Modelo econômico-hidrológico integrado para alocação ótima de água em diferentes usos e vinhoto em áreas plantadas de cana na bacia do rio Pirapama

A escassez de água exige que se formulem políticas para garantir uma alocação inter-setorial eficiente do recurso, ao mesmo tempo que se reverta a degradação do mesmo. Para entender melhor e avaliar os efeitos das diversas políticas, é fundamental que se utilize modelos do mundo real, aptos a analisar as conseqüências, tanto ambientais quanto econômicas, de decisões de políticas de alocação tanto a nível de bacia, como de usuário. Este trabalho introduz um modelo econômico-hidrológico integrado desenvolvido para apoiar a gestão de recursos hídricos na bacia do rio Pirapama no Estado de Pernambuco, Nordeste do Brasil. Utiliza os fundamentos teóricos de um modelo elaborado no International Food Police Research Institute (IFPRI). Integra um grande número de relações físicas, econômicas, institucionais e agronômicas numa plataforma única para subsidiar decisões que digam respeito a alocação ótima de água entre os usos alternativos e vinhoto para fertirrigar as áreas plantadas de cana no primeiro trecho da bacia, a saber: a montante da barragem Pirapama. O referido trecho é de crucial importância pois nele está concentrada a maioria das agroindústrias localizadas na bacia, cuja produção de efluentes é a principal fonte de carga orgânica da região. Além disso, esta área é a responsável pelo aporte afluente ao reservatório Pirapama - uma das principais fontes de abastecimento da capital do estado - cujo risco de eutrofizacão já é alto, mal o mesmo entra em operação. O modelo introduz a questão da qualidade não só ao incluir o uso da fertirrigação e determinar alocação de efluentes das agroindústrias nas áreas plantadas de cana ao longo da bacia, mas também ao garantir através de restrições, níveis de qualidade adequados aos usos ao longo do curso d'água, bem como o não atingimento de limites de trofia nos dois reservatórios da área estudada. Para introduzir a questão de qualidade das águas dentro da plataforma de otimização foi utilizado o clássico modelo da Engenharia Ambiental - o modelo Streeter-Phelps. Este é considerado um modelo de qualidade simplificado, pois não simula todos os fenômenos interagentes no balanço do oxigênio dissolvido, abordando unicamente os dois principais fatores, a saber: o consumo e a produção de oxigênio. A aplicação da referida versão requer o conhecimento de parâmetros do rio e implica numa série de simplificações do mundo real. Foi realizada então uma simulação externa de qualidade, fora da plataforma de otimização, para testar a adequacidade da versão adotada ao caso em estudo, através da comparação entre os valores obtidos usando as equações representativas e os valores medidos em alguns pontos do rio em anos específicos. Além disso, dados não disponíveis referentes a maneira com que os efluentes chegam e contaminam o rio, bem como a forma com que o rio responde a esta contaminação, puderam ser calibrados e validados. O modelo integrado usou a modelagem holística com método de decomposição por temas, para determinar a solução ótima através de dois sub-modelos, um que considera a questão de quantidade e o outro a de qualidade das águas. Assim, uma solução ótima inicial é encontrada alocando-se água e efluentes sem se restringir os níveis de qualidade resultantes. A solução final do modelo é obtida a partir deste valor inicial, incorporando-se as restrições relativas a qualidade das águas. A função objetivo é composta pelas funções de benefício líquido agregadas por uso e penalidades são impostas de forma a garantir que o modelo respeite outorgas atuais no caso dos usos consuntivos, atenda demandas mínimas no caso de geração de energia e minimize sobra de efluentes. O modelo é aplicado para um horizonte de um ano com passos mensais, iniciando no último mês da estação chuvosa. Utiliza para simular drenagem pluvial natural de cada trecho, descargas específicas obtidas a partir de valores médios mensais de vazão de uma série gerada para a bacia. A condição inicial considera os reservatórios cheios e a cana disponível para a safra atual resultante de decisões de áreas a fertirrigar tomadas no ano anterior. Os primeiros resultados obtidos mostraram que os valores na solução ótima das retiradas anuais para cada uma das agroindústrias são praticamente iguais aos valores outorgados. No caso do abastecimento humano, a alocação ótima permite maiores desvios em relação a outorga, principalmente no caso de Recife, o maior usuário para quem se aloca bem menos do que o outorgado, e aproxima-se dos valores estabelecidos para Vitória. Além disso, pode-se verificar que o não atendimento a outorga estabelecida para Recife é um resultado econômico, pois os limites físicos não são atingidos. Com relação aos usos não-consuntivos, a solução ótima resultou em potências geradas para as duas PCH's em qualquer dos meses menor do que a demanda mínima. Este também é um resultado econômico já que há disponibilidade de água, bem como uma capacidade instalada que permitiria valores de potência gerados maiores. Com relação a alocação de efluentes, embora a quantidade simulada do vinhoto produzido pelas agroindústrias, na alocação ótima seja muito similar a atual, a distribuição definida pelo modelo como ótima é bastante diferente. Todos estes resultados são referentes ao sub-modelo 2, ou seja, é o resultado do modelo com todas as restrições incluídas. No entanto, o que se observou é que não houve mudanças perceptíveis nos resultados ao se acrescentar as restrições relativas a qualidade das águas, ou seja, os resultados do sub-modelo1 são praticamente idênticos ao sub-modelo2. Assim, estas últimas restrições na solução do modelo são inativas ou slack. Algumas simulações foram feitas retirando-se funções penalidade associadas ao uso da função objetivo a ser maximizada. Ao se retirar a penalidade relativa ao abastecimento humano, mantendo-se a do abastecimento industrial, independente de se aplicarem ou não penalidades relativas aos demais usos diminuem as retiradas anuais para Recife e aumentam as retiradas para Vitória. Neste caso, o resultado do sub-modelo2 é diferente do sub-modelo1, ou seja, as restrições relativas a qualidade das águas neste caso deixam de ser inativas. Mais especificamente, as mesmas reduzem as retiradas anuais para Vitória para que maiores volumes no lago de Águas Claras sejam mantidos e os limites relativos a trofia do reservatório não sejam atingidos. A retirada da penalidade associada ao atendimento da demanda mínima dos dois usuários, independente de haver ou não penalidades para os demais usos, reduz a potência gerada em todos os meses nas duas PCH's. Finalmente, com relação a alocação de efluentes não há nenhuma alteração na configuração das áreas fertirrigadas, no caso de se retirar a penalidade referente a sobra de efluentes. Ocorre que penalizando ou não por sobras de vinhoto, a solução ótima usa todo o efluente produzido, isso também independente das penalidades pelos outros usos estarem ligadas ou desligada