Regras operativas ótimas do Sistema Cantareira para um período crítico de vazões / Optimal operation of the Cantareira System for a critical inflow period

RESUMO O Sistema Cantareira (SC), um dos maiores sistemas produtores de água do Brasil, enfrentou um período de forte seca entre os anos de 2013 e 2014, o que comprometeu não só o atendimento a 9 milhões de pessoas na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) como também as bacias a jusante. Este estudo tem o objetivo de propor modelos de programação dinâmica (PD) para operação ótima do SC, considerando o período crítico de 2011 a 2015. Nesse contexto, foram formulados um modelo de otimização livre e um modelo de otimização baseado em uma regra de operação por faixas. Ambos os modelos apresentaram desempenho superior à operação realizada quanto ao volume armazenado e quanto ao atendimento às demandas. O modelo de otimização livre apresentou fornecimento médio de 29,40 m3.s-1 para RMSP e de 9,30 m3.s-1 e de 18,70 m3.s-1 para as bacias a jusante, representadas pelos pontos de controle Jb e Jv, respectivamente. A regra de operação por faixas forneceu vazões médias de 28,50 m3.s-1 para a RMSP, de 9,40 m3.s-1 para Jb e de 19,30 m3.s-1 para Jv.

ABSTRACT The Cantareira System (CS), one of Brazil's biggest water producing systems, went through a period of severe drought from 2013 to 2014, compromising not only the 9 million people in the Metropolitan Region of São Paulo (MRSP), but also the downstream basins. This paper aims to propose Dynamic Programming (DP) models for optimal operation of the CS, considering the critical period from 2011 to 2015. In this context, an unconstrained operation optimization model and a rule-based operation optimization model were formulated. Both optimized models presented superior performance when compared to the real operation regarding final storage volumes and guaranteeing the attendance of water demand. The unconstrained operation optimization model provided average supply of 29,40 m3.s-1 for MRSP, and of 9,30 m3.s-1 and 18,70 m3.s-1 for the downstream basins represented by control points, Jb and Jv respectively. The rule-based operation model provided average supply of 28,50 m3.s-1 to MRSP, of 9,40 m3.s-1 to Jb, and of 19,30 m3.s-1 to Jv.

Avaliação do modelo J2000/JAMS para modelagem hidrológica em bacias hidrográficas brasileiras / J2000/JAMS model evaluation for Brazilian watersheds hydrological simulation

RESUMO: A gestão de recursos hídricos no Brasil é prejudicada pela carência de informações hidrológicas, que pode ser suprida pelos modelos hidrológicos que simulam o comportamento das bacias hidrográficas. Entretanto, muitos modelos não geram bons resultados quando executados fora da área de estudo onde foram criados. Por isso, devido à sua adaptabilidade, o modelo J2000 inserido no framework Jena Adaptable Modelling System (JAMS) foi avaliado para simulação de duas bacias hidrográficas inseridas na zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani, a Bacia Hidrográfica do Ribeirão da Onça (BRO) e a Microbacia do Córrego Cavalheiro (BCC), nos municípios de Brotas e Analândia, respectivamente, no estado de São Paulo. O framework JAMS apresentou-se como um sistema simplificado para uso, flexível diante das adaptações necessárias para compatibilização com as características climatológicas e hidrológicas das áreas de estudo. O modelo J2000 mostrou-se eficiente na predição da resposta hidrológica das bacias hidrográficas, apresentando um coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0,76 e 0,81, para os períodos de calibração e validação da BRO; e 0,76 e 0,56, para os períodos de calibração e validação da BCC, respectivamente. O erro absoluto, calculado pelo valor da raiz do erro quadrático médio, foi considerado baixo por apresentar valores de 0,14 e 0,18 m³.s-1 para os períodos de calibração e validação da BRO; e 0,02 e 0,03 m³s-1 para os períodos de calibração e validação da BCC, respectivamente. Portanto, o J2000/JAMS mostrou-se como um candidato potencial para modelagem hidrológica de bacias hidrográficas do estado de São Paulo, podendo ser utilizado para estudos sobre as relações entre a localização do uso do solo na bacia hidrográfica e a geração de escoamento.

ABSTRACT: The water resources management in Brazil is affected by the lack of hydrological information, which can be filled by hydrological models that simulate the behavior of watersheds. However, it was noticed that many models do not generate good results when performed outside of the study area where they were created. Therefore, due to its adaptability, the J2000 model linked into the Jena Adaptable Modelling System (JAMS) framework was evaluated for simulating two basins at the outcrop zone of the Guarani Aquifer System, the Ribeirão da Onça watershed (BRO) and the Córrego Cavalheiro watershed (BCC), located at Brotas and Analândia cities, respectively, in the state of São Paulo, Brazil. The JAMS framework was presented as a flexible and easy to use system, admitting all the necessary adaptations for compliance with the climatological and hydrological characteristics of the study areas. The J2000 model proved to be effective in predicting the hydrological response of watersheds, with a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.76 and 0.81, for periods of calibration and validation of the BRO; and 0.76 and 0.56, for periods of calibration and validation of the BCC, respectively. The absolute error, calculated with the root of mean square error value, was considered low by the present values ​​of 0.14 and 0.18 m³.s- 1, for periods of calibration and validation of the BRO; and 0.02 and 0.03 m³.s- 1, for periods of calibration and validation of the BCC, respectively. Therefore, the J2000/JAMS showed up as a potential candidate for hydrological modeling of watersheds in São Paulo, and may be used for studies on the relationship between the location of land use in the watershed and the generation flow.