Um sistema que alia ferramentas de última geração da área de informática alimentado com informações sobre as bacias hidrográficas pode auxiliar os comitês a tomarem decisões fundamentais para a gestão dos recursos hídricos. No processo de tomada de decisão diferentes aspectos têm que ser considerados, como por exemplo: mudanças nos fenômenos naturais, aumento das demandas, abastecimento da população com água em quantidade e qualidade adequadas, preço razoável, impactos de determinadas decisões para os ecossistemas e suas conseqüências para a população, etc.
Apesar do desenvolvimento de diversas pesquisas sobre Sistemas de Suporte à Decisão (SSD) para área de recursos hídricos a maioria deles trata de questões específicas como, qualidade de água, outorga, geração de energia elétrica de maneira independente. Poucas pesquisas são capazes de propiciar uma visão integrada dos fatores mais importantes para a gestão da bacia hidrográfica como um todo. A idéia geral do processo de Gerenciamento Integrado de Recursos Hídricos é estabelecer um balanço entre as necessidades relacionadas à água, os fatores econômicos e sociais e os efeitos das atividades humanas nos recursos hídricos. Esse balanço pode ser alcançado através de um sistema de gerenciamento que possa prevenir e resolver problemas de recursos hídricos de acordo com sua importância para a sociedade.
Inovando nesta área o Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos e a Universidade de São Paulo em cooperação com o instituto DHI Water and Environment da Dinamarca estão desenvolvendo um SSD sob a liderança do Prof. Frederico F. Mauad, atual Diretor do Centro de Recursos Hídricos e Ecologia Aplicada – CRHEA/USP.
Em sua tese de doutorado o pesquisador Guilherme de Lima está desenvolvendo o SSD Riverhelp! (www.riverhelp.com.br) para o planejamento e gerenciamento integrado de bacias hidrográficas. A DHI Water and Environment (www.dhigroup.com) é uma organização independente, autônoma, sem fins lucrativos, de pesquisas e consultoria filiada à Academia Dinamarquesa de Ciências Técnicas. O apoio financeiro para a pesquisa foi do Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento (CNPq).
O SSD está em fase final de desenvolvimento. Todos os softwares e módulos estão integrados e preparados para serem usados e acessados pela interface principal. Simulações e otimizações para a bacia de estudo já podem ser realizadas de maneira preliminar. A modelagem do sistema hídrico já está quase completa, ainda é preciso realizar a calibração e ajustes de dados para a simulação da qualidade de água. Também, é preciso ajustar os dados relativos às demandas de captação e lançamento.
Outra parte que ainda está sendo desenvolvida é a apresentação de resultados. Apesar dos resultados já estarem disponíveis (ou seja, ligados à interface principal) ainda é preciso montar as telas para apresentação dos mesmos na interface principal (visualização dos resultados).
A previsão dos pesquisadores é que o sistema esteja disponível para uso em julho de 2007. Mas, como explica o professor Guilherme de Lima, “é importante lembrar que ainda será necessária a preparação de manuais, a inclusão de outras ferramentas e funções (por exemplo, a ferramenta para outorga deverá ser melhorada, a análise de cenários deverá ter mais opções com diferentes metodologias multi-objetivo e outros ajustes que serão feitos por outros alunos de mestrado e doutorado”. Ele lembra que esse é o começo da pesquisa de um sistema computacional complexo que deverá levar mais três anos para ficar pronto para comercialização se for desenvolvido dentro de universidades. “Mas se o desenvolvimento for patrocinado por empresas privadas, com mais um ano o sistema estaria pronto para ser usado em qualquer condição”, ressalta.
A metodologia, a utilização e aplicação do Sistema de Suporte à Decisões “Riverhelp!” é baseado em três fases:
Fase 1 – Identificação dos principais problemas de recursos hídricos com WRIAM;
Fase 2 – Modelagem computacional do sistema hídrico estudado;
Fase 3 – Uso e Desenvolvimento da interface do Riverhelp! para simulações, otimização, visualização de resultados principais e análises de cenários.
Guilherme de Lima acrescenta que o sistema pode ser utilizado a partir da instalação dos softwares e ferramentas em uma instituição (nesse caso o comitê de bacia hidrográfica). Eles seriam responsáveis pela modelagem do sistema hídrico e utilizariam o SSD Riverhelp!. Essa não é seria a melhor opção, pois os custos seriam altos para o comitê e o mesmo precisaria de um departamento de simulação computacional para realizar a modelagem da bacia hidrográfica.
A segunda possibilidade, recomendada na pesquisa, é a instalação da interface principal do SSD Riverhelp! no comitê de bacias e também em outras agências como CETESB, DAEE, Secretaria de Recursos Hídricos etc. sem custos para essas instituições (ou com custos baixos por simulação). Cada uma dessas instituições poderia ter uma interface principal personalizada com diferenças necessárias às suas atividades. Essa interface principal seria no formato de planilhas eletrônicas em Excel ou janelas em Visual Basic. Já os softwares comerciais (ArcGIS, MikeBasin, TemporalAnalyst) seriam instalados em uma agência central (no caso a Agência Nacional de Águas – ANA) que seria responsável pela modelagem do sistema hídrico. (nesse caso algumas alterações só poderiam ser feitas pela ANA, como por exemplo a modificação da rede de rios, e outras modificações envolvendo o SIG e ferramentas avançadas como mudanças nas estruturas de otimização).
Ele cita como exemplo que o comitê de uma bacia hidrográfica pode entrar e alterar dados de demandas, qualidade de água, vazões nos rios, regras operacionais de reservatórios e etc. Mas ele não pode acessar diretamente o SIG e, portanto não pode alterar o número de reservatórios ou outras informações básicas da bacia em questão. Para isso seria necessária uma solicitação do comitê para a ANA, que seria a responsável pela modelagem do sistema e possuiria os softwares instalados no seu servidor. Uma vantagem dessa opção é a integração das informações e da modelagem dos sistemas hídricos. Um comitê de uma bacia a jusante poderia verificar como as mudanças autorizadas pelo comitê da bacia a montante teriam influência sobre seus usos.
Vários tipos de comparações e cenários podem ser analisados não só por um comitê, mas por várias organizações que tenham acesso ao servidor e ao sistema central. Isso pode tornar o processo de tomada de decisão mais transparente e acessível a todos os envolvidos. (alguns resultados podem ser disponibilizados em páginas de internet permitindo que pessoas cadastradas façam simulações mais simples diretamente usando a internet, sem ter nenhum software instalado em seu computador.)
No quadro acima é mostrada a estrutura para o uso do sistema nessa opção. Nesse caso o SSD é dividido em duas categorias: a primeira (em azul) representa os modelos principais e a segunda os submodelos.
Os modelos principais (módulos 3 e 4 do Riverhelp!) representam os sistemas hídricos da maneira mais detalhada possível através de banco de dados, modelos de simulação, otimização, sistemas de informação geográficas, dados em tempo real, etc. Esses softwares são instalados somente no servidor principal. No exemplo, o servidor ficaria na Agência Nacional de Águas.
A segunda categoria seria composta pelos submodelos (módulos 1 e 2 do Riverhelp!) que são interfaces que possuem ferramentas específicas para as necessidades dos usuários. Esses submodelos são diretamente ligados com os modelos principais e os usuários podem utilizar conexões de internet ou intranet para acessar os softwares e as informações armazenadas no servidor. Por exemplo: Os softwares Mike Basin e ArcGIS estão instalados no servidor e o software Riverhelp! está instalado na agência do comitê de bacia. Os usuários do comitê poderiam então utilizar o Riverhelp! para analisar a nova operação de um sistema de reservatórios visando minimizar os problemas de abastecimentos futuros de água para uma determinada região. Isso seria possível, pois o Riverhelp! pode se comunicar com o servidor principal, e enviar as alterações de dados feitas pelo comitê, acionar os modelos de simulação/otimização que irão realizar as operações no servidor e irão enviar os resultados imediatamente para o comitê usando apenas uma conexão com a internet. Então os usuários do comitê podem analisar os resultados, que irão ser visualizados diretamente na interface principal (modulo 1) na função VISUALIZAÇÃO DE RESULTADOS.
Veja no arquivo ao lado um exemplo dado pelo pesquisador e que oferece uma visão geral do funcionamento do sistema.
Outras informações
O Sistema Riverhelp! é voltado para o planejamento e gerenciamento de recursos hídricos. As simulações devem ser realizadas na escala da bacia hidrográfica. Ele foi desenvolvido para ser usado pelos comitês de bacia hidrográfica. Simulações hidrodinâmicas 2D ou 3D não são possíveis nessa primeira versão. Mas como o software é de código aberto ele poderia fornecer informações ou utilizar informações de outros programas.
Exemplo: Um reservatório precisa de um estudo de estratificação térmica ou assoreamento. O Riverhelp! não pode realizar tais simulações. Para isso é necessário um modelo 2D/3D. Esse modelo poderia ser integrado ao SSD Riverhelp! na fase de modelagem e utilizar as informações como, por exemplo, vazões de entrada, vazões liberadas etc…Ele também poderia fornecer os resultados que seriam visualizados na interface principal desde de que o modelo 3D também fosse do tipo com código computacional aberto ou acessível.
Um derrame de óleo em um determinado local e sua diluição no espaço e tempo também exigiria um modelo 2D ou 3D e não poderia ser simulado pelo Riverhelp! a não ser que um desses modelos fosse integrado ao SSD na fase de modelagem. Estudos de enchentes, e/ou morfologia de rios, com determinação do tempo e das áreas alagadas também não seriam possíveis sem os modelos 2D/3D.
Outro assunto que não pode ser simulado seriam os problemas de integração entre água superficial e água subterrânea. Apesar do sistema possuir um módulo de águas subterrâneas esse módulo só é usado para análises simples.
O que poderia ser simulado seria o resultado de um crescimento demográfico acelerado em uma cidade sem estação de tratamento de água e suas conseqüências para a qualidade da água nos trechos de rios a montante.
PREÇO:
Os softwares e a tecnologia utilizada no SSD Riverhelp! são livres de custos pois foram desenvolvidas dentro da universidade. Mas deve-se lembrar que existem dois módulos (3 e 4) que são pacotes comerciais e esses têm preço alto, pois possuem a tecnologia mais avançada do mercado atualmente.
O preço do modelo Mike Basin Completo mais o ArcGIS (com módulo para análise espacial e análise 3D) é de aproximadamente 6.250 euros. Para os comitês de bacia pode ser um investimento alto, por isso sugere-se que esse módulos sejam instalados só na Agência ( no caso a ANA) e os comitês ajudariam a pagar uma parte do custo só quando realizassem simulações. Os softwares podem ser utilizados para simular diferentes bacias. Não é necessário comprar os dois módulos para cada comitê.
Também é importante comparar o preço dos softwares com o preço pago pela sociedade pela falta de um planejamento e gerenciamento adequado dos recursos hídricos.
Qualquer evento de enchente, despejo de poluentes em excesso, seca ou falta de abastecimento urbano, causa um prejuízo que paga muitas vezes o investimento nesse tipo de tecnologia, que já deveria estar presente em todos os comitês de bacias.
No entanto, não é preciso utilizar esses dois modelos comerciais, eles podem ser substituídos por modelos similares disponíveis atualmente (mas para isso são necessárias várias modificações no código computacional).
O que é o WRIAM
O WRIAM (Water Resource Issues Assessment Method) é uma nova metodologia para a identificação e classificação de problemas hídricos. A metodologia utilizada é semelhante às técnicas usadas para a Avaliação de Impactos Ambientais. O método WRIAM é uma variação do RIAM (Rapid Impact Assessment Method) que tem como objetivo principal preparar uma avaliação semiquantitativa, identificar e classificar os impactos de projetos específicos. O WRIAM foi desenvolvido para permitir a atribuição de valores razoavelmente quantitativos para assuntos subjetivos oferecendo ao mesmo tempo uma avaliação de um impacto e um registro que pode ser usado no futuro para reavaliação ou para comparação com outro impacto.
O WRIAM é baseado na identificação e classificação das principais causas e efeitos decorrentes de problemas relacionados com os recursos hídricos. Para isso, pontuação é atribuída aos diferentes tipos de problemas e cada um deles pode ser avaliado independentemente de acordo com alguns critérios pré-definidos.
O WRIAM foi desenvolvido como parte de um projeto de gerenciamento integrado de recursos hídricos em Burkina Faso pela DHI Water and Environment e pelo UCC-Water (UNEP Collaborating Centre on Water and Environment). A metodologia utilizada nos relatórios do grupo GIWA (Global International Waters Assessment) tem como base a técnica utilizada no WRIAM.
O WRIAM é baseado na identificação e classificação das principais causas e efeitos decorrentes de problemas relacionados com os recursos hídricos. Para isso pontuação é atribuída aos diferentes tipos de problemas e cada um deles pode ser avaliado independentemente de acordo com alguns critérios pré-definidos.
Os critérios de avaliação são divididos em dois grupos:
(A) Critérios relacionados com a importância do problema ou do efeito, os quais podem modificar a pontuação consideravelmente.
(B) Critérios relacionados com detalhes de cada problemas os quais têm menor efeito na classificação dos problemas.
Mais informações:
Prof. Frederico F. Mauad – e-mail: mauadffm@sc.usp.br
Guilherme de Lima – e-mail: guilima@sc.usp.br
Exemplo de funcionamento 1
Veja no arquivo abaixo um exemplo de funcionamento do Riverhelp!
Exemplo de funcionamento2
Modelagem
O pesquisador esclarece que “a modelagem do sistema hídrico deve ser feita por especialistas. O sistema deve ser calibrado e validado e depois de ser testado e aprovado estará pronto para ser usado pelos não-especialistas. Os Módulos 3 e 4 do Riverhelp! são exatamente para isso: Modelagem Computacional. O grau de complexidade dessa etapa é alto e requer conhecimentos específicos não só sobre hidrologia, hidráulica, saneamento e SIG mas também conhecimento e treinamento nos softwares utilizados”.
Uma vez que a bacia está modelada essa parte está pronta, e os usuários do sistema irão usar só as ferramentas disponíveis na interface principal do Riverhelp! incluir informações como por exemplo novas vazões, testar novas regras operacionais para reservatórios, verificar as conseqüências de uma seca mais severa, analisar a qualidade de um determinado trecho de rio como conseqüência de um aumento na carga poluidora lançada naquele trecho e etc. Para isso não se precisa mudar a modelagem, só parâmetros de entrada dos modelos e isso os usuários comuns conseguem fazer da interface principal sem precisar usar os softwares de modelagem. E é esse o objetivo desse sistema: permitir aos usuários comuns uma interface fácil de usar e só com as informações simples que eles querem.
E quais são as informações que eles querem? Eles precisam de poucas opções para realizar as simulações e também dos resultados filtrados e transformados em poucos números e ou gráficos, como por exemplo: o déficit médio de água para cada usuário em escala de cores e com localização sobre um mapa. (veja exemplo ao lado). Tudo feito em planilhas do Excel.
O grande diferencial desse SSD, ressaltado pelo professor Lima, é que os usuários comuns irão utilizar somente planilhas do Excel, mas essas planilhas vão estar ligadas a softwares poderosos de simulação e otimização sem que eles percebam! Todas as ferramentas que eles desejarem podem ser incluídas e controladas da interface principal sem precisar abrir softwares complexos e difíceis de usar.
Para tornar mais fácil o entendimento do funcionamento ele cita o exemplo de um carro. “Os especialistas constróem o carro com uma tecnologia avançada freio ABS, AirBag, Motor Flex etc…Mas tudo o que queremos é ligar o carro, apertar o freio e o acelerador e ir para o lugar que queremos sem ter problemas. Você já pensou se nos tivéssemos que saber de mecânica avançada e elétrica para dirigir nossos carros? Então essa é a idéia!!!!!.Nós fornecemos o carro e eles apertam os botões e analisam os resultados, que podem ser personalizados na interface principal a qualquer momento, pois o código computacional é aberto”.
Exemplo 1 – Disponibilidade hídrica e outorga
O comitê quer aumentar a demanda de um usuário de água, ou de uma região ou sub-bacia, simular e ver os efeitos que esse aumento de demanda de água causou nos outros usuários a jusante. Então ele vai até a planilha “banco de dados”, muda os valores das demandas, volta para a interface principal e clica em “SIMULAR” depois que a simulação tiver terminado ele vai até o botão resultados e verifica o Déficit máximo, o Déficit médio e o Déficit Mínimo de água.
Ele também pode verificar as probabilidades de usuários ficarem sem água e por quanto tempo isso pode acontecer. Assim ele pode decidir se seria viável autorizar uma outorga de uso de água em determinado local e quais seriam as conseqüências disso. Dessa mesma maneira é possível verificar as conseqüências do crescimento populacional em diversas sub-bacias.
Exemplo 2 – Qualidade de Água
Em uma determinada bacia uma nova estação de tratamento de esgotos entrará em operação e removerá 70% da carga orgânica daquela sub-bacia. O usuário pode diminuir as cargas em 70% na determinada sub-bacia, simular e verificar como a qualidade nos rios iria aumentar. Passando por exemplo da classe 3 para a classe 2. Isso também permitiria verificar quantos usuários seriam beneficiados com o funcionamento da nova estação de tratamento de esgotos. (no caso dessa primeira versão do Riverhelp! apesar de vários parâmetros estarem disponíveis para simulação o sistema só será calibrado para DBO, por falta de dados).
Exemplo 3 – Otimização e Operação de Reservatórios
O comitê de bacias tem que gerenciar um conjunto de reservatórios para abastecimento público, geração de energia e irrigação. Nesse caso pode determinar por otimização a quantidade de água que deverá ser liberada para cada uso. Deve-se lembrar que as funções de otimização desse sistema devem ser definidas na fase da modelagem.
Na fase de uso do sistema, a otimização estaria disponível e seria realizada todo mês (também pode ser dia, minuto ou segundo, isso depende da discretização da otimização) com a entrada de novos dados sobre o nível dos reservatórios e sobre as vazões liberadas. Os resultados mostrariam as vazões ótimas para cada uso para o próximo mês (dia, minuto, segundo, ano, 15 dias…).
Exemplo 4 – Estudo de ecossistemas
Pretende-se estudar as conseqüências de uma seca muito severa para uma área de proteção ambiental visitada por turistas localizada a montante de uma cidade para 5, 10 e 15 anos no futuro.
Conhecendo-se o aumento da população e o provável aumento da demanda é possível realizar simulações e analisar a qualidade e quantidade da água para diferentes cenários futuros e verificar se a qualidade da água e a quantidade seriam as mínimas necessárias para a manutenção da vida aquática dessa área.
Se for verificado que uma seca muito severa causaria uma grande mortalidade de peixes e algumas cachoeiras ficariam secas trazendo prejuízos econômicos (pois isso afastaria os turistas) então com novas simulações poderiam ser testadas diferentes soluções para o problema como, por exemplo, o racionamento de água para a cidade durante a seca, a construção de uma nova estação de tratamento de esgoto, formas de conter a demanda da cidade etc.
Exemplo 5 – Enquadramento dos cursos d’água
Com o SSD Riverhelp! pode se determinar a quantidade e a qualidade de água que pode ser captada e lançada em diferentes locais para que os padrões de qualidade dos rios sejam respeitados. Com isso pode-se determinar onde são necessárias estações de tratamento de água e qual deve ser a eficiência das mesmas. O modelo de qualidade de água incluir a simulação de fontes pontuais e difusas.
Equipe do SSD
Guilherme de Lima
Guilherme de Lima é formado em Engenharia Civil com mestrado e doutorado pela Universidade de São Paulo. É especialista nas áreas de hidrologia e hidráulica.. Em sua pesquisa de doutorado desenvolveu o software Riverhelp! e a metodologia para seu uso.
Frederico Fábio Mauad
O professor Mauad é o atual diretor do Centro de Recursos Hídricos e Ecologia Aplicada (CRHEA) da Universidade de São Paulo. Mauad atua como professor da EESC/USP desde 1993. É o orientador da pesquisa para o desenvolvimento do Riverhelp!
Roar Askær Jensen
Roar Jensen ocupa o cargo de Chefe de Inovação do Departamento de Recursos Hídricos da DHI Water and Environment. É um reconhecido hidrólogo com mais de 18 anos de experiência em análises e planejamento de sistemas hídricos. Sua experiência se originou de projetos desenvolvidos em vários países da Europa, America Latina, Asia e Africa. Foi orientador da pesquisa na Dinamarca e contribui significativamente para o desenvolvimento do Riverhelp!
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