cenário futuro da disponibilidade hídrica na bacia do alto tietê

135 Pages·2016·4.42 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC – UFABC
PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL

MAÍRA CRISTINA DE OLIVEIRA SILVA

CENÁRIO FUTURO DA DISPONIBILIDADE HÍDRICA NA
BACIA DO ALTO TIETÊ: SUBSÍDIO À GESTÃO DOS
RECURSOS HÍDRICOS

SANTO ANDRÉ – SP
2016
MAÍRA CRISTINA DE OLIVEIRA SILVA

Cenário futuro da disponibilidade hídrica na Bacia do Alto Tietê:
subsídio à gestão dos recursos hídricos

Dissertação apresentada ao Curso de Pós-graduação da
Universidade Federal do ABC, como requisito
parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciência e
Tecnologia Ambiental.

Orientadora: Profa. Dra. María Cleofé Valverde Brambila

Santo André
2016

AGRADECIMENTOS

À minha família, pelo apoio incondicional.

À professora Dra. María Cleofé Valverde Brambila, pela dedicação e suporte durante todo o
mestrado.

Às queridas amigas Maryá Cristina Rabelo e Maria Gabriela Louzada Malfatti, pelo
companheirismo, motivação e enorme ajuda.

Ao professor Dr. Leonardo Freire de Mello, que plantou em minha alma a sementinha da
inclusão.

Aos professores Drs. Andréa de Oliveira Cardoso, Melissa Cristina Pereira Graciosa e Roger
Rodrigo Torres, pela avaliação do trabalho e importantes colocações na banca.

À Fundação Universidade Federal do ABC, pela concessão da bolsa de mestrado.

A todos os que direta ou indiretamente contribuíram para a realização desta pesquisa.
“Não há ensino sem pesquisa e pesquisa sem ensino.
Esses que fazeres se encontram um no corpo do outro.
Enquanto ensino, continuo buscando, reprocurando.
Ensino porque busco, porque indaguei, porque indago
e me indago. Pesquiso para constatar, contatando
intervenho, intervindo educo e me educo. Pesquiso
para conhecer o que ainda não conheço e comunicar
ou anunciar a novidade”.

Paulo Freire
RESUMO

Este estudo teve como objetivo analisar o comportamento futuro (near-future, de 2017 a 2039) da
chuva e vazão na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê (BHAT) e nas sub-bacias que a compõem: Tietê-
Cabeceiras, Billings-Tamanduateí, Pinheiros-Pirapora, Penha-Pinheiros, Cotia-Guarapiranga e
Juqueri-Cantareira. Para isso, empregou-se o Modelo Climático Global Atmosférico de Alta
Resolução (AGCM) MRI-JMA desenvolvido pelo Meteorological Research Institute (MRI) do Japão
e pela Japonese Meteorological Agency (JMA), para o cenário de emissões A2, pertencente ao Quarto
Relatório do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC-AR4). As saídas do modelo MRI-
JMA possuem uma resolução de grade de 20 km na horizontal. Foram também utilizadas séries
históricas de dados fluviométricos, pluviométricos e de temperatura do ar oriundos principalmente da
Agência Nacional de Águas (ANA) e Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Para aferir a
destreza do modelo MRI-JMA em representar a climatologia na bacia, foram avaliadas e corrigidas as
saídas de precipitação e temperatura do modelo para o período presente (1979-2003). Posteriormente,
com os dados observados de temperatura, foi calculada a Evapotranspiração Potencial (ETP) das sub-
bacias, pelo método de Thornthwite. A fim de estimar as vazões futuras dos exutórios das sub-bacias
foi construído um modelo hidrológico empírico, baseado na equação simplificada do balanço hídrico,
por meio das variáveis observadas de precipitação, vazão e ETP. A partir das saídas de precipitação e
temperatura do modelo climático MRI-JMA corrigidas para o período futuro (near-future), foram
determinadas as vazões futuras (2017-2039). Os resultados das projeções do modelo indicam que a
BHAT poderá ter um acréscimo na precipitação (5,9 mm) e temperatura (0,86ºC) média mensal em
relação à climatologia, para o período de 2017-2039. Dentre todas as sub-bacias, Pinheiros-Pirapora e
Cotia-Guarapiranga terão a máxima anomalia positiva de temperatura (1,48ºC) em julho. Já a sub-
bacia Juqueri-Cantareira apresentará a maior anomalia positiva (27,18 mm) e negativa (-13,01 mm) de
precipitação em dezembro e outubro, respectivamente. Em relação à vazão mensal futura na BHAT,
para o período de 2017 a 2039, está projetada uma elevação durante a primavera (19,6%) e o verão
(13,7%) e um decréscimo durante o inverno (-9%) e outono (-7%). O exutório da BHAT exibirá a
máxima anomalia positiva em dezembro (44,89 m³/s) e a maior anomalia negativa em junho (-28,06
m³/s). A sub-bacia Juqueri-Cantareira terá o maior decréscimo da vazão no inverno (-18%), sendo que
terá um aumento do deflúvio durante a primavera (30,7%) e o verão (17%). Deste modo, apesar das
incertezas inerentes dos modelos climáticos e suas projeções, é fundamental gerenciar os recursos
hídricos da bacia tendo em vista uma provável ampliação da variabilidade sazonal futura e diminuição
da vazão durante o outono e o inverno.

PALAVRAS-CHAVE: Projeções climáticas. Disponibilidade hídrica. Gestão de recursos hídricos. Bacia
Hidrográfica do Alto Tietê.
ABSTRACT

The aim of the present study was to analyse the future behavior (near-future, of 2017-2039) of rainfall
and streamflow in the Upper Tietê River Basin (BHAT) and the sub-basins that compose it: Tietê–
Cabeceiras, Billings–Tamanduateí, Pinheiros–Pirapora, Penha–Pinheiros, Cotia–Guarapiranga e
Juqueri-Cantareira. For this purpose, the Global Climate Model Atmospheric High Resolution
(AGCM) MRI-JMA developed by the Meteorological Research Institute (MRI) of Japan and the
Japanese Meteorological Agency (JMA) for the emissions scenario A2 was used, belonging to the
Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC-AR4). The
choice of this model is due to the high spatial resolution of 20 km horizontal, allowing capture hydro-
climatological characteristics of the sub-basin. We used observed database mainly of rainfall,
temperature and streamflow, obtained from the National Water Agency (ANA) and the National
Electric System Operator (ONS). To assess the ability of MRI-JMA model to represent the
climatology in the sub-basins were evaluated and corrected the model outputs for precipitation and
temperature variables for the present period (1979-2003). Posteriorly, with the data observed
temperature was estimated evapotranspiration potential (ETP) of the sub-basins with the method of
Thornthwite. With a view to estimate future streamflow of sub-basins, it was built an empirical
hydrological model based on simplified water balance equation, through the variables observed
precipitation, streamflow and ETP. From the precipitation and temperature outputs of MRI-JMA
model corrected for the future period, it was determined the future streamflow (2017-2039). The
results of the model projections indicate that the Upper Tietê River Basin may have an increase in
precipitation (5.9 mm) and temperature (0.86ºC) monthly average relative to climatology, for the
period 2017-2039. Among all sub-basins, Pinheiros-Pirapora and Cotia-Guarapiranga will have the
maximum positive anomaly temperature (1.48ºC) in July. Already, the sub-basin Juqueri-Cantareira
will present the largest positive anomaly (27.18 mm) and negative (-13.01 mm) of rainfall in
December and October, respectively. Regarding the future streamflow in BHAT, for the period 2017-
2039, it is projected an increase in streamflow during the spring (19.6%) and summer (13.7%) and a
decrease in streamflow during the winter (-9%) and fall (-7%). The exutório of BHAT will feature the
largest positive anomaly in December (44.89 m³/s), and the largest negative anomaly in June (-28.06
m³/s). The sub-basin Juqueri-Cantareira will have the greatest decrease of streamflow in winter (-
18%), and will increase during the spring (30.7%) and summer (17%). Thus, despite the uncertainties,
it is important to manage the water resources of the basin considering a possible future expansion of
the seasonal variability and decreased streamflow during the fall and winter.

PALAVRAS-CHAVE: Climate projections. Water availability. Water resources management. Upper
Tietê River Basin.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - Representação esquemática dos principais sistemas atmosféricos atuantes na região Sudeste.
Tem-se na baixa troposfera: o Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), a baixa pressão (B), o
Complexo Convectivo de Mesoescala (CCM), a Frente Fria (FF), a Frente Quente (FQ), o Jato de
Baixos Níveis (JBN) e a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). Na alta troposfera: a Alta da
Bolívia (AB) e os Vórtices Ciclônicos de Altos Níveis (VCANs) ........................................................ 11
Figura 2 – Anomalias da temperatura da superfície do mar representando (a) El Niño de 1998 e (b) o
evento de La Niña de 1989. Os tons em azul indicam regiões com temperaturas abaixo da média e tons
avermelhados evidenciam locais com temperaturas oceânicas acima da média ................................... 14
Figura 3 – Árvore das famílias do SRES à esquerda e aquecimento médio global projetado para os
cenários de emissões do AR4 à direita .................................................................................................. 17
Figura 4 – Mapa da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê (BHAT) e suas sub-bacias ............................... 21
Figura 5 – Grade do modelo climático MRI-JMA com os pontos do modelo ...................................... 23
Figura 6 – Mapa da localização da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê com a distribuição dos postos
pluviométricos, fluviométricos e postos de amostragem com séries históricas de temperatura do ar .. 24
Figura 7 – Fluxograma das etapas metodológicas para a estimativa da vazão...................................... 28
Figura 8 – Boxplot explicativo .............................................................................................................. 31
Figura 9 – Representação dos processos hidrológicos envolvidos no balanço hídrico de uma bacia ... 33
Figura 10 – Representação da secção transversal de uma bacia hidrográfica e das variáveis
hidrológicas envolvidas no seu balanço hídrico .................................................................................... 34
Figura 11 – Mapa da localização e gráficos da climatologia sazonal (a) e padrão médio mensal de
vazão (b) dos postos da sub-bacia Tietê-Cabeceiras, no período de 1961-2014 ................................... 44
Figura 12 – Mapa da localização e gráficos da climatologia sazonal (a) e padrão médio mensal de
vazão (b) dos postos da sub-bacia Billings-Tamanduateí, no período de 1961-2014 ........................... 44
Figura 13 – Mapa da localização e gráficos da climatologia sazonal (a) e padrão médio mensal de
vazão (b) dos postos da sub-bacia Juqueri-Cantareira, no período de 1961-2014 ................................ 45
Figura 14 – Mapa da localização e gráficos da climatologia sazonal (a) e padrão médio mensal de
vazão (b) dos postos da sub-bacia Penha-Pinheiros, no período de 1961-2014 .................................... 46
Figura 15 – Mapa da localização e gráficos da climatologia sazonal (a) e padrão médio mensal de
vazão (b) dos postos da sub-bacia Cotia-Guarapiranga, no período de 1961-2014 .............................. 47
Figura 16 – Mapa da localização e gráficos da climatologia sazonal (a) e padrão médio mensal de
vazão (b) dos postos da sub-bacia Pinheiros-Pirapora, no período de 1961-2014 ................................ 48
Figura 17 – Gráfico do padrão médio mensal de chuva e vazão nas sub-bacias: (a) Tietê-Cabeceiras,
(b) Penha-Pinheiros, (c) Billings-Tamanduateí, (d) Pinheiros-Pirapora, (e) Juqueri-Cantareira e (f)
Cotia-Guarapiranga, no período de 1961-2014 ..................................................................................... 50