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Tecnologia desenvolvida pelo Simepar subsidia a gestão de bacias do Sistema Cantareira

O Sistema Meteorológico do Paraná – Simepar presta serviços de previsão hidrometeorológica para a Agência das Bacias PCJ – responsável pela gestão dos recursos dos rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí, no Estado de São Paulo. Por ser industrializada e comportar 9 milhões de pessoas, a região apresenta grande demanda hídrica. O período mais crítico no uso da água ocorre entre junho e novembro. Com base nas previsões fornecidas pelo Simepar, os gestores tomam decisões para evitar a escassez e o desperdício no Sistema Cantareira, a fim de manter o equilíbrio ambiental e atender às necessidades humanas de abastecimento.

Vazões previstas com sete dias de antecedência para o posto de controle localizado no rio Atibaia em São Paulo, apresentando os resultados determinísticos e probabilísticos dos modelos numéricos implementados no Sistema de Previsão Hidrometeorológico das Bacias PCJ

Para gerar as previsões de vazão, o Simepar desenvolveu uma tecnologia exclusiva de multimodelagem, assim denominada porque combina três tipos de modelos: um conceitual, conhecido como “Sacramento”, adotado pelo National Weather Service (NWS); um regressivo multilinear, baseado em teoria estatística e um deep learning ou aprendizagem profunda, a partir da inteligência artificial. Cada um desses modelos tem uma fonte distinta de tecnologia e gera um prognóstico do comportamento da vazão com horizonte de sete dias. Em processo conhecido como ensemble, os três modelos são combinados para produzirem uma previsão determinística. A aplicação da metodologia Modelagem Bayesiana de Erros através de Simulação de Monte Carlo via Cadeias de Markov (MCMC) gera uma previsão probabilística, capaz de indicar altas e baixas chances de ocorrência futura de vazão em determinado intervalo de valores. Por meio de simulações de comportamentos futuros, esse sistema permite medir em percentuais a probabilidade de a vazão vir a estar acima e/ou abaixo de níveis críticos no tempo e no espaço, subsidiando a tomada de decisão no gerenciamento dos recursos hídricos.

“É uma satisfação conciliar o desenvolvimento científico com uma aplicação real em que técnicas sofisticadas, geradas em conjunto com uma instituição universitária, se põem a serviço da gestão ambiental, com benefícios concretos para a população”, observa o diretor presidente do Simepar, engenheiro Eduardo Alvim Leite.

Página inicial da plataforma Web desenvolvida pelo Simepar para os usuários do Sistema de Previsão Hidrometeorológico das Bacias PCJ

Características

O pesquisador do Simepar e coordenador geral do serviço, José Eduardo Gonçalves, destaca o ganho representado pela união entre as áreas de meteorologia e hidrologia, o que se reflete na qualidade do serviço ao cliente. Segundo ele, os dados são coletados por estações hidrológicas compostas por sensores, instaladas em três pontos de controle: dois no rio Atibaia e um no rio Jaguari. Também é utilizada a rede de monitoramento da Agência PCJ. “Os dados de vazão provenientes dos linímetros e das chuvas coletados por pluviômetros, satélite Goes 16 e radar são transmitidos automaticamente para o banco de dados do Simepar, onde são processados e analisados”, explica. Os meteorologistas emitem dois boletins diários de previsão hidrometeorológica para sete dias nos 76 municípios da região, indicando as chuvas nas bacias e a vazão nos pontos de controle.

“São Paulo representou uma problemática nova para o Simepar por referir-se a períodos de recessão e não de cheias”, observa Arlan Scortegagna, engenheiro ambiental e pesquisador responsável pelo desenvolvimento do Sistema de Previsão Hidrometeorológico das Bacias PCJ. Ele destaca o processo tecnológico colaborativo entre o Simepar e o cliente para a obtenção de bons resultados, lembrando a necessidade de melhoria contínua ao lidar com as incertezas.

Mapa dinâmico da previsão de precipitação acumulada resultante do modelo atmosférico WRF com resolução de 5km

Confiabilidade

Coordenador do Grupo de Trabalho de Previsão Hidrometeorológica do Comitê das Bacias PCJ, o engenheiro químico e especialista em gestão ambiental Jorge Antonio Mercanti avalia diariamente a qualidade dos serviços. Ele considera o modelo hidrológico de escoamento do Simepar bem ajustado, detalhado e robusto: “Após um período de adequação, a precisão das previsões surpreende pelo alto índice de acerto, com dados muito próximos do real”. Para o especialista, “o know-how e a expertise do Simepar permitiram a criação de uma ferramenta científica complexa, que possibilita a gestão otimizada, avançada e aperfeiçoada dos recursos hídricos das bacias paulistas para assegurar a disponibilidade desse bem precioso que é a água”.

Coordenada pelo engenheiro Eduardo Alvim, a metodologia de pesquisa do Simepar ensejou a defesa de tese de doutorado da professora Alana Ribeiro no Programa de Métodos Numéricos em Engenharia da Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 2017. O sistema de previsão para as bacias PCJ será apresentado no Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos a realizar-se de 24 a 28 de novembro deste ano em Foz do Iguaçu.

Gráficos acima – previsão de temperatura e chuva para o horizonte futuro de sete dias
Tabela abaixo – resultados horários de chuva e temperatura para as horas remanescentes do dia atual

Sistema Cantareira

O Sistema Cantareira é constituído por seis reservatórios, conectados em série, alimentados por rios pertencentes às bacias do rio Piracicaba e do Alto Tietê. Sua importância reside no abastecimento de até 9 milhões de habitantes da Região Metropolitana de São Paulo e no controle das vazões em trechos regularizados das bacias dos rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí (Bacias PCJ).

Diante da crise hídrica de 2014, verificou-se a necessidade de estabelecer regras para a operação do Sistema Cantareira. Em 2017, a Agência Nacional de Águas (ANA) e o Departamento de Águas e Energia Elétrica de São Paulo (DAEE) firmaram as Resoluções Conjuntas nº 925 e nº 926 que, dentre outros critérios, estabeleceram vazões mínimas a serem garantidas em três postos de controle das Bacias PCJ. Atender a essas vazões mínimas e, ao mesmo tempo, maximizar o armazenamento dos reservatórios, o que implica em minimizar suas descargas, consiste em um desafio para a operação do Sistema Cantareira e para a gestão hídrica.

As Bacias PCJ englobam 76 municípios e ocupam 15.377,82 km² – dos quais 92% se encontram no Estado de São Paulo e 8% em Minas Gerais. Seus principais constituintes são os rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí. A bacia do rio Piracicaba é dividida em cinco sub-bacias: Jaguari, Atibaia, Camanducaia, Corumbataí e Piracicaba. A área de modelagem hidrológica do SPHM-PCJ está inserida nas sub-bacias dos rios Jaguari e Atibaia. As Bacias PCJ abrangem quatro reservatórios do Cantareira: Jaguari, Jacareí, Cachoeira e Atibainha. Os demais – Paiva Castro e Águas Claras – pertencem à Bacia do Alto Tietê. As descargas do Jaguari/Jacareí escoam para o rio Jaguari enquanto as do Cachoeira e Atibainha escoam para o rio Atibaia.

O DAEE e parceiros mantêm nas Bacias PCJ uma rede de monitoramento com 43 estações telemétricas, que realizam a coleta de dados de precipitação e nível fluviométrico a cada dez minutos, além de estações convencionais. A partir de curvas-chave atualizadas com frequência, obtêm-se os dados de vazão. A rede telemétrica do DAEE é operada pelo Sistema de Alerta a Inundações do Estado de São Paulo (SAISP) e mantida com o apoio da Agência das Bacias PCJ.

Por Valéria Prochmann/Simepar

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