Otimização de um sistema de múltiplos reservatórios atendendo a múltiplos usos no nordeste brasileiro

Abstract

A eficiente operação de um sistema de recursos hídricos visando a otimização das descargas a serem liberadas para atendimento de diversas demandas é de grande interesse em regiões como o Nordeste brasileiro, onde a água é escassa e a evaporação muito elevada. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de regras de operação para um sistema composto por cinco reservatórios para abastecimento de demandas urbanas e de irrigação na bacia do rio Acaraú, no estado do Ceará. O objetivo é a maximização do valor presente dos benefícios líquidos da operação, sujeita a restrições de balanço hídrico nos reservatórios e de umidade do solo na área cultivada. Alguns artifícios de linearização foram empregados para permitir o uso de otimização linear na solução do problema. Duas formulações foram consideradas: 1) a área irrigada é fixa e a lâmina de rega variável e 2) a área irrigada é variável e a lâmina de rega é fixa, ao longo do tempo. Na primeira formulação regras operacionais foram derivadas para a irrigação de uma área cultivada ótima, a ser computada. A dotação da irrigação poderá atender parcialmente as demandas hídricas das culturas, estabelecendo déficit hidroagrícola e reduções na produtividade. Diversas relações funcionais para as regras operacionais foram testadas. Na segunda formulação a área irrigada pode variar ao longo do tempo em função das condições hidrológicas. Neste caso, a dotação da irrigação deve ser igual à demanda hidroagrícola. Constatou-se que o sistema tem capacidade de irrigar áreas maiores que a originalmente definida no projeto. Nas duas formulações ficou demonstrado que técnicas de otimização podem incrementar a eficiência econômica dos investimentos na infraestrutura hídrica regional e fornecer importantes informações para o dimensionamento e operação ótimos de sistemas de recursos hídricos.

Efficient operation of water resources systems, optimizing water discharges to supply several demands, is very relevant in regions like the Brazilian Northeast, where water is scarce and evaporation is high. This paper presents the development of operation rules for a system with 5 reservoirs used to supply urban and irrigation demands in Acaraú River basin, State of Ceará. The objective is the maximization of the present value of the operational net benefits, subject to reservoir and soil water balance constraints. Some linearization artifices was applied to solve the problem using linear optimization. Two formulations were considered: 1) constant irrigated area and variable water supply; 2) variable irrigated area and contant water supply. The first formulation derives operation rules to irrigate an optimal area , to be computed. The irrigation may partially supply crop water demands, establishing water stress and productivity decreases. Several functional relationships for operation rules were tested. In the second formulation irrigated area may vary along the time, according to the hydrologic conditions. The water supply must be equal to the crop water demand. It was concluded that the system under analysis could irrigate greater areas than the projected one. The two formulations showed that optimization techniques may increase economic efficiency of regional water resources investments and present relevant informations to optimal sizing and operation of water resources systems