Apoio a decisão na gestão de recursos hídricos do Sub-médio do São Francisco usando modelagem hidro-econômica integrada Souza da Silva, G.N.* & Alcoforado de Moraes, M.M.G. & Koch, H. & Figueiredo, L.E. & Selge, F. & Azevedo, J.R.G. UFPE - Universidade Federal de Pernambuco, Recife – PE, geraldsouzadasilva@gmail.com
Conteúdo 1. Introdução 2. Área de estudo 3. Metodologia 4. Resultados (preliminares)
Framework INNOVATE
Área de estudo Sub-médio São Francisco
Benefícios socioeconômicos
Instituições, regras, leis, incentivos, valores, percepções
METODOLOGIA Metodologia / Methodology Bacia: características do fluxo da agua, das sais, dos sedimentos Decisões sobre: vazões, uso da agua subterrânea, retirada do reservatório e dos rios e riachos
Demanda domestica e industrial: -Aumento da população -Desenvolvimento indus. -Mudanças tecnológicas -Normas e regras
Usos não- consuntivos:
Irrigação: -Tecnologia -Eficácia da drenagem -Destino do dreno -Reuso de nutrientes -Plantas e padrão
-Geração energia eletr. -Exigências ecológicas -Lazer e turismo -Diluição de poluentes
Benefícios pelo uso da água
Benefícios da irrigação
Benefícios usos da água no rio
Danos pelo retorno do esgoto
Danos oriundos da drenagem
Danos pela geração de energia elétrica
Extraído de McKinney et al (1999)
Metodologi a Modelo conceitual
Metodologia: Curvas de demanda 0.4 0.3
P Qaloc e
ln
Q aloc C2
1
C1
P Q aloc 0.2 0.1
0 Sendo: 0 50000 100000 P Valor de água em R$/m3 Qaloc Q Quantidade de água passível de disponibilização para cada usuário em m³ no ano η elasticidade preço da demanda (adimensional) C2,C1 Constantes arbitrárias (a serem definidas pelas condições de contorno)
1 1 1 1 C2 Qaloc C1 C2 B.Liq (usuário, t ) e Cmédio .Qaloc (usuário, t ) 1 1 1 1
150000
01
ID- Juazeiro
03
04
PIManiçoba Maçaroca
05
PIPontal PIBebedouro
06
Pontal
FLU Santa Maria da Boa Vista
sem nome 1
São José
Caraca
Terra Nova
AH- Petrolinas
07
08
ID- Lagoa Grande
PI-Rodelas UH Itaparica
PI-Manga de baixo PISF Eixo Leste
Itapari ca
Poção Mandacaru
Rio Pajeú
Barreira
Metodologia
PI-Apolônio S.
PI-Gloria
Modelo de otimização
PI-Barreiras I
AH- Floresta
PI-Barreiras II
Rede nós e links
PI-Iço Mandantes C r u z
PITourão PI-
ID- Petrolina
P o ç o d a
Tourão
PISF Eixo Norte ID- Belém SF
13 Mandantes
FLU Juazeiro
AH- Juazeiro
02
PI- Nilho Coelho Sem Nome 247
ID- Cabrobo
Paredão
Ser rin ha
PI- Salitre
UH Sobradinho
FLU I
‘Sob radi nho
Rio Salitre / Tatauí
PI-Jusante Rio Moxotó
14
Piscicultura
PI- Curaça
PI SEAGRI
Recreio
Poção 09
ID- Curaça
UH Moxotó
H Graças
10
São Pedro
PI- Caraíbas
UH Paulo Afonso (PA) IV
H
Urimamã 11
PI-Pedra Branca
H
ID- Lagoa Grande
12
PI- Brígida
H
H
Cachoei ra
UH Paulo Afonso (PA) I,II,III
ID- Oroçó
15
UH Xingó
H
PI ManoelDionsiodaCruz
Metodologia: Modelo de otimização Otimização de alocação de água para os vários usos de água Sendo: n Usuário: pi (perímetro irrigado), id (irrigação difusa), ah (abastecimento), ener (energia) C Custo de escassez [R$] B Benefício usuário [R$] E Energia [MW] a, m Ano, Mês
Modelo de programação matemática - GAMS Balanço hidrológico Funções Benefícios Restrições físicas, econômicas, ambientais e institucionais
Resultados
Salitre (PMP) Ico (PMP) Barreiras (PMP) Pedra Branca (PMP) Apolonio (PMP) Brigida (PMP) Cobrança irrigação
R$
0.4
Curvas de demanda
0.2
Programação Matemática Positiva (PMP)
0
0
Irrigação difusa Irrigação difusa
20000
30000
dam³/ano
Perímetros irrigado
Nilo Coelho (PMP) Bebedouro (PMP) Caraibas (PMP) Tourão (PMP) Curaça (PMP) Maniçoba (PMP) Cobrança irrigação
0.8
0.6
R$
Método de Expansão de ponto
10000
0.4
0.2
Abastecimento humano
0
0
50000
dam³/ano
100000
4
Petrolina Santa Maria Lagoa Grande Oroco Cabrobo Belem SF Juazeiro Curaça Ponto de operação
R$
3
2
Resultados Curvas de demanda Irrigação difusa
1
0
0
20000
40000
dam³/ano
60000
80000
3
R$
2
1
0
Resultados
Petrolina Lagoa Grande Santa Maria Petrolandia Oroco Jatoba Floresta Belem SF Ponto operação
0
1000
2000
3000
dam³/ano
4000
Curvas de demanda Abastecimento humano
5000
Cenários •Referência (Baseline) •Baseline priorizando o abastecimento humano •Baseline com a transposição do SF •Baseline com abastecimento humano sem perdas •Baseline com Hidrograma Ambiental •Baseline com ‘Controle de nível - Innovate’ •Baseline com ‘Capacidade reduzida - Innovate’ •Baseline com restrição de vazão mínima a jusante de Sobradinho de 1.100 m³/s
Resultados Scenario: Reference model (baseline) - present, years 2000-2006 Constraints Technical restrictions (dam, powerhouse, spillway etc.) Flood protection Release Sobradinho > 1300mÂł/s Release Xingo > 1300mÂł/s
Objective Function Minimizing: scarcity costs from Irrigation Sites, Small Farmers and Human Supply, difference between e energy production and firm energy Maximizing: benefits energy production
Simulation: Baseline Stored volume Sobradinho [hm³]
40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
Simulação Baseline Min Level
5000 4000 3000 2000
Release Sobradinho [m³/s]
1000 0 Max Capacity Release Sobradinho
Resultados Simulação Reservoir Storage Sobradinho 2000-2006
Simulation: Baseline 800 700 600 500 Energy production Sobradinho [MW}
400 300 200 100 0
Energy Production and Firm Energy Sobradinho
Simulation: Baseline 0,7 0,6 0,5 Allocation Petrolina [mÂł/s]
0,4 0,3 0,2 0,1 0
Allocation for the supply of the municipality Petrolina
Simulation: Baseline 7 6 5 Allocation Nilo Coelho [mÂł/s]
4 3 2 1 0 Allocation
Demand
Water Allocation Irrigation Site (Nilo Coelho) 2000-2006
Simulation: Baseline 1,4 1,2 1 Allocation Small irrigation Sites in Petrolina [mÂł/s]
0,8 0,6 0,4 0,2 0
Small irrigation projects in Petrolina
Resultados Scenario: Reference model (baseline) - present, years 2000-2006, Human supply without losses Constraints Technical restrictions (dam, powerhouse, spillway etc.) Flood protection Release Sobradinho > 1300mÂł/s Release Xingo > 1300mÂł/s Prioritizing Human Supply Human Supply Demand Curves without losses
Objective Function Minimizing: scarcity costs from Irrigation Sites, Small Farmers and Human Supply, difference between e energy production and firm energy Maximizing: benefits energy production
Simulation: Human supply without losses 1,2
1 0,8 Allocation Petrolina [mÂł/s]
0,6 0,4 0,2 0
Allocation
Allocation without losses
Demand
Water allocation human supply with and without distribution losses
Main Results Scenario: Reference model (baseline) - present, years 2000-2006, Human supply without losses Constraints Technical restrictions (dam, powerhouse, spillway etc.) Flood protection Release Sobradinho > 1300mÂł/s Release Xingo > 1300mÂł/s Hidrograma Ambiental
Objective Function Minimizing: scarcity costs from Irrigation Sites, Small Farmers and Human Supply, difference between e energy production and firm energy Maximizing: benefits energy production
Simulation: “Hidrograma Ambiental” 40000
5000
35000
4500
30000
Stored volume Sobradinho [hm³]
3500
25000
3000
20000
2500
15000
2000
10000 5000 0 Reservoir Level Baseline Max Capacity Release Sobradinho
4000
Release Sobradinho [m³/s]
1500 1000 500 0
Reservoir Level Hidrograma Ambiental Min Level Release Sobradinho Hidrograma Ambiental
Storage and Release with “Hidrograma Ambiental” Sobradinho
Simulation: “Hidrograma Ambiental” 800 700 600 500 Energy production Sobradinho [MW}
400 300 200 100 0
Produced Energy [MW} Firm Energy (assegurado) {MW] Energy production with Hidrograma Ambiental Storage and Release with “Hidrograma Ambiental” Sobradinho
Resultados (preliminares)
Obrigado! geraldsouzadasilva@gmail.com
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