Techniques for quantitative and qualitative management of reservoirs with multiple uses of water: a case study of the reservoir of Barra Bonita-SP

Os aspectos quantitativos regem as práticas de engenharia visando o gerenciamento de reservatórios. Entretanto, a preocupação em relação aos aspectos qualitativos da água tem aumentado, já que um número cada vez maior de reservatórios estão sendo utilizados para vários tipos de usos. No processo de gerenciamento de reservatórios é necessário que se leve em consideração todos os usos que serão beneficiados pelo sistema em questão. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi o emprego de técnicas computacionais para análise quanti-qualitativa dos usos múltiplos do reservatório de Barra Bonita - SP, realizando simulações computacionais através do modelo MIKE BASIN; propondo e testando um modelo de otimização com programação não-linear baseado no método das restrições e incorporando o uso de geotecnologias para análise espacial (distribuição horizontal) e temporal (sazonalidade) da qualidade da água do reservatório. Selecionou-se o reservatório de Barra Bonita para análise, devido aos usos múltiplos da água (geração de energia, navegação, recreação, turismo e pesca) e a presença de uma eclusa para transposição do desnível entre a jusante da barragem e o reservatório de acumulação da hidrelétrica, o que torna o reservatório uma área de estudo diferenciada. Os resultados das simulações realizadas no modelo MIKE BASIN para avaliar os usos múltiplos do reservatório, demonstraram que o melhor cenário foi o que estabeleceu prioridades iguais para a geração de energia e a navegação. A maximização da geração de energia hidroelétrica, através do modelo de otimização, não prejudicou os outros usos do reservatório (principalmente a navegação) e, mesmo no período seco, a energia média gerada pelo modelo registrou valores acima da energia média real gerada pela Usina Hidrelétrica de Barra Bonita-SP (período de 2001 a 2005). O emprego de geotecnologias (software Surfer) proporcionou boas condições para análise espaço-temporal da qualidade da água, quando aliado ao conhecimento sobre as características e condições do ambiente de estudo. Os dados obtidos em campo, demonstraram que algumas variáveis analisadas, como a condutividade elétrica e a turbidez aumentam significativamente do período seco para o chuvoso, pois estão diretamente relacionados com o aporte de material orgânico e inorgânico. O potencial hidrogeniônico (pH) sofre uma variação muito pequena do período seco para o chuvoso, mas seus valores variam espacialmente, sendo encontrados valores maiores no compartimento da barragem para o período seco, e no final do braço do rio Piracicaba para o período chuvoso. Quanto ao oxigênio dissolvido, este aumenta bastante do período chuvoso para o seco, mas em ambos os períodos as maiores concentrações são encontradas no final do braço do rio Piracicaba - SP. Ressalta-se, que apenas o oxigênio dissolvido (estação seca) não se enquadrou no padrão da Resolução CONAMA nº 357/2005, para águas de classe II.The quantitative aspects rule the engineering practices aimed at reservoirs management. However, the concern about the qualitative aspects of water has increased, since a growing number of reservoirs are being used for many kinds of applications. In the process of reservoir management it is necessary to take into consideration all the uses that will benefit from the system itself. Hence, the objective of this study was the use of computational techniques for quantitative and qualitative analysis of the multiple applications of the reservoir of Barra Bonita - SP, performing computer simulations using the model MIKE BASIN, proposing and testing an optimization model with non-linear programming based on the constraint method and incorporating the use of geotechnologies for spatial (horizontal distribution) and time (seasonal distribution) analysis of the reservoir water quality. It was selected the reservoir of Barra Bonita for analysis because of the multiple applications of the water (power generation, navigation, recreation, tourism and fishing) and the presence of a lock for transposition of the gap between the dam downstream and the power plant accumulation reservoir, which makes the reservoir a different area of study. The results of the simulations performed in MIKE BASIN model to evaluate the multiple applications of the reservoir showed that the best scenario was the one in which the priorities were the same for power generation and navigation. The maximization of the hydropower generation through the optimization model, did not impair other uses of the reservoir (mainly navigation) and even in the dry season, the average power generated by the model registered values above the average real power generated by the Hydroelectric Power Plant of Barra Bonita-SP (from 2001 to 2005). The use of geotechnologies (Surfer software) provided good conditions for space-time analysis of water quality when coupled with the knowledge about the characteristics and conditions of the studied environment. The data obtained showed that some variables, such as electrical conductivity and turbidity significantly increase from the dry season to the rainy season, since they are directly related to the supply of organic and inorganic materials. The hydrogen potential (pH) undergoes a very small variation from the dry season to the rainy season, but its values vary spatially, with higher values found in the compartment of the dam during the dry season, and at the end of the arm of the Piracicaba river during the wet season. The dissolved oxygen greatly increases from the rainy season to the dry one, but in both periods the highest concentrations are found at the end of the arm of the river Piracicaba - SP. It is emphasized that only the dissolved oxygen (dry season) did not fit the pattern of CONAMA Resolution nº 357/2005, to class II waters