Management and planning of water resources: outflow regionalizing and proposition of indices for spotting water use conflicts

Objetivou-se, neste trabalho, fornecer subsídios à gestão e ao planejamento dos recursos hídricos ao comparar diferentes metodologias de regionalização de vazões para a estimativa da vazão mínima com sete dias de duração e período de retorno de 10 anos (Q7,10) e da vazão média de longa duração (Qmld); ao verificar a influência da utilização de procedimentos manuais e automáticos na estimativa do valor da Q7,10 obtido com base no trabalho Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais; e ao propor índices para identificação de conflitos potenciais pelo uso da água em bacias hidrográficas. Para tanto, o trabalho foi dividido em três artigos. O primeiro, Comparação de metodologias de regionalização de vazões para estimativa da Q7,10 e Qmld, teve por objetivo comparar os valores da Q7,10 e da Qmld estimados utilizando-se o trabalho Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais (Deflúvios) e as metodologias de regionalização de vazões Tradicional, Proporcionalidade de Vazões e Conservação de Massas. Foram obtidos, a partir da análise probabilística e da média das vazões médias anuais, os valores da Q7,10 e da Qmld, respectivamente, para 15 estações fluviométricas da bacia do rio Paraopeba. Para cada uma das estações foram estimados os valores da Q7,10 e Qmld considerando o trabalho Deflúvios e as metodologias de regionalização de vazões. De posse dos valores observados e estimados da Q7,10 e Qmld, foi avaliada a precisão das metodologias por meio da aplicação do erro relativo, erro relativo médio e coeficiente de eficiência ajustado. Na análise dos resultados verificou-se que os maiores erros nas estimativas das vazões ocorreram nas regiões de cabeceira e que, dentre os métodos de regionalização utilizados, o Tradicional é o que permite melhor estimativa dos valores da Q7,10 e Qmld para a bacia do rio Paraopeba. Apesar de o trabalho Deflúvios ter apresentado bons resultados na estimativa da Qmld, seu uso para a estimativa da Q7,10 na bacia do rio Paraopeba apresenta restrições. No segundo artigo, Influência da utilização de procedimentos manuais e automáticos na estimativa do valor da Q7,10 obtido com base no trabalho Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais, foram comparados os valores da Q7,10 obtidos a partir da análise probabilística das séries históricas disponíveis para 15 estações fluviométricas da bacia do rio Paraopeba com os valores estimados utilizando-se o trabalho Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais, a partir de procedimentos manuais e automáticos de delimitação de áreas de drenagem e dos intervalos de rendimentos específicos em sistemas de informações geográficas. Para cada uma das estações foi estimado, considerando-se o procedimento automático, o valor do rendimento característico equivalente (Rme) para então convertê-lo na Q7,10. No procedimento realizado manualmente, foram obtidos juntamente ao Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM) os valores de Rme e Q7,10 para cada uma das seções do estudo. De posse dos valores do Rme, calculou-se o desvio relativo percentual entre os valores obtidos a partir dos dois procedimentos, enquanto o erro relativo percentual foi calculado entre os valores de Q7,10 obtidos a partir da análise probabilística das séries históricas e das vazões estimadas a partir dos dois procedimentos. Na análise dos resultados verificaram-se diferenças expressivas na estimativa da Q7,10 a partir dos dois procedimentos, tendo o procedimento automático apresentado melhores estimativas da Q7,10 para as seções de estudo da bacia do rio Paraopeba. No terceiro artigo, Índices para subsídio à gestão e ao planejamento dos recursos hídricos: Proposição metodológica e estudo de caso, foram propostos dois índices para identificação de conflitos potenciais pelo uso da água em bacias hidrográficas. O índice de conflito pelo uso da água na gestão dos recursos hídricos (icg), obtido para cada segmento de rio pela razão entre as vazões outorgadas a montante da foz do segmento em análise (Qout) e a vazão máxima passível de outorga, visa fornecer subsídios às ações afetas à gestão de recursos hídricos. O índice de conflito pelo uso da água no planejamento dos recursos hídricos (icp), obtido para cada segmento de rio pela razão da Qout pela Qmld, objetiva fornecer subsídios às ações de planejamento. Para interpretação dos valores dos índices foi sugerida uma escala de faixas de valores que permite identificar diferentes situações em relação ao uso e à disponibilidade hídrica da bacia. Visando possibilitar a elaboração de mapas de icg e icp de bacias hidrográficas, foi associada às faixas de valores uma escala de cores. O estudo de caso foi realizado para a bacia do ribeirão Entre Ribeiros, sendo utilizados no cálculo dos índices a Q7,10, a Qmld, a Qout, o modelo digital de elevação e a hidrografia da bacia em estudo. Concluiu-se, pela análise dos valores de icg e icp, que os índices propostos são capazes de identificar regiões com conflitos potenciais pelo uso da água em bacias hidrográficas. Pelos valores de icg dos segmentos da bacia do ribeirão Entre Ribeiros pôde-se identificar regiões com conflitos pelo uso da água, os quais pela análise do icp podem ser minimizados adotando-se de um adequado programa de planejamento dos recursos hídricos. Os resultados obtidos nos três artigos deste trabalho consistem em contribuições à área de gestão e planejamento dos recursos hídricos no país. A aplicação de forma integrada das questões abordadas visa ao controle e ao uso racional deste bem hídrico, de modo a garantir água para as atuais e futuras gerações.This paper aims to provide a means to manage and plan water resources comparing different methodologies for outflow regionalization targeting to estimate a seven-day minimum flow and a ten-year return period (Q7,10), as well as the longterm middle flow (Qmld) while checking the influence of manual and automatic procedures for estimating the Q7,10 value obtained based on Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais, and while proposing indices for identifying potential conflicts for the use of water in the water basins. For such, the research was divided into three papers. The first, Comparison of outflow regionalization methodologies for estimating Q7,10 and Qmld, aimed to compare Q7,10 and Qmld estimated values, based on Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais (Deflúvios) and the following methodologies for outflow regionalization: Traditional; Outflow Proportionality; and Conservation of Mass. Q7,10 and Qmld values were obtained from the probabilistic analysis and from the average annual outflow. These values were obtained for the 15 fluviometric stations of the Paraopeba river basin. For each of the stations, Q7,10 and Qmld were estimated considering Deflúvios and the methodologies for outflow regionalization. Having obtained the observed and estimated Q7,10 and Qmld values, the precision of the methodologies was evaluated applying relative error, medium relative error and the adjusted efficiency coefficient. The analysis of the results show that the greatest errors in the estimated outflows took place in riverhead regions and that, among the regionalization methods used, the Traditional one is the one that allows the best estimative for the Q7,10 and Qmld values for the Paraopeba river basin. Although Deflúvios has presented good results estimating Qmld, its use for estimating Q7,10 in the Paraopeba river basin presents restrictions. The second paper, The influence of the use of manual and automatic procedures for estimating the Q7,10 value obtained based on Deflúvios Superficiais no Estado de Minas Gerais, the Q7,10 values obtained from the probabilistic analysis of historic series available for 15 fluviometric stations of the Paraopeba river basin were compared with the estimated values using Deflúvios, from the manual and automatic procedures of drainage area delimitation and specific yield intervals in geographic information systems. For each of the stations, the value for equivalent characteristic yield (Rme) was estimated, considering the automatic procedure, to be then converted to Q7,10. In the manual procedure, the Rme and Q7,10 values were obtained from Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM) for each of the sections of this study. Having obtained the Rme values, the percentage relative deviation between the values obtained from those two procedures was calculated, white a percentage relative error was calculated among the Q7,10 values obtained from the probabilistic analysis of the historic series and estimated outflows from those two procedures. In the analysis of the results, marked differences were observed in the Q7,10 estimation from those two procedures, the automatic procedure presenting the best Q7,10 estimations for the study sections of the Paraopeba river basin. The third paper, Indices for identification of conflicts for the use of water: Proposition and case study, two indices for the identification of potential conflicts for the use of water in water basins were proposed. The index for the conflict for the use of water in water resources management (icg) obtained from each river segment from the ratio among the flows granted to mouth amount of the analyzed segment (Qout) and the maximum possible flow grant aims to provide a means to the actions affecting water resources management. The index of conflict for the use of water in planning water resources (icp) obtained for each river segment by the Qout and Qmld ratio aims to provide a means to the actions of planning. In order to interpret the values of the indices, a scale of value bands was suggested to make it possible to identify different situations regarding the use and availability of water in the basin. Aiming to make it possible to make icg and icp maps of water basins, a color scale was associated with the value bands. The case study was performed for the Entre Ribeiros stream basin, using the digital elevation model and the hydrography of the water basin of this study to calculate the Q7,10, Qmld and Qout indices. The analysis of the icg and icp values concluded that the proposed indices can identify regions with potential conflicts for the use of water in water basins. The regions with conflicts for the use of water could be identified by means of the icg values of the segments of the water basin of Entre Ribeiros stream, which could be minimized by the analysis of the icp adopting an adequate water resource planning program. The results in these three papers consist of contributions to the area of management and planning of water resources in Brazil. The application of the integrated form of the questions dealt with herein aim to control and rationalize the use of water, so as to guarantee its availability for the current and future generations.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic