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Comissão Internacional de Grandes Barragens Um Livro Educativo que Explica como as Barragens Ajudam a Administrar a Água do Mundo A Comissão Internacional de Grandes Barragens (CIGB) foi fundada em Paris, em 1928. (n.1)É composta atualmente de 88 países e 10 mil membros individuais: empresas de Engenharia, Consultores, Construtores, Empreiteiras, Cientistas, Pesquisadores, Engenheiros, Professores Universitários, Governos, Instituições Financeiras, Associações.. A CIGB é a organização profissional líder na área de barragens, promovendo a tecnologia de engenharia de barragens e apoiando o desenvolvimento e a gestão dos recursos hídricos de maneira social e ambientalmente responsáveis para atender à demanda mundial. A CIGB é um fórum para o intercâmbio de conhecimento e experiência em engenharia de barragens. Com uma assembléia anual em um país diferente a cada ano, e um congresso a cada três anos, acumulou quase um século de conhecimentos. A busca permanente pelo progresso é organizada por meio de 24 Comitês Técnicos e 500 especialistas em temas específicos. A CIGB também promove a conscientização do público quanto ao papel benéfico das barragens no desenvolvimento sustentável e na gestão dos recursos hídricos mundiais. A CIGB é líder em sua área, estabelecendo padrões e diretrizes para garantir que as barragens sejam construídas com segurança, economia, e de maneira ambiental e socialmente sustentáveis. Sobre a CIGB As informações, análises e conclusões deste documento não têm respaldo legal e não devem ser consideradas substitutivas de regulamentos oficiais com força de lei. Elas são dirigidas ao uso de profissionais experientes que estão aptos a julgar sua pertinência e sua aplicabilidade, e a aplicar com precisão as recomendações a qualquer caso particular. Este documento foi redigido com a máxima atenção. À luz do ritmo das mudanças na área de ciência e tecnologia, entretanto, não podemos garantir que cubra todos os aspectos dos tópicos discutidos. Isentamo-nos de toda e qualquer responsabilidade em relação a como as informações contidas neste documento serão interpretadas e utilizadas, e não aceitaremos nenhuma responsabilidade por quaisquer danos ou prejuízos resultantes de tais informações. Por favor, não continue a ler este documento a menos que aceite este termo de responsabilidade sem reservas. AVISO – TERMO DE RESPONSABILIDADE: Comissão Internacional de Grandes Barragens & As BARRAGENS a Água do Mundo Um Livro Educativo que Explica como as Barragens Ajudam a Administrar a Água do Mundo Com imenso contentamento, o Núcleo Regional do Paraná do Comitê Brasileiro de Barragens – CBDB traz a público esta tradução para o português do livro original em inglês intitulado Dams & The World´s Water – An Educational Book that Explains how Dams Help to Manage the World´s Water. Trata-se de publicação elaborada por especialistas* que compõem o Comitê de Conscientização e Educação do Público (Committee on Public Awareness and Education) da Comissão Internacional de Grandes Barragens (ICOLD – International Commission on Large Dams – CIGB Commission Internationale des Grands Barrages). O trabalho decorreu de um pedido feito àquele Comitê pelo Eng. Cássio B. Viotti, brasileiro, Presidente da CIGB à época. Em resposta, seus integrantes, percebendo a importância e o alcance do desafio lançado, se doaram à tarefa com esmero e dedicação, de cujos resultados poderão os leitores aqui desfrutar. Nossas congratulações a eles e a seus colaboradores pela autoria desta magnífica obra. Como sabemos, a água é elemento essencial à vida, em todos os seus aspectos, e, portanto, sustentáculo da civilização humana. A necessidade de dispor permanentemente da água em muitas situações se confronta com a escassez provocada pelas inconstâncias do ciclo hidrológico. Para superar essa dificuldade, o engenho humano criou formas para armazenamento e distribuição controlada da água ao longo do tempo, utilizando obstáculos artificiais aos cursos de água: as barragens. O livro busca, então, esclarecer o público em geral, de modo simplificado e com rigor, acerca dos “fatos básicos sobre o papel benéfico das barragens para o armazenamento e gestão da água, produção de alimentos, geração de eletricidade e proteção contra enchentes”. Desses esclarecimentos, nos desperta especial atenção a possibilidade do emprego de barragens no controle de enchentes (item 11.3), predicado que, embora não seja por nós desconhecido, poderia ser mais intensamente aproveitado, considerando a recorrência de inundações que há tempos assolam várias regiões do Brasil. Nesse sentido, o texto discorre sobre a água, seus usos, população, demandas e distribuição no mundo, bem como trata da construção e operação de barragens em face das sérias e desafiadoras questões ambientais. Lança também um olhar para o futuro, antevendo as necessidades de água para o século XXI e relembrando a possibilidade do uso múltiplo dos reservatórios formados por barragens. Leva em consideração a afirmação da ONU de que a gestão de recursos hídricos mundiais é um ingrediente “BARRAGENS E A ÁGUA NO MUNDO” * Ver nominata ao final da tradução APRESENTAÇÃO DA EDIÇÃO BRASILEIRA - Um livro educacional que explica como as Barragens ajudam no gerenciamento da água no mundo - I essencial à consecução de todas as Metas de Desenvolvimento do Milênio, o que inclui o combate à fome e à pobreza, e a melhora das condições de saúde da população. Assim, o Núcleo Regional do Paraná cumpre seus propósitos de compartilhar conhecimentos acumulados e de divulgar as realizações do CBDB e da CIGB à sociedade, com especial atenção à comunidade técnica atuante na engenharia de barragens, que terá desta publicação uma resenha atual centrada na gestão de recursos hídricos. Do mesmo modo, se espera que este livro seja proveitoso para universitários e alunos de escolas técnicas do Paraná e do Brasil. A tradução deste livro tornou-se realidade graças ao patrocínio da ITAIPU Binacional, por meio da dedicada atuação de sua Assessoria de Comunicação Social, que contou com o apoio técnico do CEASB - Centro de Estudos Avançados em Segurança de Barragens, órgão vinculado à Fundação Parque Tecnológico Itaipu (FPTI), e ao inestimável apoio institucional da COPEL - Companhia Paranaense de Energia e da Companhia Paranaense de Saneamento SANEPAR, empresas sócias do CBDB no Estado do Paraná. Manifestamos nossa gratidão a todas as pessoas que, de algum modo, contribuíram para a realização deste trabalho, em particular aos ex-diretores e sócios do CBDB vinculados ao Núcleo Regional do Paraná. Especialmente, por terem tomado as decisões que viabilizaram a publicação, nosso reconhecimento e gratidão a Luiz Berga e Michel de Vivo, respectivamente Presidente e Secretário-Geral da CIGB, Edilberto Maurer, Presidente do CBDB, Jorge Miguel Samek, Diretor Geral Brasileiro da ITAIPU Binacional, Rubens Ghilardi, Presidente da COPEL e Stênio Jacob, Presidente da SANEPAR. De igual modo, nossos agradecimentos à Texto Faz Comunicação, pela tradução, a Gilmar Antonio Piolla, Assessor de Comunicação Social da ITAIPU, pelo gerenciamento técnico da edição, e a Pedro Paulo Sayão Barreto, Superintendente do CBDB, pelas informações e subsídios setoriais fornecidos. Por fim, espera-se que, ao verter este livro para o português, seja ampliada a propagação de seus conteúdos, proporcionando aos leitores não somente conhecer e utilizar as informações disponíveis, mas primordialmente sobre elas refletir. Boa leitura a todos! A Diretoria Núcleo Regional do Paraná do CBDB “O consumo de água tem crescido no último século a um ritmo mais de doze vezes superior ao da população mundial. Por esse motivo, a gestão sustentável, eficaz e equitativa de recursos hídricos cada vez mais escassosserá o desafio chave para os próximos cem anos.” (FAO) 22 de março – Dia Mundial da Água (ONU-1993) II ICOLD - CIGB Diretoria Presidente: Secretário-Geral: Vice-Presidentes: Luis Berga (Espanha) M. de Vivo N. Matsumoto (Japão) M.Bartsch (Suécia) E. Maurer (Brasil) B. Tardieu (França) A. Marulanda (Colômbia) P. Mulvihill (Nova Zelândia) COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS - CBDB Diretoria Presidente: Vice-Presidente: Diretor Técnico: Diretor de Comunicações: Diretor Secretário: Diretor Adjunto: Diretor Adjunto: Superintendente: Edilberto Maurer Erton Carvalho Brasil Pinheiro Machado Marcos Luiz Vasconcellos Paulo Coreixas Junior Cássio Baumgratz Viotti Armando José da Silva Neto Pedro Paulo Sayão Barreto NÚCLEO REGIONAL DO PARANÁ - NRP Diretoria APOIO INSTITUCIONAL PATROCÍNIO Tradução Texto Faz Comunicação S/S Ltda. Organizador Miguel Augusto Zydan Sória Assessoria de Comunicação Social - CS.GB Fundação Parque Tecnológico Itaipu - FPTI CEASB - Centro de Estudos Avançados em Segurança de Barragens Diretor Regional: Secretário: Tesoureiro: BINACIONAL Miguel Augusto Zydan Sória José Marques Filho Paulo César Akhasi - CRÉDITOS DA EDIÇÃO BRASILEIRA - AS BARRAGENS E A ÁGUA DO MUNDO Um livro educativo que explica como as barragens ajudam a administrar a água do mundo Título original em inglês Dams & The World´s Water An Educational Book that Explains how Dams Help to Manage the World´s Water COMISSÃO INTERNACIONAL DE GRANDES BARRAGENS ICOLD – International Commission on Large Dams CIGB – Commission Internationale des Grands Barrages 2008 III (n.1) pg. interna capaA CIGB é representada no Brasil pelo Comitê Brasileiro de Barragens - CBDB. (n.2) pg. 18 O pé é uma unidade de medida de comprimento utilizada no sistema anglo- saxão, 1 pé [ft] = 0,3048m (metros), aproximadamente, ou 12 polegadas (1 polegada [in] = 2,54cm); o Brasil utiliza as unidades de medida do Sistema Internacional de Unidades (SI) (Dicionário Eletrônico Houaiss da Língua Portuguesa, versão 1.0.5a, 2002; e disponível em <http://www.inmetro.gov.br/metlegal/resolucao11.asp>, acesso em 11 mar. 2009). (n.3) pg. 21 Concreto Compactado a Rolo, conhecido no Brasil pela sigla CCR. (n.4) pg. 28 A altura de uma barragem é determinada do ponto mais baixo da sua fundação principal até a crista, conforme critério do Registro Mundial de Barragens (RMB); são consideradas, portanto, incluíveis no RMB as barragens que possuam altura de 15 metros (independentemente do volume de água armazenável em seu reservatório) ou também as que possuam altura variável entre 10 e 15 metros, desde que tenham capacidade de armazenar mais de 3 milhões de metros cúbicos de água em seu reservatório. (n.5) pg. 34 Usualmente denominadas no Brasil como Linhas de Transmissão (LTs). (n.6) pg. 34 No Brasil, a hidreletricidade responde por 85% da oferta nacional de energia elétrica (Dados do Ministério de Minas e Energia do Brasil, ano 2007. Disponível em <http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_menu_item.do?channelId=1432&pageId=15043>, 0. Energia em 2007 - Resultados Finais - NOVO. Acesso em 11 mar.2009). (n.7) pg. 34 No Brasil, as fontes renováveis respondem por 89% da oferta nacional de energia elétrica (85% de hidrelétricas e 4% de outras fontes), sendo que no mundo esse percentual é de apenas 18% (Dados do Ministério de Minas e Energia do Brasil, ano 2007. Disponível em <http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_menu_item. do?channelId=1432&pageId=15043>, 0. Energia em 2007 - Resultados Finais - NOVO. Acesso em 11 mar.2009). (n.8) pg. 37 No Brasil, a Lei nº 9.433, de 08.01.1997, entre várias disposições define que a bacia hidrográfica é a unidade territorial de gestão de recursos hídricos, e institui a criação dos Comitês de Bacias Hidrográficas, dentro do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (Disponível em <http://www.planalto.gov.br/ ccivil_03/Leis/L9433.htm>. Acesso em 11 mar.2009). (n.9) pg. 50 No original em inglês consta “...it will produce 18,200MW...”, que por clareza foi traduzido como “...possuirá capacidade de ....”, visto que a informação se refere à potência instalada da usina. A capacidade da UHE Três Gargantas (China) deverá ser ampliada para 22.400MW até 2011. (Disponível em <http://www.itaipu.gov.br/?q=pt/node/ 322&foto=comparacoes.jpg>. Acesso em 11 mar.2009). Visando facilitar a compreensão do conteúdo pelos leitores são listadas abaixo notas explicativas sobre algumas informações existentes ao longo do texto. NOTAS DO ORGANIZADOR IV (n.10) pg. 50 No Brasil, o Sistema Interligado Nacional SIN - cobre praticamente todo o território nacional e é gerenciado de modo unificado pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS (Disponível em <http://www.ons.org.br/home/index.aspx>. Acesso em 11 mar.2009). (n.11) pg. 50 Existem atualmente 18 conexões elétricas - sendo 6 delas com o Brasil e três centrais binacionais em operação na América do Sul (Itaipu, Salto Grande e Yaciretá) (Dados da Comisión de Integración Energética Regional CIER, 2007. Disponível em <http://www.cier.org.uy/d06-sie/2007/index.htm>. Acesso em 11 mar.2009). (n.12) pg. 50 No Brasil, as Pequenas Centrais Hidrelétricas são empreendimentos hidrelétricos com potência superior a 1.000 kW e igual ou inferior a 30.000 kW com 2área total do reservatório igual ou inferior 3.0 km (Resolução nº 394, de 04.12.98, da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. Disponível em <http://www.aneel.gov.br/cedoc/res1998394.pdf>. Acesso em 20 mar. 2009. (n.13) pg. 60 O acre é uma unidade de medida de área utilizada no sistema anglo-saxão, 1 2acre [ac] = 4.047m (metros quadrados); 1 pé [ft] = 0,3048m (metros), aproximadamente (ver nota n.2) (Dicionário Eletrônico Houaiss da Língua Portuguesa, versão 1.0.5a, 2002). (n.14) pg. 60 A milha é uma unidade de medida de comprimento utilizada no sistema 2 2anglo-saxão, 1 milha [mi] = 1.609m (metros); 1 milha quadrada [mi ] = 2.588.881m 2(metros quadrados) ou 2,59 km , aproximadamente (ver nota n.2) (Dicionário Eletrônico Houaiss da Língua Portuguesa, versão 1.0.5a, 2002). (n.15) pg. 61 A polegada é uma unidade de medida de comprimento utilizada no sistema anglo-saxão, 1 polegada [in] = 2,54cm (ver nota n.2) (Dicionário Eletrônico Houaiss da Língua Portuguesa, versão 1.0.5a, 2002). (n.16) pg. 61 3 3 1 pé cúbico [ft ] = 0,0283m (metros cúbicos), aproximadamente (ver nota n.2) (Dicionário Eletrônico Houaiss da Língua Portuguesa, versão 1.0.5a, 2002). (n.17) pg. 62 2.500pés/segundo = 762metros/segundo (ver nota n.2). (n.18) pg. 60 Montante: ponto referencial visualizado pelo observador que olha em direção à nascente de um curso de água (águas acima); ou seja, a nascente é o ponto mais a montante de um rio. (n.19) pg. 61 Jusante: ponto referencial visualizado pelo observador que olha em direção à foz de um curso de água (águas abaixo); ou seja, a foz é o ponto mais a jusante de um rio. (n.20) pg. 62 Margem Direita do reservatório (ou rio ou qualquer curso d´água): a situada à direita do observador que olha para jusante (para onde corre o fluxo de água; águas abaixo); também denominada direita hidráulica; Margem Esquerda do reservatório (ou rio ou qualquer curso d´água): a situada à esquerda do observador que olha para jusante (para onde corre o fluxo de água; águas abaixo); também denominada esquerda hidráulica. O Organizador V 3 o século que se inicia, a água continuará a ser um recurso vital para a civilização humana. Um suprimento adequado e seguro de água é um componente essencial de nossa saúde, nosso ambiente, nossas comunidades e nossa economia. Dois grandes fatores, entretanto, aumentarão os riscos envolvidos: a mudança climática futura, que tornará os recursos hídricos mais irregulares,com a tendência de secas exigindo maior armazenamento de água; e o crescimento populacional mundial, que aumentará a demanda por água para fins domésticos, agrícolas e industriais com ênfase na irrigação para produção de alimentos. Assim, o papel crucial que as barragens têm exercido ao longo da história da humanidade continuará durante o século XXI. A CIGB tem exercido, desde sua criação, em 1928, um papel-chave na disseminação de conhecimento sobre barragens e água. Há muito tempo, a CIGB é aberta não só a engenheiros, mas também ao público em geral. É, portanto, natural que a CIGB explique à geração mais jovem que tipos de desafios ela vai encarar na gestão da água do mundo. Este livro apresenta, de maneira simplificada, porém rigorosa, os fatos básicos sobre o papel benéfico das barragens para armazenamento e gestão da água, produção de alimentos, geração de eletricidade e proteção contra enchentes. Além disso, apresenta os fatos essenciais sobre a água do mundo, sua distribuição e seu ciclo. Estamos confiantes de que esta mensagem será útil à geração que terá a responsabilidade de levar a humanidade ao século XXII. E esperamos que essa geração faça uso desta mensagem de maneira eficiente para construir seu próprio futuro. Prof. Luis Berga Presidente da CIGB Sr. Art Walz Vice-Presidente da CIGB Diretor do Comitê de Conscientização e Educação Pública Sr. Michel de Vivo Secretário-Geral da CIGB Durante P re fá ci o Barragens a Água do & Mundo 4 Introdução A Água do Mundo Como Obtemos Água o Ciclo Mundial da Água A Distribuição da Água do Mundo 4.1. Países com disponibilidade restrita e escassez de água 4.2. Água para saneamento 4.3. Gestão integrada da água Dados sobre a População Mundial Demandas por Água 6.1. Demandas domésticas por água 6.2. Demandas domésticas, agrícolas e industriais combinadas por água O que É uma Barragem? História das Barragens no Mundo Requisitos, Funções, Tipos, Características e Construção de Barragens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 8 . . . . . . . . . . . . . . p. 6 . . . . . . . . p. 11 . . . . . . . p. 15 .............................................. p. 16 ................................................... p. 19 ................................................... p. 15 ....................................................... p. 14 ........... p. 13 .. p. 16 . . . . . . p. 17 9.1. Requisitos das barragens 9.2. Funções das barragens 9.3. Tipos de barragens 9.4. Componentes das barragens 9.5. Seleção de local e tipo de barragem 9.6. Construção de barragens As Barragens de Hoje 10.1. A Função das Barragens Atuais Barragens a Água do & Mundo & As BARRAGENS a Água do Mundo S um ár io 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 28 ................................................... p. 19 ...................................................... p. 19 ......................................... p. 22 ............. p. 24 .......................... p. 24 .......................................................... p. 29 ? Os Benefícios que Recebemos das Barragens 11.1. Suprimento de água para uso doméstico e industrial 11.2. Atendimento da demanda agrícola para fornecimento de alimentos 11.3. Controle de enchentes 11.4. Energia hidrelétrica 11.5. Navegação interior 11.6. Recreação 11.7. Gestão integrada da água em bacias fluviais 11.8. Resumo dos benefícios As Barragens e o Meio Ambiente Olhando para o Futuro as Barragens do Século XXI 13.1. Processo de planejamento de projetos de barragens e reservatórios 13.1.1. Envolvimento e coordenação com o público 13.2. Questões socioeconômicas associadas com projetos de barragens e reservatórios 13.3. Necessidade maior de gestão integrada da água nas bacias fluviais 13.3.1. Necessidade de gestão da água em tempo real nas bacias fluviais 13.4. Irrigação no futuro 13.5. Energia hidrelétrica no futuro 13.6. Controle de enchentes no futuro 13.7. Navegação interior no futuro 13.8. O equilíbrio entre os benefícios dos projetos e o meio ambiente 13.9. A necessidade de conscientização e educação do público sobre recursos hídricos O Papel da CIGB e a Água do Mundo Glossário Resumo 5Barragens a Água do & Mundo 11 12 13 12.1. Preservação e melhoria ambiental . . . . . . . . . . . . . . p. 30 ............................................................. p. 53 ......................................................... p. 52 ........ p. 49 ............................................................. p. 50 ............................................................................ p. 49 . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 42 . . . . . . . . . . . p. 45 14 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 57 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 58 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 60 .............. p. 54 ............................................................................... p. 56 .................................................. p. 47 .............................. p. 47 ...... p. 46 ................................................. p. 45 ......................................... p. 42 ............................... p. 38 ........... p. 36 ....................................................... p. 36 .......................................... p. 36 ........................................ p. 34 ..................................... p. 33 .................................. p. 32 ..... p. 30 Barragens a Água do & Mundo é o recurso vital para sustentar todas as formas de vida na Terra. Ela é essencial ao bem-estar de nossa civilização e é o elemento essencial ao crescimento e desenvolvimento do meio ambiente do planeta, assim como requisito básico para sua saúde. Para ajudar os leitores a compreender alguns dos termos usados neste livro, um glossário foi incluído como Anexo A. Com este livro você aprenderá que há uma quantidade fixa de água no planeta. Dessa quantidade fixa, apenas uma pequena fração é de água doce e disponível para consumo humano, irrigação de plantações e uso industrial. Você também verá que recebemos uma quantidade fixa de precipitação ou chuva e que apenas uma pequena fração dela cai em nosso solo. Uma parcela significativa da chuva acaba escoando para nossos córregos e rios e depois para os oceanos. Isso deixa uma pequena quantidade de chuva para uso humano e infiltração no solo para reabastecer nossos lençóis freáticos, o que ressalta a necessidade de coletar, armazenar e administrar a água em reservatórios. Você também verá que essa chuva não é distribuída de maneira homogênea pelas estações do ano ou por local e que, havendo um desequilíbrio entre disponibilidade e demanda, a gestão cuidadosa é essencial. Além disso, você encontrará uma síntese sobre a população mundial e sua taxa de crescimento projetada. Observe que a maior parte do crescimento populacional o c o r r e r á n o s p a í s e s m e n o s desenvolvidos - onde a necessidade de água é maior e onde a oferta atual é limitada. É importante reconhecerque o uso irresponsável e a contaminação da água disponível são largamente disseminados. Em algumas regiões do mundo, a vida é ameaçada pelo desequilíbrio entre a demanda e a oferta disponível de água, alimentos e energia. Você observará que ao longo da história do mundo barragens e reservatórios têm A Água Introdução © 2 ( se e p .6 4 ) 6 Barragem de Serre-Ponçon - França - uma barragem de usos múltiplos 7Barragens a Água do & Mundo Introdução 1 sido construídos com sucesso em rios para coletar e armazenar vastas quantidades de água e também administrar a vazão para manter fluxos fluviais diários para sustentar a civilização. Por mais de 4 mil anos, a civilização tem usado barragens para fornecer a água necessária para sustentar a vida em todas as partes do mundo. Muitas dessas barragens ainda estão em operação atualmente. A demanda por água, como resultado da população mundial em expansão e do c resc imento econômico , aumentou a necessidade de construção de barragens para armazenar grandes volumes de água. Atualmente, as barragens e os reservatórios continuam a servir aos mesmos propósitos no atendimento das necessidades sociais e econômicas ao redor do mundo e ao mesmo t e m p o s ã o compatíveis com o ambiente natural de cada região. Você conhecerá toda a gama de benefícios que obtemos com p r o j e t o s d e b a r r a g e n s e reservatórios - suprimento de água, irrigação, controle de enchentes, energia hidrelétrica, O maciço de terra de uma barragem em Santa Fé, nos Estados Unidos A civilização precisa de água em quantidades e qualidade adequadas para manter a vida e sustentar o crescimento e o desenvolvimento 8 Barragens a Água do & Mundo Os oceanos contêm 97,5% da água do mundo A Água do Mundo seção explica onde e em que forma a água do mundo existe, e como obtemos água – “o ciclo da água”. Pode parecer surpreendente para a maioria das pessoas que apenas 2,5% da água do mundo são de água doce (localizada em geleiras, lençóis freáticos, lagos e rios) e estão disponíveis para as pessoas e nações do planeta. A maior parte da água do mundo está localizada nos oceanos, na neve e no gelo permanentes, nas geleiras do Ártico e da Antártida, nos rios, nos lagos e nos lençóis freáticos. A distribuição efetiva da água do mundo é apresentada no diagrama a seguir. EstaEsta © 3 (see p.64) © 4 ( se e p .6 4 ) O mundo contém grande quantidade de água Precipitação Evaporação Infiltração Lençol freáticoDireção do fluxo da água subterrânea Zona ribeirinha Córrego Fluxo da água subterrânea Unidade isolante Condições naturais A água subterrânea corre para baixo na direção de nossos rios e córregos Água Salgada 97,5% 31 365 000 000 km Armazenamento em lagos e rios Lençóis freáticos, incluindo umidade do solo, água de pântanos e de terrenos sempre congelados (= permafrost) Geleiras e cobertura permanente de neve Um Mundo de Sal Estimativas Totais Globais de Água Salgada e Água Doce 0,3% 30,8% 68,9% Água Doce 2,5% 335 000 000 km É importante compreender onde estão localizados os 2,5% de água doce 9Barragens a Água do & Mundo A Água no Mundo 2 Uma geleira típica na América do Norte Uma parcela significativa da água doce do mundo (68,9%) está na forma de g e l e i r a s e c o b e r t u r a permanente de neve nas regiões do Ártico e da Antártida. Entretanto, apenas pequenas frações se tornam disponíveis a cada ano. Os lençóis freáticos são uma fonte de água doce utilizável. Sua fonte é a chuva, a neve e o granizo que se infiltram no solo ou o encharcam. A água entra no solo devido à gravidade, passando entre partículas de solo, areia, cascalho ou rocha até atingir uma profundidade na qual o solo está cheio de água ou saturado dela. A área cheia de água é chamada zona saturada e o topo dessa zona é chamado lençol freático (veja o diagrama a seguir). Os lençóis freáticos podem estar próximos da superfície do solo ou a centenas de metros abaixo dela. São uma fonte confiável em áreas rurais do mundo. A maior parte da água dos lençóis freáticos é limpa, mas pode ser poluída ou contaminada. É importante protegê-la da contaminação. Antes da extração intensiva Depois da extração intensiva Poço seco on de C e Lençol freático rebaixado Poço seco Poço PoçoPoço Lençol freático anterior ep sã d res o metros. Durante o desenvolvimento da cidade de Phoenix, Arizona, nos Estados Unidos, utilizou-se água do lençol freático até sua exaustão. Para atender à demanda atual, água do rio Colorado é canalizada através do deserto. Na seção três, veremos que, de toda a chuva no mundo, 19% caem sobre os continentes. A chuva pode ser absorvida pelo solo ou escoar por córregos e rios até os oceanos. O volume de água que é absorvido pelo solo é a fonte para recarregar ou reabastecer os lençóis Hoje uma grande parcela da população mundial obtém sua água dos lençóis freáticos. Em comparação com o armazenamento de água na superfície, tal como o proporcionado pelos lagos, a água dos lençóis freáticos tem a vantagem de estar frequentemente disponível localmente e não exigir transporte. Além disso, os investimentos no desenvol- vimento de fontes de água dos lençóis freáticos podem ser feitos à medida que se tornam necessários. Como os lençóis freáticos existem naturalmente, sua localização e seu volume não podem ser alterados ou expandidos. Nas regiões áridas do planeta, os lençóis freáticos são m u i t o e s c a s s o s p a r a f o r n e c e r quantidades adequadas de água. Na região de Riad, na Arábia Saudita, por exemplo, o lençol freático é explorado a uma profundidade de 1.200m a 1.800 freáticos. Em áreas abertas, cobertas por vegetação e sem construções, a absorção é a maior até 75% da chuva. Em áreas com estacionamentos pavimentados e outras construções, o escoamento é o maior - cerca de 75% da chuva. Em conclusão, é importante ter consciência de que, à medida que o solo é ocupado por construções, o escoamento aumenta e a absorção diminui. Para obter água do lençol freático, poços são instalados para extrair água para uso doméstico, agrícola e industrial. A extração deve ser administrada para não rebaixar o lençol freático e esgotá-lo em alguns locais por bombeamento excessivo (no poço central). É essencial administrar a extração de água em relação à recarga ou reabastecimento, para garantir que o lençol freático local não seja exaurido com o tempo. O bombeamento excessivo de água do lençol freático irá rebaixá-lo. Isso frequentemente exige que a água seja extraída de profundidades ainda maiores. O que, com o tempo, pode levar à exaustão do lençol freático naquele local. Atualmente, sabe-se que a extração excessiva está ocorrendo em partes da Arábia Saudita, de Israel, da África do Sul, da Índia e da região oeste dos Estados Unidos. Nessas áreas do mundo é necessário administrar a extração de água dos lençóis freáticos e complementá-la com reservatórios. 10 Barragens a Água do & Mundo O resultado da extração intensiva de água do poço central produz um cone de depressão no lençol freático 11Barragens a Água do & Mundo A Água no Mundo 2 Menos de 1% da água do mundo está em nossos lagos... … e em nossos rios Nossos lagos e rios contêm a menor parcela de nossa água doce. Quando chove, parte da água desses lagos escoa para nossos córregos e rios e depois para os oceanos. Devido à quantidaderelativamente pe- quena de água doce disponível para o consumo, é essencial administrá- la e não poluir ou contaminar nossos l a g o s e r i o s naturais. Isso requer e s t a ç õ e s d e t r a t a m e n t o d e esgoto e aterros controlados para o existe na Terra em forma sólida (gelo), líquida (água nos oceanos, lagos e rios) ou gasosa (vapor d'água). Os oceanos, os rios, as nuvens e a chuva, os quais contêm água, estão em frequente estado de mudança (a água superficial evapora, a água das nuvens se precipita, a chuva penetra no solo etc.). Entretanto, é importante entender que o volume total de água da Terra não muda. O processo de circulação e conservação da água do planeta é chamado "ciclo da água". Como Obtemos Água “O Ciclo Mundial da Água” A água © 5 ( se e p .6 4 ) Área de escoamento interno 119 milhões 2 km Infiltração Evapotranspiração Escoamento dos rios 342 600 km Fluxo dos lençóis freáticos 32 200 km Transporte de Vapor Oceanos e mares 2361 milhões km Evaporação 3502 800 km Precipitação 39 000 km Precipitação 3110 000 km Precipitação 3458 000 km Evaporação 39 000 km Área de escoamento interno 2119 milhões km 365 200 km O Ciclo Mundial da Água Precipitação, Evaporação, Evapotranspiração e Escoamento Globais 12 Barragens a Água do & Mundo 3 Como Obtemos Água “O Ciclo Mundial da Água” Esse Ciclo Mundial da Água ou Ciclo Hidrológico, como também é conhecido, refere-se aos ciclos pelos quais passa o suprimento finito e valioso de água do planeta. Em outras palavras, a água continua sendo usada repetidamente. A energia do sol na forma de luz e calor leva a água a evaporar dos oceanos, dos rios, dos lagos e mesmo de poças. A evaporação significa que a água passa do estado líquido ao gasoso ou de vapor. Correntes de ar quente que se erguem da superfície do planeta elevam esse vapor d'água à atmosfera. Quando as correntes de ar atingem as camadas mais frias da atmosfera, o vapor d'água se condensa ao redor de pequenas partículas no ar e se prende a elas. Essa fase é chamada condensação. Quando uma quantidade suficiente de vapor se prende a pequenos fragmentos de poeira, pólen ou poluentes, forma-se a nuvem. À medida que o ar absorve mais umidade, as gotículas que formam as nuvens crescem. Finalmente, elas atingem um tamanho tal que os ventos atmosféricos circulantes não conseguem mais sustentá-las. As gotas caem então do céu como precipitação. Essa precipitação pode ser na forma de chuva, neve ou granizo, dependendo de outras condições atmosféricas, como a temperatura. Quando a precipitação atinge o solo, várias coisas podem acontecer com ela. Boa parte da água escoa para córregos e rios e flui de volta para o oceano. Outra parte é absorvida pelo solo. A isso chama- se infiltração. No solo, a água pode-se juntar ao estoque dos lençóis freáticos. Os lençóis freáticos são uma das maiores fontes de água. Infelizmente, eles não se localizam de forma homogênea ao redor do mundo. Assim, algumas áreas do planeta têm acesso limitado ou nenhum acesso à água de lençóis freáticos. No diagrama do ciclo da água, acima, é importante compreender que - do total da 3precipitação ou chuva (577.000 km ) que cai no planeta - 79% caem nos oceanos, 19% no solo e 2% nos lagos. Isso significa 3que apenas 110.000 km ou 19% de nossas chuvas caem sobre nossas terras. É essencial entender que desses 110.000 3km de chuva, 59% se evaporam e 38% escoam para nossos rios e depois para os 3oceanos. Apenas 2.200 km ou 2% se infiltram em nossos lençóis freáticos. Isso ressalta a necessidade de armazenar água em reservatórios. 13Barragens a Água do & Mundo Leito ressecado do rio Usman Sagar na Índia Enchente na China A Distribuição da Água do Mundo , a água não está sempre disponível exatamente onde e quando precisamos dela. A precipitação ou chuva também não está distribuída homogeneamente ao redor do mundo, conforme a estação ou o local. Construções em bacias fluviais aumentam o escoamento e as perdas para o reabastecimento dos lençóis freáticos. Áreas com cobertura natural têm o menor nível de escoamento e a maior absorção de água. Áreas com muitas construções fazem a maior parte da chuva escoar e resultar em alagamentos. Algumas partes do mundo como a África e a Ásia sofrem secas severas, tornando a água um bem escasso e precioso. Em outras partes do mundo a água aparece em longos períodos de chuvas violentas que causam morte e danos a plantações, casas e edifícios. Às vezes em um mesmo país podem ocorrer enchentes devastadoras em uma área enquanto secas extremas ocorrem em outras áreas. Infelizmente As enchentes representam 30% de todos os desastres naturais. Entre 1975 e 2000 houve 95 enchentes significativas no mundo. 14 Barragens a Água do & Mundo 4 A Distribuição da Água no Mundo Paisagem em região com escassez de água na África. 4.1. Países com disponibilidade restrita e escassez de água A Organização das Nações Unidas classifica os países c o m o f e r t a limitada de água em países com disponibi l idade restrita ou países com escassez de á g u a ( w a t e r - stressed ou water- s c a r c e , respectivamente, e m i n g l ê s ) , conforme o volume de água renovável disponível. Os países com disponibilidade restrita de água têm menos de 1.700 metros cúbicos de água disponível, por pessoa, por ano (esse volume é o mesmo de uma pirâmide com base de 25 metros e altura de 8,2 metros). Isso significa q u e a á gu a f i c a t e m p o r a r i a m e n t e i nd i spon í ve l , em determinados locais, com frequência, o que exige a tomada de d e c i s õ e s d i f í c e i s quanto ao seu uso para consumo pessoal, na agricultura ou na indústria. Os países com escassez de água têm menos de 1.000 metros cúbicos de água disponível, por pessoa, por ano (o que equivale à mesma pirâmide com base de 25 metros, mas com apenas 4,8 metros de altura). Nesses casos, pode não haver água suficiente para garantir alimentação adequada, o desenvolvimento econômico pode ser dificultado, e graves problemas ambientais podem surgir. Esse problema é discutido em detalhes na seção sobre demandas por água. Para a maioria dos propósitos, as bacias fluviais são uma unidade mais adequada do que os países para analisar os fluxos de água. Entretanto, muitas das maiores bacias fluviais do mundo abrangem mais de um país, situação que requer coordenação entre os respectivos governos. Atualmente, 2,3 bilhões de pessoas vivem em bacias fluviais que estão pelo menos com disponibilidade restrita de água; 1,7 bilhão vivem em bacias em que prevalecem condições de escassez. Em 2025, projeta-se que 4.2 Água para saneamento A f a l t a d e saneamento é um enorme problema de saúde pública que causa doenças e mortes. Mais de 2,6 bilhões de pessoas, ou 40% da população mundial, não possuem i n f r a e s t r u t u r a d e saneamento básico. Em razão disso, milhares de crianças morrem todos os dias de diarréia e de outras doenças transmitidas pela água e relacionadas ao saneamento e à higiene. Muitas outras crianças sofrem e são enfraquecidas por essas doenças. O progresso na área de saneamento tem sofrido com a falta de compromisso político e demanda política. Hoje, a água de reservatórios representa um estoque confiável de água para tratamento e para melhoria das condições san i tá r ias . Ent re tanto , fornecer s implesmente acesso à água e saneamento melhores não garante o uso dos serviços ou os muito esperados benefícios da saúde para as pessoas deuma região. A promoção de mudanças fundamentais de comportamento é chave para integrar o uso adequado dos serviços na rotina das pessoas e deve ter início desde a infância. Programas de educação sobre saúde e higiene promovidos pelas escolas são parte integral de todos os programas de fornecimento de água e Leito ressecado do rio Usman Sagar na Índia O leito seco de um rio em uma área com disponibilidade restrita de água Lavar as mãos previne doenças - crianças em idade escolar na África © 6 ( se e p .6 4 ) © 7 ( se e p .6 4 ) 15Barragens a Água do & Mundo 2005, a população mundial era estimada em 6,45 bilhões de pessoas, mas continua a crescer à taxa anual de 1,3% ou 77,3 milhões de pessoas por ano. A projeção da população mundial até 2050 é apresentada abaixo. Boa parte desse crescimento ocorre nas partes áridas do mundo África e Ásia. Esse crescimento continua a exercer pressão significativa sobre a água, os alimentos, a energia, outras infraestruturas e outros serviços. Dados sobre a População Mundial Em Gráfico da População Mundial 4.3. Gestão integrada da água Há uma necessidade c r í t i c a de ges tão integrada da água nas bacias fluviais. As b a r r a g e n s e o s reservatórios situados estrategicamente nas b a c i a s f l u v i a i s p e r m i t e m o armazenamento de água durante as chuvas e a gestão das descargas para garantir que nossos rios tenham um fluxo diário mínimo o tempo todo. A gestão integrada da á g u a s i g n i f i c a armazenar água em todos os reservatór ios d a s b a c i a s f l u v i a i s d u r a n t e períodos de chuva e então a d m i n i s t r a r descargas de v o l u m e s coordenados e pré-determi-nados de água de cada b a r r a g e m p a r a m a n t e r f l u x o s diários consistentes Com o atual crescimento global, a população do planeta dobrará a cada 54 anos. Podemos esperar que a população mundial, hoje de aproximadamente 6 bilhões, atinja 12 bilhões em 2054 se a taxa atual de crescimento se mantiver. É importante entender que a taxa de crescimento é muito maior nos países em desenvolvimento, como mostrado no gráfico a seguir. Nesses países as fontes de água doce e de eletricidade são muito limitadas. Fonte: Departamento de Recenseamento dos Estados Unidos, Banco de Dados Internacional em 5.10.00. Gráfico das taxas de crescimento populacional mostrando crescimento significativo nos países em desenvolvimento Países menos desenvolvidos Países mais desenvolvidos 2000 6,1 bilhões A gestão integrada da água garante um fluxo diário médio de água em nossos rios População Mundial 1950-2050 P o p u la çã o ( e m b il h õ e s) Ano 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 População (em bilhões) 10 8 6 4 2 0 16 Barragens a Água do & Mundo 6.1. Demandas domésticas por água As demandas por água são classificadas em domésticas, agrícolas e industriais. O fornecimento doméstico básico de água, recomendado por pessoa / por dia adotado como padrão mundial é o seguinte: Demandas por Água Propósito Ingestão Saneamento Banho Preparação de alimentos Total litros/pessoa/dia 5 20 15 10 50 Isso equivale a 18,25 metros cúbicos ou 4.821 galões por pessoa por ano* * Esse montante não inclui perdas no processo de tratamento e nos sistemas de distribuição. Por exemplo, uma cidade de 500.000 habitantes requer 25 milhões de litros por dia para atender à demanda doméstica básica por água, e cerca de 27 milhões de litros por dia (o que equivale a um campo de futebol internacional com água à profundidade de 4,7 metros) incluindo-se as perdas. Uma vila d e 1 . 0 0 0 h a b i t a n t e s p r e c i s a r á d e 50.000 litros por dia, ou 55.000 litros por dia (o que equivale a uma pirâmide com base de 8 metros e altura d e 2 , 6 m e t r o s ) incluindo-se as perdas. Mesmo uma pequena vila de 500 habitantes precisará de 25.000 litros por dia, ou 27.500 litros por dia considerando-se as perdas. Em 2000, havia 61 países, com população total de 2,1 bilhões de pessoas que não tinham acesso ao fornecimento mínimo de 50 litros de água por pessoa / por dia. Com o crescimento populacional projetado para os países menos desenvolvidos, esse número deverá dobrar para 4,2 bilhões até 2025. A demanda combinada por água inclui necessidades domésticas, agrícolas e industriais. É importante lembrar que a Organização das Nações Unidas estabeleceu três níveis de atendimento às demandas combinadas por água. O primeiro nível é o dos países que possuem mais de 1.700 metros cúbicos de água disponíveis por pessoa / por ano (o que equivale a uma pirâmide com base de 25 metros e altura de 8,2 metros) e que são considerados países com fornecimento adequado pa ra sus t en t a r suas populações. Observe que a demanda doméstica é aproximadamente 1% desse total. O segundo nível é o dos países que possuem menos de 1.700 metros cúbicos de água disponíveis por pessoa / por ano e que são considerados países com disponibilidade restrita de água. O terceiro nível é o dos países que possuem menos de 1.000 metros cúbicos de água disponíveis por pessoa / por ano (o que equivale a uma pirâmide com a mesma base, mas apenas 4,8 metros de altura) e que são considerados países com escassez de água. Nesse último nível, pode não haver água suficiente para garantir fornecimento adequado de alimentos, o desenvolvimento econômico é prejudicado, e surgem problemas ambientais. No ano 2000, havia 31 países, com população total de 508 milhões de pessoas, que eram considerados países com disponibilidade restrita de água. Até o ano 2025, estima-se que o número de países com disponibilidade restrita de água aumentará para 48, com população total de aproximadamente 3 bilhões. As bacias fluviais são uma unidade mais adequada do que países para analisar os fluxos de água. Muitas das maiores bacias 6.2. Demandas combinadas por água - domésticas, agrícolas e industriais Muitas partes do mundo não dispõem de quantidades de água e sistemas de distribuição adequados 17Barragens a Água do & Mundo O que é uma Barragem? barragens são definidas como barreiras ou estruturas que cruzam córregos, rios ou canais para confinar e assim controlar o fluxo da água. As barragens variam em tamanho: de pequenos maciços de terra, usados frequentemente em fazendas, a enormes estruturas de concreto, geralmente usadas para fornecimento de água, energia hidrelétrica e irrigação. As arqueológicas recentes indicam que barragens simples de terra e redes de canais foram construídas já em 2.000 a.C. para fornecer às pessoas fontes confiáveis da água de que precisavam para viver. A construção da barragem de Marib no Iêmen começou, aproximadamente, em 750 a.C. e levou 100 anos para ser concluída. Ela era um maciço de terra de 4 metros de altura, com aberturas em pedra para regular as descargas para irrigação e uso doméstico. Em 1986, a barragem existente foi elevada à altura de 38 metros, o que criou um reservatório de 398 milhões de metros cúbicos de água. Descobertas História das Barragens no Mundo A construção de barragens geralmente requer a relocação de vilas, casas, fazendas, estradas, ferrovias e serviços públicos do vale do rio para áreas de elevação maior, acima do nível do reservatório. Os principais tipos de barragens no mundo são as de aterro, de gravidade e em arco. Cortes transversais típicos de cadatipo de barragem são apresentados na seção 9.3. As estruturas acessórias ou adicionais das barragens incluem vertedouros, estruturas de descarga, usinas hidrelétricas e unidades de controle. As barragens são construídas para armazenar e controlar a água para fins de fornecimento doméstico, irrigação, navegação, recreação, controle de sedimentação, controle de enchentes ou para obtenção de energia hidrelétrica. Algumas de nossas barragens têm apenas uma função e são assim conhecidas como “barragens de função única”. Hoje, as barragens são construídas para servir a diversas funções e são, por isso, conhecidas como “barragens de usos múltiplos”. As barragens de usos múltiplos são projetos muito importantes e baratos para países em desenvolvimento, pois a população recebe vários benefícios domésticos e econômicos de um único investimento. Elas são a base do desenvolvimento dos recursos hídricos das bacias fluviais. Vista aérea da barragem de Sayamalke, construída no século VII e ainda em uso 18 Barragens a Água do & Mundo 8 História das Barragens no Mundo A nova barragem de Marib, no Iêmen cons- truída em 1968 Inscrições na comporta da barragem original de Marib, construída em 750 a.C Historicamente, as barragens têm permitido que as pessoas coletem e armazenem água em períodos de abundância e usem-na durante períodos de seca. Assim, elas têm sido e s s e n c i a i s p a r a o es tabe lec imento e o sustento de cidades e fazendas, e para o abastecimento de a l imentos por m e i o d a i r r i gação de plantações. U m a d a s barragens mais antigas ainda em uso é uma barragem de terra e enrocamento construída em, aproximadamente, 1.300 a.C., na área que hoje corresponde à Síria. Na China, um sistema de barragens e canais foi construído em 2.280 a.C. Várias barragens antigas, dos séculos XIII ao XVI, ainda estão em uso no Irã. No Sri Lanka, por exemplo, an t igas c rôn i cas e inscrições em pedras afirmam que várias b a r r a g e n s e reservatórios foram construídos já no século VI a.C. Canais entre bacias aumentavam muitos desses reservatórios para i r r igação. Uma dessas grandes barragens, a de Minneriya, foi construída durante o re inado de Mahasen (276-303 d.C.) e estava intacta quando foi descoberta em 1900. Ela foi restaurada em 1901 e con- tinua em uso até hoje. Mais de 50 barragens antigas no Sri Lanka foram restauradas. A razão principal para o bom funcionamento desses reservatórios hoje em dia é que as e s t r u t u r a s d e c o m p o r t a s , v e r t e d o u r o s e enrocamentos de proteção construídas durante aquela época são compatíveis com os princípios e critérios modernos de projeto. Algumas das torres de descarga e comportas construídas entre dois e três milênios atrás foram reparadas e convertidas em estruturas operantes durante o século XX. Os romanos construíram um sistema elaborado de barragens baixas para fornecimento de água. A mais famosa delas era a barragem de terra de Cornalbo, no sul da Espanha, com altura de (n.2)24 metros (78 pés) e comprimento de 185 metros (606 pés). Depois da Era Romana, houve m u i t o p o u c o desenvolvimento na área de construção de barragens, até o fim do século XVI, quando os espanhóis começaram a construir grandes barragens para irrigação. Enge-nheiros europeus refinaram seus conhecimentos de projeto e construção no século 19, o que resultou na capacidade de construir barragens com altura de 45-60 metros ou 150-200 pés. H i s t o r i c a m e n t e , a s barragens eram planejadas e construídas para fins de fornecimento de água, i r r igação e contro le de enchentes. No fim do século XIX, a energia hidrelétrica e a navegação se tornaram objetivos adicionais das barragens. A recreação tem sido uma função adicional muito benéfica em Antiga torre de escoamento da barragem de Minneriya, que foi construída em 276- 303 d.C. no Sri Lanka e foi restaurada em 1901 para irrigação. Ela continua em uso atualmente Barragem de Ben-e-Golestan no Irã – construída em aproxima – damente 1.350 d.C. Enrocamento de proteção feito à mão na barragem de Giritale, no Sri Lanka, construí- da em 608-618 d.C. Uma antiga barragem de irrigação no Egito A barragem de Sayamaike, uma das mais antigas do Japão, foi construída no início do século VII e, após várias modificações e um aumento de sua altura, continua em uso até hoje. 19Barragens a Água do & Mundo Requisitos, Funções, Tipos, Características e Construção de Barragens 9.2. Funções das barragens 9.3. Tipos de barragens Assim como é o caso de todas as grandes estruturas públicas e privadas, as barragens são construídas para um fim específico. No passado, as barragens eram construídas com o único propósito de fornecimento de água ou irrigação. À medida que as c iv i l izações se d e s e n v o l v e r a m , c r e s c e r a m a s necessidades de fornecimento de água, irrigação, controle de enchentes, navegação, controle de qualidade da água, controle de sedimentos e energia. As barragens são, portanto, construídas para um fim específico tal como fornecimento de água, controle de enchentes, irrigação, navegação, controle de sedimentos e energia hidrelétrica. A recreação é às vezes incluída em benefício da população. As b a r r a g e n s s ã o a s b a s e s d o desenvolvimento e da gestão dos recursos hídricos das bacias fluviais. As barragens de usos múltiplos são projetos muito importantes para países em desenvolvimento, pois as populações recebem benefícios domésticos e econômicos de um único investimento. As barragens são classificadas conforme o material usado para construí-las. Barragens construídas com concreto, pedra ou alvenaria são chamadas barragens de gravidade, barragens em arco ou barragens de contrafortes. As 9.1. Requisitos das barragens Como as barragens são parte crítica e essencial de nossa infraestrutura, elas devem cumprir certos requisitos técnicos e administrativos para garantir sua operação segura, eficaz e econômica. O projeto, a construção e a operação de todas as barragens devem observar os seguintes requisitos técnicos e administrativos: Requisitos técnicos para as barragens: as barragens, suas fundações e seus encontros devem ser estáveis sob todas as condições de carga (níveis dos reservatórios e terremotos); as barragens e suas fundações devem ser suficientemente vedadas e ter procedimentos adequados de controle de vazamentos para garantir a operação segura e para manter a capacidade de armazenamento; as barragens devem ter borda livre suficiente para evitar transbordamento de ondas e, no caso de barragens de terra devem incluir uma margem para recalque da fundação e do maciço; as barragens devem ter capacidade suficiente de vertimento da vazão para e v i t a r t r a n s b o r d a m e n t o d o s reservatórios em casos de enchentes manual de operação e manutenção; instrumentação adequada para monitoramento de desempenho; plano de monitoramento e observação das barragens e demais estruturas; plano de ação emergencial; apoio ao meio ambiente natural; cronograma de inspeções periódicas, Requisitos administrativos para as barragens: revisões abrangentes, avaliações e modif icações, conforme seja apropriado; documentação formal do projeto, da cons t rução e dos r eg i s t ros operacionais. Barragens a Água do & Mundo20 Corte transversal de uma barragem de aterro Corte transversal deuma barragem de gravidade Corte transversal de uma barragem em arco Galeria do coroamento Galeria de inspeção Galeria da base Poço de prumo Cortina de impermeabilização principal Cortina de impermeabilização secundária Cortina de drenagem Galerias de inspeção Túnel de drenagem Camada de proteção de concreto a montante Células circulares Cortina de impermeabi- lização principal Cortina de impermeabili- zação secundária Cortina de drenagem Sapata de concreto sob a base As barragens em aterro são construídas ou de terra ou de uma combinação de terra e rochas. Os engenheiros geralmente optam por construir barragens em aterro em áreas onde há grandes quantidades de terra ou rocha disponíveis. As barragens de aterro representam cerca de 75% de todas as barragens do mundo. Algumas barragens em aterro são construídas inteiramente de terra e são conhecidas como barragens de terra, enquanto outras são conhecidas como barragens de enrocamento, por serem construídas com matacões de rochas. Muitas barragens em aterro são construídas com uma combinação de terra e matacões de rochas e são conhecidas como barragens de terra e enrocamento. NÍVEL MÁXIMO DE ÁGUA 2023 m NÍVEL MÍNIMO DE ÁGUA 1984.5 m 1 2 3 6 7 4 5 1 2 3 6 7 4 5 0 5 10 15 20m NÍVEL MÁXIMO DE ÁGUA 1850 m NÍVEL MÍNIMO DE ÁGUA 1740 m 0 10 30m20 ESQUADRO 1710 m 1 2 3 5 6 7 4 8 1 1 2 3 4 6 5 7 8 Coroamento R.L. 389.53 Terra Enrocamento Zona impermeabilizada da fundação Cortina de impermeabilização Linha de escavação da fundação Fi lt ro s Enrocamento t Fil ro s F.L.S. 380.39m 21Barragens a Água do & Mundo Requisitos, Funções, Tipos, 9 Características e Construção de Barragens © 1 2 ( se e p .6 4 ) © 9 ( se e p .6 4 ) © 1 0 ( se e p .6 4 ) © 1 1 ( se e p .6 4 ) © 8 ( se e p .6 4 ) As barragens de gravidade dependem inteiramente de seu próprio peso para resistir à tremenda força da água armazenada. Algumas das primeiras barragens de gravidade foram construídas com blocos de alvenaria e concreto e são conhecidas como barragens de alvenaria. Hoje, as barragens de gravidade são construídas com concreto massa ou concreto compactado a rolo (concreto colocado em camadas e compactado por um (n.3)rolo) e são chamadas barragens de gravidade em concreto. As barragens em arco são barragens de concreto em curva a montante em direção ao fluxo da água. A maioria delas é construída em vales estreitos. À medida que a água empurra a barragem, o arco transfere a força da água para as paredes do vale. As barragens em arco requerem muito menos concreto que barragens de gravidade, do mesmo comprimento. Elas também requerem fundações de rocha sã para suportar o seu peso. As barragens de contrafortes dependem, para sua sustentação, de uma série de suportes verticais c h a m a d o s c o n t r a f o r t e s . O s contrafortes se estendem ao longo da face a jusante das barragens, isto é, do lado oposto ao fluxo da água. A face a jusante das barragens de contrafortes geralmente se inclinam para fora cerca de 45 graus. As faces inclinadas e os contrafortes servem para transferir a força da água para baixo, rumo às fundações das barragens. Uma barragem em arco de concreto Uma barragem de contrafortes Uma barragem de enrocamento e terra Uma barragem de gravidade de concreto Uma barragem de enroca- mento e terra Uma grande barragem de terra 22 Barragens a Água do & Mundo Requisitos, Funções, Tipos, 9 Características e Construção de Barragens 9.4. Componentes das barragens Para operar adequadamente, as barragens devem ter vários componentes específicos: um reservatório, um vertedouro, estruturas de descarga e uma unidade de controle. No caso de barragens com instalações de energia hidrelétr ica, condutos forçados, geradores e subestações estão incluídos. O reservatório é o componente que armazena a água. A alimentação ou vazão afluente deve ser continuamente monitorada e a vazão deve ser controlada para obter o máximo de benefícios. Sob condições normais de operação o nível do reservatório é controlado pela unidade de controle, que controla a vazão pelas estruturas de descarga, que consistem em um grande túnel ou conduto no nível da água e comportas. Sob condições de enchente o nível do reservatório é mantido pelo vertedouro e pelas estruturas de descarga. Os reservatórios das barragens para controle de enchentes são mantidos no nível mais baixo possível durante vários meses do ano para criar o máximo de capacidade de armazenamento para uso na estação das enchentes. Para projetos de irrigação, os reservatórios são preenchidos ao máximo possível no inverno e no início da primavera e mantidos nesse nível para vazão máxima durante a estação das secas. Os reservatórios de barragens hidrelétricas são mantidos em níveis constantes para criar colunas d'água uniformes para uso pelos geradores. A qualidade da água é um aspecto muito importante para manter o equilíbrio na natureza, e medidas de manutenção da boa qualidade da água são incorporadas nas barragens modernas. Tomadas d'água em profundidades diferentes permitem a retirada seletiva e a mistura da água para produzir a temperatura e o teor de oxigênio desejados para melhorar as condições ambientais a jusante. Escadas para peixes, que são séries de piscinas elevadas, são incluídas em muitas barragens para permitir a livre passagem de peixes a montante e a jusante. Telas são usadas para impedir os peixes de entrar nas turbinas dos geradores. Como a maioria das barragens modernas é de múltiplas funções, a vazão deve ser administrada cuidadosa e continuamente para otimizar os benefícios econômicos e ambientais. Corte transversal de uma torre de tomada d'água e de conduto de descarga através de uma barragem de aterro Exemplo de uma torre de tomada no reservatório ligado à saída conduto MONTANTE JUSANTE Estrutura da comporta Comporta deslizante E oca ent nã c mp ac a nr m o o o t d o Material aleatório Material impermeável selecionado Fluxo Bacia de dissipaçãoMaterial aleatório 23Barragens a Água do & Mundo © 1 4 ( se e p .6 4 ) Exemplo de vertedouro em uma barragem de aterro em Idaho, nos Estados Unidos Um vertedouro escorrendo, localizado no centro da barragem 24 Barragens a Água do & Mundo Todos os componentes de uma barragem são monitorados e operados de uma sala de controle. Essa sala contém os monitores, controles, computadores, equipamentos de emergência e sistemas de comunicação necessários para permitir que a equipe do empreendimento opere a barragem com segurança sob quaisquer condições. Condições climáticas, afluência, nível do reservatório, vazão e níveis do rio a jusante também são monitorados. Além disso, a sala de contro le monitora instrumentos instalados na barragem e em suas estruturas acessórias para medir o comportamento estrutural e a condição física da barragem. A seleção do tipo de barragem para um local depende de dados técnicos e econômicos, além de considerações ambientais. Nas fases iniciais de projeto, vários locais e vários tipos de barragens são analisados cuidadosamente. Depois da conclusão de um levantamento hidrológico, um programa de exploração, na forma de pontos de sondagem e poços de teste, é conduzido em cada local para obteramostras de solo e rocha para testar as propriedades físicas desses materiais. Em alguns casos, testes de bombeamento do solo são feitos para determinar o potencial de infiltração. Projetos preliminares e estimativas de custo são preparados e revisados por engenheiros hidrólogos, hidráulicos, geotécnicos e estruturais e por geólogos. A qualidade ambiental da água, os ecossistemas e dados culturais também são considerados no processo de seleção do local. Fatores que afetam a seleção do tipo de barragem incluem topografia, geologia, condições para as fundações, hidrologia, terremotos e disponibilidade de materiais de construção. As fundações das barragens devem ser sólidas. Vales estreitos em rocha sã a baixas profundidades favorecem barragens de concreto, enquanto vales largos com condições e profundidade variáveis da rocha favorecem barragens de terra. Barragens de terra são o tipo mais comum, pois acomodam todo o material oriundo das escavações necessárias. 9.5. Seleção de local e tipo de barragem Requisitos, Funções, Tipos, 9 Características e Construção de Barragens 9.6. Construção de barragens A construção de uma barragem é um empreendimento enorme que requer grandes quantidades de materiais, equipamentos e mão de obra. O período de construção ou tempo necessário para construir uma barragem geralmente vai de quatro a cinco anos e às vezes chega a sete ou dez anos, no caso de projetos de barragens muito grandes, com usos múltiplos. Depois que as rodovias, as ferrovias e as linhas de gás e eletricidade são transferidas do fundo do vale para acima da crista da barragem ou para outra área, a construção da barragem pode começar. O primeiro passo consiste na preparação do canteiro de obras ou a retirada de árvores, vegetação e construções. Em seguida, ocorre o desvio do rio para que a fundação possa ser escavada e o concreto, a terra ou a rocha possam ser colocados. Para desviar da área o fluxo do rio, frequentemente metade de seu leito é escavada por vez. A outra metade do leito é usada para o fluxo do rio. Em alguns casos, é mais econômico cavar um túnel através de uma parede adjacente do cânion. Esse túnel pode ser temporário ou pode se tornar parte das estruturas de descarga do projeto e permite que todo o fluxo do rio passe pelo canteiro de obras da barragem durante o período de construção. Para realizar esse desvio, ensecadeiras (pequenas barragens co l o cadas t empora r i amen te na transversal do fluxo da água) são construídas a montante para desviar o rio rumo ao túnel. Depois que a barragem é construída até uma altura suficiente, as comportas do túnel são instaladas. Depois que a construção das estruturas de descarga e da barragem principal atinge um estágio adequado, o fluxo da água é desviado para as estruturas de descarga por outra ensecadeira de altura suficiente para evitar transbordamento durante a construção na outra metade do leito. Uma ensecadeira a jusante também pode ser necessária para manter o canteiro de obras seco. Na parte final do período de construção, a barragem inteira é erguida à sua altura total. 25Barragens a Água do & Mundo © 1 6 ( se e p .6 4 ) © 1 7 ( se e p .6 4 ) Barragem de Nakai (Nam Theun 2) - Laos - uma barragem de concreto compactado a rolo Barragem de Nakai – Laos – concretagem em andamento Barragem de Ganguise – França – Elevação de uma barragem de terra existente © 1 5 ( se e p .6 4 ) 26 Barragens a Água do & Mundo © 1 8 ( se e p .6 4 ) © 1 9 ( se e p .6 4 ) © 2 0 ( se e p .6 4 ) © 21 (see p.64) Requisitos, Funções, Tipos, 9 Características e Construção de Barragens 1 & 2 3 4 5 6 & 7 8 & 9 10 11 12 13 Barragem de Chambon - França - construção de uma barragem de gravidade no período 1930-1935. Barragem de Roselend - França - o período de construção. Construção da Barragem de Nam Them - Laos. Barragem de Potrerillos. Barragem de Potrerillos - Argentina - face a montante. Barragem de Katse - Lesoto - concretagem de uma barragem em arco. Barragem de Ceyrac - França - concretagem de uma barragem de gravidade. Construção de uma barragem de concreto compactado a rolo - Barragem de Penn Forest, EUA (entrega, colocação, distribuição e compactação por rolo). Barragem de Villerest - França construção de uma barragem de gravidade curvada. Construção do vertedouro de uma barragem de gravidade de concreto massa. 1 2 3 4 5 6 7 27Barragens a Água do & Mundo © 2 2 ( se e p .6 4 ) © 2 3 ( se e p .6 4 ) © 2 4 ( se e p .6 4 ) © 2 5 ( se e p .6 4 ) 10 12 13 11 8 9 28 Barragens a Água do & Mundo As Barragens de Hoje Comissão Internacional de Grandes Barragens (CIGB) mantém um Registro Mundial de Barragens. Para uma barragem ser considerada grande e ser incluída no registro deve ter altura de 15 metros ou 10 a 15 metros e armazenar mais de 3 (n.4)milhões de metros cúbicos de água em seu reservatório . As barragens são listadas por país e incluem dados como nome, ano de conclusão, altura, capacidade do reservatório, área da bacia hidrográfica (área de drenagem), função, capacidade de geração elétrica instalada, energia elétrica média anual produzida, área irrigada, volume de água armazenada para proteção contra enchentes e número de pessoas afetadas pelo reassentamento. Os dados mundiais de 2000 indicam haver cerca de 50 mil grandes barragens em operação. Barragens de terra são o tipo predominante, seguidas de barragens de gravidade e barragens em arco. O processo de planejamento dos projetos de barragens e o envolvimento do público, assim como as questões socioeconômicas locais, são discutidos na seção 13. Os gráficos abaixo apresentam a entrada em operação das grandes barragens do mundo e sua distribuição por altura e por área geográfica: A Número de Barragens por Altura N ú m e ro d e B a rr a g e n s Altura em Metros Barragens Inauguradas por Década N ú m e ro d e B a rr a g e n s 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 Anos 863 546 838 1.015 1.119 1.114 3.213 5.942 7. 511 5.574 3.354 1900 1900- 1909 1910- 1919 1920- 1929 1930- 1939 1940- 1949 1950- 1959 1960- 1969 1970- 1979 1980- 1989 1990- 1999 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 0-14 15-29 30-59 60-99 100-149 150-400 5.721 14.592 9.926 2.004 515 155 29Barragens a Água do & Mundo O tipo principal de barragem é o de terra, que representa 43,7% do total mundial. Em seguida, vêm as barragens de gravidade (10,6% do total) e as barragens de enrocamento (5,3% do total). 10.1. A função das barragens atuais no mundo A maioria das barragens no Registro da CIGB (71,7%) é de barragens de uso único, embora haja um número crescente (28,3%) de barragens de usos múltiplos. Hoje, a irrigação é a função mais comum das barragens no Registro da CIGB. A distribuição das funções entre as barragens de uso único é a seguinte: 48,6% para irrigação 17,4% para hidreletricidade 12,7% para suprimento de água 10,0% para controle de enchentes 5,3% para recreação 0,6% para navegação e piscicultura 5,4% para outras funções As Barragens de Hoje 01 30 Barragens a Água do & Mundo Os Benefícios Recebidos das Barragens dos requisitos fundamentais do desenvolvimento socioeconômico no mundo é a disponibilidade dequantidades adequadas de água com a devida qualidade e de suprimento adequado de energia. Barragens adequadamente planejadas, projetadas, construídas e mantidas contribuem significativamente para atender a nossas demandas de fornecimento de água e energia. Para compensar as variações no ciclo hidrológico, as barragens e os reservatórios são necessários para armazenar água e assim fornecer vazão consistente para manter o fluxo diário necessário em nossos rios ao longo do ano. Um )46.p ees( 6 2© quando permanentemente. É impor- tante relembrar a seção 3, em que se expõe que, do total de chuva que se precipita sobre a Terra, apenas 19% caem sobre o solo e que uma grande parcela disso acaba escoando, resultando em apenas 2% de precipitação que se infiltra para reabastecer os lençóis freáticos. Barragens devidamente planejadas, projetadas, construídas e mantidas para armazenar água contribuem significativamente para o atendimento de nossas demandas por água. Para compensar as variações no ciclo hidrológico, as barragens e os reservatórios são necessários para armazenar água e assim garantir fornecimento mais consistente durante períodos de escassez. Fontes adequadas e confiáveis de água são necessárias tanto para manter a civilização existente quanto para sustentar o crescimento futuro. No passado e em muitas regiões do mundo hoje, as principais fontes de água para uso doméstico e industrial têm sido os lençóis freáticos ou aqüíferos (camadas de cascalho arenoso ou rocha que contêm e podem armazenar água). Hoje, a retirada de água de muitos desses aqüíferos excede sua reposição natural, o que resulta em rebaixamento do lençol freático. Essa situação pode levar ao esgotamento da água dos lençóis freáticos tanto em períodos de seca 11.1. Suprimento de água para uso doméstico e industrial Barragem de Chaudanne - França - uma barragem em arco que fornece água a uma região naturalmente seca para uso doméstico, irrigação, uso industrial e geração de energia hidrelétrica 31Barragens a Água do & Mundo Os Benefícios 11 © 2 8 ( se e p .6 4 ) © 2 7 ( se e p .6 4 ) Recebidos das Barragens armazenada em reservatórios durante períodos de muita chuva para uso em períodos secos. Isso é especialmente crítico em regiões áridas do planeta. Aumentar nosso fornecimento de água obtida dos lençóis freáticos com água adicional de reservatórios está se tornando essencial. Grandes áreas urbanas dependem muito de água fluxos controlados dos reservatórios podem ser usados para diluir substâncias despejadas nos rios, aumentando seu fluxo para manter a qualidade da água dentro de limites seguros. A água armazenada em reservatórios também é usada para fins industriais. Essas necessidades vão do uso direto em fábricas a processos químicos e de refino e a resfriamento em usinas elétricas convencionais e nucleares. Os Um exemplo de barragem em arco Exemplo de uso industrial da água - uma grande fábrica de celulose e papel 32 Barragens a Água do & Mundo © 2 9 ( se e p .6 4 ) 11.2. Atendimento da demanda agrícola para fornecimento de alimentos Um dos maiores usos de água em escala mundial é na agricultura irrigada. Desde o início dos anos 90, menos de 1/5 da terra arável do planeta é irrigada, e essa parcela contribui com cerca de 1/3 da produção mundial de alimentos. Um ditado popular entre os povos das regiões áridas do mundo afirma que "o alimento cresce onde a água corre". Estima-se que 80% da produção adicional de alimentos até 2025 deverão vir de terras irrigadas. Isso representará demanda adicional sobre nosso fornecimento de água doce. A maior parte das áreas que necessitam de irrigação está em zonas áridas, que abrangem uma parcela significativa dos países em desenvolvimento. M e s m o c o m d i f u n d i d o s procedimentos de economia de água por meio de melhorias na tecnologia de irrigação, a construção de mais p r o j e t o s d e reservatórios A indústria requer milhões de litros de água por dia Fornecimento de água para alimentação em países em desenvol- vimento 33Barragens a Água do & Mundo As barragens e os reservatórios podem ser usados de maneira eficaz para regular os níveis dos rios e as enchentes a jusante por meio do armazenamento temporário do volume adicional de água para descarga posterior. O método mais eficaz de controle de enchentes é alcançado por um plano de gestão integrada da água para regular o armazenamento e a vazão de cada uma das principais barragens localizadas em uma bacia fluvial. Cada barragem é operada segundo um plano específico de controle da água para conduzir as enchentes através da bacia, sem danos. Isso implica reduzir o nível dos reservatórios para criar mais espaço de armazenamento, antes da estação chuvosa. Essa estratégia elimina as enchentes. O número de barragens e seus planos de gestão da água são estabelecidos por meio de um planejamento abrangente para o desenvolvimento econômico e com participação pública. Informações adicionais sobre planos de gestão integrada da água estão disponíveis no item 11.7. O controle de enchentes é uma função importante para muitas barragens existentes e continua como função principal de algumas das maiores barragens atualmente em construção no mundo. Os Benefícios 11 Recebidos das Barragens © 3 0 ( se e p .6 4 ) “O alimento cresce onde a água corre” 11.3. Controle de enchentes Enchente em uma vila A água tem sido usada como forma de energia desde a era romana. A princípio usada para mover moinhos para vários processos mecânicos como moer milho, cortar madeira ou mover tecelagens. No início do século XIX, a turbina hidráulica foi desenvolvida como uma máquina muito mais eficiente que os moinhos, e em meados daquele século a energia Reservatório Barragem Gerador Transformador Casa de Força Linhas elétricas (n.5) Tomada d'água Comporta Conduto forçado Turbina Canal de fuga Esquema de uma Hidrelétrica 34 Barragens a Água do & Mundo © 3 1 ( se e p .6 4 ) hidráulica foi usada para produzir eletricidade pela primeira vez. O conceito de uso da água em movimen- to para girar uma turbina conectada por um eixo a um gerador para gerar eletricidade é conhecido como (n.6)hidreletricidade . Como a água é a fonte da energia, a hidreletricidade é uma fonte de energia elétrica (n.7)renovável e amplamente utilizada. Diagrama de uma barragem e sua usina hidrelétrica 11.4. Energia hidrelétrica Uma turbina usada para hidreletri- cidade Geradores em uma usina elétrica © 3 2 ( se e p .6 4 ) 35Barragens a Água do & Mundo Os Benefícios 11 Recebidos das Barragens © 3 3 ( se e p .6 4 ) Barragem de Castillon - França: a usina está ao pé da barragem, e a subestação e as linhas elétricas estão no canto superior direito Quanto maior a força disponível da água para girar a turbina, mais energia pode ser produzida. A quantidade de eletricidade que pode ser produzida depende então da altura da qual a água precisa cair para atingir a turbina e do volume de água que passa por ela. Uma g r a n d e v a n t a ge m d a e n e r g i a hidrelétrica, em comparação com outras fontes de eletricidade (como, por exemplo, a queima de carvão, óleo ou gás), é ser renovável. Em outras palavras, a água não é consumida pelo processo de geração de eletricidade e continua disponível para outros usos quando é descarregada pela usina