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Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas
Projeto BALCAR
Ministério de Minas e Energia – MMEEdison LobãoMinistro de Minas e EnergiaMárcio Pereira ZimmermanSecretario ExecutivoAltino Ventura FilhoSecretário de Planejamento e Desenvolvimento Energético –SPE
Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEELRomeu Donizete RufinoDiretor GeralMáximo Luiz PompermayerSuperintendente de Pesquisa e Desenvolvimento e Eficiência Energética
Centrais Elétricas Brasileiras - ELETROBRASJosé da Costa Carvalho NetoPresidenteValter Luiz Cardeal de SouzaDiretoria de Geração
Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A. – ELETRONORTEJosias Matos de Araújo Diretor PresidenteAdhemar PalocciDiretor de Planejamento e Engenharia
Furnas Centrais Elétricas S. A. – FURNAS;Flávio Decat de Moura Diretor PresidenteFlávio Eustáquio Ferreira MartinsDiretor de Engenharia, Meio Ambiente, Projeto e Implantação de Empreendimentos
Companhia Hidroelétrica do São Francisco – CHESF;Marcos Aurélio Madureira da Silva Diretor PresidenteJosé Ailton de LimaDiretor de Engenharia e Construção
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL;Albert Cordeiro Geber de MeloDiretor GeralRoberto Pereira CaldasDiretor de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação
Fundação Coordenação de Projetos, Pesquisas e Estudos Tecnológicos – COPPETEC;Segen Farid EstefenDiretor SuperintendenteMarcos do Couto Bezerra CavalcantiDiretor Executivo
Universidade Federal do Paraná – FUNPAR;Pedro José Steiner NetoDiretor SuperintendenteAntonio Felipe Paulino de Figueiredo WoukDiretor de Programas
Fundação de Amparo e Desenvolvimento da Pesquisa – FADESP;João Farias GuerreiroDiretor Executivo
Fundação de Apoio à Pesquisa, Extensão e Ensino – FUNPEA;Carlos Albino Figueiredo de MagalhãesDiretor Presidente
Associação Instituto Internacional de Ecologia e Gerenciamento Ambiental – AIIEGA;José Galizia TundisiDiretor PresidenteJosé Eduardo Matsumura TundisiDiretor Administrativo
Fundação de Ciência, Aplicações e Tecnologia Espaciais – FUNCATE;Lauro Eduardo de Souza PintoProcurador
Universidade Federal de Juiz de Fora – UFJF;Henrique Duque de M. C. FilhoReitorAlexandre ZaniniPró-Reitor de Planejamento e Gestão
Rio de Janeiro2014
Proponentes
Executoras
Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas
Projeto BALCAR
CIP –Brasil. CATALOGAÇÃO NA FONTESINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS , RJ
Brasil, Ministério de Minas e Energia
Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Cen-trais Hidrelétricas.
Essa publicação é parte integrante das atividades desenvolvidas no âmbito do programa de P&D da ANEEL. Chamada 009/2008 publicada em setembro de 2008, relacionada ao Projeto Estratégico - Monitoramento de Emissões de Gases de Efei-to Estufa em Reservatórios de Usinas Hidrelétricas.
Todos os direitos estão reservados pelas empresas indicadas acima.
Os textos contidos nesta publicação podem ser reproduzidos, armazenados ou transmitidos, desde que citada a fonte.
Gerente do Projeto: Silviani Froehlich (ELETRONORTE)Coordenação Técnica: Jorge Machado Damazio (CEPEL)
Equipe Técnica:
CEPELCoordenador:Jorge Machado Damazio
Alexandre Mollica MedeirosLuciana Rocha Leal da PazMaria Elvira Piñeiro MaceiraJosicléa Pereira RogérioMauro Negrini da Silva
COPPE/UFRJCoordenador: Prof. D.Sc.Marco Aurélio dos Santos
Prof. D.Sc. Bohdan Matvienko SikarProf. D.Sc. John Edmund Lewis MaddockProf. D.Sc. Sambasiva Rao Pathineelam Prof. D.Sc. Ednaldo Oliveira dos Santos D.Sc. Marcelo Andrade Amorim D. Sc. Rodrigo Portilho Ramos M.Sc. Ayr Manuel Portilho Bentes Junior M.Sc. Alexandre de Abreu Marcelino M.Sc. Clauber S. Bezerra M.Sc. Claudio Roberto Silva M.Sc. Josicléa Pereira Rogério M.Sc. Marcos Manoel Ferreira M.Sc. Nordino Muaievela M.Sc. Raphael P. Rodrigues M.Sc. Teodósio das Neves Milisse Nzualo B.Sc. Elizabeth Matvienko Sikar B.Sc. Daniel Matvienko Sikar B.Sc. Marcella da Silva Vidal B.Sc. Diego Rodrigues Mesquita B.Sc. Thalita de Moura Negrão B.Sc. Gustavo da Silva Couto B.Sc. Willian Fernandes SouzaProf. Ph.D Paulo Cesar Colonna RosmanM.Sc. Patricia Auler RosmanM.Sc Daniel Villela Runkel de Sousa M.Sc. Ludmila Assunção PinheiroProf. D.Sc. Luiz Pinguelli Rosa Prof. D.Sc Helio Migon Prof D.Sc. Vinicius Pinheiro Israel MSc. Vinicius Layter Xavier
Dedicatória:
A equipe da COPPE/UFRJ dedica este relatório final ao Prof. Bohdan Matvienko (in memorian), um incansável pesquisador e cientista. Durante todo este projeto, o Prof. Bohdan foi um dos componentes mais atuantes, dedicando grande parte do seu tempo ao sucesso deste trabalho.
LEMMA/UFPRCoordenador: Nelson Luís da Costa Dias
Cynara de Lourdes da Nóbrega Cunha Dornelles Vissotto JuniorMaurício Felga Gobbi Fernando Augusto Silveira Armani Lucas Emilio B. HoeltgebaumTomás Luís Guimarães Chor Bianca Luhm Crivellaro
IIEGACoordenador: Donato Seiji Abe
José Galizia Tundisi – PesquisadorTakako Matsumura Tundisi – PesquisadoraCorina Verônica Sidagis Galli – PesquisadoraDeyves Elias Grimberg – PesquisadorFernando de Paula Blanco – PesquisadorJorge Luiz Rodrigues Filho – PesquisadorGuilherme Ruas Medeiros – PesquisadorValéria Teixeira da Silva – Técnica de LaboratórioEdson Roberto Silvério – Técnico de LaboratórioKaryna Cristilaine Pereira – Auxiliar TécnicaAline Formentão – Auxiliar TécnicaPedro Gatti Júnior – Trabalho de Campo e de LaboratórioArivaldo Fermino da Silva – Trabalho de CampoJosé Jesuel da Silva – Trabalho de CampoCileise Priscila Pereira de Lima – Trabalho de LaboratórioEliezer Bernardes Inêz – Trabalho de LaboratórioFelipe Blanco – Técnico em Informática
INPECoordenador:Dr. José Luiz Stech
Dr. Arley Ferreira de SouzaDr. Claudio Clemente BarbosaDr. Enner Alcântara Dra. Evlyn Márcia Leão NovoDr. João Antonio LorenzzettiDr. Luciano MaraniDr. Plínio ÁlvalaDr. Reinaldo Roberto RosaDr. Egidio AraiMSc. Carlos Alberto Sampaio de AraujoBel. Daniele de Lima CamposEng. Joaquim Antonio Dionísio LeãoTec. Geraldo Orlando MendesTec. Willian Jose FerreiraTec. Domingos Donizete Sardela
LACEN/FUNPEACoordenador:Augusto César Fonseca Saraiva Mayko de Sousa MenezesMarcos Vinícius da Silva PaulaNorberto BramattiHeriberto Rodrigues BitencourtTerezinha Ferreira de OliveiraElisabeth Oliveira RaposoIsabel Leidiany de Souza BrandaoAnderson Guerreiro CarneiroIsaque Wilkson de Souza BrandãoMaria das Graças de Almeida NegrãoHelton Francisco Cruz da CunhaEvandro Viana dos Santos JuniorJoaquim Carlos Barbosa Queiroz
UFJFCoordenador:Fabio Roland Ferreira da Silva
Adriana de Melo RochaAnderson Vilela de FreitasAndre Megali AmadoAndrievisk Gaudencio Pereira da SilvaAnízio Souza AndradeCarlos Henrique Eckhardt Duque EstradaCarolina D´Avila DominguesCaroline Gabriela Bezerra de MouraFelipe Rust de CarvalhoFelipe Siqueira PachecoFranciany Gabriella Braga PereiraGhilherme Fernandes Moreira AlfenasGladson Rezende MarquesGuilherme de Souza Dias AndradeIage TerraJose Ribamar Pimentel Amaral JuniorJuliana Barreto O. dos SantosJuliana Gamalier de PaivaKelly VidalLeonardo de MagalhaesLucia Helena Sampaio da SilvaLúcia Meirelles LobãoLuciana de Oliveira VidalLuciana Machado RangelMarcela Aparecida Campos Neves MirandaMarcelo Correa BernardesMarcio Malafaia FilhoMarcos Vinícius Dias da SilvaMaria Carolina Silva SoaresMariana Mendes e MelloMichaela Ladeira De Melo Michele LimaNatália Pessoa NoymaNathan Oliveira BarrosRafael Marques AlmeidaRafael Rodrigues de PaivaRamon Pereira de Souza
Raquel Fernandes MendonçaRayanne Barros SetubalSaulo Machado de Souza JacquesSilvioney AugustoSimone Jaqueline CardosoTábatha Carvalho da SilvaThiago dos SantosVera Lucia de Moraes HuszarVictor Claudio Zarantonello ArantesVinicius Fortes FarjallaYonara Garcia Borges Felipe
UFPA/USPCoordenador:Dr. Arthur Luiz da Costa da Silva
Diego Assis das Graças, UFPA, DoutorandoRafael Azevedo Baraúna, UFPA, DoutorandoAline Grasielle Costa de Melo , UFPA, DoutorandoLuciano Chaves Franco Filho, UFPA, MestrandoRommel Thiago Juca Ramos, UFPA, ProfessorAdriana Ribeiro Carneiro, UFPA, ProfessoraMaria Silvanira Ribeiro Barbosa, UFPA, Apoio TécnicoSoraya Silva Andrade, UFPA, Apoio TécnicoTiago Ferreira Leão, UFPA, GraduandoFrederico Campos, UFPA, GraduandoDiego Castillo Franco, USP, DoutorandoAdriana Torres Ballesteros USP, DoutorandoCristina Rossi Nakayama, USP, ProfessoraAna Carolina Vieira Araújo, USP, Pós-doc
Equipe de Acompanhamento:
Maria Luiza Millazzo – ELETROBRASFrederico Monteiro Neves - ELETROBRASSilviani Froehlich - ELETRONORTEAndre Cimbleris - FURNASAna Claudia Almeida- CHESFNeusa Rodrigues- ELETRONORTERenato Norbert - FURNASRicardo Krauskopf Neto – ITAIPU
Agradecimentos:
Nossos agradecimentos às empresas que contribuíram para o presente projeto, prestando um fundamental apoio às campanhas de campo e análises realizadas em reservatórios sob a sua concessão: Santo Antônio Energia, Itaipu, Copel e Cemig, assim como ao Consórcio Construtor Belo Monte pelo apoio nas campanhas em Belo Monte.
APRESENTAÇÃO
As usinas hidrelétricas têm papel fundamental para o atendimento de energia elétrica no Brasil e em todo o mundo. O setor elétrico brasileiro tem ampla base de usinas de grande porte, além de ou-tras fontes de produção de energia, e linhas de transmissão de dimensões continentais, de variados níveis de tensão e de tecnologias. Somos detentores de expertise em projeto, construção, operação e manutenção de grandes barragens, as quais têm sido fundamentais na geração de energia elétrica, no uso múltiplo de seus reservatórios como turismo, irrigação, pesca e navegação, contribuindo para o desenvolvimento das regiões em nosso País.
A publicação deste documento coloca à disposição do meio científico importantes informações resultantes das análises e modelagens obtidas no projeto realizado pela Eletronorte, Furnas e Chesf, sob a coordenação técnica do Cepel, organizações do Sistema Eletrobras, decorrente da aplicação de recursos em pesquisa e desenvolvimento tecnológico.
O projeto, denominado “Monitoramento de Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Usinas Hidrelétricas”, é relevante para o desenvolvimento da hidroeletricidade em bases susten-táveis e se constitui, também, em importante contribuição brasileira na Força Tarefa em Gerencia-mento do Balanço de Carbono de Reservatórios de Água Doce, no âmbito do Grupo de Trabalho em Hidroeletricidade da Agência Internacional de Energia (IEAHYDRO), coordenado pelo Cepel.
Já foram publicados, em 2012, dois volumes: o primeiro contendo uma revisão bibliográfica do es-tado da arte do conhecimento sobre o ciclo do carbono em reservatórios; e o segundo estabelecendo diretrizes para elaboração de análises quantitativa de emissões líquidas de Gases de Efeito Estufa – GEE, em reservatórios de hidroelétricas.
O presente volume descreve os resultados de análises e modelagens feitas, a partir das medições de fluxos de gases de efeito estufa e variáveis relacionadas, obtidas em 44 campanhas de campo, entre 2011 e 2012, em 11 hidrelétricas, sendo 3 em construção (Belo Monte, Santo Antônio e Batalha) e 8 em operação (Balbina, Tucuruí, Xingó, Três Marias, Serra da Mesa, Funil, Itaipu e Segredo).
Por fim, é importante reconhecer que esta publicação se insere no contexto das políticas nacionais e medidas específicas dirigidas ao aproveitamento racional das fontes de energia, visando à efetiva-ção dos objetivos da Política Energética Nacional, entre os quais se destacam preservar o interesse nacional, promover o desenvolvimento, ampliar o mercado de trabalho, valorizar os recursos energé-ticos e fomentar a pesquisa e o desenvolvimento relacionados à energia renovável, em consonância com as diretrizes do Conselho Nacional de Política Energética – CNPE.
Edison LobãoMinistro de Estado de Minas e Energia
7 PROJETO BALCAR - EMISSõES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATóRIOS DE CENTRAIS HIDRELéTRICAS
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................................................13
1.1 - Objetivos ..............................................................................................................................................................................................13
1.2 - Contexto ...............................................................................................................................................................................................13
1.3 - Descrição do Projeto ..........................................................................................................................................................................16
1.4 - Documentos Gerados .........................................................................................................................................................................23
1.5 - Conteúdo ..............................................................................................................................................................................................24
CAPÍTULO 2 - PRé-ENChImENTO .............................................................................................................................................................25
2.1 - Introdução ............................................................................................................................................................................................25
2.2 - Belo monte ...........................................................................................................................................................................................28
2.2.1 - Caracterização do aproveitamento ...............................................................................................................................................28
2.2.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra ...................................................................................................................................29
2.2.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .........................................................................................................................................31
2.2.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos .....................................................................................................37
2.2.5 - Fluxos Difusivos e Ebulitivos em Rio e em Solo e Carga Mássica de C ...................................................................................... 38
2.2.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE ...............................................................................................................................41
2.3 - Santo Antônio ......................................................................................................................................................................................41
2.3.1 - Caracterização do aproveitamento ...............................................................................................................................................41
2.3.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra ...................................................................................................................................42
2.3.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .........................................................................................................................................44
2.3.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos .....................................................................................................49
2.3.5 - Fluxos Difusivos e Ebulitivos em Rio e em Solo e Carga Mássica de C ...................................................................................... 52
2.3.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE ...............................................................................................................................55
2.4 - Batalha .................................................................................................................................................................................................56
2.4.1 - Caracterização do aproveitamento ...............................................................................................................................................56
2.4.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra ...................................................................................................................................56
2.4.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .........................................................................................................................................58
2.4.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos .....................................................................................................63
2.4.5 - Fluxos Difusivos e Ebulitivos em Rio e em Solo e Carga Mássica de C ...................................................................................... 64
2.4.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE ...............................................................................................................................67
2.5 - Síntese..................................................................................................................................................................................................68
CAPÍTULO 3 - PóS-ENChImENTO .............................................................................................................................................................79
3.1 - Introdução ............................................................................................................................................................................................79
3.2 - Balbina .................................................................................................................................................................................................81
3.2.1 - Caracterização do aproveitamento ...............................................................................................................................................81
3.2.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra ...................................................................................................................................81
3.2.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .........................................................................................................................................84
SUMÁRIO
8PROJETO BALCAR - EMISSõES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATóRIOS DE CENTRAIS HIDRELéTRICAS
3.2.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ..................................................................................................... 90
3.2.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ............................................. 92
3.2.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE ...............................................................................................................................95
3.3 - Tucuruí .................................................................................................................................................................................................95
3.3.1 - Caracterização do aproveitamento ...............................................................................................................................................95
3.3.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra ...................................................................................................................................96
3.3.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .......................................................................................................................................100
3.3.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ................................................................................................... 107
3.3.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 110
3.3.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE ............................................................................................................................. 112
3.4 - Xingó .................................................................................................................................................................................................. 112
3.4.1 - Caracterização do aproveitamento ............................................................................................................................................. 112
3.4.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra ................................................................................................................................. 113
3.4.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico ....................................................................................................................................... 115
3.4.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ...................................................................................................121
3.4.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 123
3.4.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE .............................................................................................................................126
3.5 - Serra da mesa ....................................................................................................................................................................................126
3.5.1 - Caracterização do aproveitamento .............................................................................................................................................126
3.5.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra .................................................................................................................................127
3.5.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .......................................................................................................................................129
3.5.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ...................................................................................................135
3.5.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 137
3.5.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE .............................................................................................................................140
3.6 - Funil ....................................................................................................................................................................................................140
3.6.1 - Caracterização do aproveitamento .............................................................................................................................................140
3.6.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra .................................................................................................................................141
3.6.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .......................................................................................................................................143
3.6.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ................................................................................................... 150
3.6.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 152
3.6.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE .............................................................................................................................155
3.7 - Itaipu ...................................................................................................................................................................................................155
3.7.1 - Caracterização do aproveitamento .............................................................................................................................................155
3.7.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra .................................................................................................................................158
3.7.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .......................................................................................................................................162
3.7.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ...................................................................................................168
3.7.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 169
3.7.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE .............................................................................................................................172
9 PROJETO BALCAR - EMISSõES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATóRIOS DE CENTRAIS HIDRELéTRICAS
3.8 - Segredo ..............................................................................................................................................................................................172
3.8.1 - Caracterização do aproveitamento .............................................................................................................................................172
3.8.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra .................................................................................................................................173
3.8.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .......................................................................................................................................176
3.8.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ...................................................................................................181
3.8.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 183
3.8.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE .............................................................................................................................186
3.9 - Três marias.........................................................................................................................................................................................186
3.9.1 - Caracterização do aproveitamento .............................................................................................................................................186
3.9.2 - Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra .................................................................................................................................187
3.9.3 - Limnologia e Metabolismo Planctônico .......................................................................................................................................189
3.9.4 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ................................................................................................... 196
3.9.5 - Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga Mássica de C ........................................... 198
3.9.6 - Balanços de Emissões e Remoções de GEE .............................................................................................................................200
3.10 - Síntese..............................................................................................................................................................................................201
CAPÍTULO 4 - EmISSõES LÍqUIDAS .......................................................................................................................................................225
4.1 - Introdução ..........................................................................................................................................................................................225
4.2 - Balbina ...............................................................................................................................................................................................227
4.3 - Tucuruí ...............................................................................................................................................................................................228
4.4 - Xingó ..................................................................................................................................................................................................229
4.5 - Serra da mesa ....................................................................................................................................................................................230
4.6 - Funil ....................................................................................................................................................................................................231
4.7 - Itaipu ...................................................................................................................................................................................................232
4.8 - Segredo ..............................................................................................................................................................................................233
4.9 - Três marias.........................................................................................................................................................................................234
4.10 - Síntese..............................................................................................................................................................................................235
CAPÍTULO 5 - mODELAGENS ..................................................................................................................................................................243
5.1 - modelos hidrodinâmicos ..................................................................................................................................................................243
5.2 - modelagem Biogeoquímica de Emissão de Gases de Efeito Estufa por Reservatórios ............................................................ 246
5.2.1 - Introdução ...................................................................................................................................................................................246
5.2.2 - Reações na Água ........................................................................................................................................................................246
5.2.3 - Demanda Bioquímica de Oxigênio — DBO ................................................................................................................................249
5.2.4 - Oxigênio Dissolvido — OD ..........................................................................................................................................................251
5.2.5 - Dióxido de Carbono ....................................................................................................................................................................253
5.2.6 - Fitoplâncton .................................................................................................................................................................................254
5.2.6.1 - Efeito da Temperatura .........................................................................................................................................................255
5.2.6.2 - Efeito da Radiação Solar ....................................................................................................................................................256
5.2.6.3 - Efeito dos Nutrientes ...........................................................................................................................................................256
10PROJETO BALCAR - EMISSõES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATóRIOS DE CENTRAIS HIDRELéTRICAS
5.2.7 - Nutrientes ....................................................................................................................................................................................257
5.2.7.1 - Nitrogênio Orgânico ............................................................................................................................................................258
5.2.7.2 - Amônia ou Nitrogênio Amoniacal ........................................................................................................................................259
5.2.7.3 - Nitrato ..................................................................................................................................................................................260
5.2.7.4 - Fósforo Orgânico ................................................................................................................................................................260
5.2.7.5 - Fósforo Inorgânico ..............................................................................................................................................................261
5.2.8 - Metano ........................................................................................................................................................................................261
5.2.9 - Reações no Sedimento ...............................................................................................................................................................263
5.2.10 - SOD...........................................................................................................................................................................................266
5.2.11 - Amônio/Nitrogênio Amoniacal ....................................................................................................................................................268
5.2.12 - Nitrato ........................................................................................................................................................................................269
5.2.13 - Metano ......................................................................................................................................................................................270
5.2.14 - Fósforo Inorgânico ....................................................................................................................................................................271
5.2.15 - Valores Típicos ..........................................................................................................................................................................272
5.2.16 - Vegetação Inundada .................................................................................................................................................................275
5.2.17 - Simulações ................................................................................................................................................................................276
5.2.18 - Comentários ..............................................................................................................................................................................279
5.3 - modelagem do Ciclo Biogeoquímico do Carbono no Reservatório com o modelo SisBahiA® ................................................ 279
5.3.1 - Introdução ...................................................................................................................................................................................279
5.3.2 - Modelo de Qualidade de Água e Eutrofização do SisBaHiA® .................................................................................................... 280
5.3.3 - Modelo para Cálculo dos Fluxos .................................................................................................................................................280
5.3.4 - Dados Usados pelo Modelo de Qualidade de Água ...................................................................................................................296
5.3.5 - Dados Usados pelo Modelo de Fluxo .........................................................................................................................................303
5.3.6 - Modelos de qualidade da água e de fluxo – Resultados ............................................................................................................ 305
5.4 - modelagens Estatísticas para Identificação de Variáveis Relevantes na Definição dos Fluxos de GEE em Reservatórios .....................................................................................................................................................................................317
5.5 - modelagens Estatísticas para Identificação de Fatores Ambientais Envolvidos na Produção de GEE nos Sedimentos .......................................................................................................................................................................................326
5.5.1 - Batalha ........................................................................................................................................................................................326
5.5.2 - Santo Antonio ..............................................................................................................................................................................329
5.5.3 - Belo Monte ..................................................................................................................................................................................331
5.5.4 - Três Marias..................................................................................................................................................................................333
5.5.5 - Tucuruí ........................................................................................................................................................................................335
5.5.6 - Serra da Mesa .............................................................................................................................................................................337
5.5.7 - Funil.............................................................................................................................................................................................339
5.5.8 - Itaipu ...........................................................................................................................................................................................340
5.5.9 - Segredo .......................................................................................................................................................................................342
5.5.10 - Balbina ......................................................................................................................................................................................343
5.5.11 - Xingó ........................................................................................................................................................................................345
11 PROJETO BALCAR - EMISSõES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATóRIOS DE CENTRAIS HIDRELéTRICAS
CAPÍTULO 6 - TóPICOS ESPECIAIS ........................................................................................................................................................347
6.1 - medições micrometeorológicas de CO2 no Lago de Itaipu ...........................................................................................................347
6.1.1 - Introdução ...................................................................................................................................................................................347
6.1.2 - Técnica de Medição de Fluxos pelo Método das Covariâncias Turbulentas .............................................................................. 347
6.1.3 - Medições das Covariâncias Turbulentas em Corpos Hídricos .................................................................................................... 348
6.1.4 - Controle de Qualidade dos Dados Medidos pelo MCT ...............................................................................................................351
6.1.5 - Footprint ......................................................................................................................................................................................353
6.1.6 - Local de estudo ...........................................................................................................................................................................353
6.1.7 - Estação Micrometeorológica .......................................................................................................................................................355
6.1.8 - Processamento dos Dados .........................................................................................................................................................361
6.1.9 - Resultados ..................................................................................................................................................................................366
6.1.10 - Conclusão .................................................................................................................................................................................371
6.2 - Estudos de micro-organismos do Ciclo de metano em Reservatório.......................................................................................... 372
6.3 - Banco de Dados ................................................................................................................................................................................376
6.3.1 - Introdução ...................................................................................................................................................................................376
6.3.2 - Portal BALCAR ...........................................................................................................................................................................377
6.3.3 - Portal SIMA .................................................................................................................................................................................382
6.4 - Uso da mediana para Estimação Robusta de Taxa de Emissão Difusiva de GEE Representativa para Reservatório ...........................................................................................................................................................385
CAPÍTULO 7 - CONCLUSõES ...................................................................................................................................................................391
7.1 - Limnologia e metabolismo Planctônico ..........................................................................................................................................391
7.2 - Concentrações de Gases e Fluxos Difusivos nos Sedimentos ...................................................................................................394
7.3 - Fluxos de GEE e Intensidades de GEE para Reservatórios em Operação ................................................................................. 395
7.3.1 - Vias de Trocas de GEE pós-enchimento ....................................................................................................................................396
7.3.2 - Intensidade de GEE pós-enchimento .........................................................................................................................................397
7.3.3 - Emissões pré-enchimento ...........................................................................................................................................................397
7.3.4 - Emissões Líquidas ......................................................................................................................................................................398
7.3.5 - Intensidade de GEE Líquidas .....................................................................................................................................................399
7.4 - Diretrizes de Boas Práticas para Gestão do Balanço de Carbono em Reservatórios ............................................................... 400
REFERêNCIAS BIBLIOGRáFICAS ...........................................................................................................................................................401
12PROJETO BALCAR - EMISSõES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATóRIOS DE CENTRAIS HIDRELéTRICAS
INTRODUÇÃO 13
CAPÍTULO 1
Introdução
1.1 Objetivos
projeto BALCAR é um projeto de P&D encaminhado à ANEEL em junho de 2009
pela ELETRONORTE, como empresa-proponente, FURNAS e CHESF, como
empresas-cooperadas, em atendimento ao Projeto Estratégico “Monitoramento de
Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Usinas Hidrelétricas” da
Chamada Pública no 009/2008 da ANEEL. Participam do projeto como empresas executoras
oito instituições de pesquisas brasileiras (CEPEL, COPPE, INPE, UFJF, LACEN, UFPA,
UFPR e IIEGA). Este volume tem como objetivo apresentar os principais resultados das
atividades do projeto durante o período de fevereiro de 2011 a dezembro de 2013.
1.2 Contexto
Instituições nacionais ou internacionais com responsabilidade na definição de políticas
energéticas sustentáveis e de leis e regulamentos para aprovação e licenciamento de
projetos energéticos enfrentam como principal desafio conciliar a redução das emissões de
gases de efeito estufa com a manutenção do crescimento no fornecimento de energia. Neste
contexto se destaca a hidroeletricidade, por utilizar fonte primária renovável e tecnologia
comprovada e socialmente desejável.
A hidroeletricidade apresenta diversas vantagens quando comparada com outras
fontes de geração de energia elétrica. Dentre estas vantagens, incluem-se o alto nível de
confiabilidade, tecnologia comprovada, alta eficiência1, baixos custos de operação e
1 O 2011 IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, (IPCC, 2011)
aponta que a hidroeletricidade tem a melhor eficiência de conversão de todas as fontes conhecidas de energia e a maior razão de recuperação energética (energy payback ratio). Menciona-se ainda que a flexibilidade da hidroeletricidade e o seu reduzido tempo de resposta facilitam que usinas térmicas operem em seus pontos de operação constante ótimos reduzindo o consumo de combustível e a poluição, e também que hidroelétrica com reservatório é a tecnologia ideal para fornecer energia de reserva e reguladora de fontes intermitentes renováveis (eólica, solar e ondas).
O
14 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
manutenção e flexibilidade para se ajustar com facilidade às mudanças da carga. Como
várias hidroelétricas incorporam um reservatório, as hidroelétricas apresentam outros
benefícios para a coletividade nos setores de saneamento, controle de cheias, transporte
fluvial e recreação. Adicionalmente, a geração de eletricidade em hidroelétricas produz baixa
quantidade de resíduos.
Podem existir algumas desvantagens para o desenvolvimento de hidroelétricas,
basicamente relacionadas com possíveis implicações negativas ambientais e sociais
oriundas do barramento de rios. No que se refere às emissões de GEE, a partir da última
década do século passado, medições de emissões de GEE feitas em reservatórios de
hidroelétricas indicaram que o papel destas no total das emissões globais antropogênicas de
GEE pode não ser desprezível (Rosa et al., 1994). Alguns estudos identificam os
reservatórios de hidroelétricas como potenciais sistemas aquáticos artificiais fontes de GEE
(Rudd et al., 1993; St Louis et al., 2000). No final dos anos 1990 a revisão ampla promovida
pela Comissão Mundial de Barragens (CMB) acerca da eficácia da contribuição para o
desenvolvimento das grandes barragens incluiu nos seus temas o papel das barragens no
aumento do efeito de estufa. Um relatório preparado para o CMB por Rosa e Santos (2000),
incluído no relatório final da CMB (WCD, 2000) alertou para as incertezas relativas ao
fenômeno e provocou muito debate por todo o mundo.
Razoável incerteza envolve a quantificação de emissões de GEE de reservatórios
artificiais. As metodologias internacionalmente aceitas para estimação de inventários
nacionais de emissões e remoções antropogênicas de GEE no caso da avaliação de
emissões de CO2 e CH4 de áreas inundadas (IPCC, Apêndices 2 e 3, 2006) fornecem
apenas bases para desenvolvimentos metodológicos futuros, refletindo a limitação da
informação científica disponível no tema. O relatório do encontro de 2009 em São Paulo da
força de trabalho do IPCC (IPCC, 2010) identificou fatores que dificultam a estimação de
fluxos antropogênicos em reservatórios (assim como em terras alagáveis), ressaltando-se a
variabilidade climática anual e o fato de que esses ambientes afetam e são afetados pelo
uso da terra nas suas vizinhanças (IPCC, 2010). Na revisão de literatura executada pelo Oak
Ridge National Laboratory (EPRI, 2010) concluiu-se que apesar de ser possível argumentar
que as evidências empíricas obtidas por medições em reservatórios claramente indicam que
as emissões brutas de GEE de reservatórios não são nulas, é menos claro se existe uma
emissão líquida positiva, já que poucos estudos mediram ou estimaram conjuntamente
emissões e remoções ou avaliaram emissões e remoções para o período anterior ao
enchimento do reservatório. Estudos recentes têm mostrado que reservatórios podem atuar
como sumidouros de carbono (Chanudet et al., 2011; Ometto et al., 2011; Sikar et al., 2009).
INTRODUÇÃO 15
O Comitê Executivo do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo da Convenção-Quadro
das Nações Unidas para Mudanças do Clima (CDM Executive Board of UNFCCC), ao
mesmo tempo em que aponta as incertezas científicas acerca do assunto e o fato que estas
incertezas provavelmente não serão resolvidas em curto prazo, considera, para a
determinação da elegibilidade de reservatórios de hidroelétricas à projetos de Mecanismo de
Desenvolvimento Limpo (CDM), o uso de limites em termos de densidade de potência
(W/m2) tais que projetos hidroelétricos com densidades de potência até 4 W/m2 não podem
se beneficiar de projetos de CDM, e que, por outro lado, permite que as emissões de
projetos com densidade de potência maior que 10 W/m2 sejam desconsideradas. Os projetos
com densidades no intervalo entre 4 e 10 W/m2 são penalizados com um fator de emissão
de 90 g CO2eq/ kWh (UNFCCC/CCNUCC, 2006)2. Por outro lado, o mesmo Comitê
Executivo ressaltou que esta diretiva não evita que projetos com reservatórios proponham
novas metodologias para serem considerados pelo Painel de Metodologias3.
O atual estado da arte sobre emissões de gases de efeito estufa em reservatórios
hidrelétricos contém uma série de incertezas e de posições divergentes, sendo ainda
necessário o seu aperfeiçoamento para que possam ser consideradas nas definições
estratégicas de políticas energéticas, legislações e regulamentações. Nesse sentido, as
empresas ELETROBRAS, em atendimento ao Projeto Estratégico “Monitoramento de
Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Usinas Hidrelétricas” da Chamada
Pública no 009/2008 da ANEEL, em coordenação com o Ministério das Minas e Energia, e
contando com a coordenação técnica do CEPEL, encaminharam o projeto de P&D
“Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas”, cujos
objetivos incluem o estabelecimento de diretrizes para monitoramento, análise de dados e
modelagem, definição de boas práticas de gerenciamento relativas às emissões de gases de
efeito estufa em reservatórios de hidrelétricas e execução de campanhas de campo em 11
hidrelétricas (oito em operação e três em construção). Estas campanhas objetivavam a
coleta de dados representativos dos biomas brasileiros. Participam deste projeto equipes
técnicas de oito instituições de pesquisas (CEPEL, COPPE, INPE, UFJF, LACEN, UFPA,
2 O 2011 IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, (IPCC, 2011)
aponta que existe pouca ligação entre a capacidade instalada, a área de um reservatório os vários processo bioquímicos ativos em um reservatório. Hipoteticamente, dois projetos idênticos de acordo com a densidade de potencia teriam as mesmas emissões, independentemente da zona climática ou da biomassa inundada e fluxos de carbono. Desta forma, a regra de densidade de potência pode inadvertidamente impedir o desenvolvimento de projetos hidroelétricos com benefícios sociais e ao mesmo tempo apoiar projetos com menos benefícios. 3 O Painel de Metodologias (Meth Panel) foi estabelecido para desenvolver recomendações ao Corpo
Executivo do UNFCCC CDM em diretrizes para metodologias para linhas de base e planos de monitoramento e para preparar recomendações acerca de propostas submetidas de novas linhas e metodologias de monitoramento.
16 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
UFPR e IIEGA). O projeto constitui ainda importante apoio à contribuição brasileira no
âmbito do Grupo de Trabalho em Hidroeletricidade da Agência Internacional de Energia por
meio da Força Tarefa em Gerenciamento de Balanço de Carbono de Reservatórios de Água
Doce, coordenada pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica.
1.3 Descrição do Projeto
Antecedentes
As investigações sobre o tema emissões de gases de efeito estufa em reservatórios
de hidroelétricas no Brasil tiveram início em 1992, quando a COPPE/UFRJ e a USP/São
Carlos, iniciaram estudos, com apoio da ELETROBRAS e do MCT, visando a estimar o fluxo
de gases de efeito estufa nos reservatórios de Balbina, Tucuruí e Samuel, localizados na
região amazônica. Nesses estudos, de caráter experimental e de desenvolvimento
metodológico pioneiro, foram medidos os fluxos de gases da interface água-atmosfera.
Posteriormente, em 1997, Furnas Centrais Elétricas e Serra da Mesa Energia S.A.
contrataram a COPPE/UFRJ com o objetivo de medir as emissões de gases CO2 e CH4 no
reservatório de Serra da Mesa, recém-inundado à época. Em 1998, um estudo semelhante
foi desenvolvido no reservatório de Itaipu, a partir de uma demanda da Itaipu Binacional
visando a determinar suas emissões brutas.
Em 1998 a COPPE/UFRJ, com o apoio da ELETROBRÁS e do MCT, iniciou outro
estudo envolvendo sete diferentes reservatórios (Miranda, Três Marias, Segredo, Xingó,
Barra Bonita, Samuel e Tucuruí), distribuídos em diferentes biomas e latitudes no país.
Esses estudos incorporaram os resultados anteriores e apresentaram importantes
conclusões (ELETROBRAS/MCT, 2002), a saber:
- grande variabilidade na intensidade das emissões, comparando-se os diferentes
reservatórios (possivelmente devido às diferenças nos parâmetros: temperatura,
profundidade de amostragem, regime diferenciado de ventos, insolação, condições de
qualidade da água e o regime de operação do reservatório);
- baixa correlação entre as emissões e a idade do reservatório, indicando que tais
emissões estariam associadas tanto à quantidade de matéria orgânica vegetal afogada
(biomassa terrestre inundada), quanto à matéria orgânica proveniente de outras fontes
originadas da bacia de drenagem e;
INTRODUÇÃO 17
- dificuldade de se distinguir entre emissões antrópicas decorrentes do alagamento
produzido pelos reservatórios e emissões naturais pré-existentes aos reservatórios.
Esse estudo fez parte dos Relatórios de Referência para o 1º Inventário Nacional de
Emissões e Remoções Antrópicas de Gases de Efeito Estufa destinado a compor a
Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima. No entanto, em função
das constatações relatadas acima, os resultados numéricos do estudo foram contabilizados
a parte no Inventário, na forma de um apêndice, indicando a necessidade de intensificar as
pesquisas na área.
Com o intuito de diferenciar as emissões antrópicas e, sobretudo, promover avanços
significativos na compreensão do balanço do carbono em reservatórios de geração de
energia, em 2003 foi iniciado o Projeto Balanço de Carbono em Reservatórios de Furnas
Centrais Elétricas S.A. O projeto foi concebido e executado numa perspectiva integrada e
multi-institucional, e teve a participação da COPPE/UFRJ, INPE, IIEGA e UFJF. O projeto
estudou 8 reservatórios, sete deles localizados no Cerrado e um na mata atlântica,
respeitando a sazonalidade climática e a variabilidade espacial.
Em Dezembro de 2008 a ANEEL torna pública a Chamada no 009/2008. Em 10 de
junho de 2009 a ELETRONORTE como proponente, conjuntamente com CHESF e FURNAS
como cooperadas, enviou à ANEEL projeto de P&D BALCAR em atendimento à Chamada
pública 009/2008. O projeto, além de propor executar campanhas e análises para os
diversos biomas brasileiros, propõe nas suas atividades os seguintes avanços:
- Realização de campanhas em áreas de inundação de futuros aproveitamentos
hidroelétricos;
- Aumento da amostragem temporal e espacial por câmaras de difusão, funis e
armadilhas de sedimentação;
- Aumento da amostragem temporal e espacial das medidas dos componentes do
metabolismo planctônico;
- Realização de experimentos para a determinação das taxas de produção de CH4
(metano), CO2 (dióxido de carbono) e N2O (óxido nitroso), bem como medidas de oxidação
de metano;
- Uso de imagens hiperespectrais para estudos da qualidade da água dos
reservatórios;
18 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
- Aprimoramento dos sistemas autônomos de coletas de dados passando a coleta de
uma taxa horária para um intervalo de 10 minutos;
- Estabelecimento de critérios e cálculo de estimativas de emissões líquidas pela
aplicação de descontos para considerar as emissões de GEE que ocorreriam se o
reservatório não existisse;
- Modelagem hidrodinâmica dos reservatórios através do uso de modelos numéricos;
- Desenvolvimento de modelo para simular os processos biogeoquímicos e as
emissões de gases de efeito de estufa em reservatórios.
Objetivos do Projeto BALCAR
O projeto BALCAR foi elaborado com seis objetivos:
1. Estabelecer diretrizes para métodos de amostragem (espacial e temporal), de coleta e
preservação de amostras, análises físico-químicas e biológicas, análises dos dados e
avaliações dos resultados em estudos de emissões de gases de efeito estufa em
reservatórios de hidroelétricas, levando em conta os diferentes tipos, tamanhos, idades e
localizações de reservatórios no Brasil;
2. Realizar campanhas de campo para coleta de dados em um conjunto de oito
reservatórios de aproveitamentos em operação (Tucuruí e Balbina na Região Norte; Serra
da Mesa na Região Centro-Oeste; Xingó na Região Nordeste; Três Marias e Funil na Região
Sudeste; e Segredo e Itaipu na Região Sul) e três áreas de futuros reservatórios de
aproveitamentos em fase de construção (Santo Antonio e Belo Monte na Região Norte; e
Batalha na Região Centro-Oeste);
A incorporação das áreas dos futuros reservatórios de Batalha, Belo Monte e de Santo
Antonio visou à coleta de dados na fase de pré-enchimento, possibilitando a quantificação
das emissões de gases de efeito estufa na fase anterior à existência dos reservatórios (ver
capítulo 2), possibilitando a obtenção das estimativas das taxas de emissões líquidas de
gases de efeito estufa (ver capítulo 4).
Os aproveitamentos em operação e em construção selecionados para o programa de
campanhas de campo encontram-se distribuídos ao longo de gradientes de latitude e
longitude (Figura 1.3.1; Tabela 1.3.1); apresentam exposição diferenciada às entradas de
INTRODUÇÃO 19
frentes frias (modificações térmicas e dinâmicas provocadas por frentes frias afetam o
comportamento hidrodinâmico do corpo d'água alterando as trocas de gases entre o sistema
aquático e a atmosfera); estão situados em diferentes regiões hidrográficas: Amazônica
(Santo Antonio, Belo Monte e Balbina), São Francisco (Três Marias, Xingó), Tocantins-
Araguaia (Serra da Mesa, Tucuruí), Atlântico Sudeste (Funil), e Paraná (Batalha, Segredo e
Itaipu) e diferentes biomas: Floresta Amazônica (Balbina, Santo Antonio, Belo Monte,
Tucuruí); Cerrado (Serra da Mesa, Batalha e Três Marias); Caatinga (Xingó); Mata Atlântica
antropizada (Funil, Segredo e Itaipu).
Figura 1.3.1 - Aproveitamentos Selecionados para as Campanhas de Campo.
20 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Os aproveitamentos em operação encontram-se numa faixa de idades que varia de
15 a 50 anos, abrangendo diferentes fases de sua vida útil e apresentam características e
arranjos construtivos diferenciados quanto ao tamanho, profundidade, grau de
desenvolvimento de margens, altura da tomada d'água, tipo de turbina, tipo de vertedouro,
etc.
Tabela 1.3.1 - Principais Características dos Aproveitamentos Selecionados para as Campanhas de Campo.
Usina
Região Hidrográfica
Bioma
Ano de Enchimento
Potência Instalada
(Mw)
Área (km
2)
Volume (km
3)
Afluência média (m
3/s)
Batalha Paraná Cerrado 2013 52,5 138 1,8 110
Sto Antonio Amazônica Floresta Amazônica 2012 3.150 271 2.1 18.224
Belo Monte Amazônica Floresta Amazônica 2015 11.233 516 4.6 7.804
Balbina Amazônica Floresta Amazônica 1987 250 2.360 17,5 573
Tucurui Araguaia-Tocantins Floresta Amazônica 1985 8.370 3.023 45.5 11.086
Xingó São Francisco Caatinga 1994 3.162 60 3,8 2.860
Três Marias São Francisco Cerrado 1962 396 1.040 15,28 707
Serra da Mesa Paraná Cerrado 1996 1.275 1.784 54 808
Funil Atlântico Sudeste Mata Atlântica 1969 216 40 8,9 232
Segredo Paraná Mata Atlântica 1992 1.260 81 3 855
Itaipu Paraná Mata Atlântica 1984 14.000 1.350 19 10.058
3. Desenvolver modelos para avaliação de emissões líquidas de GEE em reservatórios,
incluindo modelos digitais de superfície de terreno, modelos hidrodinâmicos e modelos de
simulação dos principais processos físicos, químicos e biológicos que governam os regimes
de fluxos de GEE e taxas de sedimentação permanente de carbono na área do reservatório;
4. Levantar e definir boas práticas para o gerenciamento relativo às emissões de GEE
em reservatórios hidrelétricos;
5. Promover a divulgação e disseminação dos resultados do estudo e;
6. Capacitar equipes técnicas para a coleta, análise, tratamento e modelagem dos dados
referentes às emissões de GEE em reservatórios.
INTRODUÇÃO 21
Desenvolvimento
No início do projeto foi conduzido um levantamento do estado da arte, a partir de
contribuições individuais das equipes, revisão e consolidação técnica pelo CEPEL. O
levantamento visou descrever a evolução do conhecimento técnico-científico nos últimos dez
anos sobre os seguintes temas: quantificação de emissões de GEE em reservatórios de
usinas hidroelétricas, aplicações de sensoriamento remoto em estudos de emissões de
GEE, aplicações de medições em tempo real em estudos de emissões de GEE, fluxo de
gases de efeito estufa na interface sedimento-água em rios, lagos e reservatórios, aspectos
limnológicos e de metabolismo planctônico no controle de fluxos de GEE em reservatórios,
abordagens micrometeorológicas para a estimativa dos fluxos de GEE entre a superfície e a
atmosfera, monitoramento da qualidade ambiental da água em reservatórios, lagos e rios e
caracterização de micro-organismos cuja atividade interfere no ciclo do metano em
ambientes aquáticos.
O projeto produziu também um documento denominado de Diretrizes para Análises
Quantitativas de Emissões Líquidas de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios, Volume 1
– Programas de Medição e Análise de Dados, consubstanciando um arcabouço de
referência para a execução de análises quantitativas de emissões líquidas de GEE de
reservatórios, contendo recomendações e procedimentos para a execução de medições no
campo e análise de dados.
Durante dois anos, a partir de março de 2011, foram realizadas quatro campanhas de
medição em cada um dos oito reservatórios em operação e dos três sítios de futuros
reservatórios selecionados. Nas campanhas estiveram presentes equipes da COPPE/UFRJ,
do IIEGA, do INPE, da UFJF e da UFPA/USP. Uma equipe do LACEN da Eletronorte
participou das campanhas na região Norte, e uma equipe do LEMMA/UFPR promoveu um
experimento de medições pela técnica de covariâncias turbulentas em Itaipu. A Tabela 1.3.2
apresenta o cronograma de execução destas campanhas.
22 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 1.3.2 - Programação das Campanhas.
2011
Usina Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Batalha X X X X
Tres Marias X X X
Sto Antonio X X X
Serra da
Mesa X X
Tucuruí X X
Funil X X
2012/2013
Usina Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan
Tres Marias X
Sto Antonio X
Serra da
Mesa
X X
Tucuruí X X
Balbina X X X X
Belo Monte X X X X
Xingó X X X X
Funil X X
Segredo X X X X
Itaipu X X X X
A equipe da COPPE/UFRJ fez estimativas dos fluxos de GEE na interface água-
atmosfera, amostrando a montante, a jusante e nos lagos, com funis de captação de bolhas
e câmaras de difusão. Para avaliar o aporte de C através das vazões mássicas nos
tributários esta equipe identificou os tributários de maior importância e escolheu nestes
pontos de medição de vazão instantânea e concentrações de COD e COP. A carga orgânica
foi estimada relacionando a afluência da área de drenagem dos pontos amostrados com a
afluência da área de drenagem total ao reservatório. Foram feitas medidas de concentração
de C fresco e permanente em armadilhas de sedimentação posicionadas em diferentes
profundidades da coluna d´água empregando-se o método da sílica como traçador e no
sedimento determinação da cronologia de sedimentação pelo método radiométrico (Pb210)
e medidas de concentração de carbono. As equipes do INPE e do LACEN também fizeram
medições de fluxos de GEE na interface água-atmosfera e na coluna d´água. A equipe do
IIEGA focou a estimativa de fluxos de GEE e concentrações de C e nutrientes na interface
água-sedimento. Na coluna de sedimentos foram determinadas concentrações de matéria
orgânica, C, N, P, íons da água intersticial e metais. A equipe da UFJF coletou dados
relacionados aos processos metabólicos (produção e respiração bacteriana e
INTRODUÇÃO 23
fitoplanctônica) utilizando medições de C14, analisador de fitoplâncton e analisador de gases
infravermelho nas amostras coletadas. A equipe da UFPA/USP coletou amostras para em
laboratório isolar, cultivar e caracterizar morfológica e geneticamente arquéias
metanogênicas e bactérias metanotróficas por expressão dos genes mcrA e pmoA.
O INPE instalou e operou uma plataforma SIMA (toróide onde são instalados
sensores, eletrônica de armazenamento, bateria, painel solar e antena de transmissão) em
cada um dos reservatórios para monitorar e transmitir via satélite as variáveis
meteorológicas e limnológicas, incluindo temperaturas do ar e da água em diversas
profundidades, em uma escala de tempo de 10 minutos. O sistema monitorou também pH e
turbidez, O2 e CO2 dissolvidos, condutividade, nitrato, amônia, profundidade relativa, pressão
atmosférica, radiação solar, direção e intensidade do vento, direção e intensidade da
corrente. Um experimento de medição de fluxos de CO2 pelo método de medição de
covariâncias turbulentas foi aplicado em Itaipu onde foi reativada uma estrutura de medição
(torre) operada pelo LEMMA.
Para cada reservatório a equipe da COPPE desenvolveu uma modelagem
hidrodinâmica bidimensional (promediado na profundidade) e as equipes do CEPEL,
LEMMA e COPPE participaram conjuntamente de desenvolvimento de modelos
hidrodinâmicos, biogeoquímicos e de gases de efeito estufa (unidimensional e
bidimensional) para reservatórios de hidroelétricas (ver capítulo 6).
1.4 Documentos Gerados
Além dos dois volumes já editados, referidos no item anterior, a saber, o Estado da
Arte em Ciclo do Carbono em Reservatórios e as Diretrizes para Análises Quantitativas de
Emissões Líquidas de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios, Volume 1 – Programas de
Medição e Análise de Dados, cada executora produziu um relatório final de suas atividades
contendo todos os dados coletados e análises executadas.
24 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
1.5 Conteúdo
Este volume contém sete capítulos, sendo o primeiro esta introdução. O capítulo 2
descreve resultados das análises dos dados coletados nas campanhas nos três sítios de
aproveitamentos em construção (Belo Monte, Santo Antônio e Batalha). Ao final do capítulo
apresenta-se uma síntese dos resultados. O capítulo 3 descreve resultados das análises dos
dados coletados campanhas nos oito aproveitamentos em operação (Balbina, Tucuruí,
Xingó, Três Marias, Serra da Mesa, Funil, Itaipu, Segredo. Ao final do capítulo apresenta-se
uma síntese dos resultados. O capítulo 4 apresenta o cálculo de emissões líquidas para
cada um dos oito aproveitamentos em operação. O capítulo 5 apresenta um conjunto de
análises dos dados coletados denominados genericamente como Estudos Especiais. O
capítulo 6 descreve os desenvolvimentos de modelagem hidrodinâmica, biogeoquímica e de
gases. O capítulo 7 finaliza o volume com as conclusões.
PRÉ-ENCHIMENTO 25
CAPÍTULO 2
Pré-Enchimento
2.1 Introdução
realização de campanhas “pré-enchimento” tem como seu principal motivador a
introdução do conceito de emissões líquidas de GEE em usinas hidrelétricas.
Segundo BRASIL (2012), “emissões líquidas de GEE são definidas como
diferenças entre os balanços de emissões e remoções de GEE pós-enchimento, excluindo
emissões provocadas por fontes antropogênicas não relacionadas com o reservatório, e os
balanços de emissões e remoções de GEE pré-enchimento”. Em contraste com a maior
parte das estimativas disponíveis na literatura de estudos em hidrelétricas, que levam em
consideração somente “emissões brutas”, o conceito de emissões líquidas introduz a
descrição, a compreensão e a medição de processos que afetam o armazenamento e
transporte de carbono e nitrogênio na área do alagamento antes e depois do enchimento do
reservatório, visando compor enquadramentos para os balanços de emissões e remoções
pré-enchimento e pós-enchimento de CO2, CH4 e N2O. Neste sentido, campanhas de
medição durante a etapa de construção das usinas antes dos fechamentos das barragens
para o enchimento dos reservatórios visam medir as condições anteriores à formação destes
reservatórios.
Sítios de aproveitamentos hidrelétricos em construção, onde os reservatórios ainda
não foram implantados, constituem-se como uma grande oportunidade para a realização de
medições de fluxos de gases na fase de pré-enchimento e retornar às mesmas usinas após
o enchimento de seus reservatórios para medir os fluxos pós-enchimento, de modo a
concluir estimativas de emissões líquidas totalmente baseadas em medições em campo.
Nos casos onde os reservatórios já foram implantados a possibilidade de ir a campo para
medir fluxos pré-enchimento não está mais aberta, e a estimativa destas emissões é feita
com base em um mapeamento da cobertura e uso do solo antes do enchimento, associando
A
26 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
as tipologias encontradas à valores de fluxos de gases disponíveis em literatura para as
áreas em estudo ou em áreas semelhantes. Desta forma, além de proporcionar a
oportunidade de estimativas de emissões líquidas totalmente baseadas em medições
especificas para os aproveitamentos estudados, as campanhas de pré-enchimento
promovem a ampliação da base de dados disponíveis para subsidiar estimativas de
emissões de pré-enchimento de reservatórios existentes.
Este capítulo descreve resultados das análises dos dados coletados nas campanhas
de campo realizadas pelo projeto BALCAR nos locais de aproveitamentos hidrelétricos em
construção (Belo Monte, Santo Antônio e Batalha). Para cada aproveitamento apresenta-se
na primeira sessão uma caracterização seguida pela sessão dos mapeamentos realizados
pelo INPE do uso e cobertura da terra das bacias de drenagem a partir de dados da série
Landsat.
A terceira seção apresenta os estudos limnológicos e de metabolismo planctônico
executados pela UFJF, destacando as medições de densidade e biomassa fitoplanctônica,
zooplanctônica e bacteriana, as medições de respiração planctônica, produção primária e
produção bacteriana.
Na sessão seguinte apresentam-se as medições de concentrações e fluxos difusivos
de GEE na interface sedimento-água realizadas pelo IIEGA.
Na quarta sessão apresentam-se as medições de fluxos difusivo e ebulitivo na
interface água-ar em rio, fluxo difusivo em solo e de carga mássica de carbono executadas
pela COPPE. Esta sessão apresenta também os cálculos dos balanços de emissões e
remoções pré-enchimento de CO2, CH4 e N2O considerando o modelo conceitual proposto
em BRASIL (2012), realizado pela COPPE/UFRJ em parceria com o CEPEL. Seguindo este
modelo, do conjunto de medições de cada campanha foram estimados valores
representativos para a região onde se instalará o aproveitamento de: (i) fluxos ebulitivos
(CH4 e CO2) na interface água-ar em rio; (ii) fluxos difusivos (CH4, CO2 e N2O) na interface
água-ar em rio; (iii) fluxos difusivos (CH4, CO2 e N2O) em solo na área a ser inundada e; (iv)
balanço de emissões/remoções.
No que se refere aos fluxos ebulitivos e difusivos de gases na interface água-ar em
rio, itens (i) e (ii), foram utilizadas as medições das campanhas. Os valores representativos
de cada campanha para os fluxos foram calculados através das medianas dos fluxos
medidos nas câmaras de difusão operadas durante a campanha. Para os fluxos ebulitivos, a
área de rio foi estratificada em zonas de profundidade (0m-5m, 5m-10m, 10m-15m, 15m-
PRÉ-ENCHIMENTO 27
20m, >20m). O fluxo ebulitivo na quinta zona foi considerado nulo. Para as outras zonas, foi
considerada a mediana das medições do conjunto de funis invertidos colocados nestas
faixas de profundidade. O valor representativo foi calculado como a média ponderada pelas
áreas das medianas de cada estrato.
No que se refere aos fluxos difusivos de gases em solo, item (iii), foi utilizada uma
classificação de uso e cobertura da região (obtida junto aos consórcios proprietários de cada
empreendimento) a ser inundada desenvolvida pela COPPE e para cada tipologia os fluxos
foram estabelecidos de acordo com os seguintes critérios: (i) para os gases CH4 e N2O
foram utilizadas as medições por câmaras difusivas em solo das campanhas; (ii) os fluxos de
CO2 das áreas com pecuária e culturas anuais não foram considerados, seguindo as
diretrizes do IPCC (IPCC, 2006) que sugerem considerar as emissões líquidas de CO2
nestas áreas nulas, uma vez que o CO2 capturado por fotossíntese retorna para a atmosfera
por respiração; (iii) no caso de fluxo de CO2 em ambientes naturais (matas, savanas,
campos e caatingas), como as câmaras são fortemente influenciadas pela respiração dos
solos, foram utilizados dados da literatura de experimentos que consideram também
fotossíntese (ex: torres de medição de covariâncias turbulentas). Em particular, para
florestas, devido a grandes incertezas envolvidas no balanço de CO2 destas áreas, foram
considerados três cenários de fluxos: (i) Cenário “Remoção”: uma remoção de 0,89
tonC/ha/ano (894 mgCO2 /m2/dia) medida em estudos localizados em florestas tropicais
naturais maduras (Phillips et al, 1998; Malhi and Phillips, 2004 ); (ii) Cenário “Neutro”: uma
floresta neutra basicamente em equilíbrio de fluxos positivos e negativos de CO2 e; (iii)
Cenário “Emissão”: uma emissão de 1,3 tonC/ha/ano (1,306 mgCO2 /m2/dia) encontrada em
medidas em torres durante três anos na Amazônia central (Saleska et al, 2003).
O capítulo apresenta ao final uma síntese dos resultados para os três
aproveitamentos, incluindo análises de estados tróficos, de concentrações de gases e fluxos
difusivos nos sedimentos e dos balanços de emissões e remoções pré-enchimento de CO2,
CH4 e N2O.
28 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
2.2 Belo Monte
2.2.1 Caracterização do aproveitamento
A Usina Hidrelétrica de Belo Monte é uma central hidrelétrica a fio d’água que está em
construção no rio Xingu, no estado do Pará, nas proximidades da cidade de Altamira. Sua
potência instalada será de 11.233 MW; devendo produzir cerca de 39,5 TWh por ano. O lago
da usina terá uma área de 503 km². As obras começaram em junho de 2011 e a primeira
turbina deverá entrar em funcionamento em 2015.
O rio Xingu pertence ao sistema central fluvial amazônico e possui uma extensa rede
de igarapés e igapós (em rios de águas negras e claras), onde a floresta marginal é
periodicamente inundada durante o período de enchente (Junk et al., 1989). É um dos
principais afluentes da margem direita do rio Amazonas, desembocando na proximidade da
cidade de Porto de Moz (PA), aproximadamente 300 km a leste de Santarém e a 400 km da
cidade de Belém. O regime fluvial do médio e baixo Xingu acompanha o regime
pluviométrico dominante na região, apresentando o período de enchentes de dezembro a
maio, com picos em março e abril. Em contrapartida, o período de vazante está concentrado
entre os meses de maio e novembro, tendo seus picos nos meses de agosto a outubro.
A bacia hidrográfica do rio Xingu encontra-se desenvolvida sob a província geológica
do Escudo do Guaporé e se enquadra na classificação de Sioli (1950), como rio de águas
claras. Percorre preferencialmente áreas de drenagem onde afloram em seu maior trecho,
rochas pertencentes ao Embasamento Cristalino da Plataforma Amazônica, constituídas por
materiais pouco solúveis, estando tanto suas cabeceiras quanto seu baixo curso,
destacando-se como principal afluente o rio Iriri, assentados sobre rochas sedimentares,
respectivamente das bacias do Parecis/Paraná e do Amazonas. Apresenta baixas
concentrações de sólidos em suspensão, elementos minerais e nutrientes, principalmente
quando comparados a rios de águas brancas. Dentre os tributários do Xingu, com águas
brancas, destacam-se o rio Bacajá e o igarapé Panelas.
O trecho entre a foz do rio Iriri e a futura usina da Belo Monte o rio Xingu apresenta
baixa turbidez, as águas são, em geral, bem oxigenadas, a condutividade elétrica é baixa e
sofre pouca variação sazonal. Não há evidências de uma alta contribuição da bacia de
drenagem e do processo de decomposição de matéria orgânica nas concentrações de íons.
PRÉ-ENCHIMENTO 29
De uma forma geral o rio Xingu conserva uma boa qualidade de água principalmente
pela alta vazão. Já os tributários menores próximos às áreas de ocupação humana na
cidade de Altamira, são mais afetados pelas atividades que se realizam no seu entorno e,
consequentemente, a qualidade de água diminui com a entrada excessiva de nutrientes e
material em suspensão.
O funcionamento do ecossistema do rio Xingu depende diretamente do ciclo
hidrológico característico da região, principalmente no que diz respeito à biota aquática,
sendo as estações de cheia e enchente as mais importantes para o sistema.
2.2.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A bacia de drenagem à montante do reservatório tem uma área de aproximadamente
450.000 km2. A Figura 2.2.2.1 mostra a distribuição atual de uso e cobertura do solo na
bacia de drenagem da UHE Belo Monte. A análise do uso atual mostra que é uma área de
ocupação complexa, com diferentes tipos de uso e cobertura, embora a cobertura dominante
seja a de floresta, ocorrem áreas em que a cobertura florestal atual apresenta sinais de corte
seletivo e de queimada principalmente no alto curso da bacia no contato entre o bioma
Floresta e o bioma Cerrado. No alto curso também há grande áreas de agricultura enquanto
que no médio curso, nas bordas oeste e leste da bacia ocorrem atividades agropecuárias,
com agricultura e pastagens.
O interfluvio dos Rios Xingu e Araguaia é uma região de ocupação agropecuária
antiga, que em meados de 1970 já sofria intensa remoção da cobertura vegetal natural
caracterizada por floresta e diferentes fácies de cerrado.
A Tabela 2.2.2.1 mostra a distribuição das classes de uso e cobertura do solo na área
na bacia de drenagem do reservatório da UHE Belo Monte. Pode-se observar que a
cobertura original de floresta encontra-se preservada correspondendo a cerca de 80% da
bacia de drenagem. A segunda classe mais importante que se concentra no alto curso das
bacias que drenam para o Xingu tanto em sua margem leste quanto oeste. O elevando grau
de preservação se deve a existência do Parque Indígena do Xingu, criado na década de
1960, situado ao norte do Mato Grosso, e que ocupa uma área de 30 mil km2.
30 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.2.2.1 - Mapa Atual de Uso e Cobertura da Terra da UHE Belo Monte.
Tabela 2.2.2.1- Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Belo Monte.
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA DAS CLASSES (km²)
MAPA ATUAL
Agricultura 16.816,79
Agropecuária 33.984,55
Agua 2.931,00
Banco de areia 9,36
Campinarana 1.217,87
Cerrado 11.741,71
Corredeiras 350,22
Floresta 236.338,02
Floresta secundária 1.205,10
Nuvem 220,01
Urbano 62,34
PRÉ-ENCHIMENTO 31
O cotejo do mapa atual com as classes de uso e cobertura mostra que algumas
classes mapeadas tais como áreas de desbaste seletivo e queimadas (adicionadas à classe
floresta) indicam que é uma área sujeita a grande pressão no sentido da conversão da
cobertura original em agricultura e agropecuária.
2.2.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da equipe da UFJF em Belo Monte de caráter sazonal
ocorreram em junho, outubro de 2012 e janeiro de 2013. A Figura 2.2.3.1 mostra as
estações de amostragem utilizadas.
Figura 2.2.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico no futuro reservatório da UHE Belo Monte.
32 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 85,4% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 73,3 %; eixo 2 = 12,1 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram pH, fósforo total, carbono orgânico
total e clorofila (positivamente) e transparência da água (negativamente). Os resultados da
PCA indicaram que o primeiro componente refletiu maiores concentrações de nutrientes e de
biomassa fitoplanctônica e menor transparência da água associadas às coletas de janeiro de
2013 e o inverso para o conjunto das amostras de junho e setembro de 2012. Assim, o plano
definido pelos dois primeiros componentes descreveu o gradiente da sazonalidade,
separando as amostras de verão das demais épocas (Figura 2.2.3.2).
Figura 2.2.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no futuro reservatório de Belo Monte. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1= junho, S2=outubro de 2012, S3= janeiro de 2013. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
73,3%
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PRÉ-ENCHIMENTO 33
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
De maneira geral, a densidade fitoplanctônica média foi de 4.721 (± 65)
indivíduos/mL. A média máxima entre os pontos foi 6.934 ± 2.479 (RX 25) e mínima foi de
744 (± 293) indivíduos/mL (RX 02; Figura 2.2.3.3). A densidade fitoplanctônica total variou
de 536 indivíduos/mL (RX 02, junho de 2012) a 8.688 indivíduos/mL (RX 25, junho de
2012).
Os maiores valores de biomassa média foram 211 µgC/L ± 67 (RX 19) e os menores,
foram 6,4 µgC/L ± 8,7 (RX 02; Figura 2.2.3.3).
Figura 2.2.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) para todas as estações amostradas no futuro reservatório Belo Monte nas campanhas de junho, outubro de 2012 e janeiro de 2013. Trib = tributários, Corpo princ = corpo principal, Jus=jusante.
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34 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Comunidade Zooplanctônica
O menor valor de densidade média por ponto registrado variou de 0,73 indivíduos L-1
(RX 18) a 56,01 indivíduos L-1 (IGLH). O menor valor médio de biomassa foi observado no
ponto RX 19 (1,62 µgC L-1), enquanto o maior valor, no ponto RX 03 (28,74 µgC L-1) (Figura
2.2.3.4).
Figura 2.2.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µg C L-1) nas estações amostradas no futuro reservatório Belo Monte nas campanhas de junho, outubro de 2012 e janeiro de 2013.
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PRÉ-ENCHIMENTO 35
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média de todas as estações coletadas e
nas campanhas amostradas manteve-se pouco variável, com o valor médio igual 3,2 (± 0,6)
céls 106 mL-1) (Figura 2.2.3.5). Em termos de biomassa total, seguiu o mesmo padrão dos
resultados de densidade, com média geral igual a 55,37 ± 25,64 céls 106 mL-1 (Figura
2.2.3.5).
Figura 2.2.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) nas estações amostradas no futuro reservatório Belo Monte nas campanhas de junho, outubro de 2012 e janeiro de 2013.
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A maior taxa de respiração planctônica foi observada no ponto RX 19 na campanha
de janeiro de 2013 (615,94 mgC m-2 dia-1) (Figura 2.2.3.6), enquanto a menor taxa ocorreu
na estação RX 03, em janeiro de 2013 (78,75 mgC m-2 dia-1).
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária (mgC m-2 dia-1) foram encontradas, em geral,
no mês de junho (Figura 2.2.3.6). A produção primária variou de 0,34 (RX 22, outubro de
2012) a 90,18 mgC m-2 dia-1 (RX 22, junho de 2012).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana média por ponto variou de 8,53 mgC m-2 dia-1 (RX 03, janeiro
de 2013) a 112,28 mgC m-2 dia-1 (RX 18, junho de 2012 (Figura 2.2.3.6).
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36 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.2.3.6 - Respiração planctônica (mg C m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) no futuro reservatório Belo Monte nas campanhas de junho, outubro de 2012 e janeiro de 2013.
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2.2.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo da equipe do IIEGA no rio Xingu e tributários foram
realizadas nas seguintes datas: 1° campanha - 17 a 19 de março de 2012; 2° campanha –
23 a 25 de junho de 2012; 3° campanha – 20 a 22 de outubro de 2012; 4° campanha – 19 a
21 de janeiro de 2013. Em cada uma das campanhas foram amostrados 12 pontos indicados
na Figura 2.2.4.1.
Figura 2.2.4.1 - Imagem de satélite da área do futuro reservatório da UHE Belo Monte, localizada no rio Xingu, estado do Pará, e os pontos amostrados pela equipe da AIIEGA nas 4 campanhas de campo realizadas Pontos em vermelho: utilizados para coleta de amostras de água e de sedimento; em amarelo: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte da imagem: Google Earth.
Na Figura 2.2.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações integradas nos
sedimentos e fluxos difusivos da interface sedimento-água de CH4, CO2 e N2O amostrados
ao longo do futuro reservatório de Belo Monte durante as 4 campanhas de campo. Foram
encontradas concentrações e fluxos difusivos de CO2 superiores quando comparados aos
de CH4, em função das condições lóticas e mais oxigenadas das águas do sistema, que
favorecem os processos microbiológicos oxidativos que resultam na maior produção de CO2
em relação ao CH4. Porém, mesmos mais baixos, as concentrações e os fluxos difusivos de
CH4 foram significativos em alguns pontos, tais como RX22, RX24 e nos igarapés. Padrões
semelhantes foram também observados em relação à concentração e ao fluxo difusivo de
N2O, apesar dos valores terem sido muito inferiores quando comparados aos fluxos difusivos
de CH4 e CO2.
38 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.2.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água em Belo Monte. Valores de N2O em µmol.
2.2.5 Fluxos Difusivos e Ebulitivos em Rio e em Solo e Carga Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Belo Monte ocorreram em
março, julho, setembro e dezembro de 2012. Nestas campanhas, em solo foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras em 14 pontos, sendo 7 em mata ciliar e 7 fora da
mata ciliar (capim, pasto, vegetação rasteira). Na área aquática (rio e igarapés) foram
realizadas amostragens de fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 25 pontos; amostragens
de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 13 pontos e realizadas 3 medidas de vazões e
cargas mássicas de carbono nos principais tributários do reservatório de Belo Monte.
Adicionalmente a vazão do rio Xingú foi obtida em régua instalada a montante do
empreendimento. Foram ainda medidos perfis de parâmetros fisicos e químicos em 13
pontos de rio. A Figura 2.2.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos
e ebulitivos na interface água-ar.
0
20
40
60
80
100
120
RX22 RX03 RX25 RX24 RX18 RX01 RX20 RX19 IDM IGLH RX02 LG01
Corpo central (rio Xingu) Tributários
CH
4 (m
mo
l m-2
)
Concentração integrada de CH4 no sedimento (0 - 4cm)Reservatório de Belo Monte (pré-enchimento)
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
20
40
60
80
100
120
RX22 RX03 RX25 RX24 RX18 RX01 RX20 RX19 IDM IGLH RX02 LG01
Corpo central (rio Xingu) Tributários
CO
2 (m
mo
l m-2
)
Concentração integrada de CO2 no sedimento (0 - 4cm)Reservatório de Belo Monte (pré-enchimento)
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
-20
0
20
40
60
80
100
RX22 RX03 RX25 RX24 RX18 RX01 RX20 RX19 IDM IGLH RX02 LG01
Corpo central (rio Xingu) Tributários
CH
4 (m
mo
l m-2
d-1
)
Fluxo difusivo de CH4 na interface sedimento-águaReservatório de Belo Monte (pré-enchimento)
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
20
40
60
80
100
RX22 RX03 RX25 RX24 RX18 RX01 RX20 RX19 IDM IGLH RX02 LG01
Corpo central (rio Xingu) TributáriosC
O2
(m
mo
l m-2
d-1
)
Fluxo difusivo de CO2 na interface sedimento-águaReservatório de Belo Monte (pré-enchimento)
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
2
4
6
8
10
12
RX22 RX03 RX25 RX24 RX18 RX01 RX20 RX19 IDM IGLH RX02 LG01
Rio Xingu Tributários do Xingu
N2
O (u
mo
l/L
)
Concentração de N2O no sedimento (0 - 1cm)Reservatório de Belo Monte (pré-enchimento)
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
50
100
150
200
250
RX22 RX03 RX25 RX24 RX18 RX01 RX20 RX19 IDM IGLH RX02 LG01
Rio Xingu Tributários do Xingu
Flu
xo
de
N2
O (
um
ol m
-2d
-1)
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Belo Monte (pré-enchimento)
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
PRÉ-ENCHIMENTO 39
Câmaras flutuantes
Funis invertidos
Medida de vazão e carga mássica
Armadilhas de sedimentação
Câmaras de Solo
Figura 2.2.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono, e pontos para as armadilhas de sedimentação em Belo Monte.
40 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A tabela 2.2.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono no rio Xingú
de cada campanha e valor médio em tC/dia. A Figura 2.2.5.2 apresenta para cada fluxo de
GEE os valores representativos obtidos das medições de cada campanha e na ultima linha,
a média dos valores das quatro campanhas.
Tabela 2.2.5.1 - Carga Mássica em Belo Monte
Campanha Carga Mássica
Entrada Saída
1 23366 23287
2 1396 1111
3 494 491
4 6794 9208
Total 32050 34097
Figura 2.2.5.2 - Fluxos em mg.m-2.dia-1 em Belo Monte
1 2 3 4
01
00
02
50
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.2
0.4
campanhasm
g/m
2.d
ia
RIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4
0.0
0.0
04
0.0
10
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
0.0
0.1
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO EBULITIVO CH4
BELO MONTE
1 2 3 4
04
00
08
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR CO2
1 2 3 4
05
10
15
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR CH4
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
1.2
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR N2O
1 2 3 4
01
00
00
25
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO CO2
1 2 3 4
05
10
15
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO CH4
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
1.2
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO N2O
PRÉ-ENCHIMENTO 41
2.2.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A área a ser inundada pelo aproveitamento foi compartimentada em três setores: rio
(359,21 km2), mata ciliar (228 km2) e pasto (39,73 km2). Considerou-se as médias dos fluxos
representativos das campanhas para: (i) fluxos dos três gases do setor rio, e (ii) fluxos de
CH4 e N2O da mata ciliar e do pasto.
O fluxo de CO2 do pasto não foi considerado, seguindo as diretrizes do IPCC (IPCC,
2006) que sugerem considerar as emissões líquidas de CO2 em pastos nulas, uma vez que
o CO2 capturado por fotossíntese retorna para a atmosfera por respiração.
Para os fluxos de CO2 de mata ciliar foram considerados os três cenários de floresta
tropical descritos acima.
A tabela 2.2.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
para a área do aproveitamento de Belo Monte em t/dia. A última linha fornece valores
agregados em toneladas equivalente de CO2 onde se somam as emissões de cada gás
multiplicadas por pelo seu potencial de aquecimento global (25 para o CH4, 1 para o CO2 e
298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de 100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 2.2.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Belo Monte.
Variável Unidade Rio Solo
TOTAL
Difusão Ebulição Subtotal Mata Ciliar Pasto Subtotal
Área km2 359,21 359,21 359,21 228,00 39,73 267,73 626,94
Emissões ou Remoções de CO2
tCO2/dia
-203,83 * - -203,83 356,70 *
560,53 0,002 560,53 0,00 ** - 0,00 560,53 **
297,77 *** - 297,77 858,30 ***
Emissões e Remoções de CH4
tCH4/dia 1,65 0,02 1,67 2,59 0,40 2,98 4,66
tCO2e/dia 41,32 0,51 41,83 64,69 9,90 74,59 116,42
Emissões e Remoções de
N2O
tN2O/dia 0,13 0,00 0,13 0,14 0,03 0,17 0,30
tCO2e/dia 38,59 0,00 38,59 40,98 9,26 50,24 88,83
Balanço de Emissões e Remoções
-98,17 19,16 -79,00 561,94 *
tCO2e/dia 640,44 0,51 640,95 105,66 19,16 124,83 765,78 **
403,43 19,16 422,60 1.063,54 ***
*Cenário floresta remoção; **Cenário floresta neutra ***Cenário floresta emissão; - considerado nulo
2.3 Santo Antônio
2.3.1 Caracterização do aproveitamento
A Usina Hidroelétrica de Santo Antônio encontra-se instalada no rio Madeira, distante
7 km de Porto Velho, estado de Rondônia nas coordenadas geográficas 08 48’04,0" S e 63
56’59,8" W. A UHE Santo Antônio terá uma área de 350 km², e uma área de drenagem de
42 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
988.873 km². O rio Madeira tem vazão que varia de 4 mil m³ por segundo na época de seca
e 45 mil m³ por segundo na cheia. As áreas inundadas serão praticamente as mesmas que
ocorrem durante as cheias anuais do rio Madeira. A potência instalada será de 3.150 MW
com 44 turbinas de tipo bulbo.
As águas do rio Madeira são invariavelmente turvas, pois transportam uma enorme
quantidade de sedimentos — silte, argila e areia em suspensão em suas águas o ano todo,
depositando-se em suas várzeas.
Na região as temperaturas médias são próximas a 25ºC, mas pode atingir os 35ºC em
alguns dias entre setembro e novembro, período tipicamente chuvoso. No inverno podem
ser registrados valores inferiores a 9ºC entre junho e julho, período com menor precipitação.
A umidade do ar é alta, variando entre 81%, em julho, e 89%, em dezembro. O clima quente
e úmido, a qualidade dos solos e outras condições geográficas proporcionam a toda a
Região Amazônica uma cobertura vegetal notoriamente densa, abundante e diversificada.
Na região de Santo Antônio, especialmente às margens do rio Madeira, se observam
formações florestais conhecidas localmente como florestas de terra firme que se
caracterizam pela presença de árvores espaçadas, formando um dossel aberto, com altura
média de 40m, de onde emergem árvores maiores, dentre as quais a castanha-do-pará, o
tauari, a muiracatiara e o angelim, com até 55m de altura. Em meio a essas formações
florestais, se encontram agrupamentos de palmeiras, em especial de babaçu, inajá e
tucumã, formando mosaicos.
O ciclo bastante marcado por cheias e secas característico da região influencia a
composição físico-química e biológica das águas do Madeira pela fonte diferenciada da água
e pelo volume que causa o alagamento das várzeas incorporando enorme volume de
material alóctone no rio.
O clima equatorial tropical da bacia Amazônica e a baixa altitude na região estudada
influenciam a estrutura térmica das águas. A temperatura das águas é, durante todo o ano,
bastante homogênea, não havendo uma variação sazonal marcada nem estratificação
vertical na coluna d’água.
2.3.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A distribuição da cobertura e uso da terra na parte brasileira da bacia do
aproveitamento de Santo Antonio pode ser observada na Figura 2.3.2.1.
PRÉ-ENCHIMENTO 43
Figura 2.3.2.1 - Mapa atual uso e cobertura na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Santo Antônio
A análise da Figura 2.3.2.1 mostra que a parte brasileira da bacia de drenagem do
reservatório já se encontra bastante alterada com extensas áreas ocupadas por atividade
agropecuária e por floresta secundária. A Tabela 2.3.2.1 mostra a área de cada uma das
classes mapeadas. Pode-se verificar que a área ocupada por floresta corresponde a cerca
de 60 % da bacia de drenagem, enquanto as áreas de floresta secundária (ou pastos em
pousio) representam juntas cerca de 30% dela.
44 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 2.3.2.1 - Uso e cobertura da terra na parte brasileira da bacia de drenagem do reservatório da UHE Santo Antônio.
TIPO DE USO E COBERTURA DA TERRA AREA OCUPADA PELAS CLASSES (km²)
MAPA ATUAL
Agropecuária 2.934,91
Água 219,83
Banco de areia 30,31
Cerrado 561,26
Floresta 10.431,88
Floresta secundária 2.363,48
Urbano 87,74
2.3.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo feitas pela equipe da UFJF em Santo Antonio de caráter
sazonal ocorreram em maio, agosto e dezembro de 2011 e fevereiro de 2012. A Figura
2.3.3.1 mostra as estações de amostragem utilizadas.
Figura 2.3.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico no futuro reservatório da UHE Santo Antonio.
PRÉ-ENCHIMENTO 45
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 70,3% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 57,6 %; eixo 2 = 12,7 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram transparência da água
(positivamente) e pH, fósforo total, carbono inorgânico dissolvido e condutividade
(negativamente). Já para o eixo 2 destacaram-se nitrogênio total (positivamente) e oxigênio
dissolvido e temperatura da água (negativamente). Os resultados da PCA indicaram que o
primeiro componente refletiu uma maior transparência da água (disco de Secchi), associada
a amostras, sobretudo dos tributários (dados não mostrados) de todos os períodos, e
maiores concentrações de fósforo total, condutividade e pH associados a amostras da calha
principal do rio Madeira. Já o segundo componente ordenou as amostras de agosto e
dezembro associadas a maiores concentrações de oxigênio dissolvido e clorofila-a, e a
amostras de maio e fevereiro associadas a maiores concentrações de nitrogênio total. Dessa
forma, o plano definido pelos dois primeiros componentes descreveu tanto o gradiente
espacial como temporal (Figura 2.2.3.2).
Figura 2.2.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no futuro reservatório de Santo Antonio. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1= maio, S2=agosto, S3= dezembro de 2011 e S4-fevereiro de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
57,6%
12,7
%
S1
S2
S3
S4
57,6%
12,7
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
46 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
De maneira geral, a densidade fitoplanctônica média foi de 1601 (± 1653) indivíduos
mL-1. A média máxima entre os pontos foi 3787 ± 3369 (TEO) e a mínima de 759 (± 424)
indivíduos mL-1 (MON 05; Figura 2.3.3.3). A densidade fitoplanctônica total variou de 179
indivíduos mL-1 (MON 05, fevereiro de 2012) a 8152 indivíduos mL-1 (JAC 02, agosto de
2011).
O maior valor de biomassa média foi de 101,60 µgC L-1 ± 89,95 (TEO) e o menor, de
0,81 µgC L-1 ± 0,66 (MON 01; Figura 2.3.3.3).
Figura 2.3.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) para todas as estações amostradas na futura UHE Santo Antonio para as campanhas de maio, agosto, dezembro de 2011 e fevereiro de 2012.
Comunidade Zooplanctônica
A máxima densidade zooplanctônica média entre os períodos foi de 158,71 (± 82,17)
indivíduos L-1 e mínima de 0,11 indivíduos L-1. Durante o monitoramento, a densidade
zooplanctônica total variou significativamente, com máxima de 226,00 ind L-1 (JAT I, junho) e
valor mínimo de 0 indivíduos L-1 (MON 05 e MON 01, maio de 2011; MON 05 e MON, 02
dezembro de 2011) (Figura 2.3.3.4).
Em termos de biomassa total, os maiores valores foram 169,29 µgC L-1 (JAT I, maio
de 2011) e os menores < 0,002 µgC L-1 (MON 05 e MON 01 em maio de 2011; MON 05 e
MON 02 em dezembro de 2011; Figura 2.3.3.4).
0
50
100
150
200
250
CAR
CRC
JAC 0
1
JAC 0
2
JAT I
TEO
MO
N 0
2
MO
N 0
3
MO
N 0
4
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
JUS 0
2
JUS 0
3
Bio
massa f
ito
pla
nctô
nic
a
(mg
C L
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
2000
4000
6000
8000
10000
CAR
CRC
JAC 0
1
JAC 0
2
JAT I
TEO
MO
N 0
2
MO
N 0
3
MO
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4
MO
N 0
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MO
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1
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1
JUS 0
2
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ito
pla
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nic
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L-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
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MO
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1
JUS 0
2
JUS 0
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Bio
massa f
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pla
nctô
nic
a
(mg
C L
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
2000
4000
6000
8000
10000
CAR
CRC
JAC 0
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2
JAT I
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MO
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2
MO
N 0
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MO
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MO
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MO
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JUS 0
1
JUS 0
2
JUS 0
3
Den
sid
ad
e f
ito
pla
nctô
nic
a
(in
d m
L-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
PRÉ-ENCHIMENTO 47
Figura 2.3.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) nas estações amostradas na futura UHE Santo Antonio para as campanhas de maio, agosto, dezembro de 2011 e fevereiro de 2012.
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média mínima foi de 0,40 (± 0,39) céls 106
mL-1 (MON 05) e a máxima de 1,46 (± 1,76) céls 106 mL-1 (JAT I). A densidade bacteriana
total variou de 0,05 céls 106 mL-1 (JUS 01, maio de 2011) a 4,06 céls 106 mL-1 (JAT I,
fevereiro de 2012; Figura 2.3.3.5).
Em termos de biomassa total, a menor contribuição foi de 8,07 ± 7,77 (MON 05) e a
maior de 29,25 ± 35,29 µgC L-1 (JAT I). O maior valor de biomassa foi 81,19 µgC L-1 (JAT I,
fevereiro de 2012) e o menor 1,04 µgC L-1 (JUS 01, maio de 2011; Figura 2.3.3.5).
Figura 2.3.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) nas estações amostradas na futura UHE Santo Antonio para as campanhas de maio, agosto, dezembro de 2011 e fevereiro de 2012.
0
50
100
150
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MO
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N 0
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massa z
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pla
nctô
nic
a
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C L
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Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
0
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CAR
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MO
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(in
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Maio Agosto Dezembro Fevereiro
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120
140
160
180
CAR
CRC
JAC 0
1
JAC 0
2
JAT
I
TEO
MO
N 0
2
MO
N 0
3
MO
N 0
4
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
JUS 0
2
JUS 0
3
Bio
massa z
oo
pla
nctô
nic
a
(mg
C L
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
0
1
2
3
4
5
JAT I
MO
N 0
3
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
De
ns
ida
de
ba
cte
ria
na
(cé
ls 1
06
mL
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
20
40
60
80
100
JAT
I
MO
N 0
3
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
1
2
3
4
5
JAT I
MO
N 0
3
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
De
ns
ida
de
ba
cte
ria
na
(cé
ls 1
06
mL
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
1
2
3
4
5
JAT I
MO
N 0
3
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
De
ns
ida
de
ba
cte
ria
na
(cé
ls 1
06
mL
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
20
40
60
80
100
JAT
I
MO
N 0
3
MO
N 0
5
MO
N 0
1
JUS 0
1
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
48 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A atividade autotrófica e heterotrófica desempenha papel importante na emissão e
dinâmica de CO2 em reservatórios. A produtividade primária e a respiração das
comunidades são descritores sintéticos do metabolismo dos ecossistemas e o balanço entre
eles apontam para a interpretação da heterotrofia de um ecossistema aquático determinada
pela relação Produção/Respiração e indicam a dependência do ambiente externo.
A estação JUS 01 apresentou a menor taxa de respiração planctônica (302 mgC m-2
dia-1), em agosto de 2011, enquanto a maior ocorreu na estação JAT I, em fevereiro de 2012
(7532 mgC m-2 dia-1).
Produção Primária
As menores taxas de produção primária (mgC m-2 dia-1) foram encontradas, em geral,
no mês de dezembro em todas as estações amostradas, exceto JAT I, onde a menor
produtividade primária foi observada em maio de 2011 (Figura 2.3.3.6). A produção primária
variou de 0,01 (JAT I no mês de maio de 2011) a 67,64 mgC m-2 dia-1 (JAT I em fevereiro
de 2012).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana variou de 1,6 mgC m-2 dia-1 (MON 03, maio de 2011) a 297
mgC m-2 dia-1 (MON 03, agosto de 2011). Considerando todas as estações e campanha a
média da produção bacteriana foi 38,48 mgC m-2 dia-1 (Figura 2.3.3.6)
PRÉ-ENCHIMENTO 49
Figura 2.3.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mg C m-2 dia-1) nas estações amostradas na futura UHE Santo Antonio para as campanhas de maio, agosto, dezembro de 2011 e fevereiro de 2012.
2.3.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
A equipe da IIEGA realizou as campanhas de campo no rio Madeira e tributários nas
seguintes datas: 1° campanha - 17 a 19 de maio de 2011; 2° campanha – 23 a 25 de agosto
de 2011; 3° campanha – 22 a 24 de novembro de 2011; 4° campanha – 28 de fevereiro a 1°
de março de 2012. Em cada uma das campanhas foram amostrados 12 pontos indicados na
Figura 2.3.4.1.
0
3000
6000
9000
12000
JAT I
MO
N 03
MO
N 05
MO
N 01
JUS 01
Res
pir
ação
pla
nct
ôn
ica
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
0
3
6
9
12
JAT I
MO
N 03
MO
N 05
MO
N 01
JUS 0
1
Pro
du
çã
o p
rim
ári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
67,6
0
100
200
300
400
JAT I
MO
N 03
MO
N 05
MO
N 01
JUS 0
1
Pro
du
ção
bacte
rian
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
0
3000
6000
9000
12000
JAT I
MO
N 03
MO
N 05
MO
N 01
JUS 01
Res
pir
ação
pla
nct
ôn
ica
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
0
3
6
9
12
JAT I
MO
N 03
MO
N 05
MO
N 01
JUS 0
1
Pro
du
çã
o p
rim
ári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
67,6
0
100
200
300
400
JAT I
MO
N 03
MO
N 05
MO
N 01
JUS 0
1
Pro
du
ção
bacte
rian
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Dezembro Fevereiro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
50 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.3.4.1 - Imagem de satélite da área do futuro reservatório da UHE Batalha, localizada entre os estados de Minas Gerais e Goiás, e os pontos de amostragem de água e de sedimento utilizados nas 4 campanhas de campo. Fonte da imagem: Google Earth.
Na Figura 2.3.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do futuro reservatório de Santo
Antônio. Foram encontradas concentrações e fluxos difusivos de CO2 muito superiores
quando comparados aos de CH4 , muito em função das condições lóticas e mais oxigenadas
das águas do sistema, que favorecem os processos microbiológicos oxidativos que resultam
na produção de CO2. Apesar de baixas, as concentrações mais elevadas de CH4 foram
observadas, em geral, nos tributários, principalmente nos pontos CRC, JAC01 e CAR,
relacionadas possivelmente às características sedimentares próprias nesses locais, bem
como às concentrações mais reduzidas de oxigênio dissolvido na água e no sedimento
promovido pelo represamento desses rios pelo rio Madeira em períodos de maior cota.
PRÉ-ENCHIMENTO 51
Figura 2.3.4.2 - Concentrações integradas nos sedimentos e fluxos difusivos de CH4 e CO2 N2O através da interface sedimento-água amostrados em Santo Antônio durante as 4 campanhas de campo. Valores de N2O em µmol.
0
50
100
150
200
250
JU
S02
JU
S01
MO
N01
MO
N02
MO
N03
MO
N04
MO
N05
JA
T01
TE
O
CR
C
JA
C01
CA
R
Rio Madeira Tributários
Co
nc. i
nte
gr. C
H4
(mm
ol m
-2)
Pontos
Conc. integrada de CH4 nos sedimentos (0 - 4 cm)Reservatório de Santo Antônio
Mai/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
0
50
100
150
200
250
JU
S02
JU
S01
MO
N01
MO
N02
MO
N03
MO
N04
MO
N05
JA
T01
TE
O
CR
C
JA
C01
CA
R
Rio Madeira Tributários
Co
nc. i
nte
gr. C
O2
(mm
ol m
-2)
Pontos
Conc. integrada de CO2 nos sedimentos (0 - 4 cm) Reservatório de Santo Antônio
Mai/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
0
20
40
60
80
100
JU
S02
JU
S01
MO
N01
MO
N02
MO
N03
MO
N04
MO
N05
JA
T01
TE
O
CR
C
JA
C01
CA
R
Rio Madeira Tributários
Flu
xo
dif
. CH
4(m
mo
l/m
-2d
-1)
Pontos
Fluxo difusivo de CH4 na interface sedimento-águaReservatório de Santo Antônio
Mai/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
0
20
40
60
80
100
JU
S02
JU
S01
MO
N01
MO
N02
MO
N03
MO
N04
MO
N05
JA
T01
TE
O
CR
C
JA
C01
CA
R
Rio Madeira Tributários
Flu
xo
dif
. CO
2(m
mo
l m-2
d-1
)
Pontos
Fluxo difusivo de CO2 na interface sedimento-águaReservatório de Santo Antônio
Mai/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
-10
0
10
20
30
40
50
JU
S02
JU
S01
MO
N01
MO
N02
MO
N03
MO
N04
MO
N05
JA
T01
TE
O
CR
C
JA
C01
CA
R
Rio Madeira Tributários
N2
O (u
mo
l m-2
d-1
)
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Santo Antônio (pré-enchimento)
Mai/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
Jusante Montante
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
JU
S02
JU
S01
MO
N01
MO
N02
MO
N03
MO
N04
MO
N05
JA
T01
TE
O
CR
C
JA
C01
CA
R
Rio Madeira Tributários
N2
O (u
mo
l m-2
)
Conc. de N2O no sedimento superficial (0 - 1 cm)Reservatório de Santo Antônio (pré-enchimento)
Mai/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
Jusante Montante
52 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
2.3.5 Fluxos Difusivos e Ebulitivos em rio e em solo e Carga Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Santo Antonio ocorreram em
maio, setembro e dezembro de 2011 e março de 2012. Nestas campanhas, em solo foram
realizadas amostragens de fluxo difusivo por câmaras em 18 pontos, sendo 11 em mata
ciliar e 2 em Pasto e 5 em área desmatada. Em rio foram realizadas amostragens de fluxo
difusivo por câmaras flutuantes em 33 pontos; amostragens de fluxo ebulitivo por funis
invertidos em 16 pontos e realizadas 2 medidas de vazões e carga mássica de carbono,
uma no rio Madeira e outra no rio Jaci-Paranã. Foram ainda instaladas armadilhas de
sedimentação em 16 pontos de rio. A Figura 2.3.5.1 traz a localização dos pontos de
medição de fluxos difusivos e ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de
vazão e coleta de água para medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
PRÉ-ENCHIMENTO 53
Câmaras flutuantes
Funis invertidos
Medida de vazão e carga mássica Armadilhas de sedimentação
Câmaras de solo
Figura 2.3.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono, pontos para as armadilhas de sedimentação, e pontos de amostragem de fluxo difusivo câmara de solo em Santo Antônio.
54 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A tabela 2.3.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono no rio Madeira de
cada campanha e valor médio em t C/dia. Basicamente a carga de entrada de carbono ou
outras espécies químicas deve-se manter em um mesmo patamar, em distâncias curtas de
trecho de rios. Logo, não consideramos medir entrada e saída de carbono neste trecho de
rio; A figura 2.3.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha e na última linha, a média dos valores das quatro
campanhas1.
Tabela 2.3.5.1 - Carga Mássica em Santo Antonio
Campanha Carga Mássica
Entrada Saída
1 2620 n.c.
2 3614 n.c.
3 4544 n.c.
4 79450 n.c.
Total 90227 n.c.
Figura 2.3.5.2 - Fluxos em mg.m-2.dia-1 em Santo Antonio.
1 As medições de fluxo de solo da segunda campanha foram desprezadas por quebra de equipamento.
1 2 3 4
05
00
01
50
00
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
8
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO CH4
2 3 4
0.0
1.0
2.0
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
01
23
45
6
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO EBULITIVO CH4
SANTO ANTONIO
1 3 4
01
00
00
25
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR CO2
1 3 4
02
46
81
2
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR CH4
1 3 4
01
23
4
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR N2O
1 3 4
02
00
00
40
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO CO2
1 3 4
02
46
81
2
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO CH4
1 3 4
-10
12
34
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO N2O
PRÉ-ENCHIMENTO 55
2.3.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A área a ser inundada pelo aproveitamento foi compartimentada em quatro setores:
rio (142 km2), mata ciliar (61,37 km2), área desmatada (2,71 km2) e pasto (31,8 km2).
Consideraram-se as médias dos fluxos representativos das campanhas para: (i) fluxos dos
três gases do setor rio, (ii) fluxo de CO2 da área desmatada, e (iii) fluxos de CH4 e N2O da
mata ciliar, da área desmatada e do pasto.
O fluxo de CO2 do pasto não foi considerado, seguindo as diretrizes do IPCC (IPCC,
2006) que sugerem considerar as emissões líquidas de CO2 em pastos nulas, uma vez que
o CO2 capturado por fotossíntese retorna para a atmosfera por respiração.
Para os fluxos de CO2 de mata ciliar foram considerados os três cenários de floresta
tropical descritos acima.
A tabela 2.3.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
para a área do aproveitamento de Santo Antonio em t/dia. A última linha fornece valores
agregados em toneladas equivalente de CO2 onde se somam as emissões de cada gás
multiplicadas por pelo seu potencial de aquecimento global (25 para o CH4, 1 para o CO2 e
298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de 100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 2.3.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Santo Antônio
Variável Unidade Rio Solo
TOTAL
Difusivo Ebulitivo Subtotal Mata Ciliar Pasto Subtotal
Área km2 142,04 142,04 142,04 64,08 28,47 92,55 234,59
Emissões ou Remoções de
CO2 tCO2/dia
-57,29 * - -57,29 1.225,41 *
1.282,66 0,04 1.282,70 0,00 ** - 0,00 1.282,70 **
83,69 *** - 83,69 1.366,39 ***
Emissões e Remoções de
CH4
tCH4/dia 0,85 0,42 1,27 0,33 0,16 0,48 1,76
tCO2e/dia 21,37 10,47 31,84 8,14 3,95 12,10 43,94
Emissões e Remoções de
N2O
tN2O/dia 0,17 0,00 0,17 0,13 0,05 0,18 0,34
tCO2e/dia 49,20 0,00 49,20 37,75 15,53 53,27 102,47
Balanço de Emissões e Remoções
-11,40 19,48 8,08 1.371,83 *
tCO2e/dia 1.353,23 10,51 1.363,75 45,89 19,48 65,37 1.429,12 **
129,58 19,48 149,06 1.512,80 ***
*Cenário floresta remoção; **Cenário floresta neutra; ***Cenário floresta emissão; - considerado nulo
56 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
2.4 Batalha
2.4.1 Caracterização do aproveitamento
A Usina Hidrelétrica Batalha, ainda em construção, está localizada no rio São Marcos,
um dos principais afluentes da margem direita do Rio Paranaíba, e divide os estados de
Minas Gerais e Goiás, no limite entre os municípios de Paracatu e Cristalina,
respectivamente. Esta usina terá a capacidade de gerar 52,5 MW.
A bacia hidrográfica do Rio São Marcos está localizada na região central do Brasil. O
tipo de vegetação predominante nesta bacia enquadra-se nos domínios do cerrado.
O clima presente na região de estudo enquadra-se no tipo Aw, que de acordo com a
classificação climática de Köppen, apresenta dois períodos distintos: um chuvoso (outubro a
março) e outro seco (abril a setembro). Pela classificação dos macroclimas do Brasil
proposta por Köppen, a bacia do Rio São Marcos está localizada em uma região de clima
subquente, de variedade Aw (onde A representa um clima quente e úmido – w chuvas de
verão). Com médias térmicas variando de 19°C a 28°C e precipitações anuais médias de
1500 mm.
Estudos realizados durante a implantação do empreendimento indicam que o rio São
Marcos e seus principais tributários apresentam uma boa qualidade da água, com baixa
concentração de nutrientes e íons dissolvidos e altas concentrações de oxigênio dissolvido.
2.4.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A Hidrelétrica de Batalha começou a operar no início de 2013 e seu reservatório
inundou 138 km2 de sua bacia de drenagem. A área alagada pelo reservatório, portanto,
representa cerca de 2% da área total da bacia de drenagem. A Figura 2.4.2.1 mostra o mapa
de uso e cobertura da terra da bacia referente ao ano de 2010. Trata-se de uma região já
bastante antropizada, em que ocorrem apenas pequenas manchas da cobertura vegetal
original, o Cerrado, tendo sido também totalmente removida suas matas ciliares.
PRÉ-ENCHIMENTO 57
Figura 2.4.2.1 - Mapa atual de uso e cobertura da terra da bacia de drenagem (captação) da UHE Batalha.
Tabela 2.4.2.1 - Área ocupada pelas classes de uso e cobertura da terra da bacia de drenagem da UHE Batalha.
CLASSES DE USO E COBERTURA DA
TERRA
ÁREA DAS CLASSES
(km²)
MAPA ATUAL
Agricultura 3.118,02
Agropecuária 1.629,88
Água 48,07
Cerrado 1.860,97
Urbano 16,40
A análise dos dados contidos na Tabela 2.4.2.1 mostra que na bacia existe menos de
30 % da cobertura vegetal original, o Cerrado, sendo que quase metade de sua área é
dedicada à agricultura comercial (Agrobusiness).
58 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
2.4.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da equipe da UFJF em Batalha de caráter sazonal
ocorreram em março, junho, outubro e dezembro de 2011. A Figura 2.4.3.1 mostra as
estações de amostragem utilizadas.
Figura 2.4.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico no futuro reservatório da UHE Batalha.
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 60,1% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 35,9 %; eixo 2 = 24,9 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram condutividade (positivamente) e
fósforo e nitrogênio totais (negativamente). Já para o eixo 2, as variáveis mais significativas
foram condutividade, disco de Secchi e clorofila-a. Os resultados da PCA indicaram que o
primeiro componente refletiu um gradiente de menor condutividade e maiores concentrações
de fósforo total em março e o comportamento inverso em outubro e dezembro. O segundo
componente separou o mês de junho com maior transparência da água e nitrogênio total e
menores temperaturas e condutividade. Assim, o plano definido pelos dois primeiros
componentes descreveu um gradiente da sazonalidade aproximado (Figura 2.4.3.2).
16°53' S
17°26' S
47°32' W 47°04' W
PRÉ-ENCHIMENTO 59
Figura 2.4.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no futuro reservatório de Batalha. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1= março, S2=junho, S3=outubro, S4 = dezembro de 2011. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi, OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
De maneira geral, a densidade fitoplanctônica média máxima foi de 2.498 (± 3.677)
indivíduos mL-1 (SMC 30) e a média mínima de 44 (± 18) indivíduos mL-1 (TEX 20; Figura
2.4.3.2). A densidade fitoplanctônica total variou de 6.742 indivíduos mL-1 (SMC 30, outubro)
a 31 indivíduos mL-1 (TEX 20, junho).
Em termos de biomassa total, o grupo das algas verdes foi que teve maior
contribuição. O maior valor de biomassa média foi 186,3 µgC L-1 ± 314,6 (SMC 40) e o
menor de 0,2 µgC L-1 ± 0,2 (JAB 20; Figura 2.4.3.3).
35,9%
24,9
%
S1
S2
S3
S4
35,9%
24,9
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
60 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.4.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) para todas as estações amostradas na futura UHE Batalha nas campanhas realizadas nos meses de março, junho, outubro e dezembro de 2011.
Comunidade Zooplanctônica
A densidade zooplanctônica média máxima entre os períodos foi de 0,05 (± 0,09)
indivíduos L-1 e mínima de 0,003 (± 0,01) indivíduos L-1. Durante o monitoramento, a
densidade zooplanctônica total variou significativamente, com valor máximo de 0,18 ind L-1
(SMC 40, junho) e mínimo inferior a 0,1 indivíduos L-1 na maioria das estações (Figura
2.4.3.4).
Em termos de biomassa total, os maiores valores foram 0,12 µgC L-1 (SMC 30,
março) e os menores < 0,002 µgC L-1 (todas as estações em outubro e dezembro; Figura
2.4.3.4).
Figura 2.4.3.4 - (a) Densidade zooplanctônica (ind L-1) e (b) Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) nas estações amostradas na futura UHE Batalha nas campanhas realizadas nos meses de março, junho, outubro e dezembro de 2011.
0
2000
4000
6000
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CTL 20
FIR
20
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TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100
Den
sid
ad
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ito
pla
nctô
nic
a
(in
d m
L-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
0
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50
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FIR
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JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100B
iom
ass
a f
ito
pla
nctô
nic
a
(m
g C
L-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
550Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
0
2000
4000
6000
8000
CTL 20
FIR
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JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100
Den
sid
ad
e f
ito
pla
nctô
nic
a
(in
d m
L-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
0
10
20
30
40
50
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FIR
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JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100B
iom
ass
a f
ito
pla
nctô
nic
a
(m
g C
L-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
550Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
CTL 20
FIR
20
JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100
Den
sid
ad
e z
oo
pla
nctô
nic
a
(in
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L-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
CTL 20
FIR
20
JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100
Bio
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pla
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nic
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( mg
C L
-1)
Março Junho Outubro Dezembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
CTL 20
FIR
20
JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100
Den
sid
ad
e z
oo
pla
nctô
nic
a
(in
d m
L-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
CTL 20
FIR
20
JAB 20
TEX 20
SMC 020
SMC 030
SMC 040
SMC 070
SMC 080
SMC 090
BAT 10
EUG 10
SMC 100
Bio
massa z
oo
pla
nctô
nic
a
( mg
C L
-1)
Março Junho Outubro Dezembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
PRÉ-ENCHIMENTO 61
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média máxima foi de 1,2 (± 0,7) céls 106
mL-1 (SMC 40) e a mínima de 0,7 (± 0,7) céls 106 mL-1 (SMC 90). A densidade
fitoplanctônica total variou de 2,05 céls 106 mL-1 (SMC 40, março) a 0,3 céls 106 mL-1 (SMC
100, outubro; Figura 2.4.3.5).
Em termos de biomassa total, a maior contribuição foi de 23,4 ± 14,1(SMC 40) e a
menor de 14,1 ± 14,2 (SMC 90). Os maiores valores de biomassa média foram 41 µgC L-1 ±
314,6 (SMC 40, dezembro) e os menores 2,6 µgC L-1(SMC 90, outubro; Figura 2.4.3.5).
Figura 2.4.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) nas estações amostradas na futura UHE Batalha nas campanhas realizadas nos meses de março, junho, outubro e dezembro de 2011.
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A estação SMC 030 apresentou a menor taxa de respiração planctônica (5, 20 mgC
m-3 dia-1), valor este que foi encontrado em outubro, enquanto a maior taxa ocorreu na
estação SMC 100, no mesmo mês (974.56 mgC m-3 dia-1). A menor taxa da respiração
bacteriana foi encontrada na estação SMC 100 no mês de dezembro (7,82 mgC m-3 dia-1,
Figura 2.4.3.6). As taxas de respiração, tanto planctônica quanto bacteriana, em média
foram menores nas estações mais próximas da barragem da UHE Batalha (SMC 040 e SMC
090). Os altos valores destas taxas com relação à produção primária mostram uma
dependência do ambiente terrestre, característico de ambientes lóticos que tendem a ter
uma grande entrada de matéria orgânica proveniente da bacia.
0
1
2
3
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
C 0
40
SM
C 0
90
SM
C 1
00
Den
sid
ad
e b
acte
rian
a
(céls
10
6
mL
-1)
Março Junho Outubro Dezembro
0
10
20
30
40
50
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
C 0
40
SM
C 0
90
SM
C 1
00
Bio
ma
ssa
ba
cte
ria
na
( mg
C L
-1)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ JusCorpo princ Jus
0
1
2
3
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
C 0
40
SM
C 0
90
SM
C 1
00
Den
sid
ad
e b
acte
rian
a
(céls
10
6
mL
-1)
Março Junho Outubro Dezembro
0
10
20
30
40
50
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
C 0
40
SM
C 0
90
SM
C 1
00
Bio
ma
ssa
ba
cte
ria
na
( mg
C L
-1)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ JusCorpo princ JusCorpo princ Jus
62 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária (mgC m-3 dia-1) foram encontradas, em geral,
no mês de outubro em todas as estações amostradas (Figura 2.4.3.6). A produção primária
variou de 0,06 (SMC 040, junho) a 11,41 mgC m-3 dia-1 (SMC 090, junho/ 2011). A variação
desta taxa acompanhou a variação sazonal, sendo os menores valores encontrados no mês
mais frio (junho).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana variou de 0,38 mgC m-3 dia-1 (SMC 030, dezembro/2011) a
40,38 mgC m-3 dia-1 (SMC 030, outubro). Considerando todas as estações e campanhas a
média da produção bacteriana foi 11,64 mgC m-3 dia-1 (Figura 2.4.3.6). Todas as estações
da UHE Batalha em média apresentaram valores semelhantes desta taxa, indicando a
homogeneidade deste sistema.
Figura 2.4.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mg C m-2 dia-1) nas estações amostradas na futura UHE Batalha nas campanhas realizadas nos meses de março, junho, outubro e dezembro de 2011.
0
1
2
3
4
5
SMC 0
20
SMC 0
30
SMC 0
40
SMC 0
90
SMC 1
00
Pro
du
ção
pri
mári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
0
400
800
1200
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SMC 0
20
SMC 0
30
SMC 0
40
SMC 0
90
SMC 1
00
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ção
pla
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-3 d
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)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ JusCorpo princ Jus
0
10
20
30
40
50
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70
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
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40
SM
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SM
C 1
00
Pro
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ção
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rian
a
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C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ Jus
0
1
2
3
4
5
SMC 0
20
SMC 0
30
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SMC 0
90
SMC 1
00
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ção
pri
mári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
0
400
800
1200
1600
SMC 0
20
SMC 0
30
SMC 0
40
SMC 0
90
SMC 1
00
Re
sp
ira
ção
pla
nc
tôn
ica
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ JusCorpo princ Jus
0
10
20
30
40
50
60
70
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
C 0
40
SM
C 0
90
SM
C 1
00
Pro
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ção
bacte
rian
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ Jus
0
10
20
30
40
50
60
70
SM
C 0
20
SM
C 0
30
SM
C 0
40
SM
C 0
90
SM
C 1
00
Pro
du
ção
bacte
rian
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Outubro Dezembro
Corpo princ Jus
PRÉ-ENCHIMENTO 63
2.4.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo do IIEGA no rio São Marcos e tributários foram realizadas
nas seguintes datas: 1° campanha - 29 a 31 de março; 2° campanha – 31 de maio a 2 de
junho; 3° campanha - 13 a 15 de setembro; 4° campanha - 27 a 29 de dezembro de 2011.
Em cada uma das campanhas foram amostrados 12 pontos indicados na Figura 2.4.4.1.
Figura 2.4.4.1 - Imagem de satélite da área do futuro reservatório da UHE Batalha, localizada entre os estados de Minas Gerais e Goiás, e os pontos de amostragem de água e de sedimento utilizados nas 4 campanhas de campo. Fonte da imagem: Google Earth.
Na Figura 2.4.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do futuro reservatório de Batalha
durante as 4 campanhas de campo e os fluxos difusivos desses gases através da interface
sedimento-água, respectivamente. Verifica-se que tanto as concentrações como os fluxos
difusivos de CO2 nos pontos amostrados foram muito superiores às concentrações de CH4
em todas as campanhas, padrões esses relacionados às condições óxicas do sistema, por
se tratar da fase de pré-enchimento, as quais favorecem os processos oxidativos que
resultam na produção de CO2.
64 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.4.4.2 - Concentrações integradas nos sedimentos e fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O através da interface sedimento-água amostrados em Batalha durante as 4 campanhas de campo. Valores de N2O em µmol.
2.4.5 Fluxos Difusivos e Ebulitivos em rio e em solo e Carga Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Batalha ocorreram em março,
junho, setembro e dezembro de 2011. Nestas campanhas, em solo foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras em 14 pontos, sendo 7 em mata ciliar e 7 fora da
mata ciliar (capim, pasto, vegetação rasteira). Em rio foram realizadas amostragens de fluxo
difusivo por câmaras flutuantes em 25 pontos; amostragens de fluxo ebulitivo por funis
invertidos em 13 pontos e realizadas 3 medidas de vazões nos principais tributários do
reservatório de Batalha. Adicionalmente a vazão do rio São Marcos foi obtida em régua
instalada a montante do empreendimento. Foram ainda medidos perfis de parâmetros fisicos
e químicos em 13 pontos de rio. A Figura 2.4.5.1 traz a localização dos pontos de medição
de fluxos difusivos e ebulitivos na interface água-ar.
0
100
200
300
400
500
SMC 100
SMC 090
SMC 080
SMC 070
SMC 040
SMC 030
SMC 020
JAB 020
FIR 020
FIR 010
TEX 020
CTL 020
Rio São Marcos Tributários
CH
4(m
mol/m
2)
Pontos
Concentrações integradas de CH4 nos sedimentos (0 - 4 cm) Reservatório de Batalha
Março/2011
Junho/2011
Setembro/2011
Dezembro/2011
0
100
200
300
400
500
SMC 100
SMC 090
SMC 080
SMC 070
SMC 040
SMC 030
SMC 020
JAB 020
FIR 020
FIR 010
TEX 020
CTL 020
Rio São Marcos Tributários
CO
2(m
mol/m
2)
Pontos
Concentrações integradas de CO2 nos sedimentos (0 - 4 cm)Reservatório de Batalha
Março/2011
Junho/2011
Setembro/2011
Dezembro/2011
0
20
40
60
80
100
120
SMC 100
SMC 090
SMC 080
SMC 070
SMC 040
SMC 030
SMC 020
JAB 020
FIR 020
FIR 010
TEX 020
CTL 020
Rio São Marcos Tributários
Flu
xo d
ifus.
CH
4(m
mol/m
2/d
)
Pontos
Fluxos difusivos de CH4 na interface sedimento-água Reservatório de Batalha
Março/2011
Junho/2011
Setembro/2011
Dezembro/2011
0
20
40
60
80
100
120
SMC 100
SMC 090
SMC 080
SMC 070
SMC 040
SMC 030
SMC 020
JAB 020
FIR 020
FIR 010
TEX 020
CTL 020
Rio São Marcos TributáriosF
luxo d
ifus.C
O2
(mm
ol/m
2/d
)Pontos
Fluxos difusivos de CO2 na interface sedimento-água Reservatório de Batalha
Março/2011
Junho/2011
Setembro/2011
Dezembro/2011
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
SMC 100
SMC 090
SMC 080
SMC 070
SMC 040
SMC 030
SMC 020
JAB 20
FIR 20 FIR 10 TEX 20
CTL 20
Rio São Marcos Tributários
N2O
(um
ol/L
)
Pontos
Concentração de N2O no sedimento supereficial (0 - 1cm)Reservatório de Batalha (Pré-Enchimento)
Mar/2011
Jun/2011
Set/2011
Dez/2011
0
2
4
6
8
10
12
SMC 100
SMC 090
SMC 080
SMC 070
SMC 040
SMC 030
SMC 020
JAB 20
FIR 20 FIR 10 TEX 20
CTL 20
Rio São Marcos Tributários
Flu
xo d
e N
2O
(um
ol/m
2/d
)
Pontos
Fluxos difusivos de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Batalha (Pré-Enchimento)
Mar/2011
Jun/2011
Set/2011
Dez/2011
PRÉ-ENCHIMENTO 65
Câmaras flutuantes
Funis invertidos
Medidas de vazão e carga mássica
Câmaras de solo
Câmaras de Solo
Figura 2.4.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono, pontos de amostragem de fluxo difusivo câmara de solo e pontos de amostragem de fluxo difusivo câmara de solo em Batalha.
66 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A tabela 2.4.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono no rio São
Marcos de cada campanha e valor médio em t C/dia. A figura 2.4.5.2 apresenta para cada
fluxo de GEE os valores representativos obtidos das medições de cada campanha e na
ultima linha, a média dos valores das quatro campanhas.
Tabela 2.4.5.1 - Carga Mássica em Batalha
Campanha Carga Mássica
Entrada Saída
1 185 195
2 315 n.c
3 243 41
4 92 97
Total 835 332
Figura 2.4.5.2 - Fluxos em mg.m-2.dia-1 em Batalha.
1 2 3 4
02
00
05
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
04
06
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO CH4
3 4
0.0
0.4
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
01
02
03
04
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RIO EBULITIVO CH4
BATALHA
1 2 3 4
01
00
00
20
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR CO2
1 2 3 4
-1.0
0.0
1.0
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR CH4
1 2 3 4
0.0
1.0
2.0
campanhas
mg
/m2
.dia
MATA CILIAR N2O
1 2 3 4
01
00
00
25
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO CO2
1 2 3 4
-1.0
0.0
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO CH4
1 2 3 4
0.0
0.5
1.0
1.5
campanhas
mg
/m2
.dia
PASTO N2O
PRÉ-ENCHIMENTO 67
2.4.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A área a ser inundada pelo aproveitamento foi compartimentada em quatro setores:
rio (9,66 km2), mata ciliar (58,85 km2), cultura (35,13 km2) e pasto (2,63 km2). Consideraram-
se as médias dos fluxos representativos das campanhas para: (i) fluxos dos três gases do
setor rio, (ii) fluxo de CO2 da área desmatada, e (iii) fluxos de CH4 e N2O da mata ciliar, da
cultura e do pasto.
Os fluxos de CO2 da cultura e do pasto não foram considerados, seguindo as
diretrizes do IPCC (IPCC, 2006) que sugerem considerar as emissões líquidas de CO2
destas áreas nulas, uma vez que o CO2 capturado por fotossíntese retorna para a atmosfera
por respiração da produção.
Para os fluxos de CO2 de mata ciliar foram considerados os três cenários de floresta
tropical descritos acima.
A tabela 2.4.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
para a área do aproveitamento de Batalha em t/dia. A última linha fornece valores agregados
em toneladas equivalente de CO2 onde se somam as emissões de cada gás multiplicadas
por pelo seu potencial de aquecimento global (25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o
N2O de acordo com o GWP para o horizonte de 100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 2.4.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Batalha
Variável Unidade Rio Solo
TOTAL
Difusivo Ebulitivo Subtotal Mata Ciliar Culturas Pasto Subtotal
Área km2 9,66 9,66 9,66 58,85 35,13 2,63 96,61 106,27
Emissões ou Remoções de
CO2 tCO2/dia
-52,61 * - - -52,61 -26,31 *
26,30 0,01 26,31 0,00 ** - - 0,00 26,31 **
76,86 *** - - 76,86 103,16 ***
Emissões e Remoções de
CH4
tCH4/dia 0,44 0,20 0,65 -0,02 0,00 0,00 -0,02 0,62
tCO2e/dia 11,09 5,06 16,14 -0,50 -0,02 -0,04 -0,56 15,58
Emissões e Remoções de
N2O
tN2O/dia 0,01 0,00 0,01 0,06 0,07 0,00 0,13 0,14
tCO2e/dia 1,58 0,00 1,58 17,88 21,02 0,77 39,66 41,24
Balanço de Emissões e Remoções
-35,23 20,99 0,73 -13,51 30,51 *
tCO2e/dia 38,96 5,06 44,02 17,38 20,99 0,73 39,10 83,13 **
94,24 20,99 0,73 115,96 159,98 ***
*Cenário floresta remoção; **Cenário floresta neutra; ***Cenário floresta emissão; - considerado nulo
68 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
2.5 Síntese
Limnologia e Metabolismo
Nesse capitulo são apresentadas comparações entre os rios que formarão os três
reservatórios de Belo Monte, Santo Antonio e Batalha, do ponto de vista de algumas das
variáveis limnológicas consideradas de maior interesse para uma caracterização dos
sistemas estudados.
A temperatura da água refletiu a posição geográfica dos três sistemas apresentando
menores valores em Batalha, localizado no cerrado a maiores latitudes, se comparado a
Belo Monte e Santo Antônio, ambos localizados na Amazônia a menores latitudes. A
turbidez da água foi marcadamente superior em Santo Antonio, por ser o rio Madeira um
sistema jovem que tem como característica uma alta vazão, transportando elevada carga de
sedimentos. Por esse motivo e dada à profundidade do rio Madeira, a razão zona
eufótica/profundidade máxima (um proxy da intensidade luminosa na coluna de água dos
sistemas (Jensen et al., 1994), foi de apenas de 5% (mediana). Os valores medianos de pH
da água ocorreram ao redor do pH neutro (Figura 2.5.1).
Figura 2.5.1 - Box-plots da Temperatura de água (oC), Turbidez (NTU), razão Profundidade da zona eufótica/Profundidade máxima (zeu/zmax) e pH da água superficial dos rios que formarão reservatórios. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada sistema (BAT=Batalha, BEL= Belo Monte, STA=Santo Antonio). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados, exceto em STA para turbidez.
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PRÉ-ENCHIMENTO 69
Análise do Estado Trófico dos Sistemas
A eutrofização é o processo de enriquecimento de ecossistemas aquáticos por
nutrientes, especialmente nitrogênio e fósforo, levando a um aumento da biomassa de
produtores primários, e que tem demonstrado ser um importante desafio para a gestão de
recursos hídricos em todo o mundo (Schindler et al., 2008; Smith and Schindler, 2009). Para
incluir os sistemas em uma determinada classificação de estado trófico são utilizadas
apenas uma variável (clorofila-a ou fósforo total) ou uma combinação das duas. No caso
particular de rios, dado o escoamento hidráulico removendo a biomassa de algas, o fósforo
total é mais frequentemente usado, indicando a potencialidade do sistema para acúmulo de
biomassa, caso o escoamento venha a reduzir por ocasião dos barramentos.
As maiores concentrações de fósforo total foram registradas em Santo Antonio e as
de clorofila-a, em Belo Monte. De acordo com as concentrações de fósforo total e usando os
critérios adotados para lagos (Vollenweider & Kerekes 1980; Nürnberg, 1996), Belo Monte e
Batalha, caracterizam-se como mesotróficos, e Santo Antonio como hipereutrófico. Já se
considerada a clorofila-a, Belo Monte pode ser incluído como eutrófico e os demais sistemas
como oligotróficos. No entanto, outro quadro se apresenta ao ser utilizado um índice
potencialmente mais adequado, específico para rios, como o índice de Carlson (1977)
modificado por Lamparelli (2004). Nesse novo cenário Batalha e Belo Monte são
oligotróficos quanto ao fósforo e Santo Antônio hipereutrófico; e quanto à clorofila-a, Batalha
e Santo Antonio são oligotróficos e Belo Monte, hipereutrófico. Considerando o exposto, é
importante salientar que tais classificações a partir de intervalos de concentrações de
indicadores para cada estado trófico e não a partir de gradientes devem ser vistas com
cautela, uma vez que podem levar à inclusão de um sistema em diferentes estados tróficos.
Cabe salientar que embora ocorram elevadas concentrações de fósforo em Santo Antonio,
esse é um fósforo pouco disponível para os produtores primários, uma vez que como a
maioria dos rios que se originam nos Andes a forma predominante de fósforo é aquela
adsorvida a partículas (Berner and Rao, 1994).
Chama a atenção também as elevadas concentrações de clorofila-a registradas no rio
Xingu que formará o reservatório de Belo Monte, as quais são similares às registradas em
lagos. Tais valores, no entanto, foram próximos aos registrados no PBA de Belo Monte pelo
AIIEGA para o mesmo período de estudo. Uma potencial explicação para esses valores
relativamente elevados de clorofila-a é o que se conhece em literatura como Paradoxo do
Plâncton em Rios (Reynolds, 2000). Rios com meandros, como é o caso do rio Xingu no
trecho estudado, permitem o acúmulo de biomassa nesses meandros, onde o fluxo de água
70 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
é menor do que o leito principal. Essa biomassa pode ser transportada para o leito do rio,
permitindo o acúmulo de uma biomassa maior do que aquela que o escoamento hidráulico
médio do rio permitiria suportar. O carbono fitoplanctônico, que constitui uma medida similar
mas independente daquela obtida através da clorofila-a, também mostrou valores similares
aos registrados em lagos (Figura 2.5.2). Verifica-se que seu valor médio em Belo Monte (194
µgC L-1) foi mais elevado que aquele registrado para o rio Batalha (17 µgC L-1) e similar aos
valores médios registrados nos reservatórios de Segredo, Três Marias e Tucuruí (152,7 a
182,8 µgC L-1).
Figura 2.5.2 - Box-plots das concentrações de Fósforo total e Clorofila-a na água superficial dos rios que formarão reservatórios. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada sistema. (BAT=Batalha, BEL= Belo Monte, STA=Santo Antonio). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados.
Estoques de carbono na água e na biota planctônica
No contexto do presente projeto sobre o balanço de carbono, é importante conhecer
como se distribuem as diferentes frações de carbono. São aqui sumarizados, de maneira
comparativa entre os rios estudados, os estoques de carbono na água e na biota
planctônica, a partir das amostras coletadas de maneira integrada na camada superficial de
1,5 m de profundidade.
Compreender o fluxo e a ciclagem de matéria nas teias alimentares é um dos principais
objetivos em estudos atuais dos ecossistemas. Em lagos temperados, uma série de
trabalhos tem determinado como a biomassa em carbono está dividida entre os vários
compartimentos das teias alimentares no plâncton de água doce (Auer et al., 2004; Gaedke
and Kamjunke, 2006; Havens et al., 2007). Embora o papel das comunidades planctônicas
para o fluxo de matéria e energia em rios seja menos importante, se comparado a sistemas
lênticos, conhecer a partição do carbono planctônico em relação aos estoques de carbono
fora da biota nesses sistemas pode ser relevante. Por exemplo, padrões sazonais de
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PRÉ-ENCHIMENTO 71
distribuição da biomassa em carbono e seus fluxos estão sendo identificados como
mudanças previsíveis em diferentes gradientes de enriquecimento de nutrientes (Auer et al.
2004).
O carbono inorgânico dissolvido foi mais elevado em Santo Antonio e refletiu sua
inserção geológica, cujas águas são provenientes dos jovens terrenos andinos. Já o carbono
orgânico dissolvido foi maior em Belo Monte e Santo Antônio se comparado a Batalha.
Potencialmente uma maior contribuição dessa fração de origem autóctone ocorre em Belo
Monte, dadas as elevadas concentrações de fitoplâncton, e de origem alóctone em Santo
Antônio, por se tratar de um rio submetido a pulso de inundação. O carbono orgânico
particulado foi a menor fração de carbono registrada, correspondendo somente a 10%
(mediana) do carbono total em todos os sistemas.
Em Batalha e Santo Antonio todas as frações do carbono da biota foram muito
reduzidas. Já em Belo Monte, o carbono do fitoplâncton foi a maior fração do carbono da
biota seguido do bacterioplâncton. Cabe salientar a quase total ausência de organismos
zooplanctônicos em Batalha.
72 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.5.3 - Box-plots das concentrações de Carbono inorgânico dissolvido (CID), Carbono orgânico dissolvido (COD), Carbono orgânico particulado (COP) (painéis à esquerda) e de Carbono na biota planctônica (painéis à direita) na água superficial dos rios que formarão reservatórios. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada sistema. (BAT=Batalha, BEL= Belo Monte, STA=Santo Antônio). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados.
Metabolismo planctônico
Os fluxos de CO2 e CH4 em ecossistemas aquáticos são controlados pelos processos
que envolvem produção e consumo desses gases. Na coluna d’água, esses processos são
principalmente a produção primária planctônica, produção bacteriana e respiração
planctônica. A produtividade primária e a respiração das comunidades são descritores
sintéticos do metabolismo dos ecossistemas e o balanço entre eles apontam para a
interpretação da heterotrofia de um ecossistema aquático determinada pela relação
produção/respiração e indicam a dependência do ambiente externo (Duarte and Prairie,
2005).
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PRÉ-ENCHIMENTO 73
A produção primária planctônica foi praticamente inexistente em Santo Antonio e
Batalha, mas foi expressiva em Belo Monte, conforme também observado para o carbono
fitoplanctônico. Além disso, é possível observar que quase a totalidade da respiração
planctônica em todos os sistemas é formada pela respiração bacteriana, sendo o dobro em
Santo Antônio se comparada aos dois outros rios (Figura 2.5.4). Os altos valores dessas
taxas com relação à produção primária mostram uma dependência do ambiente terrestre,
característico de ambientes lóticos que tendem a ter uma grande entrada de matéria
orgânica proveniente da bacia (Cole et al., 2007), apontando para a persisistência da
heterotrofia (Cole et al., 2000) nos sistemas estudados
Figura 2.5.4 - Box-plots da Produção fitoplanctônica (Prod Fitopl), Respiração planctônica (Resp Planct), Respiração bacteriana (Resp Bact) e Produção bacteriana (Prod Bact) na água superficial dos rios que formarão reservatórios. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada sistema. (BAT=Batalha, BEL= Belo Monte, STA=Santo Antonio). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados, exceto na Respiração planctônica e Respiração bacteriana em STA.
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74 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
Os três sistemas estudados na fase de pré-enchimento, ou seja, Santo Antônio,
Batalha e Belo Monte, foram comparados em termos de concentrações e fluxos difusivos
médios anuais de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos, cujas informações estão apresentadas
na Tabela 2.5.1 e os gráficos resultantes estão apresentados nas Figuras 2.5.5 e 2.5.6.
Nota-se que tanto as concentrações médias integradas no sedimento como os fluxos
difusivos médios de CH4 nesses sistemas são consideravelmente inferiores quando
comparados ao CO2. Esse fato está relacionado às condições lóticas desses sistemas na
fase de pré-enchimento, as quais favorecem o processo de produção de CO2 em relação à
produção de CH4 devido às condições predominantemente óxicas da água sobrejacente.
Mesmo assim, constatou-se a presença de CH4 nos três sistemas, em especial em Belo
Monte, que apresentou a maior concentração e o maior fluxo difusivo médios dentre eles. A
ocorrência de maior acúmulo de CH4 nos sedimentos do rio Xingu e de alguns de seus
tributários pode estar relacionada à abundância de matéria orgânica nos sedimentos
originária da floresta amazônica do entorno, que possivelmente favorece o processo de
metanogênese em condições de anoxia. Esse fato deve ser considerado no momento em
que forem calculadas as emissões líquidas de CH4 pelo sistema, o qual já apresenta um
nível significativo de emissão na fase de pré-enchimento. O mesmo não ocorre com relação
ao CH4 em Santo Antônio e em Batalha que apresentaram baixas concentrações, nos quais
as águas turbulentas e bem oxigenadas dos rios Madeira e São Marcos favorecem o
processo de produção de CO2.
Por outro lado, o sistema de Belo Monte foi o que apresentou a menor concentração e
o menor fluxo difusivo de CO2 dentre os três sistemas, sendo que a concentração média
máxima de CO2 foi observada em Batalha e o fluxo difusivo máximo de CO2 foi observado
em Santo Antônio. As elevadas concentrações de CO2 observadas em Batalha podem estar
relacionadas ao aporte natural da serapilheira pela mata ciliar existente nas margens do rio
São Marcos e nos seus principais tributários. É possível que as águas correntes e bem
oxigenadas do rio São Marcos favoreçam o processo de produção de CO2, e não tanto o
processo de produção de CH4, o qual ocorre apenas em condições de anoxia.
Em relação às concentrações de N2O nos sedimentos e seus fluxos difusivos através
da interface sedimento-água, os valores observados foram muito inferiores quando
comparados aos valores observados para o CH4 e para o CO2 (Figura 2.5.5 e 2.5.6), o que
PRÉ-ENCHIMENTO 75
demonstra que o N2O nos sedimentos desses sistemas em fase de pré-enchimento não é
um gás de efeito estufa importante.
Tabela 2.5.1 - Valores médios das concentrações de CH4 e CO2 nos sedimentos e fluxos difusivos na interface sedimento-água nos três sistemas estudados na fase de pré-enchimento.
Figura 2.5.5 - Concentrações integradas médias de CH4, CO2 e N2O no sedimento nos reservatórios estudados na fase de pré-enchimento durante as 4 campanhas de campo .
Sistema Variável
Média das 4
campanhas
Erro
padrão
Batalha CH4 (mmol m-2
) 9,19 2,37
CO2 (mmol m-2
) 71,36 10,36
N2O (umol m-2
) 3,41 0,43
Fl. CH4 (mmol m-2
d-1
) 2,52 0,92
Fl. CO2 (mmol m-2
d-1
) 25,26 3,62
Fl. N2O (umol m-2
d-1
) 2,84 0,37
Sto Antônio CH4 (mmol m-2
) 3,66 1,13
CO2 (mmol m-2
) 67,67 6,39
N2O (umol m-2
) 4,42 0,56
Fl. CH4 (mmol m-2
d-1
) 0,71 0,31
Fl. CO2 (mmol m-2
d-1
) 30,23 2,41
Fl. N2O (umol m-2
d-1
) 7,94 1,10
Belo Monte CH4 (mmol m-2
) 12,48 2,77
CO2 (mmol m-2
) 34,27 3,93
N2O (umol m-2
) 25,42 3,86
Fl. CH4 (mmol m-2
d-1
) 3,18 0,72
Fl. CO2 (mmol m-2
d-1
) 19,90 2,43
Fl. N2O (umol m-2
d-1
) 62,81 10,18
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Sistemas
Concentrações médias de CH4 integradas nosedimento das 4 campanhas de campo sazonais
(fase de pré-enchimento)
Conc. de N2O
Conc. de CO2
Conc. de CH4
76 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 2.5.6 - Fluxos difusivos médios de CH4 e CO2 e N2O através da interface sedimento-água nos reservatórios estudados na fase de pré-enchimento durante as 4 campanhas de campo.
Balanço de Emissões e Remoções
A Figura 2.5.7a compara os balanços de emissões e remoções pré-enchimento dos
três aproveitamentos em construção analisados obtidos neste capitulo. A figura 2.5.3b
apresenta a comparação entre valores dos balanços divididos pelas áreas de inundação de
cada aproveitamento.
Pode-se observar que os balanços para o aproveitamento de Santo Antônio
apresentam os maiores valores e os balanços de Batalha, os menores. Ao se dividirem os
balanços dos aproveitamentos pelas áreas inundadas, observa-se que os balanços de
Batalha e Belo Monte se aproximam, destacando-se os relativamente mais altos valores dos
balanços de Santo Antônio. Este afastamento se deve basicamente aos elevados valores de
fluxos difusivos de CO2 medidos no rio Madeira em Santo Antonio nas campanhas 1 e 4 (ver
figuras 2.2.5.2, 2.3.5.2 e 2.4.5.2).
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Batalha Sto Antônio Belo Monte
Flu
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Sistemas
Fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O através da interface sedimento-água(fase de pré-enchimento)
Fluxo dif. de N2O
Fluxo dif. de CO2
Fluxo dif. de CH4
PRÉ-ENCHIMENTO 77
Figura 2.5.7 - Balanços de Emissão e Remoção Pré-Enchimento. Aproveitamentos em Construção.
A tabela 2.5.2 agrupa os balanços para cada gás em ton.eq.CO2/dia dos três
aproveitamentos em construção obtidos. A última linha de cada aproveitamento apresenta
os balanços totalizados para os três gases.
ton
CO
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00
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BTL BLM STO
emissãoneutraremoção
(a)
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08
00
0
BTL BLM STO
emissãoneutraremoção
(b)
78 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 2.5.2 - Balanços de emissões e remoções de CH4 e N2O em ton CO2e/dia. Aproveitamentos em Construção.
Aproveitamento Variável Unidade Rio Solo
TOTAL Difusivo Ebulitivo Mata Ciliar Cultura Pasto
Área km2 359 228 40 627
-204 * - 357 *
Fluxos de CO2 tCO2/dia 561 0 0 ** - 561 **
298 *** - 858 ***
BELO MONTE Fluxos de CH4 tCO2e/dia 41 1 65 10 116
Fluxos de N2O tCO2e/dia 39 0 41 9 89
-98 * 562 *
Total de Fluxos tCO2e/dia 640 1 106 ** 19 766 **
403 *** 1064 ***
Área km2 142 64 28 235
Fluxos de CO2 tCO2/dia
-57 * - 1225 *
1283 0 0 ** - 1283 **
84 *** - 1366 ***
SANTO ANTÔNIO Fluxos de CH4 tCO2e/dia 21 10 8 4 44
Fluxos de N2O tCO2e/dia 49 0 38 16 102
-11 * 1372 *
Total de Fluxos tCO2e/dia 1353 11 46 ** 19 1429 **
130 *** 1513 ***
Área km2 10 59 35 3 106
Fluxos de CO2 tCO2/dia
-53 * - - -26 *
26 0 0 ** - - 26 **
77 *** - - 103 ***
BATALHA Fluxos de CH4 tCO2e/dia 11 5 -1 0 0 16
Fluxos de N2O tCO2e/dia 2 0 18 21 1 41
-35 * 31 *
Total de Fluxos tCO2e/dia 39 5 17 ** 21 1 83 **
94 *** 160 ***
PÓS-ENCHIMENTO 79
CAPÍTULO 3
Pós-Enchimento
3.1 Introdução
Conforme já discutido na introdução do capitulo 2, o conceito de emissões líquidas de
GEE introduz a descrição, a compreensão e a medição de processos que afetam o
armazenamento e transporte de espécies químicas contendo carbono e nitrogênio na área
do alagamento antes e depois do enchimento do reservatório visando compor
enquadramentos para os balanços de emissões e remoções pré-enchimento e pós-
enchimento de CO2, CH4 e N2O. Neste sentido, as campanhas de medição durante a etapa
de operação das usinas depois dos fechamentos das barragens para o enchimento dos
reservatórios têm como foco as condições posteriores à formação destes reservatórios.
Este capítulo descreve resultados das análises dos dados coletados nas campanhas
de medições realizadas pelo projeto BALCAR nos aproveitamentos hidrelétricos em
operação (Balbina, Tucuruí, Xingó, Serra da Mesa, Três Marias, Funil, Segredo e Itaipu).
Para cada aproveitamento apresenta-se na primeira sessão uma caracterização seguida
pela sessão dos mapeamentos realizados pelo INPE do uso e cobertura da terra das bacias
de drenagem e áreas inundadas a partir de dados da série Landsat.
A terceira seção apresenta os estudos limnológicos e de metabolismo planctônico
executados pela UFJF, destacando as medições de densidade e biomassa fitoplanctônica,
zooplanctônica e bacteriana, as medições de respiração planctônica, produção primária e
produção bacteriana. A seção apresenta ainda mapas ilustrando a variação espacial das
medições pCO2 nos reservatórios de cada campanha.
Na sessão seguinte, apresentam-se as medições de concentrações e fluxos difusivos
de GEE na interface sedimento-água realizadas pelo IIEGA.
80 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Na quarta sessão apresentam-se as medições de fluxos difusivo e ebulitivo na
interface água-ar em rio e no reservatório, emissão de gases por estruturas de defluência da
barragem (degassing), sedimentação permanente de carbono e de carga mássica de
carbono executadas pela COPPE/UFRJ. Esta sessão apresenta também os cálculos dos
balanços de emissões e remoções pós-enchimento de CO2, CH4 e N2O considerando o
modelo conceitual proposto em (BRASIL, 2012). Seguindo este modelo, do conjunto de
medições de cada campanha foram estimados valores representativos para o
aproveitamento de: (i) fluxos ebulitivos (CH4 e CO2) na interface água-ar no reservatório (ii)
fluxos difusivos (CH4, CO2 e N2O) na interface água-ar no reservatório e no trecho de rio de
jusante; (iii) degassing (CH4 e CO2) nos turbinamentos; (iv) taxa de sedimentação
permanente de carbono no reservatório e; (v) balanço de emissões/remoções.
Os valores representativos de cada campanha para os fluxos difusivos na interface
água-ar e no trecho de rio de jusante foram calculados através das medianas dos fluxos
medidos nas câmaras de difusão operadas durante a campanha. A mediana das medições
também foi utilizada para o cálculo de valores representativos de taxa de sedimentação
permanente de carbono no reservatório (mediana das medições de armadilhas de
sedimento) e de degassing (mediana das medições de degassing em cada turbina). Para os
fluxos ebulitivos, a área do reservatório foi estratificada em cinco zonas de profundidade
(0m-5m, 5m-10m, 10m-15m, 15m-20m, >20m). O fluxo ebulitivo na quinta zona foi
considerado nulo. Para as outras zonas, foi considerada a mediana das medições de funis
invertidos. O valor representativo foi calculado como a média ponderada pelas áreas das
medianas de cada estrato. Os balanços das emissões/remoções de cada gás em cada
campanha foram calculados considerando todas as rotas e expressos em ton/dia. A
sedimentação permanente de carbono multiplicada por 44/12 foi descontada no balanço do
gás CO2. Médias das estimativas de cada campanha forneceram valores representativos
para o conjunto das campanhas.
Brasil, (2012), aponta que nas análises das condições pós-enchimento, as estimativas
das emissões de um gás específico que podem ser atribuídas à fontes antropogênicas não
relacionadas com o reservatório devem ser excluídas nos balanços de fluxos para a
estimativa das emissões pós-enchimento do gás. Em referência à estas exclusões, segundo
Brasil (2012), só é possível obter uma estimativa quantitativa precisa do montante de
emissões de um dado gás que pode ser atribuído a uma fonte antropogênica específica
através do uso de modelos computacionais calibrados e validados. Tendo em vista que
estes modelos não estão ainda disponíveis, nos cálculos de emissões pó-enchimento
reportados neste capítulo não foram consideradas emissões atribuídas às fontes
PÓS-ENCHIMENTO 81
antropogênicas não relacionadas com o reservatório. Isto não implica que estas emissões
não existam no caso dos reservatórios analisados. Assim que modelos calibrados e
validados estejam disponíveis, os cálculos serão revisados para considerar estas parcelas.
O capítulo apresenta ao final uma síntese dos resultados para todos os oito
aproveitamentos, incluindo análises de estados tróficos, de concentrações de gases e fluxos
difusivos nos sedimentos e a apresentação de forma conjunta dos balanços de emissões e
remoções pré-enchimento de CO2, CH4 e N2O para os aproveitamentos.
3.2 Balbina
3.2.1 Caracterização do aproveitamento
A bacia hidrográfica do rio Uatumã localiza-se entre os paralelos 0° e 3° S e os
meridianos 58° e 61° W, inteiramente no estado do Amazonas, com uma área de drenagem
de 70.600 km2. O rio Uatumã tem águas cinza-escuras, com características mais
semelhantes às águas pretas, segundo a classificação de rios amazônicos de Sioli (1967).
A hidrelétrica de Balbina se encontra situada no município de Presidente Figueiredo,
estado do Amazonas. Ela tem uma capacidade nominal de 250 MW, com 4 vertedouros e 5
turbinas, entrando em operação em 1989. A cota normal do reservatório é de 50 m, sendo
51,2 m na máxima e 48 m na mínima. A área de inundação é de 2.360 km2, com
profundidade média de 7,5 m, comprimento de 210 km e largura média e máxima de 11 e 75
km, respectivamente. O volume total do reservatório na cota máxima é de 17,5 Hm3.
O reservatório possui mais de 3.000 ilhas, com espécies florestais. Parte considerável
do reservatório é formada por “paliteiro”, ou seja, árvores emersas e mortas pelo
represamento. O reservatório apresenta hipóxia no hipolimnio durante todo o ciclo
hidrológico e estratificação térmica no período de menor precipitação (agosto a novembro).
3.2.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A Hidrelétrica de Balbina iniciou sua operação em 1989. Devido ao relevo plano da
bacia, e pequena amplitude altimétrica, a área inundada pelo reservatório representa quase
20 % da área total da bacia de drenagem do reservatório. A análise das Figuras 3.2.2.1.a. e
3.2.2.1.b mostra que a principal mudança de uso e cobertura na bacia foi a formação de um
grande lago onde ocorrem inúmeras ilhas. A Tabela 3.2.2.1 mostra a área ocupada pelos
82 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
diferentes usos e cobertura entre os anos de 1985/1987 e 2008/2009. É preciso ressaltar
que para a construção do mosaico que deu origem ao mapa foi necessário recorrer a cenas
de dois anos distintos para representar o período pré operação e atual. Além disso, as
imagens mais recentes de boa qualidade só estavam disponíveis até o ano de 2009. Como
se trata de uma região de baixo dinamismo de uso e ocupação acredita-se que, para fins de
análise pode-se supor que foram adquiridas no mesmo ano.
(a)
(b) Figura 3.2.2.1 - (a) Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Balbina antes e (b) após o enchimento.
PÓS-ENCHIMENTO 83
Os dados mostram que a bacia se mantém coberta pela Floresta, com uma área
desprezível de ocupação agropecuária (menos que 2%) ou urbana/solo exposto (menos que
2%). As áreas classificadas como solo exposto correspondem às áreas nas margens e no
interior do reservatório associada à exposição das margens e formação de bancos de areia.
A Figura 3.2.2.2 exibe a ampliação do limite da área de inundação do reservatório
com as classes de uso e cobertura da terra antes do enchimento. Pode-se constatar que
cerca de 96% da área inundada correspondia à cobertura por florestas (Tabela 3.2.2.1).
Figura 3.2.2.2 - Vista ampliada do Uso e Cobertura da terra na fase pré-enchimento na área de inundação do reservatório da UHE Balbina
Tabela 3.2.2.1 - Mudanças na área das classes de uso e cobertura entre o período pré-operação e atual.
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA DAS CLASSES (km²)
MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agropecuária 94,85 200,04
Água 49,98 2833,15
Floresta 15.348,18 12.322,00
Floresta secundária 67,52 101,86
Nuvem 45,12 30,93
Urbano 0,91 2,50
Solo exposto 116,10
84 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A tabela 3.2.2.2 apresenta a área das classes de uso e cobertura da terra antes da
inundação. Nota-se predomínio da área de Floresta, com áreas desprezíveis de ocupação
agropecuária e de floresta secundária. A classe água corresponde ao cálculo de área dos
rios e lagos dentro da área de inundação.
Tabela 3.2.2.2 - Uso e cobertura da terra na área inundada pelo reservatório da UHE Balbina no período pré-enchimento
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA CLASSE INUNDADA
(km²)
Agropecuária 29,72
Água 48,62
Floresta 2.742,59
Floresta secundária 23,80
TOTAL 2.844,73
3.2.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da equipe da UFJF em Balbina de caráter sazonal ocorrem
março, junho, setembro e novembro de 2012. A Figura 3.2.3.1 mostra as estações de
amostragem utilizadas. No ponto mais próximo da barragem (UAT50) foi feita uma avaliação
do perfil vertical.
Figura 3.2.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e metabolismo planctônico na UHE Balbina.
M4
J5 J6
M2M3
M8
CAI10
SAA05
UAT05
UAJ01
UAT50 (M1)
UAJ02 (J4)
PIT10 (M11)
59°0'0"O59°30'0"O60°0'0"O60°30'0"O
1°0
'0"S
1°3
0'0
"S2
°0'0
"S
0 25 50 75 10012.5km
Barragem
PÓS-ENCHIMENTO 85
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 79,1% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 65,4 %; eixo 2 = 13,7 %). A mais
importante variável para a ordenação do eixo 1 foi o pH (positivamente) e para o eixo 2
foram clorofila-a, carbono inorgânico dissolvido e nitrogênio total (positivamente) e a
transparência da água (disco de Secchi) e oxigênio dissolvido, negativamente. Os resultados
da PCA indicaram que o primeiro componente refletiu os baixos valores de pH registrados
no reservatório em novembro de 2012 e valores relativamente mais elevados em junho de
2012. Já os segundo componente indicou principalmente a maior transparência da água e
menores concentrações de clorofila-a e nitrogênio total, principalmente em março de 2013.
Assim, o plano definido pelos dois primeiros componentes descreveu o gradiente da
sazonalidade, separando principalmente as amostras de março, junho e novembro de 2013
(Figura 3.2.3.2).
Figura 3.2.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Balbina. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1= março, S2=junho, S3= setembro e S4= novembro de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
65,4%
13,7
%
S1
S2
S3
S4
65,4%
13,7
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
86 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
A Figura 3.2.3.3 apresenta as densidades fitoplanctônicas à sub-superfície do
reservatório nos pontos amostrados. A densidade fitoplanctônica média foi de 7.549 ind mL-1
± 7.082 (média ± desvio padrão), sendo o menor (147 ind mL-1
, PIT10) e o maior valor
(79.640 ind mL-1
, UAT50) registrados no mês de junho. Os menores valores médios de
densidade foram registrados em setembro 3.345 ind mL-1
± 924 (média ± desvio padrão) e
os maiores, em junho 18.378 ind mL-1
± 17.217 (média ± desvio padrão). Avaliando o perfil
da coluna d’água no ponto mais próximo à barragem (UAT50), o mês de março apresentou
os menores valores de densidade, com média de 2.755 ind.mL-1
± 1.293 (média ± desvio
padrão) e o mês de junho, as maiores, com média de 56.762 ind.mL-1
± 35.614 (média ±
desvio padrão). Os valores mínimo e máximo foram registrados em junho, sendo o menor
em UAT50 Fundo (528 ind.mL-1
, 18 m) e o maior a UAT50 1/2 Zeu (92.341 ind.mL-1
, a 4 m).
Figura 3.2.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µg C L-1) para todas as estações amostradas na UHE Balbina nas campanhas de março, junho, setembro e novembro de 2012.
A Figura 3.2.3.3 apresenta valores das concentrações de carbono da comunidade
fitoplanctônica. Esses valores foram baixos, com média de 83,42 μgC.L-1
± 49,0 (média ±
desvio padrão), variando de 13,65 μgC.L-1
(M4, março) a 247,13 μgC.L-1
(CAI10, março). O
menor valor médio de concentração de carbono foi registrado em setembro (68,74 μgC.L-1
±
30,46, média ± desvio padrão) e o maior em novembro 97,49 μgC.L-1
± 40,36. Avaliando o
0
20000
40000
60000
80000
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Março Junho Setembro Novembro
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Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
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Março Junho Setembro Novembro
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)
Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 87
perfil da coluna d’água em UAT50, os menores valores registrados ocorreram em março
com média de 37,87 μgC.L-1
± 14,51, e os maiores valores em junho, com média de 37,87
μgC.L-1
± 14,51. O menor valor registrado foi de 10,73 μgC.L-1
a 20 m de profundidade
(UAT50 Fundo) e o maior, de 196,08 μgC.L-1
a 13 m de profundidade (UAT50 Zeu
x Fundo).
Comunidade Zooplanctônica
A média da densidade zooplanctônica foi de 7 ind L-1
± 7 (média ± desvio padrão),
sendo o menor valor registrado à jusante do reservatório, J5 (0,4 ind mL-1
; junho/2012) e o
maior em um dos principais tributários (SAA05, 29 ind L-1
; junho) (Figura 3.2.3.4).
Considerando os valores de biomassa em carbono, o valor médio registrado foi 14,23
μgC L-1
± 14,66 (média ± desvio padrão), sendo o menor valor registrado no ponto à jusante
da barragem, J5 (1,06 μg C L-1
; junho) e o maior, em um braço do reservatório, CAI10 (60,76
μ g C L-1
; setembro) (Figura 3.2.3.4.).
Figura 3.2.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) para todas as estações amostradas na UHE Balbina nas campanhas de março, junho, setembro e novembro de 2012.
Comunidade Bacteriana
A Figura 3.2.3.5 apresenta, de maneira geral, a densidade bacteriana ao longo dos
pontos de sub-superfície, cuja média foi de 2,04 cels 106
mL-1
± 1,08 (média ± desvio
0
5
10
15
20
25
30
35
SAA05
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CAI1
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Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
88 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
padrão), sendo o menor valor registrado de 0,80 cels 106
mL-1
(UAJ01; setembro) e o maior
de 3,83 cels 106
mL-1
(UAJ01; novembro).
Em termos de concentração de carbono no bacterioplâncton, o valor médio registrado
foi de 40,85 μgC L-1
± 21,55 (média ± desvio padrão), sendo a menor contribuição, de 16
μgC L-1
(UAJ01; setembro) e a maior de 76,56 μgC L-1
(UAJ01; novembro) (Figura 3.2.3.5).
Figura 3.2.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) para todas as estações amostradas na UHE Balbina nas campanhas de março, junho, setembro e novembro de 2012.
METABOLISMO
Respiração Planctônica
O valor médio de respiração planctônica registrado na UHE Balbina foi de 4.288,61
mgC m-2
dia-1
± 6.970,45 (média ± desvio padrão), considerando o valor integrado da coluna
d’água em cada estação de sub-superfície. Os valores de respiração planctônica
apresentaram ampla variabilidade, sendo registrado o menor valor de 277,52 mgC m-2
dia-1
no ponto mais à montante do reservatório (UAT05) em novembro e o maior de 24.265,72
mgC m-2
dia-1
na estação mais próxima à barragem (UAT50) em março (Figura 3.2.3.6).
Produção Primária
Na Figura 3.2.3.6 o valor médio de produção primária registrado foi de 49,90 mgC m-2
dia-1
± 117,83 (média ± desvio padrão), considerando o valor integrado da coluna d’água em
0
1
2
3
4
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UAT05
M8
UAT50
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ida
de
ba
cte
ria
na
(cé
ls 1
06 m
L-1
)
Março Junho Setembro Novembro
0
20
40
60
80
100
UAT05
M8
UAT50
Sup
UAT50
1/2
Zeu
UAT50
Zeu
UAT50
ZeuxFundo
UAT50
Fundo
UAJ0
1
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 89
cada estação de sub-superfície. O mês de novembro apresentou as menores taxas de
produção primária, especialmente à jusante da barragem (UAJ01 = 0,07 mgC m-2
dia-1
) e o
mês de março, as maiores taxas, especialmente no ponto mais próximo à barragem (UAT50
= 458,54 mgC m-3
dia-1
).
Produção Bacteriana
A Figura 3.2.3.6 apresenta produção bacteriana registrada, cujo valor médio de foi
65,00 mgC m-2
dia-1
± 156,16 (média ± desvio padrão) para as amostragens realizadas na
sub-superfície. De maneira geral, o mês de novembro apresentou as menores taxas de
produção bacteriana, mas o menor valor foi registrado à jusante do reservatório (UAJ01), em
março, (0,37 mgC m-2
dia-1
). O valor mais elevado foi registrado na estação mais próxima à
barragem (UAT50), em junho (618,05 mg Cm-2
dia-1
).
Figura 3.2.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e
Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) nas estações amostradas em todas as campanhas do
monitoramento da UHE Balbina em março, junho, setembro e novembro de 2012.
0
100
200
300
400
500
UAT05M
8
UAT50
UAJ01
Pro
du
ção
pri
már
ia
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Setembro Novembro
0
100
200
300
400
500
600
700
UAT05 M8
UAT50
UAJ01
Pro
du
ção
bac
teri
ana
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
UAT05 M
8
UAT50
UAJ0
1
Resp
iração
pla
nctô
nic
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ Jus
0
100
200
300
400
500
UAT05M
8
UAT50
UAJ01
Pro
du
ção
pri
már
ia
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Setembro Novembro
0
100
200
300
400
500
600
700
UAT05 M8
UAT50
UAJ01
Pro
du
ção
bac
teri
ana
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
UAT05 M
8
UAT50
UAJ0
1
Resp
iração
pla
nctô
nic
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Março Junho Setembro Novembro
Trib Corpo princ Jus
90 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Variação Espacial de pCO2
A variação espacial de pCO2 das campanhas está representada na Figura 3.2.3.7. Em
todas as campanhas, os valores mais altos foram observados nos tributários principais
próximo aos pontos UAT05 e SAA05, e diminuem à medida que se aproxima da barragem. A
menor média das campanhas foi observada no mês de novembro de 2012 (822 ± 350 µatm)
e a maior em setembro de 2012 (930 ± 444 µatm) quando os valores de pCO2 nos tributários
principais foram os mais altos comparados com os valores das demais campanhas. Em
nenhum local e em nenhuma campanha foi observado subsaturação de pCO2. A
supersaturação juntamente com os altos valores observados e a grande extensão de lâmina
d`água desse reservatório indicam grande tendência a emissão desse gás para a atmosfera.
Figura 3.2.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Balbina nas campanhas
3.2.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo no reservatório de Balbina foram realizadas nas seguintes
datas: 1° campanha - 13 e 14 de março de 2012; 2° campanha – 19 a 21 de junho de 2012;
3° campanha – 16 a 18 de outubro de 2012; 4° campanha – 15 e 16 de janeiro de 2013. Em
cada uma das campanhas foram amostrados 9 pontos indicados na Figura 3.2.4.1.
PÓS-ENCHIMENTO 91
Figura 3.2.4.1 - Imagem de satélite com a localização dos pontos de amostragem de água e sedimento no reservatório de Balbina utilizados nas 4 campanhas de campo realizadas. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte da imagem: Google Earth
Na Figura 3.2.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do reservatório de Balbina durante as
4 campanhas de campo e os fluxos difusivos desses gases através da interface sedimento-
água, respectivamente.
As maiores concentrações e fluxos difusivos de CH4 foram observadas, em geral, no
ponto M1, localizado próximo à barragem. Esse fato pode estar associado relacionado às
baixas concentrações de oxigênio dissolvido existentes na coluna de água, próximas à
anoxia, associadas ao elevado teor de matéria orgânica nos sedimentos nesse ponto em
comparação com os sedimentos dos demais pontos amostrados..
Com relação ao CO2, as maiores concentrações e fluxos difusivos foram observados
na porção média do reservatório, como nos pontos M4, M8 e M11, ou seja, apresentaram
padrões distintos de variação espacial em relação ao CH4. Além disso, as concentrações e
os fluxos difusivos de CO2 foram proporcionalmente bem mais elevados em comparação
com os de CH4 (Figura 3.2.4.2), muito em função das concentrações de oxigênio dissolvido
observadas nessas porções que, apesar de indicarem deficiência (em geral, entre 1,1 a 5
mg/L), não chegaram à anoxia.
Com relação ao N2O, as concentrações e fluxos difusivos na interface-sedimento-
água em Balbina foram consideravelmente inferiores quando comparados aos valores de
CH4 e CO2 (da ordem de 1000 vezes menor). Os baixos valores de N2O observados no
sedimento do reservatório de Balbina podem estar relacionados à deficiência de nitrogênio
nesse compartimento.
92 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.2.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água em Balbina. Valores de N2O em µmol.
3.2.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Balbina ocorreram em março,
junho, setembro e novembro de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas amostragens de
fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 28 pontos no reservatório e 6 a jusante;
amostragens de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 16 pontos e realizadas 7 medidas de
vazões e de concentração de carbono nos tributários. Foram utilizadas 17 armadilhas de
sedimentação. A Figura 3.2.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos
e ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
0
25
50
75
100
125
150
M1 M2 M3 M4 M8 M11 M12 M13 M14
CH
4 (m
mo
l m-2
)
Ponto
Concentração integrada de CH4 no sedimento (0 - 4 cm) Reservatório de Balbina
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
25
50
75
100
125
150
M1 M2 M3 M4 M8 M11 M12 M13 M14
CO
2 (m
mo
l m-2
)
Ponto
Concentração integrada de CO2 no sedimento (0 - 4 cm) Reservatório de Balbina
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
20
40
60
80
M1 M2 M3 M4 M8 M11 M12 M13 M14
Flu
xo
de
CH
4 (m
mo
l m-2
d-1
)
Ponto
Fluxo difusivo de CH4 na interface sedimento-águaReservatório de Balbina
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0
20
40
60
80
M1 M2 M3 M4 M8 M11 M12 M13 M14
Flu
xo
de
CO
2 (
mm
ol m
-2 d
-1)
Ponto
Fluxo difusivo de CO2 na interface sedimento-águaReservatório de Balbina
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
M1 M2 M3 M4 M8 M11 M12 M13 M14
N2
O (u
mo
l/L
)
Ponto
Concentração de N2O no sedimento (0 - 1cm)Reservatório de Balbina
Mar/2012 Jun/2012
Out/2012 Jan/2013
Jusante Montante
0
5
10
15
20
25
30
M1 M2 M3 M4 M8 M11 M12 M13 M14
N2
O (u
mo
l m-2
d-1
)
Ponto
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Balbina
Mar/2012
Jun/2012
Out/2012
Jan/2013
Jusante Montante
PÓS-ENCHIMENTO 93
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.2.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Balbina.
94 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A tabela 3.2.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Balbina de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
Tabela 3.2.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada (t/dia)
Saída (t/dia)
1 3.984,04 920,85
2 205,24 222,08
3 200,61 570,96
4 197,50 3.568,94
Média 1.146,85 1.320,71
A figura 3.2.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.2.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Balbina
1 2 3 4
02
00
04
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
05
10
20
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.2
0.4
0.6
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4-0.1
0.1
0.3
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
05
10
15
20
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
BALBINA
1 2 3 4
05
00
01
50
00
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
04
00
08
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
02
46
81
2
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
PÓS-ENCHIMENTO 95
3.2.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.2.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Balbina em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de CO2
onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de
100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.2.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Balbina (t/dia)
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 11,69 28,55 14,88 52,48 107,61
tCO2e/dia 292,29 713,72 372,03 1.312,09 2.690,13
CO2 tCO2/dia 0,17 4.683,05 49,63 66,10 -2.044,84 2.754,11
N2O tN2O/dia - 0,75 0,01 - 0,77
tCO2e/dia - 223,81 4,31 - 228,11
TOTAL tCO2e/dia 292,46 5.620,57 425,96 1.378,20 -2.044,84 5.672,35
3.3 Tucuruí
3.3.1 Caracterização do aproveitamento
A Usina Hidrelétrica de Tucuruí no rio Tocantins, localizada no município de Tucuruí
(PA), tem uma capacidade geradora instalada de 8.370 MW. A barragem de Tucuruí, de
terra, tem 11 km de comprimento e 78 m de altura. O desnível da água varia com a estação
entre 58 e 72 m. O reservatório tem 200 km de comprimento e 3.023 km² de área quando
cheio. Quando o nível é mínimo (62 m), a área alagada diminui em cerca de 560 km². A
vazão média do rio ao longo do ano nesse ponto é aproximadamente 11.000 m³/s, a máxima
observada (março de 1980) foi 68.400 m³/s. O reservatório tem volume total de 45,5 km³
(para cota de 72 m) e volume útil de 32,0 km³.
O clima da região insere-se na categoria de equatorial superúmido, tipo Am, da
classificação de Köppen, existindo ligeira variação para o equatorial úmido, tipo Aw. Estes
climas apresentam uma temperatura média mensal com mínima superior a 18ºC. A média
anual é de 26ºC, com média máxima em torno de 32ºC e mínima de 23ºC. A amplitude
térmica geralmente não ultrapassa os 5ºC. A precipitação pluviométrica varia em cerca de
2.000 a 2.500 mm anuais. No período de janeiro a junho a precipitação é abundante,
enquanto que a escassez de chuva é observada no período de julho a dezembro. No
entanto, a estação seca é de pequena duração e a umidade é suficiente para manutenção
96 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
da floresta. A umidade relativa é elevada, apresentando oscilações entre a estação mais
chuvosa e a seca, respectivamente, de 100% a 60%.
O reservatório de Tucuruí não recebe nenhum afluente de grande porte sem serem os
seus formadores, por essa razão apresenta uma mistura das águas do tipo clara e branca
dos seus principais tributários, o rio Tocantins e o rio Araguaia, respectivamente. A forma
dendrítica da região marginal e as 1.800 ilhas são responsáveis por um perímetro de 6.400
km. Cerca de 88% da área do reservatório não foi desmatada e, atualmente, grande parte da
região marginal está representada por árvores mortas ("paliteiros") que fornecem suporte a
várias espécies de macrófitas aquáticas e abrigo para peixes.
3.3.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A UHE Tucuruí teve seu início de operação em 1984. As Figuras 3.3.2.1 e 3.3.2.3
mostram o mapa antigo de uso e cobertura da terra na bacia de drenagem (captação) do
reservatório de Tucuruí e a Figura 3.3.2.2 mostra o mapa atual de uso e cobertura da terra
em sua bacia de drenagem. Pode-se observar na Figura 3.3.2.1 que em 1973, num período
anterior ao enchimento a cobertura vegetal da bacia de drenagem era predominantemente
natural, sendo que a maior parte da bacia era formada pelo bioma Cerrado. Na Figura
3.3.2.2, referente ao mapa atual (2010), pode-se observar que o bioma Floresta foi muito
mais intensamente alterado do que o bioma Cerrado. Sobraram poucas manchas contínuas
de floresta na bacia, estas sendo reduzidas às áreas ocupadas por reservas indígenas. As
áreas de Cerrado, entretanto, encontram-se bem mais preservadas.
PÓS-ENCHIMENTO 97
Figura 3.3.2.1 - Mapa antigo de uso e cobertura da terra na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Tucurui.
98 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.3.2.2 - Mapa atual de uso e cobertura da terra na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Tucurui
PÓS-ENCHIMENTO 99
Figura 3.3.2.3 - Vista ampliada do Uso e Cobertura da terra na área de inundação do reservatório da UHE Tucurui
As Tabelas 3.3.2.1 e 3.3.2.2 mostram a área ocupada pelas diferentes classes no
período pré-operação e no período atual. Pode-se observar que no período compreendido
entre o mapa antigo e o mapa atual a agropecuária expandiu três vezes e meia sua área de
ocorrência, tendo-se também iniciado o uso agrícola, embora ainda pouco expressivo em
relação às dimensões da bacia.
A cobertura florestal da bacia foi reduzida a menos da metade da cobertura vegetal,
com o agravante de que praticamente desapareceram manchas contínuas de floresta. O
Cerrado também sofreu uma grande redução no período sendo reduzido também a quase
metade da cobertura original. A principal diferença entre a ocupação do Cerrado e da
Floresta é que o Cerrado, talvez por ser o bioma dominante na bacia, e sem grande
interesse para a exploração madeireira, foi preservado em grandes manchas.
100 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.3.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Tucurui
CLASSES DE USO E
COBERTURA
ÁREA OCUPADA PELAS CLASSES (km2)
MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agropecuária 78.922,00 274.185,66
Água 4.106,00 6.869,43
Banco de areia 248,61
Agricultura 20.135,40
Urbano 860,00 593,04
Nuvem 857,05
Rápidos e cataratas 28,84
Cerrado 343.442,00 196.983,471
Solo exposto 1.259,61
Mineração 69,83
Floresta 143.409,00 69.509,04
Tabela 3.3.2.2 - Área das classes de uso e cobertura na área de inundação do reservatório da UHE Tucurui
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA CLASSE INUNDADA (km²)
Agropecuaria 372,93
Água 933,02
Cerrado 85,73
Floresta 6822,85
Urbano 0,07
Total 8214,60
3.3.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da UFJF em Tucuruí de caráter sazonal ocorreram em
junho, outubro e dezembro de 2011 e abril de 2012. A Figura 3.3.3.1 mostra as estações de
amostragem utilizadas. No ponto mais próximo da barragem (M1) foi feita uma avaliação de
perfil.
Cabe salientar que na amostragem de junho, a UHE Tucuruí apresentava os
vertedouros abertos, estando na cota 69 m, enquanto em outubro foi registrada a menor cota
de operação (57m). Já em dezembro de 2011 iniciou a elevação do nível hidrométrico (63
m), culminando em abril, com a maior cota entre os quatro períodos (72 m).
PÓS-ENCHIMENTO 101
Figura 3.3.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Tucuruí.
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 74,0% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 55,2 %; eixo 2 = 18,8 %). A mais
importante variável para a ordenação do eixo 1 foi o pH e o carbono inorgânico dissolvido
(negativamente) e a condutividade (positivamente); para o eixo 2 foram clorofila-a, fósforo
total e temperatura da água (positivamente) e transparência da água como disco de Secchi
(negativamente). Os resultados da PCA indicaram que o primeiro componente refletiu o
baixo pH registrado no reservatório em outubro e valores relativamente mais elevados em
dezembro e abril. Já os segundo componente indicou principalmente a maior transparência
da água e menor temperatura e concentrações de clorofila-a e fósforo total, principalmente
102 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
em junho. Assim, o plano definido pelos dois primeiros componentes descreveu o gradiente
da sazonalidade, separando principalmente as amostras de junho e outubro das de
dezembro e abril (Figura 3.3.3.2).
Figura 3.3.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Tucuruí. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=junho, S2=outubro, S3= dezembro de 2011 e S4= abril de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
A Figura 3.3.3.3 apresenta as densidade fitoplanctônica nos pontos à sub-superfície
do reservatório, cuja média foi de 10.142 ind mL-1 ± 7.046 (média ± desvio padrão). O menor
valor registrado foi no ponto à jusante (J1C, 2.139 ind mL-1; dezembro) e o maior, em um dos
principais tributários (M5, 45.635 ind mL-1; outubro). Quanto à amostragem de perfil no ponto
mais próximo à barragem (M1), os maiores valores de densidade foram registrados no mês
de outubro (5.954 ind mL-1 ± 1.573) em todas as profundidades, sendo o máximo registrado
na superfície (8.541 ind mL-1). O mês de dezembro apresentou as densidades
55,2%
18,8
%
S1
S2
S3
S4
55,2%
18,8
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
PÓS-ENCHIMENTO 103
fitoplanctônicas semelhantes em todas as profundidades amostradas, registrando a menor
média entre os três períodos amostrados (2.206 10.142 ind mL-1 ± 360).
Figura 3.3.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Tucuruí nas campanhas de junho, outubro, dezembro de 2011 e abril de 2012.
Considerando os valores médios registrados nas estações de sub-superfície, a
biomassa média em carbono fitoplanctônico foi de 182,79 μgC L-1 ± 168,63 (média ± desvio
padrão), sendo o menor valor registrado no ponto à jusante da barragem, J1C (7,11 μgC L-1;
abril) e o maior em M3 (723,63 μgC L-1; abril), ponto representante da região central do
reservatório. Considerando a amostragem de perfil da coluna d’água no ponto mais próximo
à barragem (M1), os menores valores registrados ocorreram em junho (36,62 μgC L-1 ±
23,05) e os maiores em dezembro (126,45 μgC L-1 ± 112,56) (Figura 3.3.3.3).
Comunidade Zooplanctônica
Na Figura 3.3.3.4 são apresentadas as densidades do zooplâncton para a UHE
Tucuruí, cuja média foi de 42 ind L-1 ± 46 (média ± desvio padrão). O menor valor registrado
foi no ponto à jusante, CF (1 ind mL-1; outubro) e o maior em um dos principais tributários
(MI, 275 ind L-1; outubro).
Considerando os valores de biomassa expressa em carbono, o valor médio registrado
foi de 64,7 μgC L-1 ± 44,1, tendo o menor valor ocorrido à jusante da barragem (CF, 1,5 μgC
L-1; outubro) e o maior, também à jusante (J1D, 235,3 μgC L-1; outubro) (Figura 3.3.3.4).
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Julho Outubro Dezembro Abril
Trib Corpo princ Jus
104 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.3.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) nas estações amostradas da UHE Tucuruí em junho, outubro e dezembro de 2011 e abril de 2012.
Comunidade Bacteriana
A média da densidade bacteriana ao longo dos pontos de sub-superfície foi de 3,78
cels 106 mL-1 ± 2,02 (média ± desvio padrão), sendo os menores valores registrados em
junho, especialmente no ponto mais próximo à barragem (1,18 cels 106 mL-1; M1) e os
maiores em dezembro, especialmente em M3 (6,73 cels 106 mL-1). A densidade bacteriana
média registrada no perfil realizado no ponto mais próximo à barragem (M1) foi de 3,02 cels
106 mL-1 ± 1,83 (média ± desvio padrão). Assim como na distribuição horizontal, as menores
densidades foram observadas em junho e as maiores, em dezembro (Figura 3.3.3.5).
Figura 3.3.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) nas estações amostradas da UHE Tucuruí em junho, outubro e dezembro de 2011 e abril de 2012.
A Figura 3.3.3.5 mostra as concentrações de carbono do bacterioplâncton, cujo valor
médio foi de 71,74 µgC L-1 ± 41,22, sendo a menor biomassa registrada no mês de outubro,
no ponto mais próximo à barragem (22,32 µgC L-1; M1) e a maior de 134,62 µgC L-1 em
dezembro (M3). Considerando a amostragem no perfil da coluna d’água no ponto mais
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Julho Outubro Dezembro Abril
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 105
próximo à barragem, a concentração de carbono do bacterioplâncton alcançou valor médio
de 60,48 µgC L-1 ± 36,61, sendo a menor contribuição de 20,64 µgC L-1 à 5 m de
profundidade (M1 ½ Zeu; na profundidade que recebe o correspondente a 75% de luz que
chega da superfície, junho) e a maior de 125,42 µgC L-1 à 25 m de profundidade (M1
ZeuxFundo; dezembro).
METABOLISMO
Respiração Planctônica
Avaliando a respiração planctônica a partir das amostragens de sub-superfície entre
as quatro campanhas, o valor médio na UHE Tucuruí foi de 686,06 mgC m-3
dia-1
± 434,10
(média ± desvio padrão). A estação M3 apresentou a menor taxa de respiração planctônica
(189,05 mgC m-3
dia-1
; outubro), e também a maior, 1.911,03 mgC m-3
dia-1
; dezembro)
(Figura 3.3.3.6).
Produção Primária
O valor médio de produção primária, considerando as estações de sub-superfície foi
de 17,72 mgC m-3
dia-1
± 31,40 (média ± desvio padrão). As menores taxas de produção
primária foram registradas em outubro (0,08 mgC m-3
dia-1
± 0,07; média ± desvio padrão),
enquanto em abril ocorreram as maiores taxas (61,81 mgC m-3
dia-1
± 37,61, Figura 3.3.3.6).
O menor valor registrado foi de 0,03 mgC m-3
dia-1
em M3 e J1C (outubro) e o maior de 94,20
mgC m-3
dia-1
em M5 (abril).
Produção Bacteriana
A média da taxa de produção bacteriana foi de 20,40 mgC m-3
dia-1
± 24,36 (média ±
desvio padrão). De maneira geral, o mês de outubro apresentou as menores taxas de
produção bacteriana (2,68 mgC m-3
dia-1
± 1,41), quando foi registrado o valor mínimo de
0,96 mgC m-3
dia-1
(J1C). Já as maiores taxas foram registradas em agosto (44,91 mgC m-3
dia-1
± 37,26), especialmente em M5 (98,46 mgC m-3
dia-1
; Figura 3.3.3.6).
106 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.3.3.6 - Respiração planctônica (mg C m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mg C m-2 dia-1) nas estações amostradas na UHE Tucuruí em outubro e dezembro de 2011, e abril de 2012.
Variação Espacial de pCO2
A variação espacial de pCO2 está representada na Figura 3.3.3.7. O mês de
dezembro/2011 foi o período em que o reservatório registrou menor profundidade máxima
(Zmax=56 m), quando os maiores valores de pCO2 foram registrados na região mais próxima
à barragem. Foi observado um gradiente horizontal ao longo do eixo principal do
reservatório, variando de 200 µatm próximo às estações MJ e MBL (à margem direita) a
1650 µatm na região mais próxima à barragem. No mês de abril de 2012 foram observados
valores de pCO2 mais elevados em relação a dezembro, sendo possível evidenciar este
comportamento ao longo do reservatório, acompanhando sua região central. Os menores
valores registrados para este período foram nos pontos mais próximos à barragem e na
região mais próxima à entrada do reservatório, com valores próximos à 200 µatm.
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Trib Corpo princ Jus
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Outubro Dezembro Abril
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 107
1ª campanha
2ª campanha
3ª campanha
4ª campanha
Figura 3.3.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Tucuruí
3.3.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo no reservatório de Tucuruí foram realizadas nas seguintes
datas: 1° campanha - 21 a 23 de junho de 2011; 2° campanha – 13 a 15 de outubro de 2011;
3° campanha – 8 a 12 de dezembro de 2011; 4° campanha – 19 a 21 de abril de 2012. Em
cada uma das campanhas foram amostrados 13 pontos indicados na Figura 3.3.4.1.
108 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.3.4.1 - Imagem de satélite com a localização dos pontos de amostragem de água e sedimento no reservatório de Tucuruí referente às 4 campanhas de campo. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte da imagem: Google Earth.
Na Figura 3.3.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do reservatório de Tucuruí durante as
4 campanhas de campo e os fluxos difusivos desses gases através da interface sedimento-
água, respectivamente.
Nota-se, excetuando-se o ponto M5, localizado na porção mais a montante do
reservatório de Tucuruí e que apresenta característica predominantemente lótica, um nítido
padrão decrescente tanto de concentração como de fluxo difusivo da montante para a
jusante do reservatório. Tal padrão decrescente pode estar relacionado às condições de
deposição do material particulado proveniente da montante do reservatório pelo rio
Tocantins, em geral com deposições mais significativas a montante e diminuindo
gradativamente para a jusante devido à rarefação das partículas orgânicas pela constante
deposição no trajeto. Esse padrão foi observado tanto no corpo principal do reservatório
como nos seus principais tributários.
As concentrações e fluxos difusivos de CH4 foram ligeiramente inferiores aos do CO2.
Mesmo assim, nota-se, de forma distinta, a grande parte dos demais reservatórios
estudados, que as concentrações e os fluxos difusivos de CH4 foram bastante significativos,
muito provavelmente em função das condições existentes no reservatório, situado em área
de floresta amazônica que contribui com o aporte de matéria orgânica natural, além do
PÓS-ENCHIMENTO 109
aporte de material proveniente da bacia do rio Tocantins, somados à elevada temperatura
naquela região.
Já as concentrações e fluxos difusivos de N2O foram, em geral, mais elevados nos
tributários, que possivelmente contribuem de forma mais significativa em termos de aporte
de matéria orgânica e nitrogênio, além de apresentarem maior deficiência de oxigênio
dissolvido na água acima da interface sedimento-água, fatores esses favoráveis ao processo
de desnitrificação. Mesmo assim, os valores tanto de concentrações como de fluxos
difusivos foram muito inferiores quando comparados aos valores de CH4 e CO2 nesse
reservatório.
Figura 3.3.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água em Tucuruí. Valores de N2O em µmol.
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Corpo principal Tributários
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Concentração integrada de CH4 no sedimento (0 - 4 cm)Reservatório de Tucuruí
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Pontos
Concentração integrada de CO2 no sedimento (0 - 4 cm)Reservatório de Tucuruí
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Corpo principal Tributários
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Fluxo difusivo de CO2 na interface sedimento-águaReservatório de Tucuruí
Jun/2011
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Corpo principal Tributários
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Concentração integrada de N2O no sedimento (0 - 1cm)Reservatório de Tucuruí
Jun/2011
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Dez/2011
Abr/2012
Jusante Montante
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M1 M2 M3 MI M5 MBB C1 C2 MR MP MBL ML MJ
Corpo principal Tributários
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Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Tucuruí
Jun/2011
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Dez/2011
Abr/2012
Jusante Montante
110 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.3.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Tucuruí ocorreram em julho e
novembro de 2011 e janeiro e abril de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 51 pontos no reservatório e 5 a
jusante; amostragens de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 36 pontos e realizadas 10
medidas de vazões e de concentração de carbono no tributários. Foram utilizadas 23
armadilhas de sedimentação.
A Figura 3.3.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.3.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Tucuruí.
PÓS-ENCHIMENTO 111
A tabela 3.3.5.1. apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Tucuruí de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
Tabela 3.3.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 3.464,14 4.796,89
2 6.339,65 2.222,88
3 34.679,61 13.040,77
4 17.613,70 10.886,61
Média 15.524,28 7.736,79
A figura 3.3.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.3.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Tucuruí
1 2 3 4
02
00
04
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
05
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15
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campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4-0.2
0.4
1.0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
02
04
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
TUCURUI
1 2 3 4
04
00
08
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
04
08
01
20
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.5
1.0
1.5
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
112 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.3.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.3.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Tucuruí em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de CO2
onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de
100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.3.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Tucuruí
Gás Unidade Reservatório Reservatório Jusante Degassing Sedimentação Balanço
Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 30,97 18,04 1,61 0,12 50,75
tCO2e/dia 774,32 451,11 40,29 2,98 1.268,70
CO2 tCO2/dia 1,01 7.661,78 307,71 55,00 -4.857,93 3.167,56
N2O tN2O/dia - 1,31 0,04 - 1,35
tCO2e/dia - 390,75 12,42 - 403,17
TOTAL tCO2e/dia 775,32 8.503,65 360,42 57,98 -4.857,93 4.839,43
3.4 Xingó
3.4.1 Caracterização do aproveitamento
O reservatório da hidrelétrica de Xingó pertence à CHESF e situa-se no baixo curso
do rio do São Francisco, nas divisas dos estados de Alagoas, Sergipe e Bahia. A área de
influência do empreendimento compreende a região a jusante do complexo hidrelétrico de
Paulo Afonso, até as cidades de Piranhas, em Alagoas, e de Canindé do São Francisco, no
Sergipe.
A hidrelétrica de Xingó tem uma potência total de 3.000 MW. A área de drenagem da
bacia contribuinte de Xingó é de 608.700 km², com uma descarga média mensal de 2.980
m3/s. A área do reservatório é de 60 km² e o comprimento atinge cerca de 60 km. Xingó está
encravado em um grande canyon do São Francisco e opera praticamente a fio d’água. O
enchimento de Xingó começou em 7 de julho de 1994 e já no dia 16 do mesmo mês o
reservatório encontrava-se praticamente cheio. O reservatório inundou uma área de um
canyon do vale do Rio São Francisco, o que conferiu a esta usina uma grande potência a
partir de uma pequena área alagada.
PÓS-ENCHIMENTO 113
O clima na região da hidrelétrica é quente, com temperaturas médias em torno de 25º
C e totais pluviométricos anuais entre 413 a 907 mm /ano. O trimestre mais chuvoso é entre
maio/julho e o mais seco entre setembro/novembro.
3.4.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
As Figuras 3.4.2.1 e 3.4.2.2 mostram a distribuição espacial do uso e ocupação da
terra na bacia de drenagem da UHE Xingó. A análise fica prejudicada porque o mapa antigo
tem uma grande área ocupada por nuvens. Se admitir-se que sob as nuvens a distribuição
entre as maiores classes de uso é proporcional à distribuição externa às nuvens, pode-se
considerar que a cobertura dominante da bacia era a Caatinga.
(a)
(b)
Figura 3.4.2.1 - (a) Mapa antigo e (b) atual de uso e cobertura da terra na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Xingó.
114 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.4.2.2 - Vista ampliada do Uso e Cobertura da terra na área de inundação do reservatório da UHE Xingó.
A Tabela 3.4.2.1 mostra a distribuição da área das classes de uso e cobertura da terra
na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Xingó. Para o cálculo final das
classes Agropecuária e Caatinga, admitiu-se que o uso sob a grande área da bacia
encoberta por nuvens era proporcional à distribuição dessas classes na bacia. Assim sendo,
foi calculada essa proporção e adicionada à área de cada classe. Como a área de nuvem na
imagem atual não é grande em relação a área da bacia, considerou-se que ela não altera
significativamente as estatísticas.
Tabela 3.4.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA OCUPADA PELAS CLASSES (km²)
ANTIGO ATUAL
Agropecuária 1.671,00 3038,00
Água 25,00 67,20
Caatinga 2.498,00 883,00
Nuvem - 179,10
Urbano 6,0 31,70
PÓS-ENCHIMENTO 115
A análise da Tabela 3.4.2.1 mostra que a Caatinga foi reduzida a quase um terço da
área da bacia que passou a ser ocupada basicamente pela atividade agropecuária. De fato,
atualmente cerca de 70 % da bacia é ocupada pela atividade pecuária. Observa-se também
que houve um aumento considerável das áreas de ocupação urbana.
A tabela 3.4.2.2 exibe a área das classes de uso e cobertura da terra antes do
enchimento do reservatório, predomínio da área de Caatinga.
Tabela 3.4.2.2 - Área das classes de uso e cobertura na área de inundação do reservatório da UHE Xingó
CLASSES DE USO E
COBERTURA ÁREA CLASSE INUNDADA (km²)
Agropecuaria 10,50
Água 19,36
Caatinga 35,33
Nuvem 0,46
Urbano 0,13
Total 65,78
3.4.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da UFJF em Xingó de caráter sazonal ocorreram em junho,
setembro e dezembro de 2012. A Figura 3.4.3.1 mostra as estações de amostragem
utilizadas. Maiores detalhes das estações de amostragem e dos métodos utilizados podem
ser encontrados em UFJF (2013).
Figura 3.4.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Xingó.
116 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 79,4% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 43,6 %; eixo 2 = 34,8 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram o nitrogênio e carbono orgânico
totais (positivamente) e o pH, temperatura e transparência da água (negativamente). Para o
eixo 2 foram clorofila-a (positivamente) e o carbono inorgânico dissolvido (negativamente).
Os resultados da PCA indicaram que o primeiro componente refletiu os maiores valores de
pH e as águas mais quentes e de maior transparência que ocorreram sobretudo em
dezembro. Já os segundo componente indicou principalmente as maiores concentrações de
clorofila-a e menores de carbono inorgânico dissolvido, registrados em julho. O plano
definido pelos dois primeiros componentes descreveu o gradiente da sazonalidade,
separando as amostras dos três períodos estudados (Figura 3.4.3.2).
Figura 3.4.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Xingó. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=junho, S2=setembro e S3= dezembro de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
S1
S2
S3
43,6%
34,8
%
S1S1
S2S2
S3S3
43,6%
34,8
%
PÓS-ENCHIMENTO 117
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
De maneira geral, a densidade fitoplanctônica média foi de 3.158 (± 4171) indivíduos
mL-1. A média máxima entre os pontos foi 9.445 ± 12.568 (XG 10) e a mínima, sem
considerar o fundo do perfil da barragem, foi de 520 (± 98) indivíduos mL-1 (XG 13, ponto à
jusante; Figura 3.4.3.3). A densidade fitoplanctônica total variou de 414 indivíduos mL-1 (XG
13, setembro) a 23.847 indivíduos mL-1 (XG 10, junho).
Os maiores valores de biomassa média foram 1357,4 µgC L-1 ± 2286 (XG 06) e os
menores, sem considerar o perfil da barragem, foi de 9,9 µgC L-1 ± 4,18 (XG 13; Figura
3.4.3.3).
Figura 3.4.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Xingó nas campanhas de junho, setembro e dezembro de 2012.
Comunidade Zooplanctônica
O menor valor de densidade média por ponto variou de 0,95 indivíduos L-1 (XG 11) a
5238 indivíduos L-1 (XG 07). O menor valor médio de biomassa foi observado em XG 11 (3
µgC L-1), enquanto o maior, em XG 06 (7570,88 µgC L-1) (Figura 3.4.3.4).
0
5000
10000
15000
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3.997Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
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Junho Setembro Dezembro
3.997Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
118 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.4.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Xingó nas campanhas de junho, setembro e dezembro de 2012.
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média máxima foi de 4,19 (± 0,38) cels 106
mL-1 (XG 11, ½ Zeu) e a mínima de 2,08 (± 0,76) cels 106 mL-1 (XG 11, Zeu x Fun) (Figura
3.4.3.3). A biomassa total seguiu o mesmo padrão dos resultados de densidade com
menores contribuições, considerando o ponto de perfil próximo à barragem, de 41,67 ±
15,16 (XG 11, Zeu x Fun) e maiores de 80,39 ± 7,64 (XG 11, ½ Zeu) (Figura 3.4.3.5).
Figura 3.4.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) em todas
as estações amostradas na UHE Xingó nas campanhas de junho, setembro e dezembro de
2012.
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XG10
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Junho Setembro Dezembro
15.711
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Junho Setembro Dezembro
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Junho Setembro Dezembro
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Junho Setembro Dezembro
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Junho Setembro Dezembro
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( mg
C L
-1)
Junho Setembro Dezembro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 119
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A maior taxa de respiração planctônica foi observado em XG11 na campanha de
dezembro (2.555 mgC m-2 dia-1), ponto amostrado próximo à barragem (Figura 3.4.3.6),
enquanto a menor taxa ocorreu em XG 01, em junho (14,04 mgC m-2 dia-1).
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária (mgC m-2 dia-1) foram encontradas, em geral,
nos meses de junho e dezembro (Figura 3.4.3.6), variando de 0,01 (XG 06, setembro) a
21.44 mgC m-2 dia-1 (XG 11, junho).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana média por ponto variou de 0,18 mgC m-2 dia-1 (XG 06) a 568,
03 mgCm-2 dia-1 (XG 11), sendo o maior valor encontrado no ponto de amostragem próximo
à barragem (Figura 3.4.3.6). Os valores em XG 11, em junho, setembro e dezembro foram
469,9; 961,21 e 568,03 mgC m-2 dia-1, respectivamente.
120 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.4.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) nas estações amostradas em todas as campanhas do monitoramento da UHE Xingó nos meses de junho, setembro e dezembro de 2012.
Variação Espacial de pCO2
A variação espacial de pCO2 está representada na Figura 3.4.3.7. A média espacial
dos valores pCO2 nos três períodos de coletas foram similares (aprox. 370 µatm). No mês
de junho, os maiores valores foram observados na entrada do rio São Francisco e próximo à
barragem. Os valores medidos neste mês variaram de 280 a 600 µatm. Já no na campanha
de setembro, observou-se a mudança deste padrão, sendo os maiores valores medidos na
parte central do reservatório e próximo à barragem. No mês de dezembro foi observado o
mesmo padrão visto em junho. Os valores de pCO2 medidos neste período de coleta
variaram entre 215 a 715 µatm. Os maiores valores foram encontrados nos pontos à jusante
da barragem, sendo o maior valor igual a 700 µatm .
0
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Junho Setembro Dezembro
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Junho Setembro Dezembro
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XG01
XG06
XG11
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Junho Setembro Dezembro
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XG01
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XG11
XG12
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C m
-3 d
ia-1
)
Junho Setembro Dezembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 121
Figura 3.4.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Xingó
3.4.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo da equipe do IIEGA no reservatório de Xingó foram
realizadas nas seguintes datas: 1° campanha - 29 a 31 de março de 2012; 2° campanha –
26 a 28 de julho de 2012; 3° campanha – 22 a 24 de novembro de 2012. Em cada uma das
campanhas foram amostrados 10 pontos indicados na Figura 3.4.4.1.
Figura 3.4.4.1 - Imagem de satélite dos pontos de coleta de amostras de água e de sedimento no reservatório de Xingó utilizados nas 3 campanhas de campo realizadas. Pontos em tom vermelho: coleta de água e sedimento; em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte da imagem: Google Earth.
122 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Na Figura 3.4.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do futuro reservatório de Xingó.
Tanto as concentrações como os fluxos difusivos de CH4 em todos os pontos foram
inferiores quando comparados aos valores de CO2. As concentrações tanto de CH4 como de
CO2 foram, em geral, superiores em novembro de 2012 em relação às demais campanhas.
Esse fato pode estar relacionado às concentrações mais baixas de oxigênio dissolvido
observadas nesse período, possivelmente resultante do maior aporte de material orgânico
dissolvido pelas chuvas.
As maiores concentrações e fluxos difusivos de CH4 e de CO2 foram observados nos
pontos XIN07 e XIN10, localizados nos tributários. Esses pontos também apresentaram
elevadas concentrações de magnésio e cálcio na água intersticial dos sedimentos, o que
sugere que os processos de formação e liberação de CH4 e CO2 nos sedimentos podem ter
uma relação com esses íons, como por exemplo, dissolução de compostos de carbonato de
cálcio e carbonato de magnésio.
Por outro lado, as maiores concentrações e fluxos difusivos de N2O foram observados
no corpo principal do reservatório, possivelmente associadas às menores concentrações de
oxigênio dissolvido nesses locais. Por outro lado, tais valores de N2O foram,
comparativamente, muito inferiores aos valores de concentrações e fluxos difusivos de CH4
e CO2 nos sedimentos, o que demonstra que, como nos demais sistemas estudados, os
sedimentos do reservatório de Xingó emitem muito pouco N2O para a água sobrejacente.
PÓS-ENCHIMENTO 123
Figura 3.4.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos
difusivos na interface sedimento-água em Xingó. Valores de N2O em µmol.
3.4.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Xingó ocorreram em abril, junho
setembro e novembro de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas amostragens de fluxo
difusivo por câmaras flutuantes em 41 pontos no reservatório e 5 a jusante; amostragens de
fluxo ebulitivo por funis invertidos em 25 pontos e realizadas 2 medidas de vazões e de
concentração de carbono nos tributários. Foram utilizadas 17 armadilhas de sedimentação.
A Figura 3.4.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
0
50
100
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200
250
300
XIN11 XIN08 XIN06 XIN05 XIN04 XIN03 XIN09 XIN10 XIN07 XIN01
Corpo central Tributários
CH
4 (m
mo
l m-2
)
Concentração integrada de CH4 no sedimento (0 - 4cm)Reservatório de Xingó
Mar/2012
Jul/2012
Nov/2012
Jusante Montante
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XIN11 XIN08 XIN06 XIN05 XIN04 XIN03 XIN09 XIN10 XIN07 XIN01
Corpo central Tributários
CO
2 (m
mo
l m-2
)
Concentração integrada de CO2 no sedimento (0 - 4cm)Reservatório de Xingó
Mar/2012
Jul/2012
Nov/2012
Jusante Montante
0
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40
60
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XIN11 XIN08 XIN06 XIN05 XIN04 XIN03 XIN09 XIN10 XIN07 XIN01
Corpo central Tributários
Flu
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de
CH
4 (m
mo
l m-2
d-1
)
Fluxo difusivo de CH4 na interface sedimento-águaReservatório de Xingó
Mar/2012
Jul/2012
Nov/2012
Jusante Montante
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60
80
100
XIN11 XIN08 XIN06 XIN05 XIN04 XIN03 XIN09 XIN10 XIN07 XIN01
Corpo central TributáriosF
luxo
de
CO
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Fluxo difusivo de CO2 na interface sedimento-águaReservatório de Xingó
Mar/2012
Jul/2012
Nov/2012
Jusante Montante
0,0
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XIN11 XIN08 XIN06 XIN05 XIN04 XIN03 XIN09 XIN10 XIN07 XIN01
N2
O (u
mo
l/L
)
Concentração de N2O no sedimentoReservatório de Xingó
Mar/2012
Jul/2012
Nov/2012
Jusante Montante
0
10
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30
40
XIN11 XIN08 XIN06 XIN05 XIN04 XIN03 XIN09 XIN10 XIN07 XIN01
Flu
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de
N2
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-1)
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Xingó
Mar/2012
Jul/2012
Nov/2012
Jusante Montante
124 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.4.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Xingó.
A tabela 3.4.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Xingó de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
PÓS-ENCHIMENTO 125
Tabela 3.4.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 841,80 1.786,82
2 469,49 1.062,72
3 254,46 1.011,06
4 1182,71 933,95
Média 687,12 1.198,64
A figura 3.4.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.4.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Xingó
1 2 3 4-10
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
04
81
2
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.5
1.0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4-0.1
0.2
0.4
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
01
03
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
XINGO
1 2 3 4
01
00
03
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
8
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.5
1.0
1.5
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
126 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.4.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.4.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Xingó em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de CO2
onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de
100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.4.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Xingó
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 0,49 0,34 0,02 0,01 0,86
tCO2e/dia 12,34 8,47 0,45 0,15 21,41
CO2 tCO2/dia 0,01 -20,18 11,72 10,61 -61,22 -59,05
N2O tN2O/dia - 0,03 0,00 - 0,03
tCO2e/dia - 9,14 0,69 - 9,83
TOTAL tCO2e/dia 12,34 -2,56 12,87 10,75 -61,22 -27,82
3.5 Serra da Mesa
3.5.1 Caracterização do aproveitamento
A Usina hidrelétrica (UHE) de Serra da Mesa situa-se na Região Centro Oeste do
Brasil, ao noroeste do Estado de Goiás, próximo à divisa com o Estado de Tocantins, entre
as coordenadas 49°30’ e 48° 00’ W e 13°00’ e 15° 00’ S. Sua barragem está situada no
curso principal do rio Tocantins, no município de Minaçu (GO), a 1790 km de sua foz e a 640
km de Brasília - DF. Possui uma capacidade geradora de 1.275 MW. O reservatório de Serra
da Mesa é o maior do Brasil em volume de água, com 54,4 bilhões de m³ e uma área de
1.784 km² e se insere na Região Hidrográfica Tocantins-Araguaia que é a maior região
localizada inteiramente em território brasileiro, com área de drenagem de 767.000 km².
O reservatório de Serra da Mesa está inserido no Bioma Cerrado. O clima
predominante na região é do tipo tropical chuvoso com período seco (Aw de Köppen). A
temperatura máxima pode atingir 40°C no verão e, no inverno, a temperatura média atinge
24°C. A região apresenta duas estações bem definidas: seca, no inverno e úmida no verão,
com chuvas concentradas entre os meses de novembro a março e variação média de 1.500
a 2.000 mm anuais.
PÓS-ENCHIMENTO 127
O rio Tocantins, o principal da bacia, é formado pela confluência dos rios Almas e
Maranhão. A área onde está implantada a UHE de Serra da Mesa pertence ao trecho
superior do Rio Tocantins, inserida no município de Minaçu e os principais afluentes do
reservatório são os rios Bagagem e Tocantinzinho.
3.5.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A área inundada pelo reservatório da UHE Serra da Mesa representa menos do que 3
% da área total da bacia de sua bacia de drenagem.
Figura 3.5.2.1 - (a) Mapa antigo e (b) atual uso e cobertura da terra na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Serra da Mesa.
128 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.5.2.2 - Vista ampliada do Uso e Cobertura da terra na área de inundação do reservatório da UHE Serra da Mesa.
A Figura 3.5.2.1 mostra os mapas de uso e cobertura da terra antigo e atual. A
simples análise dos mapas da Figura 3.5.2.2 indica que antes do início da operação do
reservatório, em 1995, a bacia sua bacia de drenagem possui grandes áreas recobertas
pelo Cerrado. Essa cobertura foi bastante reduzida no mapa atual tendo sido substituída
principalmente pela atividade agropecuária. A Tabela 3.5.2.1 mostra a área ocupada pelas
diferentes classes no mapa antigo e atual.
Tabela 3.5.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Serra da Mesa
CLASSES DE USO DA TERRA ÁREA OCUPADA PELAS CLASSES (km²)
MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agricultura 6.936,41 6.101,89
Agropecuária 16.300,84 25.230,34
Água 91,90 1.292,98
Cerrado 23.705,66 14.309,54
Urbano 117,19 245,841
PÓS-ENCHIMENTO 129
A Tabela 3.5.2.2 mostra a área ocupada pelas diferentes classes área das classes de
uso e cobertura na área de inundação, antes da operação do reservatório. Nota-se o
predomínio da atividade de agropecuária e áreas cobertas pelo Cerrado, assim como
acontecia na bacia de drenagem, antes do início do funcionamento da UHE, em 1995.
Tabela 3.5.2.2 - Área das classes de uso e cobertura na área de inundação do reservatório da UHE Serra da Mesa.
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA CLASSE INUNDADA (km²)
Agropecuária 318,08
Agricultura 2,77
Água 62,49
Cerrado 940,58
Total 1.323,92
De acordo com o mapa antigo, o Cerrado ocupava 50% da área da bacia de captação
do reservatório na fase anterior ao início de sua operação. Atualmente, a área de Cerrado foi
reduzida a apenas 30 % tendo sido substituído principalmente pela agropecuária que passou
a ser o uso mais comum. É importante notar o aumento significativo da área ocupada pelo
uso do solo urbano que dobrou no período.
3.5.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da equipe da UFJF em Serra da Mesa de caráter sazonal
ocorreram em junho e novembro de 2011 e janeiro e março de 2012. A Figura 3.5.3.1 mostra
as estações de amostragem utilizadas. Maiores detalhes das estações de amostragem e dos
métodos utilizados podem ser encontrados em UFJF (2013).
130 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.5.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Serra da Mesa.
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 55,5% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 36,1 %; eixo 2 = 19,4 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram o fósforo total (positivamente) e a
condutividade e transparência da água (negativamente). Para o eixo 2 foram pH, oxigênio
dissolvido e temperatura da água (negativamente). Os resultados da PCA indicaram que o
primeiro componente refletiu os menores valores de condutividade e transparência da água
em pontos dos tributários nos meses de novembro, janeiro e março e maiores de fósforo
total em janeiro no reservatório (dados não mostrados). Já os segundo componente indicou
principalmente os maiores valores de pH, oxigênio dissolvido e temperatura da água
associados às amostras de novembro de 2011 e janeiro de 2012 do reservatório. O plano
definido pelos dois primeiros componentes descreveu parcialmente o gradiente espacial e
temporal (Figura 3.5.3.2).
PÓS-ENCHIMENTO 131
Figura 3.5.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Serra da Mesa. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=junho, S2=novembro de 2011, S3= janeiro, S4= março de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
A densidade fitoplanctônica média foi de 8.661 (± 7.160) indivíduos mL-1), a máxima
entre os pontos foi de 38.716 indivíduos mL-1 (MRN 10; novembro) e a mínima de 132
indivíduos mL-1 (Rio das Almas; março). De modo geral, as menores densidades foram
observadas nas estações à jusante do reservatório (MRN 55 e MRN 60) e no rio das Almas
(Figura 3.5.3.3).
A concentração média da biomassa fitoplanctônica foi de 77,3 µgC L-1 ± 72,7. A maior
concentração foi observada em MRN 20 em janeiro (278,2 µgC L-1) e a mínima de 0,31 µgC
L-1 em MRN 55 também em janeiro. De modo semelhante ao observado para a densidade,
as menores concentrações da biomassa fitoplanctônica ocorreram nas estações à jusante
do reservatório (MRN 55 e MRN 60) e no rio das Almas (Figura 3.5.3.3).
S1
S2
S3
S4
36,1%
19,4
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
36,1%
19,4
%
132 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.5.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Serra da Mesa nas quatro campanhas campo.
Comunidade Zooplanctônica
A densidade zooplanctônica média foi de 45 (± 71) indivíduos L-1. A densidade
máxima entre os pontos foi de 381 indivíduos L-1 (Rio Bagagem; novembro) e a mínima de 1
indivíduo L-1 (MRN 50 e MRN 55, janeiro; MRN 60, junho e janeiro). De modo geral, as
densidades zooplanctônicas foram baixas em todos os períodos de amostragens (Figura
3.5.3.4).
A concentração média da biomassa zooplanctônica foi de 31,7 µgC L-1 ± 51,4. A
maior concentração foi observada em BGG 20 em novembro e janeiro (241, µgC L-1) e a
mínima de 0,30 µgC L-1 (MRN 50 e MRN 60; janeiro). De forma semelhante à densidade, a
estação que apresentou as maiores biomassas foi BGG 20 (Figura 3.5.3.4).
Figura 3.5.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Serra da Mesa nas quatro campanhas campo.
0
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20000
30000
40000
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PST 10
BA
GA
GEM
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MRN
50
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55
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L-1
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Junho Novembro Janeiro Março
Trib Corpo princ Jus
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5
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Junho Novembro Janeiro Março
Trib Corpo princ Jus
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Junho Novembro Janeiro Março
Trib Corpo princ Jus
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2 Zeu
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0 Zeu
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MRN60
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Junho Novembro Janeiro Março
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Junho Novembro Janeiro Março
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150
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LMAS
TOCANTIN
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( mg
C L
-1)
Junho Novembro Janeiro Março
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 133
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média máxima foi de 1,25 (± 0,53) céls 106
mL-1 (MRN 30) e mínima de 1,12 (± 0,55) céls 106 mL-1 (MRN 50). No perfil vertical feito na
estação mais próxima a barragem (MRN 50), menores densidades bacterianas foram
sempre observadas no fundo (Figura 3.5.3.5).
Figura 3.5.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Serra da Mesa nas quatro campanhas campo.
Em termos de biomassa total, a menor contribuição foi de 22,39 ± 10,97 (MRN 50) e a
maior de 25,00 ± 4,55 µgC L-1 (MRN 60). De forma semelhante ao observado para a
densidade, menores biomassas foram obtidas no fundo na análise do perfil vertical (Figura
3.5.3.5).
METABOLISMO
Respiração Planctônica
Na superfície da estação MRN 50 (barragem) foi observada a menor taxa de
respiração planctônica (90,37 mgC m-3 dia-1), valor este que foi encontrado em junho (Figura
3.5.3.6), enquanto a maior taxa ocorreu em MRN 30, em novembro (1566,30 mgC m-3 dia-1).
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária (mgC m-3 dia-1) foram encontradas, em geral,
no mês de março em todas as estações amostradas (Figura 3.5.3.6). A produção primária
variou de 0,20 (MRN 50; novembro) a 45,2 mgC m-3 dia-1 (MRN 10; março). Analisando o
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Junho Novembro Janeiro Março
Corpo princ Jus Corpo princ Jus
134 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
perfil vertical na estação mais próxima à barragem (MRN 50), observaram-se maiores taxas
em março (Figura 3.5.3.6).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana variou de 0,31 mgC m-3 dia-1 (MRN 30; novembro) a 20,79
mgC m-3 dia-1 (MRN 30; janeiro). Considerando o perfil vertical na estação mais próxima à
barragem (MRN 50) maior produção foi sempre observada nas profundidades abaixo da
zona eufótica (Figura 3.5.3.6).
Figura 3.5.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) nas estações amostradas em todas as campanhas do monitoramento da UHE Serra da Mesa nas quatro campanhas campo.
Variação espacial de pCO2
Os valores de pCO2 amostrados para a água superficial do reservatório nas diferentes
estações de amostragem em 2011 estão representados na Figura 3.5.3.7. Os maiores
valores de pCO2 na água observados no mês de março foram EGU (958.5 µatm) e SMC 080
(868,4 µatm). Nos meses de junho e outubro foram inventariados os maiores valores de
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2500
3000
3500
MRN 1
0
MRN 3
0
MRN 5
0 Sup
MRN 5
0 Zeu
MRN 5
5
MRN60
Pro
du
ção
bacte
rian
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Junho Novembro Janeiro Março
Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 135
pCO2 em relação às demais amostragens. No mês de junho, a estação que apresentou o
maior valor foi o tributário TEX 20 (2080 µatm). Em relação ao mês de outubro, duas
estações apresentaram valores elevados, CTL 20 (2229,7 µatm) e EGU (1680.5 µatm). Em
dezembro, todos os valores de pCO2 foram inferiores a 500 µatm.
Figura 3.5.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Serra da Mesa
3.5.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo no reservatório de Serra da Mesa foram realizadas nas
seguintes datas: 1° campanha - 15 a 17 de junho de 2011; 2° campanha – 18 a 20 de
outubro de 2011; 3° campanha – 10 a 12 de janeiro de 2012; 4° campanha – 24 a 26 de abril
de 2012. Em cada uma das campanhas foram amostrados 11 pontos indicados na Figura
3.5.4.1
Figura 3.5.4.1 - Imagem de satélite com a localização dos pontos de amostragem de água e de sedimento no reservatório da UHE Serra da Mesa nas 4 campanhas de campo realizadas entre junho de 2011 e abril de 2012. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte da imagem: Google Earth.
136 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Na Figura 3.5.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do reservatório de Serra da Mesa
durante as 4 campanhas de campo e os fluxos difusivos desses gases através da interface
sedimento-água, respectivamente.
Os valores tanto de concentrações como de fluxos difusivos de CH4 foram inferiores
aos do CO2, principalmente para os fluxos difusivos, o que demonstra que o reservatório de
Serra da Mesa, apesar do seu grande volume e profundidade, emite predominantemente
CO2 em relação ao CH4 através da interface sedimento-água.
Os padrões de variação das concentrações de gases, bem como seus fluxos difusivos
através da interface sedimento-água são muito semelhantes àqueles observados no
reservatório de Tucuruí, ou seja, houve uma variação decrescente da montante para a
jusante do reservatório. Sendo reservatórios construídos no mesmo rio Tocantins, porém,
em porções distintas, é provável que tais padrões tenham a origem semelhante, ou seja,
relacionados às condições de deposição do material particulado proveniente da montante do
reservatório pelo rio Tocantins, em geral com deposições mais significativas a montante e
diminuindo gradativamente para a jusante.
Com relação à concentração e fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-água,
não se verificou esse padrão de variação observado para o CH4 e CO2 no reservatório de
Serra da Mesa. Além disso, como nos demais reservatórios, os valores foram muito
inferiores quando comparados aos de CH4 e CO2, o que confere a esse reservatório uma
baixa emissão de N2O do sedimento para a água sobrejacente.
PÓS-ENCHIMENTO 137
Figura 3.5.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água em Serra da Mesa. Valores de N2O em µmol.
3.5.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Serra da Mesa ocorreram em
julho e outubro de 2011, e em janeiro e abril de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 46 pontos no reservatório e 6 a
jusante; amostragens de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 26 pontos e realizadas 27
medidas de vazões e de 28 medidas de concentração de carbono nos tributários. Foram
utilizadas 4 armadilhas de sedimentação.
A Figura 3.5.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
0
50
100
150
200
MRN50 MRN40 MRN30 MRN20 MRN10 MRN01 TCT10 BGG20 BGG10 PST10 ALM10
Corpo principal Tributários
CH
4 (m
mo
l m-2
)
Concentrações integradas de CH4 no sedimento (0 - 4 cm)Reservatório de Serra da Mesa
Jun/2011
Out/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
0
50
100
150
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MRN50 MRN40 MRN30 MRN20 MRN10 MRN01 TCT10 BGG20 BGG10 PST10 ALM10
Corpo principal Tributários
CO
2 (m
mo
l m-2
)
Concentrações integradas de CO2 no sedimento (0 - 4 cm)Reservatório de Serra da Mesa
Jun/2011
Out/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
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20
40
60
80
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MRN50 MRN40 MRN30 MRN20 MRN10 MRN01 TCT10 BGG20 BGG10 PST10 ALM10
Corpo principal Tributários
Flu
xo
dif
. CH
4 (m
mo
l m-2
d-1
)
Fluxos difusivos de CH4 na interface sedimento-águaReservatório de Serra da Mesa
Jun/2011
Out/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
0
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40
60
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MRN50 MRN40 MRN30 MRN20 MRN10 MRN01 TCT10 BGG20 BGG10 PST10 ALM10
Corpo principal Tributários
Flu
xo
dif
. CO
2 (
mm
ol m
-2d
-1)
Fluxos difusivos de CO2 na interface sedimento-águaReservatório de Serra da Mesa
Jun/2011
Out/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
0
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4
6
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MRN50 MRN40 MRN30 MRN20 MRN10 MRN01 TCT10 BGG20 BGG10 PST10 ALM10
Corpo principal Tributários
N2
O (u
mo
l L-1
)
Concentrações integradas de N2O no sedimento (0 - 1 cm)Reservatório de Serra da Mesa
Jun/2011
Out/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
0
1
2
3
4
5
MRN50 MRN40 MRN30 MRN20 MRN10 MRN01 TCT10 BGG20 BGG10 PST10 ALM10
Corpo principal Tributários
N2
O (u
mo
l m-2
d-1
)
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Serra da Mesa
Jun/2011
Out/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
138 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.5.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Serra da Mesa.
PÓS-ENCHIMENTO 139
A tabela 3.5.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Serra da Mesa de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
Tabela 3.5.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 640,50 2.439,01
2 312,90 1.466,26
3 1.623,32 103,49
4 670,02 n.c.
Média 811,69 1.336,25
A figura 3.5.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.5.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Serra da Mesa
1 2 3 4
01
00
03
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
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0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
1.2
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4-0.1
0.1
0.3
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4-50
51
01
5
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
SERRA DA MESA
1 2 3 4
04
00
01
00
00
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
05
00
15
00
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
1.0
2.0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
140 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.5.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.5.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Serra da Mesa em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de
CO2 onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento
global (25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o
horizonte de 100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.5.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Serra da Mesa
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 5,68 9,59 3,55 4,72 23,53
tCO2e/dia 141,99 239,70 88,73 117,88 588,30
CO2 tCO2/dia 0,14 2.507,73 29,80 39,34 -2.350,76 226,25
N2O tN2O/dia - 0,99 0,00 - 1,00
tCO2e/dia - 295,99 1,37 - 297,37
TOTAL tCO2e/dia 142,14 3.043,43 119,90 157,21 -2.350,76 1.111,91
3.6 Funil
3.6.1 Caracterização do aproveitamento
O reservatório da Usina Hidrelétrica de Funil é formado pelo barramento do Rio
Paraíba do Sul em seu trecho médio-superior, e localiza-se em sua maior parte nos
municípios de Itatiaia e Resende no estado do Rio de Janeiro, margeando pequenas áreas
nos municípios paulistas de Queluz, Areias e São José do Barreiro, entre as coordenadas de
22°30’ e 22°37’ de latitude Sul e 44°32’ e 44°41’ de longitude Oeste.
A usina foi concluída em dezembro de 1969, entrado em operação a primeira das três
unidades geradoras. A capacidade nominal total de geração da Usina Hidrelétrica é de 216
MW de potência.
O reservatório apresenta formato tentacular, com um canal principal de cerca de 35
km entre Queluz e a barragem (25 km em linha reta), com um desnível de 70 m e
declividade média de 2/1000, e dois canais secundários, alimentados por pequenos cursos
com nascentes na bacia paulista. O reservatório de Funil possui uma área inundada de
cerca de 40 km² com uma profundidade máxima de 70 metros e média de 20 metros, e
PÓS-ENCHIMENTO 141
volume total de 8,9 bilhões m³ (AGEVAP, 2007). As tomadas de água estão localizadas na
cota de 409 m, 57,5 m abaixo do nível máximo do reservatório.
O reservatório pode apresentar grandes variações de nível anuais, registrando-se a
oscilação máxima de 17,5 m e mínima de 4, 0 m entre 1972-1994. A intensidade dessas
variações decorre do reservatório apresentar alta relação volume: área, característica de
sistemas "encaixados" e também de restrições de descarga pelos vertedouros.
A bacia contribuinte ao Reservatório de Funil compreende uma área de 16.680 km2,
englobando toda a bacia paulista do rio Paraíba do Sul, com área de 14.230 km2, e a bacia
de captação direta do Reservatório, com 2.450 km2.
O clima da região é caracterizado por verões quentes e estação chuvosa de setembro
a março, segundo classificação climática de Köppen, e com uma estação seca bem
acentuada coincidindo com o inverno. No verão, o índice pluviométrico anual máximo atinge
2500 mm, o mais elevado do Estado. No inverno, o índice pluviométrico anual mínimo é de
500 mm. A média anual de temperatura é de 21°C com temperatura média no verão de 24°
C e média no mês de julho igual a 17°C.
3.6.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
Como o reservatório começou sua operação pelo menos 4 anos antes da
disponibilidade de imagens Landsat, o mapeamento do uso e ocupação da terra antigo foi
realizado com os dados disponíveis do sensor MSS/Landsat referentes aos anos de 1973 e
1975 assumindo-se que entre as datas as diferenças de ocupação se mantiveram
imperceptíveis na escala do mapeamento.
Devido à necessidade de comparar duas datas, sendo uma com um sensor bem
menos eficiente, a legenda foi simplificada ao máximo para que a comparação fosse
compatível. A Figura 3.6.2.1.a e 3.6.2.1.b mostra a distribuição do uso e cobertura da terra
antigo (a) e atual (b) na bacia de drenagem do reservatório da UHE Funil.
142 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
(a)
(b)
Figura 3.6.2.1 - Mapa atual (b) e antigo (a) do uso e cobertura na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Funil.
A análise da Figura 3.6.2.1 mostra que houve uma sensível redução da cobertura
florestal na bacia entre a década de 1970 e o ano de 2010, principalmente na região das
nascentes no planalto que dá acesso à Serra do Mar. A Tabela 3.6.2.1 mostra a área
ocupada pelas diferentes classes de uso e cobertura.
PÓS-ENCHIMENTO 143
Tabela 3.6.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Funil
CLASSES DE USO E COBERTURA DA TERRA ÁREA DAS CLASSES (km²)
MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agricultura 142,22 153,99
Agropecuária 3915,99 4308,98
Água 51,07 54,81
Cava de areia 23,26 24,77
Floresta 2603,37 1795,68
Reflorestamento 66,06 387,36
Urbano 169,50 400,22
Nuvem 154,34 0,00
A análise da Tabela 3.6.2.1 mostra que a bacia de drenagem do reservatório da UHE
Funil sofreu modificações importantes durante o período analisado, dentre as quais se
destaca um crescimento de mais de 200% na ocupação urbana do solo, o que representa
um indicador não apenas do aumento da população e da densidade demográfica mas
também da atividade industrial com impactos na exportação de matéria orgânica para os
cursos de água da bacia, principalmente o Paraíba do Sul. A área ocupada por Floresta por
sua vez sofreu uma redução de cerca de 30%, havendo, entretanto, a ampliação da
ocupação por áreas de reflorestamento de Pinus e Eucalipto. A área dedicada a agricultura
permaneceu pequena e estável havendo uma ampliação das atividades agropecuárias
(pecuária leiteira, principalmente) a custa de áreas florestadas.
3.6.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da equipe da UFJF em Funil de caráter sazonal ocorreram
em julho e outubro de 2011 e em janeiro e maio de 2012. A Figura 3.6.3.1 mostra as
estações de amostragem utilizadas. Maiores detalhes das estações de amostragem e dos
métodos utilizados podem ser encontrados em UFJF (2013).
144 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.6.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Funil.
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 84,3% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 58,8 %; eixo 2 = 25,5 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram a temperatura da água, oxigênio
dissolvido e pH (positivamente) e para o eixo 2 apenas clorofila-a foi importante
(positivamente). Os resultados da PCA indicaram que o primeiro componente refletiu
principalmente as menores temperaturas e pH que estiveram associados aos meses de
janeiro e maio. Já os segundo componente indicou principalmente as concentrações de
clorofila-a que foram maiores ou menores em diversos pontos amostrais na diferentes
épocas amostradas, exceto em maio. O comportamento apresentado reflete as baixas
temperaturas não usuais que ocorreram durante as coletas de janeiro e maio (Figura
3.6.3.2).
PÓS-ENCHIMENTO 145
Figura 3.6.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Funil. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=julho, S2=outubro de 2011, S3= janeiro, S4= maio de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
Elevada variabilidade espacial e temporal também foi observada em termos de
densidade e biomassa em carbono do fitoplâncton em UHE Funil. Em termos de densidade,
os valores mais elevados ocorreram em outubro, em FL 34 e FL 34B (53.457 e 55.064
indivíduos mL-1, respectivamente) (Figura 3.6.3.3). Considerando a biomassa, os valores
mais elevados ocorreram em janeiro e nos pontos do corpo do reservatório, com valor
máximo ocorrendo em FL 45, em janeiro (3390 µgC L1) (Figura 3.6.3.3).
58,8%
25,5
%
S1
S2
S3
S4
58,8%
25,5
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
146 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.6.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Funil nas campanhas de julho e outubro de 2011 e janeiro e maio de 2012.
Comunidade Zooplanctônica
Assim como o fitoplâncton, o zooplâncton do reservatório de UHE Funil apresentou
alta variabilidade espacial e temporal, em termos de densidade e biomassa expressa em
carbono. Os valores mais elevados ocorreram em janeiro nos pontos do corpo principal do
reservatório. A densidade zooplanctônica variou de 3,4 indivíduos L-1 (FL 10, julho) a 641,4
indivíduos L-1 (FL 34, maio) (Figura 3.6.3.4). Os meses de menores densidades foram julho e
outubro e o de maior densidade foi de janeiro.
Figura 3.6.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Funil nas campanhas de julho e outubro de 2011 e janeiro e maio de 2012.
Para a biomassa em carbono total, o maior valor encontrado foi de 641,5 µgC L-1 (FL
34, janeiro) e o menor foi de 1.1 µgC L-1 (FL 25, outubro) (Figura 3.6.3.4). Janeiro foi o mês
0
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1500
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FL 30
FL 35
FL 40
FL 42
FL 45
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B
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FL 50
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FL34
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FL 50
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L-1
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1
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Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ Jus
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Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ Jus
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100
150
200
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350
FL 10
FL34
FL 25
FL 30
FL 35
FL 40
FL 42
FL 45
FL 48
FL34 B
FL 50 S
up
FL J01
FL J02
Bio
massa z
oo
pla
nctô
nic
a
( mg
C L
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
0
100
200
300
400
500
FL 10
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FL 30
FL 35
FL 40
FL 42
FL 45
FL 48
FL34 B
FL 50 S
up
FL J01
FL J02
Den
sid
ade
zoo
pla
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ôn
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(in
d L
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
0
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FL 40
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FL 45
FL 48
FL34 B
FL 50 S
up
FL J01
FL J02
Bio
massa z
oo
pla
nctô
nic
a
( mg
C L
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 147
de maior valor em biomassa (carbono) e maio o mês em que ocorreu a menor biomassa do
zooplâncton.
Comunidade Bacteriana
A densidade bacteriana média, considerando todas as estações e amostragens, foi de
2,4 ± 1,6 céls 106 mL-1, variando entre 0,6 céls 106 mL-1 (FL 10, julho) e 6,2 céls 106 mL-1(FL
25, janeiro; Figura 3.6.3.5). Considerando os dados de perfil, a densidade mais alta ocorreu
na profundidade correspondente à metade da zona eufótica, em janeiro (5,18 céls 106 mL-1)
e a mais baixa na mesma profundidade, em julho (0,65 céls 106 mL-1).
A biomassa bacteriana média, considerando todas as estações e amostragens, foi de
48,7 ± 31,7 µgC L-1, variando entre 12 µgC L-1 (FL 10, julho) e 123,4 µgC L-1 (FL 25, janeiro;
Figura 3.6.3.5).
Figura 3.6.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Funil nas campanhas de julho e outubro de 2011 e janeiro e maio de 2012.
METABOLISMO
Respiração Planctônica
Na Figura 3.6.3.6 estão apresentados os dados das taxas metabólicas medidas
durante as campanhas sazonais de julho e outubro de 2011 e janeiro e maio de 2012. Em
média, a taxa de respiração planctônica foi menor em janeiro (734 mgC m-2 dia-1) e mais
elevada em maio (1666 mgC m-2 dia-1). O menor valor total observado ocorreu na estação
FL 40 em maio (80,17 mgC m-3 dia-1) e o maior em FL 50 em julho (3048,6 mgC m-2 dia-1).
0
1
2
3
4
5
6
7
FL 10
FL 25
FL 40
FL 50
Sup
FL 50
1/2
Zeu
FL 50
Zeu
FL 50
Zeu
x F
undo
FL 50
Fundo
FL J0
1
De
ns
ida
de
ba
cte
ria
na
(cé
ls 1
06
mL
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
0
20
40
60
80
100
120
140
FL 10
FL 25
FL 40
FL 50
Sup
FL 50
1/2
Zeu
FL 50
Zeu
FL 50
Zeu
x F
undo
FL 50
Fundo
FL J0
1
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
0
1
2
3
4
5
6
7
FL 10
FL 25
FL 40
FL 50
Sup
FL 50
1/2
Zeu
FL 50
Zeu
FL 50
Zeu
x F
undo
FL 50
Fundo
FL J0
1
De
ns
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ba
cte
ria
na
(cé
ls 1
06
mL
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
0
20
40
60
80
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140
FL 10
FL 25
FL 40
FL 50
Sup
FL 50
1/2
Zeu
FL 50
Zeu
FL 50
Zeu
x F
undo
FL 50
Fundo
FL J0
1
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
148 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária (mgC m-2 dia-1) foram encontradas, em média,
no mês de maio (35,3 mgC m-2 dia-1) (Figura 3.6.3.6). A produção primária variou de zero
(FL J01 e FL 35) em janeiro a 140,1 mgC m-1 dia-1 (FL 50) em maio.
Produção Bacteriana
Considerando todas as estações e campanhas, a média da produção bacteriana foi
879,15 mgC m-2 dia-1 (Figura 3.6.3.6). A produção bacteriana variou de 0,008 mgC m-2 dia-1
(FL 40, outubro) a 14230,67 mgC m-2 dia-1 (FL 50, maio). O mês de outubro apresentou a
menor produção bacteriana média (1,02 mgC m-2 dia-1) e maio a mais elevada (3182,92 mgC
m-2 dia-1).
Figura 3.6.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) na UHE Funil nas campanhas de julho e outubro de 2011 e janeiro e maio de 2012.
0
1500
3000
4500
6000
7500
FL 10
FL 25
FL 40
FL 50 S
up
FL J01
Re
sp
ira
ção
pla
nc
tôn
ica
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Agosto Outubro Janeiro Maio
0
30
60
90
120
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FL 10
FL 25
FL 40
FL 50 S
up
FL J01
Pro
du
çã
o p
rim
ári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Agosto Outubro Janeiro Maio
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6000
9000
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1
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bacte
rian
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-3 d
ia-1
)
Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
0
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-3 d
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Agosto Outubro Janeiro Maio
0
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-3 d
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C m
-3 d
ia-1
)
Agosto Outubro Janeiro Maio
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 149
Variação Espacial de pCO2
A variação espacial dedas medições de pCO2 das diferentes campanhas está
representada na Figura 3.6.3.7. No mês de julho de 2011 foi observado maiores valores de
pCO2 na região oeste do reservatório onde ocorre a entrada do rio Paraíba do Sul. Nesse
mês os valores variaram de 273 µatm, observado próximo ao ponto FL 42, no corpo principal
do reservatório, a 2300 µatm, na região à jusante do rio, no ponto FL J01. No mês de
outubro de 2011 o valor mais alto de pCO2 também foi observado próximo à entrada do rio
Paraíba do Sul (1500 µatm), no entanto, diferente do mês de julho, o valor mais baixo foi
encontrado próximo ao tributário referente ao ponto FL34 (70 µatm). No mês janeiro de
2012, as análises de pCO2 não puderam ser feitas devido à defeito no equipamento. Por
esse motivo, aqui serão apresentados os dados referentes a fevereiro de 2012. Assim como
nos meses de julho/11 e outubro/11, em fevereiro/12 os valores mais altos foram observados
próximos à região de entrada do rio principal (1300 µatm). Os valores mais baixos foram
observados na região do reservatório próxima à barragem, ponto FL 50 (150 µatm). No mês
de maio de 2012 os valores variaram de 600 µatm (próximo ao ponto FL 25) a 1190 µatm
(próximo à entrada do rio Paraíba do Sul (como nos demais meses avaliados), sendo que
neste mês a distribuição espacial foi mais homogênea ao longo do reservatório.
Figura 3.6.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Funil nas campanhas
150 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.6.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo no reservatório de Funil foram realizadas nas seguintes
datas: 1° campanha - 5 a 7 de julho de 2011; 2° campanha – 27 a 29 de setembro de 2011;
3° campanha – 7 e 8 de fevereiro de 2012; 4° campanha – 8 e 9 de maio de 2012. Em cada
uma das campanhas foram amostrados 10 pontos indicados na Figura 3.6.4.1.
Figura 3.6.4.1 - Imagem de satélite com a localização dos pontos de amostragem de água e sedimento no reservatório da UHE Funil durante as 4 campanhas de campo realizadas entre julho de 2011 a maio de 2012. Fonte da imagem: Google Earth. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos em laboratório. Fonte da imagem: Google Earth
Na Figura 3.6.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do reservatório de Funil durante as 4
campanhas de campo e os fluxos difusivos desses gases através da interface sedimento-
água, respectivamente.
De forma distinta às proporções de CH4 e CO2 observadas nos demais reservatórios,
como Três Marias, Tucuruí e Serra da Mesa, nos quais os valores tanto de fluxo difusivo
como de concentração de CO2 foram sempre superiores em relação ao CH4, no caso do
reservatório de Funil as proporções foram equivalentes. Este fato está relacionado à
eutrofização desse reservatório, que recebe cargas orgânicas muito significativas
provenientes das inúmeras áreas urbanas existentes a montante na bacia do rio Paraíba do
Sul.
O ponto FL30, localizado em um dique na porção média do reservatório foi o que
apresentou as maiores concentrações e fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O em
praticamente todos os períodos. Esse local do reservatório se caracteriza por apresentar
condições favoráveis para a deposição de sedimento e florações de cianobactérias, por
PÓS-ENCHIMENTO 151
formar uma alça de 180 graus. Os maiores picos de concentrações de CH4 e CO2 no ponto
FL30 foram observados na campanha de janeiro de 2012; possivelmente em função da
formação de florações de cianobactérias na superfície da água com posterior deposição,
morte e decomposição da matéria orgânica no leito do reservatório. Já os valores dos fluxos
difusivos de CH4 e CO2 estiveram em faixas semelhantes nos quatro períodos de
amostragem.
Já os valores de concentrações e fluxos difusivos de N2O, apesar de terem sido
maiores quando comparados aos demais reservatórios estudados, foram muito inferiores em
relação aos valores de concentrações e fluxos difusivos de CH4 e CO2, o que confere a esse
reservatório uma baixa emissão de N2O dos sedimentos para a água sobrejacente em
termos comparativos aos outros gases.
Figura 3.6.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água de Funil. Valores de N2O em µmol.
0
100
200
300
FL50 FL40 FL38 FL30 FL20 FL10 FL42 FL48 FL35 FL34
Corpo principal Tributários
CH
4 (m
mo
l/m
2)
Concentrações integradas de CH4 nos sedimentos (0 - 4 cm)Reservatório de Funil
Jul/2011
Set/2011
Jan/2012
Abr/2012
407,40
Jusante Montante
0
100
200
300
FL50 FL40 FL38 FL30 FL20 FL10 FL42 FL48 FL35 FL34
Corpo principal Tributários
CO
2 (m
mo
l m-2
)
Concentrações integradas de CO2 nos sedimentos (0 - 4 cm)Reservatório de Funil
Jul/2011
Set/2011
Jan/2012
Abr/2012
593,80
Jusante Montante
-50
0
50
100
150
200
FL50 FL40 FL38 FL30 FL20 FL10 FL42 FL48 FL35 FL34
Corpo principal Tributários
Flu
xo
dif
. CH
4 (m
mo
l m-2
d-1
)
Fluxos difusivos de CH4 através da interface sedimento-águaReservatório de Funil
Jul/2011
Set/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
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50
100
150
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FL50 FL40 FL38 FL30 FL20 FL10 FL42 FL48 FL35 FL34
Corpo principal Tributários
Flu
xo
dif
. CO
2 (
mm
ol m
-2d
-1)
Fluxos difusivos de CO2 através da interface sedimento-águaReservatório de Funil
Jul/2011
Set/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
0
5
10
15
20
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FL50 FL40 FL38 FL30 FL20 FL10 FL42 FL48 FL35 FL34
Corpo principal Tributários
N2
O (u
mo
l L-1
)
Concentrações de N2O no sedimento (0 - 1 cm)Reservatório de Funil
Jul/2011
Set/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
0
2
4
6
8
10
FL50 FL40 FL38 FL30 FL20 FL10 FL42 FL48 FL35 FL34
Corpo principal Tributários
Flu
xo
de
N2
O (
um
ol m
-2d
-1)
Fluxos difusivos de N2O na interface sedimento-águaReservatório de Funil
Jul/2011
Set/2011
Jan/2012
Abr/2012
Jusante Montante
152 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.6.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Funil ocorreram em julho e
novembro de 2011, e em fevereiro e maio de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 36 pontos no reservatório e 4 a
jusante; amostragens de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 22 pontos e realizadas 4
medidas de vazões e 8 medidas de concentração de carbono nos tributários. Foram
utilizadas 11 armadilhas de sedimentação.
A Figura 3.6.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
PÓS-ENCHIMENTO 153
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.6.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Funil.
154 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A tabela 3.6.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Funil de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
Tabela 3.6.5.1- Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 128,74 n.c.
2 166,29 196,63
3 134,31 231,23
4 214,29 175,39
Média 160,91 201,08
A figura 3.6.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.6.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Funil
1 2 3 4
-10
00
10
00
30
00
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
1.0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4
-0.2
0.2
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
-10
05
10
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
FUNIL
1 2 3 4
05
00
01
50
00
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
01
02
03
0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
01
23
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
PÓS-ENCHIMENTO 155
3.6.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.6.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Funil em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de CO2
onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de
100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.6.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Funil
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 0,03 0,15 0,00 0,00 0,18
tCO2e/dia 0,68 3,65 0,10 0,08 4,51
CO2 tCO2/dia 0,00 16,15 2,36 2,91 -29,38 -7,96
N2O tN2O/dia - 0,03 0,00 - 0,03
tCO2e/dia - 9,62 0,17 - 9,79
TOTAL tCO2e/dia 0,69 29,42 2,63 2,98 -29,38 6,33
3.7 Itaipu
3.7.1 Caracterização do aproveitamento
A Usina Hidrelétrica Itaipu localiza-se no Rio Paraná, formado pela confluência dos
rios Paranaíba e Grande. O Rio Paraná é o 10º maior rio do mundo, em termos de vazão, e
o 8º em termos de extensão. A usina localiza-se a aproximadamente 750 km a jusante da
confluência.
A área de drenagem total no local da usina é de 820.000 km2, enquanto que sua
bacia incremental de drenagem, formada pela área não controlada a jusante das usinas
Porto Primavera e Rosana, tem 147.000 km2. A contribuição média da incremental para a
afluência ao reservatório é de 15%.
A vazão afluente ao reservatório de Itaipu é composta principalmente pela descarga
do rio Paraná em Guaíra. A figura 3.7.1.1 abaixo apresenta a afluência regularizada a Itaipu
(vazão máxima, média e mínima) de 1983 a 2012:
156 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.7.1.1 - Afluência regularizada a Itaipu.
As cotas, volumes e áreas relevantes do reservatório são vistas na tabela 3.7.7.1:
Tabela 3.7.1.1 - Volumes e áreas relevantes do reservatório
Tipo do Nível Nível
(m)
Área
(km²)
Volume Total
(km³)
Volume Útil
(km³)
Mínimo Excepcional 197,00 459 10,000 0
Máximo Normal 220,00 1.350 29,000 19,000
Máximo Maximorum 223,10 1.561 33,300 23,300
Itaipu tem instaladas 20 unidades geradoras de 700 MW cada, totalizando uma
capacidade de 14.000 MW. Em situação normal, a vazão turbinada por unidade é de
aproximadamente 700 m3/s. A barragem da Itaipu tem 7.919 metros de extensão e altura
máxima de 196 metros. Seu vertedouro tem capacidade máxima de descarga de 63.000
m3/s e cota da soleira 209,50 m. As tomadas d’água das turbinas de Itaipu têm 24 m de
largura por 33 m de altura, com borda inferior na cota 170,37 m e borda superior na cota
202,88 m.
A usina está situada em uma zona subtropical, tendo, em sua bacia de montante,
precipitação anual média de 1.400 mm e umidade relativa de 75%. A temperatura média é
de 22 °C, variando de -4 °C a 40 °C.
Itaipu está inserida em um ecossistema rico, de grande diversidade biológica. Na
margem brasileira, situa-se entre dois Parques Nacionais: o do Iguaçu e o de Ilha Grande.
Localizado na região da barragem, o Parque Nacional do Iguaçu é uma das últimas reservas
florestais de Mata Atlântica do tipo estacional semidecidual do Brasil e a maior reserva de
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Ano
Média 1983/2012 13.431 15.093 13.120 12.303 11.613 11.437 10.430 9.877 10.295 11.298 10.832 11.214 11.725
Max 1983/2012 25.201 32.609 28.123 21.366 21.072 33.064 20.854 14.074 17.878 19.796 18.253 19.003 22.417
Min 1983/2012 8.059 9.332 9.150 9.012 9.206 8.319 7.212 6.768 7.027 8.266 7.951 7.904 9.068
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
m3/s
PÓS-ENCHIMENTO 157
floresta pluvial subtropical do mundo. Na entrada do reservatório, em Guaíra, está o Parque
Nacional da Ilha Grande, que faz a transição entre a floresta estacional semidecídua, o
Cerrado e o Pantanal.
O relevo desta bacia mostra uma região mais elevada nas cabeceiras dos afluentes
da margem esquerda, onde a altitude supera os 1000 metros. Já os afluentes da margem
direita apresentam uma declividade bastante inferior. A Figura 3.7.1.2 apresenta o relevo a
partir de um modelo numérico do terreno com resolução de 90m. A escala de cores
apresentada na Figura 3.7.1.2 representa a altitude em metros.
Figura 3.7.1.2 - Relevo da bacia de contribuição para Itaipu representado através de um modelo numérico de terreno.
Os solos na bacia, figura 3.7.1.3, são formados basicamente por latossolos vermelho-
escuros em relevo suave ondulado e outros solos desta classe em relevo plano. Ocorrem
secundariamente, solos litólicos, solos podzólicos vermelho-amarelos, latossolos roxos e
areias quartzozas. A figura abaixo apresenta a distribuição dos principais tipos de solo na
bacia.
Os latossolos são encontrados em terrenos planos e suavemente ondulados,
facilitando a mecanização e, portanto, a produção agrícola.
158 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.7.1.3 - Mapa de solos da bacia incremental de Itaipu.
A vegetação natural na bacia do rio Paraná foi profundamente alterada pela ação
antrópica pela derrubada das florestas com objetivos diversos, tais como a extração de
madeira e ampliação das áreas de agricultura e pecuária. A vegetação original era
composta, predominantemente, por Floresta Tropical (semicaducifólia) e Cerrado, com áreas
de transição ou tensão ecológica entre os dois tipos.
Na bacia incremental em estudo a situação é semelhante ao restante da bacia do
Paraná, com sua vegetação bastante degradada, uma vez que grande parte de suas matas
ciliares foi destruída e são observados processos erosivos em quase toda bacia.
3.7.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
Teoricamente, a bacia de captação da UHE Itaipu deveria ser maior logo após o
fechamento do reservatório em 1984 porque ainda não haviam sido construídos outros
reservatórios na bacia do Paraná. Entretanto, para que se pudesse ter uma base de
comparação entre as datas, adotou-se a bacia de captação atual. Para defini-la foram
levantados os reservatórios existentes e excluída a bacia a montante de suas respectivas
barragens.
PÓS-ENCHIMENTO 159
A área do reservatório de Itaipu corresponde a apenas 1% da área de sua bacia de
drenagem atual. A Figura 3.7.2.1.a e 3.7.2.1.b mostra a distribuição espacial das classes de
uso e cobertura da Terra antes e após o fechamento da barragem de Itaipu.
(a)
(b)
Figura 3.7.2.1 - Mapa atual (b) e antigo (a) do uso e cobertura na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Itaipu.
160 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.7.2.2 - Vista ampliada do Uso e Cobertura da terra na área de inundação do reservatório da UHE Itaipu
A simples observação dos mapas das Figuras 3.7.2.1.a, 3.7.2.1.b e 3.7.2.2 mostram
que houve uma profunda modificação no padrão de ocupação da terra na bacia de
drenagem. O mapa atual mostra que houve uma conversão de áreas de Floresta em
agropecuária e áreas de agropecuária em agricultura comercial.
A Figura 3.7.2.2 permite visualizar o uso e cobertura da terra na área de inundação,
antes do fechamento do reservatório em 1973. A bacia contava com uma área de cobertura
florestal e com as áreas de ocupação humana concentradas na agropecuária,
principalmente na agricultura familiar e na pecuária.
A Tabela 3.7.2.1 resume a área ocupada pelos diferentes tipos de uso e ocupação
antiga e atual. A análise da Tabela 3.7.2.1 mostra que antes da construção de Itaipu 40% da
bacia ainda era ocupada por florestas naturais, que foram reduzidas em 2010/2011 a apenas
12%.
A redução da área de vegetação pioneira em quase 30% pode ser atribuída a um
artefato da baixa resolução espacial das imagens MSS/Landsat. Provavelmente essa área
reduzida pode estar associada à mistura espectral (Richards, 1993) fazendo com que pixels
PÓS-ENCHIMENTO 161
de borda fossem incluídos nas classes limítrofes, superestimando a área de agropecuária,
cuja assinatura espectral não é bem caracterizada com as bandas disponíveis no sistema
MSS.
Outra modificação surpreendente foi o aparecimento de extensas áreas de agricultura
comercial (soja, milho e cana de açúcar) que não existiam no mapa antigo. Atualmente
quase 50% da área da bacia de drenagem encontram-se ocupadas por agricultura
comercial, indicando a provável exportação de grande volume de nitrogênio e fósforo para
os rios que drenam para o reservatório.
Outra classe que sofreu um grande aumento no período foi a de uso urbano que
passou de cerca de 100 km2 para 1000 km2. Ainda que essa pequena área de ocupação
urbana possa ser associada a inabilidade do sensor MSS em detectar alvos pequenos e de
baixo contraste, um aumento de 10 vezes não pode ser atribuído apenas a diferença de
resolução. Os dados, portanto sugerem o grande aumento da ocupação humana na bacia e
sua crescente urbanização.
Tabela 3.7.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Itaipu
CLASSES DE USO E
COBERTURA DA TERRA
ÁREA OCUPADA PELAS CLASSES (km²)
MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agricultura 69.919,09
Agropecuária 83.654,00 52.008,40
Água 1.267,00 2.560,30
Cerrado 762,00 853,07
Floresta 63.039,00 18.800,91
Nuvem 145,70
Pioneira 1.908,00 3.988,08
Reflorestamento 1.387,10
Urbano 122,00 1.089,36
A tabela 3.7.2.1 apresenta a área das classes de uso e cobertura da terra antes da
inundação, onde se observa o predomínio das áreas de Floresta e Agropecuária. A classe
água corresponde ao cálculo de área dos rios e lagos dentro da área de inundação, nota-se
que tem uma área representativa em relação às outras classes, devido à extensão e largura
do Rio Paraná.
162 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.7.2.2 - Área das classes de uso e cobertura na área de inundação do reservatório da UHE Itaipu
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA CLASSE INUNDADA (km²)
Agropecuária 668,82
Água 673,82
Floresta 560,12
Pioneira 140,28
Total 2.043,04
3.7.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da UFJF em Itaipu de caráter sazonal ocorreram em janeiro,
abril, julho e outubro de 2012. A Figura 3.7.3.1 mostra as estações de amostragem
utilizadas. Maiores detalhes das estações de amostragem e dos métodos utilizados podem
ser encontrados em UFJF (2013).
Figura 3.7.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Itaipu.
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 64,2% da
variabilidade dos dados em Itaipu nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 38,3 %; eixo 2 = 25,9
%). As mais importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram o nitrogênio total e pH
PÓS-ENCHIMENTO 163
(positivamente). Para o eixo 2 foram oxigênio dissolvido, temperatura e transparência da
água (positivamente) e clorofila-a, carbono inorgânico dissolvido e fósforo total
(negativamente). Os resultados da PCA indicaram que o primeiro componente refletiu os
menores valores de pH e nitrogênio total associados às amostras de abril. Já o segundo
componente indicou principalmente os maiores valores de oxigênio dissolvido, temperatura
da água e oxigênio associados às amostras de janeiro. O plano definido pelos dois primeiros
componentes descreveu o gradiente temporal por um lado com clara separação dos meses
de verão e outono, e uma separação do conjunto de amostras de inverno e primavera
(Figura 3.7.3.2).
Figura 3.7.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Itaipu. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=janeiro, S2=abril, S3= julho, S4= outubro de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
38,3%
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%
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38,3%
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%
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S2S2
S3S3
S4S4
164 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
A Figura 3.7.3.3 apresenta de maneira geral, a densidade fitoplanctônica, cuja média
foi de 3.517 (± 3.882) indivíduos mL-1. O valor máximo entre os pontos foi 26.981,4
indivíduos mL-1 (IT 08, outubro) e o mínimo de 240,21 indivíduos mL-1 (IT 05, fundo, janeiro).
O maior valor de biomassa foi 4.332,8 µgC L-1 (IT 08, outubro) e o menor, sem
considerar o perfil da barragem, de 1,89 (IT 06; janeiro, Figura 3.7.3.3).
Figura 3.7.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Itaipu nas campanhas de janeiro, abril, julho e outubro de 2012.
Comunidade Zooplanctônica
A densidade zooplanctônica média foi de 8,61 (± 17,3) indivíduos L-1. O valor máximo
entre os pontos foi de 88,9 (IT 12, julho) e o mínimo de 0,04 indivíduos L-1 (IT 11, outubro;
Figura 3.7.3.4).
O maior valor de biomassa ocorreu no mesmo ponto da maior densidade (IT12) em
julho (224,4 µgC L-1) e o menor, sem considerar o perfil, em IT 13 em outubro (0,18 µgC L-1)
(Figura 3.7.3.4).
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PÓS-ENCHIMENTO 165
Figura 3.7.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Itaipu nas campanhas de janeiro, abril, julho e outubro de 2012.
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média foi de 4,85 (± 1,49) céls 106 mL-1. A
densidade bacteriana total variou de 2,25 céls 106 mL-1 (IT 01, janeiro) a 8,40 céls 106 mL-1
(IT05, zona eufótica, abril; Figura 3.7.3.5).
Em termos de biomassa total, as menores contribuições foram encontrados,
geralmente em janeiro e abril (Figura 3.7.3.5).
Figura 3.7.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Itaipu nas campanhas de janeiro, abril, julho e outubro de 2012.
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166 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A estação IT 01 apresentou a menor taxa de respiração planctônica (39,4 mgC m-2
dia-1), em julho (Figura 3.7.3.6). A maior taxa também foi encontrada na mesma estação IT
01, mas no mês de abril (1055,6 mgC m-2 dia-1).
Produção Primária
Em geral, as maiores taxas de produção primária (mgC m-3 dia-1) foram encontradas, ,
em julho em todas as estações amostradas (Figura 3.7.3.6). A produção primária mínima foi
de 0,01 (IT 15, abril) e a máxima de 36,4 mgC m-2 dia-1 (IT 05, janeiro).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana variou de 1,71 mgC m-2 dia-1 (IT05, janeiro) a 879,3 mgC m-2
dia-1 (IT15, janeiro). Considerando todas as estações e campanhas a média da produção
bacteriana foi 164,6 mgC m-2 dia-1 (Figura 3.7.3.6).
Figura 3.7.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) na UHE Itaipu nas campanhas de janeiro, abril, julho e outubro de 2012.
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Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 167
Variação Espacial de pCO2
A variação espacial de pCO2 está representada na Figura 3.7.3.7. No mês de janeiro foi
observado maiores valores de pCO2 na região norte do reservatório onde ocorre a entrada
do rio Paraná. Nesse mês os valores variaram de 3 µatm a barragem a 298 µatm. No mês
de abril de 2012 o valor mais baixo de pCO2 foi observado na estação à jusante do
reservatório da UHE Itaipu. No mês de julho foram encontrados valores altos de pCO2 em
todo corpo do reservatório. No mês de outubro grande parte do reservatório esteve em
situações de subsaturação de CO2. Neste mês não foi possível realizar uma amostragem de
pCO2 suficiente para a elaboração do mapa.
Figura 3.7.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Itaipu nas campanhas.
168 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.7.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo no reservatório de Itaipu foram realizadas nas seguintes
datas: 1° campanha - 24 a 26 de janeiro; 2° campanha – 22 a 24 de maio; 3° campanha – 20
a 22 de setembro; 4° campanha – 12 a 14 de dezembro de 2012. Em cada uma das
campanhas foram amostrados 13 pontos indicados na Figura 3.7.4.1.
Figura 3.7.4.1 - Mapa do reservatório de Itaipu e os pontos de amostragem de água e de sedimento utilizados pela equipe da AIIEGA nas 4 campanhas de campo realizadas entre janeiro a dezembro de 2012. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte do mapa: Itaipu Binacional
Na Figura 3.7.4.2 estão apresentados os dados de concentrações e fluxos difusivos
de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos amostrados no reservatório de Itaipu.
As maiores concentrações e fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O foram observados
nas porções médias e altas do reservatório de Itaipu, sendo os valores máximos observados
no ponto E3, localizado no corpo principal (rio Paraná), a jusante da cidade de Guaíra. É
possível que esse fato esteja associado à carga orgânica proveniente da área urbana de
Guaíra, somado à alteração da hidrodinâmica do rio Paraná, que nesse trecho do
reservatório passa por uma transição de um sistema lótico para lêntico, favorecendo, assim,
a deposição de material particulado orgânico que proveniente da bacia a montante. Os
valores de concentração de fluxo difusivo de CH4 foram inferiores aos valores de CO2, o que
indica que o sistema é predominantemente óxico. Já os valores de concentração e fluxo
PÓS-ENCHIMENTO 169
difusivo de N2O foram muito inferiores quando comparados aos valores de CH4 e CO2, de
forma semelhante às proporções observadas nos demais reservatórios, atribuídos à baixas
concentrações de nitrato e nitrito nos sedimentos, as quais limitam a produção de N2O.
Figura 3.7.4.2 - Concentrações na interface sedimento-água e fluxos difusivos de CH4 e CO2 através da interface sedimento-água nos pontos amostrados no reservatório de Itaipu durante as 4 campanhas de campo. Valores de N2O em µmol.
3.7.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Itaipu ocorreram em janeiro,
maio, agosto e outubro de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas amostragens de fluxo
difusivo por câmaras flutuantes em 45 pontos no reservatório e 8 a jusante; amostragens de
fluxo ebulitivo por funis invertidos em 33 pontos e realizadas 29 medidas de vazões e 31
medidas de concentração de carbono nos tributários. Foram utilizadas 21 armadilhas de
sedimentação.
Concentrações integradas de CH4 no sedimento (0 - 4cm)
Reservatório de Itaipu
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Concentrações integradas de CO2 no sedimento (0 - 4cm)
Reservatório de Itaipu
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E5 E15 E16 E3 E2 E1 E11 E13b E22 E21 E12 E8 E7
Corpo central Tributários
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Jan/2012
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Dez/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de CH4 através da interface sedimento-água
Reservatório de Itaipu
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E5 E15 E16 E3 E2 E1 E11 E13b E22 E21 E12 E8 E7
Corpo central Tributários
Fl. C
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-1) Jan/2012
Mai/2012
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Jan/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de CO2 - interface sedimento-água
Reservatório de Itaipu
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E5 E15 E16 E3 E2 E1 E11 E13b E22 E21 E12 E8 E7
Corpo central Tributários
Fl. C
O2
(m
mo
m-2
d-1
) Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Jan/2012
Jusante Montante
Concentração de N2O no sedimento (0 - 1cm)
Reservatório de Itaipu
0
2
4
6
8
10
E5 E15 E16 E3 E2 E1 E11 E13b E22 E21 E12 E8 E7
Calha central Tributários
N2
O (
um
ol L-1
)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de N2O através da interf. sedimento-água
Reservatório de Itaipu
0
2
4
6
8
10
E5 E15 E16 E3 E2 E1 E11 E13b E22 E21 E12 E8 E7
Calha central Tributários
N2
O (
um
ol m
-2 d
-1)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
170 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A Figura 3.7.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.7.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Itaipu.
PÓS-ENCHIMENTO 171
A tabela 3.7.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Itaipu de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
Tabela 3.7.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 4.911,87 6.202,25
2 3.778,83 5.950,82
3 9.121,42 9.460,81
4 13.876,57 8.945,84
Média 7.922,17 7.639,93
A figura 3.7.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.7.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Itaipu
1 2 3 4
05
00
15
00
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
01
23
4
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.4
0.8
1.2
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4-0.1
0.1
0.3
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
-22
46
8
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
ITAIPU
1 2 3 4
-20
00
02
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
01
23
45
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
-1.5
0.0
1.0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
172 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.7.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.7.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Itaipu em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de CO2
onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de
100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.7.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Itaipu
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 1,18 3,99 0,04 0,01 5,23
tCO2e/dia 29,48 99,73 1,07 0,34 130,63
CO2 tCO2/dia 0,06 1.323,38 15,21 25,17 -1.063,03 300,80
N2O tN2O/dia - 0,72 0,00 - 0,72
tCO2e/dia - 213,13 0,56 - 213,69
TOTAL tCO2e/dia 29,55 1.636,24 16,84 25,51 -1.063,03 645,12
3.8 Segredo
3.8.1 Caracterização do aproveitamento
A UHE Governador Ney Aminthas de Barros Braga (UHE Segredo) está localizada no
médio curso do rio Iguaçu, a montante da foz do rio Jordão, divisa entre os municípios de
Mangueirinha e Reserva do Iguaçu, a aproximadamente 285 km de Curitiba, estado do
Paraná, área de drenagem igual a 34.100 km².
A usina hidrelétrica é a segunda usina da Copel em potência instalada (1260 MW) e
foi inaugurada em 1992, tendo como marco fundamental o primeiro “Relatório de Impacto
Ambiental (Rima)” no Brasil para um aproveitamento hidroelétrico.
A barragem de Segredo é de enrocamento com face de concreto, com altura máxima
de 145,00 m, comprimento de 720,00 m e coroamento na cota 610,00 m. Existe um vertedor
com seis comportas, tipo radial, totalizando uma descarga de 16.200 m³/s, no nível máximo
maximorum.
A usina ficou totalmente pronta somente após a conclusão da derivação do Jordão,
que consiste de uma barragem de concreto compactado a rolo represando o rio Jordão,
PÓS-ENCHIMENTO 173
permitindo desviar parte da vazão através de um túnel de 4.703 m de comprimento e de 9,5
m de diâmetro, ocasionando um acréscimo de 10% na energia produzida pela usina.
As cotas, volumes e áreas relevantes do reservatório são mostradas na tabela
3.8.1.1:
Tabela 3.8.1.1 - Cotas, volumes e áreas relevantes do reservatório de Segredo.
Nível Nível
(m)
Área
(km²)
Volume Total
(hm³)
Volume Útil
(hm³)
Mínimo Operativo 602,00 73,4 2.558,70 0
Máximo Normal 607,00 80,4 2.942,38 383,68
Máximo Maximorum 608,00 81,9 3.022,38 463,68
A vazão média de longo termo (1931 a 2011) é de 758 m³/s. Abaixo, à tabela 3.8.1.2,
as vazões mínimas, médias e máximas de cada mês do ano.
Tabela 3.8.1.2 - Vazões máximas e mínimas aferidas no reservatório
Vazão Média (1931 a 2011)
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
MÍNIMA 142 166 221 163 103 116 112 94 117 166 217 101
MÉDIA 679 769 678 563 691 782 828 708 844 1076 809 665
MÁXIMA 2563 2476 1903 2963 2468 3297 5893 3475 3352 3788 2621 2007
3.8.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A usina entrou em operação em 1992 com o seu reservatório ocupando menos que
2% da área de sua bacia de drenagem (ou captação).
A Figura 3.8.2.1 mostra a distribuição espacial do uso e ocupação da terra na bacia
antes da operação e atualmente. Pode-se observar que antes do início da operação do
reservatório a bacia era ocupada por extensa cobertura florestal. Atualmente observa-se que
a maior parte da bacia é ocupada pela agricultura comercial, pela agropecuária e pelo
reflorestamento.
A Tabela 3.8.2.1 mostra a área ocupada pelas diferentes classes nos mapas antigo e
atual. Antes da construção do reservatório 75% de sua área de drenagem era coberta por
florestas, enquanto que atualmente apenas 40% da floresta se encontram preservadas. A
área ocupada pela agricultura comercial quadruplicou no período, enquanto a área dedicada
174 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
à agropecuária manteve-se estável. O aumento da área de agricultura sugere maior
exportação de nutrientes para os rios da bacia e desse para o reservatório.
(a) (b)
Figura 3.8.2.1 - Mapa atual uso e cobertura na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Segredo.
PÓS-ENCHIMENTO 175
A Figura 3.8.2.2 mostra o uso e a cobertura delimitada pela área de inundação da
Usina Hidrelétrica Segredo.
Figura 3.8.2.2 - Vista ampliada do Uso e Cobertura da terra na área de inundação do reservatório da UHE Segredo.
Tabela 3.8.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Segredo.
UHE SEGREDO ÁREA OCUPADA PELAS CLASSES (km²)
CLASSE MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agricultura 175,21 738,88
Agropecuária 609,25 723,45
Água 38,83 95,76
Floresta 3.409,57 1.762,50
Floresta secundária 268,13 525,24
Nuvem 4,57 0,00
Reflorestamento 10,47 663,38
Urbano 0,00 6,83
A Tabela 3.8.2.2 mostra a área ocupada pelas diferentes classes de uso e cobertura
na área de inundação, antes do represamento.
176 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.8.2.2 - Área das classes de uso e cobertura na área de inundação do reservatório da UHE Segredo.
CLASSES DE USO E COBERTURA ÁREA CLASSE INUNDADA (km²)
Agropecuária 1,20
Agricultura 0,12
Agua 41,54
Floresta 53,29
Floresta secundaria 10,18
Total 106,33
3.8.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da UFJF em Segredo de caráter sazonal ocorreram em
janeiro, abril, julho e novembro de 2012. A Figura 3.8.3.1 mostra as estações de
amostragem utilizadas. Maiores detalhes das estações de amostragem e dos métodos
utilizados podem ser encontrados em UFJF (2013).
Figura 3.8.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Segredo.
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 88,7% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 65,8 %; eixo 2 = 22,9 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram o pH (positivamente) e a
condutividade e carbono inorgânico dissolvido (negativamente) e para o eixo 2, nitrogênio
PÓS-ENCHIMENTO 177
total (positivamente) e clorofila-a, temperatura da água, disco de Secchi e fósforo total
(negativamente). Os resultados da PCA indicaram que o primeiro componente refletiu
principalmente os menores valores de pH associados ao mês de abril. Já os segundo
componente indicou principalmente as baixas temperaturas e concentrações de clorofila-a e
de fósforo total associadas a algumas amostras dos demais meses estudados. O plano
definido pelos dois primeiros componentes não descreveu um gradiente temporal claro,
exceto para amostras de abril com baixo pH (Figura 3.8.3.2).
Figura 3.8.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Segredo. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=janeiro, S2=abril S3= julho e S4= novembro de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
65,8%
22,9
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
178 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
De maneira geral, a densidade fitoplanctônica média máxima foi de 12.992 (± 8.460)
indivíduos mL-1 (Rio Irará) e mínima de 2.704 (± 1493) indivíduos mL-1 (SG 01; Figura
3.8.3.3). A densidade fitoplanctônica total variou de 1.003 indivíduos mL-1 (SG 04,
novembro) a 24.052 indivíduos mL-1 (Rio Irará, abril).
O maior valor de biomassa média total foi 1068,90 µgC L-1 (± 2075,55; SG 04) e o
menor, sem considerar o perfil da barragem, foi 30,56 µgC L-1 (± 28,62; SG 01; Figura
3.8.3.3).
Figura 3.8.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Segredo nas campanhas de janeiro, abril, julho e novembro de 2012.
Comunidade Zooplanctônica
A variação da densidade média zooplanctônica entre os meses de amostragem foi de
0,143 indivíduos L-1 (SG 01; ± 0,06) a 29,92 indivíduos L-1 (Rio Irará; ± 7,12). Durante o
monitoramento, a densidade zooplanctônica total variou de 0,078 indivíduos L-1 (SG 02,
janeiro) a 46,8 indivíduos L-1 (Rio dos Touros, janeiro; Figura 3.8.3.4).
Em termos de biomassa total, os maiores valores foram de 196,1 µgC L-1 (SG 05,
novembro) e os menores 0,2 µgC L-1 (SG 01 e SG 02, janeiro e abril; Figura 3.8.3.4).
0
1000
2000
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Iratim
São
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SG
01
Covó
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Janeiro Abril Julho Novembro
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Covó
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)
Janeiro Abril Julho Novembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
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Janeiro Abril Julho Novembro
0
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)
Janeiro Abril Julho Novembro
Trib Corpo princ Jus Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 179
Figura 3.8.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Segredo nas campanhas de janeiro, abril, julho e novembro de 2012.
Comunidade Bacteriana
A densidade bacteriana média, considerando todas as estações e amostragens, foi de
3,7 ± 1,3 céls 106 mL-1, variando entre 1,3 céls 106 mL-1 (SG01, janeiro) e 5,6 céls 106 mL-1
(SG03 fundo, abril), (Figura 3.8.3.5).
Em termos de biomassa total, a maior contribuição foi de 112,06 µgC L-1 (SG03 fundo,
abril) e a menor foi de 25,5 (SG01, janeiro; Figura 3.8.3.5). Considerando todas as estações
e amostragens, a média encontrada foi de 48 ± 36 µgC L-1.
Figura 3.8.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Segredo nas campanhas de janeiro, abril, julho e novembro de 2012.
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Janeiro Abril Julho Novembro
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Janeiro Abril Julho Novembro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
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Janeiro Abril Julho Novembro
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180 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A estação SG04 (jusante) apresentou a menor taxa de respiração planctônica (37,48
mgC m-3 dia-1 abril; Figura 3.8.3.6), enquanto a maior taxa ocorreu em SG01, no mesmo mês
(499,80 mgC m-3 dia-1).
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária foram encontradas, em geral, no mês de abril
(Figura 3.8.3.6). As taxas variaram de 0,5 mgC m-3 dia-1 (SG01, janeiro) a 94,86 mgC m-3
dia-1 (SG02, abril), com média de 23,8 ± 29,8 mgC m-3 dia-1 para todo o período de
amostragem.
Produção Bacteriana
A produção bacteriana variou de 2,2 mgC m-3 dia-1 (SG03 sup, novembro) a 47.0 mgC
m-3 dia-1 (SG02, julho). Considerando todas as estações e campanhas a média da produção
bacteriana foi 14,6 ± 13,3 mgC m-3 dia-1 (Figura 3.8.3.6).
Figura 3.8.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) na UHE Segredo nas campanhas de janeiro, abril, julho e novembro de 2012.
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0
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20
30
40
50
60
70
80
90
100
SG01
SG02
SG05
SG03
SG04
Pro
du
çã
o p
rim
ári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Janeiro Abril Julho Novembro
0
500
1000
1500
2000
2500
SG01
SG02
SG05
SG03
SG04
Pro
du
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bac
teri
ana
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Janeiro Abril Julho Novembro
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 181
3.8.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo no reservatório de Segredo foram realizadas nas seguintes
datas: 1° campanha - 28 e 29 de janeiro; 2° campanha – 27 e 28 de maio; 3° campanha – 24
e 25 de setembro; 4° campanha – 16 e 17 de dezembro de 2012. Em cada uma das
campanhas foram amostrados 12 pontos indicados na Figura 3.8.4.1.
Figura 3.8.4.1 - Mapa do reservatório de Segredo e os pontos de amostragem de água e de sedimento utilizados pela equipe da AIIEGA nas quatro campanhas de campo realizadas entre janeiro a dezembro de 2012. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte do mapa: LACTEC
Na Figura 3.8.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de CH4, CO2 e
N2O integradas nos sedimentos amostrados ao longo do reservatório de Segredo durante as
4 campanhas de campo e os fluxos difusivos desses gases através da interface sedimento-
água, respectivamente.
De uma forma geral, a maioria dos pontos localizados nos tributários apresentou
concentrações e fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O mais elevados quando comparados aos
valores observados no corpo principal. Parte desse resultado pode estar relacionada aos
baixos valores de concentração de oxigênio dissolvido em alguns desses pontos nos
tributários, que são indicativos de sedimentos com elevado teor de matéria orgânica lábil e
elevada atividade microbiológica. Mesmo assim, como nos demais sistemas, os valores de
concentrações e fluxos difusivos de N2O foram muito inferiores quando comparados aos
valores de CH4 e CO2, atribuídos às concentrações limitantes de nitrato e nitrito nos
sedimentos.
182 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.8.4.2 - Concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água em Segredo. Valores de N2O em µmol.
Variação Espacial de pCO2
Os valores de pCO2 amostrados para a atmosfera e para a água superficial do
reservatório nas diferentes estações de amostragem estão representados na Figura 3.8.4.3.
Os maiores valores médios de pCO2 na água foram observados no mês de julho (826 ±
121.62 µatm) e os menores no mês de novembro (495.90 ± 375.55 µatm). Na amostragem
referente ao mês de janeiro, os maior valor de pCO2 na água foi encontrado na estação
SG01 (1370 µatm), que recebe influência de rios tributários. As estações SG03 (corpo
central do reservatório) e SG04 (jusante) apresentaram valores mais elevados que a média
das estações (678.57 ± 362.05 µatm). Na amostragem do mês de abril a estação Rio Iratim
apresentou os maiores valores de pCO2 (1006 µatm), seguida das estações SG01 e Rio dos
Touros, que apresentaram valores acima da média (994 e 937 µatm, respectivamente). O
Concentrações integradas de CH4
Reservatório de Segredo
0
100
200
300
E3
GNB
E 2,5
GNB
E2
GNB
E1
GNB
VNV TOU MAR BUT LAJ IRT PAT SPD
Corpo central Tributários
CH
4 (
mm
ol m
-2)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
Concentrações integradas de CO2
Reservatório de Segredo
0
100
200
300
E3
GNB
E 2,5
GNB
E2
GNB
E1
GNB
VNV TOU MAR BUT LAJ IRT PAT SPD
Corpo central Tributários
CO
2 (
mm
ol m
-2)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de CH4 através da interf. sedim.-água
Reservatório de Segredo
0
20
40
60
80
100
120
E3
GNB
E 2,5
GNB
E2
GNB
E1
GNB
VNV TOU MAR BUT LAJ IRT PAT SPD
Corpo central Tributários
Fl. C
H4
(m
mo
l m
-2 d
-1)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de CO2 através da interf. sedim.-água
Reservatório de Segredo
0
20
40
60
80
100
120
E3
GNB
E 2,5
GNB
E2
GNB
E1
GNB
VNV TOU MAR BUT LAJ IRT PAT SPD
Corpo central Tributários
Fl. C
O2
(m
mo
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-2 d
-1)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
Concentração de N2O no sedimento (0 - 1cm)
Reservatório de Segredo
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
E3 E 2,5 E2 E1 VNV TOU MAR BUT LAJ IRT PAT SPD
Corpo central Tributários
N2
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um
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)
Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-água
Reservatório de Segredo
0
20
40
60
80
100
E3 E 2,5 E2 E1 VNV TOU MAR BUT LAJ IRT PAT SPD
Corpo central Tributários
Flu
xo
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N2
O (
um
ol m
-2 d
-1) Jan/2012
Mai/2012
Set/2012
Dez/2012
Jusante Montante
PÓS-ENCHIMENTO 183
mês de julho foi marcado por intensas chuvas que comprometeram as amostragens de pCO2
na maioria das estações, os únicos valores mensurados para o período foram para as
estações SG02 (912 µatm) e Rio São Pedro (740 µatm). Na amostragem de novembro os
maiores valores de pCO2 foram encontrados na estação SG04 (jusante, 1325 µatm), seguida
da estação SG01 (1037 µatm).
Figura 3.8.4.3 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Segredo nas campanhas
3.8.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Segredo ocorreram em
fevereiro, maio, agosto e outubro de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 40 pontos no reservatório e 5 a
jusante; amostragens de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 19 pontos e realizadas 16
medidas de vazões e 18 medidas de concentração de carbono nos tributários. Foram
utilizadas 21 armadilhas de sedimentação.
184 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A Figura 3.8.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.8.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Segredo.
PÓS-ENCHIMENTO 185
A tabela 3.8.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Segredo de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
Tabela 3.8.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 1.064,27 1.268,94
2 522,16 331,26
3 487,68 632,30
4 161,35 353,91
Média 558,87 646,60
A figura 3.8.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.8.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Segredo
186 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.8.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.8.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
de Segredo em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de CO2
onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o horizonte de
100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.8.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Segredo
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 0,06 0,20 0,77 0,01 1,03
tCO2e/dia 1,51 5,02 19,14 0,15 25,81
CO2 tCO2/dia 0,00 40,14 1,07 20,39 -80,41 -18,80
N2O tN2O/dia 0,00 0,07 0,00 0,00 0,07
tCO2e/dia 0,00 19,78 0,07 0,00 19,85
TOTAL tCO2e/dia 1,51 64,94 20,28 20,54 -80,41 26,86
3.9 Três Marias
3.9.1 Caracterização do aproveitamento
O reservatório de Três Marias está localizado no Alto rio São Francisco, Minas Gerais
entre as coordenadas 18o12’51” S e 45o15’51” W. Na região existem duas estações do ano
bem definidas: a estação chuvosa de outubro a março e a seca entre abril e setembro. A
pluviosidade média anual é de 1.200 a 1.300 mm e a temperatura média anual é de 21,9oC.
O trimestre mais chuvoso (novembro, dezembro e janeiro) contribui com cerca de 55 a 60%
do total anual precipitado.
A Usina Hidrelétrica de Três Marias foi construída no período de 1957 a 1960 com
objetivos de regularização do rio São Francisco, navegação, controle de cheias, irrigação e
produção de energia hidrelétrica. O barramento possui uma área aterrada de 2,7 km e altura
máxima de 75 metros. Em cota máxima a área de inundação é de 1.040 km2 e o volume útil
15,28 km3 de água. A potência instalada é de 396 MW, com 6 turbinas do tipo Kaplan e o
vertedouro é do tipo superfície controlada e revestida com 7 comportas.
PÓS-ENCHIMENTO 187
3.9.2 Mapeamento de Uso e Cobertura da Terra
A UHE Três Marias trata-se de um reservatório antigo, cujo início de operação se deu
em 1962, o que faz com que as imagens mais antigas tenham sido obtidas quase uma
década após o início da geração de energia. Assim sendo, o mapa antigo talvez não
represente adequadamente as condições do reservatório principalmente porque não
recupera a cobertura da terra sob a área inundada por ele.
A Figura 3.9.2.1 mostra os mapas antigo e atual de uso e cobertura da terra da bacia
de captação do reservatório da UHE Três Marias. O mapa antigo mostra que a cobertura de
Cerrado e de Floresta era mais contínua recobrindo uma área mais extensa da bacia,
enquanto que no mapa atual essa cobertura vegetal se apresenta mais fragmentada e
dispersa. A agropecuária continuou sendo o principal tipo de uso da terra da bacia. A Tabela
3.9.2.1 mostra a área ocupada pelas diferentes classes.
188 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
(a)
(b)
Figura 3.9.2.1 - (a) Mapa antigo e (b) atual uso e cobertura da terra na bacia de drenagem (captação) do reservatório da UHE Três Marias.
PÓS-ENCHIMENTO 189
Tabela 3.9.2.1 - Uso e cobertura da terra na bacia de drenagem do reservatório da UHE Três Marias.
CLASSES DE USO DA TERRA ÁREA OCUPADA PELAS CLASSES (km²)
MAPA ANTIGO MAPA ATUAL
Agricultura 265,31 4.548,92
Agropecuária 25.644,68 31.222,66
Água 1.139,24 993,30
Cerrado 14.716,30 9.184,20
Floresta 8.755,92 4.157,55
Urbano 202,59 617,42
A área de Cerrado no mapa antigo representava 17% da área da bacia e foi reduzido
a 8 % (metade) no mapa atual. Um aspecto importante a ser observado é que não houve
uma remoção rasa do Cerrado, típica de áreas de agricultura comercial, mas a redução por
fragmentação de cobertura que sugere que esse bioma esteja sendo usado para a pecuária
extensiva. A área de cobertura florestal também sofreu uma grande redução (50%) no
período, apresentando também um padrão não de remoção contínua, mas de fragmentação
típico de atividade agropecuária tradicional.
3.9.3 Limnologia e Metabolismo Planctônico
As campanhas de campo da equipe da UFJF em Três Marias de caráter sazonal
ocorreram em maio, agosto, novembro de 2011 e fevereiro de 2012. A Figura 3.9.3.1 mostra
as estações de amostragem utilizadas. Maiores detalhes das estações de amostragem e dos
métodos utilizados podem ser encontrados em UFJF (2013).
190 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.9.3.1 - Localização das estações de caracterização limnológica e de metabolismo planctônico na UHE Três Marias.
CARACTERIZAÇÃO LIMNOLÓGICA
A PCA usando nove variáveis abióticas da água e clorofila-a explicou 74,0% da
variabilidade dos dados nos dois primeiros eixos (eixo 1 = 55,2 %; eixo 2 = 18,8 %). As mais
importantes variáveis para a ordenação do eixo 1 foram a condutividade (positivamente) e o
pH e carbono inorgânico dissolvido (negativamente); e para o eixo 2, clorofila-a, temperatura
da água e fósforo total (positivamente) e disco de Secchi (negativamente). Os resultados da
PCA indicaram que o primeiro componente refletiu principalmente os maiores valores de
condutividade e menores de pH associados ao conjunto de amostras de novembro e
fevereiro. Já os segundo componente indicou principalmente altas concentrações de
clorofila-a e de fósforo total e altas temperaturas associadas a algumas amostras da maioria
dos meses amostrados e aos menores valores daquelas variáveis associadas ao mês de
maio. O plano definido pelos dois primeiros componentes descreveu um gradiente temporal
de maio a agosto e agrupando os meses mais quentes de novembro e fevereiro (Figura
3.9.3.2).
PÓS-ENCHIMENTO 191
Figura 3.9.3.2 - Análise de componentes principais (PCA) aplicada a variáveis limnológicas no reservatório de Três Marias. Unidades amostrais nos diferentes períodos de estudo (pontos). S1=maio, S2=agosto S3= novembro de 2011 e S4= fevereiro de 2012. Tag= temperatura da água, Cond=condutividade, DS= disco de Secchi (transparência da água), OD=oxigênio dissolvido, NT=nitrogênio total, PT= fósforo total, CID=carbono inorgânico dissolvido, COT= carbono orgânico total, Clo=clorofila-a.
COMUNIDADES BIOLÓGICAS
Comunidade Fitoplanctônica
De maneira geral, a densidade fitoplanctônica média foi de 5.556 (± 3.440) indivíduos
mL-1. A média máxima entre os pontos foi 9.145 ± 2.356 (ETG 10) e a mínima sem
considerar o fundo do perfil da barragem, de 1.162 (± 1.224) indivíduos mL-1 (SFJ 03; Figura
3.9.3.3). A densidade fitoplanctônica total variou de 240 indivíduos mL-1 (SFJ 03, fevereiro) a
13.414 indivíduos mL-1 (PPB 10, novembro).
Os maiores valores de biomassa média foram 351,01 µgC L-1 ± 59,08 (ETG 10) e os
menores, sem considerar o perfil da barragem, de 28,54 µgC L-1 ± 34,69 (SFJ 02; Figura
3.9.3.3).
55,2%
18,8
%
S1
S2
S3
S4
55,2%
18,8
%
S1
S2
S3
S4
S1S1
S2S2
S3S3
S4S4
192 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.9.3.3 - Densidade fitoplanctônica (ind mL-1) e Biomassa fitoplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Três Marias nas campanhas realizadas em maio, agosto e novembro de 2011 e fevereiro de 2012.
Comunidade Zooplanctônica
A densidade zooplanctônica média máxima entre os períodos foi de 267 indivíduos L-1
em agosto e a mínima de 118 indivíduos L-1 em maio. Durante o monitoramento, a
densidade zooplanctônica total variou significativamente, com máximo de 1445 individuos L-1
(SFJ 02, novembro) e mínimo de ausência de indivíduos (SFJ 03 em fevereiro de 2011)
(Figura 3.9.3.4).
Em termos de biomassa total, o maior valor observado foi de 4.685 µgC L-1 (SFJ 02,
novembro) e os menores < 0,002 µgC L-1 (SFJ 03, fevereiro; Figura 3.9.3.4).
Figura 3.9.3.4 - Densidade zooplanctônica (ind L-1) e Biomassa zooplanctônica (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Três Marias nas campanhas realizadas em maio, agosto e novembro de 2011 e fevereiro de 2012.
0
4000
8000
12000
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SFC
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Maio Agosto Novembro Fevereiro
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Maio Agosto Novembro Fevereiro
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Maio Agosto Novembro Fevereiro
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Julho Outubro Dezembro Abril
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-1)
Julho Outubro Dezembro Abril
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 193
Comunidade Bacteriana
De maneira geral, a densidade bacteriana média máxima foi de 2,61 (± 1,57) céls 106
mL-1 (SFC 30) e mínima de 1,21 (± 0,18) céls 106 mL-1 (SFJ 01). A densidade fitoplanctônica
total variou de 0,81 céls 106 mL-1 (SFC 05, agosto) a 4,85 céls 106 mL-1 (SFC 30, fevereiro;
Figura 3.9.3.5).
Em termos de biomassa total, a menor contribuição, sem considerar perfil na
barragem, foi de 23,97 ± 6,13 µgC L-1 (SFJ 01) e a maior de 52,30 ± 31,48 µgC L-1 (SFC 30)
(Figura 3.9.3.5).
Figura 3.9.3.5 - Densidade bacteriana (cels 106 mL-1) e Biomassa bacteriana (µgC L-1) em todas as estações amostradas na UHE Três Marias nas campanhas realizadas em maio, agosto e novembro de 2011 e fevereiro de 2012.
METABOLISMO
Respiração Planctônica
A estação SFC 60 em fevereiro apresentou a maior taxa de respiração planctônica
(5654 mgC m-2 dia-1) (Figura 3.9.3.6), enquanto a menor taxa ocorreu em SFC 30, no
mesmo mês de novembro (122 mgC m-2 dia-1).
Produção Primária
As maiores taxas de produção primária foram encontradas, em geral, no mês de
fevereiro em todas as estações amostradas, exceto SFJ 01 onde a maior taxa ocorreu em
0
20
40
60
80
100
120
SFC
05
SFC
30
SFC
60
Sup
SFC
60
1/2
Zeu
SFC
60
Zeu
SFC
60
Zeu x
Fun
SFC
60
Fundo
SFJ
01
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
0
1
2
3
4
5
6
SFC
05
SFC
30
SFC
60
Sup
SFC
60
1/2
Zeu
SFC
60
Zeu
SFC
60
Zeu x
Fun
SFC
60
Fundo
SFJ
01
Den
sid
ad
e b
acte
rian
a
(céls
10
6 m
L-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
0
20
40
60
80
100
120
SFC
05
SFC
30
SFC
60
Sup
SFC
60
1/2
Zeu
SFC
60
Zeu
SFC
60
Zeu x
Fun
SFC
60
Fundo
SFJ
01
Bio
massa b
acte
rian
a
( mg
C L
-1)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
0
1
2
3
4
5
6
SFC
05
SFC
30
SFC
60
Sup
SFC
60
1/2
Zeu
SFC
60
Zeu
SFC
60
Zeu x
Fun
SFC
60
Fundo
SFJ
01
Den
sid
ad
e b
acte
rian
a
(céls
10
6 m
L-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ JusTrib Corpo princ Jus
194 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
maio 2011 (Figura 3.9.3.6). A produção primária variou de 0,31 (mgC m-2 dia-1) (SFC 01,
novembro) a 136 mgC m-2 dia-1 (SFC 60, fevereiro).
Produção Bacteriana
A produção bacteriana variou de 0,48 mg C m-2 dia-1 (SFC 05, novembro) a 1651 mgC
m-2 dia-1 (SFC 60, fevereiro). Considerando todas as estações e campanhas, a média da
produção bacteriana foi 129,95 mgC m-2 dia-1 (Figura 3.9.3.6).
Figura 3.9.3.6 - Respiração planctônica (mgC m-2 dia-1), Produção primária (mgC m-2 dia-1) e Produção bacteriana (mgC m-2 dia-1) na UHE Três Marias nas campanhas realizadas em maio, agosto e novembro de 2011 e fevereiro de 2012.
Variação Espacial de pCO2
A variação espacial de pCO2 está representada na Figura 3.9.3.7. No mês de maio foi
observado maiores valores de pCO2 na região sul do reservatório onde ocorre a entrada do
rio São Francisco. Nesse mês os valores variaram de 200 µatm observado próximo a
barragem a 1650 µatm na região de entrada do rio. No mês de agosto de 2011 os valores
mais altos de pCO2 foram observados próximos a barragem contrastando o observado em
maio de 2011. No mês de novembro os valores mais baixos foram observados na região
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
SFC 0
5
SFC 1
0
SFC 3
0
SFC 6
0
SFJ 01
Re
sp
ira
ção
pla
nc
tôn
ica
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
0
30
60
90
120
150
SFC 0
5
SFC 1
0
SFC 3
0
SFC 6
0
SFJ 01
Pro
du
çã
o p
rim
ári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
SFC 05
SFC 10
SFC 30
SFC 60
SFJ 01
Pro
du
ção
bac
teri
ana
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
SFC 0
5
SFC 1
0
SFC 3
0
SFC 6
0
SFJ 01
Re
sp
ira
ção
pla
nc
tôn
ica
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
0
30
60
90
120
150
SFC 0
5
SFC 1
0
SFC 3
0
SFC 6
0
SFJ 01
Pro
du
çã
o p
rim
ári
a
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
SFC 05
SFC 10
SFC 30
SFC 60
SFJ 01
Pro
du
ção
bac
teri
ana
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
SFC 05
SFC 10
SFC 30
SFC 60
SFJ 01
Pro
du
ção
bac
teri
ana
(mg
C m
-3 d
ia-1
)
Maio Agosto Novembro Fevereiro
Trib Corpo princ Jus
Trib Corpo princ Jus
PÓS-ENCHIMENTO 195
central do reservatório próximo aos pontos SFC 20 e SFC 30. Nesse mês os valores
variaram de 117 a 610 µatm. No mês de fevereiro de 2012 os valores variam de 265 a 800
µatm sendo que a distribuição espacial foi semelhante à observada em maio de 2011. Nesse
período de amostragem, grande parte do reservatório esteve em situações de subsaturação
de CO2.
Maio 2011
Agosto 2011
Novembro 2011
Fevereiro 2012
Figura 3.9.3.7 - Mapas de pCO2 no reservatório da UHE Três Marias nas campanhas
196 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.9.4 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
As campanhas de campo da equipe do IIEGA no reservatório de Três Marias foram
realizadas nas seguintes datas: 1° campanha - 5 a 7 de maio de 2011; 2° campanha – 9 a
11 de agosto de 2011; 3° campanha – 8 a 10 de novembro de 2011; 4° campanha – 13 e 14
de fevereiro de 2012. Em cada uma das campanhas foram amostrados 15 pontos indicados
na Figura 3.9.4.1.
Figura 3.9.4.1 - Imagem de satélite dos pontos de coleta de amostras de água e de sedimento no reservatório da UHE Três Marias utilizados pela equipe da AIIEGA nas quatro campanhas de campo realizadas entre maio de 2011 a fevereiro de 2012. Pontos em tom alaranjado: utilizados, também, para coleta de sedimento para realização de experimentos. Fonte da imagem: Google Earth
Na Figura 3.9.4.2 estão apresentados os gráficos das concentrações de gases nos
sedimentos amostrados e os fluxos difusivos para na interface sedimento-água para os
gases CH4, CO2 e N2O ao longo do reservatório de Três Marias durante as 4 campanhas de
campo.
Nota-se, em termos de proporção de gases, que tanto as concentrações integradas
como os fluxos difusivos de CO2 foram superiores aos de CH4 no reservatório de Três
Marias. A diferença entre os fluxos difusivos é ainda mais visível o que demonstra que esse
reservatório não é um grande emissor de CH4. Apenas os pontos TMR 22 e TMR 12,
localizados na porção mais a montante do reservatório no rio São Francisco e no rio
Paraopeba, respectivamente, apresentaram concentrações mais significativas,
PÓS-ENCHIMENTO 197
possivelmente relacionadas às cargas de matéria orgânica provenientes da montante
desses rios. Nota-se um padrão decrescente de concentração tanto de CH4 como de CO2
nos sedimentos da montante do reservatório para a jusante, possivelmente relacionado ao
aporte e deposição mais significativo de material orgânico particulado proveniente dos
principais formadores do reservatório, como já descrito anteriormente.
Já os valores de concentração de N2O nos sedimentos do reservatório de Três Marias
foram muito inferiores quando comparados aos valores de CH4 e CO2, sempre na ordem de
umol/L (Figura 3.9.4.2). Os valores tanto de concentração como dos fluxos difusivos foram
muito variáveis entre os diferentes pontos e entre as diferentes campanhas sazonais, não
apresentando um padrão evidente de variação espacial, como no caso do CH4 e do CO2.
Figura 3.9.4.2 - Concentrações integradas nos sedimentos e Fluxos difusivos na interface sedimento-água de CH4, CO2 e N2O em Três Marias. Valores de N2O em µmol.
Concentrações integradas de CH4 nos sedimentos (0 - 4 cm)
Reservatório de Três Marias
0
20
40
60
80
100
TMR
45
TMR
39
TMR
26
TMR
21
TMR
22
TMR
47
TMR
41
TMR
40
TMR
37
TMR
31B
TMR
29
TMR
24
TMR
20
TMR
13
TMR
12
Corpo principal Tributários
CH
4 (
mm
ol m
-2)
Maio/2011
Ago/2011
Out/2011
Fev/2012
Jusante Montante
Concentrações integradas de CO2 nos sedimentos (0 - 4 cm)
Reservatório de Três Marias
0
20
40
60
80
100
TMR
45
TMR
39
TMR
26
TMR
21
TMR
22
TMR
47
TMR
41
TMR
40
TMR
37
TMR
31B
TMR
29
TMR
24
TMR
20
TMR
13
TMR
12
Corpo principal Tributários
CO
2 (
mm
ol m
-2)
Maio/2011
Ago/2011
Out/2011
Fev/2012
Jusante Montante
Fluxos difusivos de CH4 na interface sedimento-água
Reservatório de Três Marias
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
TMR
45
TMR
39
TMR
26
TMR
21
TMR
22
TMR
47
TMR
41
TMR
40
TMR
37
TMR
31B
TMR
29
TMR
24
TMR
20
TMR
13
TMR
12
Corpo principal Tributários
Flu
xo d
ifus. C
H4 (
mm
ol m
-2 d
-1) Maio/2011
Ago/2011
Out/2011
Fev/2012
MontanteJusante
Fluxos difusivos de CO2 na interface sedimento-água
Reservatório de Três Marias
0
5
10
15
20
25
30
35
40
TMR
45
TMR
39
TMR
26
TMR
21
TMR
22
TMR
47
TMR
41
TMR
40
TMR
37
TMR
31B
TMR
29
TMR
24
TMR
20
TMR
13
TMR
12
Corpo principal Tributários
Flu
xo d
ifus. C
O2 (
mm
ol m
-2 d
-1)
Maio/2011
Ago/2011
Out/2011
Fev/2012
Jusante Montante
Concentração de N2O no sedimento (0 - 1cm)
Reservatório de Três Marias
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
TMR
45
TMR
39
TMR
26
TMR
21
TMR
22
TMR
47
TMR
41
TMR
40
TMR
37
TMR
31 B
TMR
29
TMR
24
TMR
20
TMR
13
TMR
12
Corpo central Tributários
N2
O (
um
ol L-1
)
Maio/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
Jusante Montante
Fluxo difusivo de N2O na interface sedimento-água
Reservatório de Três Marias
0
5
10
15
20
25
TMR
45
TMR
39
TMR
26
TMR
21
TMR
22
TMR
47
TMR
41
TMR
40
TMR
37
TMR
31 B
TMR
29
TMR
24
TMR
20
TMR
13
TMR
12
Corpo central Tributários
Flu
xo
de
N2
O (
um
ol m-2
d-1
) Maio/2011
Ago/2011
Nov/2011
Fev/2012
Jusante Montante
198 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
3.9.5 Fluxos Ebulitivos, Difusivos, Degassing, Sedimentação Permanente de C e Carga
Mássica de C
As campanhas de medição da equipe da COPPE em Três Marias ocorreram em maio,
agosto e novembro de 2011 e em março de 2012. Nestas campanhas, foram realizadas
amostragens de fluxo difusivo por câmaras flutuantes em 48 pontos no reservatório e 6 a
jusante; amostragens de fluxo ebulitivo por funis invertidos em 42 pontos e realizadas 20
medidas de vazões e 20 medidas de concentração de carbono nos tributários. Foram
utilizadas 20 armadilhas de sedimentação.
A Figura 3.9.5.1 traz a localização dos pontos de medição de fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar, os pontos de medidas de vazão e coleta de água para
medida de carbono e para armadilhas de sedimentação.
PÓS-ENCHIMENTO 199
Câmaras Flutuantes
Funis Invertidos
Medidas de Vazão e Carga Mássica
Armadilhas de Sedimentação
Figura 3.9.5.1 - Mapa dos pontos de medidas de fluxo difusivo com câmaras flutuantes, medidas de fluxos ebulitivos com funis invertidos, principais tributários com os pontos de medidas de vazão e coleta de água para medida de carbono e pontos para as armadilhas de sedimentação em Três Marias.
A tabela 3.9.5.1 apresenta as estimativas de carga mássica de carbono de entrada e
saída para Três Marias de cada campanha e na última linha o valor médio em t C/dia.
200 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.9.5.1 - Carga Mássica
Campanha Entrada
(t/dia)
Saída
(t/dia)
1 424,83 325,19
2 263,07 191,85
3 547,89 200,77
4 598,57 486,16
Média 458,59 300,99
A figura 3.9.5.2 apresenta para cada fluxo de GEE os valores representativos obtidos
das medições de cada campanha.
Figura 3.9.5.2 - Fluxos em mg/m2/dia em Três Marias
3.9.6 Balanços de Emissões e Remoções de GEE
A tabela 3.9.6.1 apresenta o balanço de emissões e remoções para cada gás obtido
com os valores médios dos fluxos representativos de cada campanha para o aproveitamento
1 2 3 4
01
00
0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
81
2
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO DIFUSIVO CH4
1 2 3 4
0.0
0.5
1.0
campanhasm
g/m
2.d
ia
RESERVATORIO DIFUSIVO N2O
1 2 3 4-0.0
50
.10
0.2
5
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CO2
1 2 3 4
0.0
1.0
campanhas
mg
/m2
.dia
RESERVATORIO EBULITIVO CH4
TRES MARIAS
1 2 3 4
04
00
01
00
00
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CO2
1 2 3 4
02
46
81
2
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO CH4
2 3 4
0.0
1.0
2.0
campanhas
mg
/m2
.dia
JUSANTE DIFUSIVO N2O
PÓS-ENCHIMENTO 201
de Três Marias em t/dia. A tabela fornece valores agregados em toneladas equivalente de
CO2 onde as emissões de cada gás são multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento
global (25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O de acordo com o GWP para o
horizonte de 100 do IPCC (IPCC, 2007a).
Tabela 3.9.6.1 - Balanço de Emissões e Remoções em Três Marias
Gás Unidade Reservatório Reservatório
Jusante Degassing Sedimentação Balanço Ebulitivo Difusivo
CH4 tCH4/dia 0,27 6,54 0,05 0,00 6,86
tCO2e/dia 6,87 163,48 1,16 0,05 171,57
CO2 tCO2/dia 0,05 601,16 57,93 18,68 -435,56 242,26
N2O tN2O/dia - 0,36 0,01 - 0,36
tCO2e/dia - 105,89 2,10 - 107,99
TOTAL tCO2e/dia 6,92 870,53 61,19 18,74 -435,56 521,82
3.10 Síntese
Limnologia e Metabolismo
Nesse capítulo são apresentadas comparações entre os reservatórios pós-
enchimento do ponto de vista de algumas das variáveis limnológicas consideradas de maior
interesse para uma caracterização e do metabolismo planctônico dos sistemas estudados.
A temperatura da água refletiu a posição geográfica dos sistemas mostrando menores
valores nos reservatórios localizados mais ao sul (Mata Atlântica) do que nos demais
biomas. À exceção de Segredo, a turbidez da água decresceu dos sistemas mais antigos
para os construídos mais recentemente. A razão zona eufótica/profundidade máxima, que
tem sido usada como um proxy da intensidade luminosa na coluna de água dos sistemas
(Jensen et al., 1994), mostrou que Segredo e Serra da Mesa foram os reservatórios com
maior disponibilidade de luz na coluna de água, a qual correspondeu a cerca de 40 a 60 %
(mediana) de toda a coluna de água. Por outro lado, Funil foi o reservatório com menor
disponibilidade de luz (3%). Os valores medianos de pH da água ocorreram ao redor do pH
neutro, mas uma ampla variabilidade foi observada em Tucuruí, onde valores próximos a 3,0
foram registrados. Máximos de pH nunca foram superiores a 9,0. (Figura 3.10.1)
202 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.10.1 - Box-plots da Temperatura da água (oC), Turbidez (NTU), razão Profundidade da zona z eufótica/Profundidade máxima (zeu/zmax) e pH da água superficial dos reservatórios, ordenados por ordem decrescente de idade. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada reservatório. (TMA=Três Marias, FUN=Funil, ITA=Itaipu, BAL, Balbina, SEG=Segredo, XIN=Xingó, SER=Serra da Mesa). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados.
Estado Trófico dos Reservatórios
A eutrofização é o processo de enriquecimento de ecossistemas aquáticos por
nutrientes, especialmente nitrogênio e fósforo, levando a um aumento da biomassa de
produtores primários, e que tem demonstrado ser um importante desafio para a gestão de
recursos hídricos em todo o mundo (Schindler et al., 2008; Smith & Schindler, 2009). Para
incluir os sistemas em uma determinada classificação de estado trófico são utilizadas
apenas uma variável (clorofila-a ou fósforo total) ou uma combinação delas. É importante
salientar, no entanto, que estado trófico de ecossistemas aquáticos é um conceito geral, que
tem como base os valores médios de indicadores, sendo mais usadas as concentrações
médias de fósforo total no epilímnio (por ser o fósforo o elemento mais frequentemente
limitante ao crescimento do fitoplâncton) e da clorofila-a. O fósforo indica a potencialidade
para o crescimento do fitoplâncton e a clorofila-a representa o que efetivamente se expressa
em biomassa desenvolvida e mantida em um sistema. Diversas classificações de estado
trófico têm sido elaboradas, todas elas definindo intervalos de concentrações para cada
estado trófico e não gradientes (Carlson, 1977; Vollenweider & Kerekes, 1980; OECD, 1982;
0
10
20
30
40
50
Tu
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NT
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a-T
MA
b-F
UN
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UC
e-B
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10
20
30
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UC
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0
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40
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80
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AL
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2.5
4.5
6.5
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MA
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UC
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AL
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EG
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Tu
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MA
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UN
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Nürnberg, 1996). O resultado disso é que, dependendo da variável e da classificação
utilizadas e de seus intervalos de variação, a inclusão de um sistema em determinado
estado trófico pode ser diferente.
Os reservatórios dos aproveitamentos em operação estudados caracterizam-se por
apresentar diferentes estados tróficos de acordo com os critérios adotados por Nürnberg
(1996) com base nas concentrações de fósforo total e clorofila-a (Figura 3.10.2). As maiores
concentrações de fósforo total ocorreram em Funil e clorofila-a, em Funil e Segredo. De
acordo com as concentrações de fósforo total, todos os reservatórios caracterizam-se como
mesotróficos, com exceção do reservatório de Funil, classificado como eutrófico. Já quando
as concentrações de clorofila-a são consideradas, os reservatórios de Itaipu, Serra da Mesa,
Três Marias e Xingó são classificados como oligotróficos e o reservatório de Funil, como
mesotrófico. Balbina, Segredo e Tucuruí mantiveram-se como mesotróficos, quando
avaliados sob ambos os critérios adotados.
Figura 3.10.2 - Box-plots das concentrações de Fósforo total e Clorofila-a na água superficial dos reservatórios, ordenados por ordem decrescente de idade. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada reservatório. (TMA=Três Marias, FUN=Funil, ITA=Itaipu, BAL, Balbina, SEG=Segredo, XIN=Xingó, SER=Serra da Mesa). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados.
Não foi observada qualquer tendência das concentrações de fósforo e clorofila-a com
a idade dos reservatórios.
Concentrações de carbono na água e na biota planctônica
Conforme assinalado no Capítulo 2, no contexto do presente projeto sobre o balanço
de carbono, é importante conhecer como se distribuem as diferentes frações de carbono.
São aqui sumarizados, de maneira comparativa entre os reservatórios, as concentrações de
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204 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
carbono na água e na biota planctônica, a partir das amostras coletadas de maneira
integrada na camada superficial de 1,5 m de profundidade.
Compreender o fluxo e a ciclagem de matéria nas teias alimentares é um dos principais
objetivos dos estudos atuais dos ecossistemas. Em lagos temperados, uma série de
trabalhos determinaram como a biomassa em carbono está dividida entre os vários
compartimentos da cadeia alimentar no plâncton de água doce (Auer et al., 2004; Gaedke &
Kamjunke, 2006; Havens et al., 2007). Em comparação com outros tipos de sistemas como
lagos naturais, por exemplo (Auer et al., 2004; Work et al., 2005; Havens et al., 2007; Ask et
al., 2009), pouco tem sido feito para entender como a biomassa em carbono está distribuída
no plâncton de reservatórios, principalmente em sistemas tropicais e subtropicais.
A estrutura da cadeia alimentar planctônica influencia fortemente o destino do carbono
biogênico. Uma pequena concentração do carbono orgânico total em águas doces
compreende carbono orgânico particulado, se comparado ao carbono orgânico dissolvido, o
qual ocorre em concentrações maiores e relativamente constantes (Wetzel, 1984). Além do
fitoplâncton, as bactérias são componentes importantes da teia trófica limnética planctônica,
tanto em termos de biomassa como de produção (Sommaruga & Robarts, 1997). Alterações
na estrutura e dinâmica da comunidade pelágica são importantes para prever a variabilidade
em diferentes gradientes de enriquecimento de nutrientes (Auer et al., 2004; Havens et al.,
2007). A eutrofização geralmente leva a um aumento na biomassa do fitoplâncton e mostra o
predomínio dos organismos autotróficos sobre os heterotróficos (Callieri et al., 1999; Auer et
al., 2004).
As comunidades planctônicas são geralmente reguladas pelos controles ascendente e
descendente e moduladas pelas condições hidrológicas (tempo de residência, por exemplo)
e hidrográficas (regime de mistura) (Reynolds, 2006). O fitoplâncton em particular é regulado
por recursos (luz e nutrientes, controle ascendente) e pela pressão por herbivoria (controle
descendente; Reynolds, 2006). Já o bacterioplâncton é regulado pela disponibilidade de
carbono orgânico e de outros nutrientes, especialmente fósforo (controle ascendente), além
do consumo por predadores (controle descendente) (Hwang & Heath, 1999; Stets & Cotner
2008). O zooplâncton é regulado pela disponibilidade e a qualidade de alimentos (controle
ascendente) (Hansson et al., 2007) e pela a predação exercida principalmente por peixes
planctívoros e onívoros controle descendente (Jeppesen et al., 2007; Attayde et al., 2010).
Não foi observado qualquer padrão das diferentes formas de carbono na água e na
biota com a idade dos reservatórios. O carbono inorgânico dissolvido refletiu a inserção
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PÓS-ENCHIMENTO 205
geológica dos sistemas com maiores valores em Serra da Mesa e Três Marias e menores
em Balbina (Figura 3.10.3). Já o carbono orgânico dissolvido foi maior no reservatório
eutrófico de Funil e no reservatório amazônico de Balbina, cujo principal afluente é o rio
Uatumã de águas pretas, ricas nessa forma de carbono. Os valores médios de DOC (4,8 mg
L-1) são inferiores aos valores médios mundiais, principalmente obtidos em sistemas de
regiões temperadas (5.7 mg L-1, (Sobek, 2005) 7000 dados) mas superiores aos registrados
em um amplo estudo em território brasileiro (3.7 mg/L, 1120 locais,
www.brasildaságuas.com.br).
Figura 3.10.3 - Box-plots das concentrações de Carbono inorgânico dissolvido (CID), Carbono orgânico dissolvido (COD), Carbono orgânico particulado (COP) (painéis à esquerda) e de Carbono na biota planctônica (painéis à direita) na água superficial dos reservatórios, ordenados por ordem decrescente de idade. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada reservatório. (TMA=Três Marias, FUN=Funil, ITA=Itaipu, BAL, Balbina, SEG=Segredo, XIN=Xingó, SER=Serra da Mesa). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados, exceto no Carbono do zooplâncton em Três Marias.
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206 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
O carbono orgânico particulado foi a menor fração de carbono registrada,
correspondendo somente a 8% (mediana) do carbono total em todos os sistemas. Tem sido
amplamente aceito que na maioria do compartimento limnético, o carbono do fitoplâncton
contribui com aproximadamente 50% para carbono orgânico particulado e corresponde a
aproximadamente 5% das concentrações de carbono orgânico dissolvido (Wetzel,1984). Nos
reservatórios estudados o carbono fitoplanctônico contribuiu com apenas 1.0% para o total
particulado e correspondeu a 2.1% do orgânico dissolvido, indicando que a fração composta
por detritos é muito mais importante que o esperado e que o carbono do fitoplâncton
correspondeu a cerca de duas vezes menos o esperado para a razão DOC/ C-fito.
No que diz respeito ao carbono contido na biota planctônica, Três Marias, Balbina e
Serra da Mesa apresentaram os menores valores de carbono no bacterioplâncton e Itaipu,
Segredo e Xingó, os maiores. Já o carbono do fitoplâncton foi maior em Funil e todos os
demais reservatórios apresentaram baixas concentrações. Os teores de carbono
fitoplanctônico em Funil são comparáveis aos registrados para outros sistemas eutróficos
(Havens et al., 2007) e os demais, a sistemas mesotróficos (Eyto & Irvine, 2005). Esse fato
aponta na mesma direção quando o estado trófico é acessado através das concentrações de
fósforo total e clorofila-a. O carbono na biota zooplanctônica mostrou-se mais elevado em
Três Marias e baixo em todos os demais sistemas, inclusive no eutrófico reservatório de
Funil, sendo esses valores compatíveis com sistemas mesotróficos de outras regiões do
mundo (Auer et al., 2004)
Metabolismo planctônico
A atividade autotrófica e heterotrófica desempenha papel importante na emissão e
dinâmica de CO2
em reservatórios (Roland et al., 2010). A produtividade primária e a
respiração das comunidades são descritores sintéticos do metabolismo dos ecossistemas e
o balanço entre eles apontam para a interpretação da heterotrofia de um ecossistema
aquático a qual é determinada pela relação Produção/Respiração e indicam a dependência
do ambiente externo (Carpenter et al., 2005; Roland et al., 2011). Conforme mencionado no
Capítulo 2, os fluxos de CO2 e CH4 em ecossistemas aquáticos são controlados pelos
processos que envolvem produção e consumo desses gases. Na coluna d’água, estes
processos são: a produção primária planctônica, produção bacteriana e respiração
planctônica.
PÓS-ENCHIMENTO 207
Uma menor variabilidade da produção fitoplanctônica foi observada na medida em
que os reservatórios se tornam mais velhos. A produção fitoplanctônica (mediana = 3,6 mg C
m-2 dia-1) nas camadas superficiais dos reservatórios foi duas ordens de magnitude menor
que a respiração planctônica (mediana =701 mg C m-2 dia-1) e que a respiração bacteriana
(mediana =668 mg C m-2 dia-1). Da mesma forma que o observado para os rios (ver Capitulo
2), cabe salientar que 95% da respiração planctônica foram decorrentes da respiração
bacteriana (Figura 3.10.4). Considerando a baixa produção primária, é possível concluir que
a respiração bacteriana nos reservatórios utiliza como substrato mais importante o carbono
orgânico de origem alóctone, sobretudo em sua forma dissolvida (mediana =3,8 mg C L-1)
que é mais abundante se comparada ao carbono particulado (0,8 mgC L-1). Os altos valores
de respiração planctônica com relação à produção primária apontam para a persistência da
heterotrofia nos sistemas estudados (Cole et al., 2000).
208 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.10.4 - Box-plots da Produção fitoplanctônica (Prod Fitopl), Respiração planctônica s (Resp Planct), Respiração bacteriana (Resp Bact) e Produção bacteriana (Prod Bact) na água superficial dos reservatórios, ordenados por ordem decrescente de idade. Cada caixa mostra a variabilidade espacial e temporal em cada reservatório. (TMA=Três Marias, FUN=Funil, ITA=Itaipu, BAL, Balbina, SEG=Segredo, XIN=Xingó, SER=Serra da Mesa). Linhas no interior das caixas representam a mediana, limites das caixas, traços e pontos abrangem, respectivamente, 50%, 75% e 90% dos dados. Outliers são também mostrados exceto em XIN para Respiração planctônica e Respiração bacteriana e em FUN para Produção bacteriana.
0
50
100
150
200
Pro
d. F
itopl.
(mgC
m-2
dia
-1)
a-T
MA
b-F
UN
c-I
TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
IN
h-S
ER
0
5000
10000
15000
20000R
esp
. p
lan
c (
mg
C m
-2 d
ia-1
)
a-T
MA
b-F
UN
c-I
TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
IN
h-S
ER
0
5000
10000
15000
20000
a-T
MA
b-F
UN
c-I
TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
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h-S
ER
0
500
1000
1500
2000
2500
Pro
d. bact. (m
gC
m-2
dia
-1)
a-T
MA
b-F
UN
c-I
TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
IN
h-S
ER
TMA FUN ITA TUC BAL SEG XIN SER
Pro
dB
act(m
gC
m-2
dia
-1)
R
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Bact(m
gC
m-2
dia
-1)
R
esp
Pla
nct(m
gC
m-2
dia
-1)
P
rod
Fito
pl(m
gC
m-2
dia
-1)
0
50
100
150
200
Pro
d. F
itopl.
(mgC
m-2
dia
-1)
a-T
MA
b-F
UN
c-I
TA
d-T
UC
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AL
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EG
g-X
IN
h-S
ER
0
5000
10000
15000
20000R
esp
. p
lan
c (
mg
C m
-2 d
ia-1
)
a-T
MA
b-F
UN
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TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
IN
h-S
ER
0
5000
10000
15000
20000
a-T
MA
b-F
UN
c-I
TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
IN
h-S
ER
0
500
1000
1500
2000
2500
Pro
d. bact. (m
gC
m-2
dia
-1)
a-T
MA
b-F
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c-I
TA
d-T
UC
e-B
AL
f-S
EG
g-X
IN
h-S
ER
TMA FUN ITA TUC BAL SEG XIN SER
Pro
dB
act(m
gC
m-2
dia
-1)
R
esp
Bact(m
gC
m-2
dia
-1)
R
esp
Pla
nct(m
gC
m-2
dia
-1)
P
rod
Fito
pl(m
gC
m-2
dia
-1)
PÓS-ENCHIMENTO 209
Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos dos reservatórios já
formados
Os dados de concentrações no sedimento e de fluxos difusivos através da interface
sedimento-água obtidos ao longo do projeto foram comparados para todos os 8
reservatórios já formados. Foram obtidas as médias anuais referentes aos dados obtidos em
todos os pontos monitorados nas quatro campanhas de campo. Os reservatórios foram
ordenados de acordo com a idade, conforme informações contidas na Tabela 3.10.1. Os
gráficos resultantes estão apresentados nas Figuras 3.10.5, 3.10.6 e 3.10.7.
Tabela 3.10.1 - Idade dos reservatórios já existentes estudados no projeto e concentrações médias anuais de CH4, CO2 e N2O e fluxos difusivos através da interface sedimento-água em cada sistema obtido ao longo do atual projeto.
Desconsiderando os dados do reservatório de Funil, que possui características muito
distintas dos demais reservatórios em função da elevada carga de nutrientes e de matéria
orgânica recebida pelo rio Paraíba do Sul, conforme descrito anteriormente, nota-se um
padrão decrescente do reservatório mais recente (Serra da Mesa) para o reservatório mais
antigo (Três Marias) das concentrações médias anuais e fluxos.
Assim, os reservatórios mais recentes apresentaram concentrações e fluxos difusivos
médios de CH4 e de CO2 mais elevados em relação aos reservatórios mais antigos, fato
esse já bastante conhecido na área de limnologia, uma vez que, com o envelhecimento, o
reservatório tende a atingir a estabilização, desde que não sofra grandes impactos
antrópicos, como no caso do reservatório de Funil (Figura 3.10.5 e Figura 3.10.6).
Os padrões decrescentes em função da idade dos reservatórios para o N2O do
sedimento (Figura 3.10.7) observados são mais tênues. Não obstante, o reservatório de
Funil apresentou concentração e fluxo difusivo máximos quando comparado aos demais
sistemas, muito em função do seu estado trófico.
(mmol/m2) (mmol/m2) (umol/L) (mmol/m2/d) (mmol/m2/d) (umol/m2/d)
ReservatórioAno de
inícioIdade
Conc.
CH4
Erro
padrão
Conc.
CO2
Erro
padrão
Conc.
N2O
Erro
padrão
Fluxo
CH4
Erro
padrão
Fluxo
CO2
Erro
padrão
Fluxo
N2O
Erro
padrão
S. Mesa 1996 17 41,34 3,93 70,13 5,03 1,56 0,28 9,95 3,40 24,15 1,89 25,67 5,74
Xingó 1994 19 24,85 4,23 57,96 9,41 0,52 0,06 4,66 1,02 22,19 2,82 9,94 1,46
Segredo 1992 21 45,35 4,62 96,28 7,05 0,56 0,06 6,25 1,06 27,76 3,13 14,51 2,26
Balbina 1987 26 19,59 2,28 54,25 4,12 0,41 0,07 5,27 0,68 29,82 2,41 7,79 1,28
Tucuruí 1985 28 41,81 3,79 70,01 5,85 0,58 0,13 9,98 1,07 24,66 1,80 12,62 3,62
Itaipu 1984 29 14,84 2,34 49,80 5,25 0,90 0,24 2,90 1,12 22,30 2,79 19,78 7,17
Funil 1969 44 65,12 10,63 90,40 15,04 5,41 0,93 13,51 2,85 27,94 3,81 82,35 13,76
Três Marias 1962 51 13,03 1,37 37,76 1,57 0,29 0,04 1,63 0,25 18,61 0,69 5,32 0,86
210 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.10.5 - Concentrações integradas médias de CH4 no sedimento (0 – 4cm) e fluxos difusivos através da interface sedimento-água nos reservatórios estudados no projeto. Barra de erros: erro padrão. Linha de tendência: sem considerar o reservatório de Funil.
idade do reservatorio
mm
ol/m
2
20 30 40 50
10
20
30
40
50
60
70
BAL
TUC
XGO
SRM
ITA
SDO
TRM
FNL
Concentração CH4
idade do reservatorio
mm
ol/m
2.d
ia
20 30 40 50
51
01
5
BAL
TUC
XGO
SRM
ITA
SDO
TRM
FNL
Fluxo CH4
PÓS-ENCHIMENTO 211
Figura 3.10.6 - Concentrações integradas médias de CO2 no sedimento (0 – 4cm) e fluxos difusivos através da interface sedimento-água nos reservatórios estudados no projeto. Barra de erros: erro padrão. Linha de tendência: sem considerar o reservatório de Funil.
idade do reservatorio
mm
ol/m
2
20 30 40 50
40
60
80
10
0
BAL
TUC
XGO
SRM
ITA
SDO
TRM
FNL
Concentração CO2
idade do reservatorio
mm
ol/m
2.d
ia
20 30 40 50
18
20
22
24
26
28
30
32
BAL
TUC
XGO
SRM
ITA
SDO
TRM
FNL
Fluxo CO2
212 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.10.7 - Concentrações médias de N2O no sedimento (0 – 4cm) e fluxos difusivos através da interface sedimento-água nos reservatórios estudados no projeto. Barra de erros: erro padrão.
idade do reservatorio
mic
rom
ol/m
2
20 30 40 50
01
23
45
6
BALTUCXGO
SRM
ITA
SDO
TRM
FNL
Concentração N2O
idade do reservatorio
mic
rom
ol/m
2.d
ia
20 30 40 50
20
40
60
80
10
0
BAL
TUCXGO
SRM
ITA
SDO
TRM
FNL
Fluxo N2O
PÓS-ENCHIMENTO 213
Posteriormente, os dados de concentrações de CH4 e de CO2 integrados no
sedimento, bem como os dados dos fluxos difusivos desses gases na interface sedimento-
água foram submetidos à análise de comparação múltipla do teste não paramétrico de
Kruskal-Wallis para verificar se as médias dos valores obtidos em cada reservatório
estudado diferem estatisticamente das médias dos demais reservatórios estudados no
projeto. Os resultados da análise estão apresentados na Tabela 3.10.2.
De uma forma geral, os reservatórios com concentrações e fluxos difusivos de CH4 e
CO2 nos sedimentos mais baixos, tais como Três Marias e Itaipu, apresentaram diferenças
significativas entre aqueles reservatórios que apresentaram concentrações mais elevadas,
tais como Itaipu, Tucuruí, Serra da Mesa e Segredo.
214 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.10.2 - Valores de p da análise de comparações múltiplas do teste não paramétrico de Kruskal-Wallis aplicada às variáveis dependentes “concentração de CH4”(Conc CH4), “concentração de CO2 (Conc CO2), “fluxo difusivo de CH4”(Fluxo CH4) e “fluxo difusivo de CO2”(Fuxo CO2). Em vermelho: valores de p significativos para níveis de significância de 5%.
Comparação entre fluxos difusivos na interface sedimento-água e fluxos difusivos e
ebulitivos na interface água-ar
Para avaliar o comportamento dos gases CH4, CO2 e N2O que difundem dos
sedimentos para a coluna de água até a superfície, foi realizada uma comparação entre os
fluxos difusivos médios quantificados na interface sedimento-água e os fluxos difusivos e
ebulitivos médios quantificados na interface água-ar em cada sistema estudado, cujos
gráficos estão apresentados nas Figuras 3.10.8 e 3.10.9.
Análise de comparações múltiplas do teste não paramétrico de Kruskal-Wallis para todos os reservatórios estudados
Conc. CH4
Três Marias
R:88,404
Tucuruí
R:199,06
S.Mesa
R:204,07
Funil
R:246,28
Xingó
R:135,67
Segredo
R:187,86
Balbina
R:127,35
Itaipu
R:81,436
Três Marias 0,000000 0,000000 0,000000 0,599500 0,000008 1,000000 1,000000
Tucuruí 0,000000 1,000000 0,482538 0,069609 1,000000 0,048151 0,000000
S.Mesa 0,000000 1,000000 1,000000 0,044603 1,000000 0,031097 0,000000
Funil 0,000000 0,482538 1,000000 0,000025 0,182112 0,000028 0,000000
Xingó 0,599500 0,069609 0,044603 0,000025 0,572235 1,000000 0,397872
Segredo 0,000008 1,000000 1,000000 0,182112 0,572235 0,358649 0,000012
Balbina 1,000000 0,048151 0,031097 0,000028 1,000000 0,358649 1,000000
Itaipu 1,000000 0,000000 0,000000 0,000000 0,397872 0,000012 1,000000
Conc. CO2
Três Marias
R:95,561
Tucuruí
R:185,10
S.Mesa
R:193,26
Funil
R:213,31
Xingó
R:134,03
Segredo
R:213,61
Balbina
R:152,87
Itaipu
R:94,026
Três Marias 0,000009 0,000003 0,000000 1,000000 0,000000 0,304047 1,000000
Tucuruí 0,000009 1,000000 1,000000 0,414926 1,000000 1,000000 0,000073
S.Mesa 0,000003 1,000000 1,000000 0,175487 1,000000 1,000000 0,000023
Funil 0,000000 1,000000 1,000000 0,012043 1,000000 0,361869 0,000000
Xingó 1,000000 0,414926 0,175487 0,012043 0,011441 1,000000 1,000000
Segredo 0,000000 1,000000 1,000000 1,000000 0,011441 0,349288 0,000000
Balbina 0,304047 1,000000 1,000000 0,361869 1,000000 0,349288 0,391740
Itaipu 1,000000 0,000073 0,000023 0,000000 1,000000 0,000000 0,391740
Fluxo CH4
Três Marias
R:87,930
Tucuruí
R:217,47
S.Mesa
R:194,44
Funil
R:230,81
Xingó
R:143,17
Segredo
R:144,53
Balbina
R:185,70
Itaipu
R:82,769
Três Marias 0,000000 0,000000 0,000000 0,200784 0,098312 0,000389 1,000000
Tucuruí 0,000000 1,000000 1,000000 0,010962 0,006552 1,000000 0,000000
S.Mesa 0,000000 1,000000 1,000000 0,502608 0,427482 1,000000 0,000001
Funil 0,000000 1,000000 1,000000 0,002778 0,001636 1,000000 0,000000
Xingó 0,200784 0,010962 0,502608 0,002778 1,000000 1,000000 0,176944
Segredo 0,098312 0,006552 0,427482 0,001636 1,000000 1,000000 0,093732
Balbina 0,000389 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 0,000481
Itaipu 1,000000 0,000000 0,000001 0,000000 0,176944 0,093732 0,000481
Fluxo CO2
Três Marias
R:132,46
Tucuruí
R:189,55
S.Mesa
R:172,65
Funil
R:196,25
Xingó
R:143,70
Segredo
R:137,78
Balbina
R:210,17
Itaipu
R:101,51
Três Marias 0,032058 0,809050 0,028036 1,000000 1,000000 0,015444 1,000000
Tucuruí 0,032058 1,000000 1,000000 0,802978 0,252555 1,000000 0,000154
S.Mesa 0,809050 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 1,000000 0,011536
Funil 0,028036 1,000000 1,000000 0,548652 0,180691 1,000000 0,000190
Xingó 1,000000 0,802978 1,000000 0,548652 1,000000 0,236643 1,000000
Segredo 1,000000 0,252555 1,000000 0,180691 1,000000 0,081290 1,000000
Balbina 0,015444 1,000000 1,000000 1,000000 0,236643 0,081290 0,000159
Itaipu 1,000000 0,000154 0,011536 0,000190 1,000000 1,000000 0,000159
PÓS-ENCHIMENTO 215
Figura 3.10.8 - Fluxos difusivos médios na interface sedimento-água e fluxos difusivos e ebulitivos médios na interface água-ar de CH4 e CO2 nos sistemas estudados. Barras de erros: correspondem aos erros padrões das 4 campanhas sazonais.
0
50
100
150
200
250
300
Serr
a d
a M
esa
Xin
gó
Segr
edo
Bal
bin
a
Tucu
ruí
Itai
pu
Fun
il
Três
Mar
ias
Bel
o M
on
te
Bat
alh
a
San
to A
ntô
nio
Reservatórios formados Rios (pré-enchimento)
Flu
xos
de
CH
4(m
g m
-2d
-1)
Fluxos Médios Gerais de CH4
Difusivo - Interface sedimento-água
Ebulitivo - interface água-ar
Difusivo - Interface água-ar
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
Serr
a d
a M
esa
Xin
gó
Segr
edo
Bal
bin
a
Tucu
ruí
Itai
pu
Fun
il
Três
Mar
ias
Bel
o M
on
te
Bat
alh
a
San
to A
ntô
nio
Reservatórios formados Rios (pré-enchimento)
Flu
xos
de
CO
2(m
g m
-2d
-1)
Fluxos Médios Gerais de CO2
Difusivo - Interface sedimento-água
Ebulitivo - interface água-ar
Difusivo - Interface água-ar
216 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.10.9 - Fluxos difusivos médios na interface sedimento-água e fluxos difusivos na interface água-ar de N2O nos sistemas estudados. Barras de erros: correspondem aos erros padrões das 4 campanhas sazonais.
Os fluxos de CH4 na interface sedimento-água nos reservatórios foram, em geral,
muito superiores quando comparados aos fluxos na interface água-ar. Isso demonstra que
grande parte do CH4 produzido nos sedimentos não chega na interface água-ar, o que
evidencia o processo de oxidação de CH4 (metanotrofia) na coluna de água.
No caso do CO2, por outro lado, os fluxos foram, em geral, menores ou equivalentes
na interface sedimento-água em comparação com os fluxos na interface água-ar, o que
evidencia processos de produção de CO2 na coluna de água tanto por respiração como por
oxidação de CH4.
Portanto, apesar de os reservatórios já formados apresentarem maiores fluxos
difusivos de CH4 na interface sedimento-água quando comparados aos rios, atribuídos às
maiores taxas de deposição de material particulado orgânico no leito desses sistemas, a
maior parte desse gás não chega à atmosfera por sofrer transformações ao longo da coluna
de água.
Já no caso do N2O, os fluxos difusivos na interface sedimento-água e na interface
água-ar foram, em geral, equivalentes. Exceções foram observadas no reservatório de Funil
e no futuro reservatório de Belo Monte, nos quais os fluxos na interface sedimento-água
foram muito superiores. No caso do reservatório de Funil os elevados fluxos nos sedimentos
estão relacionados ao processo de eutrofização por influência antrópica já descritos
0
1
2
3
4
5
6
Serr
a d
a M
esa
Xin
gó
Segr
edo
Bal
bin
a
Tucu
ruí
Itai
pu
Fun
il
Três
Mar
ias
Bel
o M
on
te
Bat
alh
a
San
to A
ntô
nio
Reservatórios formados Rios (pré-enchimento)
Flu
xos
de
N2O
(m
g m
-2d
-1)
Fluxos Médios Gerais de N2O
Difusivo - Interface sedimento-água
Difusivo - Interface água-ar
PÓS-ENCHIMENTO 217
anteriormente, sendo que no caso de Belo Monte os elevados fluxos nos sedimentos podem
estar relacionados à influência do aporte de nitrogênio e matéria orgânica da floresta no
entorno do rio Xingu. Não obstante, os fluxos difusivos tanto na interface sedimento-água
como na interface água-ar foram consideravelmente inferiores em todos os sistemas quando
comparados aos fluxos difusivos de CH4 e CO2, o que evidencia a pouca influência desse
gás em termos de contribuição para o aquecimento global na atmosfera.
Vias de Trocas de GEE
As médias das quatro campanhas dos valores representativos correspondentes a
cada via de troca de GEE são apresentadas nas Figuras 3.10.10 a 3.10.12 para os oito
aproveitamentos em operação estudados. Nas figuras citadas os valores representativos das
vias de trocas são indicados no eixo vertical e os aproveitamentos estão ordenados no eixo
horizontal do menor para o maior valor. Para a maioria das vias foi utilizado o fluxo em
mg.m2.dia-1. A exceção foi o degassing onde foram utilizadas taxas de emissão em ton/dia.
Em relação aos fluxos difusivos pela superfície dos reservatórios, notam-se padrões
de ordenamentos diferentes conforme o gás. No caso dos fluxos de CO2 aparece uma
tendência de crescimento do valor de fluxo com o tamanho do reservatório. A maior emissão
ocorre em Tucuruí (3.163 mg/m2/dia). No grupo de reservatórios menores destaca-se o
aproveitamento de Xingó, onde o fluxo difusivo médio de CO2 pela superfície do reservatório
foi negativo (-336 mg/m2/dia), refletindo a predominância da fotossíntese neste reservatório
em três das quatro campanhas. Para os fluxos de CH4, a tendência do fluxo é com a latitude,
verificando-se de forma geral fluxos crescentes de Sul para Norte. O menor valor ocorre em
Segredo (2,55 mg/m2/dia) e o maior em Balbina (12,55 mg/m2/dia). Inversões nesta lógica
parecem ocorrer na comparação dos fluxos difusivos de metano na trinca Três Marias, Serra
da Mesa e Xingó. Xingó, o reservatório mais ao Norte, apresenta menos fluxo difusivo de
CH4, do que os outros dois reservatórios, cujos fluxos são muito próximos. Já para o gás
N2O o ordenamento pode ser atribuído, pelo menos em parte, à influência das atividades
antropogênicas nas áreas de drenagens, com Funil apresentando o maior fluxo (1,06
mg/m2/dia) e Balbina, o menor (0,34 mg/m2/dia).
Em relação aos fluxos ebulitivos pela superfície dos reservatórios, no caso do gás
CO2, os fluxos são bastante próximos para quase todos os aproveitamentos, flutuando em
torno de 0,07 mg/m2/dia. A exceção é o fluxo de Tucuruí, cujo valor de 0,45 mg/m2/dia se
destaca dos demais. Para o gás CH4, a flutuação em torno de um valor médio de (2,89
mg/m2/dia) se repete, destacando-se também a exceção do fluxo ebulitivo de Tucuruí (16,15
218 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
mg/m2/dia), superior aos fluxos dos outros aproveitamentos. Para a sedimentação
permanente de carbono, os maiores valores ocorrem em Tucurui (1.934 mg/m2/dia) e Serra
da Mesa (1.631 mg/m2/dia) e o menor em Três Marias (529 mg/m2/dia). Os outros
aproveitamentos apresentam valores próximos na faixa de 1000 mg/m2/dia.
Figura 3.10.10 - Fluxos Ebulitivos e Difusivos de GEE na interface Água-ar e Sedimentação Permanente de Carbono no Reservatório
No que se refere ao degassing, destaca-se as pequenas emissões de Três Marias, e
as emissões de CH4 em Balbina e Serra da Mesa, superiores às dos outros
aproveitamentos.
ordenaçao
mg
/m2
/dia
01
00
02
00
03
00
0
1 2 3 4 5 6 7 8
XGO
FNLSDO
TRM ITA
SRM
BAL
TUC
DIFCO2R
ordenaçao
mg
/m2
/dia
46
81
01
21
41
6
1 2 3 4 5 6 7 8
SDO ITA
FNLXGO
SRMTRM
TUC
BAL
DIFCH4R
ordenaçao
mg
/m2
/dia
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1 2 3 4 5 6 7 8
BAL
TRM XGOITA
TUC
SRM
SDO
FNL
DIFN2OR
ordenaçao
mg
/m2
/dia
0.0
0.2
0.4
0.6
1 2 3 4 5 6 7 8
SDOITA TRM
FNL
BALSRM
XGO
TUC
EBUCO2R
ordenaçao
mg
/m2
/dia
05
10
15
20
1 2 3 4 5 6 7 8
TRM
SDO
ITA
FNLSRM
BAL
XGO
TUC
EBUCH4R
ordenaçao
mg
/m2
/dia
50
01
00
01
50
02
00
0
1 2 3 4 5 6 7 8
TRM
ITABAL
FNL XGOSDO
SRM
TUC
SEDCO2
PÓS-ENCHIMENTO 219
Figura 3.10.11 - Degassing
No que se refere aos fluxos difusivos a jusante dos aproveitamentos, para o gás CO2,
os fluxos diferem significativamente entre si, sendo que a ordem obtida não está associada
ao tamanho do reservatório nem à sua latitude. O maior fluxo, ocorreu para o reservatório de
Balbina (11.622 mg/m2/dia) e o menor em Itaipu (1.241 mg/m2/dia) Já para o gás CH4,
destacam-se os altos fluxos de Balbina (3.485 mg/m2/dia) e o de Serra da Mesa (769
mg/m2/dia), bastante superiores aos fluxos dos outros reservatórios. Tirando Serra da Mesa
e Balbina da comparação, destaca-se o fluxo do aproveitamento de Tucuruí (21,88
mg/m2/dia). Para o gás N2O, destaca-se novamente o maior fluxo do trecho de jusante em
Balbina (3,39 mg/m2/dia), ocorrendo alguma variação entre os fluxos dos outros
aproveitamentos, com o menor valor ocorrendo em Itaipu (0,16 mg/m2/dia) e o maior em
Funil (1,36 mg/m2/dia).
ordenaçao
ton
/dia
50
10
01
50
20
0
1 2 3 4 5 6 7 8
TRM
FNL
XGO
SDO
ITA SRM
TUC BAL
DEGCO2
ordenaçao
ton
/dia
05
01
00
15
02
00
1 2 3 4 5 6 7 8
TRM
FNL SDO XGO ITA
TUC
SRM
BAL
DEGCH4
220 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 3.10.12 - Fluxos Difusivos de GEE na Interface Àgua-ar no Trecho de Rio de Jusante
ordenaçao
mg
/m2
/dia
20
00
60
00
10
00
01
40
00
1 2 3 4 5 6 7 8
ITAXGO
SDO TUC
FNL SRM
TRM
BAL
DIFCO2J
ordenaçao
mg
/m2
/dia
01
00
02
00
03
00
04
00
0
1 2 3 4 5 6 7 8
SDO ITA XGO TRM FNL TUC
SRM
BAL
DIFCH4J
ordenaçao
mg
/m2
/dia
01
23
4
1 2 3 4 5 6 7 8
ITAXGO TUC SDO
SRM TRMFNL
BAL
DIFN2OJ
ordenaçao
mg
/m2
/dia
01
02
03
0
1 2 3 4 5 6
SDO
ITA XGO
TRM
FNL
TUC
DIFCH4J
PÓS-ENCHIMENTO 221
Balanço de Emissões e Remoções
A Tabela 3.10.3 agrupa os valores médios para as quatro campanhas de
emissões/remoções de GEE e balanços para cada gás em ton/dia feitos a partir dos dados
das campanhas de medição dos oito aproveitamentos em operação. A Tabela 3.10.4
apresenta os valores de emissões/remoções de GEE para cada gás em ton.eq.CO2/dia onde
as emissões/remoções de CH4 e N2O foram multiplicadas respectivamente por 25 e 298,
refletindo o GWP destes gases para o horizonte de 100 anos. O balanço nesta tabela é o
balanço feito conjuntamente para todos os gases.
Tabela 3.10.3 - Emissões/Remoções de GEE e Balanços em ton/dia. Aproveitamentos em Operação
Fluxo ebulitivo Fluxo difusivo Fluxo difusivo Sedim. Balanço
UHE Área Gás no reserv. no reserv. a jusante Degassing perm. de C por Gás
(km2) (t/dia) (t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2/dia) (t/dia)
CH4 11,69 28,55 14,88 52,48 - 107,61
Balbina 2.400,19 CO2 0,17 4.683,05 49,63 66,10 -2.044,84 2.754,11
N2O - 0,75 0,01 - - 0,77
CH4 0,03 0,15 0,00 0,00 - 0,18
Funil 40,00 CO2 0,00 16,15 2,36 2,91 -29,38 -7,96
N2O - 0,03 0,00 - - 0,03
CH4 1,18 3,99 0,04 0,01 - 5,23
Itaipu 1.356,62 CO2 0,06 1.323,38 15,21 25,17 -1.063,03 300,80
N2O - 0,72 0,00 - - 0,72
CH4 0,06 0,20 0,77 0,01 - 1,03
Segredo 81,00 CO2 0,00 40,14 1,07 20,39 -80,41 -18,80
N2O - 0,07 0,00 - - 0,07
CH4 5,68 9,59 3,55 4,72 - 23,53
Serra da Mesa 1.784,00 CO2 0,14 2.507,73 29,80 39,34 -2.350,76 226,25
N2O - 0,99 0,00 - - 1,00
CH4 0,27 6,54 0,05 0,00 - 6,86
Três Marias 1057,63 CO2 0,05 601,16 57,93 18,68 -435,56 242,26
N2O - 0,36 0,01 - - 0,36
CH4 30,97 18,04 1,61 0,12 - 50,75
Tucuruí 3.023,45 CO2 1,01 7.661,78 307,71 55,00 -4.857,93 3.167,56
N2O - 1,31 0,04 - - 1,35
CH4 0,49 0,34 0,02 0,01 - 0,86
Xingó 60,00 CO2 0,01 -20,18 11,72 10,61 -61,22 -59,05
N2O - 0,03 0,00 - - 0,03
222 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.10.4 - Emissões/Remoções de GEE e Balanços em ton.eq.CO2/dia. Aproveitamentos em Operação
Fluxo ebu. Fluxo dif. Fluxo dif. Sedim. Balanço Balanço Intensidade
UHE Gás no reserv. no reserv. a jusante Degassing perm. de C por Gás por UHE de GEE
(tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 292,29 713,72 372,03 1.312,09 - 2.690,13
Balbina CO2 0,17 4.683,05 49,63 66,10 -2.044,84 2.754,11 5.672,35 1719
N2O - 223,81 4,31 - - 228,11
CH4 0,68 3,65 0,10 0,08 - 4,51
Funil CO2 0,00 16,15 2,36 2,91 -29,38 -7,96 6,33 2,2
N2O - 9,62 0,17 - - 9,79
CH4 29,48 99,73 1,07 0,34 - 130,63
Itaipu CO2 0,06 1.323,38 15,21 25,17 -1.063,03 300,80 645,12 3,3
N2O - 213,13 0,56 - - 213,69
CH4 1,51 5,02 19,14 0,15 - 25,81
Segredo CO2 0,00 40,14 1,07 20,39 -80,41 -18,80 26,86 1,9
N2O - 19,78 0,07 - - 19,85
CH4 141,99 239,70 88,73 117,88 - 588,30
Serra da Mesa CO2 0,14 2.507,73 29,80 39,34 -2.350,76 226,25 1.111,91 69,0
N2O - 295,99 1,37 - - 297,37
CH4 6,87 163,48 1,16 0,05 - 171,57
Três Marias CO2 0,05 601,16 57,93 18,68 -435,56 242,26 521,82 91,0
N2O - 105,89 2,10 - - 107,99
CH4 774,32 451,11 40,29 2,98 - 1.268,70
Tucuruí CO2 1,01 7.661,78 307,71 55,00 -4.857,93 3.167,56 4.839,43 48,7
N2O - 390,75 12,42 - - 403,17
CH4 12,34 8,47 0,45 0,15 - 21,41
Xingó CO2 0,01 -20,18 11,72 10,61 -61,22 -59,05 -27,82 -0,54
N2O - 9,14 0,69 - - 9,83
Os resultados nas tabelas 3.10.3 e 3.10.4 mostram a importância do processo de
sedimentação permanente de carbono nos reservatórios. No reservatório de Balbina, o
desconto da sedimentação permanente de carbono corresponde a 43% da soma das
emissões de CO2 dos outros processos considerados (fluxos ebulitivo no reservatório, fluxo
difusivo no reservatório e no trecho de jusante e degassing). Percentuais maiores foram
encontrados em Tucuruí (61%), Três Marias (64%), Itaipu (78%) e Serra da Mesa (91%). Em
Segredo o desconto da sedimentação permanente de carbono excedeu a soma das
emissões de CO2 em 31% e em Funil 37%. Em Xingó a captura da sedimentação
permanente de carbono excede 2,7 vezes a soma das emissões de CO2 por fluxo ebulitivo a
montante e por fluxo difusivo a jusante. A acumulação de carbono nos sedimentos em
ambientes aquáticos continentais tem sido discutida na literatura (Mullholland & Elwood,
1982; Einsele et al., 2001; Moreira-Turcq et al., 2004; Alin & Johnson, 2007; Sobek et al.,
2009).
PÓS-ENCHIMENTO 223
A tabela 3.10.4 apresenta na última coluna intensidades de GEE para os
aproveitamentos obtidas dividindo o balanço das emissões/remoções pela energia
assegurada, as quais podem ser avaliadas comparando-as com as intensidades de GEE de
412 gCO2e/kWh válida para turbinas a gás a ciclo combinado e de 930 gCO2e/kWh válida
para usinas a carvão mineral. A figura 3.10.13 apresenta os valores de intensidade de GEE
de cada um dos aproveitamentos e os valores válidos para geração térmica citados.
Figura 3.10.13 - Comparação de Intensidades de Emissões de GEE Pós-Enchimento de cada Aproveitamento e Valores para Geração Térmica
A tabela 3.10.5 apresenta valores obtidos na literatura de emissões de GEE e
produção de energia elétrica pós-enchimento para aproveitamentos hidrelétricos no Laos,
Guiana Francesa, Canadá e Noruega. Com esses valores foi possível calcular a intensidade
de emissões de GEE para a comparação com os resultados apresentados na tabela 3.10.b.
A figura 3.10.14 apresenta a comparação entre os valores de intensidade de GEE de
cada um dos aproveitamentos medidos no projeto com valores de emissões de GEE de
UHEs da tabela 3.10.5 e os valores válidos para geração térmica.
224 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 3.10.5 - Dados obtidos na Literatura para UHEs no Mundo
País UHE Área (Km2) Potência Emissões de
GEE (tCO2e.ano-1)
Produção de energia elétrica
(GWh.ano-1)
Intensidade Pós
enchimento (gCO2e/kWh)
Laos Nan Leuk 13,00 60,00 14.400,00 184,00 78,26
Guiana Francesa
Petit Saut 310,00 116,00 543.200,00 560,00 970,00
Laos Nan Ngum 350,00 155,00 -30.300,00 865,00 -35,03
Canada Eastmain1 603,00 1.260,00 330.268,17 6.900,00 47,86
Noruega Follsjo 3,25 130,00 2.096,00 805,00 2,60
Figura 3.10.14 - Comparação Internacional de Emissões de GEE Pós-Enchimento
EMISSÕES LÍQUIDAS 225
CAPÍTULO 4
Emissões Líquidas
4.1 Introdução
egras gerais aplicáveis no cálculo de estimativas de emissões líquidas de GEE
para reservatórios são dadas em Brasil, (2012) como: (i) os cálculos devem ser
feitos separadamente para cada gás e para cada condição (pré- e pós-
enchimento); (ii) as estimativas das taxas de sedimentação permanente de carbono devem
ser consideradas junto das estimativas dos fluxos de CO2; (iii) o balanço das estimativas de
fluxos entre superfície e atmosfera de um gás específico para as condições da fase de pré-
enchimento fornece a estimativa das emissões pré-enchimento deste gás; (iv) o balanço das
estimativas de fluxos de um gás específico entre a superfície e a atmosfera para as
condições pós-enchimento fornece a estimativa das emissões pós-enchimento deste gás; (v)
estimativas das emissões de um gás específico que podem ser atribuídas à fontes
antropogênicas não relacionadas com o reservatório devem ser excluídas nos balanços de
fluxos para estimativa das emissões pós-enchimento do gás; e (vi) diferenças entre
estimativas de emissões pós-enchimento e emissões pré-enchimento de certo gás fornecem
estimativas de emissões líquidas para aquele gás.
Os balanços de fluxos para as condições pós-enchimento nos oito aproveitamentos
em operação analisados no projeto foram apresentados no capitulo anterior. Em referência
às exclusões referidas no item (v), segundo Brasil (2012), só é possível obter uma estimativa
quantitativa precisa do montante de emissões de um dado gás que pode ser atribuído a uma
fonte antropogênica específica através do uso de modelos computacionais calibrados e
validados. Tendo em vista que estes modelos não estão ainda disponíveis, nos cálculos de
emissões líquidas reportados neste capítulo não foram consideradas emissões atribuídas às
fontes antropogênicas não relacionadas com o reservatório. Isto não implica que estas
emissões não existam no caso dos reservatórios analisados.
R
226 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Para o balanço dos fluxos referentes ao cálculo das emissões pré-enchimento, os
seguintes critérios foram considerados:
(a) Para definir emissões difusivas pré-enchimento de GEE nos trechos de rio de jusante
foram utilizadas as medições de fluxos difusivos de GEE nas câmaras flutuantes
instaladas a montante dos reservatórios nas quatro campanhas do projeto. Exceções
foram os casos dos reservatórios de Xingó e Segredo onde os trechos de montante do
reservatório estavam afetados pelo canal de fuga de usinas localizadas
imediatamente a montante. Para estes aproveitamentos adotou-se um critério
conservador desprezando-se estes fluxos.
(b) As emissões pré-enchimento na área de inundação foram estimadas com base no
mapeamento da cobertura e uso do solo antes do enchimento, associando as
tipologias de uso e cobertura da terra encontradas à valores de fluxos medidos nas
campanhas nos sítios de aproveitamentos em construção ou à valores de fluxos de
gases disponíveis em literatura.
1. Nos trechos aquáticos foram adotados os mesmos fluxos usados para as
emissões no trecho de rio de jusante. A sedimentação permanente na área
de inundação antes do enchimento foi considerada de pequena monta e,
portanto, desprezada.
2. Nos trechos terrestres, para os gases CH4 e N2O foram utilizados valores
obtidos de medições por câmaras difusivas em solo das campanhas nos
aproveitamentos em construção ou encontrados na literatura.
3. Os fluxos de CO2 das áreas com pecuária e culturas anuais não foram
considerados, seguindo as diretrizes do IPCC (IPCC, 2006) que sugerem
considerar as emissões líquidas de CO2 nestas áreas nulas, uma vez que o
CO2 capturado por fotossíntese retorna para a atmosfera por respiração;
4. Para o gás CO2 em ambientes naturais (matas, savanas, campos e
caatingas), como as câmaras são fortemente influenciadas pela respiração
dos solos, utilizou-se dados da literatura de experimentos que consideram
também fotossíntese (ex: torres de medição de covariâncias turbulentas). Em
particular, para florestas, devido a grandes incertezas envolvidas no balanço
de CO2 destas áreas, foram considerados os três cenários de fluxos
(“Remoção”, “Neutro” e “Emissão”) descritos no capítulo 3.
Os valores dos balanços das estimativas de fluxos pré-enchimento obtidos foram
descontados das emissões pós-enchimento (capítulo 3), resultando nas estimativas de
emissões líquidas discutidas neste capítulo.
EMISSÕES LÍQUIDAS 227
4.2 Balbina
A tabela 4.2.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Balbina seguindo
os critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.2.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-
enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob.
Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
Floresta 2.185,13 -7,60 -16,61
CH4 4,27 17,34 0,07 Água 38,40 17,34 0,67 -15,85
Agropecuária 23,48 0,79 0,02
CO2
-894,00 * -1.953,50 *
Floresta 2.185,13 0,00 ** 0,00 ** -1.634,50 *
1.306,00 *** 2.853,77 *** 319,00 **
4,27 7.475,19 31,92 Água 38,40 7.475,19 287,08 3.172,77 ***
Agropecuária 23,48 - -
Floresta 2.185,13 0,80 1,75
N2O 4,27 0,30 0,00 Água 38,40 0,30 0,01 1,77
Agropecuária 23,48 0,21 0,01 * Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.2.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Balbina. A tabela 4.2.2 apresenta os resultados para cada gás e o
valor de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia gerada pelo
aproveitamento considerando o fator de capacidade de 0,55.
Tabela 4.2.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Balbina
Emissões Pós-enchimento
Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de GEE
Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 107,61 -15,85 123,45 3.086,34
CO2
7.176,78 * 2.174,78 *
-1.634,50 * 4.388,61 * 4.388,61 *
2.754,11 319,00 ** 2.435,11 ** 2.435,11 ** 5.223,28 ** 1.582,81 **
3.172,77 *** -418,66 *** -418,66 ***
2.369,51 *** 718,03 ***
N2O 0,77 1,77 -1,00 -298,17
* Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
228 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
4.3 Tucuruí
A tabela 4.3.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Tucurui seguindo
os critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.3.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-
enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob.
Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
Floresta 2.047,76 -7,60 -15,56
CH4 73,65 16,31 1,20 Cerrado 25,73 -1,16 -0,03 -9,74
Água 280,03 16,31 4,57
Agropecuária 111,93 0,79 0,09
-894,00 * -1.830,70 *
Floresta 2.047,76 - ** - **
1.306,00 *** 2.674,37 *** -674,44 *
CO2 73,65 3.254,62 239,70 Cerrado 25,73 200,91 5,17 1.156,26 **
Água 280,03 3.254,62 911,39 3.830,63 ***
Agropecuária 111,93 - -
Floresta 2.047,76 0,80 1,64
Cerrado 25,73 0,41 0,01 1,84
N2O 73,65 0,48 0,04 Água 280,03 0,48 0,14
Agropecuária 111,93 0,21 0,02 * Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.3.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Tucuruí. A tabela 4.3.2 apresenta os resultados para cada gás e o
valor de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
EMISSÕES LÍQUIDAS 229
Tabela 4.3.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Tucuruí Emissões Pós-
enchimento Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 50,75 -9,74 60,49 1.512,14
5.207,99 * 52,42 *
-674,44 * 3.842,00 * 3.842,00 *
CO2 3.167,56 1.156,26 ** 2.011,30 ** 2.011,30 ** 3.377,30 ** 33,99 **
3.830,63 *** -663,07 *** -663,07 ***
702,92 *** 7,07 ***
N2O 1,35 1,84 -0,49 -146,14
* Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
4.4 Xingó
A tabela 4.4.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Balbina seguindo
os critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.4.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-
enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob.
Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
agropecuária 9,66 0,79 0,01
CH4 4,93 0,00 0,00 água 17,82 - - 0,01
Caatinga 32,52 - -
agropecuária 9,66 - -
CO2 4,93 0,00 0,00 água 17,82 - - 0,00
Caatinga 32,52 - -
agropecuária 9,66 0,21 0,00
N2O 4,93 0,00 0,00 água 17,82 - - 0,00
Caatinga 32,52 - -
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.4.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Xingó. A tabela 4.4.2 apresenta os resultados para cada gás e o valor
de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
230 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 4.4.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Xingó Emissões Pós-
enchimento Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de
GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 0,86 0,01 0,85 21,22
CO2
-59,05 0,00 -59,05 -59,05 -28,62 -0,56
N2O 0,03 0,00 0,03 9,22
4.5 Serra da Mesa
A tabela 4.5.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Serra da Mesa
seguindo os critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.5.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob. Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
agropecuária 347,90 0,79 0,28
CH4 4,61 24,11 0,11 água 67,76 24,11 1,63 0,84
Cerrado 1.019,86 -1,16 -1,18
agropecuária 347,90 - -
CO2 4,61 2.817,93 12,99 água 67,76 2.817,93 190,94 408,83
Cerrado 1.019,86 200,91 204,90
agropecuária 347,90 0,21 0,07
N2O 4,61 0,90 0,00 água 67,76 0,90 0,06 0,56
Cerrado 1.019,86 0,41 0,42
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.5.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Serra da Mesa. A tabela 4.5.2 apresenta os resultados para cada gás
e o valor de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma
das emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global
(25 para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida
dividindo as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
EMISSÕES LÍQUIDAS 231
Tabela 4.5.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Serra da Mesa Emissões Pós-
enchimento Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de
GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 23,53 0,84 22,69 567,37
CO2
226,25 408,83 -182,58 -182,58 516,00 32,04
N2O 1,00 0,56 0,44 131,21
4.6 Funil
A tabela 4.6.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Funil seguindo os
critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.6.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob. Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
agropecuária 27,85 0,79 0,02
CH4 0,42 4,09 0,00 água 2,99 4,09 0,01 0,04
agropecuária 27,85 - -
CO2 0,42 1.877,57 0,79 água 2,99 1.877,57 5,62 6,41
agropecuária 27,85 0,21 0,01
N2O 0,42 1,15 0,00 água 2,99 1,15 0,00 0,01
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.6.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Funil. A tabela 4.6.2 apresenta os resultados para cada gás e o valor
de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
232 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 4.6.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Funil Emissões Pós-
enchimento Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de
GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 0,18 0,04 0,14 3,60
CO2
-7,96 6,41 -14,37 -14,37 -3,92 -1,35
N2O 0,03 0,01 0,02 6,84
4.7 Itaipu
A tabela 4.7.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Itaipu seguindo os
critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.7.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-
enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob.
Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
Floresta 449,02 -7,60 -3,41
CH4 12,26 2,49 0,03 Água 431,98 2,49 1,08 -1,97
Agropecuária 428,78 0,79 0,34
CO2
-891,00 * -400,08 *
Floresta 449,02 0,00 ** 0,00 ** -237,42 *
1.306,00 *** 586,43 *** 162,66 **
12,26 366,15 4,49 Água 431,98 366,15 158,17 749,08 ***
Agropecuária 428,78 0,00 0,00
N2O
Floresta 449,02 0,80 0,36
12,26 0,08 0,00 Água 431,98 0,08 0,04 0,49
Agropecuária 428,78 0,21 0,09
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.7.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Itaipu. A tabela 4.7.2 apresenta os resultados para cada gás e o valor
de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
EMISSÕES LÍQUIDAS 233
Tabela 4.7.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Itaipu Emissões Pós-
enchimento Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida Total Intensidade de GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4
5,23 -1,97 7,19 179,80
CO2
786,51 * 4,01 *
-237,42 * 538,22 * 538,22 *
300,80 162,66 ** 138,14 ** 138,14 ** 386,43 ** 1,97 **
749,08 *** -448,28 *** -448,28 ***
-199,99 *** -1,02 ***
N2O
0,72 0,49 0,23 68,49
* Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
4.8 Segredo
A tabela 4.8.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Segredo seguindo
os critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.8.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-
enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob.
Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
Floresta 47,12 -7,60 -0,36
CH4 0,35 0,00 0,00 Água 30,84 - - -0,36
Agropecuária 0,98 0,79 0,00
Floresta -891,00 * -41,99 *
Floresta 47,12 0,00 ** 0,00 ** -41,99 *
Floresta 1.306,00 *** 61,55 *** 0,00 **
CO2 0,35 0,00 0,00 Água 30,84 - - 61,55 ***
Agropecuária 0,98 - -
Floresta 47,12 0,80 0,04
N2O 0,35 0,00 0,00 Água 30,84 - - 0,04
Agropecuária 0,98 0,21 0,00 * Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.8.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Itaipu. A tabela 4.8.2 apresenta os resultados para cada gás e o valor
de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
234 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
Tabela 4.8.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Segredo
Emissões Pós-enchimento
Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 1,03 -0,36 1,39 34,74
77,78 * 5,37 *
CO2 -18,80 -41,99 * 23,18 * 23,18 *
0,00 ** -18,80 ** -18,80 ** 35,79 ** 2,47 **
61,55 *** -80,35 *** -80,35 ***
-25,75 *** -1,78 ***
N2O 0,07 0,00 0,07 19,85
* Cenário “Remoção”, ** Cenário “Neutro,
*** Cenário “Emissão” para fluxos de CO2 na floresta
4.9 Três Marias
A tabela 4.9.1 apresenta o balanço dos fluxos pré-enchimento para Três Marias
seguindo os critérios descritos anteriormente.
Tabela 4.9.1 - Fluxos difusivos pré-enchimento no trecho de rio de jusante e fluxos pré-enchimento na área de inundação.
Gás
Difusivo Jusante Área de Inundação Emissão Pré-enchimento Total Área Fluxo Emissão Uso e Cob. Área Média Fluxo Emissão
(km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) da Terra (km2) (mg/m2/dia) (ton/dia) (ton/dia)
agropecuária 433,93 0,79 0,34
CH4 6,69 6,83 0,05 água 26,37 6,83 0,18 0,07
Cerrado 433,93 -1,16 -0,50
agropecuária 433,93 0,00 0,00
CO2 6,69 1.872,45 12,53 água 26,37 1.872,45 49,38 149,08
Cerrado 433,93 200,91 87,18
agropecuária 433,93 0,21 0,09
N2O 6,69 0,57 0,00 água 26,37 0,57 0,02 0,29
Cerrado 433,93 0,41 0,18
EMISSÕES LÍQUIDAS 235
Os valores de emissões de GEE pré-enchimento na última coluna da Tabela 4.9.1
foram descontadas das emissões de GEE pós-enchimento, fornecendo valores de emissões
líquidas de GEE para Itaipu. A tabela 4.9.2 apresenta os resultados para cada gás e o valor
de emissões liquidas em equivalente de gás carbônico (CO2eq) obtido por soma das
emissões líquidas de cada gás multiplicadas pelo seu potencial de aquecimento global (25
para o CH4, 1 para o CO2 e 298 para o N2O) e ainda a intensidade de GEE obtida dividindo
as emissões liquidas em equivalente de gás carbônico pela energia assegurada do
aproveitamento.
Tabela 4.9.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para Três Marias Emissões Pós-
enchimento Emissões Pré-enchimento
Emissões Líquidas Emissões Líquidas Emissão Líquida
Total Intensidade de
GEE Gás
(t/dia) (t/dia) (t/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
CH4 6,86 0,07 6,80 169,91
CO2
242,26 149,08 93,18 93,18 284,83 49,66
N2O 0,36 0,29 0,07 21,73
4.10 Síntese
A Figura 4.10.1a compara as estimativas dos balanços de emissões e remoções pré-
enchimento dos oito aproveitamentos em operação analisados obtidos neste capítulo
juntamente com os balanços dos três aproveitamentos em construção obtidos no capítulo 2.
A figura 4.10.1b apresenta a comparação entre valores dos balanços divididos pelas áreas
inundadas de cada aproveitamento, tendo sido utilizadas para os aproveitamentos em
operação as médias das áreas dos reservatórios nas campanhas.
Pode-se observar a maior variação entre os balanços dos três cenários de fluxos em
floresta nos casos dos aproveitamentos de Balbina e Tucuruí, e, em menor grau, nos casos
dos aproveitamentos de Itaipu. Ao se dividirem os balanços dos aproveitamentos pelas
áreas inundadas, aparece também uma variação no caso do aproveitamento de Segredo.
Pode-se observar também na figura 4.10.1b, que as estimativas dos aproveitamentos em
operação em geral ficaram um pouco abaixo dos valores para os aproveitamentos em
construção.
236 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 4.10.1 - Comparação de Balanços de Emissões e Remoções Pré-Enchimento
As Figuras 4.10.2 a 4.10.4 comparam as estimativas de emissões pré-enchimento
para os oito aproveitamentos em operação de acordo com a metodologia adotada, sendo
cada uma das figuras referentes aos diferentes cenários adotados para o balanço de fluxos
de CO2 de florestas e matas ciliares. Nestas figuras as emissões pré-enchimento variaram
de acordo com o cenário apenas para os aproveitamentos de Tucuruí, Balbina, Itaipu e
Segredo cujas áreas naturais inundadas incluíam florestas e matas ciliares.
Observa-se para o Cenário Remoção (Figura 4.10.2) que o balanço de emissões e
remoções de Tucuruí, Balbina, Itaipu e Segredo resultaram em valores negativos. Vale
destacar o valor obtido para aproveitamento de Balbina (-1.504 tCO2eq/dia). No Cenário
Floresta Neutra (Figura 4.10.3) e Cenário Floresta Emissão (Figura 4.10.4) os resultados dos
balanços são positivos para todos os aproveitamentos estudados. Nesses Cenários, o
tamanho da área do reservatório foi determinante para a ordenação dos balanços de
emissões/remoções. No Cenário Floresta Neutra os balanços de Serra da Mesa e Balbina
trocam de ordem, devido ao balanço de CH4 e às dominâncias das florestas e matas em
ton
.eq
.CO
2/d
ia
-20
00
01
00
03
00
0
BAL TUC XGO SRM FNL ITA SDO TRM BLM STO BTL
emissãoneutraremoção
(a)m
g.e
q.C
O2
/m2
/dia
-20
00
02
00
04
00
06
00
0
BAL TUC XGO SRM FNL ITA SDO TRM BLM STO BTL
emissãoneutraremoção
(b)
EMISSÕES LÍQUIDAS 237
Balbina (associado à remoção de CH4) e da agropecuária em Serra da Mesa (associada a
emissão de CH4).
Figura 4.10.2 - Emissões pré-enchimento dos aproveitamentos em operação no Cenário Floresta Remoção.
Figura 4.10.3 - Emissões pré-enchimento dos aproveitamentos em operação no Cenário Floresta Neutra.
ordenaçao
tCO
2e
qd
ia
-15
00
-10
00
-50
00
50
0
1 2 3 4 5 6 7 8
BAL
TUC
ITASDO XGO FNL
TRM
SRM
Cenario Remoçao
ordenaçao
tCO
2e
qd
ia
05
00
10
00
15
00
1 2 3 4 5 6 7 8
XGO SDO FNL
TRM ITA
BAL
SRM
TUC
Cenario Neutra
238 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 4.10.4 - Emissões pré-enchimento dos aproveitamentos em operação no Cenário Floresta Emissão.
As tabelas 4.10.1; 4.10.2; 4.10.3 apresentam os cálculos de Emissões Líquidas para
os oito aproveitamentos em operação analisados, sendo cada uma referente a um cenário
de balanço de emissões/remoções de CO2 em florestas e matas no regime pré-enchimento.
A ultima coluna de cada tabela apresenta os valores de intensidade de GEE em
gCO2eq/kWh obtidos dividindo-se as emissões líquidas pela garantia física dos
aproveitamentos.
Em geral, as emissões líquidas obtidas são menores que as emissões pós-
enchimento. Este quadro não ocorre apenas para o Cenário Floresta Remoção nos
aproveitamentos de Balbina, Tucuruí, Itaipu e Segredo onde as emissões pré-enchimento
suplantaram as emissões pós-enchimento, fazendo que as emissões líquidas superem as
emissões pós-enchimento.
Para quaisquer cenários a maior Emissão Líquida ocorre em Balbina e a segunda
maior emissão em Tucuruí, observando-se ainda Emissões Líquidas negativas em Funil e
Xingó. As emissões líquidas negativas de Funil são explicadas pelo valor de sedimentação
permanente. No reservatório de Xingó a emissão líquida refletiu também a predominância da
fotossíntese em três das quatro campanhas. Para o Cenário Floresta Emissão, os
aproveitamentos de Segredo e Itaipu também apresentam emissões líquidas negativas.
ordenaçao
tCO
2e
qd
ia
01
00
02
00
03
00
04
00
05
00
0
1 2 3 4 5 6 7 8
XGO FNL SDOTRM
SRM
ITA
BAL
TUC
Cenario Emissao
EMISSÕES LÍQUIDAS 239
Tabela 4.10.1 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para os aproveitamentos em operação estudados.
Tabela 4.10.2 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para os aproveitamentos em operação estudados.
Tabela 4.10.3 - Cálculo das Emissões Líquidas de GEE para os aproveitamentos em operação estudados.
Cenário Floresta Remoção (em toneladas de CO2e)
Pós-enchimento Pré-enchimento Emissões Líquidas Intensidade GEE(tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
Balbina 5672,35 -1504,43 7176,78 2174,78
Funil 6,33 10,25 -3,92 -1,35
Itaipu 645,12 -141,40 786,51 4,01
Segredo 26,86 -39,63 66,48 4,59
Serra da Mesa 1111,91 595,91 516,00 32,04
Três Marias 521,82 236,99 284,83 49,66
Tucuruí 4839,43 -368,56 5207,99 52,42
Xingó -27,82 0,81 -28,62 -0,56
UHE
Cenário Floresta Neutra (em toneladas de CO2e)
Pós-enchimento Pré-enchimento Emissões Líquidas Intensidade GEE
(tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
Balbina 5672,35 449,07 5223,28 1582,81
Funil 6,33 10,25 -3,92 -1,35
Itaipu 645,12 258,68 386,43 1,97
Segredo 26,86 2,36 24,49 1,69
Serra da Mesa 1111,91 595,91 516,00 32,04
Três Marias 521,82 236,99 284,83 49,66
Tucuruí 4839,43 1462,13 3377,30 33,99
Xingó -27,82 0,81 -28,62 -0,56
UHE
Cenário Floresta Emissão (em toneladas de CO2e)
Pós-enchimento Pré-enchimento Emissões Líquidas Intensidade GEE
(tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (tCO2e/dia) (gCO2e/kWh)
Balbina 5672,35 3302,85 2369,51 718,03
Funil 6,33 10,25 -3,92 -1,35
Itaipu 645,12 845,11 -199,99 -1,02
Segredo 26,86 63,91 -37,05 -2,56
Serra da Mesa 1111,91 595,91 516,00 32,04
Três Marias 521,82 236,99 284,83 49,66
Tucuruí 4839,43 4136,51 702,92 7,07
Xingó -27,82 0,81 -28,62 -0,56
UHE
240 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
As figuras 4.10.5, 4.10.6 e 4.10.7 apresentam o valor da intensidade de emissões de
GEE de cada um dos aproveitamentos e os valores válidos para geração térmica para
comparação.
Figura 4.10.5 - Comparação de Intensidades de Emissões Líquidas de GEE de cada Aproveitamento no Cenário Floresta Neutra e Valores para Geração Térmica
Figura 4.10.6 - Comparação de Intensidades de Emissões Líquidas de GEE de cada Aproveitamento no Cenário Floresta Remoção e Valores para Geração Térmica
2175
52,4 49,7 32,0 4,59 4,01
-0,56 -1,35
412
930
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Balbina Tucuruí TrêsMarias
Serra daMesa
Segredo Itaipu Xingó Funil GasNatural
CarvãoMineral
Emissões Líquidas - Cenário Floresta Remoção Intensidade de GEE (gCO2e/kWh)
EMISSÕES LÍQUIDAS 241
Figura 4.10.7 - Comparação de Intensidades de Emissões Líquidas de GEE de cada Aproveitamento no Cenário Floresta Emissão e Valores para Geração Térmica
Nota-se que, a exceção de Balbina, os aproveitamentos hidrelétricos apresentam
valores de intensidade de GEE muito inferiores à geração termelétrica nos três cenários
apresentados. Outra observação importante são os valores de intensidade negativa
encontrados, mostrando que as hidrelétricas podem ser sumidouros de gases de GEE ao
invés de emissores, como é o caso de Funil e Xingó nos três cenários e o caso de Segredo
e Itaipu no cenário Floresta Emissão.
A seguir, a figura 4.10.8 apresenta uma comparação entre os valores de intensidade
de emissões líquidas de GEE no cenário Floresta Neutra com valores obtidos a partir de
dados de emissões líquidas estimadas para o aproveitamento de Eastmain 1 no Canadá,
(Tremblay et al., 2010) e para o aproveitamento de Follsjo na Noruega (Harby et al., 2009).
242 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 4.10.8 - Comparação de Intensidades de Emissões Líquidas de GEE de cada Aproveitamento no Cenário Floresta Neutra com Aproveitamentos no Canadá e na Noruega e com Valores para Geração Térmica
MODELAGENS 243
CAPÍTULO 5
Modelagens
5.1 Modelos Hidrodinâmicos
ste item se refere às modelagens hidrodinâmicas dos oito reservatórios dos
aproveitamentos em operação elaboradas pela equipe da COPPE utilizando o
sistema SisBaHiA® - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental. O foco do
estudo é nos tempos característicos dos reservatórios, tantos globais como setoriais, a
saber:
Tempo de residência: mapas de isolinhas, resultantes de modelo de transporte
lagrangeano (partículas), que identificam o tempo transcorrido entre o lançamento de
parcelas marcadas de água e a saída da mesma de uma região demarcada (região
esta podendo representar trechos do reservatório ou todo ele).
Tempo de deriva: mapas de isolinhas, resultantes de modelo de transporte
lagrangeano (partículas), que identificam o tempo transcorrido entre a afluência de
vazões carregando parcelas marcadas de água, relativas aos grandes afluentes dos
reservatórios, e a saída das mesmas pelo ponto de efluência da região modelada
(casas-de-força, vertedouros, etc).
Tempo de renovação: mapas de isolinhas, resultante de modelo de transporte
euleriano, que identificam a taxa de troca da água inicialmente contida na região
modelada pela água afluída dos grandes contribuintes do reservatório.
A tabela 5.1.1 compara os resultados obtidos em cenários de modelagem dos oito
reservatórios.
E
244 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.1.1 - Conclusões de cada cenário de modelagem das taxas de renovação operado.
Reservatório Cenário Conclusões sobre modelagem de
Taxas de Renovação
Serra da Mesa Ano de 2003 Em 12 meses de simulação, a média de renovação foi de 50%, com braço central, sentido N-S, tendo
a pior renovação.
Funil 2011, estiagem
Em 90 dias, a taxa média de renovação foi de 90%, com o encontro entre a calha central e o tributário centra (sentido N-S) tendo 80% de
renovação.
Funil 2011, cheia Em 60 dias, mais de 98% do reservatório já foi
renovado.
Três Marias 2008, estiagem Em 90 dias, média de renovação foi de 70%, com
menos de 40% renovado próximo à barragem devido à restrição de vazão.
Três Marias 2008, cheia Em 90 dias, mais de 75% de todas as águas foi renovado; poucos bolsões de baixa troca nos
tributários ao sul, com 40% de renovação.
Xingó 2007, estiagem
Em 90 dias, a metade de montante do reservatório renovou 99%, enquanto o trecho próximo a
barragem ficou entre 20% e 40% de renovação, devido à restrição de vazão vertida e turbinada na
barragem.
Xingó 2007, cheia
Em 90 dias, não menos do que 99% das águas da quase totalidade do reservatório foram renovadas, com a seção junto à barragem apresentando ligeira variação, com valor mínimo de 80% de renovação.
Itaipú 2011, estiagem
Em 90 dias de modelagem, tributários da margem ocidental do reservatório apresentaram trechos de 40% de renovação, enquanto a média no restante
do reservatório foi de 75%.
Itaipú 2011, cheia Em 90 dias a média de renovação do reservatório
foi de mais de 80%, com os mesmo tributários ocidentais retendo alguns trechos a 40%.
Segredo 2012, estiagem
Em 90 dias de modelagem, apenas o remanso próximo à barragem esteve abaixo dos 85% de
renovação, com o restante do reservatório a quase 100%.
Segredo 2012, cheia
Mínimo de 90% de taxa de renovação em toda a extensão do reservatório, com o remanso próximo a barragem mais próximo de 90% e o restante a
quase 100%.
Tucuruí 2011, estiagem
Em 90 dias de modelagem, a metade do reservatório mais próxima à barragem havia
renovado apenas 10 a 20%, enquanto a seção mais a montante do Tocantins renovou 100% de
suas águas.
Tucuruí 2011, cheia
Em 90 dias de modelagem, um pouco mais da metade do reservatório teve valores de renovação acima dos 20%, chegando a 100% a montante do
reservatório, a afluência do rio Tocantins.
Tucuruí 2011
Com 12 meses de modelagem, a metade mais próxima à barragem da UHE Tucuruí teve
renovação média de 60%, com tributários ao sul e a leste atingindo até 100% de renovação em suas
cabeceiras.
MODELAGENS 245
A figura 5.1.1 detalha os resultados para o reservatório de Funil.
Tempo de deriva de partículas lançadas na água (Período de
Cheia)
Tempo de deriva de partículas lançadas na água (Período de estiagem)
Taxa de Renovação de Água – 1 mês (Período de Cheia)
Taxa de Renovação de Água – 2 meses (Período de Cheia)
Taxa de Renovação de Àgua – 3 meses
(Período de Estiagem)
Taxa de Renovação de Àgua – 3 meses (Período de Estiagem)
Taxa de Renovação de Àgua – 3 meses (Período de Estiagem)
Taxa de Renovação de Água – 3 meses
Taxa de Renovação de Água – 3 meses
Figura 5.1.1 - Tempos Característicos para Funil.
246 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
5.2 Modelagem Biogeoquímica de Emissão de Gases de Efeito Estufa por
Reservatórios
5.2.1 Introdução
Foi desenvolvido um modelo biogeoquímico baseado nas relações cinéticas de
consumo da matéria orgânica inundada e posteriormente acrescida ao corpo d’água pelos
tributários e efluentes, além de todo o ecossistema que interage resultando na formação
desses gases, seja por respiração, fotossíntese ou degradação.
As equações utilizadas neste modelo são, em sua maioria, as já utilizadas por alguns
modelos de qualidade de água existentes, mas que em geral não têm a intenção de
descrever emissão de GEE’s, mas sim a potabilidade da água para fins de consumo humano
e efeitos da eutrofização.
A partir de agora será apresentada a metodologia de avaliação dos processos que
ocorrem nos reservatórios a fim de se estimar a emissão dos gases de efeito estufa.
Para isto, o modelo será dividido em duas partes distintas, mas que devem ser
executadas simultaneamente. São elas o modelo na água e o modelo no sedimento, onde
no primeiro as reações de degradação ocorrem na presença de oxigênio e assim formam
CO2, e na segunda, a ausência de oxigênio fará com que seja formado CH4.
5.2.2 Reações na Água
Sabe-se que a água de todo reservatório ao ser criado, inunda e mata a vegetação
terrestre contida naquela área, e que a partir daquele momento, parte desta biomassa se
tornará matéria orgânica biodegradável em um período de tempo curto, outra parte se
mantém imune ao ataque microbiológico tendo em vista uma composição mais refratária.
Além disso, os rios que contribuem para o reservatório continuam trazendo ainda mais
matéria orgânica, sedimentos e outras formas de vida aquática.
Este acúmulo cria um novo ecossistema na região do reservatório, que irá começar a
interagir, gerando condições completamente novas, se alimentando, gerando dejetos,
morrendo, consumindo (e no caso de algas também produzindo) oxigênio. Portanto, além da
vegetação inundada, mais matéria orgânica será gerada constantemente por essas
interações biológicas entre os seres vivos do reservatório.
MODELAGENS 247
Existem ainda outras situações importantes a serem avaliadas em relação aos
reservatórios. Uma delas é o fato de que geralmente pessoas passam a viver ou já estão
vivendo em torno da área de inundação destes lagos. Isso significa que atividades
exclusivamente humanas como lançamento de esgoto e de fertilizantes em áreas agrícolas
podem afetar a água, seja diretamente, ou através dos rios afluentes ao reservatório.
Todos estes aspectos influenciarão de alguma forma no aumento da matéria orgânica
biodegradável, conforme se explicará a seguir. A figura 5.2.2.1 mostra como será a
abordagem destes processos, onde as setas indicam como um composto (representado
pelas “caixas”) é gerado e qual sua fonte. De forma resumida — pois estes passos serão
mais bem detalhados nas seções que se seguem — a matéria orgânica (DBO) entra no
reservatório através dos efluentes de esgoto e tributários, e também pela morte/respiração
do fitoplâncton. As bactérias ao consumi-la necessitam de OD e geram CO, que pode ser
emitido para a atmosfera.
Figura 5.2.2.1 - Fluxograma representativo dos processos no reservatório (água), onde as setas indicam como um composto é gerado e qual a sua fonte.
As setas vermelhas indicam o que ocorre como consequência à morte/respiração do
fitoplâncton — geração de DBO, nitrogênio orgânico, amônia, fósforo, CO2 e consumo de O2
— e as setas verdes em virtude de seu crescimento — consumo de fósforo orgânico, nitrato,
amônia, CO2 e geração do O2.
248 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Os compostos de onde partem as setas azuis se precipitam e vão para o sedimento,
no fundo do reservatório. Além disso, todos os compostos, com suas concentrações no
reservatório, deixam o sistema através da vazão de saída.
A parte relacionada ao sedimento será detalhada na seção 5.2.9.
Como já foi dito, a proposta é obter um modelo concentrado, que obtenha uma visão
geral das condições do reservatório ao longo do tempo. As equações de todos os
constituintes terão a seguinte forma geral:
(5.2.2.1)
(5.2.2.2)
(5.2.2.3)
onde:
χ é a substância a ser modelada (OD, DBO, fitoplâncton, …);
é a concentração da substância — índices i e e representam concentrações que
acompanham as vazões I e , respectivamente;
I é a soma das vazões de entrada dos tributários;
é a soma das vazões de entrada de efluentes de esgoto;
Q é a vazão de saída do reservatório;
são as fontes e sumidouros da substância χ;
V é o volume total do reservatório.
MODELAGENS 249
5.2.3 Demanda Bioquímica de Oxigênio — DBO
A matéria orgânica biodegradável é classicamente medida em unidades de oxigênio,
ou seja, quanto O2 dissolvido equivalente é consumido para oxidar uma mesma razão
estequiométrica de carbono. Essa matéria orgânica serve de alimento para bactérias
aeróbicas que na presença de oxigênio, o consomem no seu processo de respiração. As
bactérias possuem certa velocidade de consumo de matéria orgânica, denominada taxa de
oxidação da DBO, que pode ser função da temperatura, pois este parâmetro inibe ou
aumenta a eficiência de consumo pelas bactérias.
Este texto fará uma separação entre a DBO, dividindo-a em duas: DBO rápida e DBO
lenta. Esta divisão é necessária — ou no mínimo aconselhável — pois a matéria orgânica é
formada de um número muito grande de compostos químicos que se relacionam de forma
muito complexa, sendo degradadas, portanto, em velocidades diferentes. Como não é
possível conhecer todas essas substância de forma precisa se faz necessário a distinção da
DBO em pelo menos dois tipos: DBO rápida e DBO lenta. As diferenças estão
principalmente nas taxas de degradação e nos subprodutos da oxidação de cada uma. Por
exemplo, uma parte da DBO lenta é transformada em CO2 e outra parte em DBO rápida, que
por sua vez pode resultar em CO2.
Esta divisão também ajudará a distinguir a matéria orgânica proveniente de esgoto,
dejetos de animais e morte/respiração de algas ou da vegetação inundada, em que as folhas
e troncos de árvores, por exemplo, provavelmente se degradarão de forma bastante lenta.
Tanto a DBO quanto o fitoplâncton e alguns nutrientes, que serão descritos adiante,
possuem outra forma de serem retirados da água, ou seja, um sumidouro, que é através da
sedimentação.
As fontes de DBO são inseridas no corpo d’água na forma de matéria orgânica
dissolvida disponível para biodegradação. Todo o fitoplâncton que morre formará uma
espécie chamada detrito. A concentração deste elemento deve também ser representada
por um balanço de massa, com entradas pelos tributários e efluentes ( e
). Sua
variação e o termo de fontes e sumidouros ( ) podem ser representados pelas expressões
(5.2.3.1) e (5.2.3.2).
(5.2.3.1)
250 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
(5.2.3.2)
Onde o primeiro termo indica que as algas que morrem formarão o detrito (onde é
a concentração de fitoplâncton, é sua taxa de morte/respiração e é a razão de
carbono na clorofila ), que por sua vez deverá sedimentar (segundo termo) de acordo com
sua velocidade de sedimentação ( ) e ser dissolvido na água segundo uma taxa de
dissolução ( ). Este último termo é efetivamente a fonte de DBO (expressões 5.2.4.3 e
5.2.4.4). É importante notar que a concentração de detrito está sendo representada em
mgC/m, pois como a preocupação com este elemento está principalmente ligada à geração
de DBO e posteriormente do fluxo de carbono no sedimento, não faz sentido usar outra
notação.
As variações das concentrações de DBO lenta e rápida ( e , respectivamente)
podem ser representadas por:
(
) (5.2.3.3)
(
) (5.2.3.4)
Onde e são as concentrações nos tributários, e são as concentrações
nos efluentes e o primeiro índice s ou f representam DBO lenta ou rápida, respectivamente.
Os termos de fontes e sumidouros ( e ) são dados por:
(5.2.3.5)
(5.2.3.6)
Onde é a fração de DBO rápida no detrito dissolvido, é a taxa de transformação
de DBO lenta em DBO rápida, é o fator de atenuação devido ao baixo oxigênio, e
MODELAGENS 251
são as taxas de oxidação, e as taxas de sedimentação da DBO lenta e rápida,
respectivamente. O coeficiente é a razão de perda de oxigênio equivalente por
desnitrificação, a taxa de desnitrificação, a concentração de nitrato e a razão de
oxigênio no carbono, pois como já foi dito a DBO será expressa em termos O2.
Abaixo, cada termo da equação é explicado, conforme sua numeração:
(1) fonte de DBO lenta a partir da matéria orgânica dissolvida que é resultante da
morte/respiração do fitoplâncton;
(2) transformação de DBO lenta em DBO rápida, que é um sumidouro para a primeira e
fonte para a segunda;
(3) consumo/oxidação da DBO lenta pelas bactérias, cujo processo de respiração gera
CO2;
(4) sedimentação da DBO lenta e rápida;
(5) fonte de DBO rápida a partir da matéria orgânica dissolvida (semelhante ao item 1;
(6) semelhante ao item 3 para DBO rápida;
(7) perda de DBO rápida por desnitrificação.
5.2.4 Oxigênio Dissolvido — OD
O oxigênio é um dos principais indicadores de que o reservatório está em condições
de manter a vida dos organismos ali presentes. O corpo hídrico pode receber oxigênio da
atmosfera em condições favoráveis de vento e temperatura. Além disso, pode haver
produção pelo fitoplâncton através da fotossíntese e perda pela respiração destes e de
outros organismos. Outra forma de consumo de oxigênio é na oxidação da matéria orgânica
dissolvida, como já foi dito e no processo de nitrificação, como será explicado.
A entrada de O2 no reservatório ocorre através do processo de reaeração, que é
causado pela atuação do vento na superfície da água e por difusão deste gás na tentativa de
manter um equilíbrio entre a atmosfera e o corpo d’água. O balanço de massa para o
oxigênio dissolvido é:
(
) (5.2.4.1)
252 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Onde , e são as concentrações de oxigênio dissolvido nos tributários,
efluente e no reservatório, respectivamente. O termo de fontes e sumidouros de OD ( )
pode ser representado por:
(5.2.4.2)
Onde e são as taxas de crescimento e morte/respiração do fitoplâncton,
respectivamente, é a taxa de reaeração de oxigênio dissolvido, a concentração de
saturação, a razão de perda de oxigênio equivalente por nitrificação, a taxa de
nitrificação e a concentração de amônia na água. O último termo desta equação é a
demanda de oxigênio do sedimento, para as reações de desnitrificação e oxidação do
metano, que será devidamente quantificada na seção 5.2.9. A concentração de saturação do
oxigênio, função da temperatura absoluta ( ), em mg/l, é:
(5.2.4.3)
Para adequar às unidades do texto, multiplica-se seu valor por .
O oxigênio que é inserido na água através de processos físicos possui um coeficiente
de reaeração, dependente da velocidade do vento:
(5.2.4.4)
É importante ressaltar que se a velocidade do vento for medida a um nível diferente
de 10 metros acima da superfície ( ), é necessário se fazer a seguinte correção, onde é
a rugosidade na água e z o nível de medida em metros:
MODELAGENS 253
(5.2.4.5)
5.2.5 Dióxido de Carbono
Nos reservatórios, este gás é o produto formado pela oxidação da matéria orgânica e
também pela respiração dos seres vivos. É importante verificar que a unidade de CO2
utilizada neste texto é mgC/m3, por isso o termo aparece no denominador da equação
(5.2.5.2).
Quanto à quantidade máxima de CO2 na água, o processo é um pouco diferente, pois
a concentração de saturação deste gás dissolvido é função não apenas da temperatura, mas
também da pressão parcial deste na atmosfera. Por este motivo, o CO2 é um gás que pode
ser tanto emitido quanto capturado pelo reservatório. O balanço de massa do dióxido de
carbono é dado pela equação (5.2.5.1), com , e sendo as concentrações de CO2
nos tributários, efluentes e no reservatório.
(
) (5.2.5.1)
(5.2.5.2)
O primeiro termo de é a troca gasosa com a atmosfera, que é positivo quando
existe emissão de CO2 e negativa quando há captura do gás pelo reservatório, ou seja,
quando a concentração na água é menor que a de saturação ( ); o segundo termo é a
fonte de CO2 pela degradação da DBO rápida e lenta; o terceiro é o crescimento do
fitoplâncton, onde é possível notar que, se há mais morte/respiração, o carbono das algas
passa a estar disponível na água, portanto o termo é uma fonte. Do contrário, torna-se um
sumidouro. O último termo representa a oxidação do metano na camada aeróbica do
sedimento — que será detalhado na seção 5.2.13. A abordagem para obtenção da
concentração de saturação e do coeficiente de reaeração do CO2 foi retirada de Chapra &
Pelletier (2008).
254 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A concentração de saturação do CO2 pode ser obtida pela lei de Henry:
(5.2.5.3)
onde é a pressão parcial de CO2 na atmosfera e é o coeficiente de Henry
para o CO2, função da temperatura absoluta, dado por:
(5.2.5.4)
É importante ressaltar que a unidade de é mol/(L.atm), necessitando de uma
entrada de em atm. Sendo necessário fazer alguma correção utiliza-se a seguinte
conversão: 10 atm/ppm. Posteriormente, para se obter o resultado de em mg/m, corrige-
se pela massa molar do CO2.
Finalmente, o coeficiente de reaeração do CO2 pode ser calculado em função do
coeficiente de reaeração do oxigênio:
(5.2.5.5)
5.2.6 Fitoplâncton
O reino das algas é composto de várias espécies, desde as grandes e visíveis até as
microscópicas, que só podem ser analisadas em laboratório ou vistas quando em
concentrações realmente altas. Essas muitas espécies também dificultam os estudos, pois
cada uma possui velocidades diferentes de crescimento e morte, diferentes taxas de
respiração, resposta à temperatura e concentração de nutrientes, distintas taxas de
sedimentação e fotossíntese, concentração e tipos de clorofila presentes, entre outras.
Da mesma forma como foi feito para a DBO, onde se agrupou os inúmeros tipos de
matéria orgânica em dois, para as algas, todas serão reunidas numa única espécie, onde as
taxas e velocidades deverão ser mais ou menos a média de todas elas.
MODELAGENS 255
O fitoplâncton, que geralmente é medido em termos de clorofila a, possui uma forte
ligação com o nitrogênio orgânico e o fósforo orgânico, que resultam em espécies iônicas
chamadas de nutrientes, pois estas são justamente fonte de alimento para as algas.
Além dos nutrientes, o crescimento das algas está relacionado à temperatura e à
radiação solar, e a morte também influenciada pela primeira. A luz do sol permite ao
fitoplâncton fazer fotossíntese, incorporando para si carbono proveniente do CO2 e liberando
oxigênio dissolvido. No período noturno ou diurno com baixa intensidade de radiação, o
processo inverso ocorre. A ação da temperatura é de simplesmente aumentar ou diminuir o
metabolismo das algas.
Um terceiro efeito influenciador nas algas, como já foi dito, é a presença de nutrientes,
que limitam drasticamente seu crescimento, principalmente as concentrações de amônia,
nitrato e fósforo inorgânico.
O balanço de massa para o fitoplâncton é baseado em Thomann & Mueller (1987),
sendo , e suas concentrações nos tributários, efluentes e no reservatório, a
velocidade de sedimentação e como já foi dito, e são as taxas de crescimento e
eliminação do fitoplâncton, respectivamente. A área do reservatório é representada por A.
(
)
(5.2.6.1)
A taxa de crescimento é obtida obtendo-se uma relação baseada nos efeitos de
temperatura, radiação e nutrientes — , e , respectivamente — que se
relacionam da seguinte forma (Rosman, 2011):
(5.2.6.2)
5.2.6.1 Efeito da Temperatura
O efeito de temperatura é obtido através da taxa de crescimento a 20 °C ( )
corrigida pela temperatura da água através do fator de correção :
(5.2.6.3)
256 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
5.2.6.2 Efeito da Radiação Solar
Segundo Chapra (1997), a radiação influencia o crescimento do fitoplâncton da
seguinte forma:
[ (
) (
)] (5.2.6.4)
onde f é o foto–período, H a profundidade média do reservatório, a intensidade da
luz e a intensidade ótima. é o coeficiente de extinção da luz, que é função da própria
concentração de algas, pois quanto maior sua quantidade, maior será a dificuldade de
penetração da luz. Assim, pode ser descrito da seguinte forma:
(5.2.6.5)
e é o coeficiente de extinção da luz devido à outras partículas que não o fitoplâncton, o
valor utilizado será , pois este é um valor típico para reservatórios (Rosman, 2011).
5.2.6.3 Efeito dos Nutrientes
Os nutrientes atuam como um fator limitante sobre o crescimento do fitoplâncton:
{
} (5.2.6.6)
Da mesma forma como Chapra (1997), foram considerados como fatores limitantes
apenas o fósforo e o nitrogênio, portanto a equação (5.2.6.6) fica:
{
} (5.2.6.7)
Nesta última expressão, , e são as concentrações de amônia, nitrato e
fósforo inorgânico. As constantes de meia saturação de nitrogênio e fósforo são
representadas pelas variáveis e , respectivamente.
Após definir como o fitoplâncton cresce, é necessário obter uma expressão para o sua
morte/respiração, que é dividida em três partes:
MODELAGENS 257
(5.2.6.8)
onde é a taxa de perda por respiração e excreção, função da temperatura,
a taxa de mortalidade propriamente dita e é a perda por predação pelo zooplâncton
herbívoro. No entanto esta última não será considerada, pois neste momento não será
modelada a concentração de zooplâncton, portanto à será atribuído um valor nulo.
A taxa deve ser corrigido com a temperatura T da água, utilizando-se a taxa de
morte/excreção a 20 °C ( ) e o fator de correção ( ). Assim, a expressão (5.2.6.8),
fica:
(5.2.6.9)
5.2.7 Nutrientes
Os nutrientes podem ser divididos em macronutrientes (carbono, oxigênio, nitrogênio,
fósforo, enxofre, sílica e ferro) e micronutrientes (manganês, cobre e zinco), no entanto a
modelagem de qualidade da água preocupa-se majoritariamente com os macronutrientes,
em especial, nitrogênio e fósforo (Chapra, 1997), cujos ciclos, que estão representados na
figura 5.2.7.1.
Figura 5.2.7.1 - Ciclo do nitrogênio (à esquerda), fósforo (à direita), suas interações com o fitoplâncton e o consumo de oxigênio dissolvido devido à nitrificação. Adaptado de Rosman (2011).
258 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Segundo o ciclo do nitrogênio, este na forma orgânica é adicionado à água através da
morte e da excreção das algas e é perdido pela sedimentação e pelo processo de
amonificação, que gera a amônia, também chamado nitrogênio amoniacal. Este segundo
composto, por sua vez, pode ser consumido ou excretado pelo fitoplâncton, e também sofrer
o processo de nitrificação, gerando nitrato que volta para o fitoplâncton no seu crescimento.
Este último nutriente também pode sofrer desnitrificação, processo este que consome
oxigênio dissolvido.
O ciclo do fósforo é mais simples que o do nitrogênio, sendo que o fósforo orgânico
tem como fonte a morte do fitoplâncton e sumidouro a sedimentação e mineralização, que
vai formar o fósforo inorgânico, que por sua vez pode precipitar, saindo do processo, ou
colaborar com o crescimento das algas. Outra fonte desta segunda forma de fósforo é a
morte de fitoplâncton.
5.2.7.1 Nitrogênio Orgânico
O balanço do nitrogênio orgânico, assim com suas fontes e seus sumidouros ( ) já
descritos acima, é calculado por:
(
) (5.2.7.1)
(5.2.7.2)
Onde , e são as concentrações de nitrogênio orgânico nos tributários,
efluentes e reservatório, respectivamente, é a razão de nitrogênio na clorofila a, a
ração da respiração reciclada para nitrogênio orgânico, a taxa de amonificação, a
velocidade de sedimentação no nitrogênio orgânico e a fração de nitrogênio orgânico
dissolvido na água.
Utilizando a mesma abordagem de Rosman (2011), a razão entre nitrogênio e clorofila
a será considerada variável, utilizando-se as razões máxima e mínima de nitrogênio nas
algas ( e
), segundo:
MODELAGENS 259
(
) (5.2.7.3)
5.2.7.2 Amônia ou Nitrogênio Amoniacal
A amônia é constituída por duas formas, íon amônio (NH4-) e amônia não-ionizada
(NH3). A fração de cada um destes compostos é dada pelo pH da água, onde a fração
ionizada ( ) é dada por:
(5.2.7.4)
onde é o coeficiente de equilíbrio para a reação de dissociação da amônia, dado
por:
(5.2.7.5)
Para o pH natural da água, entre 5 e 7, pode-se afirmar que praticamente só existe a
parcela ionizada, já que fica entre 0,999 e 0,9965, por isso para efeitos de simulação,
apenas o íon amônio será considerado, inclusive nas equações de sedimento, a posteriori.
Seu balanço é:
(
) (5.2.7.6)
Com , e sendo as concentrações de amônio nos tributários, efluentes e
reservatório, respectivamente e o termo de fontes e sumidouros, dado por:
(5.2.7.7)
Na expressão (5.2.7.7), é a função de limitação do consumo de nitrogênio e a
taxa de nitrificação, já comentada anteriormente. O último termo ainda não foi apresentado,
pois é o fluxo de amônio resultante das reações que ocorrerão no sedimento ( ).
260 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
5.2.7.3 Nitrato
Para o nitrato, obtêm-se o balanço de massa de forma semelhante aos anteriores,
com , e que são as concentrações desta substância nos tributários, efluentes e
reservatório, respectivamente, além do termo de fontes e sumidouros ( ):
(
) (5.2.7.8)
(
)
(5.2.7.9)
Aqui, é a taxa de desnitrificação e é o fluxo de nitrato proveniente do
sedimento. A função de limitação do consumo de nitrogênio, que também está presente na
expressão (5.2.7.7), é dada abaixo, onde é a constante de meia saturação para o
consumo de nitrogênio.
(
) (
) (5.2.7.10)
Os próximos nutrientes a serem avaliados são o fósforo orgânico e inorgânico (com
índices Porg e Pinorg, respectivamente) e balanços de massa e concentrações nos
tributários, efluentes e reservatório, além dos termos de fontes e sumidouros, apresentados
de forma análoga aos anteriores.
5.2.7.4 Fósforo Orgânico
(5.2.7.11)
(5.2.7.12)
MODELAGENS 261
Nesta expressão, é a razão entre fósforo e clorofila a, a fração da respiração
reciclada para fosfato não-reativo, a fração de fósforo orgânico dissolvido na água,
sua velocidade de sedimentação e a taxa de mineralização.
5.2.7.5 Fósforo Inorgânico
(5.2.7.13)
(5.2.7.14)
Aqui, os únicos novos termos são a velocidade de sedimentação do fósforo inorgânico
( ) e , que representa o fluxo desta substância do sedimento. Analogamente à
expressão (5.2.7.10), a função de limitação do consumo de fósforo inorgânico é dada
abaixo, com uma constante de meia saturação para o consumo de fósforo ( ).
(
) (
) (5.2.7.15)
5.2.8 Metano
Primeiramente será proposto um balanço para o metano na água, em que a principal
fonte é a geração de metano no sedimento, que será detalhado na seção 5.2.13.
(
) (5.2.8.1)
(5.2.8.2)
Na expressão (5.2.8.1), é a concentração de metano dissolvido na água, e
são as concentrações nos tributários e nos efluentes e suas fontes e sumidouros. Já em
(5.2.8.2), é o fluxo de metano dissolvido proveniente do sedimento, é a taxa de
262 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
oxidação do metano na água, é a taxa de reaeração e é a concentração de
saturação do metano na água.
A taxa de reaeração do metano pode ser obtida da mesma forma que foi obtida
a taxa do CO2, ou seja, como função da taxa de reaeração do oxigênio, onde é a
massa molar do metano:
(
)
(5.2.8.3)
A concentração de saturação do metano também pode ser calculada pela da Lei de
Henry:
(5.2.8.4)
Onde é a constante de Henry para o metano e é a pressão parcial do
metano na atmosfera, que atualmente possui concentração de aproximadamente 1,77 ppm.
Com relação à taxa de oxidação do metano na água é necessário considerar as
bactérias chamadas metanotróficas, que utilizam o metano como fonte de alimento. Desta
forma, ao absorvê-lo para suas funções metabólicas, elas liberam CO2. Estas bactérias são
um sumidouro importante de metano na água, podendo consumir até 90% do fluxo difusivo
proveniente do hipolímnio anóxico em lagos estratificados (Rudd & Taylor, 1980) – ou no
caso deste trabalho, que não considera a estratificação, o fluxo proveniente do sedimento.
Encontrar um valor específico para a taxa de oxidação do metano na água não é tão
simples, pois depende de sua própria concentração, além do OD, nitrogênio e da população
de bactérias, entre outros fatores.
O que se procura, é um valor com unidades de/dia, no entanto, a maioria das
referências apresentam um valor com unidades de fluxo (mg/m2.dia, por exemplo), pois em
geral admitem que a oxidação é a diferença entre o fluxo difusivo do sedimento e o fluxo
emitido na superfície ou na profundidade de medida/coleta. Portanto, para se obter uma taxa
de oxidação é necessário fazer a seguinte conversão:
[
] [
] (5.2.8.5)
MODELAGENS 263
onde C é a concentração média, que deve ser fornecida, H é a distância entre os
pontos de medida e é a diferença entres os fluxos.
É possível encontrar na literatura alguns valores de referência. SINK et al., (1992)
encontraram uma taxa de oxidação de 9,8 mmol/(m2dia) = 156,8 mg/(m2dia), admitindo-se
que a diferença entre as suas medições na camada aeróbia e anaeróbia causaram esta
variação. KING et al., (1990) amostraram vários pontos dos Everglades, na Flórida, e
obtiveram uma grande quantidade de valores que variaram de 2,1 pmol/(cm2dia) = 0,484
mg/(m2dia) a 331,6 pmol/(cm2dia) = 76,40 mg/(m2dia).
UTSUMI et al., (1998) estimaram a taxa de oxidação do metano, coletando e
incubando amostras de várias profundidades do Lago Nojiri (mesotrófico) e realizando
medições nas concentrações de metano dissolvido num período de 3 a 30 horas após a
coleta. A plotagem destes valores mostrou um decaimento exponencial na concentração do
metano ao longo do tempo, dado pelo consumo deste pelas bactérias. O ajuste linear do
logaritmo dos pontos torna possível identificar a taxa de decaimento específica de primeira
ordem do metano. Alguns valores encontrados foram: 0,101, 0,182 e 0,283/dia para as
profundidades de 0,5, 20 e 36 metros a partir da superfície. No entanto, apenas 10 dias
depois um valor de 0,209/dia foi encontrado para a profundidade de 0,5 metros, devido a
ocorrência de um evento mistura. Isso mostra a dependência deste coeficiente com a
concentração de oxigênio dissolvido. Também foi notado que há uma diminuição da taxa de
oxidação do metano quando suas concentrações são menores.
5.2.9 Reações no Sedimento
A figura 5.2.9.1 mostra como se dá a comunicação do sedimento com a água acima,
e quais produtos são formados em cada camada.
Esta região do reservatório é dividida em duas partes, uma primeira camada aeróbica
— muito fina, praticamente um “filme”, na ordem de milímetros de espessura — e uma
segunda, anaeróbica, onde a ausência de oxigênio permitirá a formação de metano.
264 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.2.9.1 - Interação entre os compostos no sedimento e na água, adaptado de Chapra et al. (2008).
Toda a matéria orgânica que sedimentar dos processos já citados na água (DBO,
fitoplâncton, nitrogênio orgânico e fósforo orgânico), chegará até o fundo na forma de um
fluxo. Este fluxo passará por um processo chamado diagênese, que é a conversão destes
em uma forma reativa solúvel na camada anaeróbica.
Sequencialmente, um fluxo diagenético de carbono, nitrogênio orgânico e fósforo
orgânico surgirão, após passar por uma série de transformações, onde para cada um destes
fluxos haverá a perda de uma fração não reativa e transformação das frações lábil e
lentamente reativa.
Após terem sido obtidos estes fluxos diagenéticos na camada anaeróbica, eles
finalmente serão fontes na formação de metano, nitrato, amônio e fósforo inorgânico, onde o
fluxo de carbono gerará metano, o fluxo de nitrogênio formará amônio (que ao se comunicar
com a camada aeróbica produzirá nitrato) e o de fósforo gerará fósforo inorgânico. Essas
reações produzirão fluxos dessas substâncias de volta para água, levando-se em conta
apenas processos difusivos.
Tanto o metano quanto o amônio, ao serem transferidos para a camada aeróbica
consumirão oxigênio, através de processos de oxidação e nitrificação, respectivamente,
gerando uma demanda de oxigênio no sedimento (SOD).
MODELAGENS 265
Para tornar possível a estimativa da emissão de metano é necessário conhecer toda a
matéria orgânica que sedimenta. Os fluxos de matéria orgânica sedimentável de carbono,
nitrogênio e fósforo ( , e , respectivamente), como já citado acima, chegarão ao
sedimento da seguinte forma:
(5.2.9.1)
(5.2.9.2)
(5.2.9.3)
Cada um destes fluxos, por sua vez, deve ser dividido em três frações: lábil,
lentamente reativa e não reativa — , e — sendo que as duas primeiras contribuirão
para o fluxo final das substâncias e a última não participará de nenhuma reação, sendo,
portanto retirada do balanço.
Figura 5.2.9.2 - Fluxograma representativo dos processos de sedimentação.
Com os fluxos das substâncias e as três frações — , e — conhecidas,
podemos obter a concentração de cada uma dessas frações através da equação genérica
(5.2.8.4), onde y é o número correspondente de G, o índice 2 indica que estas reações
ocorrem exclusivamente na camada anaeróbica e é a espessura desta camada. Como
demonstrado na figura 5.2.9.2, χ pode ser C, N ou P, representando carbono, nitrogênio e
fósforo, respectivamente.
266 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
(5.2.9.4)
Ainda nesta expressão, é a taxa de mineralização do da forma e
é o fator de correção de temperatura para esta variável. A velocidade de
enterramento é dada por .
Como já foi dito, as frações consideradas no fluxo final de χ são a lábil e a lentamente
reativa ( e ), pois apenas estas duas podem reagir, formando os produtos que nos
interessam. Assim, após resolver a equação (5.2.9.4) é possível se obter os fluxos de
carbono, nitrogênio e fósforo, generalizados pela expressão (5.2.8.5):
(5.2.9.5)
O fluxo de carbono ( ) participará da formação de metano, o de nitrogênio ( ) da
formação de amônio (que por sua vez gerará nitrato) e o de fósforo ( ) da formação de
fósforo inorgânico. A figura 5.2.9.1 mostra de forma mais compreensível este processo. A
partir de agora, serão explicadas as equações que geram esses produtos finais a partir
destes fluxos.
É importante notar que e consequentemente estão sendo apresentados em
mgO2/(m2dia), pois para a obtenção do SOD (seção 5.2.10) e os cálculos de emissão de
metano (seção 5.2.13) essa abordagem se torna necessária, como será explicado melhor
adiante.
Entretanto, para apresentação dos resultados estes são apresentados em termos de
carbono, segundo as conversões abaixo:
5.2.10 SOD
Nas equações (5.2.11.1), (5.2.11.5), (5.2.12.1), (5.2.12.3), (5.2.12.8), (5.2.12.9),
(5.2.14.1) e (5.2.14.3) é necessário conhecer o coeficiente de transferência de massa (s)
entre a água e o sedimento aeróbico, que é dado por:
MODELAGENS 267
(5.2.10.1)
Onde é a demanda de oxigênio no sedimento, ou seja, quanto oxigênio será
consumido pelas reações de oxidação do metano e da amônia e é a concentração de
OD na interface água-sedimento aeróbico. Di Toro et al., (1990) apresenta a seguinte
formulação para obtenção do SOD:
√ { [
]}
{ [
]} (5.2.10.2)
onde é a concentração de saturação do metano e e as velocidades de
reação de oxidação do metano e da amônia, respectivamente. A quantidade é a
concentração de oxigênio dissolvido na água em contato com a sedimento aeróbico, é o
oxigênio consumido pela oxidação da amônia (1,714 mgO2/mgN) e é o oxigênio
equivalente produzido pela formação de amônia (15,2 mgO2/mgN). O coeficiente
representa a transferência de massa para a difusão do metano, definido por:
(5.2.10.3)
onde é o coeficiente de difusão do metano na água intersticial e e são as
espessuras da camada aeróbica e anaeróbica, respectivamente.
A variável aparece dos dois lados da expressão (5.2.10.2), necessitando,
portanto, de um processo iterativo para sua obtenção. Os passos para esta estimativa são:
Obter o fluxo diagenético de carbono , pela expressão (5.2.9.5);
Obter o valor de partida para SOD, com definido pela expressão (5.2.71):
√
(5.2.10.4)
Calcular o pela expressão (5.2.9.2), onde os termos de SOD do lado direito
recebem o índice i;
Obter o valor do SOD estimado, através da média:
268 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
(5.2.10.5)
Verificar a convergência:
∣∣∣
∣∣∣ (5.2.10.6)
Se for maior que o critério de parada estabelecido, atualiza-se o valor de SOD da
seguinte forma: , retornando-se ao passo 3.
Se o critério de parada for satisfeito, calcula-se s pela expressão (5.2.10.1) e
prossegue-se com as próximas equações.
5.2.11 Amônio/Nitrogênio Amoniacal
Para a formação de amônio, existe uma equação para cada camada do sedimento,
onde na camada anaeróbica uma das fontes é o fluxo diagenético de nitrogênio orgânico .
Também existe troca de amônio entre as duas camadas.
Camada aeróbica:
( )
(
) (
)
(5.2.11.1)
Camada anaeróbica:
(5.2.11.2)
As concentrações de amônio nas camadas aeróbica e anaeróbica de sedimento são
dadas, respectivamente por e . é o coeficiente de mistura das partículas dada
pela bioturbação entre as camadas, onde é o coeficiente de difusão para bioturbação1,
1É importante não confundir com a taxa de morte do fitoplâncton, onde o índice é maiúsculo.
MODELAGENS 269
é a concentração de referência para bioturbação em e é a constante de meia
saturação de oxigênio para bioturbação.
(
) (
) (
) (5.2.11.3)
Existe ainda outro coeficiente, de transferência de massa entre as duas camadas de
sedimento por difusão nos poros preenchidos com água:
(5.2.11.4)
Conhecida a concentração de amônio na camada aeróbica, podemos encontrar o
fluxo desta substância para a água:
( ) (5.2.11.5)
5.2.12 Nitrato
O balanço de nitrato (onde e são as concentrações de nitrato nas camadas
aeróbica e anaeróbica, respectivamente) pode ser escrito da seguinte forma:
Camada aeróbica:
( )
(
) (
)
(5.2.12.1)
Camada anaeróbica:
(5.2.12.2)
O fluxo de nitrato para a água é:
(5.2.12.3)
270 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
5.2.13 Metano
O metano é o produto do consumo da matéria orgânica pelas bactérias
metanogênicas, na ausência de oxigênio. Neste texto, a entrada de carbono no sedimento
anaeróbico se dá pelo fluxo diagenético , que formará metano ebulitivo (bolhas, indo
diretamente para a atmosfera) e metano dissolvido, que será incorporado à camada
aeróbica, onde sofrerá oxidação (formando dióxido de carbono) e aumentará a concentração
de metano nesta camada podendo se dissolver na água.
Portanto, inicialmente, será calculado quanto deste fluxo se tornará metano na
forma gasosa ( ) e quanto formará metano dissolvido na água intersticial ( ). Esta
formulação é dada por Di Toro et al., (1990):
√ [
] (5.2.13.1)
√ (5.2.13.2)
A concentração de saturação do metano (em gO2/m3), segundo Di Toro et al., (1990),
é dada por:
(
) (5.2.13.3)
Como queremos este valor em mgO2/m3 para manter a compatibilização das unidades
deste texto, fazemos:
(
) (5.2.13.4)
Definidos os fluxos gasosos e dissolvidos de metano, pode-se prosseguir com as
reações do metano na camada aeróbica. Como já foi dito, nesta camada, devido ao
oxigênio, ocorrerá oxidação do metano dissolvido na água intersticial — que deverá formar
dióxido de carbono, dada pela velocidade de oxidação do metano ( ) — e transferência de
massa com a água acima, dada pela diferença de concentração entre o metano nesta
camada ( ) e na água ( ). É importante ressaltar que o texto fonte desta equação
(Chapra et al., 2008) considera ao invés de , a concentração de DBO rápida na água. Isto
MODELAGENS 271
é feito, pois a referência citada não possui equação de metano para a água. Assim sendo,
neste trabalho é feita esta pequena adaptação.
(5.2.13.5)
Finalmente é possível encontrar o fluxo de metano da camada aeróbica para a água
acima.
(5.2.13.6)
É importante ressaltar que existem dois fluxos de metano. O gasoso ( ), que irá
diretamente para a atmosfera na forma de bolhas e o que ficará dissolvido na água do
reservatório. Este último ( ) é diferente do que está dissolvido na água intersticial do
sedimento ( ).
5.2.14 Fósforo Inorgânico
Para o fósforo inorgânico nas camadas aeróbica e anaeróbica ( e
,
respectivamente) temos as seguintes expressões:
( ) (5.2.14.1)
(5.2.14.2)
Onde o fluxo para a água é:
(5.2.14.3)
Nas equações (5.2.11.1), (5.2.11.2), (5.2.11.5), (5.2.12.1), (5.2.14.1) e (5.2.14.2),
estão presentes os termos , , , , , , e . Estas são as frações nas
272 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
formas dissolvida e particulada (primeiro caractere, d e p, respectivamente) de amônio e
fósforo (segundo caractere, a e p) nas camadas 1 e 2. Eles são calculados da seguinte
forma:
(5.2.14.4)
(5.2.14.5)
onde β pode ser amônio ou fósforo (a ou p), e nestes casos, e são os
coeficientes de partição para amônio e fósforo, respectivamente, na camada i. A
concentração de sólidos em cada camada é representada pela variável .
O coeficiente de partição para o fósforo na camada aeróbica é obtida de forma
ligeiramente diferente, levando-se em consideração um incremento a este coeficiente ( ):
(5.2.14.6)
5.2.15 Valores Típicos
Como todos os processos biogeoquímicos que ocorrem na água e no sedimento são
de grande complexidade, é necessário se fazer uso de várias correções para que a
Matemática represente a realidade de forma satisfatória. Para isto se faz uso das diversas
constantes vistas ao longo deste texto.
Para definir estes valores, muitas medições e estudos laboratoriais são feitos, sendo
que alguns destes são universais (por exemplo, a razão de oxigênio no carbono, ) e
outros são exclusivos para cada reservatório (como a velocidade de enterramento no
sedimento, ).
As constantes de sedimento, em sua maioria, não possuem valores universais, mas
sim, que precisam ser calibradas de acordo com cada reservatório, pois cada um é
composto de materiais característicos de sua região e/ou de seus afluentes. Por isso, para
efeitos de simulação, foram adotados alguns valores presentes em Di Toro (2001) e Di Toro
& Fitzpatric (1993), mas que devem ser utilizados com atenção, pois como já foi dito, muitos
destes valores são exclusivos para certos lagos.
Os valores de referência para a água e o sedimento estão listados nas Tabelas
5.2.15.1 e 5.2.15.2, respectivamente.
MODELAGENS 273
Tabela 5.2.15.1 - Valores típicos para as constantes nas equações da água. As unidades e os nomes foram suprimidos, pois estão presentes na Lista de Símbolos.
Símbolo Valores usuais Valores utilizados Referência
0,005 a 0,8 0,2 BOWIE et al. (1985)
0,003 a 0,17 0,1 BOWIE et al. (1985)
0,5 a 5,0 0,0 S. C. CHAPRA (1997)
– 0,2 –
– 1,0 –
– 0,85 –
0,5 0,5 WOOL et al. (2011)
0,1 a 0,9 0,5 WOOL et al. (2011)
0,2 a 8,0 2,0 BOWIE et al. (1985)
0,35 0,01 S. C. CHAPRA (1997)
0,35 0,01 S. C. CHAPRA (1997)
– 0,1 –
– 0,3 –
– 0,1 –
50 50,0 S. C. CHAPRA (1997)
0,001 a 0,8 0,03 BOWIE et al. (1985)
1,4 a 400,0 25,0 BOWIE et al. (1985)
1,4 a 200,0 20,0 BOWIE et al. (1985)
0,5 a 80,0 20,0 BOWIE et al. (1985)
2,8 a 70,0 20,0 BOWIE et al. (1985)
0,001 a 0,2 0,08 BOWIE et al. (1985)
0,03 a 0,9 0,1 BOWIE et al. (1985)
0 a 1,0 0,09 BOWIE et al. (1985)
2,67 2,67 S. C. CHAPRA (1997)
10 a 100 10,0 BOWIE et al. (1985)
4,47 4,47 S. CHAPRA, PELLETIER, AND TAO (2008)
2,86 2,861 S. CHAPRA, PELLETIER, AND TAO (2008)
8,0 a 15,0 12,0 ROSMAN (2012)
1,5 a 4,0 3,0 ROSMAN (2012)
1,0 a 10,9 5,0 ROSMAN (2012)
0,1 a 1,0 0,5 ROSMAN (2012)
0,1 a 0,3 0,15 THOMANN AND MUELLER (1987)
0,2 a 2,3 0,01 S. C. CHAPRA (1997)
0,2 a 2,3 0,01 S. C. CHAPRA (1997)
0,5 0,5 ROSMAN (2012)
– 0,01 –
1,01 a 1,2 1,066 BOWIE et al. (1985)
1,08 1,08 S. C. CHAPRA (1997)
1,02 a 1,08 1,08 BOWIE et al. (1985)
1,02 a 1,08 1,08 BOWIE et al. (1985)
1,02 a 1,09 1,045 BOWIE et al. (1985)
274 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.2.15.2 - Valores típicos para as constantes nas equações do sedimento. As unidades e os nomes foram suprimidos, pois estão presentes na Lista de Símbolos.
Símbolo Valores usuais Valores utilizados Referência
1,714 1,714 DI TORO et al. (1990)
15,2 15,2 DI TORO et al. (1990)
– /10 –
– – –
– 0,00012 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,001 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,65 –
– 0,25 –
– 0,1 –
– 0,001 CHAPRA AND PELLETIER (2008)
– 0,1 CHAPRA AND PELLETIER (2008)
– 0,035 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,0018 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,035 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,0018 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,035 DI TORO et al. (1990)
– 0,0018 DI TORO et al. (1990)
– 4000,0 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,5 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 0,5 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 100,0 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 6,85 DI TORO (2001)
– 0,00139 DI TORO et al. (1990)
– 0,00575 DI TORO et al. (1990)
– 0,00575 DI TORO et al. (1990)
– 0,00897 DI TORO et al. (1990)
– 1,0 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,0 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 300,0 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 100,0 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,1 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,15 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,1 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,15 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,1 DI TORO et al. (1990)
– 1,15 DI TORO et al. (1990)
– 1,117 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
– 1,08 DI TORO AND FITZPATRIC (1993)
MODELAGENS 275
5.2.16 Vegetação Inundada
Até aqui, para a estimativa das emissões de metano e dióxido de carbono, levou-se
em conta um reservatório antigo, ou seja, que todas as entradas e saídas de matéria
orgânica (e de outros compostos) deram-se apenas pelos tributários, efluentes e vazão
regulamentada. No entanto, a partir de agora será proposta uma metodologia para
considerar o aporte de matéria orgânica a partir da mata inundada.
Esta fonte será abordada de uma forma diferente, pois apesar de estar toda dentro da
água a partir do enchimento do reservatório, não deverá estar imediatamente disponível
para consumo pelas bactérias, pois se assim fosse o reservatório apresentaria uma
concentração elevadíssima de DBO, o que não acontece.
Pode-se dizer que, após o enchimento, essa grande quantidade de carbono presente
nas folhas, galhos, caules, raízes, grama, culturas entre outras formas de matéria orgânica
afogada irá se dissolver na coluna d’água segundo uma taxa específica, para então tornar-
se disponível à biodegradação.
Neste texto, será utilizada a seguinte abordagem: matéria orgânica da vegetação
afogada será transformada em detrito e depois seguirá o mesmo caminho apresentado
anteriormente.
Uma possível equação para representar este processo seria:
(5.2.16.1)
onde é a tava de dissolução desta matéria orgânica para a água e M é a massa
de matéria afogada disponível. A condição inicial desta equação representa a massa total de
vegetação inundada M0. A solução desta equação é:
(5.2.16.2)
No entanto, se toda essa matéria orgânica fosse dissolvida diretamente para a água,
mesmo com uma taxa bastante lenta, a concentração cresceria até um valor muito grande,
irreal, pois M0 é grande. Por isso, para fins de implementação, a matéria orgânica dissolvida
é diretamente inserida como o fluxo de carbono para o sedimento, ou seja, um termo extra
seria adicionado à expressão (5.2.9.1), que fica:
(5.2.16.3)
276 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Assim, ocorre a formação de metano e dióxido de carbono – que é o esperado para
reservatório com grande quantidade de vegetação afogada – mas sem aumentar
demasiadamente as concentrações na água.
5.2.17 Simulações
A fim de se testar o modelo, foram feitas algumas simulações com algum reservatório
onde houvesse disponibilidade de dados forçantes ao modelo além de resultados medidos
de fluxos de gases de efeito estufa.
O reservatório escolhido foi o de Funil, pois está localizado numa região mais ao
centro de todos os que foram estudados por este projeto.
Os dados de entrada – a saber, velocidade do vento, radiação incidente e
temperatura do ar – foram obtidos do banco de dados das bóias do SIMA, com frequência
de medição horária de 01/06/2011 a 31/05/2012. É importante ressaltar que entre os dias
16/08 e 24/10 de 2011 não houve qualquer medição pelo sistema, além de outras falhas
pontuais. Para preencher estas falhas foi calculada a média dos quatro anos anteriores
(2007 a 2010) para o dia e horário com dado faltante. Foram utilizados dados de
temperatura do ar, pois a ausência de dados de temperatura na água foi muito grande,
inclusive nos anos anteriores, impossibilitando a realização das médias.
Este modelo trabalha com entrada diária de dados, e retorna os resultados com a
mesma frequência. Por isso, para cada dia de simulação, foi retirada a média aritmética das
forçantes.
Com relação às concentrações no rio principal, que foram medidas em quatro
campanhas durante este período pelas demais equipes deste projeto, para que houvesse
uma continuidade de valores entre os dias não medidos, foi utilizada uma interpolação linear
simples.
Os dados de vazão afluente e defluente para o período foram também obtidos no
banco de dados do projeto.
Na figura 5.2.17.1 é possível visualizar a variação das vazões, do volume do
reservatório, profundidade média, temperatura média do ar e radiação incidente.
MODELAGENS 277
Nas duas figuras subsequentes estão os resultados da modelagem, em que na
5.2.17.2 estão as concentrações na água de DBO, OD, CO2 e Metano Dissolvido na água,
enquanto que na figura 5.2.17.3 estão os fluxos emitidos para a atmosfera na forma difusiva
(metano e dióxido de carbono) e ebulitiva (metano).
Nesta última é possível ver ainda a emissão de metano do sedimento para a água,
em que é possível se fazer uma comparação com valores medidos em campo.
Pode-se notar que em dois instantes os fluxos de metano na interface sedimento-
água estiveram próximos do medido, no entanto num primeiro momento os valores foram
menores em até uma ordem de grandeza. Na verdade muito se pode dizer a respeito.
A primeira causa disso é que não foi realizada qualquer calibração para este
reservatório. Os valores dos parâmetros são os largamente utilizados na literatura.
Outro motivo pode ser dado pelo fato de o modelo utilizar valores médios diários
como entrada e apresentá-los desta forma, podendo suavizar alguma grande variação que
foi obtida pela medição de campo, que é pontual no tempo e no espaço.
Figura 5.2.17.1 - Dados de entrada para o reservatório de Funil no período de simulação.
278 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.2.17.2 - Concentrações simuladas para o reservatório de Funil no período.
Figura 5.2.17.3 - Fluxos simulados para o reservatório de Funil no período.
MODELAGENS 279
5.2.18 Comentários
O modelo proposto procura resolver os principais componentes que qualidade da
água e é capaz de calcular fluxos de carbono para a atmosfera, embora claramente haja
discrepâncias entre seus resultados e os dados medidos. Ressalta-se, entretanto, que não
houve qualquer tentativa de calibração nem validação dos parâmetros do modelo. Espera-se
que o modelo possa melhorar muito sua capacidade preditiva assim que houver mais
campanhas de medições que permitam sua calibração.
Além disso, é importante notar a limitação do modelo no que diz respeito ao processo
de ebulição e transporte de metano para a atmosfera. Neste momento este processo é feito
de forma bastante simplificada, inclusive supondo que todo o metano ebulitivo (bolha) uma
vez formado, é emitido imediatamente para a atmosfera. O melhor entendimento de como se
dá o desprendimento das bolhas de metano do sedimento, e a ascensão deste gás para a
atmosfera é um importante passo a ser dado para incorporar este processo ao modelo.
5.3 Modelagem do ciclo biogeoquímico do carbono no reservatório com o
modelo SisBaHiA®
5.3.1 Introdução
Este relatório mostra as modificações feitas no modelo de qualidade de água e
eutrofização do SisBaHiA® e o cálculo dos fluxos de metano (CH4) e dióxido de carbono
(CO2). As modificações incluem o cálculo de duas novas substâncias de forma distribuída no
domínio e integradas na direção vertical, Carbono Inorgânico Dissolvido e Detrito, usando a
mesma discretização espacial e temporal do modelo de qualidade de água e eutrofização do
SisBaHiA® , já implementada. O conhecimento da distribuição espacial destas substâncias é
necessário para o cálculo dos fluxos de metano e CO2. Os fluxos serão calculados em cada
nó do domínio e em cada intervalo de tempo, após a determinação da distribuição espacial
das substâncias. Em relação ao tempo de processamento, a inclusão de duas novas
substâncias e do cálculo dos fluxos para cada nó do domínio não representou variações
significativas de tempo de processamento em relação ao tempo gasto pelo modelo original.
Tais modificações estão em processo de implementação computacional na interface do
SisBaHiA®.
280 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Com objetivo de mostrar os resultados disponíveis das novas implementações, é
mostrado um caso teste para o reservatório de Funil, RJ. Para este reservatório foi aplicado
o modelo modificado, com condições de contorno hipotéticas. Os resultados obtidos não
apresentam qualquer descrição com as características reais do corpo d´água; apenas
demonstram os possíveis resultados que podem ser obtidos pelo modelo, além de
demonstrar a sua estabilidade para longas simulações. Neste sentido, não são discutidos os
resultados obtidos para o reservatório de Funil, já que todas as cargas são fictícias. Vale
lembrar que qualquer simulação somente terá caráter preditivo se as cargas e demais
parâmetros usados pelo modelo forem representativas (medidas) para o corpo d´água em
questão.
5.3.2 Modelo de Qualidade de Água e Eutrofização do SisBaHiA®
O novo Modelo de Qualidade de Água e Fluxos (MQAF) desenvolvido, com cálculo
das concentrações de Carbono Inorgânico Dissolvido e Detritos e dos fluxos de metano e
CO2, tem como base o Modelo de Qualidade de Água e Eutrofização (MQA) presente no
SisBaHiA® , usando a mesma base numérica do Modelo Euleriano de Transporte Advectivo-
Difusivo (MTAD) integrado na vertical, para escalares passivos e não-conservativos. Neste
tipo de modelo, o campo de velocidades é previamente conhecido, ou seja, o escalar
transportado é suposto passivo, pois não altera a hidrodinâmica do corpo de água receptor.
O novo modelo, MQAF, considera o ciclo do carbono, oxigênio, do nitrogênio e do
fósforo, além da biomassa de fitoplâncton e a concentração de detrito. O modelo foi
construído considerando as seguintes substâncias:
MODELAGENS 281
Tabela 5.3.2.1 - Variáveis e unidades que podem ser consideradas no MQAF.
Símbolo Parâmetro Unidade
S
Salinidade ups
T Temperatura °C
C1 Amônia mgNA/ℓ
C2 Nitrato mgNI/ℓ
C3 Fósforo Inorgânico mgP/ℓ
C4 Zooplâncton
mgC/ℓ
C5 Demanda Bioquímica de Oxigênio mg O2/ℓ
C6 Oxigênio Dissolvido mg O2/ℓ
C7 Nitrogênio Orgânico mgNO/ℓ
C8 Fósforo Orgânico mgPO/ℓ
C9 Clorofila µgChla/ℓ
C10 Carbono Inorgânico Dissolvido mgC/ℓ
C11 Detrito mg D/ ℓ
C12 Metano dissolvido mgC/ ℓ
Para cada parâmetro m considerado no modelo, a equação de advecção-difusão é
formada por três parcelas: o transporte advectivo, o transporte difusivo e os processos de
transformação resultantes das reações cinéticas de produção e consumo, assim, pode-se
escrever:
2
1
12
jm m k m mi ij jk P E I cm m
i j k kq
UC C C CU H D q q q R I
t x H x x x H
(5.3.2.1)
282 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Onde o índice m indica os seguintes parâmetros de qualidade de água:
Tabela 5.3.2.2 - Índice m e Parâmetros de Qualidade de Água
m Parâmetro de Qualidade de
Água Símbolo
S Salinidade S
T Temperatura T
1 Amônia C1
2 Nitrato C2
3 Fósforo Inorgânico C3
4 Zooplâncton C4
5 Demanda Bioquímica de Oxigênio C5
6 Oxigênio Dissolvido C6
7 Nitrogênio Orgânico C7
8 Fósforo Orgânico C8
9 Clorofila C9
10 Carbono Inorgânico Dissolvido C10
11 Detrito C11
12 Metano dissolvido C12
As reações cinéticas envolvidas nos processos de transformação, isto é, os termos da
soma Rcm, considerados para cada parâmetro de qualidade de água, são obtidos segundo
as equações especificas. A principal mudança do MQAF refere-se ao ciclo do Oxigênio.
Neste sentido, foram adicionadas ao modelo as substâncias Carbono Inorgânico Dissolvido
e Detrito, necessário para o calculo dos fluxos. Os processos cinéticos pertinentes ao ciclo
do oxigênio são representados pelas equações descritas a seguir. Os termos de reação
cinética das outras substâncias não foram alterados e não são mostradas neste relatório.
Maiores detalhes podem ser encontrados em Rosman (2011). Destaca-se que a DBO aqui
referida é a parcela carbonácea.
MODELAGENS 283
OD: Oxigênio Dissolvido
6 6 5 9 9 4
decomp. DBOreaeração respiração de respiração de fotossíntesesedimentofitoplâncton zooplâncton
( )a s D oc ca g oc ca ra oc rz
SODR k O C k C r r k C r r k C r k C
H
(5.3.2.2)
DBO: Demanda Bioquímica de Oxigênio:
3 55 5 5 oc ca z gz 9 9 4 12
decomp. morte de morte de dissoluçaodetritos da herbivoriasedimentação fitoplâncton zooplâncton
(1 )1 s D
D oc ca ea oc ez od dt
v fR k C C r r E k C r r k C r k C r k C
H
(5.3.2.3)
Carbono Inorgânico Dissolvido - CO2
2
4,1 20
10 0 10 5 9 4 4,1
degradaçao DBO rapidatroca com atmosfera crescimento/respiraçao fito.
oxidaçãodometanona camada aerobia
1 1(1/ ) ( )
CH T
caer cs oc d ca ra g CH
oc
R K C C r k C r K K C CHr H s
12
oxidação
MK C
(5.3.2.4)
Detrito:
dt 1111 9 12
respiraçao fito. dissoluçaoSedimentaçao
Hda ra dt
v CR r K C k C
(5.3.2.5)
Metano dissolvido:
12 12 Ms 12
oxidação reaeraçãofluxodosedimento
(C - )H
MM Maer
JR K C k C
(5.3.2.6)
284 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.3.2.3 - Novos Parâmetros utilizados nas equações (5.3.2.1), (5.3.2.2), (5.3.2.3) e (5.3.2.4). Os demais parâmetros estão descritos no Manual do SisBaHiA® (ROSMAN, 2011).
Símbolo Parâmetro Unidade
kdt Taxa de dissolução [/d]
vdt Velocidade de sedimentação do detrito [m/d]
rda Razão detrito/ clorofila no fitoplâncton gD/mgChla
kcaer Coeficiente de reaeração de CO2 [/d]
Ccs Concentração de saturação do CO2
0 Fração da CO2 no Carbono Inorgânico
total – função do pH
CH4,1 Velocidade de reação para oxidação
de metano nos sedimentos aeróbios
m/dia
4,1CH
Concentração de metano na camada
aeróbia
gO2/m3
s Coeficiente de transferência entre o
sedimento e a água
m/dia
kMaer Coeficiente de reaeração do metano [/d]
CMs Concentração de saturação do metano
KM Taxa de oxidação do metano [/d]
JM Fluxo de metano dissolvido
proveniente do sedimento gC/ m².dia
rod Razão oxigênio/carbono mg
O2/mgD
rcd Razão entre carbono detrito gD/gC
O novo modelo foi implementado computacionalmente considerando as equações
mostradas anteriormente. O modelo desenvolvido permite várias soluções possíveis. Uma
opção é resolver os ciclos separadamente. No entanto, os fluxos só são calculados quando
são simuladas todas as substâncias durante um intervalo de tempo, ou seja, todas as
substâncias são resolvidas de forma integrada. Nesta opção o modelo segue a seguinte
ordem de solução:
MODELAGENS 285
Figura 5.3.2.1 - Sequência de solução considerando todas as substâncias presentes no MQAF.
As variáveis relacionadas ao metano dissolvido na água e os fluxos para o sedimento
são mostradas a seguir. A concentração de saturação do CO2 é calculada pela lei de Henry
com:
2COs2 p][CO HK (5.3.2.7)
Salinidade
Temperatura
Nitrogênio Orgânico
Amônia
Fósforo Inorgânico
Clorofila_a
Nitrato
Fósforo Orgânico
Zooplâncton
Detrito
Demanda Bioquímica de Oxigênio
Carbono Inorgânico Dissolvido
Oxigênio Dissolvido
Metano dissolvido
Fluxos
286 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Onde KH é a constante de Henry [mole/(L atm)] e pCO2 é a pressão parcial de dióxido
de carbono na atmosfera [atm]. O valor de KH pode ser calculado como função da
temperatura como:
H
2385.73p = 0.0152642( 273) 14.0184
( 273)K T
T
(5.3.2.8)
Onde T é a temperatura da água em °C e ainda:
H-pH =10
KK
(5.3.2.9)
A unidade de [CO2]s é mole/L.
[CO2]s [mg/L] = [mole CO2/L ][44.103 mg/mole CO2]
A pressão parcial de CO2 na atmosfera tem sido modificada nos últimos anos. Valores
de 2007 mostram que é de aproximadamente 103.416 atm (= 383.7 ppm). O coeficiente de
reaeração de CO2 pode ser calculado a partir do coeficiente de reaeração para o oxigênio,
como:
)20( 923.044
32)20(
25.0
aac kk
(5.3.2.10)
O carbono orgânico dissolvido total COD (mgC/L) pode ser calculado como:
5 119 12ca cd
oc
C CCOD r C r C
r
(5.3.2.11)
Pode-se ainda calcular a DBO carbonácea última (mgO2/L) como:
5 11 9 12u oc ca oc cdCDBO C C r r C r r C (5.3.2.12)
5.3.3 Modelo para Cálculo dos Fluxos
O modelo de fluxo de nutrientes no sedimento e a demanda de oxigênio no sedimento
são baseados nos trabalhos desenvolvidos por Di Toro (Di Toro et al., 1991; Di Toro &
Fitzpatrick, 1993; Di Toro, 2001). Os fluxos sãos calculados a partir da material orgânica
presente na água que sedimenta. Os sedimentos são divididos em duas camadas: uma
MODELAGENS 287
camada aeróbia ( 1 mm) e uma camada anaeróbia (H210 cm). Carbono orgânico,
nitrogênio e fósforo são transferidos para o sedimento anaeróbio pela sedimentação da
matéria orgânica particulada (i.e. fitoplâncton e detritos). Nesta camada são transformados,
através de reações de mineralização, em metano dissolvido, amônia e fósforo inorgânico.
Estes componentes são transportados então à camada aeróbia onde parte do metano e
parte da amônia são oxidados. O fluxo de oxigênio requerido para estas oxidações é a
demanda de oxigênio do sedimento (SOD). O primeiro passo do cálculo envolve a
determinação do fluxo de matéria orgânica particulada (POM) que será convertido em
formas reativa solúveis nos sedimentos anaeróbios. Os fluxos podem ser calculados como:
9 11 3 5 5(1 )POC ca a cd dt s dJ r v C r v C Hv f C (5.3.3.1)
9 7PON a Np onJ v q C v C (5.3.3.2)
7 8POP a Pp opJ v q C v C (5.3.3.3)
Onde JPOC é o fluxo de POC (carbono orgânico particulado) [gC/m²d], rca é a razão
carbono para clorofila a [gC/gChla], va é a velocidade de sedimentação do fitoplâncton
[m/d], C9 é a concentração de fitoplâncton (clorofila a) [gChla /L], rcd é a razão de carbono
para o peso seco [mgC/mgD], vdt é a velocidade de sedimentação do detrito [m/d], C11 é a
concentração do detrito [mgD/L], vs3 é a velocidade de sedimentação da substância orgânica
[m/d], fd5 é fração de DBO dissolvido na coluna de água parcela, C5 é a concentração do
DBO [mgO2/L], JPON é o fluxo de PON (nitrogênio orgânico particulado) [mgN/m²d], qNp é a
parcela de nitrogênio no fitoplâncton [mgN/gChla], von é a velocidade de sedimentação do
nitrogênio orgânico [m/d], C7 é a concentração de nitrogênio orgânico [mgN/L], JPOP é o fluxo
de POP (fósforo orgânico particulado) [mgP/m²d], qPp é a parcela de fósforo no fitoplâncton
[mgP/gChla], vop é a velocidade de sedimentação do fósforo orgânico [m/d] e C8 é a
concentração de fósforo orgânico [mgP/L].
Cada um dos fluxos dos nutrientes é dividido em três frações: lábil ou instável (G1),
lentamente reativa (G2) e não- reativa (G3). No caso do fluxo de carbono (JPOC) temos a
parcela lábil dada por:
, 1 1POC G POC CJ J f (5.3.3.4)
e o fluxo de POC que reage lentamente dado por:
288 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
, 2 2POC G POC CJ J f (5.3.3.5)
É desenvolvido um balanço de massa na camada para calcular a concentração de
cada fração na camada anaeróbia. A Tabela 5.3.3.1 mostra os parâmetros utilizados na
equação da POC lábil e que reage lentamente. Para POC lábil, o balanço de massa é escrito
como:
2, 12 , 1 , 1 2 2, 1 2 2, 1
GPOC G POC G G G
dPOCH J k H POC w POC
dt
(5.3.3.6)
Fazendo 2, 1 20GPOC C, teremos:
, 120 2, 1 20
2 2
POC GPOC G
JdC wk C
dt H H
(5.3.3.7)
Onde:
2, 1
2POC G
wk
H
, 1
2
POC GJ
H
Ou ainda:
2020+
dCC
dt
(5.3.3.8)
A solução da equação (5.3.3.7) para a condição inicial:
20 20,0( 0)C t C (5.3.3.9)
é dada por:
20 20,0( ) 1 exp( ) exp( )C t t C t
(5.3.3.10)
O fluxo do carbono lábil dissolvido pode ser calculado como
MODELAGENS 289
, 1 , 1 2 20C G POC GJ k H C (5.3.3.11)
De forma similar, o balanço de massa pode ser escrito para calcular o carbono
orgânico que reage lentamente POC2,G2 = C21 e desprezando os efeitos da variação de
temperatura, como:
, 221 2, 2 21
2 2
POC GPOC G
JdC wk C
dt H H
(5.3.3.12)
Onde:
2, 2
2POC G
wk
H
, 2
2
POC GJ
H
Ou ainda:
2121+
dCC
dt
(5.3.3.13)
A solução da equação (5.3.3.12) para a condição inicial:
21 21,0( 0)C t C (5.3.3.14)
é dada por:
21 21,0( ) 1 exp( ) exp( )C t t C t
(5.3.3.15)
O fluxo do carbono dissolvido que reage lentamente pode ser calculado como
, 2 , 2 2 21C G POC GJ k H C (5.3.3.16)
O fluxo total de carbono dissolvido gerado no sedimento anaeróbio é:
2,1, GCGCC JJJ (5.3.3.17)
290 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.3.3.1- Parâmetros utilizados na equação da POC lábil e que reage lentamente.
H2 Altura da camada anaeróbia M
JPOC,G1 Fluxo de POC lábil gO2/m3
kPOC,G1 Taxa de mineralização da POC lábil /d
w2 Velocidade de enterramento m/d
C20 Concentração da fração lábil de POC da
camada anaeróbia
gO2/m³
C20,0 Concentração inicial da fração lábil de POC
da camada anaeróbia
gO2/m³
fC1 Fração de lábil do fluxo de POC
JC,G1 Fluxo do carbono lábil dissolvido gO2/m²d
C21 Concentração de POC que reage lentamente
da camada anaeróbia
gO2/m³
C21,0 Concentração inicial de POC que reage
lentamente da camada anaeróbia
gO2/m³
kPOC,G2 Taxa de mineralização da POC que reage
lentamente
/d
fC2 Fração do fluxo de POC que reage
lentamente
JC,G2 Fluxo do carbono dissolvido que reage
lentamente
gO2/m²d
JC Fluxo total de carbono dissolvido gerado no
sedimento anaeróbio
gO2/m²d
De forma semelhante, o fluxo total de do nitrogênio dissolvido gerado no sedimento
anaeróbio é dado por:
, 1 , 2N N G N GJ J J (5.3.3.18)
Onde:
, 1PON GJé o fluxo de PON lábil, , 1 1PON G PON NJ J f
e
, 2PON GJé o fluxo de PON que reage lentamente, , 2 2PON G PON NJ J f
MODELAGENS 291
E ainda:
, 1 , 1 2 22N G PON GJ k H C (5.3.3.19)
, 2 , 2 2 23N G PON GJ k H C (5.3.3.20)
Para calcular C22, concentração da fração lábil de PON da camada anaeróbia e C23,
concentração de PON que reage lentamente da camada anaeróbia, teremos:
22 22,0( ) 1 exp( ) exp( )C t t C t
(5.3.3.21)
Onde:
2, 1
2PON G
wk
H
, 1
2
PON GJ
H
E:
23 23,0( ) 1 exp( ) exp( )C t t C t
(5.3.3.22)
Onde:
2, 2
2PON G
wk
H
, 2
2
PON GJ
H
Os parâmetros são mostrados na Tabela 5.3.3.2.
292 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.3.3.2- Parâmetros utilizados na equação da PON lábil e que reage lentamente.
H2 Altura da camada anaeróbia m
JPON,G1 Fluxo de PON lábil transferido para a camada anaeróbia gN/m²d
kPON,G1 Taxa de mineralização da PON lábil /d
w2 Velocidade de enterramento para PON m/d
C22 Concentração da fração lábil de PON da camada
anaeróbia
gN/m³
C22,0 Concentração inicial da fração lábil de PON da camada
anaeróbia
gN/m³
fN1 Fração de lábil do fluxo de PON
JN,G1 Fluxo do nitrogênio lábil dissolvido gN/m²d
JPON,G2 Fluxo de PON que reage lentamente para a camada
anaeróbia
gN/m²d
kPON,G2 Taxa de mineralização da PON que reage lentamente /d
C23 Concentração de PON que reage lentamente da camada
anaeróbia
gN/m³
C23,0 Concentração inicial de PON que reage lentamente da
camada anaeróbia
gN/m³
fN2 Fração do fluxo de PON que reage lentamente
JN,G2 Fluxo do nitrogênio dissolvido que reage lentamente gN/m²d
JN Fluxo total de nitrogênio dissolvido gerado no sedimento
anaeróbio
gN/m²d
É possível estimar a demanda de oxigênio da camada aeróbia, SOD, dependente das
concentrações de amônia e metano, que para serem calculadas dependem de s, que é
função de SOD. Os parâmetros usados nesta etapa são mostrados na Tabela 5.3.3.2. Neste
modelo a seguinte rotina é usada:
Os fluxos JC e JN são determinados;
Estima-se SOD inicial:
maxN
init CR
ASOD J CSOD
A
(5.3.3.23)
MODELAGENS 293
Onde:
max 2 D S CCSOD k C J (5.3.3.24)
A concentração de saturação do metano é calculada como:
Ts
HC
20024.1
101100
(5.3.3.25)
Calcula-se SOD como:
2 21
( ) ( )2 1 sech 1 sechN
i D S C c C Ni R i
AO O O OSOD k C J k J k
SOD A SOD
(5.3.3.26)
Verificar se o SOD estimado:
1
2
i iE
SOD SODSOD
(5.3.3.27)
Verificar a convergência, calculando o erro relativo:
1 100%E ia
E
SOD SOD
SOD
(5.3.3.28)
Sea é maior que o usado como critério de parada s, considera SODinit = SOD e volta
para o passo 2.
Se a convergência é adequada (a s), calcula os fluxos.
Tabela 5.3.3.3 - Parâmetros utilizados na equação da SOD.
AN gO2/gN
AR gO2/gN
Cs Concentração de saturação do
metano
gO2/m³
KC m/dia
KN m/dia
O2(O) Concentração de oxigênio próximo ao
sedimento
mg O2/L
SOD Demanda de oxigênio no sedimento gO2/m²d
294 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
É possível determinar fluxo de metano dissolvido. Se O fluxo total de carbono
dissolvido gerado no sedimento anaeróbio, JC, é suficientemente grande ( 2KL12Cs), o gás
metano será formado. Neste caso, o fluxo pode ser corrigido para a perda do gás,
4, 122CH d L s CJ K C J (5.3.3.29)
Onde JCH4,d é o fluxo de metano dissolvido (expresso em oxigênio equivalente) que é
gerado no sedimento anaeróbio e transferido para a camada aeróbia de sedimento
[gO2/m²d], Cs é a concentração de saturação do metano expressa em oxigênio equivalente
[mgO2/L]. Se JC < 2KL12Cs, então não ocorre formação de gás:
4,CH d CJ J (5.3.3.30)
O balanço de massa do metano na camada aeróbia é dado por:
1,4204
21,4
1,4,4
1,4
1 CHs
CHcsJdt
dCHH T
CH
CH
fdCH
(5.3.3.31)
Onde:
4, 122CH d L s CJ K C J (5.3.3.32)
Fazendo 4,1 24CH C, teremos:
24, 4,124
241 1 1 1
fCH d CHscJdC sC
dt H H H sH
(5.3.3.33)
Onde:
24,1
1 1
CHs
H sH
4,
1 1
fCH d scJ
H H
Ou ainda:
2424+
dCC
dt
(5.3.3.34)
MODELAGENS 295
A solução da equação (5.3.3.33) para a condição inicial:
24 24,0( 0)C t C (5.3.3.35)
é dada por:
24 24,0( ) 1 exp( ) exp( )C t t C t
(5.3.3.36)
O carbono orgânico dissolvido é convertido para metano no sedimento anaeróbio.
Considerando JCH4 o fluxo total de metano produzido para a água sobrejacente (overlying
water) expresso em oxigênio equivalente [gO2/m²d] e pode ser calculado como:
4 24 12CHJ s C C (5.3.3.37)
Onde:
2(0)OD
SOD SODs
C O
(5.3.3.38)
Tabela 5.3.3.4 - Parâmetros utilizados na equação de fluxo de metano.
C24 Concentração de metano na camada aeróbia gO2/m³
C24,0 Concentração inicial de metano na camada
aeróbia
gO2/m³
O2(0) Concentração de oxigênio dissolvido próximo ao
fundo
C5 Concentração de DBO gO2/m³
CH4,1 Velocidade de reação para oxidação de metano
nos sedimentos aeróbios
m/dia
KL12= KD Coeficiente de transferência de massa por difusão cm/dia
É possível ainda determinar o fluxo total de metano usando a formulação
desenvolvida por Di Toro et al., (1990), que divide o cálculo entre o fluxo de metano na
interface sedimento-água, J[CH4(aq)], e o que resta, produz metano que escapa como um
fluxo de gás de metano, J[CH4(g)]. O mesmo desenvolvimento é feito para o fluxo de
296 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
amônia na interface sedimento-água, J[NH4], e o fluxo de gás de nitrogênio, J[N2(g)], dado
por:
C
24 4
(0)( ) 2 sech KCH D s C
OJ J CH aq K C J
SOD
(5.3.3.39)
4( ) 2C D s CJ CH g J K C J (5.3.3.40)
N
24
(0)sech KC
R
J OJ NH
A SOD
(5.3.3.41)
N
22
(0)( ) 1-sech KC
R
J OJ N g
A SOD
(5.3.3.42)
5.3.4 Dados Usados pelo Modelo de Qualidade de Água
O objetivo desta aplicação é mostrar resultados preliminares obtidos pelo SisBAHIA®
para o reservatório de Funil, RJ. Não houve qualquer calibração e validação dos resultados.
Além disso, a modelagem dos processos envolvidos está em desenvolvimento e sendo
aprimorada. O problema consiste na modelagem bidimensional dos parâmetros de qualidade
de água usando os resultados do modelo hidrodinâmico desenvolvido pela COPPE/UFRJ, e
o cálculo dos fluxos. Os resultados do padrão de circulação hidrodinâmico que não serão
mostrados neste relatório. Conhecendo o padrão de circulação hidrodinâmico do
reservatório para um cenário de variações de vazões, é possível definir as cargas para a
modelagem dos parâmetros de qualidade, e assim, definir os cenários de modelagem. O
cenário desenvolvido considera o intervalo entre os anos de 2011 e 2012, onde as cargas
afluentes foram obtidas a partir de medições realizadas nos rios efluentes ao reservatório. A
Tabela 5.3.4.1 mostra os valores usados na simulação.
MODELAGENS 297
Tabela 5.3.4.1 - Valores de concentrações medidas usadas como condição de contorno pelo SisBAHIA®.
FL 10 FL 34 FL 48
OD
(mg/L)
julho/11 5.65 6.31 5.93
outubro/11 8.90 9.98 10.30
janeiro/12 7.96 9.01 8.8
maio/12 7.02 8.04 7.30
P_org
(ug/L)
julho/11 53.4 21.3 39.7
outubro/11 57.5 21.55 41.4
janeiro/12 56.2 21.8 18.4
maio/12 23.4 20.1 27.46
P_inorg
(µg/L)
julho/11 34.9 4.9 5.1
outubro/11 23.1 6.2 3.7
janeiro/12 20.9 7.5 5.5
maio/12 19 0.6 0.04
N_org.
(µg/L)
julho/11 398.1 474.3 1043.8
outubro/11 334.5 11.9 904.7
janeiro/12 548.4 250.7 265.6
maio/12 366.8 362.9 451.3
Nitrato
(µg/L)
julho/11 1347.9 656.7 513
outubro/11 1153.9 555.5 559.2
janeiro/12 1451.3 516.7 658.9
maio/12 1086.3 902 983.9
Amonia
(µg/L)
julho/11 193 167.3 195
outubro/11 30.7 1581.5 12.7
janeiro/12 55.5 19.4 26.2
maio/12 58.4 28.5 33.8
298 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
DBO
(mg/L)
julho/11 4.72 3.77 2.87
outubro/11 9.02 5.16 8
janeiro/12 6.4 5 4.2
maio/12 5.38 3.73 5.69
Detrito
(mg/L)
julho/11 3.14 2.56 3.15
outubro/11 0.24 5 0.27
janeiro/12 3.4 0.2 1
maio/12 1.73 0.68 0.26
C_Inorg
(mg/L)
julho/11 2.33 2.27 2.7
outubro/11 4.84 11.6 5.6
janeiro/12 4.9 5.6 5.9
maio/12 5.11 7.02 7.36
Temp.
(°C)
julho/11 20.32 22.45 23.27
outubro/11 20.80 24.30 23.80
janeiro/12 20.64 23.5 23.35
maio/12 20.48 22.70 22.90
As demais condições usadas nas simulações são:
Variáveis meteorológicas: os dados de radiação solar usados no modelo referem-se a
séries geradas pelo SisBAHIA® e são considerados variáveis no tempo e espacialmente
homogêneos; umidade permanente e igual a 80% e temperatura do ar máxima de 30,0 ºC e
mínima de 20 ºC, com variação diária.
Condição inicial: os valores referentes às condições iniciais foram obtidos a partir de
medições realizadas no reservatório. Considerando que, rapidamente, o modelo perde a
memória da condição inicial, as concentrações e os valores de temperatura foram
considerados uniformes no domínio, com os seguintes valores:
MODELAGENS 299
Temperatura – CT (x, y, 0) = 22,000C;
Nitrogênio Orgânico – C7 (x, y, 0) = 0,9250 mg N/L;
Nitrogênio Amoniacal– C1 (x, y, 0) = 0,15 mg N/L,
Nitrogênio Nitrato – C2 (x, y, 0) = 0,90 mg N/L,
Demanda Bioquímica de Oxigênio – C5 (x, y, 0) = 3,0 mg O2/L;
Oxigênio Dissolvido – C6 (x, y, 0) = 6,41 mg O2/L,
Clorofila_a – C4 (x, y, 0) = 5,0 µg /L;
Biomassa de Zooplâncton – C9 (x, y, 0) = 0,00 mg /L;
Fósforo Orgânico – C8 (x, y, 0) = 0,11 mg P/L;
Fósforo Inorgânico Reativo – C3 (x, y, 0) = 0,00283 mg P/L;
Carbono Inorgânico Dissolvido – C10 (x, y, 0) = 2,44 mg C/L;
Detrito - – C11 (x, y, 0) = 3,55 mg D/L.
Fronteira de Terra: no SisBaHiA® presume-se que, se houver efluxo advectivo no
contorno, i.e. no ponto onde a velocidade normal é positiva, a concentração da água que sai
é definida pelo escoamento interno. Assim, não é necessário impor uma condição de efluxo,
já que esta será naturalmente satisfeita pela formulação fraca em elementos finitos.
Portanto, efetivamente, as condições só são impostas em situações de afluxo com
velocidade normal não nula, i.e., no ponto onde a velocidade normal é negativa. Estes
pontos correspondem aos rios da bacia contribuinte do reservatório, mostrada na Figura
5.3.4.1, sendo necessário especificar os valores de todos os parâmetros de qualidade de
água durante o período de simulação. A tabela 5.3.4.1mostra os valores usados.
Os parâmetros relacionados na simulação numérica do transporte advectivo e difusivo
podem ser observados na tabela 5.3.4.2. O coeficiente de difusão turbulenta representa a
mistura devida à turbulência gerada principalmente pelo fundo, podendo ser decomposto
segundo as direções longitudinais e transversais. Fischer et al., (1990) parametrizou o
coeficiente de difusão como função das escalas da dispersão longitudinal e transversal,
usadas para facilitar a calibração, e da velocidade de atrito característica. Somada a este
modelo é possível considerar valores constantes, fornecidos pelo modelador. Detalhes sobre
300 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
o modelo de transporte e os parâmetros considerados podem ser encontrados em Cunha et
al., (2002).
Tabela 5.3.4.2 - Parâmetros utilizados na simulação numérica do modelo de transporte advectivo-difusivo.
Parâmetros Valores
Dxx(m2/s) Calculado pelo
modelo
Dxy(m2/s) Calculado pelo
modelo
Dyy(m2/s) Calculado pelo
modelo
t (s) 30,0
Número de Peclèt Maximo 10,0
(escala da dispersão longitudinal) 1,0
β (escala da dispersão transversal) 1,0
Os parâmetros usados nas reações cinéticas do modelo de qualidade da água são
mostrados na tabela 5.3.4.3. A definição destes parâmetros representa um desafio na
utilização de modelos de qualidade de água com caráter preditivo considerando que os
próprios modelos são simplificações exageradas da realidade e, portanto, seus parâmetros
tentam condensar uma quantidade de fenômenos muitas vezes impossível de se expressar
por apenas um número. Assim, é possível supor que tais parâmetros terão um
comportamento dentro de uma faixa de valores ou ainda, supor que eles podem ser
considerados na média, de modo que os erros para mais e para menos se compensem.
Tabela 5.3.4.3 - Parâmetros utilizados na simulação numérica do modelo de qualidade da água para as substâncias já implementadas.
Símbolo Parâmetro Valor Unidades
kg(20) Taxa de crescimento do fitoplâncton a 20ºC 2,0 /d
kSn Constante de meia saturação de N 50,0 µgN/L
ksP Constante de meia saturação de P 50,0 µgP/L
MODELAGENS 301
Is Nível ótimo de luz 145 Ly/d
ksa Constante de meia saturação para predação de
zooplâncton sobre o fitoplâncton 10 (µgChla/L)
kgz(20) Taxa de predação do fitoplâncton pelo
zooplâncton a 20ºC 0,5 m³/gC.d
kra(20) Perdas de fitoplâncton por respiração e excreção
a 20 °C 0,2 /d
krz(20) Perdas do zooplâncton por respiração e excreção
a 20°C 0,03 /d
Ez Eficiência de predação do zooplâncton sobre
algas 0,5 -
kgzc(20) Perdas do zooplâncton por predação 0,05 /d
fon Fração de morte e respiração do fitoplâncton
reciclada para nitrogênio orgânico 0,5 -
kam Constante de meia saturação para preferência de
amônia 50 µgN/L
roc Quantidade de oxigênio consumido na
decomposição de um grama de carbono orgânico 2,67 gO/gC
rpa máx Razão máxima de fósforo/clorofila nas células dos
fitoplânctons 5,0 gP/gChla
rpa mín Razão mínima de fósforo/clorofila nas células dos
fitoplânctons 0,5 gP/gChla
rna máx Razão máxima de nitrogênio/clorofila nas células
dos fitoplânctons 12,0 gN/gChla
rna mín Razão mínima de nitrogênio/clorofila nas células
dos fitoplânctons 3,0 gN/gChla
302 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
rca Razão carbono/clorofila nas células dos
fitoplânctons 10 gC/gChla
fD5 Fração de DBO dissolvido na coluna de água 0,5 -
fD7 Fração de nitrogênio orgânico dissolvido na
coluna de água 1,0 -
fD8 Fração de fósforo orgânico dissolvido na coluna
de água, 0,85 -
fop Fração de morte e respiração da fitoplâncton
reciclada para fósforo orgânico 0,5 -
k12(20) Coeficiente de nitrificação em 20°C 0,1 /d
kD(20) Coeficiente de desnitrificação em 20°C 0,09 /d
k71(20) Coeficiente de amonificação em 20°C 0,08 /d
k83(20) Coeficiente de mineralização do fósforo orgânico
em 20°C 0,2 /d
ka(20) Coeficiente de reaeração em 20°C 1,2 /d
kD(20) Coeficiente de desoxigenação em 20°C 0,2 /d
kDBO Constante de meia saturação para oxidação da
DBO 0,5 mgO2/L
kNIT Constante de meia saturação da nitrificação por
limitação de oxigênio 2,0 mgO2/L
kNO3 Constante de meia saturação da desnitrificação
por limitação de oxigênio 0,1 mgO2/L
kea Taxa de mortalidade do fitoplâncton 0,1 /d
kez Taxa de mortalidade do zooplâncton 0,01 /d
SOD(20) Demanda de oxigênio no sedimento em 20°C 1,0 gO2/m²d
MODELAGENS 303
vs3 Velocidade de deposição de substância orgânica 0,01 m/d
vs4 Velocidade de sedimentação da biomassa 0,15 m/d
vfr Velocidade de precipitação do fósforo inorgânico 0,4 m/3
Figura 5.3.4.1 - Localização das estações onde as concentrações foram medidas e são comparadas com os valores obtidos pelo modelo de qualidade de água, com destaque paras as seções onde são especificados valores de concentração prescrita (entrada).
5.3.5 Dados Usados pelo Modelo de Fluxo
No cálculo dos fluxos e das novas substâncias implementadas no SisBAHIA®,
Carbono Inorgânico Dissolvido, Detrito e Metano, vários parâmetros foram utilizados. A
Tabela 5.3.5.1 mostra os parâmetros utilizados. A definição destes parâmetros representa o
principal desafio na utilização de modelos de qualidade de água com caráter preditivo.
Existem poucas campanhas de medição e a própria precariedade de muitas das próprias
304 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
técnicas de medição, limitam tanto a quantidade quanto a qualidade dos dados para
calibração destes parâmetros. E ainda, tais parâmetros irão assumir certos valores que
podem mudar com o tempo e que podem precisar de nova calibração. No entanto, muitos
destes valores são mais ou menos independentes de situações específicas (ou seja, são
mais ou menos universais), além de muitos serem adimensionais (ou seja, de independerem
de escala do problema). De maneira semelhante, é possível supor que tais parâmetros terão
um comportamento dentro de uma faixa de valores. Portanto, é sempre razoável a utilização
de valores destes parâmetros obtidos a partir de valores da literatura existente (Di Toro,
1978; Di Toro et al.,1990; Chapra et al., 2008).
Tabela 5.3.5.1 - Parâmetros utilizados no cálculo das equações da POC lábil e que reage lentamente, das equações da PON lábil e que reage lentamente, na equação da SOD e nas equações de fluxo.
Símbolo Parâmetro Valor Unidade
kdt Taxa de dissolução 0.5 [/d]
vdt Velocidade de sedimentação do detrito 0.01 [m/d]
rda Razão detrito/ clorofila no fitoplâncton 0.1 gD/mgChla
0 Fração da CO2 no Carbono Inorgânico total –
função do pH
0.5
rod Razão oxigênio/carbono 1.068 mgO2/mgC
rcd Razão entre carbono detrito 2.5 gD/gC
H2 Altura da camada anaeróbia 0.001 m
kPOC,G1 Taxa de mineralização da POC lábil 0.005 /d
w2 Velocidade de enterramento 0.001 m/d
C20,0 Concentração inicial da fração lábil de POC
da camada anaeróbia
0.1 gO2/m³
fC1 Fração de lábil do fluxo de POC 0.30
C21,0 Concentração inicial de POC que reage
lentamente da camada anaeróbia
1.0 gO2/m³
kPOC,G2 Taxa de mineralização da POC que reage
lentamente
0.0001 /d
fC2 Fração do fluxo de POC que reage
lentamente
1- fc1-015
kPON,G1 Taxa de mineralização da PON lábil 0.05 /d
w2 Velocidade de enterramento para PON 0.001 m/d
MODELAGENS 305
C22,0 Concentração inicial da fração lábil de PON
da camada anaeróbia
0.1 gN/m³
fN1 Fração de lábil do fluxo de PON 0.30
kPON,G2 Taxa de mineralização da PON que reage
lentamente
0.01 /d
C23,0 Concentração inicial de PON que reage
lentamente da camada anaeróbia
1.0 gN/m³
fN2 Fração do fluxo de PON que reage
lentamente
1- fN1-015
AN 1.714 gO2/gN
AR 15.2 gO2/gN
KC 0.575 m/dia
KN 0.897 m/dia
C24,0 Concentração inicial de metano na camada
aeróbia
1.0 gO2/m³
O2(0) Concentração de oxigênio dissolvido próximo
ao fundo
0.1COD
CH4,1 Velocidade de reação para oxidação de
metano nos sedimentos aeróbios
0.575 m/d
KL12= KD Coeficiente de transferência de massa por
difusão
0.139 cm/d
KM Taxa de oxidação do metano 0.283 /d
5.3.6 Modelos de qualidade da água e de fluxo – Resultados
As figuras 5.3.6.1 a 5.3.6.4 mostram resultados de concentração de varias
substâncias e os valores de temperatura obtidos pelo SisBAHIA® para a simulação descrita
no item anterior, no dia 28 de novembro. O primeiro ponto a se notar, é que o SisBAHIA® é
capaz de mostrar a distribuição espacial as concentrações e dos valores de temperatura,
obtendo resultados estáveis e consistentes. Isto é razoável, na medida em que os
meandros, presentes no reservatório, passam a acumular substâncias, e apresentam um
decréscimo das concentrações de oxigênio dissolvido. É possível observar a clara existência
de um canal preferencial de escoamento, onde possivelmente não haverá problema de
estagnação. Em alguns dos dendritos, foram detectados possíveis pontos de estagnação
para os quais pode haver tempos de residência mais longos.
306 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
As figuras 5.3.6.5 a 5.3.6.22 mostram a variação temporais, nas estações F30, F40 e
F50, para diversas substâncias, no reservatório de Funil. Observa-se que o modelo é
estável, sendo capaz de simular tais substâncias por um longo período. Ainda, estes
resultados indicam o predomínio de boas condições de oxigenação. Sabe-se que os
modelos, por constituírem-se em representações simplificadas da realidade, necessitam do
correto emprego de coeficientes diversos para o desenvolvimento de prognósticos de
qualidade da água. A listagem dos coeficientes aqui empregados é baseada em indicações
da literatura técnica e na experiência prévia da equipe na elaboração de estudos
semelhantes. A determinação numérica dos coeficientes a serem adotados reveste-se
evidentemente de um grau de incerteza, notadamente para o caso de parâmetros de
qualidade da água, os quais estão sujeitos a influências de natureza estocástica (chuvas,
ventos, radiação solar).
Figura 5.3.6.1 - Valores de temperatura (°C) obtidas numericamente pelo SisBAHIA® no Reservatório de Funil no dia 28 de novembro.
MODELAGENS 307
Figura 5.3.6.2 - Concentrações de DBO (mg/L) obtidas numericamente pelo SisBAHIA® no Reservatório de Funil no dia 28 de novembro.
Figura 5.3.6.3 - Concentrações de OD (mg/L) obtidas numericamente pelo SisBAHIA® no Reservatório de Funil no dia 28 de novembro.
308 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.3.6.4 - Concentrações de Nitrato (mg/L) obtidas numericamente pelo SisBAHIA® no Reservatório de Funil no dia 28 de novembro.
Figura 5.3.6.5 - Comparação entre valores de temperatura, em °C, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® e valores medidos no reservatório de Funil na estação F30. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Temperatura_SisBaHia Temperatura_Medida
MODELAGENS 309
Figura 5.3.6.6 - Comparação entre as concentrações de OD e DBO, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F30. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.7 - Comparação entre as concentrações de Amônia e Nitrato, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F30. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
OD__SisBaHia DBO__SisBaHia
OD_Medido DBO_Medido
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Amônia_SisBaHia Nitrato_SisBaHia
Amônia_Medido Nitrato_medido
310 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.3.6.8 - Comparação entre as concentrações de Fósforo Inorgânico, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F30. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.9 - Comparação entre valores de fluxo de metano do sedimento aeróbio para a água, J[CH4(água)], em mgC/m².dia, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F30. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
P_Inorgânico_SisBaHia P_Inorgânico_Medido
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Fluxo Metano_SisBaHia Fluxo Metano_Medido
MODELAGENS 311
Figura 5.3.6.10 - Valores de fluxo de CO2 da água, em mgC/m².dia, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® no reservatório de Funil na estação F30. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.11 - Comparação entre valores de temperatura, em °C, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® e valores medidos no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
500.00
1000.00
1500.00
2000.00
2500.00
3000.00
3500.00
4000.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Temperaura_SisBaHia Temperatura_Medida
312 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.3.6.12 - Comparação entre as concentrações de OD e DBO, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.13 - Comparação entre as concentrações de Amônia e Nitrato, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
OD_SisBaHia DBO_SisBaHia
OD_Medido DBO_Medido
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Amônia_SisBaHia Nitrato_SisBaHia
Amônia_Medido Nitrato_medido
MODELAGENS 313
Figura 5.3.6.14 - Comparação entre as concentrações de Fósforo Inorgânico, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.15 - Comparação entre valores de fluxo de metano do sedimento aeróbio para a água, J[CH4(água)], em mgC/m².dia, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
P_Inorgânico__SisBaHia P_Inorgânico_Medido
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
450.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Fluxo Metano_SisBaHia Fluxo Metano_Medido
314 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.3.6.16 - Valores de fluxo de CO2 da água, em mgC/m².dia, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.17 - Comparação entre valores de temperatura, em ºC, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® e valores medidos no reservatório de Funil na estação F50. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
-5000.00
-4000.00
-3000.00
-2000.00
-1000.00
0.00
1000.00
2000.00
3000.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Temperatura_SisBaHia Temperatura_Medidao
MODELAGENS 315
Figura 5.3.6.18 - Comparação entre as concentrações de OD e DBO, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F50. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.19 - Comparação entre as concentrações de Amônia e Nitrato, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F40. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
OD_SisBaHia DBO_SisBaHia
OD_Medido DBO_Medido
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Amônia_SisBaHia Nitrato_SisBaHia
Amônia_Medido Nitrato_medido
316 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.3.6.20 - Comparação entre as concentrações de Fósforo Inorgânico, em mg/L, obtidas numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F50. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
Figura 5.3.6.21 - Comparação entre valores de fluxo de metano do sedimento aeróbio para a água, J[CH4(água)], em mgC/m².dia, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® e concentrações medidas no reservatório de Funil na estação F50. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
P_Inorgânico_SisBaHia P_Inorgânico_Medido
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
Fluxo Metano_SisBaHia Fluxo Metano_Medido
MODELAGENS 317
Figura 5.3.6.22 - Valores de fluxo de CO2 da água, em mgC/m².dia, obtidos numericamente pelo SisBAHIA® no reservatório de Funil na estação F50. A posição da estação está mostrada na Figura 5.3.4.1.
5.4 Modelagens Estatísticas para Identificação de Variáveis Relevantes na
Definição dos Fluxos de GEE em Reservatórios.
Foi realizada uma modelagem estatística tendo como base de um lado, fluxos de GEE
nos reservatórios, tanto os fluxos na interface sedimento-água quanto os fluxos na interface
água-atmosfera; e de outro, variáveis de estado dos reservatórios potencialmente relevantes
para explicar a variabilidade dos fluxos citados. A tabela 5.4.1 apresenta os fluxos e as
variáveis de estado. Foram disponibilizados para o estudo valores representativos de fluxos
e variáveis de estado em cada reservatório para cada campanha obtidos dos conjuntos de
medições pontuais feitas pelas equipes de campo fazendo uso ou da média ou da mediana.
A média das medições pontuais foi adotada como valor representativo para as variáveis de
estado e dos fluxos na interface Sedimento-água. No caso dos fluxos na água, adotou-se a
mediana.
-5000.00
-3000.00
-1000.00
1000.00
3000.00
5000.00
7000.00
9000.00
1-jun 21-jun 11-jul 31-jul 20-ago 9-set 29-set 19-out 8-nov 28-nov 18-dez 7-jan
318 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.4.1 - Fluxos de Gases de Efeito Estufa e Variáveis de Estado.
Equipe VARIÁVEIS SIGLA Lambda
IIEGA
Concentração de CH4 no Sedimento CMSED 0
Concentração de CO2 no Sedimento CCSED 0
Fluxo Difusivo CH4 na Interface Sedimento-Água FDMSED
0
Fluxo Difusivo CO2 na Interface Sedimento-Água FDCSED
0
Taxa de Oxidação de CH4 no Sedimento TOMSED 0
DBO no Sedimento DBOSED 0
Carbono Orgânico no Sedimento COSED 0
Temperatura da Água na Interface Sedimento-Água TAISA
1,5
Oxigênio Dissolvido na Interface Sedimento-Água ODISA
1,0
Acetato no Sedimento ACESED -
COPPE
Taxa de Sedimentação Carbono Fresco TSCF -
Taxa de Sedimentação Carbono Permanente TSCP 0,5
Carga Mássica Carbono Total CMCT 0
Fluxo Difusivo CH4 na Água (Reservatório) FDMAGR 0
Fluxo Difusivo CO2 na Água (Reservatório) FDCAGR 1
Fluxo Ebulitivo CH4 na Água (Reservatório) FEMAGR 0
Fluxo Ebulitivo CO2 na Água (Reservatório) FECAGR 0
Fluxo Difusivo CH4 na Água (Jusante) FDMAGJ 0
Fluxo Difusivo CO2 na Água (Jusante) FDCAGJ 0,5
Temperatura do Ar TAR 2,0
INPE Fluxo Difusivo CH4 na Água (Reservatório) FDMAGR2 0
Temperatura da Água Campanhas INPE TAS2 3,0
UFJF
Oxigênio Dissolvido ODR 0
Turbidez TURB 0,3
Temperatura da Água TAS3 3,0
Temperatura do Ar TAR3 1
Biomassa Total (Fito+Bact+Zoo) BIOT 0
pCO2 PCO2 -
Material em Suspensão MSUS -
Carbono Total CTOT 0,5
Carbono Orgânico Dissolvido COD 0,3 Carbono Orgânico Total COT 0,5
Carbono Orgânico Particulado COP 0
Nitrogênio Inorgânico Dissolvido NID 0
Nitrogênio Orgânico Total NOT 0
Fosfato ORTOFOSF 0
Fósforo Total FOSTOT 0
UFPA Abundância Metanogênica ABUMNG -
Abundância Metanotrófica ABUMNT -
MODELAGENS 319
O conjunto de dados foi armazenado em uma matriz com 32 linhas, uma para cada
campanha, e 39 colunas, uma para cada das nove variáveis de fluxo, e uma para cada das
trinta variáveis de estado. Esta matriz não é completa já que em algumas campanhas nem
todas as variáveis e fluxos foram coletados. A Figura 5.4.1 ilustra a ocorrência de falhas na
matriz. Para se conseguir uma matriz completa fez-se necessário a sua simplificação.
Figura 5.4.1 - Matriz de Medições de Variáveis de Estado e Fluxos.
A primeira campanha de Xingó foi retirada da matriz por apresentar falha em 15
variáveis. A seguir usou-se como critério retirar variáveis de estado que apresentavam falhas
em mais de duas campanhas. Por este critério foram abandonadas as variáveis pCO2,
TSCF, ACSED, MSUS, ABUMNG, ABUMNT. Adicionou-se ainda à matriz de medições uma
coluna, denominada IDADE, contendo as idades dos reservatórios no ano de 2013, para ser
utilizada ainda como potencial variável explicativa das variações dos fluxos. A matriz
resultante englobou 32 linhas e 34 colunas, correspondendo a 9 variáveis de fluxo e 25
variáveis explicativas (Figura 5.4.2).
30
25
20
15
10
5
1
Ob
se
rva
tio
ns (
reo
rde
red
)
RE
SE
RV
AT
OR
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IGLA
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FD
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MA
GR
FE
CA
GR
FD
MA
GJ
FD
CA
GJ
TA
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AG
R2
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3 T
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3 B
IOT
CO
D C
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OT
CM
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ED
FD
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ED
FD
CS
ED
TO
MS
ED
DB
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ED
CO
SE
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AIS
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DIS
A T
SC
P T
AS
2 O
RT
OF
OS
F T
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B A
BU
MN
G A
BU
MN
T C
TO
T M
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S P
CO
2 T
SC
F A
CE
SE
D
320 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 5.4.2 - Matriz de Medições de Variáveis de Estado e Fluxos Simplificada incluindo Idade.
As quinze falhas remanescentes foram preenchidas usando médias aritméticas das
medições das variáveis correspondentes; para a falha na variável ORTOFOSF da segunda
campanha de Balbina foi usada uma regressão linear com a variável FOSTOT.
Foram feitos testes para cada fluxo e variável de estado baseados na técnica de
máxima verossimilhança visando transformações de potência ou logaritmica que
verificassem a condição de normalidade das distribuições. Foi justificada a transformação
logarítmica para a maioria das variáveis. A quarta coluna da tabela 5.4.1 indica a potência da
transformação escolhida, onde lambda igual corresponde à transformação logarítmica. A
transformação logarítmica foi aplicada à variável IDADE.
Para a identificação das variáveis relevantes para cada fluxo foi aplicada a técnica
“stepwise” de seleção de modelos de regressão linear usando como critério a redução do
AIC (critério de informação de Akaike) e tomando-se como modelo inicial simplesmente o
termo de intercessão. No caso dos fluxos da interface água no reservatório, os fluxos da
interface sedimento-água também foram considerados como potenciais variáveis
explicativas e no caso dos fluxos difusivos a jusante também forma considerados como
30
25
20
15
10
5
1
Ob
se
rva
tio
ns (
reo
rde
red
)
RE
SE
RV
AT
OR
IO S
IGLA
CA
MP
AN
HA
CM
CT
FD
MA
GR
FD
CA
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FE
MA
GR
FE
CA
GR
FD
MA
GJ
FD
CA
GJ
TA
R F
DM
AG
R2
OD
R T
AS
3 T
AR
3 B
IOT
CO
D C
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CO
P N
ID N
OT
FO
ST
OT
ID
AD
E C
MS
ED
CC
SE
D F
DM
SE
D F
DC
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D T
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SE
D D
BO
SE
D C
OS
ED
TA
ISA
OD
ISA
TS
CP
TA
S2
TU
RB
OR
TO
FO
SF
CT
OT
MODELAGENS 321
potenciais variáveis explicativas os fluxos da interface sedimento-água e os fluxos da
interface água no reservatório. Na tabela 5.4.2 estão apresentados para cada fluxo as
variáveis de estado que foram identificadas como explicativas e o coeficiente de
determinação resultante. As tabelas 5.4.3 a 5.4.11 detalham os ajustes obtidos.
Tabela 5.4.2 - Variáveis Explicativas Escolhidas para cada Fluxo e R2 FLUXO VARIÁVEIS R2
FDMSED ODISA, NID, IDADE, TOMSED 0,74
FDCSED COSED, TAISA, ODISA, TAS3, COP, DBOSED 0,69
FDMAGR2 FDMSED, TOMSED, COSED, ODISA, TAS2, COT 0,56
FDMAGR CMSED, CCSED, DBOSED, COSED, TAR, TAS3, COP, NOT 0,67
FDCAGR CMSED, CCSED, DBOSED, COSED ,TAS2, TAR3, NOT 0,76
FEMAGR FDMSED, BIOT, TAR, ODR 0,78
FECAGR CMSED, CCSED, DBOSED, TAR, ODR, NID, NOT 0,82
FDMAGJ FDMSED, FDCSED, TOMSED, TSCP, CMCT, FECAGR, TAR, FDMAGR2, TAS2,
BIOT, CTOT
0,94
FDCAGJ FDCSED, CMCT, TAS2, ODR, TURB, BIOT 0,77
Tabela 5.4.3 - Fluxo Difusivo de Metano na Interface Sedimento-Água.
*** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDMSED ~ ODISA + NID + IDADE + TOMSED, data = transformado, na.action = na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-0.745 -0.3636 0.06019 0.2978 1.053
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 0.7836 1.3370 0.5861 0.5629
ODISA -0.3749 0.0547 -6.8502 0.0000
NID 0.8902 0.1393 6.3892 0.0000
IDADE -0.7813 0.2358 -3.3139 0.0027
TOMSED 0.4205 0.1526 2.7564 0.0105
Residual standard error: 0.4871 on 26 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.7395 Adjusted R-squared: 0.6994
F-statistic: 18.45 on 4 and 26 degrees of freedom, the p-value is 2.697e-007
322 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.4.4 - Fluxo Difusivo de Dióxido de Carbono na Interface Sedimento-Água.
*** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDCSED ~ COSED + TAISA + ODISA + TAS3 + COP + DBOSED, data = transformado, na.action
= na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-0.2956 -0.136 -0.03098 0.08456 0.4712
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 4.9094 0.3632 13.5180 0.0000
COSED 0.3547 0.0785 4.5180 0.0001
TAISA 0.0210 0.0037 5.7150 0.0000
ODISA -0.0866 0.0252 -3.4328 0.0022
TAS3 -0.0001 0.0000 -5.1382 0.0000
COP -0.1808 0.0742 -2.4351 0.0227
DBOSED 0.4373 0.1239 3.5310 0.0017
Residual standard error: 0.2089 on 24 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.6917 Adjusted R-squared: 0.6147
F-statistic: 8.976 on 6 and 24 degrees of freedom, the p-value is 0.00003433
Tabela 5.4.5 - Fluxo Difusivo de Metano na Interface Água-Atmosfera (INPE).
*** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDMAGR2 ~ FDMSED + TOMSED + COSED + ODISA + TAS2 + COT, data = transformado,
na.action = na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-0.7521 -0.2233 -0.0268 0.2309 0.6874
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 2.9728 1.0555 2.8165 0.0096
FDMSED 0.4983 0.1279 3.8954 0.0007
TOMSED -0.4130 0.1419 -2.9096 0.0077
COSED -0.5481 0.1874 -2.9243 0.0074
ODISA 0.3587 0.0724 4.9542 0.0000
TAS2 0.0001 0.0000 4.6237 0.0001
COT -0.8250 0.2684 -3.0733 0.0052
Residual standard error: 0.3844 on 24 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.5665 Adjusted R-squared: 0.4581
F-statistic: 5.227 on 6 and 24 degrees of freedom, the p-value is 0.001446
Na avaliação dos fluxos de metano difusivo obtidos pelo INPE resultou em 6
variáveis: FDMSED, TOMSED, COSED, ODISA, TAS2 e COT (Tabela 5.4.5). A aplicação de
regressão multilinear com estes parâmetros resultou em um coeficiente de determinação (r2)
de 0,56. Destas variáveis foi observado coeficiente positivo para o fluxo difusivo de metano
na interface sedimento-água (FDMSED), oxigênio dissolvido na interface sedimento-água
(ODISA) e na temperatura da água (TAS2). Tanto o fluxo de metano no sedimento, como a
temperatura estão, de alguma forma, ligados a emissão de metano para a atmosfera. Já o
oxigênio dissolvido no sedimento está relacionado com a oxidação de metano, ou pode estar
relacionado à oxidação do monóxido de carbono (CO) a CO2 em um sedimento rico em
matéria orgânica. Coeficientes negativos foram observados com a taxa de oxidação do
MODELAGENS 323
metano no sedimento (TOMSED), carbono orgânico no sedimento (COSED) e carbono total
(COT). A variável TOMSED está relacionada com a oxidação do metano no sedimento e,
portanto sua relação com os fluxos de metano na superfície da água seriam esperados
negativos. O carbono orgânico no sedimento (COSED) indica a presença de material
orgânico no sedimento sujeito a transformações, podendo levar ou não a disponibilização de
substratos a serem utilizados pelos microrganismos metanogênicos. O coeficiente negativo
para o carbono total (COT) deve estar relacionado a outros processos envolvidos na
decomposição deste carbono orgânico que podem levar preferencialmente a produção de
CO2, como por exemplo, os processos relacionados com a redução de sulfato.
Tabela 5.4.6 - Fluxo Difusivo de Metano na Interface Água-Atmosfera (COPPE).
*** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDMAGR ~ CMSED + CCSED + DBOSED + COSED + TAR + TAS3 + COP + NOT, data =
transformado, na.action = na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-1.038 -0.1135 -0.0004427 0.2896 0.8651
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) -0.4753 3.2069 -0.1482 0.8835
CMSED 0.4220 0.2848 1.4819 0.1526
CCSED -0.8361 0.5288 -1.5811 0.1281
DBOSED -0.0943 0.2517 -0.3745 0.7116
COSED 0.1027 0.2172 0.4727 0.6411
TAR 0.0009 0.0006 1.4486 0.1616
TAS3 0.0001 0.0000 2.3074 0.0308
COP -0.1885 0.1831 -1.0300 0.3142
NOT 0.6443 0.1990 3.2381 0.0038
Residual standard error: 0.4797 on 22 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.6721 Adjusted R-squared: 0.5529
F-statistic: 5.638 on 8 and 22 degrees of freedom, the p-value is 0.0005883
Tabela 5.4.7 - Fluxo Difusivo de Dióxido de Carbono na Interface Água-Atmosfera *** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDCAGR ~ CMSED + CCSED + DBOSED + COSED + TAS2 + TAR3 + NOT, data = transformado,
na.action = na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-1397 -441.3 2.603 426.2 1690
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 28534.2076 4726.7938 6.0367 0.0000
CMSED 1263.3043 424.4395 2.9764 0.0068
CCSED -3698.1267 735.0209 -5.0313 0.0000
DBOSED -1422.9988 404.0574 -3.5218 0.0018
COSED 854.5815 343.5908 2.4872 0.0206
TAS2 0.1557 0.0383 4.0608 0.0005
TAR3 -221.7292 53.4735 -4.1465 0.0004
NOT -744.6422 285.3914 -2.6092 0.0157
Residual standard error: 758.8 on 23 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.7664 Adjusted R-squared: 0.6953
F-statistic: 10.78 on 7 and 23 degrees of freedom, the p-value is 5.724e-006
324 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.4.8 - Fluxo Ebulitivo de Metano na Interface Água-Atmosfera. *** Linear Model ***
Call: lm(formula = FEMAGR ~ FDMSED + BIOT + TAR + ODR, data = transformado, na.action =
na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-2.183 -1.082 0.05479 0.9674 3.779
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) -13.8103 4.9949 -2.7649 0.0103
FDMSED 1.7261 0.3305 5.2234 0.0000
BIOT -2.1984 0.3186 -6.9010 0.0000
TAR 0.0055 0.0014 3.8125 0.0008
ODR 7.1659 2.1573 3.3217 0.0027
Residual standard error: 1.495 on 26 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.7847 Adjusted R-squared: 0.7515
F-statistic: 23.68 on 4 and 26 degrees of freedom, the p-value is 2.398e-008
Tabela 5.4.9 - Fluxo Ebulitivo de Dióxido de Carbono na Interface Água-Atmosfera. *** Linear Model ***
Call: lm(formula = FECAGR ~ CMSED + CCSED + DBOSED + TAR + ODR + NID + NOT, data = transformado,
na.action = na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-1.177 -0.3172 -0.03145 0.5067 0.9021
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 5.7606 3.5880 1.6055 0.1220
CMSED 2.1226 0.3618 5.8659 0.0000
CCSED -3.2641 0.5654 -5.7730 0.0000
DBOSED -1.0792 0.3080 -3.5035 0.0019
TAR 0.0031 0.0006 5.2395 0.0000
ODR 5.4576 1.0096 5.4058 0.0000
NID -0.5877 0.2022 -2.9068 0.0079
NOT -0.8984 0.2222 -4.0429 0.0005
Residual standard error: 0.608 on 23 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.819 Adjusted R-squared: 0.7638
F-statistic: 14.86 on 7 and 23 degrees of freedom, the p-value is 3.545e-007
MODELAGENS 325
Tabela 5.4.10 - Fluxo Difusivo de Metano à Jusante na Interface Água-Atmosfera. *** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDMAGJ ~ FDMSED + FDCSED + TOMSED + TSCP + CMCT + FECAGR + TAR + FDMAGR2 + TAS2 +
BIOT + CTOT, data = transformado, na.action = na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-1.092 -0.1975 0.04433 0.2943 0.787
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 19.6478 2.8924 6.7928 0.0000
FDMSED 0.6497 0.1713 3.7924 0.0012
FDCSED -2.9280 0.4666 -6.2758 0.0000
TOMSED -0.5570 0.1989 -2.8004 0.0114
TSCP -0.0878 0.0180 -4.8867 0.0001
CMCT -0.3775 0.0824 -4.5822 0.0002
FECAGR -0.8978 0.1448 -6.2005 0.0000
TAR 0.0052 0.0008 6.2746 0.0000
FDMAGR2 0.8488 0.2363 3.5922 0.0019
TAS2 0.0002 0.0000 7.3237 0.0000
BIOT -1.2715 0.1371 -9.2742 0.0000
CTOT 1.2670 0.2307 5.4917 0.0000
Residual standard error: 0.5775 on 19 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.9415 Adjusted R-squared: 0.9077
F-statistic: 27.81 on 11 and 19 degrees of freedom, the p-value is 2.224e-009
Tabela 5.4.11 - Fluxo Difusivo de Dióxido de Carbono à Jusante na Interface Água-Atmosfera
*** Linear Model ***
Call: lm(formula = FDCAGJ ~ FDCSED + CMCT + TAS2 + ODR + TURB + BIOT, data = transformado, na.action =
na.exclude)
Residuals:
Min 1Q Median 3Q Max
-29.59 -9.868 1.411 9.785 28.72
Coefficients:
Value Std. Error t value Pr(>|t|)
(Intercept) 509.1993 80.5513 6.3214 0.0000
FDCSED -33.1466 10.4470 -3.1728 0.0041
CMCT -14.5501 2.2421 -6.4896 0.0000
TAS2 0.0035 0.0006 5.9972 0.0000
ODR -85.3913 23.2936 -3.6659 0.0012
TURB 20.9436 5.4879 3.8163 0.0008
BIOT -8.0466 3.8548 -2.0874 0.0476
Residual standard error: 16.84 on 24 degrees of freedom
Multiple R-Squared: 0.7717 Adjusted R-squared: 0.7146
F-statistic: 13.52 on 6 and 24 degrees of freedom, the p-value is 1.136e-006
326 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
5.5 Modelagens Estatísticas para Identificação de Fatores Ambientais
Envolvidos na Produção de GEE nos Sedimentos
Inicialmente foi realizada uma análise estatística descritiva dos dados de sedimento a
serem obtidos, onde foram calculados os valores de média, desvio padrão e coeficiente de
variação de todos os pontos de coleta e dos reservatórios como um todo para todas as
variáveis estudadas.
Para analisar as possíveis relações existentes entre as concentrações de CH4, CO2,
N2O e seus fluxos difusivos com as variáveis do sedimento e da água, foi aplicada a análise
de correlação linear simples entre essas variáveis para um nível de significância α de 5%,
cujos resultados foram apresentados na forma de matriz de correlação. Posteriormente à
análise de correlação, foi aplicada a análise de regressão múltipla passo a passo segundo
Valentin (2000), visando a identificação das variáveis ambientais que exercem maior
influência sobre as variáveis dependentes. Nessa análise as seguintes variáveis
dependentes foram consideradas: concentrações integradas de CH4, CO2 e N2O nos
sedimentos e os fluxos difusivos desses gases através da interface sedimento-água. Apenas
as variáveis físicas e químicas da água intersticial e do sedimento que apresentarem
correlação significativa com as variáveis dependentes obtidas na matriz de correlação foram
incluídas na análise de regressão múltipla passo a passo. A inclusão das variáveis
independentes mais fortemente correlatas passo a passo foi realizada automaticamente pelo
programa Statistica 7.0 (StatSoft Inc.), baseada nos valores de correlação parcial da variável
dependente com as variáveis anteriormente introduzidas na análise. A partir dessa análise
foi possível, na maioria dos casos, estimar a influência que uma variável ambiental
(independente), exerce sobre a variabilidade de uma variável dependente, no caso,
concentrações integradas dos gases e seus fluxos difusivos.
5.5.1 Batalha
Na tabela 5.5.1.1 estão apresentados os resultados da análise de regressão múltipla
passo a passo para as variáveis dependentes do reservatório de Batalha. Para a variável
dependente “concentração de CH4”, a única variável independente escolhida pelo programa
foi a matéria orgânica, que foi responsável por 59% da variabilidade da concentração de CH4
no sedimento. Essa porcentagem para uma única variável independente, no caso, a matéria
orgânica, pode ser considerada como elevada, uma vez que ela foi responsável por mais da
MODELAGENS 327
metade da explicação da ocorrência CH4 nos sedimentos. Os demais 41% de variabilidade
não explicáveis a partir das demais variáveis independentes estão relacionadas a outros
fatores ambientais desconhecidos ou não considerados no estudo.
Da mesma forma, a matéria orgânica foi a única variável escolhida responsável por
50% da variabilidade de CO2 nos sedimentos.
Para a concentração de N2O, as variáveis: nitrato, carbono orgânico total e fosfato
foram as três incluídas na análise, que juntas totalizam 53% da explicação da variabilidade
desse gás nos sedimentos em Batalha. Tanto o carbono orgânico total como o nitrato são
variáveis importantes para a produção de N2O pelo processo de desnitrificação, uma vez
que o carbono orgânico atua como substrato ao processo, sendo que o nitrato atua como
aceptor de elétrons. Portanto, o resultado da análise corrobora o resultado esperado.
A matéria orgânica foi, também, responsável por 39% e 32% da variabilidade dos
fluxos difusivos de CH4 e de CO2 na interface sedimento-água, respectivamente, ou seja,
uma influência também muito significativa para ambos os gases (Tabela 5.5.1.2). No caso do
fluxo difusivo de CO2, o íon cálcio também foi uma das variáveis independentes incluídas na
análise de regressão, responsável por 10% da sua variabilidade. A influência do íon cálcio
sobre o CO2 pode estar relacionada à dissolução de carbonato de cálcio nos sedimentos.
Já no caso do fluxo difusivo de N2O, as duas variáveis incluídas na análise de
regressão múltipla foram os íons acetato e nitrato, que juntas foram responsáveis por 33%
da explicação. De forma semelhante aos resultados da análise com a concentração de N2O,
essas variáveis ambientais atuaram como substrato e aceptor de elétrons no processo de
desnitrificação nos sedimentos, respectivamente, contribuindo para a variabilidade do fluxo
difusivo de N2O na interface sedimento-água.
Portanto, a presença de CH4 e de CO2 nos sedimentos do reservatório de Batalha e
seus fluxos difusivos através da interface sedimento-água foram fortemente influenciados
pelo teor de matéria orgânica existente. Esse resultado era esperado, uma vez que a
produção desses gases nos sedimentos está, em geral, associada à disponibilidade de
matéria orgânica, a qual é decomposta pelos microorganismos.
Já no caso do N2O nos sedimentos, tanto a concentração como o fluxo difusivo
estiveram relacionados à presença de nitrato como aceptor de elétrons e de matéria
orgânica lábil, no caso, carbono orgânico total e acetato, que atuaram como substratos para
o processo de desnitrificação e produção de N2O.
328 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.1.1 - Batalha Regressão múltipla passo a passo. Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.1.2 - Batalha Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Mat.Orgânica (mg/g sed) -4,30375 0,1643 0,5870 62,5290 < 0,0001 59
Total de explicação (%): 59
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -4,30375 + Mat.orgânica sed x 0,16425
p < 0,0001
Variável dependente: concentração de CO2 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Mat.Orgânica (mg/g sed) 16,941 0,6625 0,4999 43,9870 < 0,0001 50
Total de explicação (%): 50
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = 6,6246 +mat.org. x 0,612015
p < 0,0001
Variável dependente: concentração de N2O N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/L) -0,2502 0,0003 0,2516 14,7930 < 0,0001 25
2 C org.total (mg/g sed) 0,0110 0,4211 15,6370 0,0011 17
3 Fosfato (ug-P/L) 0,0001 0,5295 15,7550 0,0033 11
Total de explicação (%): 53
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -0,2502 + Nitrato x 0,000274 + COT x 0,010951 + Fosfato x 0,00009
p < 0,0001
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Mat.Orgânica (mg/g sed) -1,72677 0,0517 0,3891 28,0270 < 0,0001 39
Total de explicação (%): 39
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d)= -1,72677 + Mat.org.x 0,05168
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Mat.Orgânica (mg/g sed) 0,135438 0,1910 0,3225 20,9429 p < 0,001 32
2 Cálcio (mg/L) 0,1598 0,4260 15,9544 0,0080 10
Total de explicação (%): 43
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d)= 0,135438 + Mat. org. x 0,191044 + cálcio x 0,159847
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Acetato (mg/L) -0,9836 0,0055 0,2810 17,1928 < 0,0001 28
2 Nitrato (ug-N/L) 0,0014 0,3257 10,3824 0,0021 4
Total de explicação (%): 33
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -0,29836 + Acetato x 0,0055 + nitrato x 0,0014
p = 0,05
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 329
5.5.2 Santo Antonio
Nas Tabelas a seguir estão apresentados os resultados da análise de regressão
múltipla passo a passo para as variáveis dependentes do reservatório de Santo Antonio. Na
análise de regressão múltipla passo a passo tendo a variável dependente a “concentração
de CH4 no sedimento”, a única variável independente escolhida foi o carbono orgânico total
do sedimento, responsável por 68% da sua variabilidade (Tabela 5.5.2.1). Da mesma forma,
o carbono orgânico do sedimento foi responsável por 65% da variabilidade do fluxo difusivo
de CH4 (Tabela 5.5.2.2). Esse resultado mostra que tanto a concentração de CH4 como o
seu fluxo difusivo através da interface sedimento-água estiveram muito relacionadas ao teor
de carbono orgânico existente nos sedimentos.
Tabela 5.5.2.1 - Santo Antônio Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 47
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 C org.total (mg/g sed) -3,6617 1,0446 0,6832 97,0541 < 0,0001 68
Total de explicação (%): 68
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -3,366174 + C org.total sed x 1,0446
Variável dependente: concentração de CO2 N = 47
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 24,8282 2,1091 0,1432 7,5227 0,0017 14
2 Cálcio (mg/m2) 0,4479 0,2057 5,6955 0,0108 6
3 Magnésio (mg/m2) -1,2255 0,3015 6,1873 0,0194 10
Total de explicação (%): 30
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = 24,8282 + 2,1091 x Amônio + 0,4479 x Cálcio - 1,2255 x Magnésio
Variável dependente: concentração de N2O N = 47
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 C org.total (mg/g sed) 0,5857 0,0178 0,2245 13,0253 0,0042 22
2 O2 diss. -0,0903 0,3346 11,0640 0,0070 11
3 NTK 0,2992 0,3997 9,5417 0,0110 7
Total de explicação (%): 40
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 0,5887 + C org. total x 0,00178 + O2 diss. x -0,0903 + NTK x 0,2992
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
330 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.2.2 - Santo Antônio Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Já no caso da variável dependente “concentração de CO2 no sedimento”, três
variáveis independentes tiveram influência na sua variabilidade: o íon amônio (14% de
explicação), o íon cálcio (11%) e o íon magnésio (7%), os quais totalizam 30% da
variabilidade do CO2. No caso do fluxo difusivo de CO2, novamente o íon cálcio foi escolhido
na análise, responsável por 15 % da sua variabilidade, sendo que o oxigênio dissolvido foi
responsável por 6% da sua variabilidade, os quais totalizam 21% de explicação.
Portanto, no caso do CO2, outras variáveis, que não a matéria orgânica ou carbono
orgânico exercem influência no seu acúmulo e fluxo difusivo através da interface sedimento-
água, relacionados principalmente às características físicas sedimentológicas do leito do rio.
Com relação à concentração de N2O no sedimento, o carbono orgânico total (22,45%
de explicação), o oxigênio dissolvido, que correlacionou inversamente (11% de explicação) e
o nitrogênio total Kjeldahl (7% de explicação) foram as variáveis escolhidas na análise, as
quais totalizam 40% de explicação da variabilidade de N2O. Já o fluxo difusivo de N2O teve
como variáveis escolhidas pelo modelo linear o nitrogênio total Kjeldahl (15% de explicação)
e o oxigênio dissolvido inversamente correlacionado (10% de explicação), os quais totalizam
25% de explicação da variabilidade. Portanto, no caso do N2O a concentração de nitrogênio
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 47
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 C org.total (mg/g sed) -1,2632 0,2815 0,6490 83,2102 < 0,0001 65
Total de explicação (%): 65
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -3,366174 + C org.total sed x 0,2815
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Cálcio (mg/m2) 33,8877 0,0282 0,1539 8,1867 < 0,0001 15
2 O2 dissolvido -3,0537 0,2143 5,9990 0,0003 6
Total de explicação (%): 21
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d)= 33,8877 + 0,0282 x Cálcio - 3,0537 x O2 diss.
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 NTK 11,7554 7,3761 0,1508 14,7930 < 0,0001 15
2 O2 diss. -1,6570 0,2536 15,6370 0,0011 10
Total de explicação (%): 25
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 11,7554 + 7,3761 x NTK - 1,6570 x O2 diss.
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 331
nos sedimentos e a concentração de oxigênio dissolvido na água acima da interface
sedimento-água tiveram grande importância na sua variabilidade tanto em termos de
concentração como de fluxo difusivo.
5.5.3 Belo Monte
Nas tabelas 5.5.3.1 e 5.5.3.2 estão apresentados os resultados da análise de
regressão múltipla passo a passo para as variáveis dependentes do reservatório de Belo
Monte. Na análise de regressão múltipla passo a passo tendo a variável dependente a
“concentração de CH4 no sedimento”, as variáveis independentes amônio da água intersticial
e nitrogênio total Kjeldahl do sedimento foram as únicas escolhidas pelo modelo linear,
apesar de várias outras variáveis independentes, tais como matéria orgânica, carbono
orgânico total, acetato, entre outras, terem apresentado correlação significativa com o CH4,
porém, em menor significância. O íon amônio foi responsável por 54% da variabilidade do
CH4, valor esse bastante elevado, sendo que o NTK foi responsável por 5%. Da mesma
forma, o íon amônio da água intersticial do sedimento foi responsável por 51% da explicação
da variabilidade da concentração de CO2 no sedimento, sendo que a concentração de
oxigênio acima da interface sedimento-água foi responsável por 12% da explicação (Tabela
5.5.3.1), cuja relação foi inversa.
332 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.3.1 - Belo Monte Regressão múltipla passo a passo. Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.3.2 - Belo Monte Análise de regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 45
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) -3,69734 0,55103 0,5380 50,0798 < 0,0001 54
2 NTK (mg/g sed) 5,61715 0,5846 29,5536 0,0357 5
Total de explicação (%): 58
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -3,69634 + 0,55103 x Amônio + 5,61715 x NTK
Variável dependente: concentração de CO2 N = 45
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 45,68718 0,77763 0,5094 44,6480 < 0,0001 51
2 O2 dissolvido (mg/L) -6,43106 0,6312 35,9441 < 0,0001 12
Total de explicação (%): 63
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = 45,68818 + 0,77763 x Amônio - 6,43106 x O2 diss.
Variável dependente: concentração de N2O N = 45
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/L) -0,891025 0,527639 0,4249 31,7691 < 0,0001 42
2 Potássio 0,000461 0,6181 33,9885 0,0011 19
Total de explicação (%): 62
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -0,891025 + 0,527639 x Nitrato + 0,000461 x Potássio
p < 0,0001
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 45
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 NTK (mg/g sed) -0,815595 2,689255 0,4209 31,2535 0,000668 42
2 Amônio (mg-N/m2) 0,085560 0,5142 22,2291 0,006920 9
Total de explicação (%): 51
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d)= -0,815595 + 2,689255 x NTK + 0,08556 x Amônio
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 6,928901 0,407109 0,4257 31,8713 0,000333 43
2 NTK (mg/g sed) 5,396633 0,4818 19,5236 0,038869 6
Total de explicação (%): 48
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d)= 6,928901 + 0,407109 x Amônio + 5,396633 x NTK
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) -17,0626 0,0850 0,4640 37,2206 0,000000 46
2 Potássio (mg/m2) 0,9057 0,5723 28,0947 0,002209 11
Total de explicação (%): 57
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -17,0626 + 0,085 x Nitrato + 0,9057 x Potássio
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 333
A correlação muito significativa entre o íon amônio e as concentrações de CH4 e de
CO2 no sedimento pode estar relacionada aos processos de degradação de matéria
orgânica lábil nos sedimentos em condições de anaerobiose, cujo processo resulta na
liberação concomitante de amônio, CH4 e de CO2, além de outros íons como o acetato.
Já a concentração de N2O no sedimento teve como variável independente principal o
íon nitrato, responsável por 42% da sua variabilidade, sendo que o íon potássio foi
responsável por 19% da explicação. A elevada correlação entre o nitrato e a concentração
de N2O está relacionada ao processo de produção desse gás pela desnitrificação, na qual o
nitrato é utilizado como aceptor de elétrons em condições em que o oxigênio dissolvido se
torna deficiente.
Relações semelhantes foram também observadas para os fluxos difusivos de CH4,
CO2 e N2O, ou seja, o íon amônio da água intersticial do sedimento foi responsável pela
maior parte da explicação da variabilidade dos fluxos difusivos de CH4 e de CO2 (42 e 43%
da explicação, respectivamente), sendo que o íon nitrato foi responsável por 42% da
variabilidade do fluxo difusivo de N2O (Tabela 5.5.3.2).
5.5.4 Três Marias
Na matriz de correlação aplicada às variáveis quantificadas no reservatório de Três
Marias notou-se que tanto as concentrações de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos como seus
fluxos difusivos na interface sedimento-água não se correlacionaram significativamente ao
nível de 5% de significância com a matéria orgânica e com o carbono orgânico total dos
sedimentos. Tais correlações foram muito evidentes nos três sistemas estudados na fase de
pré-enchimento, ou seja, os teores de matéria orgânica e de carbono orgânico total nos
sedimentos de Batalha, Santo Antônio e Belo Monte foram determinantes para a
variabilidade tanto das concentrações como dos fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O. No
reservatório de Três Marias, apesar da grande abundância de matéria orgânica e de carbono
orgânico total nos sedimentos, outras variáveis apresentaram correlação significativa com
esses gases, tais como a DBO nos sedimentos e alguns íons da água intersticial, como o
acetato, o amônio e o cálcio, entre outros. Desta forma, é possível que os sedimentos
existentes no leito do reservatório de Três Marias sejam constituídos predominantemente
por matéria orgânica refratária, ou seja, formas residuais de carbono de difícil degradação
microbiológica e, portanto, que não são prontamente assimiláveis por esses organismos. Por
334 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
ser um reservatório relativamente antigo (50 anos), é possível que no reservatório de Três
Marias tenha havido um acúmulo desse tipo de matéria orgânica no leito.
Por outro lado, alguns íons da água intersticial, tais como acetato, nitrato, amônio,
potássio, entre outros, são, em geral, sub-produtos da degradação da matéria orgânica lábil
nos sedimentos. Portanto, é possível que a correlação entre os gases CH4, CO2 e N2O com
alguns íons da água intersticial são indicativos da existência de matéria orgânica lábil recém
degradada que resultou na liberação desses íons, bem como na produção desses gases no
sedimento. A correlação entre as concentrações e os fluxos difusivos de CH4 e CO2 com a
DBO do sedimento corrobora essa hipótese, uma vez que a variável DBO é justamente um
indicativo da existência de matéria orgânica lábil. Assim, a DBO do sedimento foi
responsável por 43% da explicação da variabilidade da concentração de CH4 (Tabela
5.5.4.1), sendo que o amônio foi responsável por 11% da sua variabilidade. Já no caso da
variável “concentração de CO2”, a DBO do sedimento foi responsável por 52% da sua
variabilidade, sendo que o acetato foi responsável por 15% e o íon amônio por 6%, os quais
juntos totalizam 73% de explicação da variabilidade do CO2.
Quadro 5.5.4.1 - Três Marias Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 57
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p% explicação
1 DBO sed (mg/g sed) -17,2143 26,1473 0,4291 13,5278 0,0313 43
2 Amônio (ug-N/m2) 0,9946 0,5372 9,8669 0,0426 11
Total de explicação (%): 54
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -17,2143 + 26,1473 x DBO sed + 0,9946 x Amônio
Variável dependente: concentração de CO2 N = 57
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p% explicação
1 DBO sed (mg/g sed) -13,7639 35,0668 0,5204 19,5330 0,0040 52
2 Acetato (mg/m2) 0,0686 0,6692 17,1959 0,0160 15
3 Amônio (ug-N/m2) 0,9280 0,7336 14,6897 0,0467 6
Total de explicação (%): 73
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = -13,7639 + 35,0668 x DBO sed + 0,0686 x Acetato + 0,9280 x Amônio
Variável dependente: concentração de N2O N = 57
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p% explicação
1 Nitrato (ug-N/L) -0,143637 0,000504 0,6321 94,4845 0,000000 63
2 Cálcio (mg/L) 0,002683 0,6756 56,2191 0,009479 4
Total de explicação (%): 68
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 2-0,143637 + 0,000504 x Nitrato + 0,002683 x Cálcio
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 335
Quadro 5.5.4.2 - Três Marias Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Em relação ao fluxo difusivo de CH4, o íon amônio e o oxigênio dissolvido foram as
principais variáveis explicativas da sua variabilidade, sendo que no caso do fluxo difusivo de
CO2 apenas a temperatura da água acima da interface sedimento água foi incluída no
modelo linear de regressão múltipla (Tabela 5.5.4.2).
No caso da concentração e do fluxo difusivo de N2O, o íon nitrato foi a principal
variável responsável pela sua variabilidade (63% e 57% de explicação), fato esse esperado,
uma vez que o nitrato atua como aceptor de elétrons durante o processo de produção de
N2O pela desnitrificação.
5.5.5 Tucuruí
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicada às variáveis do sedimento
do reservatório de Tucuruí estão apresentadas nas tabelas 5.5.5.1 e 5.5.5.2.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 45
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 NTK (mg/g sed) -0,815595 2,689255 0,4209 31,2535 0,000668 42
2 Amônio (mg-N/m2) 0,085560 0,5142 22,2291 0,006920 9
Total de explicação (%): 51
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d)= -0,815595 + 2,689255 x NTK + 0,08556 x Amônio
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 6,928901 0,407109 0,4257 31,8713 0,000333 43
2 NTK (mg/g sed) 5,396633 0,4818 19,5236 0,038869 6
Total de explicação (%): 48
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d)= 6,928901 + 0,407109 x Amônio + 5,396633 x NTK
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 46
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) -17,0626 0,0850 0,4640 37,2206 0,000000 46
2 Potássio (mg/m2) 0,9057 0,5723 28,0947 0,002209 11
Total de explicação (%): 57
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -17,0626 + 0,085 x Nitrato + 0,9057 x Potássio
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
336 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.5.1 - Tucuruí Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.5.2 - Tucuruí Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p % explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 41,43789 0,25686 0,2182 13,1161 0,001674 22
2 O2 diss. (mg/L) -6,01252 0,3167 10,6622 0,003227 10
3 Nitrito (ug-N/L) 1,59869 0,4176 10,7533 0,007686 10
Total de explicação (%): 42
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = 41,43789 + Amônio x 0,25686 - 6,01252 x O2 diss. + 1,59869 x Nitrito
Variável dependente: concentração de CO2 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p % explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 39,47795 0,37675 0,2829 18,5371 0,008890 28
2 Cálcio (mg/m2) 0,21898 0,3662 13,0854 0,020527 8
Total de explicação (%): 37
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = 39,47795 + 0,37675 x Amônio + 0,21898 x Calcio
Variável dependente: concentração de N2O N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p % explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) 0,354524 0,001131 0,1942 11,3270 0,001530 19
Total de explicação (%): 19
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 0,354524 + Nitrato x 0,001131
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p % explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 5,568185 0,099442 0,2818 18,44189\ 0,000087 28
Total de explicação (%): 28
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d) = 5,568185 + 0,099442 x Amônio
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p % explicação
1 Potássio (mg/m2) 10,19999 0,47964 0,1478 8,1535 0,006378 15
Total de explicação (%): 15
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d) = 10,1999 8 0,47964 x Potássio
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p % explicação
1 Nitrato 6,611522 0,029998 0,1724 9,7878 0,003015 17
Total de explicação (%): 17
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 6,611522 + 0,029998 x Nitrato
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 337
De forma semelhante aos resultados observados no reservatório de Três Marias, as
variáveis explicativas que foram incluídas nos modelos lineares foram aquelas relacionadas
à água intersticial dos sedimentos, tais como os íons amônio, acetato, nitrato, cálcio e
potássio que, conforme descrito anteriormente, são possivelmente produtos da degradação
da matéria orgânica lábil nos sedimentos e que foram produzidos em concomitância com os
gases CH4, CO2 e N2O.
5.5.6 Serra da Mesa
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicada às variáveis do sedimento
do reservatório de Serra da Mesa estão apresentadas nas tabelas 5.5.6.1 e 5.5.6.2.
De forma semelhante aos resultados observados em Três Marias, não se observou
correlação significativa entre os gases dos sedimentos e os teores de matéria orgânica e de
carbono orgânico nos sedimentos, fato esse que também pode ser explicado pela possível
predominância de matéria orgânica refratária nos sedimentos do reservatório de Serra da
Mesa. A inclusão dos íons da água intersticial nos dos modelos lineares de regressão
múltipla (Tabelas 5.5.6.1 e 5.5.6.2) também são indicativos de que o CH4, o CO2 e o N2O
estiveram relacionados à disponibilidade de matéria orgânica lábil nos sedimentos, sendo
esses íons subprodutos da degradação dessa matéria orgânica, assim como os gases
produzidos.
338 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.6.1 - Serra da Mesa Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.6.2 - Serra da Mesa Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Temperatura (oC) -326,370 13,651 0,2431 13,1717 0,000621 24
2 Cálcio (mg/m2) 0,056 0,4173 14,3340 0,014627 17
3 Acetato (mg/m2) 0,077 0,4396 11,7128 0,047213 2
Total de explicação (%): 44
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) =-326,370 + 13,651 x Temperatura + 0,056 x Cálcio + 0,077 x Acetato
Variável dependente: concentração de CO2 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) -214,981 0,210 0,5395 48,0244 0,000000 54
2 Amônio (ug-N/m2) 0,576 0,7057 47,9683 0,000276 17
3 Temperatura (oC) 9,286 0,7534 39,7072 0,009132 5
Total de explicação (%): 75
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = -214,981 + 0,210 x Acetato + 0,576 x Amônio + 9,286 x Temperatura
p < 0,0001
Variável dependente: concentração de N2O N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) 0,570732 0,002686 0,6181 48,0244 < 0,0001 62
Total de explicação (%): 62
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 0,570732 + 0,002686 x Nitrato
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) -175,601 0,575 0,3925 26,4884 0,000088 39
2 Temperatura (oC) 6,680 0,4465 16,1359 0,055039 5
Total de explicação (%): 45
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d)= -175,601 + 0,575 x Amônio + 6,680 x Temperatura
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) -128,332 0,240 0,4198 29,6630 0,001252 42
2 Temperatura (oC) 5,511 0,5345 22,9663 0,001539 11
3 Acetato (mg/m2) 0,040 0,5990 19,4151 0,016607 6
Total de explicação (%): 60
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d)= -128,332 + 0,240 x Amônio + 0,5345 x Temperatura x 0,040 x Acetato
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) 13,52590 0,03305 0,2149 11,2236 0,001743 21
Total de explicação (%): 21
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 13,52590 + 0,03305 x Nitrato
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 339
5.5.7 Funil
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicada às variáveis do sedimento
do reservatório de Funil estão apresentadas nas tabelas 5.5.7.1 e 5.5.7.2.
Assim, como em Serra da Mesa e em Três Marias, no reservatório de Funil os íons da
água intersticial do sedimento tais como acetato e nitrato foram as principais variáveis
independentes escolhidas para compor os modelos lineares de regressão múltipla passo a
passo e, portanto, foram as principais variáveis ambientais que condicionaram a
variabilidade de CH4, CO2 e N2O nos sedimentos.
Tabela 5.5.7.1 - Funil Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) -225,170 0,027 0,1666 7,1986 0,005232 17
2 Temperatura (oC) 9,569 0,3137 8,0006 0,019236 15
3 Acetato (mg/m2) 0,276 0,4101 7,8785 0,024353 10
Total de explicação (%): 41
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -225,170 x 0,027 x Nitrato + 9,569 x Temperatura + 0,276 x Acetato
Variável dependente: concentração de CO2 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Temperatura (oC) -428,404 19,277 0,2554 12,3465 < 0,0001 0,000830
2 Nitrato (ug-N/m2) 0,038 0,4141 12,3663 0,0011 0,004021
3 Acetato (mg/m2) 0,295 0,4685 9,9899 0,0033 0,050659
Total de explicação (%): 0
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = -428,404 + 19,2554 x Temperatura + 0,038 x Nitrato + 0,295 x Acetato
Variável dependente: concentração de N2O N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) 1,368206 0,004958 0,6631 70,8503 < 0,0001 66
Total de explicação (%): 66
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 1,368206 + 0,004958 x Nitrato
p < 0,0001
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
340 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.7.2 - Funil Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
5.5.8 Itaipu
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicada às variáveis do sedimento
do reservatório de Itaipu estão apresentadas nas tabelas 5.5.8.1 e 5.5.8.2.
Novamente as variáveis que melhor explicam a variabilidade dos gases foram os íons
da água intersticial dos sedimentos, destacando-se o acetato como principal variável
independente no caso da variabilidade do CH4 e do CO2, e o nitrato como principal variável
independente no caso da variabilidade de N2O.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Cálcio (mg/m2) -3,02393 0,07812 0,2212 10,2264 0,014161 22
2 Nitrato (ug-N/m2) 0,00533 0,2951 7,3225 0,053752 7
Total de explicação (%): 30
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d) =-3,02393 + 0,07812 x Cálcio + 0,00533 x Nitrato
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Temperatura (oC) -109,357 5,175 0,2771 13,7999 0,000514 28
2 Nitrato (ug-N/m2) 0,009 0,4164 12,4864 0,006835 14
3 Acetato (mg/m2) 0,071 0,4646 9,8333 0,049337 5
Total de explicação (%): 46
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d = -109,357 + 5,175 x Temperatura + 0,009 x Nitrato + 0,071 x Acetato
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 49
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Nitrato (ug-N/m2) 23,38217 0,07233 0,6448 65,3404 < 0,0001 64
Total de explicação (%): 64
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 23,38217 + 0,07233 x Nitrato
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 341
Tabela 5.5.8.1 - Itaipu Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.8.2 - Itaipu Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 52
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) 0,944550 0,064019 0,4181 35,9325 0,000013 42
2 Cálcio (mg/m2) 0,045152 0,5643 31,7308 0,000452 15
Total de explicação (%): 56
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = 0,944550 + 0,064019 x Acetato + 0,045152 x Cálcio
Variável dependente: concentração de CO2 N = 52
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Cálcio (mg/m2) 16,27692 0,13506 0,4417 < 0,0001 44
2 Acetato (mg/m2) 0,12004 0,6191 0,0011 18
Total de explicação (%): 62
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = 16,27692 + 0,13506 x Cálcio + 0,12004 x Acetato
Variável dependente: concentração de N2O N = 52
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) -0,210174 0,007265 0,4947 48,9574 0,000000 49
2 Nitrato (ug-N/m2) 0,001186 0,6461 44,7216 0,000032 15
Total de explicação (%): 65
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -0,210174 + 0,007265 x Acetato + 0,001186 x Nitrato
p < 0,0001
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 52
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) 3,578928 0,044117 0,6895 111,0424 0,000000 69
2 O2 dissolvido (mg/L) -0,876633 0,7220 63,6388 0,020549 3
Total de explicação (%): 72
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d ) = 3,578928 + 0,044117 x Acetato - 0,876633 x O2 dissolv.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 52
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) 19,84975 0,06723 0,5882 71,4095 < 0,0001 59
2 Potássio (mg/m2) 0,35767 0,6248 40,8030 0,0011 4
3 O2 dissolvido (mg/L) -2,84228 0,6688 32,3129 0,0033 4
Total de explicação (%): 67
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d) = 19,84975 + 0,06723 x Acetato + 0,35767 x Potássio - 2,84228 x O2 diss.
p < 0,0001
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 52
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 O2 dissolvido (mg/L) 84,4650 -11,0444 0,1868 11,4851 < 0,0001 19
2 Nitrato (ug-N/L) 0,0264 0,2745 9,2720 0,0011 9
Total de explicação (%): 27
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 84,4650 - 11,0444 x O2 diss. + 0,0264 x Nitrato
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
342 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
5.5.9 Segredo
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicada às variáveis do sedimento
do reservatório de Segredo estão apresentadas nas tabelas 5.5.9.1 e 5.5.9.2.
Na análise de regressão múltipla passo a passo, novamente o íon acetato da água
intersticial do sedimento teve grande importância para a variabilidade das concentrações e
dos fluxos difusivos de CH4 e CO2, sendo que para o N2O a concentração de oxigênio
dissolvido foi a principal variável determinante para a variabilidade desse gás nos
sedimentos.
Tabela 5.5.9.1 - Segredo Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 48
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) -17,9518 0,2377 0,3884 10,7943 0,005916 39
2 Mat. orgânica (mg/g sed) 0,1215 0,5300 9,0207 0,043208 14
Total de explicação (%): 53
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = -17,9518 + 0,2377 x Acetato + 0,1215 x Mat.orgânica
Variável dependente: concentração de CO2 N = 48
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) 35,30112 0,29360 0,27800 6,5457 0,020352 28
Total de explicação (%): 28
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = -13,9669 + 1,9541 x Potássio - 0,8070 x Magnésio + 0,2408 x C org.total
Variável dependente: concentração de N2O N = 48
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 O2 dissolvido (mg/L) 0,833597 -0,085606 0,2528 15,5663 0,002869 25
2 P total (mg-P/g sed) 0,205002 0,2756 0,2756 0,027520 2
Total de explicação (%): 28
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 0,833597 - 0,085606 x O2 diss. + 0,205002 x P total
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 343
Tabela 5.5.9.2 - Segredo Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
5.5.10 Balbina
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicada às variáveis do sedimento
do reservatório de Balbina estão apresentadas nas tabelas 5.5.10.1 e 5.5.10.2.
As variáveis ambientais que estiveram relacionadas à concentração de CH4 no
modelo linear de regressão foram o íon amônio e o carbono orgânico total, que juntas foram
responsáveis por 43% de explicação. Com relação ao fluxo difusivo de CH4, a única variável
independente incorporada no modelo foi a concentração de matéria orgânica no sedimento.
Portanto, a presença de CH4 nos sedimentos e seus fluxos difusivos através da interface
sedimento-água em Balbina estiveram relacionadas à disponibilidade de carbono orgânico e
de matéria orgânica nos sedimentos.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 48
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) -0,186716 0,030360 0,4165 12,1369 0,046336 42
2 Cálcio (mg/m2) 0,025357 0,5328 9,1245 0,027485 12
3 O2 diss. (mg/L) -0,508220 0,5873 7,1147 0,047990 5
Total de explicação (%): 59
Equação do mod. linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d) = -0,186716 + 0,03036 x Acetato + 0,025357 x Cálcio - 0,50822 x O2 diss.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 48
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 Acetato (mg/m2) 8,092905 0,076042 0,2490 5,6370 0,029623 25
Total de explicação (%): 25
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d) = 8,092905 + 0,076042 x Acetato
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 48
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F Valor de p
%
explicação
1 O2 diss. (mg/L) -19,8573 -3,8053 0,1342 7,1328 0,000137 13
2 Temperatura (oC) 2,9447 0,3332 11,2420 0,000652 20
Total de explicação (%): 33
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -19,8573 - 3,8053 x O2 diss. + 2,9447 x Temperatura
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
344 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.10.1 - Balbina Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.10.2 - Balbina Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CH4 N = 31
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 1,248962 0,451736 0,3075 12,8777 0,010780 31
2 C org. total (mg/g sed) 0,100620 0,4311 10,7838 0,017923 12
Total de explicação (%): 43
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = 1,248962 + 0,451736 x Amônio + 0,100620 x C org. total
Variável dependente: concentração de CO2 N = 31
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
Não houve correlação significativa com as variáveis ambvientais ao nível de 5 % de significância
Variável dependente: concentração de N2O N = 31
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 O2 dissolv. (mg/L) 0,644365 -0,096325 0,4166 20,7056 0,000362 42
2 NTK 0,060897 0,6106 21,9562 0,000849 19
Total de explicação (%): 61
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 0,644365 - 0,096325 x O2 diss. + 0,060897 x NTK
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: concentração de CH4 N = 31
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Amônio (ug-N/m2) 1,248962 0,451736 0,3075 12,8777 0,010780 31
2 C org. total (mg/g sed) 0,100620 0,4311 10,7838 0,017923 12
Total de explicação (%): 43
Equação do modelo linear: Conc CH4 (mmol/m2) = 1,248962 + 0,451736 x Amônio + 0,100620 x C org. total
Variável dependente: concentração de CO2 N = 31
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
Não houve correlação significativa com as variáveis ambvientais ao nível de 5 % de significância
Variável dependente: concentração de N2O N = 31
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 O2 dissolv. (mg/L) 0,644365 -0,096325 0,4166 20,7056 0,000362 42
2 NTK 0,060897 0,6106 21,9562 0,000849 19
Total de explicação (%): 61
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 0,644365 - 0,096325 x O2 diss. + 0,060897 x NTK
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
MODELAGENS 345
Com relação à concentração e fluxo difusivo de CO2, nenhuma variável independente
apresentou correlação significativa, o que sugere que outras variáveis ambientais não
quantificadas no presente estudo podem estar relacionadas à variabilidade da concentração
e do fluxo difusivo de CO2 nos sedimentos de Balbina.
No caso da concentração e do fluxo difusivo de N2O, as duas variáveis independentes
incorporadas no modelo linear que apresentaram correlações significativas foram o
nitrogênio total Kjeldah e o oxigênio dissolvido.
5.5.11 Xingó
As análises de regressão múltipla passo a passo aplicadas às variáveis do sedimento
do reservatório de Xingó estão apresentadas nas tabelas 5.5.11.1 e 5.5.11.2.
Na análise de regressão múltipla passo a passo, o oxigênio dissolvido foi incorporado
em todos os modelos lineares de regressão. Além do oxigênio dissolvido, o nitrogênio total
Kjeldahl também foi incorporado em grande parte dos modelos, apresentando elevada
correlação com a concentração de CH4 e com os fluxos difusivos de CH4, CO2 e N2O. No
caso da concentração de CO2, a concentração de matéria orgânica do sedimento foi
também uma das variáveis independentes incorporadas, ao passo que para a concentração
de N2O a concentração de carbono orgânico dissolvido foi uma das variáveis incorporadas
no modelo linear.
Esses resultados demonstram que a concentração de oxigênio dissolvido acima da
interface sedimento-água, bem como a concentração de nitrogênio orgânico Kjeldahl nos
sedimentos foram determinantes para a variabilidade das concentrações e dos fluxos
difusivos de CH4, CO2 e N2O dos sedimentos em Xingó.
346 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 5.5.11.1 - Xingó Regressão múltipla passo a passo Concentrações de GEE nos sedimentos
Tabela 5.5.11.2 - Xingó Regressão múltipla passo a passo Fluxos Difusivos de GEE nos sedimentos
Variável dependente: concentração de CO2 N = 30
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 Mat. orgânica (mg/g sed) 196,3842 -0,6811 0,2293 8,3306 < 0,0001 23
2 O2 dissolvido (mg/L) -10,9904 0,3444 7,0915 0,0011 12
Total de explicação (%): 34
Equação do modelo linear: CO2 (mmol/m2) = 196,3842 - 0,6811 x Mat. orgânica - 10,9904 x O2 dissolv.
Variável dependente: concentração de N2O N = 30
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 C org. total (mg/g sed) -0,094423 0,021878 0,2861 11,2190 0,000667 29
2 O2 dissolvido (mg/L) -0,096960 0,4888 12,6567 0,003354 20
Total de explicação (%): 49
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = -0,094423 + 0,021878 x C org. total - 0,096960 x O2 diss.
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
Variável dependente: Fluxo difusivo de CH4 N = 30
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 O2 dissolvido (mg/L) 19,77110 -2,33365 0,4962 27,5747 0,000006 50
2 NTK (mg/g sed) -2,31359 0,6115 21,2450 0,008671 12
Total de explicação (%): 61
Equação do modelo linear: Fluxo CH4 (mmol/m2/d) = 19,77110 - 2,33365 x O2 dissl - 2,31359 x NTK
Variável dependente: Fluxo difusivo de CO2 N = 30
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 O2 dissolvido (mg/L) 57,38095 -4,45044 9,2494 9,3018 < 0,0001 0,004565
2 NTK (mg/g sed) -7,35799 0,4012 9,0437 0,0011 0,014385
Total de explicação (%): 0
Equação: Fluxo CO2 (mmol/m2/d) = 57,38095 - 4,45044 x O2 diss. - 7,35799 x NTK
Variável dependente: Fluxo difusivo de N2O N = 30
Passo Variável independente Intercepto Coeficiente B R2 F
Valor de
p
%
explicação
1 11,12544 -2,37771 0,1904 6,5856 0,004238 19
2 4,21786 0,3760 8,1358 0,008594 19
Total de explicação (%): 38
Equação do modelo linear: N2O (umol/L) = 11,12544 - 2,37771 x O2 diss. + 4,21786 x NTK
R2: coeficiente de determinação múltipla; F: valor de F do teste-F parcial; valor de p: nível descritivo (p value);
coeficiente B: coeficiente de contribuição relativa de cada variável independente sobre a predição da
variável dependente.
TÓPICOS ESPECIAIS 347
CAPÍTULO 6
Tópicos Especiais
6.1 Medições micrometeorológicas de CO2 no lago de Itaipu
6.1.1 Introdução
Neste item descreve-se a análise dos fluxos de dióxido de carbono do reservatório de
Itaipu medidos pela equipe da UFPR pelo método de Medição de Covariâncias Turbulentas
(MCT) de dezembro de 2012 a setembro de 2013. No item 6.1.2 há uma revisão bibliográfica
dos estudos que mediram gases de efeito estufa em corpos hídricos com o método das
covariâncias turbulentas, as técnicas mais utilizadas nesses estudos e os procedimentos
realizados na literatura para obtenção dos reais fluxos desses gases pelo MCT. No item
6.1.3 estão os procedimentos que foram utilizados para estimativa dos fluxos apresentados
neste trabalho e a descrição da estação micrometeorológica e do local amostrado.
6.1.2 Técnica de medição de fluxos pelo Método das Covariâncias Turbulentas
Uma tecnologia utilizada para medir os fluxos de gases estufa na natureza é o Método
de Medição de Covariâncias Turbulentas (MCT). O MCT é baseado em medições
micrometeorológicas, em que são utilizados analisadores de alta freqüência para medir as
flutuações turbulentas das concentrações. Este é o método padrão para medições de gases
traço na escala dos ecossistemas (IHA, 2010).
De maneira geral, a técnica consiste em amostrar os movimentos turbulentos do ar
atmosférico para determinar a diferença líquida de um determinado gás transportado nesses
movimentos. As frequências das medições são geralmente de 10 ou 20 Hz, e as variáveis
amostradas são promediadas em um determinado período de tempo, geralmente 30
348 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
minutos. Utilizando esses dados, os fluxos dos gases podem ser calculados pela covariância
entre a flutuação da velocidade vertical (w’) e a flutuação da concentração do gás (c’), que
são obtidos pela separação de Reynolds ( ) (Baldocchi, 2003):
(6.1.2.1)
em que F é o fluxo do gás em questão e é a densidade média do ar.
A utilização do MCT depende de diversas hipóteses para que as medições
representem adequadamente a superfície de interesse. Por exemplo, considera-se que o
escoamento está completamente desenvolvido e em estado estacionário, que na horizontal
o escoamento é homogêneo, e que a velocidade média vertical do vento é próxima de zero.
Além disso, uma vez que o MCT depende da mistura turbulenta do ar, essa técnica não
obtém boas medições em condições de baixa turbulência ou turbulência intermitente, como
geralmente ocorre à noite, quando as condições de convecção são substituídas pela
estratificação térmica da atmosfera (IHA, 2010).
Em relação às câmaras de difusão, as principais vantagens do MCT é que não há
perturbação da interface ar/água, as medições podem ser realizadas continuamente e
cobrem uma grande área de fluxo (Vesala et al., 2006). Entretanto, a imobilidade é uma das
principais desvantagens do método quando o problema em questão requer a estimativa dos
fluxos sobre uma área muito maior que a área de alcance dos sensores utilizados no MCT
(Duchemin et al., 1999).
6.1.3 Medições das covariâncias turbulentas em corpos hídricos
O método de medição das covariâncias turbulentas é amplamente utilizado para
estimar os fluxos de carbono na natureza. Em corpos hídricos esse método tem sido
bastante utilizado para medir evaporação e fluxos de calor sensível, mas há poucas
publicações na literatura da aplicação deste método para medições de fluxos de gases de
efeito estufa nesses ambientes, principalmente em reservatórios de usinas hidrelétricas,
onde a técnica mais utilizada é a medição com câmaras flutuantes.
A escassez destes estudos pode estar associada à dificuldade em se aplicar o
Método de Medição de Covariâncias Turbulentas nesses ambientes, pois há dificuldades na
instalação da estação micrometeorológica e muitas vezes na necessidade de se manter um
sistema autônomo de fornecimento de energia em lugares remotos.
TÓPICOS ESPECIAIS 349
Uma aplicação do método de medição de covariâncias turbulentas em lagos naturais
foi a de Vesala et al., (2006), que utilizaram o método das covariâncias turbulentas para
investigar o fluxo de quantidade de movimento, calor latente, calor sensível e de carbono em
um pequeno lago do sul da Finlândia. Na época de sua publicação, os autores comentaram
a escassez de medições de covariâncias turbulentas em lagos naturais, e afirmaram que só
havia na literatura os trabalhos de Eugster et al., (2003) e Anderson et al., (1999) que tinham
investigado os fluxos de pelo método das covariâncias turbulentas em lagos naturais,
sendo que em (Vesala et al., 2006) estavam os resultados das mais longas medições
contínuas do fluxo de nesses ambientes.
O monitoramento de Vesala et al., (2006) foi realizado por uma estação
micrometeorológica instalada na margem do lago que operou continuamente do mês de abril
a novembro de 2003, período em que a superfície do lago estava descongelada. Seus
resultados indicaram que o lago agia como uma fonte de carbono para atmosfera, com
efluxo que variava de 0,2 a 0,4 . Estes fluxos eram da mesma ordem de
grandeza dos fluxos apresentados no trabalho de Eugster et al., (2003), que eram de um
lago localizado no Alaska e outro na Suíça. No entanto, Eugster et al., (2003) mediram tanto
emissão quanto fixação de gás carbônico pelos lagos.
Segundo Eugster et al., (2003), a troca de gás entre o ar e a água é mediada pela
turbulência gerada pelo cisalhamento do vento, convecção devido à perda de calor na
superfície, precipitação pluvial, e o movimento de quebra das ondas formadas no lago.
Sabendo disso de antemão, Eugster et al., (2003) investigaram os fluxos de pelo MCT
nos dois lagos, em condições de tempo que lhes permitiram analisar os processos que
regulavam o fluxo desse gás na ausência de ventos fortes e com pequenas condições de
ondas.
Eugster et al., (2003) realizaram três campanhas de monitoramento. A primeira
campanha durou dois dias e a estação micrometeorológica foi instalada na margem do lago
Toolike no Alaska. A segunda campanha também foi no lago Toolike e durou 5 dias, mas os
equipamentos foram instalados no centro do lago sobre uma bóia ancorada. Já a terceira
campanha de monitoramento foi no lago Soppensee na Suíça e cobriu 3 dias de
monitoramento com equipamentos montados em uma bóia ancorada no centro do lago.
Eugster et al., (2003) notaram que os fluxos eram maiores em condições instáveis da
atmosfera do que em condições estáveis da atmosfera. Além disso, eles observaram
correlação negativa entre os fluxos de e a diferença entre a temperatura do ar e da
350 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
água. Geralmente havia emissão de dióxido de carbono para atmosfera quando a
temperatura da água era maior do que a do ar, e fixação de pelo lago para temperatura
do ar maior do que da água.
Anderson et al., (1999) também mediram os fluxos de pelo MCT sobre um lago
natural. O lago tinha 37,09 ha de área e estava localizados em Minnesota, Estados Unidos.
A estação micrometeorológica foi instalada no meio do lago e a 1,2 metros acima deste. Em
um período de 3 anos, Anderson et al., (1999) mediram os fluxos de em 5 semanas do
verão, 5 semanas de outono e 5 semanas da primavera. Os fluxos foram diferentes para as
diferentes estações do ano, em que observaram que após o degelo do lago, na primavera,
os fluxos de eram grandes e diminuíram exponencialmente num período de duas
semanas, enquanto que no verão o lago geralmente fixava dióxido de carbono da atmosfera.
Outro trabalho que utilizou o MCT foi o de Guerin et al., (2007). Guerin et al., (2007)
investigaram os fluxos de no reservatório da hidrelétrica de Petit-Saut na Guiana
Francesa. Os fluxos obtidos com o MCT reportadas no trabalho deles foram de apenas 24
horas de medições em uma estação instalada na margem do lago da hidrelétrica. O principal
objetivo da utilização do Método de Medições de Covariância Turbulentas por Guerin et al.,
(2007), foi validar as medições realizadas com as câmaras flutuantes. Seus resultados
indicaram que as medições com as câmaras podem ser confiáveis dependendo das
condições do tempo e do design da câmara.
De acordo com Eugster et al., (2011), a maior parte do carbono inorgânico presente
em águas alcalinas estão na forma de bicarbonato e carbonato, e não como . Logo, eles
afirmam que as emissões de dióxido de carbono são menores do que as emissões de
metano em águas alcalinas. Tendo isso em vista, Eugster et al., (2011) mediram apenas os
fluxos de em um reservatório de uma hidroelétrica localizada na Suíça. Eles utilizaram o
MCT, e observaram que os fluxos de eram maiores quando a temperatura da água era
maior, e que estes diminuíam quando o nível de água no reservatório aumentava.
O Método de Medição de Covariâncias Turbulentas tem sido amplamente utilizado
para estudar o aquecimento global. Na literatura, encontram-se trabalhos que utilizam esse
método para investigar tanto o fluxo dos gases de efeito estufa para atmosfera, quanto o
possível impacto do aquecimento global no meio ambiente. Nessa segunda linha de
pesquisa, Liu et al., (2009) e Blanken et al., (2000) utilizaram esse método para medir os
fluxos de calor sensível e latente em reservatórios, e com isso estimar o balanço de energia
e a taxa de evaporação desses ambientes.
TÓPICOS ESPECIAIS 351
Liu et al., (2009) observaram que alterações nas frentes frias como resultado do
aquecimento global poderiam conduzir para uma substancial mudança no balanço de
energia e no balanço hidrológico das regiões com abundantes corpos hídricos. No trabalho
de Blanken et al., (2000), eles puderam constatar que em um ano de El Niño, em que a
temperatura do ar estava 4◦C acima do normal, a evaporação foi significativamente maior,
portanto, mudanças no aquecimento global podem alterar a magnitude e a sazonalidade da
evaporação dos lagos.
6.1.4 Controle de qualidade dos dados medidos pelo MCT
Uma etapa importante no cálculo dos fluxos pelo MCT é o tratamento e seleção dos
dados medidos. Essa etapa é fundamental porque podem ocorrer falhas de instrumentação,
condições atmosféricas adversas à aplicação do método (chuvas intensas, descargas
elétricas), medições de fluxos de outras superfícies, entre outras situações que podem gerar
informações que não condizem com a realidade ou com o que se pretende medir.
Na literatura há diversas técnicas para seleção dos dados que serão utilizados no
processamento dos fluxos. O método utilizado por Anderson et al., (1999) foi a inspeção
visual dos dados medidos, e a rejeição das amostras de dados que tinham mais do que 100
picos de medições discrepantes, também conhecidos por spikes. Além disso, Anderson et
al., (1999) rejeitaram os dados cujo perfil do coespectro divergia do coespectro idealizado de
Kaimal et al. (1972), os quais obtiveram uma equação empírica para descrever o perfil do
coespectro em condições da atmosfera que atendem a teoria de similaridade de Monin-
Obukhov.
Para garantir a qualidade dos fluxos medidos por Liu et al., (2009), eles substituíram
os dados brutos que excediam ±5σ das médias das amostras de meia hora por uma
interpolação linear. Já Eugster et al. (2003) foram mais rigorosos, pois removeram os picos
de medições que eram maiores ±3σ da média dos dados brutos de 30 minutos, e rejeitaram
os fluxos de momento negativo, ou seja, quando estes iam em direção à superfície. Eles
alegaram que as medições que apresentaram fluxos de momento negativo não eram da
superfície de interesse. Esse critério eliminou 28% dos dados medidos em um dos lagos
analisados e 6% do outro lago.
Assim como comentado na seção 6.1.2, o MCT pressupõe um escoamento
estacionário. Para verificar se os fluxos foram medidos em condições que atendiam à
352 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
hipótese da estacionariedade, Vesala et al., (2006) e Eugster et al., (2011) reduziram as
médias das covariâncias de 30 minutos para blocos de 5 minutos. Assim, eles compararam
os fluxos obtidos nas médias de 5 minutos com o correspondente fluxo de 30 minutos.
Se os fluxos das médias de 5 minutos tivessem uma diferença menor do que 30% dos
fluxos de 30 minutos, o critério de estacionariedade era atendido, caso contrário os fluxos
das médias de 30 minutos eram descartados.
Além dos procedimentos de controle de qualidade sobre as medições, é necessário
checar se as medições da estação micrometeorológica são da superfície de interesse. A
área fonte de fluxos de alcance dos sensores é conhecida por footprint, e essa área pode
ser estimada por modelos matemáticos.
Vesala et al., (2006) utilizaram o MCT para estimar os fluxos de um lago localizado na
Finlândia. Utilizando um modelo de footprint, Vesala et al., (2006) rejeitaram 62% de todos os
fluxos medidos pela estação micrometeorológica porque eles identificaram que esses fluxos
não vinham da superfície do lago.
O modelo de footprint utilizado por Vesala et al., (2006) indicou que o footprint da
região de estudo era pequeno por causa da turbulência gerada pela floresta que circundava
o lago, mas comentaram que em grandes corpos d’água o footprint tende a ser extenso
devido ao baixo nível de turbulência mecânica.
Outra interação água-terra que pode influenciar o fluxo de medido pelos sensores
é o processo de advecção do das áreas circundantes ao lago. Para evitar essa
interferência, Vesala et al., (2006) reduziram o tempo das médias das covariâncias de 30
minutos para 5 minutos para os locais onde o footprint era muito grande.
Eugster et al., (2003) introduziram essa técnica ao realizarem uma análise dos
coespectros do fluxo de , em que observaram um fluxo elevado em uma região de baixa
frequência que divergia do coespectro idealizado de Kaimal et al., (1972). Ao transformarem
a escala de frequência para uma escala de número de onda, observaram que os fluxos de
baixa frequência eram de um comprimento de onda da ordem da distância da estação à
margem do lago. Esses autores consideraram que tais anomalias nas baixas frequências
dos coespectros eram indicativas de advecção, e que as medições estavam provavelmente
afetadas pela respiração da floresta que circundava o lago. Assim, Vesala et al., (2006)
reduziram as médias das covariâncias de 30 minutos para 5 minutos nas medições do
TÓPICOS ESPECIAIS 353
período diurno e observaram que os coespectros melhoravam significativamente em
comparação com o coespectro idealizado.
Os fluxos apresentados por Vesala et al., (2006) foram calculados de apenas 33% de
todos os dados medidos, pois 62% dos fluxos vinham de uma direção do vento inadequada
para se investigar os fluxos do lago, 6% não passaram pelo critério de qualidade e em 9%
dos dados ocorreram interrupções em algumas das medições.
6.1.5 Footprint
Para a montagem do experimento de Medições das Covariâncias Turbulentas é
necessário estimar a área fonte dos fluxos medidos pelos equipamentos. De acordo com
Burba (2001) essa área é conhecida por footprint, e é variável com a altura das medições,
rugosidade da superfície e estabilidade atmosférica. Vale a pena ressaltar que na palavra
“fonte” incluem-se os fluxos negativos.
Na literatura há inúmeros modelos que estimam o footprint. Um dos mais antigos e
bastante simples é o modelo de Schuepp et al., (1990). Este modelo é uma solução analítica
da equação da difusão e é utilizado para previsão do footprint em condições da atmosfera
próximas da neutralidade.
Outro modelo analítico utilizado para estimar o footprint em condições neutras da
atmosfera é o de Gash (1986), que é um modelo euleriano e considera o campo de
velocidade do vento homogêneo. Este modelo e o modelo citado anteriormente, (Schuepp et
al.,1990), foram tomados como base para o desenvolvimento de modelos eulerianos
analíticos mais complexos, tal como o modelo de footprint apresentado por Hsieh et al.,
(2000), o qual estima o footprint para diferentes níveis de estabilidade da atmosfera,
rugosidade do terreno e altura de medição.
6.1.6 Local de estudo
O local de estudo é o reservatório da Hidrelétrica de Itaipu. O reservatório de Itaipu
está localizado na porção central do vale do rio Paraná na fronteira do Paraguai com o
Brasil.
354 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Segundo Stivari et al., (2005), o represamento ocorreu em dois estágios; o primeiro
em novembro de 1982, em que a superfície do lago alcançou 206 metros acima do nível do
mar, e no segundo estágio, em junho de 1984, a superfície do lago atingiu o nível final de
220 metros, ocupando uma área total de 1460 km2.
Para estimar os fluxos de dióxido de carbono no reservatório de Itaipu, uma estação
micrometeorológica foi instalada em uma ilha do reservatório localizada nas proximidades da
cidade de Missal do Estado do Paraná. As coordenadas geográficas da ilha são latitude
−25◦03’25,72’’ e longitude −54◦24’33,67’’, e a altitude em relação ao mar é de 220 m. A
localização da estação pode ser vista na figura 6.1.6.1, em que estão três imagens do
reservatório em uma sequência que amplia a região da estação micrometeorológica, da
esquerda para direita. Nela destacamos algumas cidades, a barragem, a estação e algumas
distâncias da estação às margens do reservatório.
Na figura 6.1.7.1 estão duas imagens da região da estação micrometeorológica, à
esquerda está um mapa com resolução espacial de 1:50.000 do ano de 1980, anterior a
construção da hidrelétrica, que pode ser encontrado na homepage do Instituto de Terras
Cartografia e Geociências do Paraná (http://www.itcg.pr.gov.br/). À direita dessa figura está
uma imagem do Google mapas que foi georreferenciada com o software Quantum Gis
utilizando o mapa da esquerda. Com o mapa georreferenciado é possível verificar a
profundidade do reservatório na região da estação micrometeorológica, que é de
aproximadamente 20 metros.
Segundo Stivari et al., (2005), os principais usos da terra na vizinhança do
reservatório são 28% de floresta, 30% de área de agricultura e 34% de área de pastagem,
sendo que as áreas de floresta estão principalmente concentradas no lado Paraguaio.
TÓPICOS ESPECIAIS 355
Figura 6.1.6.1 - Localização da estação micrometeorológica no reservatório da hidrelétrica de
Itaipu.
Em alguns meses das medições realizadas neste trabalho, parte da ilha ficou exposta
à atmosfera e com isso houve formação de vegetação. Desta forma, nos meses em que se
observou essa vegetação, o ângulo da direção do vento correspondente as áreas com
vegetação na ilha foram descartados. Na terceira imagem da figura 6.1.7.2, da esquerda
para direita, está o setor da ilha que apresentou vegetação nos meses de dezembro de 2012
a fevereiro de 2013, cujo ângulo era de 215o a 340o em relação ao eixo norte magnético.
6.1.7 Estação Micrometeorológica
Na estação micrometeorológica foram instalados sensores que podem ser divididos
em dois grupos: um grupo denominado por conjunto rápido, que são os sensores capazes
de medir as flutuações das concentrações turbulentas, e outro grupo denominado por
conjunto lento, que são os sensores que medem com frequência incapaz de detectar as
flutuações turbulentas.
No conjunto rápido as medições foram realizadas a 20 Hz e os sensores instalados
foram: um anemômetro sônico CSAT3 (Campbell Scientific) configurado para medir as três
componentes da velocidade do vento ( ) e a temperatura sônica (oC); um analisador de
gases LI7500 (Licor) configurado para medir concentração de dióxido de carbono
( ), concentração de vapor de água ( ), e pressão (hPa); e quatro
termopares FW03 (Campbell Scientific) configurados para medir temperatura do ar (mV).
356 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Os sensores CSAT3 e LI7500 foram posicionados a 3,76 m acima do solo. No sensor
CSAT3 três termopares foram acoplados acima, abaixo e no centro do caminho sônico, e no
sensor LI7500 um termopar foi acoplado no centro do caminho óptico.
Figura 6.1.7.1 - Mapa anterior a construção da hidrelétrica indicando a localização da estação micrometeorológica, à esquerda, e, à direita, está uma imagem georreferenciada da ilha em que a estação micrometeorológica foi instalada.
Figura 6.1.7.2 - Ilha do reservatório da hidrelétrica de Itaipu em que a estação micrometeorológica foi instalada, e o ângulo do vento cujas medições foram descartadas por haver vegetação.
A configuração dos sensores pode ser vista na Figura 6.1.7.3.
De acordo com o manual do fabricante do analisador de e , LI7500 da LI-
COR Biosciences, há dois componentes principais para calibração desse sensor: o primeiro
é determinar os valores dos coeficientes de calibração e o segundo é configurar o zero e a
concentração máxima possível de ser medida por esse sensor. Na calibração de fábrica
essas duas etapas são realizadas. No entanto, recomenda-se que o zero e a concentração
TÓPICOS ESPECIAIS 357
máxima possível de ser medida pelo LI7500 sejam frequentemente ajustadas. Já os
coeficientes de calibração podem ser mantidos por diversos anos. Neste trabalho, ambos os
procedimentos de calibração foram realizados.
Figura 6.1.7.3 - Configuração do conjunto rápido na estação micrometeorológica.
No conjunto lento, as medições foram realizadas a 0,1 Hz e os sensores utilizados
foram: quatro sondas de dióxido de carbono GMP343 (Vaisala) configuradas para medir
concentração de dióxido de carbono (ppm), uma sonda de temperatura e umidade relativa
CS500 (Campbell Scientific) configurada para medir temperatura do ar (◦C) e umidade (%),
um barômetro 61302V (Young) configurado para medir pressão (hPa), um piranômetro SP
LITE (Kipp & Zonen) configurado para medir radiação ( ) e um pluviômetro (MRI)
configurado para medir chuva (mm).
Dois GMP343 foram posicionados a 1,77m acima do solo e os outros dois a 3,66m. O
CS500 foi instalado em uma altura de 2,85m acima do solo, o barômetro a 1,73m, o
piranômetro a 2,67m e o pluviômetro a 3,00m. Na Figura 6.1.7.4 é possível ver a
configuração do conjunto lento.
358 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.1.7.4 - Configuração do conjunto lento na estação micrometeorológica.
Os dados do conjunto rápido eram enviados a um sistema de aquisição de dados
(datalogger) da Campbell Scientific CR23X, equipamento que realiza a leitura analógica dos
sensores de modo ordenado e sincronizado, e convertidas em leituras digitais para um
notebook que armazenava os dados em arquivos a cada 10 minutos.
Já os dados do conjunto lento, eram armazenados em um outro datalogger CR23X.
Antes da instalação dos analisadores de dióxido de carbono do conjunto lento na estação de
Itaipu, esses sensores foram instalados em uma estação localizada em uma grameira na
cidade de Tijucas do Sul - PR, alinhados equidistantes ao solo como pode ser visto na figura
6.1.7.5. Assim, as medições foram intercomparadas para verificar se eram compatíveis.
Figura 6.1.7.5 - Configuração dos analisadores de dióxido de carbono, GMP’s 343, na grameira
de Tijucas do Sul - PR.
TÓPICOS ESPECIAIS 359
Na tabela 6.1.7.1 estão os números de seriais dos analisadores de gás carbônico do
conjunto lento, GMP’s 343.
Tabela 6.1.7.1 - Número de serial dos sensores GMP’s 343 utilizados neste trabalho. Sensor Número de serial
1
2
3
4
G1120006
G1120007
G1030010
G1120008
Os sensores GMP’s 343 apresentaram diferenças nos seus valores medidos,
principalmente principalmente quando o sensor 3 foi intercomparado com os outros. Na
tabela 6.1.7.1 se pode observar que o sensor 3 é o único que não segue a sequência do
número de serial, indicando que foi produzido em data diferente dos outros sensores. De
fato, esse equipamento foi o único comprado em data diferente. Já as medições dos
sensores 1 e 2 eram praticamente iguais, portanto as concentrações do sensor 1 foram
utilizadas para correção das concentrações medidas pelos sensores 3 e 4. Para isso, plotou-
se as concentrações medidas pelo sensor 1 contra o sensor 3, sendo que os dados do
sensor 1 foram colocadas no eixo y e os dados do sensor 3 no eixo x, com isso calculou-se
uma regressão linear cujo coeficiente angular (m) e linear (l) foram utilizados para corrigir os
dados do sensor 3 da seguinte maneira: y = m[CO2]sensor3 + l. O mesmo procedimento foi
realizado para correção do sensor 4. As correções estão representadas na figura 6.1.7.6.
Figura 6.1.7.6 - Correção das medições dos GMP’s 343.
360 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Além da estação micrometeorológica, desenvolveu-se um sistema simples para
medição da temperatura da água na superfície e a 25 cm de profundidade.
O sensor utilizado para medição de temperatura é o BetaTherm 100K6A Thermistor -
L108 da Campbell Scientific. Este sensor pode ser utilizado na água, no ar e no solo. Dois
desses sensores foram acoplados a uma boia náutica para medir a temperatura na
superfície da água e a 25 cm de profundidade. Na parte superior da bóia, uma tela com tiras
de um material reflexivo foi fixada para bloquear a radiação solar.
Para armazenar os dados medidos pelo sensor utilizou-se o datalogger CR23X da
Campbell Scientific protegido por caixa plástica e alimentado por uma bateria de motocicleta
de 12 V e 6 Ah. O sistema pode ser visto na figura 6.1.7.7.
Figura 6.1.7.7 - Bóia para medição de temperatura da água à esquerda e sistema de armazenamento dos dados medidos pelo sensor de temperatura à direita.
O sistema de medição de temperatura da água está preso na boia SIMA I do lago de
Itaipu, como pode se ver na figura 6.1.7.8.
Figura 6.1.7.8 - Sistema de medição de temperatura da água acoplada na bóia SIMA I.
TÓPICOS ESPECIAIS 361
6.1.8 Processamento dos dados
Assim como já foi mencionado nesse texto, para utilização do Método de Medição de
Covariâncias Turbulentas é necessário realizar um controle de qualidade sobre os dados
medidos pela estação micrometeorológica. Neste trabalho, o controle de qualidade foi
realizado durante todas as etapas do processamento dos dados. Assim, Assim como já foi
mencionado nesse texto, para utilização do Método de Medição de Covariâncias Turbulentas
é necessário realizar um controle de qualidade sobre os dados medidos pela estação
micrometeorológica. Neste trabalho, o controle de qualidade foi realizado durante todas as
etapas do processamento dos dados. Assim, o processo de seleção dos dados está
comentado neste texto com a descrição das etapas do processamento.
A primeira etapa do processamento foi agrupar os arquivos de 10 minutos do conjunto
rápido em arquivos de 30 minutos de dados porque os fluxos estimados neste trabalho
foram de amostras de dados de 30 minutos.
É bastante comum encontrar nesses arquivos de dados falhas de medições,
medições numericamente distantes do restante dos dados (spikes), amostras de dados cuja
reta de regressão linear diverge significativamente dos dados medidos, etc. Logo, as
variáveis dispostas nos arquivos de dados de meia hora foram plotadas para inspeção
visual. Nesta etapa, as medições de densidade de , densidade de e velocidade do
vento foram verificados para seleção das amostras de dados de 30 minutos.
Já os outros dados do conjunto rápido foram analisados para verificar se havia
necessidade de substituir os dados utilizados no cálculo dos fluxos por dados obtidos por
outro sensor, pois havia medições iguais realizadas por sensores sobressalentes ou
sensores diferentes, tal como o sensor de pressão e os de temperatura.
Na figura 6.1.8.1 estão dois exemplos de arquivos de dados de 30 minutos plotados.
O primeiro, de cima para baixo, é um exemplo de uma boa amostra de medições da
componente u da velocidade do vento, enquanto que o segundo é um exemplo de medições
com falhas dessa mesma variável.
362 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.1.8.1 - Amostras de medições da componente horizontal da velocidade do vento. Nas
abscissas estão as quantidades de medições.
Neste trabalho, a seleção das amostras de medições de velocidade do vento foi para
identificar as amostras de medições com falhas. Já para as variáveis densidade da água e
densidade de , a inspeção visual foi para identificar amostras de medições com falhas e
também se levou em consideração o perfil dessas amostras, que não devem divergir de uma
reta de regressão linear para atender as hipóteses do método e gerar bons resultados nas
etapas seguintes do cálculo dos fluxos, que estão descritas na sequência. Na figura 6.1.8.2
estão os valores das medições da densidade de referentes às medições da figura
6.1.8.1. Nota-se que a amostra que apresentou problemas de medições tem um perfil de
medições de que não atende o critério para o cálculo dos fluxos desse trabalho, esse
critério será melhor compreendido na etapa linear detrending. Já a amostra de dados que
apresentou boas medições na figura 6.1.8.1, também apresentou boas medições na
densidade de , como pode ser visto na parte superior da figura 6.1.8.2.
Figura 6.1.8.2 - Amostra de dados de densidade de . Nas abscissas estão as quantidades
de medições.
TÓPICOS ESPECIAIS 363
Em algumas amostras de dados observaram-se spikes. Segundo Vickers & Marht
(1996), os spikes são, geralmente, resultados de erros eletrônicos no sistema de
monitorização e aquisição, e também de interferências da chuva no anemômetro sônico e/ou
analisador de / . Portanto, é importante que esses dados sejam removidos para que
eles não influenciem o fluxo da amostra de dados. Neste trabalho, os spikes foram
eliminados por um filtro auto-recursivo linear de ordem 1.
Na figura 6.1.8.3 estão dois gráficos da mesma amostra de dados, no gráfico superior
observa-se um spike bem definido na amostra de dados e no gráfico inferior observa-se a
remoção do spike quando se utilizou a rotina de remoção de spikes.
Figura 6.1.8.3 - Amostra de dados de densidade de com spike. Nas abscissas estão as
quantidades de medições.
De acordo com o manual dos sensores LI7500 e CSAT3, é normal estes sensores
atrasarem no tempo. Assim, para que todas as medições estejam no mesmo tempo,
verificou-se a defasagem desses sensores em relação ao termopar que foi disposto no meio
do caminho sônico do CSAT por correlação cruzada.
Plotando os valores encontrados para a correlação cruzada em função de k, o pico ou
o vale da correlação deve estar localizado em k = 0. Caso isso não aconteça, sabe-se que
existe uma defasagem entre o conjunto de dados, que é indicada pela posição do pico ou do
vale em relação à origem (k = 0).
Essa etapa foi utilizada para verificar se havia defasagem entre o CSAT3 e o
termopar, e entre o LI7500 e o termopar. Notou-se, além de alguns plots indicando
defasagem, gráficos de correlação que não condiziam com o esperado, como pode ser visto
no primeiro gráfico da figura 6.1.8.4. As amostras de dados que apresentaram esse tipo de
comportamento foram descartadas, enquanto que os dados que apresentaram defasagem
foram corrigidos adiantando k medições do LI7500 em relação ao termopar e k medições do
364 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
CSAT3 em relação ao termopar. No gráfico do meio da figura 6.1.8.4 está uma correlação
cruzada com defasagem em dois intervalos de medições, e à direita da figura 6.1.8.4 um
gráfico de correlação com a defasagem corrigida.
Figura 6.1.8.4 - Gráficos de correlação cruzada entre o analisador de e um termopar.
Para minimizar o efeito da inclinação da superfície e do possível desnivelamento do
anemômetro sônico, duas rotações tridimensionais nas componentes da velocidade do vento
foram aplicadas para anular a velocidade horizontal (na transversal) e a velocidade vertical
do vento (Finnigan et al., 2003).
Nos escoamentos turbulentos os processos que são dependentes do tempo e do
espaço podem ser decompostos em uma média ( ) e em uma flutuação (a’). Este
procedimento é chamado de Decomposição de Reynolds e pode ser escrito da seguinte
forma
A média pode ser calculada de várias formas: médias de bloco, médias móveis,
médias probabilísticas (ensemble averages) e linear detrending. Neste trabalho, aplicou-se o
linear detrending para estimar as flutuações turbulentas.
Aplicar linear detrending consiste em realizar uma regressão linear com os dados
para obter as flutuações em torno desta reta de regressão linear.
Nesta etapa do trabalho fica evidente o motivo pelo qual foram removidas as
amostras de dados cujas medições apresentaram perfis que divergiam de uma reta, tal
como no gráfico da parte inferior da figura 6.1.8.2. Assim, para se utilizar o linear detrending
é importante que se selecionem os perfis adequados para este método, tendo em vista que
a partir da reta de regressão linear que são encontradas as flutuações turbulentas. Na figura
6.1.8.5 estão plotadas duas amostras de densidade de com as retas de regressão
linear, nessas figuras se nota a importância da seleção das amostras de dados.
TÓPICOS ESPECIAIS 365
Figura 6.1.8.5 - Retas de regressão linear para o cálculo das flutuações de
Embora as coordenadas do sistema de medição do CSAT foram rotacionadas para
obter uma velocidade vertical média do vento igual a zero, Webb & Leuning (1980)
verificaram que as flutuações da densidade do ar associadas à transferência de vapor e
calor sensível produzem uma velocidade vertical média diferente de zero que é inferior à
precisão dos anemômetros sônicos. Desta forma, Webb & Leuning (1980) sugeriram a
correção denominada por Webb-Pearman-Leuning, correção WPL, que leva em
consideração essa velocidade vertical na estimativa dos fluxos de , da seguinte forma:
(6.1.8.1)
{
} (6.1.8.2)
( )
(6.1.8.3)
em que é a temperatura termodinâmica, e
são a densidade do e do vapor
d’água, respectivamente, é a razão de mistura para o CO2, é a razão de mistura para o
vapor d’água e é a relação entre a constante de gás úmido e a constante de ar seco, e
estas variáveis podem ser obtidas com
(6.1.8.4)
(6.1.8.5)
(6.1.8.6)
366 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Temos que = 0,28705 kJ kmol-1K-1 e = 0,46152 kJ kmol-1K-1. A massa
específica do ar seco não é um dado fornecido pelos sensores usualmente utilizados em
estações micrometeorológicas, devido a isto, ela é calculada por
(6.1.8.7)
Para medição dos fluxos dos escalares pelo método MCT, instalamos uma estação
micrometeorológica em uma ilha no reservatório de Itaipu. A descrição do local de estudo e
dos equipamentos da estação estão na seção seguinte.
6.1.9 Resultados
Na tabela 6.1.9.1 estão as datas das medições dos fluxos turbulentos. Nota-se que
não há medições nos meses de maio e junho porque o sistema autônomo de fornecimento
de energia estava sendo reconfigurado para evitar as interrupções das medições que foram
observadas nos meses anteriores. Assim, nota-se que nos meses de julho a setembro as
medições foram contínuas, havia apenas algumas interrupções devido à radiação solar que
não foi suficiente para carregar as baterias que mantêm o sistema operando.
Tabela 6.1.9.1 - Fluxos médios e concentração acumulada de CO2 obtidos durante as
campanhas de monitoramento
Mês Data e hora inicial Data e hora final Dias
monitorados
Dezembro 2012
Janeiro 2013
Fevereiro 2013
Março 2013
Abril 2013
Maio 2013
Junho 2013
Julho 2013
Agosto 2013
Setembro 2013
07/12/2012 - 19:00
23/01/2013 - 10:20
27/02/2013 - 10:50
12/03/2013 - 10:20
03/04/2013 - 10:50
———
———
23/07/2013 - 10:40
08/08/2013 - 16:40
05/09/2013 - 08:20
23/12/2012 - 05:00
25/01/2013 - 09:30
05/03/2013 - 17:40
20/03/2013 - 17:20
13/04/2013 - 18:00
———
———
08/08/2013 - 16:40
04/09/2013 - 17:00
08/10/2013 - 15:50
16
3
10
8
10
0
0
74
TÓPICOS ESPECIAIS 367
Embora na tabela 6.1.9.1 estejam vários dias de medições, os fluxos apresentados
neste trabalho são de alguns dias dos meses de dezembro de 2012 e fevereiro, março, abril,
agosto e setembro de 2013.
A seguir, os fluxos de dióxido de carbono, calor sensível, calor latente e radiação solar
estão apresentados em diagramas que nos possibilitam identificar suas variações diárias.
Nos meses de dezembro de 2012, março e abril de 2013, figuras 6.1.9.1, 6.1.9.2 e
6.1.9.3, constatou-se que o fluxo do gás carbônico variava com a radiação solar,
apresentando maior fixação desse gás nos horários de maior intensidade da radiação solar,
por conseguinte, esses fluxos podem ser decorrentes de atividade fotossintética no
reservatório.
Figura 6.1.9.1 - Fluxos turbulentos e radiação solar medidos no mês de dezembro de 2012 no
reservatório de Itaipu
368 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.1.9.2 - Fluxos turbulentos e radiação solar medidos no mês de fevereiro e março de
2013 no reservatório de Itaipu
Figura 6.1.9.3 - Fluxos turbulentos e radiação solar medidos no mês de abril de 2013 no
reservatório de Itaipu
No mês de agosto de 2013, figura 6.1.9.4, observa-se que há fixação de carbono pelo
reservatório tanto no período noturno quanto no período diurno. A fixação do gás carbônico
no período noturno pode estar relacionada com o pH da água, pois em águas alcalinas o
carbono inorgânico está principalmente na forma de bicarbonato e carbonato, que permite o
fluxo difusivo negativo devido à maior concentração do gás carbônico na atmosfera do que
no reservatório. Ainda nas medições do mês de agosto, nota-se que há menos medições de
TÓPICOS ESPECIAIS 369
fluxos no período noturno do que no período diurno. Isto ocorre porque as condições da
atmosfera não permitiram a medição do fluxo pelo MCT, mas mesmo assim, observa-se que
os fluxos foram possíveis de serem calculados na maior parte dos horários dos dias.
Figura 6.1.9.4 - Fluxos turbulentos e radiação solar medidos no mês de agosto de 2013 no
reservatório de Itaipu.
Em setembro, figura 6.1.9.5, a maior parte dos fluxos medidos eram positivos, e as
maiores emissões ocorriam no período noturno. Nota-se que o fluxo de calor sensível foi, em
geral, positivo durante o dia e negativo à noite em quase todos os meses de medição. Isto
pode estar indicando que a superfície da água estava perdendo calor à noite e ganhando
calor durante o dia por processos de convecção e advecção. Já em setembro de 2013, nota-
se que a maior parte dos fluxos de calor sensível era negativa, assim a temperatura do ar
estava mais quente do que a temperatura da superfície da água.
370 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.1.9.5 - Fluxos turbulentos e radiação solar medidos no mês de setembro de 2013 no
reservatório de Itaipu.
Na tabela 6.1.9.2 estão os fluxos médios dos dias apresentados neste trabalho dos
meses de monitoramento. Nota-se na tabela, que a quantidade de fluxos de meia hora varia,
pois nem sempre as condições da atmosfera eram apropriadas para o cálculo do fluxo pelo
método das covariâncias turbulentas.
Tabela 6.1.9.2 - Fluxos médios dos dias apresentados neste trabalho.
Mês Fluxo médio
(mmol/m2 s)
Quantidade
de dias
Quantidade de fluxos
de 30 minutos
Dezembro 2012
Fevereiro e março 2013
Março 2013
Abril 2013
Agosto 2013
Setembro 2013
−0,0001039
+0,0003811
−0,0002294
+0,0005319
+0,0000866
+0,0010253
16 dias
5 dias
8 dias
8 dias
6 dias
7 dias
668
258
365
252
141
141
TÓPICOS ESPECIAIS 371
6.1.10 Conclusão
Neste trabalho, os fluxos de dióxido de carbono medidos no reservatório de Itaipu
pelo Método de Medição de Covariâncias Turbulentas foram apresentados.
As medições foram nos meses de dezembro de 2012, fevereiro, março, abril, agosto e
setembro de 2013. Nesses meses, contatou-se tanto fixação quanto emissão de gás
carbônico pelo reservatório. Notou-se que, em geral, a absorção do gás carbônico pelo
reservatório eram maiores em condições de maior radiação solar, um possível indicador de
fotossíntese. Já os efluxos de gás carbônico eram, em geral, maiores nos períodos noturnos,
que possivelmente estavam associados a não estratificação do reservatório.
Na tabela 6.1.9.2 estão os fluxos médios dos dias de monitoramento apresentados
neste trabalho. Observa-se que há grande variabilidade nos fluxos, apresentando tanto
fixação média quanto emissão média. No entanto, o reservatório mais emitiu gás carbônico
para atmosfera do que absorveu.
372 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
6.2 Estudos de Micro-organismos do Ciclo de Metano em Reservatório
Através de técnicas metagenômicas é possível predizer a estrutura de comunidades
microbianas e inferir os possíveis papéis biológicos de cada espécie encontrada naquele
ambiente. A diversidade de micro-organismos é analisada principalmente utilizando-se
marcadores moleculares como as regiões variáveis do gene 16S rRNA. Atualmente, o
sequenciamento de nova geração permite se obter uma grande quantidade de seqüências
oriundas da extração do DNA ambiental.
Esta quantidade massiva de dados permite uma análise mais robusta das espécies
que compõem o ambiente. Foi utilizando estas técnicas que cinco reservatórios das Usinas
Hidrelétricas de Funil, Itaipu, Três Marias, Balbina e Xingó foram analisados quanto à
composição microbiana. Conforme sabemos, micro-organismos ambientais participam
ativamente do ciclo do carbono e possivelmente influenciam na quantidade de gases do
efeito estufa liberados na atmosfera, neste caso, podemos citar principalmente as arqueias
metanogênicas e bactérias metanotróficas como os principais envolvidos nesta
problemática.
TÓPICOS ESPECIAIS 373
Estudos metagenômicos já foram realizados anteriormente em reservatórios de
usinas hidrelétricas brasileiras (Graças et al. 2011; Graças et al. 2013; Baraúna et al. 2013)
e puderam descrever a presença de espécies metanogênicas principalmente no sedimento e
em altas profundidades do lago. Neste estudo, uma biblioteca metagenômica foi gerada para
analisar o perfil da comunidade microbiana que habita cada reservatório das usinas citadas
acima. Os dados gerados em conjunto com os valores físico-químicos analisados servem
como base para inferir a importância destes micro-organismos no ciclo biogeoquímico do
carbono nos reservatórios brasileiros.
Os resultados das análises mostram que há uma grande variação na composição da
comunidade bacteriana entre os reservatórios. O reservatório com maior diversidade
observada foi o da UHE Funil, e a menor foi a da UHE Balbina.
Figura 6.2.1 - Diversidade taxonômica bacteriana da UHE Balbina
Na usina hidrelétrica de Balbina, a diversidade bacteriana (Fig. 6.2.1) foi
extremamente baixa, compreendendo majoritariamente dos filos Proteobacteria (72%) e
Actinobacteria (26%). O filo Bacteroidetes foi representado por 2% das seqüências.
Cyanobacteria, Chlamydiae, OD1, Acidobacteria e Verrucomicrobia também foram
encontrados em menor quantidade (<1%). De todas as UHEs analisadas, Balbina foi a que
apresentou a menor diversidade bacteriana, provavelmente por se tratar de um ambiente
muito restrito ao crescimento bacteriano.
374 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.2.2 - Diversidade taxonômica bacteriana da UHE Funil
Na usina hidrelétrica de Funil (Figura 6.2.2), também houve predominância dos filos
Actinobacteria (42%) e Proteobacteria (42%), seguidos de Bacteroidetes (8%),
Cyanobacteria (5%) e Chlamydiae (2%). Outros filos menos representativos (1%) também
foram identificados (OD1, Firmicutes, Planctomycetes, TM7, Acidobacteria, Nitrospira e
Verrucomicrobia).
Figura 6.2.3 - Diversidade taxonômica bacteriana da UHE Itaipú
TÓPICOS ESPECIAIS 375
Na UHE Itaipú (Figura 6.2.3), os filos mais predominantes foram Actinobacteria (52%),
Proteobacteria (36%) e Bacteroidetes (9%). Outros filos menos representativos (3%)
também foram encontrados, como OD1, Gemmatinoidetes, Nitrospira, Verrucomicrobia,
Acidobacteria e Cyanobacteria.
Figura 6.2.4 - Diversidade taxonômica bacteriana da UHE Três Marias
Na UHE Três Marias (Figura 6.2.4), os filos bacterianos mais abundantes foram as
Actinobacteria (59%), Proteobacteria (30%), Cyanobacteria (4%) e Bacteroidetes (4%).
Outros filos representaram menos de 3% das sequências, sendo Acidobacteria, OD1,
Armatimonadetes, Gemmatimonadetes, Firmicutes, Planctomycetes, TM7, Chlamydiae e
Verrucomicrobia.
Figura 6.2.5 - Diversidade taxonômica bacteriana da UHE Xingó
376 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Na UHE Xingó (Figura 6.2.5), os filos predominantes também foram as Actinobacteria
(48%), Proteobacteria (39%), seguidos por Bacteroidetes (4%) e Cyanobacteria (3%). Outros
filos representaram aproximadamente 1%, sendo Firmicutes, Verrucomicrobia, Acidobacteria
e Nitrospira.
6.3 Banco de Dados
6.3.1 Introdução
Os portais do Projeto foram constituídos com o intuito de prover acesso a base de
dados e também para a divulgação do Projeto junto a sociedade. Os dados foram
distribuídos nos três portais listados na Figura 6.3.1.1.
O portal "Projeto Furnas - Campanhas" é usado para acessar os dados
coletados no âmbito do Projeto Balanço de Carbono nos Reservatórios de FURNAS Centrais
Elétricas S.A., apesar de estes dados não terem sido coletados no âmbito deste projeto, eles
são importantes para a equipe;
O portal SIMA é usado para acessar os dados coletados pelas estações de
coleta automática (SIMA - Sistema Integrado de Monitoramento Ambiental);
O portal BALCAR é usado para acessar os dados obtidos no âmbito deste
projeto. A base de dados é constituída por coletas in situ das equipes de cada instituição
envolvida, dados obtidos de outras fontes (dados meteorológicos do INMET), mapas de
delimitação das bacias de drenagem dos reservatórios e mapas de uso e ocupação do solo
nas bacias dos reservatórios.
Nos itens a seguir são descritos os portais BALCAR e SIMA.
Figura 6.3.1.1 - Portais de acesso aos dados do projeto.
TÓPICOS ESPECIAIS 377
6.3.2 Portal BALCAR
O portal é formado por páginas de domínio público (páginas de livre acesso – Figura
6.3.2.1) e páginas de acesso restrito aos usuários cadastrados. Esta distribuição é
necessária para garantir que os dados sejam acessados apenas por pessoas envolvidas
com o Projeto. A base de dados pode ser acessada pelas seguintes páginas deste portal:
Campanhas (Figura 6.3.2.2): nela é possível acessar todos os dados coletados in situ
pelas equipes do Projeto. O acesso está organizado por tipo de dado coletado (1), por
reservatório (2) e por campanha (3). Os dados são exibidos em tabelas e a sua
localização no Google Maps. Os dados consultados também podem ser baixados. O
portal foi programado de tal forma que cada conta de usuário poderá acessar
somente os dados (1) a ele disponibilizados;
Mapas (Figura 6.3.2.3): nela é possível acessar os mapas de delimitação das bacias
de drenagem e mapas de uso e ocupação do solo na área dessas bacias. O usuário
pode navegar sobre o mapa, isto é possível por ele ser exibido sobre o Google Maps.
Esta página permite também ver o histórico de precipitação acumulada diária, desde
o ano 2000, em qualquer ponto do mapa, como mostra o gráfico da Figura 35.
Atualmente a base de dados é formada por 15 mapas de delimitação de bacias de
drenagem e 16 mapas de uso e ocupação do solo nas áreas das bacias, sendo estes
mapas de duas datas: um mapa da década de 70 e outro atual;
Meteorológicos (Figura 6.3.2.4 e Figura 6.3.2.5): nela é possível acessar os dados
meteorológicos das estações de coleta do INMET. Estes dados foram obtidos graças
a uma solicitação junto ao INMET e não podem ser distribuídos, por este motivo eles
possuem acesso restrito. Existem dados de 291 estações de coleta, com três leituras
diárias e o período de coleta da maioria dessas estações é desde a década de 70. Na
tela é possível verificar a distância em quilômetros de um ponto escolhido (por
exemplo, o ponto na cor magenta na Figura 6.3.2.4) até alguma estação (por
exemplo, a estação de Rezende - RJ). A tela permite ainda personalizar consultas
visualizando-as em formas de tabelas, gráficos e exportando;
Descrição (Figura 6.3.2.6 - http://www.dsr.inpe.br/hidrosfera/balcar/descricao.php):
nela é possível acessar o sumário das campanhas por reservatório e por instituição,
assim como a lista de parâmetros coletados. Esta página reflete o estado do banco de
dados e é de domínio público. Atualmente a base de dados é formada pelas coletas
realizadas em 115 campanhas, listadas na Figura 6.3.2.6. As datas compreendem o
período de início e fim de cada campanha no reservatório. A página também exibe os
378 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
parâmetros coletados bem como a quantidade de coletas por parâmetro, veja como
exemplo a Figura 6.3.2.7;
Cadastro: nela o administrador do sistema gerencia as contas dos usuários, ou seja, é
possível alterar o acesso aos dados e páginas do portal.
Figura 6.3.2.1 - Estrutura do portal BALCAR.
Figura 6.3.2.2 - Página de acesso aos dados de campanha.
TÓPICOS ESPECIAIS 379
Figura 6.3.2.3 - Página de acesso aos dados de mapeamento.
Figura 6.3.2.4 - Página de acesso aos dados das estações meteorológicas do INMET.
380 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.3.2.5 - Detalhes da visualização dos dados meteorológicos.
TÓPICOS ESPECIAIS 381
Figura 6.3.2.6 - Lista de campanhas por reservatório.
382 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.3.2.7 - Lista de parâmetros coletados e a quantidade de coletas.
6.3.3 Portal SIMA
O portal é formado por páginas de domínio público (páginas de livre acesso - Figura
6.3.3.1) e páginas de acesso restrito aos usuários cadastrados. Os dados das estações
SIMA não foram incluídos na base de dados do Portal BALCAR por eles terem uma natureza
diferente, eles são coletados, recebidos e disponibilizados automaticamente, ou seja, não
precisam de um operador humano, mas precisam de programas específicos para receber,
processar e armazenar os dados, além de o volume de dados ser muito maior que aqueles
coletados pelas equipes in situ.
A base de dados do SIMA também é formada por dados coletados pelas estações e
armazenados internamente. Estes dados são coletados a cada dez minutos, enquanto que
os dados transmitidos são coletados a cada hora. Estes dados são descarregados das
estações e inseridos manualmente no banco de dados (Figuras 6.3.3.2 e 6.3.3.3).
TÓPICOS ESPECIAIS 383
Este portal possui uma versão em inglês.
A base de dados pode ser acessada pelas seguintes páginas deste portal:
• Dados nela é possível acessar os dados coletados pelas estações SIMA. A tela
permite consultar por estação (1), por período (2), agrupar por período (3), por
sensor (4) e visualizar os dados em tabelas, gráficos e baixar os dados da
consulta;
• Filtrados: esta página é semelhante a página dados mas nela é possível acessar
os dados que sofreram alguma filtragem para remover dados que foram
corrompidos no processo de transmissão/recebimento;
• Dados off-line: nesta página é possível acessar os coletados a cada dez minutos.
A interface de acesso é semelhante a página dados;
• Dados brutos e dados brutos offline: estas páginas permitem acessar aos
dados binários coletados pelas estações. Elas são acessadas apenas pela equipe
técnica responsável pela manutenção das estações, recebimento e
processamento dos dados;
• Mapa: nela é possível visualizar a localização e período de atuação das estações
SIMA. Esta página é de livre acesso para a comunidade.
Figura 6.3.3.1 - Estrutura do portal SIMA.
384 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.3.3.2 - Página de acesso aos dados das estações SIMA.
Figura 6.3.3.3 - Página de acesso as localizações dos SIMAs.
TÓPICOS ESPECIAIS 385
6.4 Uso da Mediana para Estimação Robusta de Taxa de Emissão Difusiva
de GEE Representativa para Reservatório
Em geral, corpos aquáticos (rios e lagos artificiais ou naturais) apresentam
concentrações de gases de efeito estufa (GEE) no interior da massa d água, em particular
dos gases CO2, CH4 e N2O, cujas dinâmicas inclui trocas com a atmosfera através da
interface água-ar na superfície. Brasil (2012) apresentam duas rotas principais para as
trocas de GEE na interface água-ar do lago: (i) fluxos ebulitivos de águas rasas e (ii) fluxos
difusivos. Para a medição de fluxos difusivos da segunda rota, a técnica mais comum é a
obtenção de medições pontuais de fluxo difusivo a partir câmaras de difusão flutuantes
distribuídas espacialmente pela superfície do lago. Descrições desta técnica podem ser
encontradas em Tremblay et al. (2005), FURNAS (2008), IHA (2010), UFRJ (2011), IEA
HYDROPOWER (2012), e na literatura citada nestas referências. Cada câmara fornece uma
estimativa pontual de taxa de emissão difusiva em mg.m-2.d-1 válida para a localização da
câmara e para o instante da medição. A questão estatística do balanço de fluxos para o lago
consiste em integrar o conjunto das estimativas pontuais das câmaras numa estimativa
única de taxa de emissão, representativa da emissão do lago como um todo durante o
período das medições, devendo-se ainda indicar um intervalo de confiança com 95% de
probabilidade de conter o “valor verdadeiro” Brasil (2012) e IEA HYDROPOWER (2012).
Estimativas de taxas de emissão difusiva representativas de emissões de lagos
durante campanhas de medições podem ser obtidas, acompanhadas dos respectivos
intervalos de confiança, assumindo que os valores pontuais de fluxo medidos pelas câmaras
diferem da taxa de emissão representativa do lago pela soma de dois fatores aleatórios
independentes: variações espaciais ao longo da superfície do lago e erros de medição.
Santos et al. (2005), pág. 90, reportam que as medições de fluxos difusivos de GEE em
lagos com câmaras de difusão parecem ser moduladas por fortes componentes aleatórios,
com presença de valores extremos. Se durante as campanhas de campo algumas condições
ideais forem atendidas (grande número de pontos de medição, fluxos pontuais flutuando
com variância fixa em torno de um valor fixo e sem estrutura de correlação espaço-temporal
significativa, e precisão uniforme das medições) a simples média aritmética das medições
pode fornecer uma estimativa adequada para a taxa de emissão do lago. No entanto, como
na prática, as condições ideais não são atendidas, métodos de estimar mais robusto devem
ser empregados, procurando-se proteção contra a ocorrência de valores extremos e também
contra casos de diferentes precisões nas medições. Um dos estimadores robustos mais
utilizados é o uso da mediana. Por outro lado o uso da mediana de medições pontuais como
386 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
estimador de taxa de emissão difusiva representativa das emissões para o lago como um
todo pode introduzir a necessidade de aplicação de uma correção de tendência nas
estimativas.
Nos casos de populações simétricas, a necessidade não aparece, já que, para estes
casos, a mediana é sempre uma estimativa não-tendenciosa de média populacional. No
entanto, para populações assimétricas, a mediana representa uma característica população
de locação diferente da média populacional Se considerar o quociente entre média e
mediana populacionais, partindo do caso simétrico, onde vale 1, este quociente cresce e
decresce junto com a assimetria. A seguir apresenta-se um estudo para analisar a
necessidade de se incluir uma correção de viés, considerando as medições de fluxo difusivo
de CH4 de câmaras difusivas operadas pela equipe da COPPE nas campanhas em 2012 no
reservatório de Xingó.
Verificação de Víeis
As campanhas foram realizadas durante o ano de 2012 em diferentes épocas: a 1ª
em abril, a 2ª em junho, a 3ª em setembro e a 4ª em novembro. Nas campanhas a equipe
utilizou 41 câmaras de difusão no reservatório. Pelo critério de ajuste da regressão, foram
rejeitadas as medições de uma câmara na 1a campanha e de uma câmara na 2a campanha.
A figura 6.4.1 ilustra as distribuições das medições de cada campanha, podendo-se observar
que a distribuição dos fluxos da 1ª campanha (abril) se destacou das demais, fluxos maiores
e maior variabilidade. Nesta campanha foi medido um valor recorde de 153,27. Nas 2ª e 3ª
campanhas (junho e setembro) os fluxos de CH4 no lago seguiram uma tendência de
diminuição, e de maior homogeneidade ao longo do lago. A distribuição dos fluxos da 4ª
campanha (novembro) parece representar uma transição entre o regime de setembro e o
regime de março.
TÓPICOS ESPECIAIS 387
Figura 6.4.1 - Medições de Emissões de CH4 em Xingó no Reservatório.
Para cada campanha foram calibradas quatro distribuições de dois parâmetros:
Gauss, Gumbel, Weibull e Lognormal. A Gauss é simétrica, a Weibull pode assumir simetria,
assimetrias positivas e assimetrias negativas, dependendo do parâmetro de forma. A
Gumbel tem assimetria fixa positiva (1,14). A Lognormal tem assimetria positiva crescente
com o coeficiente de variação.
Na calibração usou-se a solução do sistema de duas equações: mediana teórica
igualada à mediana dos fluxos medidos e desvio-padrão teórico igualados à escala tau de
Huber dos fluxos medidos. Para cada calibração foi calculado o quociente entre o valor
esperado da distribuição ajustada e a mediana dos fluxos e a bondade de ajuste medida
pelo valor p de um teste de kolmogorov-smirnov de igualdade de distribuição entre a
distribuição dos fluxos medidos e de uma amostra sintética da distribuição ajustada com
10.000 valores. As figuras 6.4.2 a 6.4.6 ilustram os ajustes e a tabela 6.4.1 mostra os
resultados, onde os valores em vermelho indicam os resultados do melhor ajuste (maior p e
menor KS).
0 50 100 150
abril
junho
setembro
novembro
fluxo (mg/m^2/dia)
XGO Emissão de CH4 por Difusão Area do Reservatorio
Distribuição das Medições por campanha
388 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Tabela 6.4.1 - Calibrações de Distribuições
Pode-se observar que os quocientes de todas as calibrações para as campanhas de
junho, setembro e novembro são muito próximos de 1. Na campanha de abril, o melhor
ajuste da Lognormal aponta para um quociente de 1,107. Porém a diferença na bondade de
ajuste para a distribuição de Gauss é pequena, o que indica que a estimativa pela mediana
dos fluxos é ainda uma boa estimativa para a média da população dos fluxos do lago,
mesmo para esta campanha.
Figura 6.4.2 - Ajuste de Distribuição Gumbel.
campanha medianaQuociente
GaussKS ( p)Gauss
QuocienteWeibulll
KS ( p)Weibull
QuocienteGumbel
KS ( p)Gumbel
QuocienteLognormal
KS ( p)Lognormal
abril 13,17 10,141
(0.409)1,054
0,143(0.391)
1,090,128
(0.409)1,107
0,122(0.596)
junho 1,98 10,099
(0.832)0,986
0,109(0.734)
1,030,116
(0.832)1,015
0,095(0.867)
setembro 2,29 10,106
(0.751)0,988
0,099(0.821)
1,040,135
(0.751)1,025
0,115(0.655)
novembro 5,15 10,121
(0.588)1,037
0,122(0.578)
1,080,176
(0.588)1,090
0,191(0.102)
0 7 13 20 26 33
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha abril
ks = 0.128
p value = 0.534
0 1 2 3 4 5
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha junho
ks = 0.116
p value = 0.66
0 1 2 3 5 6
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha setembro
ks = 0.135
p value = 0.447
0 3 5 8 10 13 15
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha novembro
ks = 0.176
p value = 0.161
XGO Emissão de CH4 por Difusão Area do Reservatorio
Ajuste de Distribuição Gumbel
TÓPICOS ESPECIAIS 389
Figura 6.4.3 - Ajuste de Distribuição Gauss
Figura 6.4.4 - Ajuste de Distribuição Weibull
0 7 13 20 26 33
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha abril
ks = 0.141
p value = 0.409
0 1 2 3 4 5
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha junho
ks = 0.099
p value = 0.832
0 1 2 3 5 6
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha setembro
ks = 0.106
p value = 0.751
0 3 5 8 10 13 15
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha novembro
ks = 0.121
p value = 0.588
XGO Emissão de CH4 por Difusão Area do Reservatorio
Ajuste de Distribuição de Gauss
0 7 13 20 26 33
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha abril
ks = 0.143
p value = 0.391
0 1 2 3 4 5
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha junho
ks = 0.109
p value = 0.734
0 1 2 3 5 6
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha setembro
ks = 0.099
p value = 0.821
0 3 5 8 10 13 15
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha novembro
ks = 0.122
p value = 0.578
XGO Emissão de CH4 por Difusão Area do Reservatorio
Ajuste de Distribuição Weibull
390 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Figura 6.4.5 - Ajuste de Distribuição Lognormal
Figura 6.4.6 - Melhor Ajuste em Papel Gumbel
0 7 13 20 26 33
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha abril
ks = 0.122
p value = 0.596
0 1 2 3 4 5
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha junho
ks = 0.095
p value = 0.867
0 1 2 3 5 6
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha setembro
ks = 0.115
p value = 0.655
0 3 5 8 10 13 15
Fluxo (mg/m^2/dia)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Pro
ba
bili
da
de
campanha novembro
ks = 0.191
p value = 0.102
XGO Emissão de CH4 por Difusão Area do Reservatorio
Ajuste de Distribuição Lognormal
1.01 1.1 1.5 2 3 5 10 20 30 50 80 120 200
recorrência (numero de medições)
0
7
13
20
26
33
Flu
xo
(m
g/m
^2
/dia
)
campanha abril
1.01 1.1 1.5 2 3 5 10 20 30 50 80 120 200
recorrência (numero de medições)
0
1
2
3
4
5
Flu
xo
(m
g/m
^2
/dia
)
campanha junho
1.01 1.1 1.5 2 3 5 10 20 30 50 80 120 200
recorrência (numero de medições)
0
1
2
3
5
6
Flu
xo
(m
g/m
^2
/dia
)
campanha setembro
1.01 1.1 1.5 2 3 5 10 20 30 50 80 120 200
recorrência (numero de medições)
0
3
5
8
10
13
15
Flu
xo
(m
g/m
^2
/dia
)
campanha novembro
XGO Emissão de CH4 por Difusão Area do Reservatorio
Melhor Ajuste em Papel Gumbel
CONCLUSÕES 391
CAPÍTULO 7
Conclusões
onsiderando que o atual estado da arte sobre emissões de gases de efeito estufa
em reservatórios hidrelétricos contém uma série de incertezas, sendo ainda
necessário o seu aperfeiçoamento, as empresas ELETROBRAS, em atendimento
ao Projeto Estratégico “Monitoramento de Emissões de Gases de Efeito Estufa em
Reservatórios de Usinas Hidrelétricas” da Chamada Pública no 009/2008 da ANEEL, em
coordenação com o Ministério das Minas e Energia, e contando com a coordenação técnica
do CEPEL, encaminharam o projeto de P&D “Emissões de Gases de Efeito Estufa em
Reservatórios de Centrais Hidrelétricas”. O projeto visou o estudo do balanço de emissões
em oito aproveitamentos hidrelétricos em operação e em três em construção no Brasil,
distribuídos ao longo dos diferentes biomas no território brasileiro. Durante os anos de 2011
e 2012 estes aproveitamentos foram visitados por equipes de pesquisadores para a coleta
de dados, cujo processamento e análise foram descritos ao longo dos capítulos deste
volume. As principais conclusões tiradas foram:
7.1 Limnologia e Metabolismo Planctônico
Os corpos e cursos de água estudados no presente estudo (reservatórios em
operação e trechos de rios que formarão reservatórios) tiveram a variabilidade espacial e
temporal dos principais parâmetros limnológicos explicados por 10 variáveis (55% de
explicabilidade em Serra da Mesa a 88% em Segredo). Destacam-se entre elas o papel da
temperatura e transparência da água, do pH, fósforo total.
C
392 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
A temperatura da água refletiu a posição geográfica dos sistemas, sendo menor nos
sistemas localizados mais ao sul, sobretudo no bioma Mata Atlântica e maior, nos demais
biomas, sobretudo naqueles localizados na Amazônia.
A turbidez da água foi marcadamente elevada em Santo Antonio, por ser o rio
Madeira um sistema jovem que tem como característica uma alta vazão responsável pelo
transporte de uma elevada carga de sedimentos; e em Funil, reservatório eutrófico que
apresenta frequentes florações de cianobactérias e recebe a forte carga de matéria orgânica
do rio Paraíba do Sul. Já Batalha e Belo Monte são sistemas claros, assim como os
reservatórios de Segredo e Serra da Mesa.
Os valores medianos de pH da água tanto nos sistemas lóticos como lênticos
apresentaram-se ao redor do neutro, com valores máximos nunca ultrapassando 9,0. Uma
ampla variabilidade no pH foi observada em Tucuruí, onde valores próximos a 3,0 foram
registrados.
Os reservatórios em operação e os trechos de rios de futuros reservatórios estudados
apresentaram, em média, estado trófico intermediário quanto ao fósforo total. Exceções são
o eutrófico Funil, dada à forte influência antrópica do rio Paraiba do Sul, e Santo Antonio,
naturalmente enriquecido em fósforo inorgânico de origem andina. Se consideradas as
concentrações de clorofila-a, a maioria dos sistemas lóticos e lênticos são oligotróficos ou
mesotróficos, à exceção de Belo Monte, onde o rio Xingu por ser um rio de meandros
permite um maior acúmulo de biomassa algal do que aquele que suportaria o escoamento
hidráulico.
Não foi observado qualquer padrão nas diferentes formas de carbono na água de
acordo com a idade dos reservatórios. O carbono inorgânico dissolvido é a fração do
carbono total dominante no estoque de carbono das águas superficiais dos reservatórios e é
particularmente elevado nos reservatórios do cerrado. Já as concentrações de carbono
orgânico dissolvido foram maiores no eutrófico Funil e em Balbina, cujo principal afluente é
um rio de águas pretas, ricas nessa forma de carbono. O carbono orgânico particulado foi a
menor fração registrada, correspondendo somente a 8% (mediana) do carbono total na
coluna de água superficial dos reservatórios.
Dentre os rios, o carbono inorgânico dissolvido foi também a fração dominante do
carbono total, exceto em Belo Monte onde o carbono orgânico dissolvido ultrapassou a
fração inorgânica. A fração de carbono orgânico dissolvido foi maior em Belo Monte e Santo
Antonio, se comparada à Batalha, potencialmente ocorrendo uma maior contribuição
CONCLUSÕES 393
autóctone em Belo Monte, dadas as elevadas concentrações de fitoplâncton, e alóctone em
Santo Antonio, por tratar-se de um rio de planície de inundação. O carbono orgânico
particulado foi a menor fração registrada, correspondendo somente a 10% (mediana) do
carbono total nos rios.
Os valores médios registrados de carbono orgânico dissolvido (4,8 mg L-1) são
inferiores aos valores médios mundiais (5,7 mg L-1, 7000 dados) principalmente obtidos em
sistemas de regiões temperadas, e superiores aos registrados em um amplo estudo em
território brasileiro (3,7 mg L-1, 1200 dados).
Não foi observado qualquer padrão no carbono da biota de acordo com a idade dos
reservatórios. O conteúdo de carbono na biota planctônica dos reservatórios foi em geral
baixo e comparável, em sua maioria, a sistemas mesotróficos de outras regiões do planeta.
Os produtores primários compõem a maior fração do carbono planctônico, exceto em Itaipu
e Segredo, onde bactérias e zooplâncton são as comunidades que, respectivamente, mais
contribuem para o total. O carbono na biota zooplanctônica mostrou-se elevado em Três
Marias e baixo em todos os demais sistemas, inclusive no eutrófico reservatório de Funil,
sendo esses valores compatíveis com sistemas mesotróficos de outras regiões do mundo.
Considerando os sistemas lóticos, o carbono do fitoplâncton em Belo Monte foi a
maior fração do carbono da biota, seguida do bacterioplâncton. Em Batalha e Santo Antonio
todas as frações de carbono da biota foram muito reduzidas. Cabe salientar a quase total
ausência de organismos zooplanctônicos em Batalha.
Dentre os processos metabólicos que ocorrem na superfície da coluna d’água dos
reservatórios a respiração planctônica foi a mais importante, a qual foi duas ordens de
magnitude maior que a produção fitoplanctônica. Em média, quase a totalidade da
respiração planctônica (95%) foi devida à respiração bacteriana. Considerando a baixa
produção primária registrada na maioria dos reservatórios, é possível supor que a respiração
bacteriana utiliza como principal substrato o carbono orgânico de origem alóctone, sobretudo
em sua forma dissolvida que é mais abundante, se comparada ao carbono particulado. Os
reservatórios estudados, portanto, mostraram uma clara tendência a uma persistência da
heterotrofia. Não foi observada qualquer tendência com a idade nos processos metabólicos
registrados nos reservatórios; apenas uma menor variabilidade da produção fitoplanctônica
foi observada na medida em que os reservatórios se tornam mais velhos.
394 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Nos sistemas lóticos estudados, de um modo geral a produção primária planctônica
foi praticamente inexistente, exceto em Belo Monte onde foi relativamente expressiva,
conforme também observado para o carbono fitoplanctônico. Da mesma forma que para os
reservatórios, em média, quase a totalidade da respiração planctônica (96%) é formada pela
respiração bacteriana. Em Santo Antônio a respiração planctônica foi o dobro da registrada
nos demais rios. Os altos valores dessas taxas com relação à produção primária mostram
uma dependência do ambiente terrestre, que tendem a ter uma grande entrada de matéria
orgânica proveniente da bacia, apontando, assim como registrado para os reservatórios,
para a persistência da heterotrofia nesses sistemas.
7.2 Concentrações de gases e fluxos difusivos nos sedimentos
Os sistemas em fase de pré-enchimento (Batalha, Santo Antônio e Belo Monte)
apresentaram fluxos difusivos de CO2 através da interface sedimento-água muito superiores
quando comparados aos de CH4 em função das condições lóticas desses sistemas, os
quais favorecem os processos oxidativos. Nos sistemas em fase pós-enchimento, as
concentrações médias de CH4 e de CO2 integradas nos sedimentos e seus fluxos difusivos
médios na interface sedimento-água apresentaram uma relação com a idade dos
reservatórios, ou seja, os reservatórios mais recentes, como Serra da Mesa, Xingó e
Segredo, apresentaram valores mais elevados em relação aos reservatórios mais antigos,
como Três Marias e Itaipu, muito em função do processo de estabilização do reservatório
após o envelhecimento. Uma exceção foi observada para o reservatório de Funil, que
apresentou fluxos difusivos e concentrações máximas de CH4 e CO2 nos sedimentos em
função dos impactos recebidos pelas atividades antrópicas existentes na bacia.
Os reservatórios que são formados por importantes rios que contribuem
significativamente ao aporte de material orgânico particulado proveniente da bacia a
montante, tais como Três Marias, Tucuruí e Serra da Mesa apresentaram um padrão
decrescente de concentração de CH4 e de CO2 nos sedimentos, possivelmente relacionados
ao processo de aporte e deposição de material orgânico particulado mais intenso na porção
mais a montante do reservatório, e que progressivamente vai diminuindo em direção à
jusante em função da rarefação das partículas devido à constante deposição das partículas
no trajeto.
CONCLUSÕES 395
A variação das concentrações de CH4 e CO2 nos sedimentos e de seus fluxos
difusivos através da interface sedimento-água nos diferentes pontos de amostragem em
cada reservatório foi, em geral, muito superior à variação entre as diferentes estações do
ano, ou seja, a variação espacial foi mais determinante nas concentrações e nos fluxos
difusivos de gases em comparação com a variação temporal.
As concentrações e os fluxos difusivos de N2O em todos os sistemas foram, com
exceção de Funil, muito baixos quando comparados à ordem de grandeza as concentrações
e fluxos difusivos de CH4 e CO2, possivelmente limitados pela presença de nitrato e nitrito na
água intersticial dos sedimentos e pelas concentrações de oxigênio dissolvido. As elevadas
concentrações e fluxos difusivos de N2O observados no reservatório de Funil estão
relacionados ao grau de eutrofização do sistema, que recebe cargas significativas de
matéria orgânica e de nitrogênio proveniente das grandes áreas urbanas existentes na bacia
do rio Paraíba do Sul.
Na comparação dos fluxos na interface sedimento-água e na interface água-ar
(ebulitivo e difusivo) para os reservatórios, os fluxos de CH4 na interface sedimento-água
foram, em geral, muito superiores quando comparados aos fluxos na interface água-ar. Isso
demonstra que grande parte do CH4 produzido nos sedimentos não chega à interface água-
ar, resultante do processo de oxidação de CH4 (metanotrofia) na coluna de água. No caso
do CO2 os fluxos foram, em geral, menores ou equivalentes na interface sedimento-água em
comparação com os fluxos na interface água-ar, o que evidencia processos de produção de
CO2 na coluna de água tanto por respiração como por oxidação de CH4.
7.3 Fluxos de GEE e intensidades de GEE para reservatórios em operação
Os resultados dos balanços de fluxos medidos durante as campanhas nos
reservatórios em operação mostraram a importância do processo de sedimentação
permanente de carbono nos reservatórios. No reservatório de Xingó, o desconto da
sedimentação permanente de carbono excede 2,7 vezes a soma das emissões de CO2 dos
outros processos considerados (fluxos ebulitivo no reservatório, fluxo difusivo no reservatório
e no trecho de jusante e degassing). Percentuais menores foram encontrados em Balbina
(43%), Tucuruí (61%), Três Marias (64%), Itaipu (78%) e Serra da Mesa (91%). Em Segredo
o desconto da sedimentação permanente de carbono excedeu a soma das emissões de CO2
em 31% e em Funil 37%.
396 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
7.3.1 Vias de Trocas de GEE pós-enchimento para os reservatórios em operação
Para a análise comparativa da intensidade de troca de GEE com a atmosfera pelas
diferentes vias de trocas nos diferentes reservatórios em operação analisados, foram
utilizadas as médias das quatro campanhas de campo como valores representativos
correspondentes a cada via de troca para cada aproveitamento.
Em relação aos fluxos difusivos pela superfície dos reservatórios, notou-se padrões
de ordenamentos diferentes conforme o gás. No caso dos fluxos de CO2 apareceu uma
tendência de crescimento do valor de fluxo com o tamanho do reservatório cuja maior
emissão ocorreu em Tucuruí. No grupo de reservatórios menores destacou-se o
aproveitamento de Xingó, onde o fluxo difusivo médio de CO2 foi negativo, refletindo a
predominância da fotossíntese neste reservatório em três de suas quatro campanhas de
campo. Para os fluxos de CH4, a tendência do fluxo foi de acordo com a latitude, verificando-
se de forma geral fluxos crescentes de Sul para Norte. O menor valor ocorreu em Segredo e
o maior valor no aproveitamento de Balbina. Inversões nesta lógica pareceram ocorrer na
comparação dos fluxos difusivos de metano entre Três Marias, Serra da Mesa e Xingó. O
reservatório de Xingó, localizado mais ao Norte, apresentou o menor fluxo difusivo de CH4,
se comparado aos outros dois reservatórios, cujos valores foram muito próximos. Para o
N2O o ordenamento pode ser atribuído, pelo menos em parte, à influência das atividades
antropogênicas nas áreas de drenagens, tendo Funil apresentado o maior fluxo e Balbina, o
menor.
Em relação aos fluxos ebulitivos de CO2 na superfície dos reservatórios, observou-se
que os valores dos fluxos foram bastante próximos para a maioria dos aproveitamentos. A
exceção ocorreu em Tucuruí, cujo valor de 0,45 mg/m2/dia destacou-se dos demais. Para o
CH4, observou-se o mesmo padrão de flutuação em torno de um valor médio, novamente a
exceção se deu em Tucuruí (16,15 mg/m2/dia), cujo valor foi superior aos fluxos dos demais
aproveitamentos.
Para a sedimentação permanente de carbono, os maiores valores ocorreram em
Tucuruí (1.934 mg/m2/dia) e Serra da Mesa (1.631 mg/m2/dia) e o menor em Três Marias
(529 mg/m2/dia). Os demais aproveitamentos apresentaram valores próximos a 1.000
mg/m2/dia.
No que se refere ao degassing, destacou-se as pequenas emissões de Três Marias, e
as emissões de CH4 em Balbina e Serra da Mesa, superiores às dos demais
aproveitamentos.
CONCLUSÕES 397
Em relação aos fluxos difusivos de CO2 à jusante, seus valores diferiram
significativamente entre si, sendo que a ordem obtida não se mostrou associada ao tamanho
do reservatório ou à sua latitude. O maior fluxo ocorreu no reservatório de Balbina e o menor
em Itaipu. Para o CH4, destacaram-se os elevados fluxos de Balbina (3.485 mg/m2/dia) e o
de Serra da Mesa (769 mg/m2/dia), bastante superiores aos fluxos encontrados nos outros
reservatórios. Tirando Serra da Mesa e Balbina da comparação, destacou-se o fluxo do
aproveitamento de Tucuruí (21,88 mg/m2/dia). Para o N2O, destacou-se novamente o maior
fluxo do trecho de jusante em Balbina (3,39 mg/m2/dia), tendo ocorrido alguma variação
entre os fluxos dos outros aproveitamentos, com o menor valor ocorrendo em Itaipu (0,16
mg/m2/dia) e o maior em Funil (1,36 mg/m2/dia).
7.3.2 Intensidade de GEE pós-enchimento
As emissões pós-enchimento por unidade de energia produzida se mostraram
inferiores às emissões por termoelétricas,. A única exceção foi para o reservatório de
Balbina (1.719 gCO2e/kWh), aproveitamento onde se associam uma extensa área inundada
e capacidade de geração não tão significativa. Considerando-se os outros sete
aproveitamentos em operação estudados, os valores da intensidade de GEE pós-
enchimento variaram entre o valor máximo de 91 gCO2e/kWh, encontrado para o
reservatório de Serra da Mesa, até o valor mínimo de -0,54 gCO2e/kWh, encontrado para o
reservatório de Xingó. Como comparação citam-se os valores típicos de intensidade de GEE
de termoelétricas à carvão e à gás natural, 930 gCO2e/kWh e 412 gCO2e/kWh
respectivamente.
7.3.3 Emissões pré-enchimento
Para a obtenção de estimativas de emissões pré-enchimento para os reservatórios
em operação desenvolveu-se uma metodologia para se beneficiar de mapeamentos da
cobertura e uso da terra, produzidos pelo INPE, para períodos anteriores ao enchimento de
cada aproveitamento. Nesta metodologia as tipologias de uso e cobertura da terra
determinadas devem ser associadas a balanços anuais de fluxos em áreas correlatas
medidos pelo projeto nos locais de aproveitamentos em construção ou disponíveis em
literatura. Uma exceção adotada se refere aos balanços de fluxos de CO2 das áreas de
pasto e de culturas anuais onde, seguindo diretrizes do IPCC, foram considerados nulos,
398 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
dado que o CO2 capturado por fotossíntese nestas áreas retorna em curto prazo para a
atmosfera por respiração da produção. Uma dificuldade encontrada foi definir o balanço de
fluxos de CO2 para áreas naturais de floresta e matas. Devido às incertezas envolvidas no
balanço de CO2 para estas áreas foram considerados três cenários (Neutro, Emissão e
Remoção).
Ao se comparar os balanços de emissões e remoções pré-enchimento nos diferentes
cenários observa-se que para os aproveitamentos com ocorrência de floresta ou matas na
área inundada (Balbina, Tucuruí, Itaipu e Segredo), encontraram-se balanços negativos no
cenário Remoção destacando-se o aproveitamento de Balbina (-1.504 tCO2eq/dia). As
maiores variação entre o valores dos diferentes cenários ocorreram para os aproveitamentos
de Balbina e Tucuruí, devido às dimensões da área inundada ocupada por floresta nestes
aproveitamentos. Em menor grau, observa-se ainda variação entre os balanços dos
diferentes cenários para o aproveitamento de Itaipu.
Nos Cenários Floresta Neutra e Floresta Emissão os resultados dos balanços de
emissões e remoções pré-enchimento são positivos para todos os aproveitamentos. Nesses
Cenários, o tamanho da área do reservatório foi determinante para a ordenação dos
balanços. No Cenário Floresta Neutra os balanços de Serra da Mesa e Balbina invertem a
ordem, devido ao balanço de CH4 conduzido pela dominância das florestas e matas em
Balbina (associadas à remoção de CH4) e da agropecuária em Serra da Mesa (associada a
emissão de CH4).
Ao se dividir os valores dos balanços de cada aproveitamento pelas correspondentes
áreas inundadas, destaca-se também a variação entre os valores de diferentes cenários
ocorrida para o aproveitamento de Segredo. Pode-se observar ainda que destas estimativas
para os aproveitamentos em operação de maneira geral ficaram abaixo dos valores
encontrados nas medições nas áreas dos aproveitamentos em construção.
7.3.4 Emissões Líquidas
Nota-se para o Cenário Remoção que as Emissões Líquidas nos aproveitamentos de
Balbina, Tucuruí, Itaipu e Segredo suplantaram as emissões pós-enchimento. A maior
Emissão Líquida ocorreu em Balbina e a segunda maior emissão ocorreu em Tucuruí, para
quaisquer cenários.
CONCLUSÕES 399
Vale ressaltar que as Emissões Líquidas negativas ocorrem nos aproveitamentos de
Funil e Xingó, em quaisquer cenários. As emissões negativas de Funil são explicadas pelo
valor de sedimentação permanente. No reservatório de Xingó a emissão líquida refletiu a
predominância da fotossíntese em três de suas quatro campanhas. Os aproveitamentos de
Segredo e Itaipu também apresentam emissões líquidas negativas, mas apenas para o
Cenário Emissão.
Para o Cenário Floresta Neutra e Cenário Floresta Remoção as menores emissões
líquidas ocorreram em Funil e Xingó. No cenário Floresta Emissão, os aproveitamentos de
Itaipu e Segredo foram os aproveitamentos que apresentaram os menores valores de
emissões líquidas.
7.3.5 Intensidade de GEE Líquidas
As intensidades de GEE líquidas calculadas, assim como as pós-enchimento, também
se mostraram consideravelmente inferiores às emissões por termoelétricas. Do mesmo
modo, a exceção ocorreu para o reservatório de Balbina, que devido sua extensa área
inundada e baixa capacidade de geração obteve elevados valores para a intensidade de
GEE nos cenários Remoção e Neutro, e compara-se a uma térmica a carvão no cenário
Emissão. Considerando-se os outros sete aproveitamentos em operação estudados no
cenário mais desfavorável de balanço de CO2 para áreas naturais de floresta, os valores da
intensidade de GEE (em gCO2e/kWh) variaram entre o valor máximo de 52,42, encontrado
para o reservatório de Tucuruí, até o valor mínimo de -1,35, encontrado para o reservatório
de Funil.
400 PROJETO BALCAR - EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA EM RESERVATÓRIOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
7.4 Diretrizes de Boas Práticas para Gestão do Balanço de Carbono em
Reservatórios
A Gestão do Balanço de Carbono em reservatórios inclui o monitoramento dos
padrões de emissões de gases de efeito estufa do reservatório, incluindo as diversas vias de
trocas de GEE com a atmosfera e suas flutuações temporais e espaciais, assim como as
afluências de carga orgânica e de nutrientes ao reservatório. Muito embora em diversos
aproveitamentos exista um monitoramento hidrológico e limnológico das condições de
qualidade da água, onde os principais parâmetros incluem DBO, OD, temperatura,
transparência, condutividade elétrica, pH, concentrações de poluentes, balneabilidade,
etc..., não se tem notícia de que o monitoramento de emissões de GEE esteja implantado
em algum aproveitamento hidroelétrico. Em geral, a literatura mostra a ocorrência apenas de
campanhas de medição ligadas a projetos de pesquisas, similares às executadas neste
projeto. A medida que novos equipamentos para medição automáticas de fluxos de GEE
sejam desenvolvidos e colocados a disposição de operadores, pode-se prever que no futuro
próximo a instalação de sistemas de monitoramento de emissões de GEE em alguns
reservatórios.
Diversas das práticas de Gestão de Qualidade da Água podem ser incluídas como
diretrizes de boas práticas para Gestão do Balanço de Carbono, em particular aquelas que
evitam a ocorrência de anoxia (déficit de oxigênio dissolvido) e de eutrofia (excesso de
fósforo e clorofila-a). É o caso das ações junto a comunidades ribeirinhas, evitando o
despejo de esgoto in-natura assim como de nutrientes oriundos de excesso de fertilizantes.