Estimativas da evaporação e da pegada hídrica dos reservatórios das usinas hidrelétricas de Tucuruí-PA e Lajeado-TO

Abstract

As perdas de água em reservatórios hidrelétricos por evaporação tem grande influência no volume disponível para os múltiplos usos e na garantia de atendimento das demandas de água. Nesse contexto, a pegada hídrica de hidrelétricas, um indicador calculado pela relação entre o consumo de água de usinas hidrelétricas e a energia produzida, fornece uma base para a discussão sobre a alocação da água e as questões relacionadas ao seu uso sustentável, equitativo e eficiente. Estimativas atualizadas e precisas da evaporação em reservatórios hidrelétricos brasileiros são, portanto, fundamentais para o melhor gerenciamento dos recursos hídricos. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi estimar a evaporação, a partir da aplicação dos métodos de Penman (1948), Linacre (1993), Kohler et al. (1955), Morton (1983a) e deBruin & Keijman (1979), nos reservatórios de Tucuruí- PA e de Lajeado-TO; e caracterizar a pegada hídrica das Usinas Hidrelétricas de Tucuruí e Lajeado com base na sua produção de energia elétrica e taxas de evaporação mensais e anuais. Foram utilizados dados climatológicos mensais, obtidos das estações meteorológicas de Tucuruí (OMM: 82361) e de Palmas (OMM: 83033), fornecidos pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e dados de geração mensal de energia elétrica, fornecidos pelas empresas Eletronorte e Investco. A comparação entre os diferentes métodos foi realizada utilizando-se como padrão o método de Penman, sendo analisada a variância e os testes de Dunnett e Tukey. A partir dos valores estimados de taxa de evaporação nos reservatórios foi possível obter a vazão equivalente à lâmina evaporada e a vazão evaporada líquida nas bases anual e mensal. A pegada hídrica das hidroelétricas foi avaliada por três métodos. O primeiro método (PH-1) considera somente o consumo bruto de água pelo sistema de geração de energia hidrelétrica, enquanto o segundo método (PH-2) considera o consumo líquido de água, e o terceiro método (PH-3) contabiliza o balanço líquido de água. Os resultados permitiram constatar que as evaporações médias anuais nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado, estimadas pelo método de Penman, foram similares, com valores de 1.784 mm e 1.882 mm, respectivamente. Os métodos de Linacre; Kohler et al.; Morton e deBruin & Keijman não podem ser utilizados para a estimativa da evaporação média anual nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado em substituição ao método de Penman. Os métodos de Linacre e deBruin & Keijman apresentaram comportamento similar ao de Penman para o período mais seco do ano em Tucuruí, podendo ser utilizados para a estimativa da evaporação mensal do reservatório neste período. As vazões médias anuais evaporadas nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado, estimadas pelo método de Penman, foram de 163 m 3 /s e 38 m 3 /s, o que corresponde a 1,5% e 1,6% da vazão natural média do rio Tocantins nas respectivas localidades. Já as vazões líquidas médias anuais evaporadas nos reservatórios de Tucuruí e Lajeado foram de 69 m 3 /s e 16 m 3 /s, o que corresponde a 0,6% e 0,7% da vazão natural média do rio Tocantins nas respectivas localidades. As estimativas da pegada hídrica média anual para o reservatório de Tucuruí, pelos métodos PH-1, PH–2 e PH–3 foram de, respectivamente, 49 m 3 /GJ, 26 m 3 /GJ e -21 m 3 /GJ, enquanto para Lajeado as estimativas foram de 95 m 3 /GJ, 48 m 3 /GJ e 21 m 3 /GJ. A média da área do reservatório por unidade de capacidade instalada da hidrelétrica de Tucuruí foi de 34 ha/MW, enquanto para Lajeado o valor foi de 70 ha/MW. Considerando as estimativas de pegada hídrica, Tucuruí apresentou maior eficiência hídrica em relação à Lajeado devido à menor razão entre a superfície do seu reservatório e a sua capacidade hidroelétrica instalada.

Knowledge of the evaporative losses in hydroelectric reservoirs has great influence in determining the volume of water available for multiple uses and ensuring compliance with the demands of water. In this context, the water footprint of hydropower, an indicator calculated by the ratio of water consumption of hydropower plants and the energy produced, provides a basis for discussion on the allocation of water and issues related to sustainable, fair and efficient use. More updated and accurate estimates of evaporation in Brazilian hydroelectric reservoirs are therefore extremely important to a better management of water resources. Thus, the aim of this study was to estimate evaporation based on the application of mathematical methods proposed by Penman (1948), Linacre (1993), Kohler et al. (1955), Morton (1983a) and deBruin & Keijman (1979), in the reservoirs of Tucuruí-PA and Lajeado-TO; and characterize the water footprint of hydropower plants of Tucuruí and Lajeado based on their production of electricity and monthly and annual evaporation rates. Climatological data were obtained from the meteorological stations of Tucuruí (OMM: 82,361) and Palmas (WMO: 83033), provided by the Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), and monthly power generation data were provided by Eletronorte and Investco companies. The comparison between the different methods was performed by using Penman as the standard method, and analyzing the variance and Dunnett and Tukey tests. From the estimated values of evaporation rate in the reservoirs, it was possible to obtain the evaporated discharge and the net evaporated discharge the annual and monthly basis. The water footprints of the hydroelectric power plants were evaluated by three different methods. The first method (PH-1) considered only the gross consumption of water by the hydroelectric power generation system, the second method (PH-2) considers the net water consumption, while the third method (PH-3) accounts the net water balance. The results demonstrated that the average annual evaporation in Tucuruí and Lajeado reservoirs, estimated by the standard method, were similar, and correspond, respectively, to 1.784 mm and 1.882 mm, respectively. Linacre; Kohler et al.; Morton and Bruin & Keijman methods cannot be used to estimate the average annual evaporation in Tucuruí and Lajeado reservoirs in substitution of the Penman method. Linacre and deBruin & Keijman methods exhibit similar behavior to Penman in the driest period of the year for Tucuruí and can be used for the estimation of monthly evaporation from the reservoir in this period. The average annual evaporated discharges in Tucuruí and Lajeado reservoirs, estimated by Penman method, were 163 m 3 /s and 38 m 3 /s, respectively, which corresponds to 1,5% and 1,6% of the average natural discharge of the Tocantins river in the respective localities. However, the average annual net evaporated discharges in Tucuruí and Lajeado reservoirs were 69 m 3 /s and 16 m 3 /s, which corresponds to 0,6% and 0,7% of the average natural flow of the river Tocantins in the respective localities. Estimates of the average annual water footprint for Tucuruí reservoir, by PH-1, PH-2 and PH-3 methods were, respectively, 49 m 3 /GJ, 26 m 3 /GJ and -21 m 3 /GJ, while for Lajeado these estimates were 95 m 3 /GJ, 48 m 3 /GJ and 21 m 3 /GJ. The average reservoir area per unit of installed capacity for Tucuruí dam was 34 ha/MW, while for Lajeado this value was 70 ha/MW. Considering the water footprint estimates, Tucuruí has showed greater water efficiency in relation to Lajeado due to the lower ratio between the surface of its reservoir and its installed hydroelectric capacity.