAS que
ocorreram em fevereiro de 2002, observando e avaliando suas influências nas bacias
hidrográficas dos rios Paraíba do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins. Cabe ressaltar que
as bacias escolhidas para análise são de especial interesse para o setor elétrico brasileiro.
Mais ainda, é dedicado um olhar especial para a bacia do rio Paraíba do Sul devido a
importância da bacia no contexto nacional, já que drena uma das mais regiões mais
desenvolvidas do país. Nota-se que a escolha de fevereiro de 2002 ocorreu em função
da ocorrência de dois eventos no período e pela disponibilidade de obtenção conjunta de
imagens de satélite e dados hidrometeorológicos.
No Capítulo 2, será apresentada uma breve introdução sobre modelagem
hidrológica, com destaque para a importância da precipitação como dado de entrada e
incertezas associadas a problemas como a distribuição espacial da precipitação. Em
seguida, resgata -se a importância da água, especialmente no seu uso para geração de
energia elétrica, uma vez que a presente dissertação, conforme enfatizado
anteriormente, optou por analisar bacias hidrográficas de interesse do setor elétrico.
Além disso, serão apresentados os fundamentos de alguns dos principais fenômenos
6
meteorológicos causadores de precipitação intensa que atuam nas regiões sudeste e
centro-oeste do Brasil.
No Capítulo 3, será apresentada a metodologia utilizada para a realização da
presente tese, incluindo a motivação pela escolha das bacias hidrográficas estudadas.
As bacias hidrográficas de estudo são descritas no Capítulo 4, com ênfase na bacia
do rio Paraíba do Sul. Nesse capítulo, também são analisados os eventos ZCAS
escolhidos para estudo.
No Capítulo 5, serão apresentados os resultados obtidos em cada etapa da
metodologia. Serão mostrados resultados sobre a importância do estudo da ZCAS nas
bacias hidrográficas de estudo, juntamente com os resultados para o evento ocorrido em
fevereiro de 2002.
As conclusões e recomendações para trabalhos futuros farão parte do Capítulo 6.
7
CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 INTRODUÇÃO
A água constitui elemento necessário à vida e pode ser considerada como uma das
mais importantes substâncias do sistema terra-atmosfera e, devido ao crescimento
populacional e industrial, o uso racional desse recurso natural vem se tornado cada vez
mais importante. Neste sentido, é necessária uma busca permanente de um equilíbrio,
por parte de toda a sociedade, entre desenvolvimento e meio ambiente. A ocupação
desordenada em bacias hidrográficas, principalmente em regiões metropolitanas, por
exemplo, acarreta várias mudanças no meio ambiente, ocasionando o agravamento de
enchentes nessas áreas.
O desenvolvimento da pesquisa hidrológica ocorreu, entre outros, devido a
necessidade do conhecimento de séries de vazão para diferentes aplicações, tais como, a
execução de projetos de controle de inundações e a exploração do potencial
hidroelétrico de países como o Brasil e os Estados Unidos. Os modelos hidrológicos
também podem ser empregados em estudos de planejamento urbano e regional para
avaliação de impactos ambientais e hídricos, estimulando o desenvolvimento de planos
alternativos de uso dos solos mais eficientes. Com a necessidade de se responder
questões mais complexas, a busca por uma representação dos processos físicos que
ocorrem em uma bacia hidrográfica foi estimulada.
Os modelos hidrológicos têm sido utilizados, desde o início do século XX, a partir
do conceito da hidrógrafa unitária, que pressupõe um processo linear na transformação
de chuva e vazão. Somente por volta de 1960, com o desenvolvimento do modelo
Stanford (CRAWFORD e LINSLEY, 1966), os modelos passaram a ser construídos
com bases conceituais abrangendo a não linearidade dos processos físicos envolvidos na
transformação chuva -vazão. A representação dos processos físicos passou a ser feita
através de um conjunto de reservatórios, cada qual descrevendo uma fase da parcela
terrestre do ciclo hidrológico.
Nas três décadas seguintes, foram iniciadas pesquisas por: i) procedimentos
automáticos de calibração dos modelos hidrológicos; ii) melhora na qualidade dos dados
8
de entrada, especialmente da precipitação e seu efeito na calibração e resposta dos
modelos; iii) uma integração entre mode los atmosféricos e modelos hidrológicos,
associados a esquemas de transferência solo-vegetação-atmosfera (EAGLESON, 1986 e
O’CONNELL e TODINI, 1996). Os modelos hidrológicos podem atuar como
importantes condições de contorno para modelos atmosféricos globais e regionais.
Os processos físicos que ocorrem na natureza são bastante complexos, e os
modelos têm a função de procurar melhor representá -los, de maneira que o
comportamento estimado se aproxime, o máximo possível, da realidade. Apesar dos
processos físicos variarem com o tempo e com o espaço, os modelos hidrológicos têm
tratado esses processos de forma simplificada devido à falta de informação e à
dificuldade de manipulação de grande quantidade de dados. Para modelar sistemas
complexos como uma bacia hidrográfica, com todos os seus processos físicos, químicos
e biológicos, que governam a disponibilidade da água em quantidade e qualidade e as
interações que ocorrem entre os compartimentos terrestres e aquáticos, são necessárias
simplificações dos processos físicos espaciais e temporais envolvidos.
Nesse contexto, destacam-se os modelos hidrológicos determinísticos ou
conceituais, que procuram representar os fenômenos físicos em uma bacia hidrográfica,
com o objetivo de melhor entender o ciclo hidrológico. Assim, a partir de dados de
entrada como volume precipitado e evaporado, condições iniciais de umidade do solo,
cobertura vegetal, entre outros, podem ser geradas séries de vazões e simulados efeitos
como os causados por inundações e mudanças na cobertura do solo, por exemplo. Tais
modelos são usualmente denominados modelos do tipo chuva -vazão.
Esses modelos pode ser classificados pela forma com que tratam a variabilidade
espacial dos processos; se esta é explicitamente considerada, o modelo é dito
distribuído; caso contrário, se os processos são considerados de forma concentrada, diz-
se que o modelo é concentrado.
Segundo OLIVEIRA (2003), os modelos distribuídos não garantem
necessariamente melhores resultados do que modelos concentrados, mas agregados a
modelos digitais de terreno e ao geoprocessamento, têm buscado melhorar a
representatividade espacial e temporal do comportamento das diferentes partes de uma
bacia.
9
O trabalho de LIBOS (2002), por exemplo, utilizou técnicas de modelagem
hidrológica distribuída, baseada em geoprocessamento através de sistema de
informações geográficas (SIG), avaliando a distribuição espacial dos poluentes
nitrogênio e fósforo na bacia do rio Cuiabá, localizada no estado do Mato Grosso, com
o objetivo de analisar os impactos decorrentes das cargas de nutrientes não pontuais
provocadas pelas atividades agrícolas na bacia.
Note-se que uma das principais limitações desses modelos hidrológicos diz
respeito à ausência de conhecimento sobre a variabilidade espacial da precipitação, fato
que se traduz em um aumento da incerteza associada às previsões de vazões pelos
modelos.
Nessa linha, BARBOSA (2000) analisou as variações espaciais da precipitação,
investigando as estruturas de correlação espacial de precipitação de postos
pluviométricos, de natureza pontual e quantitativa, e das medições feitas por radar
meteorológico, de natureza espacial e qualitativa. Nesse trabalho, a autora explorou o
uso do método geoestatístico de krigagem bayesiana aplicado aos dados de chuva da
bacia do alto Tiête. LOU (2004) estendeu essa análise empregando o método de
krigagem indicatriz ou indicadores seqüenciais.
Por outro lado, XAVIER (2002) , utilizando o modelo Topmodel, mostrou a
importância de se considerar a análise de incerteza como parte do processo de
modelagem hidrológica, avaliando o processo de geração de campos de precipitação. Os
resultados por ele obtidos demonstraram a importância de se investir na melhor
representação da precipitação nos modelos hidrológicos. Além disso, a incerteza das
simulações apresentou significativo aumento devido à redução da informação utilizada
inicialmente para a derivação de campos de precipitação.
Uma maneira de tentar diminuir as incertezas associadas às previsões de
modelos hidrológicos é a consideração da evolução temporal da precipitação e da
ocorrência de chuvas localizadas sobre a bacia.
Aqui, novamente, destaca-se a importância de estudos comuns entre a
Meteorologia e a Hidrologia. Espera-se que o presente trabalho, que abordará a
influência de um fenômeno meteorológico que causa precipitação durante alguns dias
seguidos em algumas bacias hidrográficas, possa, em um futuro próximo, permitir uma
10
maior integração entre as duas áreas, inclusive a integração entre modelos atmosféricos
e hidrológicos.
2.2 DESENVOLVIMENTO DO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Além do consumo humano e animal, entre os diversos usos múltiplos da água no
Brasil, destaca-se o seu aproveitamento na geração de energia elétrica. O setor elétrico
brasileiro, em razão do grande potencial hidráulico disponível, tem sua base de geração
elétrica no aproveitamento deste potencial. Atualmente, aproximadamente 90% da
energia elétrica consumida no Brasil provêm de fontes hidráulicas e o seu papel de
destaque deverá se manter ao longo das próximas três ou quatro décadas (SETTI et al.,
2001).
O desenvolvimento deste aproveitamento, em sua maior parte, ocorreu nas últimas
quatro décadas, período no qual o setor elétrico, sob liderança do Estado, se organizou
tanto em termos operativos, quanto nas atividades inerentes ao planejamento da
expansão do sistema.
Segundo OLIVEIRA (2003), os primeiros registros da história do setor
hidrelétrico no Brasil datam do século XIX, no final do período imperial, ocasião em
que as exportações de café e borracha aumentaram, acarretando uma necessidade de
modernização da infra-estrutura do país. Esta modernização dos serviços de infra-
estrutura envolveu também serviços públicos como: linhas urbanas de bonde, água e
esgoto, iluminação pública, além da produção e distribuição de energia elétrica.
Em setembro de 1889, dois meses antes da proclamação da república, foi
inaugurada a usina hidrelétrica de Marmelo-0 no rio Paraibuna, pertencente à bacia do
rio Paraíba do Sul, com 250kW de potência. Foi a primeira usina destinada para serviço
de utilidade pública, fornecendo eletricidade para a cidade de Juiz de Fora, em Minas
Gerais (ROCHA, 1999 apud OLIVEIRA, 2003).
O excedente da energia gerada pelas usinas hidrelétricas era aproveitado em
pequenas redes de distribuição implantadas por seus proprietários. Essas pequenas redes
foram se expandindo pelas regiões vizinhas, chegando a motivar o aumento de potência
de muitas usinas.
A evolução do parque gerador instalado sempre esteve intimamente atrelada aos
ciclos de desenvolvimento nacional. Os períodos de maior crescimento econômico
11
implicavam um aumento da demanda de energia e, conseqüentemente, a ampliação da
potência instalada. Igualmente, as épocas recessivas afetaram diretamente o ritmo de
implantação de novos empreendimentos.
Em síntese, entre 1880 e 1900, o aparecimento de pequenas usinas geradoras
deu-se basicamente pela necessidade de fornecimento de energia elétrica para serviços
públicos de iluminação e para atividades econômicas como mineração, beneficiamento
de produtos agrícolas, fábricas de tecidos e serrarias. Nesse mesmo período, a potência
instalada aumentou consideravelmente, com o afluxo de recursos financeiros e
tecnológicos do exterior para o setor elétrico. Predominando o investimento hidrelétrico,
multiplicaram-se as companhias de geração, transmissão e distribuição de energia
elétrica nas pequenas localidades. As duas primeiras companhias de eletricidade sob
controle de capital estrangeiro, que tiveram importância na evolução do serviço elétrico,
foram a Light e a AMFORP, instaladas nos dois centros onde nasceu a indústria
nacional, São Paulo e Rio de Janeiro (SILVEIRA et al., 1999).
A revolução de 30 e a chegada de Getúlio Vargas ao Governo Federal inaugurou
uma nova etapa na história do Brasil. No plano econômico, a marca foi a substituição do
modelo agroexportador por um modelo de desenvolvimento baseado na industrialização
e, no âmbito político, na reestruturação da República, com a transformação das relações
entre os poderes federal e estadual e a expansão da intervenção do Estado nas esferas
econômica e social. Nesse ambiente, consolidou-se o Código de Águas de 1934, em que
os temas predominantes eram aproveitamento hidrelétrico e utilização múltipla dos
recursos hídricos. Segundo OLIVEIRA (2003), o Código de Águas foi a primeira norma
federal que disciplinou essa matéria, dividindo as águas em públicas, comuns e
particulares, atribuindo as primeiras à União, aos estados e também aos municípios,
conforme sua situação. Disciplinou, também, o aproveitamento em linhas gerais.
Em 1957, foi criada a Central Hidrelétrica de Furnas - FURNAS, empresa que
marcou este período. Criada pelo governo federal com participação acionária dos
estados de São Paulo e Minas Gerais e das concessionárias privadas LIGHT e
AMFORP, para implantação do que seria, na época, o maior aproveitamento
hidrelétrico com capacidade de 1200 MW e localizada estrategicamente entre os
grandes centros de carga do país, Rio de Janeiro, São Paulo e Belo Horizonte.
A primeira usina hidrelétrica (UHE) de Furnas recebeu o nome da empresa, UHE
de Furnas, e foi construída no município de Passos (MG) no rio Grande (Figura 2.1).
12
Figura 2.1: Foto do rio Grande, no município de Passos (MG), no local escolhido para a
construção da UHE de Furnas (Fonte: FURNAS, 2004).
A intervenção estatal foi consolidada com a criação, em 1960, do Ministério de
Minas e Energia (MME) e, em 1962, das Centrais Elétricas Brasileiras S.A.
(ELETROBRÁS). Nesse período, observou-se uma acentuada expansão do potencial
instalado no país, visivelmente no parque hidrelétrico brasileiro, que de 4125 MW em
1962 chegou a 56000 MW no final de 1998.
No entanto, apesar de existirem muitas leis e órgãos sobre a água, eles não foram
capazes de incorporar meios de combater o desperdício, a escassez e a poluição das
águas, bem como solucionar conflitos de uso e promover os meios de uma gestão
descentralizada e participativa. Foi exatamente para preencher essa lacuna que foi
elaborada a lei n° 9.433 em 08 de janeiro de 1997, conhecida como a Lei das Águas,
que tem a função de definir o rumo da gestão dos recursos hídricos no Brasil (SETTI et
al., 2001). Ela também introduziu importantes alterações de ordem conceitual, onde a
água passa a ser reconhecida como um bem vulnerável e de valor econômico (BRASIL,
1997). Toda essa mudança busca assegurar à atual e as futuras gerações a necessária
disponibilidade de água em padrões de qualidade e quantidade adequados aos
respectivos usos. Em 17 de julho de 2000, a lei 9.984 cria a Agência Nacional de Águas
(ANA), responsável pela implementação e aplicação da lei 9.433 de 1997.
Pode-se notar que o setor de recursos hídricos no Brasil está ganhando
importância e interesse por parte da sociedade. Segundo SETTI et al. (2001), este é um
grande passo que o país está dando para que futuramente tenha-se um modelo
sustentável de desenvolvimento no que diz respeito ao aproveitamento desse recurso
natural de suma importância, água.
13
2.3 RESERVATÓRIOS E USINA HIDRELÉTRICA: DEFINIÇÃO E
OPERAÇÃO
Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e
equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de aproveitamento
do potencial hidráulico existente em um rio (FURNAS, 2004).
O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração
dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio. Isto pode se dar de forma natural,
quando o desnível está concentrado numa cachoeira; através de uma barragem, quando
pequenos desníveis são concentrados na altura da barragem e através de desvio do rio de
seu leito natural.
A geração de energia elétrica no Brasil depende basicamente das vazões que
naturalmente transitam nos sistemas de canais fluviais das bacias onde se encontram
instalados aproveitamentos hidrelétricos. O processo natural de vazões fluviais tem
como característica principal a sua inconstância, dependente da ocorrência de
precipitações (OLIVEIRA, 2003).
Ainda segundo OLIVEIRA (2003), tendo em vista a irregularidade das vazões
fluviais e a necessidade de manter a continuidade do fornecimento de energia elétrica, o
sistema brasileiro de geração de energia elétrica conta com uma série de reservatórios
de acumulação cuja função é essencialmente armazenar água nos períodos de maiores
afluências naturais de vazões e fornecer água nos períodos mais secos. A capacidade de
armazenamento hoje disponível permite, não só a regularização intra-anual do sistema,
como também fornece proteção contra ocorrência de seqüências de anos considerados
secos.
A maior vantagem das usinas hidrelétricas é a transformação limpa do recurso
energético natural. Não há resíduos poluentes e há baixo custo da geração de energia, já
que a água do rio está inserida à usina (FURNAS, 2004).
A operação de reservatórios consiste de ações planejadas com antecedência e
executadas em tempo real, com o objetivo de gerenciar a água armazenada em
reservatórios, considerando as vazões afluentes previstas, as vazões defluentes
programadas turbinada e vertida, a disponibilidade de armazenamento nos reservatórios,
a capacidade de descarga dos vertedouros e as restrições fixas e temporárias à utilização
plena das estruturas hidráulicas dos reservatórios. Essa operação é coordenada pelo
14
Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), executada pelos agentes de geração
responsáveis pela operação das usinas hidrelétricas e realizada em um sistema de
reservatórios, de acordo com instruções de operação específicas, baseadas nos estudos
de planejamento previstos nos procedimentos de rede (ONS, 2003).
Cada reservatório dispõe de um manual de operação próprio, explicitando as
regras e metodologias do agente responsável pelo aproveitamento e contemplando as
condições de operação normal e não-normal, sejam elas referentes a manter vazões
especificadas em pontos a jusante ou mantendo o nível do reservatório (montante)
dentro de determinados limites. Normalmente, o reservatório opera dentro do chamado
volume de regularização, que está entre os níveis mínimo normal e máximo normal.
Porém, quando o reservatório, diante de uma cheia afluente, atinge um nível acima do
máximo normal, as descargas são liberadas tentando trazer o nível de volta ao máximo
normal, condicionando-se a nunca exceder as restrições. No início do período chuvoso,
impõe-se ao reservatório um nível que atenda ao volume de espera calculado a cada ano
(OLIVEIRA, 2003).
A regularização, além do efeito para a geração de energia elétrica, beneficia
outros usos da água a jusante através do controle de cheias e do aumento da vazão
mínima nos períodos de estiagem. Porém, as várias restrições de jusante, principalmente
em relação a cheias, foram aumentando, em parte, devido a não existência durante
muito tempo de um órgão articulador da gestão de recursos hídricos com as autoridades
competentes no controle do uso do solo nas margens do rio e, também, devido ao
aumento da população urbana que foi sendo verificado nas cidades brasileiras. Após o
início da operação de um reservatório, as cheias que normalmente ocorriam,
anualmente, deixam de ocorrer nesta freqüência normal. O reservatório faz seu papel
regularizador do regime do rio. A falsa idéia de segurança leva à construção de
benfeitorias nas calhas anteriormente sujeitas a enchentes anuais. Em áreas urbanas, na
maioria das vezes, o que se observa é as calhas dos rios em processo de acelerada
urbanização. O setor elétrico foi assimilando, ao longo de anos, essas restrições com a
alocação de maiores volumes de espera em seus reservatórios de modo a atenuar a
defluência de cheias, mas, mesmo com este cuidado, há sempre um risco de que as
restrições possam ser quebradas.
No ano de 1977, por exemplo, enchentes ocorridas na bacia do rio Grande
ocasionaram o rompimento das barragens de Euclides da Cunha e Armando Salles
15
Oliveira, pertencentes à antiga Companhia Elétrica de São Paulo – CESP. A partir desse
momento, além dos estudos hidrológicos, para a área de programação da operação do
setor elétrico passarem a ter um maior reconhecimento, a CESP iniciou a implantação
de uma rede telemétrica em sua área de atuação e também do primeiro serviço de
meteorologia voltado para a quantificação de chuva futura em uma empresa de geração
hidrelétrica (OLIVEIRA, 2003).
A previsão meteorológica vem sendo utilizada de forma crescente como apoio à
decisão em diferentes setores da sociedade, no Brasil e no mundo. Com 95% de sua
produção elétrica de origem hidráulica, o Brasil depende, para um planejamento mais
efetivo da operação integrada de seu parque hidrelétrico interligado, de previsões de
precipitação, temperatura, umidade, nebulosidade, além das previsões de afluência que
há muito já vêm sendo praticadas com o desenvolvimento e a utilização de modelos
hidrológicos (ONS, 2000).
No planejamento, programação, coordenação e controle da operação das usinas
hidrelétricas, as previsões meteorológica e climática constituem-se com o ferramentas
importantes para as atividades de previsão de carga, previsão de afluências, manutenção
de equipamentos e despacho da operação. Essas informações contribuem como um
incremento na qualidade das tomadas de decisão na complexa cadeia de decisões do
setor elétrico (ONS, 2000).
No caso específico de Furnas Centrais Elétricas S.A., o setor de Meteorologia foi
criado no ano de 1994, com a finalidade de fornecer previsões do tempo de curto prazo
(até 24 horas), dados de precipitação ocorrida e prevista para serem utilizados nos
modelos hidrológicos e perspectivas de evolução do tempo para 48 horas, dando apoio
às diversas atividades da empresa. Hoje, o setor de Meteorologia fornece previsão
quantitativa de precipitação para sete dias como dado de entrada para simulação
hidrológica, além de perspectivas de evolução do tempo para até 5 dias. Para elaborar
essas previsões, a equipe de meteorologistas baseia-se em resultados de modelos
numéricos de tempo, nos dados meteorológicos observados da rede nacional e da sua
rede telemétrica, em imagens de satélite, imagens de radares meteorológicos e de
descargas atmosféricas. Segundo OLIVEIRA (2003), na maioria dos eventos de cheias,
após a estruturação das áreas de hidrometeorologia das empresas de energia hidrelétrica,
obteve-se sucesso no apoio à operação hidráulica das usinas no decorrer destes eventos,
16
demonstrando que os sistemas de previsão hidrometeorológicos contribuem para a
segurança na tomada de decisões operativas.
Em 2003, como resultado de um projeto de pesquisa e desenvolvimento em
cooperação com o departamento de Meteorologia da Universidade Federal do Rio de
Janeiro, por meio do Laboratório de Prognósticos em Mesoescala (LPM/UFRJ), Furnas
implantou um Sistema Integrado de Previsões Numéricas de Tempo para atender suas
necessidades de planejamento e operação. O modelo MM5 foi implantado em um
cluster de computadores, disponibilizando previsões para uma área que cobre as regiões
sul e sudeste do Brasil e parte da região centro-oeste, com uma resolução de 27 km, e
em especial para a bacia do rio Paraíba do Sul, onde uma grade de 9 km de resolução,
aninhada a primeira, detalha o comportamento da atmosfera segundo as necessidades de
operação da empresa (COELHO et al., 2004).
Fica assim evidente que o conhecimento dos fenômenos meteorológicos que
atuam nas áreas das UHE, especialmente do regime pluviométrico, possui extrema
importância na operação das mesmas. A seguir, são descritos alguns dos fenômenos
meteorológicos que causam precipitação intensa e atuam nas regiões sudeste e centro-
oeste do Brasil, onde se localizam as bacias hidrográficas de estudo da presente
dissertação.
2.4 FENÔMENOS METEOROLÓGICOS
Entre os principais sistemas meteorológicos que causam precipitação nas regiões
sudeste e centro-oeste do Brasil, estão as tempestades isoladas, as frentes frias, as linhas
de instabilidade e a ZCAS. Esses sistemas, na verdade, possuem escalas temporais,
sazonais e horizontais diferentes e, por isso, podem causar mais ou menos precipitação
em um mesmo intervalo de tempo. Os processos de formação e desenvolvimento de
cada um dos sistemas supracitados são descritos, de forma simples, nos próximos itens
desse trabalho.
2.4.1 Tempestades Isoladas
Ocorre principalmente no verão, devido ao aquecimento local, formando uma
única nuvem, acompanhada em geral de trovões, descargas elétricas, granizo e ventos
17
fortes. A nuvem característica é a cumulunimbus (Cb), uma nuvem em forma de torre,
que se expande lateralmente no topo, assumindo a configuração de uma bigorna. O
grande desenvolvimento dos Cbs acha -se associado à presença de ar quente, úmido e
instável. O desenvolvimento local está condicionado a um forte gradiente térmico
vertical, como resultado do aquecimento diurno, que atinge maiores proporções no
período da tarde. Essa nuvem tem tempo de vida entre 30 e 60 minutos e possui três
estágios durante seu ciclo de vida, conforme ilustra a Figura 2.2: estágio cúmulus
(formação), maturação e decaimento (ou dissipação) (AHRENS, 1993). Essas etapas do
ciclo de vida são descritas a seguir:
1) formação - durante esta fase, existe somente correntes ascendentes no interior da
nuvem, levando ar úmido da superfície para altos níveis; não existe tempo
suficiente para ocorrer precipitação, e a corrente ascendente mantém as gotas de
chuva e cristais de gelo suspensos dentro da nuvem; também não ocorrem
relâmpagos ou trovoadas;
2) maturação - enquanto a nuvem se desenvolve, as gotas de chuva crescem e
tornam-se mais pesadas, até o ponto em que o ar em ascensão, no interior da
nuvem, não é mais capaz de mantê-la em suspensão, e elas começam a cair; a
queda das gotas dentro da nuvem dá origem às correntes descendentes; durante
esse estágio, a tempestade é mais intensa; a nuvem pode alcançar uma altura
entre 12 km e 8 km de largura em sua base; nesta fase, já podem ocorrer
relâmpagos e trovoadas, além de forte vento em superfície; a precipitação pode
ser acompanhada por granizos;
3) dissipação - ocorre quando as correntes ascendentes enfraquecem e as
descendestes predominam no interior da nuvem; ocorre precipitação fraca.
18
Figura 2.2: Modelo simplificado do ciclo de vida de uma célula simples (Fonte: AHRENS,
1993).
Como exemplo, na Figura 2.3 é apresentada a foto de um cumulunimbus.
Figura 2.3: Foto de um cumulunimbus (Fonte: DHN, 2004).
2.4.2 Frentes Frias
Os conceitos de massas de ar e frentes foram introduzidos na literatura e na
previsão do tempo nas décadas de 20 e 30. Desde então, esses conceitos têm sido
amplamente adotados e ainda figuram como base importante na análise do tempo.
Quando ocorre o encontro de duas massas de ar, de características diferentes, elas
não se misturam imediatamente. A massa mais quente, menos densa, sobrepõe-se à
massa menos quente, mais densa. A zona de transição entre essas duas massas de ar, que
apresenta fortes gradientes de temperatura e umidade, é denominada zona frontal ou
frente.
19
A frente é, portanto, uma zona de transição, que se comporta como uma linha de
descontinuidade, com elevados gradientes de temperatura e umidade entre massas de ar,
cujas características térmica e de quantidade de vapor d’água são diferentes
(VIANELLO e ALVES, 2000).
Uma frente fria é definida como aquela ao longo da qual o ar frio está deslocando
o ar quente. A Figura 2.4 apresenta os padrões de nuvens e precipitação típicas em uma
vista lateral de uma frente fria. O ar frio e denso na frente força o levantamento do ar
quente. Se o ar quente levantado é úmido e instável, ele condensa em uma série de
nuvens cumulus e cumulunimbus (Cb). Ventos fortes nos níveis altos transportam os
cristais de gelo formados perto dos topos das nuvens Cbs em nuvens cirrostratus (Cs) e
cirrus (Ci). Essas nuvens geralmente aparecem na dianteira de uma frente fria.
Durante a aproximação de uma frente fria, ocorre sensível redução da pressão
atmosférica e elevação da temperatura do ar. Após a passagem da mesma, a pressão
atmosférica sobe rapidamente e a temperatura do ar sofre uma redução acentuada.
Figura 2.4: Esquema da penetração de um sistema frontal no hemisfério sul (Fonte: LAMMA,
2003).
Na Figura 2.5, é apresentada, de forma ilustrativa, uma imagem do satélite
GOES-12 do dia 11 de junho de 2004, no horário das 1745Z, no canal infravermelho,
com uma frente fria atuando nos estados de Santa Catarina, Paraná, Mato Grosso do Sul
e São Paulo.
20
Figura 2.5: Imagem do satélite GOES-12 às 1745Z do dia 11/06/2004 (Fonte: CPTEC, 2004).
Existem dois tipos principais de frentes frias, as de deslocamento rápido e aquelas
com deslocamento lento. O deslocamento rápido de uma frente fria pode,
eventualmente, formar, em sua dianteira, cbs organizados em forma de linha,
ocasionando trovoadas e pancadas de chuva. Este fenômeno é denominado linha de
instabilidade.
2.4.3 Linhas de Instabilidade
As linhas de instabilidade (LIs) ocorrem em áreas tanto tropicais como
extratropicais e em áreas continentais e oceânicas, causando, entre outros, altas taxas de
precipitação (RAY, 1986). Segundo VIANELLO e ALVES (2000), as linhas de
instabilidade desempenham importante papel no regime pluvial das regiões norte,
centro-oeste e sudeste do Brasil.
As LIs caracterizam-se pelo conjunto de nuvens do tipo cbs em forma de linha. As
formas mais comuns de tempo severo são as ventanias próximas ao solo. Ocorrem ainda
descargas elétricas e, em alguns casos, granizo.
As condições favoráveis em grande escala para a formação das LIs incluem ar
quente e úmido em baixos níveis e ar relativamente mais frio acima. Em adição, uma
21
camada de ar seco em níveis médios exatamente acima da camada úmida em baixos
níveis (RAY, 1986).
Uma vez formada, a linha de instabilidade promove seu próprio mecanismo de
alimentação, formando novas nuvens e deslocando-se. O deslocamento geral das linhas
de instabilidade no Brasil e, em especial, no estado do Rio de Janeiro é de oeste para
leste, em geral à frente de uma onda frontal (VIANELLO e ALVES, 2000).
2.4.4 Zona de Convergência do Atlântico Sul
A circulação atmosférica durante o verão na América do Sul (AS) apresenta
alguns sistemas bem definidos, em altos níveis, como o anticiclone centrado na Bolívia,
conhecida como alta da Bolívia (AB), que é formada pelo aquecimento da superfície na
região do Chaco, e um cavado próximo à costa do nordeste brasileiro (NEB), conforme
ilustra a Figura 2.6. Em muitas ocasiões, a circulação associada a esse cavado torna-se
um vórtice, com centro frio, que exerce grande influência na distribuição de chuva sob o
NEB (FIGUEROA et al., 1995).
Já em baixos níveis, a circulação atmosférica na América do Sul apresenta um
escoamento de norte no centro do continente, que é importante para o transporte de
umidade da região amazônica para o Brasil central e regiões sul e sudeste do país
(Figura 2.7). Esse escoamento, como será visto no item 2.4.4.1, é um importante
mecanismo de formação da ZCAS.
Figura 2.6: Linhas de corrente em 200 hPa para os meses de dezembro a fevereiro (Fonte:
SEABRA, 2002).
22
Figura 2.7: Linhas de corrente em 850 hPa para os meses de dezembro a fevereiro (Fonte:
SEABRA, 2002).
Outra importante característica na circulação atmosférica na AS durante o verão é
a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Esse fenômeno é caracterizado por
uma banda de nebulosidade quase estacionária, por períodos que variam de 4 a 20 dias,
orientada na direção NW/SE, estendendo-se desde a Amazônia até o oceano Atlântico
Sul, associada a uma zona de convergência de umidade que se prolonga até a média
troposfera (CARVALHO et al., 2004; SANCHES, 2002; SEABRA, 2002;
ROBERTSON e MECHOSO, 2000; MARTON, 1994 e 2000; FIGUEROA, 1997;
CASARIN e KOUSKY, 1986; SILVA DIAS, 1995). Devido a sua persistência, a ZCAS
exerce um papel importante no regime de chuvas na região atuante, acarretando altos
índices pluviométricos (SANCHES, 2002). Na imagem do satélite GOES-8 do dia 06 de
janeiro de 1999 no horário das 03Z (Figura 2.8), canal infravermelho, é possível
observar a configuração de uma ZCAS, que atuou nas regiões sudeste e centro-oeste no
período de 06 a 18 de janeiro de 1999 (CLIMANÁLISE, 1999).
23
Figura 2.8: Imagem do satélite GOES-8 do dia 06/01/1999 às 03Z no canal infravermelh
o
(Fonte: CPTEC, 2004).
A ZCAS é um dos mais importantes fenômenos na escala intrasazonal que ocorre
durante o verão e, ocasionalmente na primavera, com episódios de estiagem prolongada
e enchentes que atingem diversas regiões do país. CASARIN e KOUSKY (1986)
mostraram que veranicos no extremo sul do Brasil estão relacionados com intensa
atividade convectiva na região sudeste, onde se localiza a ZCAS.
Nos subtrópicos, durante o verão, existem três significativas zonas de
precipitação: a Zona de Convergência do Índico Sul (ZCIS) sobre o oceano Índico, a
Zona de Convergência do Pacífico Sul (ZCPS) sobre a região central do Pacífico Sul e a
Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) sobre o Atlântico Sul. A Figura 2.9
representa uma média diária da anomalia de radiação de onda longa emitida (ROLE), no
período de 31 de janeiro de 1988 a 02 de fevereiro de 1988. Nesta, pode -se observar a
presença da ZCAS, da ZCPS e da ZCIS. KODAMA (1992) denominou estas zonas
como Zonas de Convergência Subtropical (ZCSTs) e analisou as características e as
condições que favorecem a sua formação. Apesar da grande diferença das condições
topográficas ao redor das ZCSTs, KODAMA (1992), através de um estudo
observacional, mostrou algumas características comuns entre as ZCSTs:
24
(i) são sistemas quase-estacionários;
(ii) estendem-se para leste, nos subtrópicos, a partir de regiões tropicais
específicas de intensa atividade convectiva e estão associadas a uma alta pressão no
lado leste;
(iii) formam-se ao longo de jatos subtropicais em altos níveis e a leste de cavados
semi-estacionários;
(iv) são zonas de convergência em uma camada inferior úmida;
(v) estão localizadas na fronteira de massas de ar tropicais úmidas, em regiões de
forte gradiente de umidade em baixos níveis.
Portanto, para o caso específico da ZCAS, a forte atividade convectiva e a alta
pressão destacadas por KODAMA (1992) no item (ii) acima, referem-se a convecção na
Amazônia e a Alta Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), respectivamente.
Figura 2.9: Radiação de onda longa emitida (ROLE – W/m
2
) média no período de 31/01/1988 a
02/02/1988 (Fonte: SEABRA, 2002).
Por outro lado, KODAMA (1993), estudando as condições de grande escala
durante os períodos ativos e inativos das ZCST, estabeleceu que somente quando ambas
as condições abaixo são satisfeitas, as ZCSTs aparecem. Se uma das condições não for
satisfeita, as ZCSTs não se estabelecem, ou formam-se de maneira desorganizada. São
elas:
25
(i) escoamento de ar úmido em baixos níveis em direção aos pólos, a oeste das
altas subtropicais; no caso da ZCAS, esse escoamento é reforçado por um escoamento
de noroeste vindo da região Amazônica;
(ii) presença de um jato subtropical (JST) em altos níveis, posicionado em
latitudes subtropicais.
Mas, uma vez estabelecida a ZCAS, uma pergunta importante seria em qual
região reside a subsidência associada à convecção do fenômeno. A partir de resultados
de modelagem numérica, GANDU (1993) constatou que a subsidência associada à fonte
de calor amazônica tende a promover subsidência de compensação principalmente a
sudoeste da fonte. A região de subsidência, entretanto, também depende da estrutura
vertical da forçante (MARTON, 1994). No caso de fontes de calor com máximo de
aquecimento em altos níveis, a subsidência na alta e média troposfera ocorre
principalmente no lado polar da fonte. Se o máximo do aquecimento ocorrer na baixa
troposfera (aproximadamente 700 hPa), a subsidência de compensação na média
troposfera associada a uma fonte de calor representativa da ZCAS ocorre no lado
equatorial da fonte, ou seja, no nordeste brasileiro. Subsidência associada a ZCAS tende
a ocorrer principalmente no lado polar. Somente quando a ZCAS atinge um estágio de
dissipação, com fonte na média e baixa troposfera é que a subsidência no lado
equatorial se intensifica.
A ZCAS sofre influências tanto locais quanto remotas, que são determinantes para
a ocorrência do fenômeno e modulam o início, duração e localização da zona de
convergência (SEABRA, 2002).
A seguir, são apresentados alguns aspectos que influenciam a ZCAS tanto
localmente quanto remotamente. As influências locais são aquelas devido à circulação
atmosférica local, no caso, a circulação atmosférica no continente sul-americano. Já as
influências remotas são aquelas que ocorrem devido à propagação de ondas em todo o
globo terrestre.
2.4.4.1 Influências Locais
Entre os mecanismos locais que freqüentemente são atribuídos à formação,
manutenção e posicionamento da ZCAS, estão as condições de grande escala da
26
circulação atmosférica, a atividade convectiva na Amazônia, a presença da cordilheira
dos Andes e uma possível influência da temperatura da superfície do mar no Atlântico.
Esses mecanismos são discutidos resumidamente abaixo.
a) Condições de grande escala da circulação atmosférica: a circulação atmosférica
no nível de 850 hPa, durante o verão na América do Sul, apresenta um
escoamento de norte, que é importante para o transporte de umidade da região
amazônica para o Brasil central e regiões sul e sudeste do país. Os ventos alísios
no oceano Atlântico equatorial penetram na região amazônica e, então, giram
anticiclonicamente a leste dos Andes, escoando na direção sul/sudeste e
transportando umidade da região amazônica para latitudes mais ao sul (ver
Figura 2.7).
b) Atividade convectiva na Amazônia: freqüentemente, observa-se que a
convecção na Amazônia encontra-se bem organizada durante o verão
(CASARIN e KOUSKY, 1986). De acordo com OLIVEIRA e NOBRE (1986),
quando um sistema frontal (SF) desloca-se em direção a baixas latitudes, pode
ocorrer uma interação com a convecção na Amazônia na forma de uma banda de
nebulosidade convectiva de direção preferencial NW/SE sobre a Amazônia e
parte central do Brasil. Esse tipo de interação pode, eventualmente, favorecer a
formação da ZCAS.
c) Presença da cordilheira dos Andes: FIGUEROA et al. (1995) usaram um modelo
com a coordenada vertical eta, incluindo o efeito da liberação de calor latente
para simular características da circulação de escala regional sobre a América do
Sul, com ênfase especial na formação da ZCAS. A função escolhida para
representar a forçante do modelo é uma aproximação da liberação de calor
latente na bacia amazônica, correspondendo a distribuição de chuva na região. O
primeiro experimento foi realizado com a presença dos Andes, e o resultado foi
a presença de uma zona de convergência na baixa troposfera com inclinação
NW/SE, semelhante à orientação da ZCAS.
27
O segundo experimento foi realizado sem a presença dos Andes. Esse
experimento reproduz a ZCAS, embora localizada fora de sua posiç ão
observada.
Portanto, FIGUEROA et al. (1995) concluíram que a ZCAS poderia existir
independentemente dos Andes, mas não sem a convecção sobre a região
amazônica. Aparentemente, os Andes intensificam o escoamento em baixos
níveis, auxiliando a alimentação da convergência com o ar úmido da Amazônia.
Para os autores, a geração da ZCAS se dá através de uma ação combinada da
fonte de calor latente da Amazônia e da topografia da cordilheira dos Andes.
d) Influência da temperatura da superfície do mar (TSM): de acordo com NOBRE
et al. (2002), é possível que anomalias de TSM do oceano Atlântico Sul
modulem a convecção sobre o continente. ROBERTSON e MECHOSO (2000)
sugerem que anomalias negativas de TSM sobre o Atlântico sudoeste podem
aumentar a persistência das anomalias de radiação de onda longa emitida
associadas à ZCAS, que, por sua vez, podem intensificar as anomalias de TSM.
Desta forma, estabelecida a circulação da ZCAS, as áreas oceânicas adjacentes a
esse sistema tenderiam a resfriar, intensificando a circulação sobre a AS. Porém,
as anomalias positivas de TSM favorecem o aumento de evaporação, podendo
favorecer a convecção da ZCAS através de maior disponibilidade de vapor
d’água e instabilização das camadas inferiores da atmosfera (NOBRE et al.,
2002). NOBRE et al. (2002) realizaram simulações com o modelo de circulação
geral da atmosfera do CPTEC, tentando compreender os efeitos de anomalias de
TSM sobre o Atlântico sudoeste na posição e intensidade da ZCAS. Os autores
concluíram que, ao menos para situações onde condições favoráveis à formação
da ZCAS já estejam presentes nas condições iniciais do modelo, no curto
intervalo de tempo de aproximadamente uma semana, os efeitos de anomalias
positivas de TSM sobre o Atlântico SE favorecem o desenvolvimento de casos
de ZCAS mais intensa do que a presença de águas mais frias sobre o Atlântico
SE.
SILVA DIAS (1995) argumentou que, do ponto de vista oceânico, tem-se
considerado a possível influência das configurações da TSM quanto ao
posicionamento e intensidade da ZCAS. Esse argumento é baseado no
28
alinhamento da ZCAS com uma região de forte gradiente de TSM. Contudo, é
também possível que as anomalias de TSM sejam uma resposta oceânica à
anomalia de vento à superfície do oceano, decorrente da própria ZCAS.
2.4.4.2 Influências Remotas
Os estudos das influências remotas baseiam-se na interação entre ondas
planetárias de diferentes escalas espaciais e temporais, que atuam no surgimento,
intensificação e desintensificação da ZCAS (MARTON, 2000; GRIMM, 1992). Dentre
essas influências, pode-se citar a Oscilação de Madden e Julian (OMJ) ou oscilação de
30-60 dias.
A OMJ é a mais importante oscilação atmosférica intrasazonal na região tropical.
Trabalhos desenvolvidos mostram que a OMJ tem uma importante influência na ZCAS
(GRIMM e SILVA DIAS, 1995; GRIMM, 1992).
A OMJ caracteriza-se por um deslocamento para leste de uma célula zonal de
grande escala termicamente direta, onde o ar quente sobe e ar frio desce, a partir do
oceano Pacífico tropical oeste e Índico leste, que causa variações na convecção tropical
(KAYANO, 1996).
A ZCAS pode sofrer influência remota a partir da ZCPS. Segundo GRIMM
(1992) e GRIMM e SILVA DIAS (1995), uma anomalia de convecção na ZCPS
associada com uma das fases da OMJ pode influenciar na convecção sobre a ZCAS pela
intensificação de um cavado em altos níveis sobre o sudeste da América do Sul.
CASARIN e KOUSKY (1986) mostraram uma possível conexão entre o
posicionamento da ZCAS, da ZCPS e ocorrência de veranicos no Rio Grande do Sul.
Essa conexão foi pos teriormente estudada por SILVA DIAS et al. (1988) para o caso de
fevereiro de 1988. Eles mostraram que, neste caso, assim como no episódio estudado
por CASARIN e KOUSKY (1986), uma modificação da estrutura da ZCAS e quebra do
veranico no sul do Brasil ocorreu cerca de 15 dias após alterações no posicionamento da
ZCPS. SILVA DIAS et al. (1991) também obtiveram o mesmo resultado para o caso de
março de 1991.
Grande parte dos trabalhos encontrados na literatura tem relacionado as variações
na posição e intensidade da ZCAS com a oscilação de 30-60 dias na América do Sul
29
(CASARIN e KOUSKY 1986; GRIMM e SILVA DIAS, 1995). Porém, freqüências
mais altas também são importantes. MARTON (2000), investigando a variabilidade
intrasazonal da ZCAS, encontrou influências nas bandas 30-70, 20-30, 13-20, 07-13 e
02-07 dias. Neste trabalho, MARTON (2000) mostrou que a convecção ao longo da
ZCAS na região SE do Brasil sofre significativa mudança intrasazonal com períodos
típicos da ordem de 20–40 dias.
ROBERTSON e MECHOSO (2000) encontraram variações de escalas interanuais
e interdecadais na circulação atmosférica nos subtrópicos da América do Sul, ou seja, na
região da ZCAS.
Mais recentemente, SANCHES (2002) analisou os padrões atmosféricos
dominantes em situações de ZCAS a partir de uma técnica de composição. O estudo foi
realizado nos meses de verão no período de 1980 a 2000. Algumas das composições
foram realizadas em anos de El-niño e La-niña.
Com relação ao composto em anos de El-niño (EN), SANCHES (2002) verificou,
entre outros, os seguintes comportamentos:
a. a atividade convectiva sobre o continente é menos intensa e ligeiramente
deslocada para oeste;
b. sobre o oceano, na região da ZCAS, observou-se um setor cuja atividade
convectiva era mais intensa, possivelmente associada às passagens dos
transientes que são modulados pela circulação do EN.
Em relação aos anos de La-niña (LA), o autor verificou que:
1) a atividade convectiva, em comparação a anos de EN, é mais intensa sobre o
continente;
2) em altos níveis, a subsidência ao norte da ZCAS é inibida pela circulação de
grande escala; ao sul, verificou-se que a circulação anticiclônica estende-se
para o continente inibindo a convecção, tanto na parte oceânica quanto sobre
o continente.
Mesmo com o avanço do conhecimento das características físicas da ZCAS,
incluindo estudos desenvolvidos quanto aos mecanismos de origem e influências
remotas, muitos de seus aspectos observacionais, como variabilidade e intensidade,
ainda não estão bem definidos. Segundo SANCHES (2002), existe uma necessidade de
30
se identificar e avaliar a evolução e padrões da circulação associados à banda de
nebulosidade, principalmente na região continental, assim como o papel do ciclo diurno
na intensificação da convergência do fluxo de umidade nos baixos níveis. Além do
interesse científico, o conhecimento dessas características é de grande valia para os
meteorologistas que trabalham com previsão do tempo.
Apesar do grande número de trabalhos desenvolvidos com a ZCAS, revela-se
pouco estudada, na literatura, a relação entre precipitação e vazão em bacias
hidrográficas sob esse prisma.
31
CAPÍTULO 3 – METODOLOGIA
Conforme estabelecido anteriormente, o objetivo da presente tese é estudar a
influência das ZCAS em bacias hidrográficas, já que, como descrito no Capítulo 2, a
ZCAS é um dos fenômenos meteorológicos mais importantes na escala intrasazonal,
que ocorre tipicamente no verão, ocasionando nebulosidade e precipitação por períodos
que variam de 4 a 20 dias.
Mais especificamente, o trabalho inicial consistiu na determinação das bacias
hidrográficas a serem estudadas. O ponto mais importante era a localização das bacias,
que deveria ser ao longo do posicionamento médio da ZCAS. Além disso, deveriam ser
estudadas bacias com algum destaque em âmbito nacional.
Assim, foram escolhidas as bacias dos rios Paraíba do Sul e Grande, localizadas
na região sudeste e as bacias dos rios Paranaíba e Tocantins, localizadas na região
centro-oeste do Brasil. Essas bacias apresentam posição semelhante com o alinhamento
médio da banda de nebulosidade associada à ZCAS, com importância estratégica
principalmente para a geração de energia elétrica, uma vez que estão sob os cuidados de
Furnas Centrais Elétricas S.A.
O passo seguinte foi determinar qual o episódio ZCAS seria estudado, sendo a
primeira opção por um evento recente. Foram realizadas pesquisas em várias revistas,
publicadas mensalmente pelo Centro de Previsão Climática e Estudos Climáticos
(CPTEC), a Climanálise. A Climanálise está disponível na página do CPTEC,
http://www.cptec.inpe.br/clima, a partir de janeiro de 1995 e analisa os aspectos
climáticos e sinóticos que influenciam as perturbações atmosféricas sobre o Brasil,
apresentando todos os eventos ZCAS que ocorreram no período de disponibilidade da
revista. Alguns desses eventos, ocorridos nos meses de dezembro, janeiro ou fevereiro
estão listados na Tabela 3.1. É importante ressaltar que, eventualmente, podem ocorrer
eventos de ZCAS durante a primavera ou outono, porém, por simplicidade serão
listados apenas alguns eventos que ocorrem nos meses de verão. Em função da
possibilidade de obtenção conjunta de dados hidrometeorológicos e imagens de satélite
optou-se pelo estudo do mês de fevereiro de 2002, quando ocorreram dois episódios de
ZCAS, o primeiro entre os dias 04 e 07 e o segundo entre os dias 16 e 24 de fevereiro. A
análise desses eventos será realizada com maiores detalhes no Capítulo 4 desta tese.
32
Tabela 3.1: Lista de alguns episódios de ZCAS durante os meses de verão.
MÊS
ANO
JAN FEV DEZ
2001 01 a 04 X
17 a 21 e
24 a 28
2002 X
04 a 07 e
16 a 24
10 a 16 e
27 a 07/01/03
2003
13 a 19 e
25 a 01/02
X X
2004
02 a 06
10 a 20 e
25 a 29
07 a 11 e
20 a 24
__
Fonte: CPTEC, 2004.
Complementarmente, foi utilizado o resultado obtido por SANCHES (2002), que
analisou os padrões atmosféricos dominantes em situações de ZCAS a partir de uma
técnica de composição, realizando o estudo nos meses de verão, abrangendo o período
de janeiro de 1980 a fevereiro de 2000. Sanches (2002) identificou 65 casos de ZCAS,
sendo 23 em dezembro, 29 em janeiro e 13 em fevereiro, dando uma média de
aproximadamente 3 episódios por verão, com duração aproximada de 10 dias. No total,
foram 677 dias dos 1800 que compreenderam o período de estudo. Assim, a ZCAS
esteve em atividade durante 1/3 do total do período estudado, e segundo o autor, essa
característica fortalece a hipótese que a climatologia de verão da América do Sul seja
modulada pela ZCAS. SANCHES (2002) apresenta uma tabela com todos os episódios
ZCAS, durante os meses verão, de janeiro de 1980 a fevereiro de 2000. Essa tabela pode
ser vista no Apêndice A desta tese.
33
Depois de explicitados os eventos ZCAS e realizada a escolha das bacias
hidrográficas a serem analisadas, o passo seguinte foi organizar os dados necessários
para análise da influência da precipitação decorrente da ZCAS nas bacias.
3.1 DADOS UTILIZADOS
Para realizar as análises dos eventos ZCAS escolhidos e suas influências nas
bacias hidrográficas de interesse, foram utilizados dados de Furnas Centrais Elétricas
S.A., do ONS e do CPTEC, que são apresentados a seguir.
3.1.1 Precipitação
Foram empregados dados de precipitação acumulada em 24 horas de postos
pluviométricos, que foram gentilmente cedidos pela Divisão de Hidrologia de Furnas
Centrais Elétricas S.A. Os postos são pertencentes a Furnas e estão localizados nas
bacias hidrográficas dos rios Paraíba do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins. Esses
dados são colhidos diariamente sempre às 7 horas da manhã, ou seja, um a leitura
realizada no dia 5, por exemplo, corresponde a precipitação acumulada entre as 7 horas
da manhã do dia 4 até as 7 horas da manhã do dia 5. Os dados passam por processos de
consistência, não sendo necessário qualquer estudo específico para preenchimento de
possíveis falhas decorrentes, por exemplo, de erros de medida.
O período da série de dados disponibilizada variou de uma bacia hidrográfica para
outra. Para a bacia do rio Tocantins, foi disponibilizada a menor série, apenas 9 anos, de
1995 a 2003. Já para as bacias dos rios Paraíba do Sul e Paranaíba, os dados são
referentes ao período de 1985 a 2003, 19 anos e, na bacia do rio Grande, a série de
dados abrange os anos de 1983 a 2003, totalizando uma série de 21 anos. Esses dados
foram inicialmente utilizados para observar o comportamento médio anual da
precipitação, determinando os períodos seco e chuvoso em cada bacia. Para tal
determinação foram calculados os valores médios mensais em cada bacia. O número
total de postos pluviométricos localizados nas bacias variou de uma para outra. Na bacia
do rio Paraíba do Sul, são 34 postos pluviométricos, enquanto nas bacias do rio Grande,
rio Paranaíba e rio Tocantins são 36, 24 e 32 postos respectivamente.
34
Existem diversos métodos para determinação da precipitação média em uma bacia
hidrográfica, conforme a ponderação que se faz das observações pontuais disponíveis.
No presente trabalho, que visa preliminarmente identificar e caracterizar a influência da
precipitação em bacias hidrográficas, optou-se por utilizar o método da média
aritmética, onde admite-se que todos os postos pluviométricos têm o mesmo peso. Esse
método ignora as variações espaciais da precipitação.
Embora sejam reconhecidas as limitações do método empregado julgou-se
suficiente para atender o propósito de lançar um novo enfoque no exame dos registros
fluviométricos de importantes bacias hidrográficas a partir da perspectiva meteorológica
da análise de eventos ZCAS. Estudos mais rigorosos no sentido de melhor representar a
variabilidade espaço-temporal da precipitação, incluindo análises de incertezas, devem
ser desenvolvidos, que certamente permitirão ampliar e enriquecer o prisma adotado
nesta pesquisa.
Dessa forma, utilizando o método da média aritmética, foram calculadas, em cada
bacia de estudo, as precipitações médias mensais, a média somente para o mês de
fevereiro, já que os eventos ZCAS analisados ocorreram neste mês, e a média diária
para o mês de fevereiro de 2002.
Na seqüência, foram estabelecidos os contornos das bacias e realizada a
localização dos postos pluviométricos utilizados em cada uma delas. A partir desse
procedimento simplificado foi possível gerar mapas diários com os valores observados
de precipitação nos postos e observar espacialmente o comportamento da chuva,
identificando, assim, os eventos de caráter local e aqueles onde a precipitação ocorreu
de forma bem distribuída em toda a bacia.
Também foram analisados os dados observados juntamente com os valores
mensais de longo termo, para determinar eventos extremos de precipitação em cada
bacia. Para cada episódio em que a precipitação excedeu o valor de longo termo,
buscou-se, na literatura, se esse evento já havia sido estudado.
3.1.2 Valores médios mensais de vazão natural
Neste estudo foram utilizados também dados de médias mensais de vazão natural
para o período de 1931 a 2001, disponibilizados pelo ONS (ONS, 2004), para as UHE
35
de Funil, Furnas, Itumbiara e Serra da Mesa. A avaliação das vazões naturais foi
precedida por uma ampla análise de consistência de dados fluviométricos e
pluviométricos disponíveis nas principais estações hidrométricas existentes em cada
bacia, bem como de uma abrangente análise de consistência dos dados operativos dos
aproveitamentos. As vazões naturais foram obtidas em cada local de aproveitamento,
retirando os efeitos da operação dos reservatórios existentes a montante, incorporando
as vazões relativas à evaporação e utilizando o processo de balanço hídrico em base
mensal, considerando os níveis de água e as curvas cota-volume. Nesse trabalho, foram
ainda avaliados e incorporados os usos consuntivos da água na bacia incremental de
cada aproveitamento, desde janeiro de1931 a dezembro de 2001.
A análise dessas informações permitiu identificar os meses onde a vazão natural
apresenta maiores e menores valores.
3.1.3 Valores diários de vazão natural
Tendo em vista o interesse desta pesquisa de caracterizar mais especificamente os
episódios ZCAS que ocorreram em fevereiro de 2002, foram empregados dados diários
de vazão natural para o mês de fevereiro de 2002, disponibilizados por Furnas, para as
UHE de Funil, Furnas, Itumbiara e Serra da Mesa.
3.1.4 Imagens de satélite
No sentido de fundamentar algumas análises realizadas nesta tese, fez-se o uso de
imagens do satélite Geostationary Operational Environmental (GOES-8). A órbita do
GOES é do tipo órbita geoestacionária, onde o satélite permanece relativamente parado
perpendicular a um ponto da superfície terrestre a uma determinada altitude (em torno
de 36 mil quilômetros), realizando varredura de parte do território brasileiro a cada meia
hora. Neste trabalho, foram utilizadas imagens do canal infravermelho pela facilidade
em visualizar o posicionamento da banda de nebulosidade associada a ZCAS. Foram
utilizadas imagens do CPTEC (CPTEC, 2004) e imagens de Furnas, onde é possível
destacar a localização das bacias (FURNAS, 2003c).
36
CAPÍTULO 4 – ESTUDO DE CASO
Neste Capítulo, serão descritas resumidamente as características principais das
bacias hidrográficas estudadas, e será apresentada a análise sinótica dos eventos ZCAS
que ocorreram em fevereiro de 2002.
A escolha das bacias ocorreu pela importância estratégica para geração de energia
elétrica e pela localização geográfica, como será discutido no item 4.1.
4.1 AS BACIAS HIDROGRÁFICAS
O interesse pelo estudo das bacias dos rios Paraíba do Sul e Grande, localizadas
na região sudeste e das bacias dos rios Paranaíba e Tocantins, situadas na região centro-
oeste do Brasil, ocorreu primeiramente pelo posicionamento similar ao da ZCAS,
quando configurada. Essa percepção constituiu o fundamento principal da questão
científica levantada por esta tese, pois a ZCAS, como descrito no Capítulo 2, é um dos
mais importantes fenômenos meteorológicos que ocorre tipicamente no verão,
influenciando o regime pluviométrico das bacias de estudo. Além disso, essas bacias
possuem destaque em âmbito nacional, entre outros aspectos, pela geração de energia
elétrica através de usinas hidrelétricas.
Na Figura 4.1, são apresentadas as localizações das bacias de estudo. É impor tante
ressaltar que essas bacias estão delimitadas conforme a área de interesse de Furnas
Centrais Elétricas S.A. Destaca-se que o presente estudo foi realizado no âmbito das
áreas de atuação de Furnas em cada bacia.
37
Figura 4.1: Localização das bacias d
os rios Paraíba do Sul (verde), Grande (roxo), Paranaíba
(trecho Araguari em amarelo e trecho Corumbá em rosa) e Tocantins (azul). Os pontos em azul
representam as UHE de Furnas.
A seguir, serão descritas, de forma sucinta, algumas características das bacias
hidrográficas de interesse.
Será dada uma ênfase especial na bacia do rio Paraíba do Sul, por se tratar de uma
das mais importantes bacias hidrográficas no Brasil, já que drena uma das regiões mais
desenvolvidas do país. Outro ponto importante é a questão da operação da UHE de
Funil, especialmente durante o período chuvoso, quando o nível do reservatório quase
sempre atinge o nível máximo de segurança, sendo necessária a liberação de descargas
defluentes, sem que ocorram danos nas cidades a jusante, como Resende e Barra do
Piraí.
38
4.2 A BACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL
A bacia do rio Paraíba do Sul abrange uma das mais desenvolvidas áreas
industriais do país (Figura 4.1). Na bacia, vivem cerca de 5 milhões de habitantes, 87%
dos quais vivem em áreas urbanas, numa área de 57.000 km
2
, abrangendo os estados de
São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais. São 180 municípios, sendo que 36 estão
parcialmente inseridos na bacia.
Possui expressiva relevância nacional devido ao elevado contingente populacional
e importância econômica atrelada ao grande e diversificado parque industrial instalado.
Essa região localiza-se em uma das mais complexas e desenvolvidas áreas do país, com
grande potencial de conflitos no que se refere ao uso dos recursos hídricos. (ANA,
2003).
4.2.1 Ocupação e uso do solo
Nas últimas décadas do século XVIII, teve início a monocultura agrícola de
exportação do país, o café, expandindo-se a partir dos núcleos de apoio das rotas de
exploração de minérios do interior entre os estados do Rio de Janeiro, São Paulo e
Minas Gerais.
O cuidado com o que hoje se chama capacidade de uso do solo das terras era
absolutamente inexistente. Em pouco tempo, as lavouras de café expandiram-se pelas
terras do vale do Paraíba, destruindo suas matas naturais.
Devido ao relevo predominantemente acidentado na região do vale do Paraíba, a
cafeicultura foi rapidamente à decadência. Logo a pecuária substituiu a agricultura
como atividade econômica principal, até meados do século XX, quando o país entra na
era industrial, transformando a região de uma condição de economia e população
essencialmente rurais para uma condição predominantemente urbana em menos de três
décadas (CEIVAP, 2001).
4.2.2 Cobertura Vegetal e uso atual do solo
As florestas naturais que ocupavam a maior parte da bacia antes da expansão da
cafeicultura, estão hoje reduzidas a 11% do território, em remanescentes isolados, e que
39
são mais expressivos apenas onde o relevo se torna montanhoso, como nas cristas das
serras do Mar e da Mantiqueira, principalmente na região de Itatiaia (RJ).
Apesar da área de florestas na bacia do rio Paraíba do Sul já estar severamente
reduzida, a destruição persiste, tanto por exploração de madeira e lenha, como por
incêndios acidentais ou criminosos.
Em termos de área ocupada, a pecuária aparece ainda como principal forma de
uso do solo na bacia.
A distribuição das classes de vegetação e uso do solo pode ser observada no mapa
de cobertura vegetal na Figura 4.2.
40
Figura 4.2: Distribuição das classes de vegetação e uso do solo (Fonte: CEIVAP, 2001).
41
4.2.3 Recursos Hídricos
4.2.3.1. Hidrografia
O rio Paraíba do Sul nasce na serra da Bocaina, no estado de São Paulo, a 1800
metros de altitude, e deságua no norte fluminense, no município de São João da Barra,
percorrendo uma extensão aproximada de 1.150 km. Sua bacia tem forma alongada,
com comprimento cerca de três vezes maior que a largura máxima, e distribui-se na
direção leste-oeste entre as serras do Mar e da Mantiqueira, situando-se em uma das
poucas regiões do país de relevo muito acidentado, com ponto culminante a 2.787 m de
altitude (pico das Agulhas Negras no maciço do Itatiaia).
Ao longo de seu percurso, o rio Paraíba do Sul apresenta trechos com
características físicas distintas, os quais podem ser divididos de acordo com a seguinte
classificação:
• curso superior - estende -se até a cidade de Guararema (SP) a 572 m de altitude,
apresentando fortes declives, com declividade média de 4,9 m/km e extensão de
317 km;
• curso médio superior - começa em Guararema e segue até Cachoeira Paulista
(SP) a 515 m de altitude; nesse trecho, o rio é bastante sinuoso, com declividade
média de 0,19 m/km e extensão de 208 km;
• curso médio inferior - entre Cahoeira Paulista e São Fidelis (RJ) com altitude de
20 m e declividade média de 1,0 m/km; trecho com muitas cachoeiras;
• curso inferior - de São Fidelis à foz, com 95 km de extensão.
4.2.3.2. Uso urbano
Além do abastecimento domiciliar da população residente na bacia, as águas do
Paraíba do Sul constituem o principal manancial de abastecimento da Região
Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ), atendendo a uma população de mais de 8
milhões de habitantes. Aproximadamente 2/3 da vazão do rio, em torno de 160 m
3
/s, são
captados).
42
4.2.3.3. Recreação
Ocorre apenas em pontos específicos da bacia, principalmente nas regiões
serranas, onde há cachoeiras.
4.2.3.4. Uso agrícola
A bacia apresenta grande potencial para irrigação, mas somente uma pequena
área é utilizada para tal finalidade.
4.2.3.5. Pesca e aqüicultura
Desenvolvem-se pr incipalmente no baixo curso dos rios Paraíba do Sul, Muriaé
e Dois Rios.
4.2.3.6. Navegação
As condições de navegabilidade na bacia não são boas, e não há tradição de
transporte fluvial no Paraíba do Sul.
4.2.3.7. Geração de energia
O potencial hidrelétrico corresponde a 1,7% do total brasileiro. Nessa bacia,
localiza-se a usina hidrelétrica (UHE) de Funil, pertencente a Furnas, que foi construída
em Itatiaia, no estado do Rio de Janeiro. A UHE de Funil tem grande importância
porque está localizada próxima aos grandes centros consumidores da região Sudeste,
onde estão instaladas grandes indústrias (Figura 4.3).
43
Figura 4.3: Usina Hidrelétrica de Funil (Fonte: FURNAS, 2004).
Além da função de usina geradora de energia elétrica, o aproveitamento
hidrelétrico de Funil assumiu o papel de elemento regularizador da vazão do rio Paraíba
do Sul, no trecho sul Fluminense, entre os municípios de Itatiaia e Piraí.
De acordo com o Inventário das Restrições Operativas Hidráulicas dos
Aproveitamentos Hidrelétricos (ONS, 2002b), as cidades de Resende, Barra Mansa e
Volta Redonda são as principais restrições para operação da UHE de Funil, durante a
ocorrência de cheias. Considerando-se essas restrições, adota-se, para o cálculo do
volume de espera, a restrição de 700 m
3
/s em Funil. Na operação durante os períodos
chuvosos, no entanto, a descarga da usina pode oscilar dependendo das vazões
incrementais entre a referida usina e os pontos de restrição.
A Figura 4.4 mostra a bacia do rio Paraíba do Sul com os postos pluviométricos
que foram utilizados neste trabalho.
44
-46.5 -46 -45.5 -45 -44.5 -44 -43.5
Longitude
-23.5
-23
-22.5
Latitude
Estado de
Minas Gerais
Estado do
Rio de Janeiro
Estado de
São Paulo
TREMEMBÉ
US. ISABEL
US. SODRÉ
JACAREÍ
S. J. CAMPOS
TAUBATÉ
US.
VATICANO
APARECIDA
GUARÁ
LORENA
STCH
CRUZEIRO
FZ. MATO QUIETO
AGULHAS NEGRAS
QUELUZ
P. NAC. ITATIAIA
USFL
ITATIAIA
RESENDE
N. SRA. AMPARO
V. REDONDA
BARRA MANSA
SANTANA DO
BONSUCESSO
BANANAL
S. J.
FORMOSO
US. BOCAINA
PEDRA SELADA
FZ. SÃO JOÃO
Oceano
Atlântico
Limite das Bacias
Limite dos Estados
Rios
BARREIRO
Bacia do Rio Paraíba do Sul
Figura 4.4: Bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul (Fonte: FURNAS, 2003a).
4.3 A BACIA DO RIO GRANDE
A bacia do rio Grande tem uma área total de 143.000 km
2
, dos quais 86.400 km
2
localizam-se em território mineiro, o que equivale a 17,8% da área do estado. A
população na bacia do estado mineiro é de aproximadamente 3 milhões de pessoas.
4.3.1 Usos do solo
Segundo o relatório de monitoramento das águas superficiais na bacia do rio
Grande, realizado pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM, 2002), dentre as
atividades econômicas dominantes, destacam-se as indústrias metalúrgicas, alimentícias
e químicas e extração de areia e argila.
4.3.2 Usos da água
A água na bacia do rio Grande é utilizada para abastecimento doméstico e
industrial, irrigação, pesca, recreação e geração de energia elétrica.
45
4.3.3 Geração de energia elétrica
Nessa bacia, é gerada cerca de 67% de toda energia hidrelétrica produzida no
estado de Minas Gerais. Nela, localiza-se a UHE de Furnas, a primeira a ser construída
pela empresa, da qual herdou o nome (Figura 4.5). A UHE está localizada no curso
médio do rio Grande, entre os municípios de São José da Barra e São João Batista do
Glória e possui uma potência de 1.216 MW (FURNAS, 2004).
O reservatório da UHE de Furnas é um dos maiores do Brasil, com 1.440 km
2
e
3.500 km de perímetro, banhando 34 municípios de Minas Gerais.
Figura 4.5: Usina Hidrelétrica de Furnas (Fonte: FURNAS, 2004).
A localização dos postos pluviométricos, utilizados no presente trabalho, na bacia
do rio Grande, é apresentada na Figura 4.6.
46
UNEP
-49 -48 -47 -46 -45 -44
Longitude
-22
-21
-20
L
a
t
i
t
u
d
e
Limite dos Estados
Estado de
Minas Gerais
Estado de
São Paulo
Estado do
Montante
de Furnas
Jusante
Rio de Janeiro
de Furnas
Limite das Bacias
USMR
USCL
CONCEIÇÃO DAS ALAGOAS
FAZENDA
CAPÃO ESCURO
USINA
JUNQUEIRA
PONTE
JOAQUIM
FAZENDA
BELA VISTA
PASSAGEM
FAZENDA
CORREDEIRA
PORTO
FERREIRA
USLB
USMM
ITAÚ
JURÉIA
USFU
CARMO
BESP
GUAPÉ
FORMIGA
SJAC
FAZ. MOINHO
ITUMIRIM
STIT
MACAIA
IBITURUNA
STPC
TRÊS CORAÇÕES
CAREAÇU
PARAGUAÇU
USVG
Rios
JUSTINO
P. DOS BUENOS
FAMA
Bacia do Rio Grande
Figura 4.6: Bacia hidrográfica do rio Grande (Fonte: FURNAS, 2003a).
4.4 A BACIA DO RIO PARANAÍBA
O rio Paranaíba nasce na serra da Mata da Corda em Minas Gerais a uma altitude
de 1.140 m, percorre uma extensão de 1.120 km até sua desembocadura no rio Paraná,
com sua bacia de captação e drenagem totalizando 220.195 Km
2
, sendo que 67,89%
dessa área localiza-se no estado de Goiás.
Seus principais afluentes são: rio Aporé, rio dos Bois, rio Claro, rio Corrente, rio
Corumbá, rio Meia Ponte, rio Piracanjuba, rio São Marcos, rio Turvo, rio Verde, rio
Verdão, rio Veríssimo (SIMEGO, 2003).
4.4.1 Geração de energia elétrica
Entre as usinas hidrelétricas que operam na bacia do rio Paranaíba está a UHE de
Itumbiara, localizada entre os municípios de Itumbiara (GO) e Araporã (MG). A Figura
4.7 mostra uma foto da UHE de Itumbiara.
47
A UHE de Itumbiara é a maior usina do sistema Furnas. Teve sua construção
iniciada em 1974 entrando em operação em 1980 com uma capacidade instalada de
2.082 MW (FURNAS, 2004).
Figura 4.7: Usina Hidrelétrica de Itumbiara (Fonte: FURNAS, 2004).
A localização dos postos pluviométricos , utilizados neste trabalho, na bacia do rio
Paranaíba, é apresentada na Figura 4.8.
48
-50 -49 -48 -47
Longitude
-19
-18
-17
-16
-15
-14
Latitude
Estado de Goiás
Estado de
Minas Gerais
Limite das Bacias
Limite dos Estados
Rios
CERES
ITAPURANGA
ITABERAÍ
JARAGUÁ
PTE. QUEBRA
PADRE
URUANA
GOIANÉSIA
FZ. MARAJÁ
PIRENÓPOLIS
BRAZLÂNDIA
STBS
PLANALTINA
MINGONE
PONTE S. BARTOLOMEU
VIANÓPOLIS
CRISTALINA
ENGENHEIRO AMORIM
MONTES CLAROS
CRISTIANÓPOLIS
CHÁCARA DA BARRA
USCB
MARZAGÃO
ESTAÇÃO
VERÍSSIMO
TUPACIGUARA
CAPIM BRANCO
USIT
PIRES DO RIO
EMBORCAÇÃO
NOVA PONTE
MOQUÉM
LINHA
PORTEIRAS
FZ. CAJUPIRA
CAVALCANTE
CAMPINAÇU
ESTRELA DO NORTE
NIQUELÂNDIA
MIMOSO
BERNARDO
PILAR
DE
GOIÁS
URUAÇÚ
PORTO
SERRA
DA MESA
PTE. DO RIO
PRETO
FLORES
DE GOIÁS
S. JOÃO
DA ALIANÇA
COLINAS
DO SUL
SÃO LUIS
TOCANTINS
DO
PONTE ANÁPOLIS/
BRASÍLIA
S. GABRIEL
DE GOIÁS
Bacias do Tocantins e Paranaíba
FAZ.
SANTA SÉ
SAMA
ALTO
PARAÍSO
Figura 4.8: Bacia hidrográfica dos rios Paranaíba e Tocantins (Fonte: FURNAS, 2003a).
4.5 A BACIA DO RIO TOCANTINS
A região da bacia hidrográfica do rio Tocantins apresenta importância no contexto
nacional, pois caracteriza-se pela expansão da fronteira agrícola, principalmente com
relação ao cultivo de grãos, e pelo grande potencial hidroenergético (ANA, 2003).
A bacia possui uma área de 967.059 km² (11% do território nacional) e abrange os
estados de Goiás (26,8%), Tocantins (34,2%), Pará (20,8%), Maranhão (3,8%), Mato
Grosso (14,3%) e o Distrito Federal (0,1%). Grande parte situa-se na região centro-
oeste, desde as nascentes dos rios Araguaia e Tocantins até a sua confluência, e daí, para
jusante, adentra na região norte até a sua foz.
O rio Tocantins é formado a partir dos rios das Almas e Maranhão, cujas nascentes
situam-se no planalto de Goiás, no Distrito Federal, região mais central do Brasil, na
cota 1.100 m, desenvolve-se no sentido sul-norte, percorre uma extensão de 2.400 Km,
49
até desaguar na baía de Marajó, próximo, a Belém do Pará. Os principais usos são para
abastecimento público, irrigação e geração de energia (SIMEGO, 2003).
4.5.1 Geração de energia elétrica
A UHE de Serra da Mesa, localizada na bacia do Alto Tocantins,
em Goiás, possui grande importância no panorama energético brasileiro (Figura 4.9).
Sua barragem está situada no curso principal do rio Tocantins, no município de
Minaçu (GO), a 1790 Km de sua foz e a 640 Km de Brasília – DF (Furnas,
2004). Ela é responsável pela ligação entre o sistema interligado sul/sudeste/centro-
oeste e o norte/nordeste, sendo o elo da interligação norte-sul.
O reservatório de Serra da Mesa é o maior do Brasil em volume de água, com
54,4 bilhões de m
3
e uma área de 1.784 km
2
.
Figura 4.9: Usina Hidrelétrica de Serra da Mesa (Fonte: FURNAS, 2004).
Na Figura 4.8, são apresentados os postos pluviométricos, localizados na bacia do
rio Tocantins, que foram utilizados neste trabalho.
50
4.6 CARACTERIZAÇÃO METEOROLÓGICA DO MÊS DE FEVEREIRO DE
2002
O mês de fevereiro de 2002 foi caracterizado por chuvas acima da média histórica
na maior parte da região sudeste, resultando em inundações e perdas humanas e
materiais em São Paulo e no aumento considerável do nível dos reservatórios em Minas
Gerais. Foram observados quatro episódios de frentes frias e dois episódios de ZCAS.
Além disso, a atuação de um sistema de baixa pressão nas regiões sudeste e
centro-oeste do país entre os dias 07 e 11, onde uma área de baixa pressão em baixos
níveis propicia convergência de umidade , ocasionou precipitações intensas. As Figuras
4.10a e 4.10b apresentam as imagens de satélite do dia 08 às 00Z e do dia 09 as 18Z,
respectivamente. Nas duas Figuras, observa -se a nebulosidade associada ao sistema de
baixa pressão que atuava nas regiões sudeste e centro-oeste do Brasil. Áreas de
instabilidade associadas ao sistema de baixa pressão provocaram chuvas intensas nas
bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande e Paranaíba, enquanto o sistema permaneceu
configurado.
(a) (b)
Figura 4.10: Imagem de satélite no canal infravermelho referente ao dia 08/02/02 às 00Z (a) e
09/02/02 às 18Z (b) (Fonte: CPTECb, 2004).
Dos quatro sistemas frontais que atuaram no país durante o mês de fevereiro de
2002, apenas um apr esentou propagação, enquanto os outros atuaram apenas um dia no
litoral do Rio Grande do Sul e São Paulo.
51
No dia primeiro, observou-se a atuação de um sistema frontal no litoral do Rio
de Janeiro, que se formou no final do mês anterior e causou ventos fortes no litoral do
Rio Grande do Sul e Santa Catarina. A frente fria deslocou-se até Vitória (Espírito
Santo) e, entre os dias 05 e 07, permaneceu estacionária em Salvador (Bahia), causando
nebulosidade e chuvas isoladas no interior e litoral desta região.
O primeiro e terceiro sistemas frontais atuaram somente um dia no litoral do Rio
Grande do Sul, deslocando-se posteriormente para o oceano. No dia 12, a segunda
frente fria apresentou um rápido deslocamento pelo litoral da região sul do país e, ao
atingir o litoral da região sudeste, permaneceu semi-estacionária entre o Rio de Janeiro e
Espírito Santo. A partir do dia 21, o sistema frontal deslocou-se até Vitória , onde
enfraqueceu. Na sua permanência sobre a região sudeste, originou o segundo episódio
de ZCAS, como será visto mais adiante, além de muita nebulosidade e chuvas nas
regiões centro-oeste e sudeste.
O quarto e último sistema frontal encontrava-se no dia 27, no sul do litoral de São
Paulo. Esse sistema atuou somente um dia, deslocando-se para o oceano.
A Figura 4.11 apresenta o posicionamento e deslocamento dos sistemas frontais
que atuaram no país durante o mês de fevereiro de 2002.
52
Figura 4.11: Seções estação versus tempo dos sistemas frontais que penetraram no Brasil em
fevereiro de 2002. Os pontos indicam que a frente passou pela estação entre 09:00h (hora local)
do dia anterior e 09:00h (hora local) do dia indicado (Fonte: CLIMANÁLISE, 2002).
Os eventos ZCAS que ocorreram no mês de fevereiro de 2002 configuraram-se
entre os dias 4 e 7 e entre os dias 16 e 24 (CLIMANÁLISE, 2002). Na Figura 4.12a, é
apresentada uma imagem de satélite do dia 05 de fevereiro no horário das 0645Z, e, na
Figura 4. 12b, uma imagem do dia 21/02 as 1445Z, representando o primeiro e segundo
caso de ZCAS respectivamente. Em ambas as figuras, destacam-se, na cor laranja, as
bacias hidrográficas de estudo.
53
(a) (b)
Figura 4.12: Imagem de satélite no canal infravermelho referente ao dia 05/02/02 às 0645Z (a) e
21/02/02 às 1445Z (b) (Fonte: FURNAS, 2003c).
Já na Figura 4.13, são apresentadas imagens de satélite médias, para verificação
da posição média da nebulosidade, durante os períodos de atuação da ZCAS. Na Figura
4.13a, é apresentada a média das imagens de satélite dos dias 4 ao dia 7 no horário das
1145Z, e, na Figura 4.13b é apresentada a média das imagens do segundo episódio de
ZCAS, entre os dias 16 e 24/02/02, no horário das 1445Z.
(a) (b)
Figura 4.13: Imagem de satélite média para os períodos de 04 a 07/02/02 (a) e de 16 a
24/02/02
(b) (Fonte: FURNAS, 2003c).
54
No primeiro episódio de ZCAS (Figuras 4.12a e 4.13a), a banda de nebulosidade
esteve semi-estacionária sobre o Mato Grosso, Tocantins, norte de Minas Gerais,
Espírito Santo e em grande parte da Bahia, atuando principalmente na bacia do rio
Tocantins. No segundo episódio, que ocorreu no mês de fevereiro de 2002 (Figuras
4.12b e 4.13b), a banda de nebulosidade atuou sobre o Mato Grosso, Mato Grosso do
Sul, sul de Goiás e o centro da região Sudeste, atuando em todas as bacias de estudo,
exceto na bacia do rio Tocantins.
O posicionamento da ZCAS também pode ser identificado pelas Figuras 4.14a e
4.14b, que representam o campo médio de linha de corrente e velocidade vertical em
500 hPa para o período de 04 a 07 (Figura 4.14a) e de 16 a 24 de fevereiro (Figura
4.124). Valores negativos de velocidade vertical estão associados a movimento
ascendente. Assim, observa-se, na Figura 4.14, o movimento ascendente associado à
banda de nebulosidade em ambos os casos.
(a) (b)
Figura 4.14: Linha de corrente e velocidade vertical em 500 hPa: (a) média de 04/02/2002 a
07/02/2002; (b) média de 16/02/2002 a 24/02/2002 (Fonte: CLIMANÁLISE, 2002).
As Figuras 4.15a e 4.15b apresentam as linhas de corrente e a divergência do
vento no nível de 200 hPa, para o primeiro e segundo caso de ZCAS de fevereiro de
2002, respectivamente. Nota-se que, em ambos os casos, foi marcante a configuração da
Alta da Bolívia e do vórtice ciclônico em altos níveis, sendo que, no primeiro caso, o
55
vórtice esteve distante do continente. Os valores positivos de divergência em 200 hPa
contribuem para movimento vertical ascendente em baixos níveis.
(a) (b)
Figura 4.15: Linha de corrente e divergência do vento em 200 hPa: (a) média de 04/02/2002 a
07/02/2002; (b) média de 16/02/2002 a 24/02/2002 (Fonte: CLIMANÁLISE, 2002).
De acordo com a Climanálise de fevereiro de 2002, na região sudeste, a ZCAS
favoreceu a ocorrência de chuvas no norte de São Paulo e centro-sul de Minas Gerais,
onde os totais excederam os 350 mm. Apenas o centro-sul de São Paulo e o Rio de
Janeiro apresentaram déficit pluviométrico superior a 100 mm em algumas áreas. Já na
região centro-oeste do Brasil, a atuação da ZCAS favoreceu o aumento das chuvas em
praticamente toda a região, destacando-se o Mato Grosso e o centro-sul de Goiás, que
apresentaram chuvas até 100 mm acima da média histórica. As chuvas foram mais
escassas no norte de Goiás e sudoeste do Mato Grosso.
As Figuras 4.16a e 4.16b apresentam o campo de precipitação total nos dois
eventos. Pode-se observar que, no primeiro evento, que abrange o volume total
precipitado entre os dias 04 a 07 de fevereiro, as chuvas foram mais intensas
principalmente na parte sul do Amazonas, nordeste de Mato Grosso e na região norte de
Minas Gerais. Já a região sul do Brasil apresentou áreas com pouca ou nenhuma
precipitação com valores inferiores a 20 mm (Figura 4.16a). O campo de precipitação
total no período de 16 a 24 de fevereiro é apresentado na Figura 4.16b. Durante esse
período, a precipitação foi mais intensa no sul do Amazonas, Mato Grosso, sul de
56
Goiás, norte de Mato Grosso do Sul e partes do sul de Minas Gerais e norte de São
Paulo. Observa-se também a pouca ou nenhuma precipitação na região nordeste do
Brasil, com valores menores que 20 mm. O fato das regiões sul e nordeste apresentarem
pouca precipitação se dá porque, quando ocorre a formação da ZCAS, essas regiões são
áreas onde reside a subsidência associada à convecção da banda de nebulosidade. A
subsidência associada a ZCAS tende a ocorrer principalmente no lado polar, ou seja, na
região sul. Somente quando a ZCAS atinge um estágio de dissipação é que a
subsidência no lado equatorial, ou seja, na região nordeste, se intensifica (MARTON,
1994 e SEABRA, 2002).
(a) (b)
Figura 4.16: Campo de precipitação total entr
e os dias (a) 04 e 07/02/2002 e (b) 16 a 24/02/2002
(Fonte: CLIMANÁLISE, 2002).
57
CAPÍTULO 5 – RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo, serão apresentados os resultados obtidos seguindo a metodologia
descrita no Capítulo 3. A análise empreendida por essa dissertação, apesar do conjunto
de limitações destacadas e reconhecidas, fornece subsídios importantes para o estudo da
influência da precipitação decorrente da ZCAS em bacias hidrográficas.
Primeiramente, serão apresentados os períodos seco e chuvoso e o comportamento
histórico da precipitação, através dos valores médios, no mês de fevereiro em cada
bacia.
Em seguida, será apresentada a importância do estudo da ZCAS nas bacias
hidrográficas de estudo. Até este ponto, a principal consideração feita sobre o estudo da
ZCAS nas bacias hidrográficas diz respeito ao posicionamento das bacias com
alinhamento coincidente ao da ZCAS quando configurada. Mas será que o
posicionamento coincidente por si só é suficiente para observar a influência da ZCAS
nas bacias? A resposta a essa pergunta pode ser elaborada a partir da análise contida
neste trabalho, que será apresentada a seguir.
5.1 VALORES MÉDIOS MENSAIS DE PRECIPITAÇÃO NAS BACIAS
Com o objetivo de determinar e caracterizar os períodos seco e chuvoso das bacias
escolhidas para estudo, foram utilizados os valores médios mensais de precipitação,
obtidos através de Furnas Centrais Elétricas S.A. A série desses dados, conforme
descrito no Capítulo 3, varia em cada bacia. Na bacia do rio Tocantins , tem-se a menor
série de dados, com apenas 9 anos, no período de 1995 a 2003. Nas bacias dos rios
Paranaíba e Paraíba do Sul, os dados disponíveis são de 1985 a 2003 (19 anos). Para a
bacia do rio Grande, os dados são de 1983 a 2003 (21 anos).
As Figuras 5.1 a 5.4 mostram a variação da precipitação ao longo do ano nas
bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins, respectivamente.
Observa-se que as bacias apresentam períodos chuvoso e seco bem definidos, sendo que
os meses mais secos (junho a agosto) são idênticos em todas as bacias.
58
O período chuvoso nas bacias analisadas compreende os meses de novembro a
março, enquanto que o período seco vai de abril a outubro. Durante o período seco, a
precipitação corresponde a menos de 30% da precipitação total no ano, em todas as
bacias. Destaca-se a bacia do rio Tocantins, onde, durante o período seco, a precipitação
corresponde a apenas 19% do total anual.
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Precipitação (mm)
Figura 5.1: Precipitação média mensal na bacia do rio Paraíba do Sul (Fonte: FURNAS, 2003a).
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Precipitação (mm)
Figura 5.2: Precipitação média mensal na bacia do rio Grande (Fonte: FURNAS, 2003a).
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Precipitação (mm)
Figura 5.3: Precipitação média mensal na bacia do rio Paranaíba (Fonte: FURNAS, 2003a).
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Precipitação (mm)
Figura 5.4: Precipitação média mensal na bacia do rio Tocantins (Fonte: FURNAS, 2003a).
Nas quatro bacias estudadas, os meses com menores índices pluviométricos são
junho, julho e agosto, sendo que, nas bacias dos rios Paranaíba (Figura 5.3) e Tocantins
(Figura 5.4), esses índices são bem menores do que nas bacias dos rios Paraíba do Sul
(Figura 5.1) e Grande (Figura 5.2). Na bacia do rio Tocantins, por exemplo, a média
histórica é de apenas 0,7 mm no mês de julho e 3,7 mm no mês de agosto.
60
5.2 VALORES MÉDIOS DE PRECIPITAÇÃO NO MÊS DE FEVEREIRO
Como os eventos ZCAS analisados ocorreram durante o mês de fevereiro, são
apresentados os valores de precipitação, obtidos pela média da precipitação dos postos
pluviométricos, nas quatro bacias estudadas especificamente no referido mês.
Na Figura 5.5, são apresentados os valores médios de precipitação para os meses
de fevereiro na bacia do rio Paraíba do Sul. A precipitação média mensal no período de
1985 a 2003 é de 231,6 mm, com desvio padrão de 76 mm. Pode-se destacar os anos de
1986, quando a precipitação ficou 42% acima da média e, o ano de 1997, quando a
precipitação apresentou déficit de aproximadamente 50%. O mês de fevereiro de 2003
apresentou o menor valor observado de precipitação, com apenas 68,2 mm. Nesse
período, apenas uma frente fria atingiu o estado do Rio de Janeiro. É sugerido que a
presença de vórtices ciclônicos em altos níveis, regiões de baixa pressão em altitude que
causam subsidência na superfície, podem ter inibido a formação de chuvas
(CLIMANÁLISE, 2003).
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1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003
anos
Precipitação (mm)
Figura 5.5: Precipitação média na bacia do rio Paraíba do Sul nos meses de fevereiro. A linha
vermelha indica o valor médio mensal no período (Fonte: FURNAS, 2003a).
A série de dados de precipitação média para os meses de fevereiro na bacia do rio
Grande é apresentada na Figura 5.6. A precipitação média mensal na bacia para o
período disponível é de 188,3 mm, com um desvio padrão de 90,2 mm. No ano de 1995,
a precipitação média no mês de fevereiro na bacia do rio Grande foi 383,6 m, que
corresponde a 104 % acima da média.
61
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anos
Precipitação (mm)
Figura 5.6: Precipitação média na bacia do rio Grande nos meses de fevereiro. A linha vermelha
indica o valor médio mensal no período (Fonte: FURNAS, 2003a).
A Figura 5. 7 apresenta a precipitação nos meses de fevereiro na bacia do rio
Paranaíba. O valor médio da precipitação no período de 1985 a 2003 para o mês de
fevereiro é de 206,1 mm, com desvio padrão de 77,1 mm. Destacam-se os anos de 1993
e 1995, com precipitação acima da média de aproximadamente 77% e 51%,
respectivamente e, o ano de 2001, com precipitação média de 84 mm, ou seja, 60%
abaixo da média no período de 1985 a 2003.
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1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003
anos
Precipitação (mm)
Figura 5.7: Precipitação média na bacia do rio Paranaíba nos meses de fevereiro. A linha
vermelha indica o valor médio mensal no período (Fonte: FURNAS, 2003a).
62
Nota-se que, nas Figuras 5.5, 5.6 e 5.7, as precipitações médias de fevereiro nos
anos de 1987, 1994 e 1997, nas bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande e Paranaíba,
respectivamente, ficaram abaixo da média mensal de longo termo. E, ao mesmo tempo,
nos anos de 1988, 1993, 1995 e 2002, a precipitação média de fevereiro nessas bacias
apresentou-se acima do valor médio mensal de longo curso.
A Figura 5.8 mostra a série de dados para a bacia do rio Tocantins. A precipitação
acumulada média para os meses de fevereiro no período disponível é de 193,6 mm e o
desvio padrão, 54,9 mm. Dentro do período estudado, destaca-se o ano de 2000, quando
a precipitação ficou 42% acima da média.
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1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
anos
Precipitação (mm)
Figura 5.8: Precipitação média na bacia do rio Tocantins nos meses de fevereiro. A linha
vermelha indica o valor médio mensal no período (Fonte: FURNAS, 2003a).
5.3 IMPORTÂNCIA DA ZCAS NAS BACIAS DE ESTUDO
Como descrito no Capítulo 3, a partir dos valores médios mensais de toda a série
disponível e dos valores de precipitação média mensal de longo curso, foram
localizados os eventos extremos em cada bacia ao longo do período de dados
disponível.
Em todas as bacias, nos meses onde a precipitação média mensal foi maior do que
a média mensal de longo curso, buscou-se, na literatura, como descrito no Capítulo 3, se
havia ocorrido algum evento ZCAS nesse mês. Nesse caso, não foi considerado o
posicionamento da banda de nebulosidade associada a ZCAS. Somente se considerou se
63
houve ou não a configuração do fenômeno. Com isso foi possível relacionar eventos de
precipitação acima da média com eventos ZCAS.
Nas Figuras 5.9 a 5.12, são apresentados os resultados dessa análise para as bacias
dos rios Paraíba do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins, respectivamente. Nelas,
observa-se que, em quase todos os meses onde a precipitação foi maior do que a média
mensal de longo curso, houve eventos de ZCAS.
O resultado para a bacia do rio Paraíba do Sul é apresentado na Figura 5.9.
Nota-se a grande influência da ZCAS no regime pluviométrico dessa bacia, já que quase
todos os eventos, onde a precipitação média mensal foi maior do que o valor médio
mensal de longo curso, foram episódios de ZCAS, segundo SANCHES (2002) ou pela
Climanálise. Foram 16 episódios de ZCAS em 19 anos de dados. Destacam-se os
episódios de dezembro de 1986, março de 1991 e janeiro de 2000.
Na Figura 5.10, é apr esentado o resultado obtido para a bacia do rio Grande.
Foram observados 16 episódios de ZCAS em 21 anos de dados analisados. Assim como
na bacia do rio Paraíba do Sul, destacam-se os eventos ocorridos em dezembro de 1986
e janeiro de 2000, além dos episódios de janeiro de 1985, fevereiro de 1995 e janeiro de
1991 e 2003.
O resultado obtido para a bacia do rio Paranaíba é apresentado na Figura 5.11.
Nessa bacia, foram observados 18 episódios de ZCAS em 19 anos de dados analisados.
Pode-se destacar os eventos ocorridos em dezembro de 1989 e janeiro de 1997. No
evento de dezembro de 1989, o valor observado foi de 532,2 mm, enquanto a média
histórica para dezembro é de 281,9 mm.
Finalmente, na Figura 5.12 é apresentado o resultado para a bacia do rio
Tocantins. Apesar de serem apenas 9 anos de dados disponíveis, foram observados 10
episódios de ZCAS, indicando a influência da ZCAS na bacia. O evento mais
significativo, onde a precipitação observada excedeu o valor médio mensal de longo
curso em 198%, ocorreu em março de 1997.
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1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Precipitação média mensal (mm)
Precipitação média mensal Valores médios mensais de longo curso
dez-1986
mar-1991
jan-1992
fev-1995
fev-1996
mar-1996
jan-1997
jan-1999
jan-2000
jan-2003
fev-1993
dez-1985
fev-1986
fev-1988
dez-2001
fev-2002
ZCAS
Figura 5.9: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a 2003 e valores médios mensais de longo curso
de precipitação (linha vermelha)
para a bacia do rio Paraíba do Sul. Os círculos verdes indicam episódios de ZCAS (Fonte: FURNAS, 2003a).
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1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Precipitação média mensal (mm)
Precipitação média mensal Valores médios mensais de longo curso
jan-1985
jan-1991
mar-1991
jan-1994
fev-1995
nov-1996
jan-1997
jan-1999
jan-2000
jan-2003
jan-1992
dez-1983 dez-1986 dez-2001
fev-2002
fev-1993
ZCAS
Figura 5.10: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a 2003 e valores médios mensais de longo curso de precipitação
(linha vermelha)
para a bacia do rio Grande. Os círculos verdes indicam episódios de ZCAS (Fonte: FURNAS, 2003a).
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1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Precipitação média mensal (mm)
Precipitação média mensal Valores médios mensais de longo curso
dez-1986
jan-1991
mar-1991
jan-1992
fev-1995
jan-2003
dez-1992
fev-1993
dez-1987
fev-1988
dez-2001
fev-2002
fev-1989
dez-1989
ZCAS
dez-1993 jan-1997
mar-1997
mar-1996
Figura 5.11: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a 2003 e valores médios mensais de longo curso de precipitação (linha vermelha)
para a bacia do rio Paranaíba. Os círculos verdes indicam episódios de ZCAS (Fonte: FURNAS, 2003a).
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1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Precipitação média mensal (mm)
Precipitação média mensal Valores médios mensais de longo curso
dez-1995
jan-2003
ZCAS
fev-1995
jan-1997
mar-1997
fev-1998
nov-1998
dez-1999
fev-2000
dez-2000
Figura 5.12: Precipitação média mensal (linha azul) para o período de 1985 a 2003 e valores médios mensais de longo curso de precipitação (linha vermelha)
para a bacia do rio Tocantins. Os círculos verdes indicam episódios de ZCAS (Fonte: FURNAS, 2003a).
69
A partir das Figuras 5.9 a 5.12, pode-se observar a importância do estudo da
ZCAS nas bacias hidrográficas dos rios Paraíba do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins,
dado o número de eventos observados em cada bacia. Algumas divergências em relação
aos episódios mais significativos podem ser explicadas pelo posicionamento da banda
de nebulosidade associada a ZCAS, que varia de um evento para outro.
A partir dessa análise realizada com os dados de precipitação, verifica-se que
existem episódios de ZCAS que foram observados nas quatro bacias, como o episódio
ocorrido em fevereiro de 1995 e o de janeiro de 2003, e outros, como o evento de
janeiro de 2000, onde a ZCAS foi observada nas bacias dos rios Paraíba do Sul e
Grande. O evento de fevereiro de 2002 pode ser observado nas bacias dos rios Paraíba
do Sul, Grande e Paranaíba.
Os eventos ZCAS escolhidos para estudo apresentaram resultados bastante
significativos, como serão mostrados nos próximos itens.
5.4 PRECIPITAÇÃO MÉDIA NAS BACIAS EM FEVEREIRO DE 2002
5.4.1 Bacia do Rio Paraíba do Sul
A partir dos dados de precipitação acumulada em 24 horas em postos
pluviométricos localizados nas bacias hidrográficas operadas por Furnas Centrais
Elétricas S.A, foram analisados os eventos ZCAS que ocorreram em fevereiro de 2002.
Vale lembrar que ocorreram dois episódios de ZCAS nesse período: o primeiro, entre os
dias 4 e 7, e o segundo, entre os dias 16 e 24 de fevereiro (CLIMANÁLISE, 2002).
Na Figura 5.13, são apresentados os valores diários de precipitação média na bacia
do rio Paraíba do Sul durante o mês de fevereiro de 2002. O segundo evento ZCAS
desse mês foi o que mais influenciou essa bacia, conforme discutido no Capítulo 4, que
pode ser verificado pela presença de chuva em dias subseqüentes do dia 14 ao dia 26.
Durante esse período, a precipitação apresentou-se de forma bem distribuída em toda a
bacia, ou seja, distribuída de forma regular na bacia, alternando dias de precipitação
intensa com outros de chuva fraca. Como exemplo, é apresentada, na Figura 5.14, a
distribuição espacial da precipitação, a partir de agora chamado simplesmente de mapa
de chuva , do dia 24 de fevereiro de 2002. Pode-se observar que precipitou em quase
todos os pontos da bacia. O valor máximo de precipitação, 74,0 mm, foi registrado no
70
posto pluviométrico de Taubaté. Durante os dias 07 e 11, a atuação de um sistema de
baixa pressão nas regiões sudeste e centro-oeste do país, conforme discutido no
Capítulo 4, ocasionou chuvas intensas na bacia do rio Paraíba do Sul, principalmente no
dia 10 de fevereiro. O mapa de chuva do dia 10 é apresentado na Figura 5.15.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
dias do mês
Precipitação (mm)
Figura 5.13: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Paraíba do Sul para o
mês de fevereiro 2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
Figura 5.14: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul no dia 24 de fevereiro de
2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
71
Figura 5.15: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul no dia 10 de fevereiro de
2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
Os demais mapas de chuva referentes ao período de atuação da ZCAS na bacia, de
16 a 23 de fevereiro de 2002, são apresentados na Figura 5.16. Dentro desse período, os
dias 17 e 21 foram aqueles que registraram maiores valores de precipitação média
(Figura 5.13). Entretanto, os mapas de chuva referentes a esses dias mostram que a
precipitação observada ocorreu de forma diferenciada na bacia. No dia 17, Figura 5.16b,
a precipitação foi mais intensa em pontos isolados, enquanto, no dia 21, na Figura 5.16f,
a precipitação foi registrada em quase todos os pontos da bacia.
72
(a) (b)
(c) (d)
Figura 5.16: Mapas de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul referentes aos dias 16/02/02 (a), 17/02/02 (b), 18/02/02 (c), 19/02/02 (d),
20/02/02 (e), 21/02/02 (f), 22/02/02 (g) e 23/02/02 (h) (Fonte: FURNAS, 2003a).
73
(e) (f)
(g) (h)
Figura 5.16: Mapas de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul referentes aos dias 16/02/02 (a), 17/02/02 (b), 18/02/02 (c), 19/02/02 (d),
20/02/02 (e), 21/02/02 (f), 22/02/02 (g) e 23/02/02 (h) (Fonte: FURNAS, 2003a).
74
Porém, o valor máximo de precipitação média diária registrado na bacia foi de
42,0 mm. Ocorreu no dia 03 de fevereiro (Figura 5.13), sendo que não havia
configuração da ZCAS nesse dia. Esse caso foi estudado por MENEZES e LIMA
(2004), que verificaram que, nesse evento, a precipitação teve caráter local,
caracterizando a presença de um sistema de mesoescala na área do vale do Paraíba, no
trecho bem próximo a UHE de Funil. Resultados observacionais e de modelagem
numérica mostraram que se tratou de uma tempestade local. O mapa de chuva referente
ao dia 03 de fevereiro de 2002 é apresentado na Figura 5.17 e mostra claramente a
localização dos maiores valores de precipitação registrados durante esse evento,
próximo a UHE de Funil.
Figura 5.17: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Paraíba do Sul no dia 03 de fevereiro de
2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
75
5.4.2 Bacia do Rio Grande
A precipitação média diária referente ao mês de fevereiro de 2002 para a bacia do
rio Grande é apresentada na Figura 5.18. Foram registrados picos nos dias 08 (31,8 mm)
e 10 (37,5 mm), eventos que serão analisados mais adiante. Porém, o período de atuação
da ZCAS, nessa região, abrange de 16 a 24 de fevereiro, representado na Figura 5.18
por chuva contínua nesse período e picos nos dias 21 e 24 de fevereiro de 2002.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
dias do mês
Precipitação (mm)
Figura 5.18: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Grande para o mês de
fevereiro de 2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
Durante o episódio que ocorreu entre os dias 16 e 24 de fevereiro de 2002,
destacam-se os dias 21 e 24, com maiores valores observados de precipitação. No dia
21, a precipitação ocorreu de forma relativamente bem distribuída em toda bacia do rio
Grande, com os maiores valores registrados na região sudoeste da bacia (Figura 5.19a).
O mesmo ocorreu no dia 24, porém os maiores valores ocorreram na região próxima a
UHE de Furnas (Figura 5.19b).
76
(a)
(b)
Figura 5.19: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referente aos dias 21/02/02 (a) e
24/02/02 (b) (Fonte: FURNAS, 2003a).
Na Figura 5.20, são apresentados os demais mapas de chuva para a bacia do rio
Grande durante o evento ZCAS de 16 a 24 de fevereiro de 2002. Os dias 22 e 23,
Figuras 5.20f e 5.20g, respectivamente, registraram precipitação em toda a bacia, e nos
dias 18 e 20, apresentados nas Figuras 5. 20c e 5.20e, ocorreram picos isolados nas áreas
a jusante e montante da UHE de Furnas, respectivamente.
77
(a) (b)
(c) (d)
Figura 5.20: Mapas de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referentes aos dias 16/02/02 (a), 17/02/02 (b), 18/02/02 (c), 19/02/02 (d),
20/02/02 (e), 22/02/02 (f) e 23/02/02 (g) (Fonte: FURNAS, 2003a).
78
(e) (f)
(g)
Figura 5.20: Mapas de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referentes aos dias 16/02/02 (a), 17/02/02 (b), 18/02/02 (c), 19/02/02 (d),
20/02/02 (e), 22/02/02 (f) e 23/02/02 (g) (Fonte: FURNAS, 2003a).
79
Entretanto, como visto na Figura 5.18, os máximos de precipitação média na bacia
do rio Grande, durante o mês de fevereiro de 2002, ocorreram nos dias 08 e 10. Durante
esses dias a ZCAS não esteve configurada. As chuvas foram ocasionadas por um
sistema de baixa pressão que atuava nas regiões sudeste e centro-oeste do Brasil. Os
mapas de chuva desses eventos são apresentados nas Figuras 5.21a e 5.21b,
respectivamente. É interessante notar que o evento do dia 08/02 foi mais intenso no
extremo oeste da bacia, na região a jusante da UHE de Furnas. No evento do dia 10/02,
foram registrados valores de precipitação em toda a bacia, com máximos no trecho a
montante da UHE de Furnas.
(a)
(b)
Figura 5.21: Mapa de chuva (em mm) na bacia do rio Grande referente aos dias 08/02/02 (a) e
10/02/02 (b) (Fonte: FURNAS, 2003a).
80
5.4.3 Bacia do Rio Paranaíba
A Figura 5.22 apresenta a precipitação média diária para o mês de fevereiro de
2002 na bacia do rio Paranaíba. Foram registrados valores de precipitação em todos os
dias do mês, com picos nos dias 08 e 09 de 43,8 mm e 39,2 mm, respectivamente. Os
mapas de chuva referentes a esses dias são mostrados na Figura 5.23a e 5.23b. É
interessante notar que, nesses dois dias, a precipitação ocorreu de forma bem localizada,
especialmente no dia 09/02, quando a precipitação ficou localizada na região sul, no
trecho chamado Araguari, da bacia do rio Paranaíba, e foi causada por um sistema de
baixa de pressão que atuava na área da bacia.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
dias do mês
Precipitação (mm)
Figura 5.22: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Paranaíba para o mês
de fevereiro de 2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
81
(a) (b)
Figura 5.23: Mapa de chuva (em mm) nas bacias dos rios Paranaíba e Tocantins referente aos
dias 08/02/02 (a) e 09/02/02 (b) (Fonte: FURNAS, 2003a).
Porém, como nas bacias dos rios Paraíba do Sul e Grande, o posicionamento do
segundo evento de ZCAS, entre os dias 16 e 24/02, coincidiu com a localização dessa
bacia. Durante esse período, ocorreram picos de precipitação nos dias 18, 19 e 20/02. Os
mapas de chuva referentes a esses dias são apresentados nas Figuras 5.24a, 5.24b e
5.24c, respectivamente. Observa-se, nessas figuras, que a precipitação ocorreu
relativamente bem distribuída, principalmente nos dias 18 e 19, Figuras 5.24a e 5.24b,
respectivamente.
82
(a) (b)
(c)
Figura 5.24: Mapa de chuva (em mm) nas bacias dos rios Paranaíba e Tocantins referente aos
dias 18/02/02 (a), 19/02/02 (b) e 20/02/02 (c) (Fonte: FURNAS, 2003a).
83
5.4.4 Bacia do Rio Tocantins
Na Figura 5.25, é apresentada a precipitação média diária na bacia do rio
Tocantins durante o mês de fevereiro de 2002. Observa-se que ocorreu precipitação em
todos os dias, desde o dia 1 ao dia 21 de fevereiro de 2002, com picos de 32,5 mm e
22,6 mm nos dias 4 e 9, respectivamente. Conforme discutido no Capítulo 4, a região
dessa bacia esteve mais influenciada pelo primeiro evento ZCAS, entre os dias 4 a 7 de
fevereiro.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
dias do mês
Precipitação (mm)
Figura 5.25: Precipitação acumulada em 24 horas média na bacia do rio Tocantins para o mês
de fevereiro de 2002 (Fonte: FURNAS, 2003a).
Dentro do período de atuação da ZCAS na bacia do rio Tocantins, destacam-se os
dias 04 e 05, quando foram registrados os maiores valores de precipitação. As Figuras
5.26a e 5.26b apresentam os mapas de chuva das bacias dos rios Paranaíba e Tocantins
referentes a esses dias. Nota-se que no dia 04/02, os maiores valores de precipitação
ocorreram na região sudoeste da bacia do rio Tocantins e no dia 05/02 na região
noroeste da bacia, na região próxima à UHE de Serra da Mesa.
84
(a) (b)
Figura 5.26: Mapas de chuva (em mm) nas bacias dos rios Paranaíba e Tocantins referentes ao
dia 04/02/02 (a) e 05/02/02 (b) (Fonte: FURNAS, 2003a).
Até este ponto do trabalho, foram apresentados os resultados obtidos a partir de
dados de precipitação acumulada em 24 horas, em postos pluviométricos pertencentes a
Furnas Centrais Elétricas S.A., localizados nas bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande,
Paranaíba e Tocantins. Essas bacias possuem grande importância nacional,
especialmente no campo de produção de energia elétrica. A ZCAS mostrou ser um dos
fenômenos meteorológicos mais importantes, no que diz respeito à precipitação, nas
bacias de estudo, principalmente devido a localização dessas ao longo da ZCAS.
Geralmente, os meteorologistas enfocam somente a parte atmosférica dos
fenômenos meteorológicos, não dando uma atenção mais detalhada as suas
conseqüências, especialmente com os efeitos da precipitação quando atinge a superfície.
Um exemplo de grande importância é o efeito da precipitação em vazões de rios, como
foi visto no Capítulo 2.
A seguir, serão apresentados os efeitos da precipitação nas vazões naturais
calculadas em algumas usinas hidrelétricas localizadas nas bacias de estudo.
Primeiramente, será apresentado o comportamento médio anual da vazão natural e, em
85
seguida, durante o mês de fevereiro de 2002, dando-se uma atenção especial aos dias
nos quais a ZCAS esteve configurada.
5.5 PRECIPITAÇÃO x VAZÃO NATURAL – VALORES MÉDIOS MENSAIS
Inicialmente, para analisar o comportamento da vazão natural durante o ano, serão
apresentadas figuras a partir dos valores médios mensais, obtidos através do ONS no
período de 1931 a 2001, na UHE de Funil, localizada na bacia do rio Paraíba do Sul; na
UHE de Furnas, localizada na bacia do rio Grande, na UHE de Itumbiara, na bacia do
rio Paranaíba e na UHE de Serra da Mesa, na bacia do rio Tocantins.
A Figura 5.27 apresenta os valores médios mensais de precipitação na bacia do rio
Paraíba do Sul juntamente com os dados de vazão natural na UHE de Funil. Na Figura
5.28, são apresentados os dados de precipitação na bacia do rio Grande com os dados de
vazão natural na UHE de Furnas. Os dados de precipitação da bacia do rio Paranaíba e
vazão natural na UHE de Itumbiara são apresentados na Figura 5.29. Finalmente, a
Figura 5.30 mostra os dados de precipitação na bacia do tio Tocantins e os dados de
vazão natural na UHE de Serra da Mesa.
Nas Figuras 5.27 a 5. 30, pode-se notar que o comportamento da vazão natural
acompanha a variação da precipitação durante o ano, com maiores valores durante o
período chuvoso (novembro a março) e menores no período seco (abril a outubro).
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50,0
100,0
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200,0
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jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Precipitação (mm)
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400
500
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900
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Vazão Natural (m3/s)
Precipitação Vazão Natural na UHE de Funil
Figura 5.27: Precipitação média mensal
na bacia do rio Paraíba do Sul (barras azuis) e vazão
natural média mensal na UHE de Funil (linha vermelha) (Fonte: FURNAS, 2003a e ONS,
2004).
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
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jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Precipitação (mm)
0
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1000
1500
2000
2500
3000
Vazão Natural (m3/s)
Precipitação Vazão Natural na UHE de Furnas
Figura 5.28: Precipitação média mensal
na bacia do rio Grande (barras azuis) e vazão natural
média mensal na UHE de Furnas (linha vermelha) (Fonte: FURNAS, 2003a e ONS, 2004).
87
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Precipitação (mm)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Vazão Natural (m3/s)
Precipitação Vazão Natural na UHE de Itumbiara
Figura 5.29: Precipitação média mensal na bacia do rio Paranaíba (barras azuis) e vazão natural
média mensal na UHE de Itumbiara (linha vermelha) (Fonte: FURNAS, 2003a e ONS, 2004).
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Precipitação (mm)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Vazão Natural (m3/s)
Precipitação Vazão Natural na UHE de Serra da Mesa
Figura 5.30: Precipitação média mensal
na bacia do rio Tocantins (barras azuis) e vazão natural
média mensal na UHE de Serra da Mesa (linha vermelha) (Fonte: FURNAS, 2003a e ONS,
2004).
88
5.6 PRECIPITAÇÃO x VAZÃO NATURAL EM FEVEREIRO DE 2002
Como citado anteriormente, durante o mês de fevereiro de 2002, ocorreram dois
episódios de ZCAS. O primeiro, entre os dias 4 e 7, e o segundo, de 16 a 24 de
fevereiro. Para analisar o efeito ocasionado na precipitação durante os períodos nos
quais a ZCAS esteve configurada nas bacias hidrográficas de estudo, foram utilizados,
além de dados pluviométricos, dados de vazão natural, calculada diariamente durante o
mês de fevereiro em algumas UHE operadas por Furnas Centrais Elétricas S.A.
A vazão natural é uma conseqüência da precipitação ocorrida em uma bacia
hidrográfica. A resposta da vazão natural varia de bacia para bacia, porque depende,
entre outros fatores, do tipo e usos do solo, da declividade do terreno, da forma da bacia
e da distância entre o local onde a precipitação ocorre e onde a vazão é medida ou
calculada. Portanto, para um mesmo valor observado de precipitação, existem respostas
diferentes de vazão natural nas bacias. Até na mesma bacia uma mesma precipitação
pode levar a vazões diferentes, dependendo das condições antecedentes.
5.6.1 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Funil
Na Figura 5.31, são apresentados os dados de precipitação média diária na bacia
do rio Paraíba do Sul, somente no trecho a montante da usina de Funil, e os dados de
vazão natural, calculados na UHE de Funil. Foram considerados apenas os dados dos
postos pluviométricos localizados a montante da UHE de Funil, porque a precipitação
ocorrida nos postos a jusante não influencia na vazão calculada na usina. Pode -se notar,
nessa figura, que, como o pico de precipitação observado no dia 03/02 ocorreu bem
próximo a UHE de Funil (ver Figura 5.17), a resposta da vazão foi quase que imediata.
O segundo máximo foi no dia 13/02, associado a precipitação acumulada entre os dias 6
e 12. Durante o segundo episódio de ZCAS, a vazão natural comportou-se de forma
mais constante, ou seja, sem grandes variações. Destaca-se apenas o pico de vazão
natural no dia 18/02. Como os maiores valores de precipitação não ocorreram tão
próximos a UHE de Funil (ver Figura 5.16b), o tempo de resposta da vazão natural foi
de aproximadamente 1 dia. O mesmo foi observado no dia 24/02, quando os maiores
valores observados de precipitação foram localizados em torno do centro da bacia, e o
tempo de resposta da vazão também foi de 1 dia.
89
0
100
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300
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Vazão (m3/s)
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Precipitação (mm)
Precipitação a montante na bacia do rio Paraíba do Sul
Vazão natural na UHE Funil
Figura 5.31: Precipitação média diária no trecho a montante da bacia do rio Paraíba do Sul
(barras azuis) e vazão natural diária na UHE de Funil (linha vermelha) no mês de fevereiro de
2002 (Fonte: FURNAS, 2003a e 2003b).
5.6.2 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Furnas
A Figura 5.32 apresenta os dados de precipitação acumulada diária na bacia do rio
Grande, no trecho a montante da UHE de Furnas e, os dados de vazão natural,
calculados nesta usina, durante o mês de fevereiro de 2002. Como discutido no item
5.4.2 deste capítulo, a precipitação observada no dia 10/02 registrou máximos no trecho
a montante da UHE de Furnas e, esse fato também pode ser observado na Figura 5.32.
A resposta mais significativa de vazão natural ocorreu no dia 13/02, dois dias após o
máximo de precipitação. Durante o período de atuação da ZCAS na bacia, a
precipitação apresentou-se de forma regular, contribuindo no comportamento quase
constante da vazão natural, exceto no dia 24/02, quando a precipitação foi um pouco
mais intensa e localizada próxima a UHE de Furnas, ver Figura 5.19b, quando então a
vazão natural apresentou uma ligeira elevação. Nesse caso, diferente do ocorrido no dia
10/02, quando os maiores valores de precipitação não foram localizados próximos a
UHE de Furnas e o tempo de resposta da vazão natural ficou em torno de dois dias, a
precipitação apresentou-se melhor distribuída e com picos próximos a usina hidrelétrica,
resultando em um tempo de resposta menor, aproximadamente um dia, na vazão natural.
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
Vazão (m3/s)
0,0
10,0
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30,0
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Precipitação (mm)
Precipitação a Montante na bacia do rio Grande
Vazão natural na UHE Furnas
Figura 5.32: Precipitação média diária no trecho a montante da bacia do rio Grande (barras
azuis) e vazão natural diária na UHE de Furnas (linha vermelha) no mês de fevereiro de 2002
(Fonte: FURNAS, 2003a e 2003b).
5.6.3 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Itumbiara
Os comportamentos da precipitação média diária na bacia do rio Paranaíba e da
vazão natural calculada para a UHE de Itumbiara durante o mês de fevereiro de 2002
são apresentados na Figura 5.33. O segundo episódio de ZCAS, entre os dias 16 e 24 de
fevereiro, foi o que mais influenciou na bacia do rio Paranaíba, devido ao
posicionamento da banda de nebulosidade associada a ZCAS ser coincidente com a
localização da bacia (ver Figuras 4.14b e 4.15b). Durante esse período, os picos de
precipitação observados nos dias 18, 19 e 20/02 localizaram-se próximos a UHE de
Itumbiara, conforme Figura 5.24, contribuindo no aumento da vazão natural a partir do
dia 19/02.
Nos dias 08 e 09/02, apesar de não estar dentro do período de atuação da ZCAS, a
precipitação também foi intensa, principalmente nas áreas próximas a UHE de
Itumbiara, favorecendo ao aumento da vazão natural logo em seguida.
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0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
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Vazão (m3/s)
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Precipitação (mm)
Precipitação na bacia do rio Paranaiba
Vazão natural na UHE Itumbiara
Figura 5.33: Precipitação média diária na bacia do rio Paranaíba (barras azuis) e vazão natural
diária na UHE de Itumbiara (linha vermelha) no mês de fevereiro de 2002 (Fonte: FURNAS,
2003a e 2003b).
5.6.4 Precipitação x Vazão Natural da UHE de Serra da Mesa
Na Figura 5.34, são apresentadas a precipitação média diária na bacia do rio
Tocantins e a vazão natural calculada na UHE de Serra da Mesa durante o mês de
fevereiro de 2002. Essa foi a única bacia de estudo na qual o primeiro episódio de
ZCAS, do dia 4 ao dia 7, mais influenciou, conforme visto no Capítulo 4. Os picos de
vazão natural observados nos dias 5, 6 e 07/02 foram mais ocasionados pelas chuvas
que ocorreram nos dias 04 e 05/02. Nos mapas de chuva dos dias 04 e 05/02, Figuras
5.26a e 5.26b, observa-se que a localização dos maiores valores de precipitação
registrados, encontra-se próxima à UHE de Serra da Mesa. No dia 13/02, nota-se mais
um pico de vazão natural, ocasionado provavelmente pela precipitação ocorrida no dia
09/02. A partir do dia 09/02, os valores observados de precipitação apresentam uma
ligeira diminuição acarretando, conseqüentemente, em menores valores de vazão
natural.
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0
500
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Vazão (m3/s)
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20,0
30,0
40,0
50,0
Precipitação (mm)
Precipitação na bacia do rio Tocantins
Vazão natural na UHE Serra da Mesa
Figura 5.34: Precipitação média
diária na bacia do rio Tocantins (barras azuis) e vazão natural
diária na UHE de Serra da Mesa (linha vermelha) no mês de fevereiro de 2002 (Fonte:
FURNAS, 2003a e 2003b).
Como informado anteriormente, a escolha pelo estudo do mês de fevereiro de
2002 foi decorrente da ocorrência de dois eventos ZCAS no mesmo mês que, como
apresentado, possuíam diferentes características e posicionamento, influenciando em
áreas distintas, além de se tratarem de eventos recentes. Adicionalmente, a
disponibilidade de dados hidrometeorológicos e de imagens de satélite simultaneamente
influenciou a escolha.
Os resultados aqui apresentados sobre os eventos ZCAS que ocorreram durante o
mês de fevereiro de 2002 ficaram um pouco mascarados por outros fenômenos
meteorológicos que atuaram nas bacias hidrográficas estudadas nesse período,
dificultando na análise da influência da precipitação causada pelos dois eventos ZCAS.
Nas bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande e Paranaíba, por exemplo, os maiores
valores de precipitação foram observados em dias nos quais a ZCAS não esteve
configurada, sendo causadas pela atuação de um sistema de baixa pressão nas regiões
sudeste e centro-oeste do país, conforme apresentado na seção 4.6 do Capítulo 4.
Outro ponto que merece destaque é a limitação da modelagem conceitual
empregada no presente trabalho. A utilização de médias aritméticas para cálculo da
precipitação média, tanto diária quanto mensal, nas bacias estudadas, ignora as
93
variações espaciais da precipitação nas bacias. Com a finalidade de se observar a
distribuição espacial da precipitação, foram plotados os mapas de chuva diários de
fevereiro de 2002 para cada bacia estudada. Através deles, foi possível identificar casos
de precipitação isolada, como o visto no dia 03 de fevereiro na bacia do rio Paraíba do
Sul (Figura 5.17) e outros onde a precipitação apresentou-se melhor distribuída
espacialmente nas bacias. Como o objetivo deste trabalho baseou-se na identificação e
influência da precipitação decorrente da ZCAS em bacias hidrográficas, a simplicidade
do método não impediu a obtenção de resultados satisfatórios que poderão ser utilizados
em trabalhos futuros.
Assim, diante dos resultados apresentados neste capítulo, observou-se que um
mesmo evento ZCAS pode influenciar de diferentes formas as bacias hidrográficas
estudadas nesta tese, dependendo do posicionamento da banda de nebulosidade
associada a ZCAS.
Nos eventos aqui estudados, essa dependência ficou bem determinada, já que, no
primeiro evento, entre os dias 4 e 7 de fevereiro de 2002, a banda de nebulosidade
esteve semi-estacionária sobre o Mato Grosso, Tocantins, norte de Minas Gerais,
Espírito Santo e em grande parte da Bahia, atuando principalmente na bacia do rio
Tocantins (Figuras 4.12a e 4.13a) . No segundo evento, que ocorreu entre os dias 16 e
24 de fevereiro de 2002, a banda de nebulosidade atuou sobre o Mato Grosso, Mato
Grosso do Sul, sul de Goiás e o centro da região Sudeste, influenciando no regime
pluviométrico das bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande e Paranaíba (Figuras 4.12b e
4.13b).
A atuação da ZCAS em bacias hidrográficas apresenta algumas características
importantes, principalmente para a operação de usinas hidrelétricas. Como este é um
fenômeno que causa precipitação por alguns dias consecutivos, a vazão, mesmo não
apresentando uma relação linear com a precipitação, é influenciada de tal forma que
permanece com valores altos devido a persistência da precipitação, exceto em casos de
vertimento nas usinas.
O tempo de resposta da vazão em uma bacia depende de algumas características
físicas, como tipo e uso do solo e declividade e, além disso, pode variar dentro de um
mesmo evento ZCAS, dependendo da umidade do solo. No início do evento, se não
tiver ocorrido uma precipitação precedente, com o solo seco, a precipitação deverá
preencher as falhas do terreno e infiltrar no solo até que esse atinja a saturação,
94
iniciando-se, em seguida, os escoamentos superficial e subsuperficial. Caso seja outra a
situação de umidade antecedente a um evento chuvoso, o escoamento inicia-se mais
rapidamente, atingindo picos no hidrograma mais pronunciados.
Além disso, o efeito da ZCAS nas vazões das bacias hidrográficas é um pouco
diferente de outros fenômenos meteorológicos. No caso de uma tempestade isolada, por
exemplo, haverá um pico na vazão e depois esta decairá rapidamente, como visto no
episódio que ocorreu no dia 3 de fevereiro de 2002 na bacia do rio Paraíba do Sul
(Figura 5.31). Já sob a influência da ZCAS, com precipitação por alguns dias seguidos,
a vazão tende a manter valores altos por períodos mais prolongados.
Uma visualização de como a previsão meteorológica de um fenômeno como a
ZCAS é importante está ligada à operação e à manutenção de usinas hidrelétricas.
Quando o nível de um reservatório está próximo ao limite máximo, a previsão do
tempo, especialmente a previsão de chuva na bacia considerada, torna-se uma
ferramenta de grande utilidade para os responsáveis na operação da UHE. Se essa bacia
estiver sob a influência de um evento ZCAS, por exemplo, com previsão de chuva por
mais alguns dias, pode ser necessário o vertimento da barragem. Entretanto, o volume
do vertimento também deve considerar a precipitação prevista tanto a montante, para
que o nível do reservatório não ultrapasse o limite máximo, quanto a jusante, para evitar
que prejuízos sejam causados.
No caso específico das operações dos reservatórios pertencentes à Furnas Centrais
Elétricas S.A., o setor de Meteorologia acompanha, por meio de resultados de modelos
meteorológicos, dados observacionais e imagens de satélite, a formação e
desenvolvimento de eventos ZCAS com até 10 dias de antecedência. Os prognósticos
são atualizados diariamente e passados ao setor de Hidrologia e à Divisão de
Planejamento da Operação, para que medidas de controle de cheias possam ser tomadas
de forma a minimizar possíveis danos. É importante ressaltar que, desde a criação do
setor de Meteorologia em Furnas, vários eventos meteorológicos com característica de
causar precipitação intensa, não somente eventos de ZCAS, puderam ser previstos,
auxiliando na operação de suas usinas hidrelétricas.
95
CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A motivação para a realização deste trabalho surgiu na observação do fato da
posição geográfica de algumas das mais importantes bacias hidrográficas brasileiras, no
que diz respeito à geração de energia elétrica, possuir uma orientação ao longo do
posicionamento médio do sistema meteorológico conhecido como ZCAS, no sentido
NW/SE. Além disso, a localização dessas bacias é bastante similar com a posição
climatológica da ZCAS. As bacias aqui estudadas foram a do rio Paraíba do Sul e do rio
Grande, localizadas na região sudeste, e as bacias dos rios Paranaíba e Tocantins, na
região centro-oeste do Brasil.
O objetivo geral da presente tese consistiu na avaliação e análise da influência da
precipitação decorrente da ZCAS nas bacias hidrográficas de estudo. Para isso, foram
estudados dois episódios desse fenômeno, que ocorreram durante o mês de fevereiro de
2002. Durante esse mês, também ocorreram outros fenômenos meteorológicos que
causaram precipitação nas bacias estudadas, dificultando a análise da precipitação
decorrente da ZCAS nos dois eventos.
Para que os objetivos deste trabalho fossem alcançados, foram utilizados dados de
precipitação acumulada em 24 horas de postos pluviométricos, pertencentes a Furnas
Centrais Elétricas S.A, que estão localizados nas bacias hidrográficas dos rios Paraíba
do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins. Também foram utilizados dados de vazão
natural para as UHE de Funil, Furnas, Itumbiara e Serra da Mesa, além de imagens do
satélite GOES-8 no canal infravermelho.
A escolha das bacias foi determinada de acordo com localização e importância
estratégica, especialmente para a geração de energia elétrica. As bacias dos rios Paraíba
do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins possuem localização ao longo do posicionamento
médio da banda de nebulosidade associada à ZCAS e são áreas de interesse de Furnas
Centrais Elétricas S.A. no que diz respeito à geração de energia elétrica. Por esses
motivos, foram escolhidas para o estudo.
A escolha dos episódios de ZCAS estudados neste trabalho, que ocorreram em
fevereiro de 2002, partiu de uma análise preliminar de alguns eventos citados na revista
Climanálise, publicada mensalmente pelo CPTEC, eventos analisados por SANCHES
(2002) e eventos já estudados na literatura. Além de se tratar de eventos recentes, com
96
características e posicionamento distintos, a possibilidade de obtenção conjunta de
dados hidrometeorológicos e imagens de satélite, foram determinantes para a escolha
dos episódios de fevereiro de 2002.
Os resultados alcançados nesta dissertação são relevantes e importantes para
futuros trabalhos relacionados a ZCAS e suas influências em bacias hidrográficas,
especialmente no regime pluviométrico, embora se tenha optado pelo uso de
metodologia simplificada na identificação e avaliação de impactos decorrentes da
precipitação associada a ZCAS. Além disso, os resultados apresentados mostram como
é importante a interação de várias áreas de conhecimento, neste caso específico, na
interação entre a Meteorologia e a Hidrologia.
Dentre os resultados obtidos, destaca-se que os eventos de precipitação intensa
observados em dias consecutivos, característicos da atuação de um evento ZCAS, nas
bacias dos rios Paraíba do Sul, Grande, Paranaíba e Tocantins, foram, em sua maioria,
episódios de ZCAS. Em trabalhos já publicados relacionados a ZCAS, entre eles
GRIMM (1992), KODAMA (1992 e 1993), MARTON (1994 e 2000) e ROBERTSON
e MECHOSO (2000), esta é referida como um dos fenômenos meteorológicos mais
importantes na América do Sul. A grande influência da precipitação ocasionada por
eventos ZCAS nas bacias hidrográficas aqui estudadas é mais uma confirmação
marcante da importância de estudos sobre a ZCAS.
Os episódios de ZCAS estudados ocorreram entre os dias 04 e 07 e de 16 a 24 de
fevereiro de 2002. O pos icionamento da banda de nebulosidade relacionada a ZCAS
varia, o que pôde ser verificado nos episódios estudados. No primeiro episódio, a ZCAS
esteve configura sobre os estados de Mato Grosso, Tocantins, norte de Minas Gerais,
Espírito Santo e em grande parte da Bahia, influenciando basicamente no regime
pluviométrico da bacia do rio Tocantins. Já no segundo episódio estudado, a banda de
nebulosidade atuou um pouco mais sul, sobre o Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, sul
de Goiás e centro da região Sudeste, influenciando bastante na precipitação das bacias
dos rios Paraíba do Sul, Grande e Paranaíba.
Durante todo o período de atuação da ZCAS na bacia do rio Paraíba do Sul, entre
os dias 16 e 24 de fevereiro de 2002, foram registrados valores de precipitação. A
precipitação apresentou-se distribuída espacialmente de forma regular na bacia,
alternando dias de precipitação intensa com outros de chuva fraca. Analisando o
97
comportamento da vazão natural na UHE de Funil, juntamente com os dados de
precipitação a montante desta, observou-se que o máximo na vazão natural depende do
local onde foram registrados os picos de precipitação. Os maiores valores de
precipitação observados durante o segundo episódio de ZCAS na bacia do rio Paraíba
do Sul ocorreram nos dias 18 e 24/02, e o tempo de resposta da vazão natural, em Funil,
foi de aproximadamente 1 dia em ambos os casos.
Na bacia do rio Grande, o segundo episódio de ZCAS que ocorreu no mês de
fevereiro de 2002 ocasionou chuva contínua com picos nos dias 21 e 24/02. Nesses dias,
os valores observados de precipitação foram intensos em praticamente toda a bacia. O
comportamento da vazão natural na UHE de Furnas varia de acordo com as regiões
onde ocorreram os maiores valores de precipitação. No dia 24/02, por exemplo, o tempo
de resposta da vazão natural foi pequeno, já que os maiores valores de precipitação
observados ocorreram próximos à usina.
Os resultados obtidos para a bacia do rio Paranaíba mostraram que foram
observados valores de precipitação durante quase todo o mês de fevereiro de 2002 na
referida bacia, exceto no dia 14/02. Isto se deve ao fato de se encontrar em uma região
típica de pancadas de chuva de caráter local, em resposta ao aquecimento diurno. A
atuação do segundo episódio de ZCAS, entre os dias 16 e 24/02, foi o que mais
influenciou no regime pluviométrico da bacia do rio Paranaíba. Durante esse período,
foram observados picos de precipitação nos dias 18, 19 e 20. Nesses três eventos, a
precipitação foi mais intensa na região sul da bacia, no trecho conhecido como
Araguari. Os dados de vazão natural na UHE de Itumbiara mostraram que o
comportamento desse parâmetro acompanha os valores de precipitação, com tempo de
resposta em torno de um dia.
A bacia do rio Tocantins, diferentemente das demais bacias estudadas, foi
influenciada pelo episódio ZCAS que ocorreu nos dias 04 a 07 de fevereiro de 2002.
Entretanto, assim como na bacia do rio Paranaíba, devido a localização em uma região
com grande atividade convectiva, foram registrados valores de precipitação em
praticamente todos os dias do mês estudado, com exceção dos dias 23 e 24. A vazão
natural na UHE de Serra da Mesa apresentou maiores valores no início do mês,
decaindo depois do dia 15, seguindo o mesmo padrão observado na precipitação.
98
Pode-se concluir também que um mesmo evento ZCAS acarreta diferentes
impactos, por exemplo, na vazão gerada pela precipitação associada a esse fenômeno
em bacias hidrográficas distintas, dependendo, entre outros, da área e dos tipos de solo
das bacias e do local, duração e intensidade da precipitação.
Outras características importantes da influência da ZCAS em bacias hidrográficas
dizem respeito à vazão e à operação de usinas hidrelétricas. Durante um evento ZCAS, a
vazão permanece praticamente constante devido a precipitação decorrente do fenômeno
meteorológico. Essa precipitação que persiste por alguns dias influencia ainda na
operação e na manutenção do reservatório. Quando o nível do reservatório encontra-se
próximo ao limite máximo e a previsão do tempo indica a ocorrência de precipitação
nos dias seguintes, é necessário o vertimento da barragem, considerando o volume de
precipitação previsto tanto a montante quanto a jusante do reservatório. Essa medida é
necessária para que UHE opere dentro dos limites de segurança e para evitar prejuízos
em cidades a jusante do reservatório.
Além disso, esses resultados constituem em uma ferramenta importante sobre
futuros trabalhos relacionados com essas bacias e nos impactos decorrentes da ZCAS
em demais áreas.
Entretanto, algumas hipóteses precisam ser melhor estudadas e novos
procedimentos podem ser adotados, como:
§ melhorar a metodologia utilizada, especialmente para o cálculo da precipitação
média nas bacias;
§ analisar outro evento ZCAS, já que no mês de fevereiro de 2002, mesmo tendo
ocorrido dois eventos ZCAS, outros fenômenos meteorológicos atuaram nas
regiões sudeste e centro-oeste do país, causando precipitação intensa nas bacias,
dificultando na análise da influência da ZCAS nas bacias hidrográficas
estudadas;
§ estudar os fatores fisiográficos das bacias que podem influenciar no escoamento
superficial, como o tipo e uso do solo, a declividade do terreno, permeabilidade
do solo, entre outros;
§ tentar analisar com maiores detalhes a umidade do solo nas bacias , já que este é
um fator importante no escoamento superficial; quanto mais úmido estiver o
99
solo, mais rápido inicia-se o escoamento; como a ZCAS é um fenômeno que
causa precipitação por alguns dias consecutivos, no final de um evento, o solo
estará mais úmido do que no início do mesmo, desconsiderando alguma
precipitação precedente ao evento ZCAS, gerando escoamentos mais
rapidamente; com isso, o tempo de resposta da vazão pode ser diferente em uma
bacia hidrográfica durante um mesmo evento ZCAS;
§ analisar melhor a intensidade e duração da precipitação, já que quanto maior a
intensidade da precipitação, mais rápido o solo atinge a sua capacidade de
infiltração; no caso de precipitação com intensidade constante, quanto maior a
duração, maior será o escoamento;
§ estudar casos de enche ntes nas bacias e tentar relacioná-los com episódios de
ZCAS;
§ realizar estudos buscando relacionar o tempo de resposta da vazão à intensidade,
duração e localização da precipitação na bacia de interesse;
§ comparar os efeitos causados pela precipitação, em bacias hidrográficas,
decorrente de eventos ZCAS, com outros fenômenos meteorológicos, como, por
exemplo, frentes frias.
100
CAPÍTULO 7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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107
ANEXOS
108
APÊNDICE A
PERÍODOS DE OCORRÊNCIA DE ZCAS
109
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
M
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
Tabela A.1: Períodos de ocorrência de ZCAS entre os anos de 1980 e 2000 para os meses de dezembro, janeiro e fevereiro.
Quadrados hachurados indicam os períodos de ocorrência de ZCAS (Fonte: SANCHES, 2002).
A
80
80
81
81
82
82
83
83
84
84
85
85
86
86
87
87
88
88
89
89
90
110
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
M
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
D
J
F
Tabela A.1: Períodos de ocorrência de ZCAS entre os anos de 1980 e 2000 para os meses de dezembro, janeiro e fevereiro.
Quadrados hachurados indicam os períodos de ocorrência de ZCAS (Fonte: SANCHES, 2002).
A
90
91
91
92
92
93
93
94
94
95
95
96
96
97
97
98
98
99
99
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