Como operar uma estação Hidrometrica, Manuais, Projetos, Pesquisas de Hidrologia

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ORIENTAÇÕES

PARA

OPERAÇÃO DAS

ESTAÇÕES

HIDROMÉTRICAS

República Federativa do Brasil

Dilma Vana Rousseff

Presidenta

Ministério do Meio Ambiente (MMA)

Izabella Mônica Vieira Teixeira

Ministra

Agência Nacional de Águas (ANA)

Diretoria Colegiada

Vicente Andreu Guillo (Diretor-Presidente)

Dalvino Troccoli Franca

Paulo Lopes Varella Neto

João Gilberto Lotufo Conejo

Paulo Rodrigues Vieira

Superintendência de Gestão da Rede Hidrometeorológica – SGH

Valdemar Santos Guimarães

Superintendente

© Agência Nacional de Águas – ANA.

Setor Policial Sul, Área 5, Quadra 3, Blocos “B”, “L” , “M” e “T”.

CEP: 70610-200, Brasília – DF

PABX: (61) 2109-5400 / (61) 2109-

Endereço eletrônico: http://www.ana.gov.br

Equipe editorial

Superintendência de Gestão da Rede Hidrometeorológica – SGH

Valdemar Santos Guimarães – Superintendente

Gerência de Operação e de Planejamento da Rede Hidrometeorológica – GEORH e GPLAN

Alessandra Daibert Couri e Fabrício Vieira Alves – Gerentes

Revisão Final

Leny Simone Tavares Mendonça e Augusto Franco Malo da Silva Bragança

Todos os direitos reservados.

É permitida a reprodução de dados e informações contidos nesta publicação, desde que citada a fonte.

CIP-Brasil (Catalogação na publicação)

A465o Agência Nacional de Águas (Brasil).

Orientações para Operação de Estações Hidrométricas / Agência Nacional de Águas (ANA); Superintendência de Gestão da Rede Hidrometeorológica. -- Brasília: ANA, SGH,

52p.: il.

1. rede hidrométrica 2. fluviometria 3. pluviometria 4. sedimentometria 5. qualidade da água I. Agência Nacional de Águas (ANA) II. Título

CDU 556.18(81)

SUMÁRIO

• 1 APRESENTAÇÃO
• 2 INTRODUÇÃO
• 3 ORIENTAÇÕES PARA OPERAÇÃO DE ESTAÇÕES HIDROMÉTRICAS
• 4 SERVIÇOS DE MONITORAMENTO HIDROLÓGICO..........................................................
  • 4.1 ATIVIDADES DE ESCRITÓRIO
  • 4.2 ATIVIDADES DE CAMPO........................................................................................................
  • 4.3 CONSIDERAÇÕES GERAIS
• 5 REDE HIDROMÉTRICA
  • 5.1 ESTAÇÕES CONVENCIONAIS:
  • 5.2 ESTAÇÕES AUTOMÁTICAS COM TRANSMISSÃO TELEMÉTRICA
  • 5.3 CONSIDERAÇÕES GERAIS
• AUTOMÁTICAS E TELEMÉTRICAS...................................................................................... 6 INSPEÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DAS ESTAÇÕES CONVENCIONAIS E
  • 6.1 RECOLHIMENTO DE DADOS
  • 6.2 INSPEÇÃO DA ESTAÇÃO HIDROMÉTRICA
  • 6.3 DOWNLOAD DE DADOS
  • 6.4 MANUTENÇÃO E LIMPEZA DA ESTAÇÃO
  • 6.5 RECHECAGEM FINAL
• PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA E LEVANTAMENTO DE PERFIL TRANSVERSAL 7 MEDIÇÕES DE DESCARGA LÍQUIDA, DESCARGA SÓLIDA, DETERMINAÇÃO DE
  • 7.1 MEDIÇÕES DE DESCARGA LÍQUIDA
  • 7.2 MEDIÇÕES DE DESCARGA SÓLIDA
  • 7.3 DETERMINAÇÃO DE PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA
  • 7.4 LEVANTAMENTO DE SEÇÃO TRANSVERSAL DO RIO (LOCAL DE MEDIÇÃO DE DESCARGA LÍQUIDA)
• 8 ATIVIDADES DE ESCRITÓRIO POSTERIORES ÀS DE CAMPO
  • 8.1 PROCESSAMENTO DOS DADOS
  • 8.2 ELABORAÇÃO DE RELATÓRIOS
  • 8.3 APOIO À FISCALIZAÇÃO
• 9 CONSIDERAÇÕES FINAIS
• 10 BIBLIOGRAFIA
• ANEXO I REQUISITOS MÍNIMOS DOS SENSORES
• ANEXO II SOFTWARE DAS PCDS
• ANEXO III MODELOS DE FORMULÁRIOS

3 Orientações para Operação de Estações

Hidrométricas

Os procedimentos necessários para a operação e manutenção de estações hidrométricas e para o monitoramento pluviométrico, limnimétrico, fluviométrico, sedimentométrico e de qualidade da água serão detalhados ao longo deste documento.

Serão apresentadas orientações para a operação e manutenção adequada das estações hidrométricas, detalhando os procedimentos a que devem ser executados nas atividades de manutenção preventiva e corretiva dos equipamentos instalados nos pontos de monitoramento, bem como as atividades de operação e os procedimentos que deverão ser seguidos para a realização de medições de descarga líquida, descarga sólida e determinação dos parâmetros de qualidade da água.

IMPORTANTE

Existem diversos tipos de sensores, dataloggers e sistemas de transmissão, produzidos por diferentes fabricantes e em muitos modelos. Com frequência surgem novos fabricantes e novos tipos e modelos de equipamentos no mercado.

Neste documento não será apresentada descrição detalhada de qualquer modelo específico, tampouco referência a nenhum fabricante.

Entretanto é importante destacar que existem equipamentos de todos os tipos que atendem aos requisitos mínimos de qualidade estabelecidos, entretanto nem todos os produtos disponíveis no mercado atendem estes requisitos, apresentados no Anexo I.

4 Serviços de Monitoramento Hidrológico

Os serviços técnicos realizados para a operação das estações hidrométricas, em cumprimento à Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 3, de 20 de outubro de 2010, podem ser classificados em dois tipos: atividades de escritório e atividades de campo.

Os serviços descritos a seguir buscam orientar os concessionários e autorizados de geração de energia hidrelétrica sobre os tipos de atividades, normalmente realizadas pelas equipes de campo e escritório, durante a operação e manutenção das estações hidrométricas.

4.1 Atividades de Escritório

As atividades a seguir descritas devem ser realizadas antes, durante e após as atividades de campo, conforme será detalhado posteriormente, nos Capítulos 6, 7 e 8.

As atividades de escritório englobam:

4.1.1 Elaboração do Plano de Trabalho

O plano de trabalho deve ter a previsão de todas as atividades de campo e escritório a serem realizadas, cronograma de atividades, especialmente dos roteiros de operação da Rede Hidrométrica, bem como a realização das medidas necessárias para a execução de todas as atividades e a coordenação das atividades de campo.

O planejamento das campanhas de campo é de fundamental importância para o bom desempenho das equipes , durante as viagens. A definição clara das atividades a serem realizadas embasa a correta execução dos serviços de campo. Entre eles , encontram-se a definição e obtenção de:

 recursos financeiros;  equipamentos para realização das medições;  materiais e equipamentos para a realização de manutenção das estações hidrometricas.

Durante a etapa de planejamento, é recomendável:

 análise do mapa com roteiro: definição de locais para pernoite, para alimentação e abastecimento de veículos;  verificação das estações a serem visitadas e leitura dos relatórios relativos às últimas visitas realizadas, com fins a verificar as recomendações e demandas anotadas;  interação entre os profissionais responsáveis pelo monitoramento, no intuito de identificar problemas nas estações, nas medições das variáveis hidrológicas, no pagamento de observadores, no funcionamento das estações automáticas, etc.

É interessante, para que não se perca o histórico que a empresa prepare, para seu uso interno, Relatório Parciais de cada operação realizada, visto que o Anual, a ser enviado à ANA, deve apresentar tais dados consolidados.

As Orientações para a Elaboração do Relatório Anual de Operação está disponível no link http://www2.ana.gov.br/Paginas/servicos/informacoeshidrologicas/monitoramentohidro.aspx.

4.1.6 Análise de problemas identificados pela ANA

A partir da verificação do Relatório Anual de Operação de Estações Hidrométricas e da Consistência dos Dados, a ANA pode identificar problemas de operação, e cabe às atividades da equipe de escritório, orientar as equipes de campo quanto às providências a serem tomadas para solução dos problemas de operação dos pontos de monitoramento.

4.1.7 Análise do funcionamento das estações automáticas e telemétricas

Por meio dos dados e informações disponíveis em sistema próprio ou no Sistema Telemetria da ANA – www.ana.gov.br/telemetria - visando identificar problemas na operação dos equipamentos instalados em campo.

4.1.8 Planejamento e viabilização de campanhas extradordinária

Objetivando, em tempo hábil, a realização de campanhas extraordinárias para a manutenção corretiva de estações, fora do cronograma de operação.

4.1.9 Apoio logistico

As equipes de campo com frequência encontram dificuldades durante a execução das atividades programadas, necessitando de apoio do escritório, tanto na instalação de novas estações quanto na operação rotineira.

Recomenda-se que haja pessoal de escritório disponível para dar apoio em situações como confirmar a chegada dos dados transmitidos, fornecer informações adicionais de sensores ou dataloggers , suprimento de fundos adicionais para despesas imprevistas.

4.1.10 Equipe de Escritório

A equipe de escritório é formada, usualmente, a depender do tamanho da Rede de Estações Hidrométricas, por cinco pessoas com as seguintes qualificações:

a) um profissional de nível superior, bacharel em Engenharia, com experiência na área de hidrologia e ênfase nas atividades de hidrometria, apto a desempenhar a função de responsável técnico; b) dois profissionais de nível superior, graduados em Engenharia, aptos a desempenhar a função de consolidação dos dados e elaboração de relatórios técnicos, com experiência na área de hidrologia; e

c) dois profissionais de nível técnico, com Ensino Médio completo (antigo 2º grau) e conhecimento na área de hidrometria, os quais assumem funções de conferência dos dados, triagem, digitação e digitalização de dados.

4.2 Atividades de Campo

A ANA adota como modelo de operação de estações hidrométricas a definição de Roteiros de Operação que contemplam: estações hidrométricas a serem operadas em determinado período; acessibilidade às estações todo o ano; tempo de deslocamento entre as estações; localidades para pernoite e alimentação; e custos previstos.

O Programa Anual de Operação das Estações Hidrométricas, elaborado previamente em cumprimento ao Art. 4 da Resolução Conjunta, será realizado pelas equipes de campo nos Roteiros de Operação.

Por conseguinte, as atividades de campo envolvem as seguintes etapas:

4.2.1 Recolhimento dos dados registrados nos dataloggers

Os dados registrados nos dataloggers das Plataformas de Coletas de Dados - PCDs e das cadernetas de observação (dados de nível), onde forem instaladas as réguas limnimétricas, se houver, devem ser recolhidos e encaminhados para o tratamento devido em escritório.

4.2.2 Operação e manutenção preventiva e corretiva das estações a) A manutenção preventiva das estações convencionais e automáticas com transmissão por telemetria é realizada durante as atividades rotineiras dos roteiros de operação, em intervalos de tempo pré-estabelecidos, e tem como objetivo deixar toda a instrumentação em perfeito funcionamento para o registro dos dados chuva e nível dos rios e reservatórios pelas PCDs – Plataformas de Coletas de Dados, bem como garantir a correta aplicação dos dispositivos de segurança dos equipamentos (Exemplo: cercados de proteção e abrigos de alvenaria); b) A manutenção corretiva das estações convencionais e automáticas com transmissão por telemetria é realizada extraordinariamente, quando é identificada a necessidade de correção do funcionamento da estação por meio da análise dos dados enviados remotamente, ou durante as campanhas de campo. Ocorre quando é necessário substituir de imediato equipamentos danificados (Exemplo: sensores de chuva e de nível, PCDs, sistemas de alimentação por energia solar e sistemas de telemetria), portanto, as equipes de campo devem trabalhar portando itens de reposição para os equipamentos existentes;

A equipe deverá estar preparada para executar manutenções corretivas, durante a execução dos roteiros de operação ou extraordinariamente, nas estações automáticas e telemétricas sempre que for constatado problemas nas medições executadas (chuva e nível) e/ou interrupção no sistema de transmissão dos dados.

É importante prever pessoal necessário para cobrir períodos de férias ou outros afastamentos da equipe principal.

A frequência trimestral – preconizada em atenção ao previsto no art. 4º, §§ 2º e 3º, da Resolução Conjunta, permite que uma mesma equipe possa monitorar diferentes roteiros, alternadamente, respeitados os períodos de férias e descanso.

4.3 Considerações Gerais

Considerando a necessidade de adensamento da Rede Hidrometeorológica Nacional em algumas bacias hidrográficas, a ANA poderá demandar a instalação de novos pontos de medição, nos casos previstos na Resolução Conjunta ANA/ANEEL, tendo a empresa a responsabilidade de implementar a solicitação na visita subseqüente ao do comunicado emitido pela ANA (Exemplo: ampliação do monitoramento de qualidade de água).

Quando forem identificados problemas que estejam prejudicando as medições corretas das variáveis de interesse, como por exemplo, medições de vazão em seção instável ou com fluxo turbulento, a empresa deverá, após aprovação da ANA, transferir o local de medição.

A ANA deverá ser comunicada, com a maior brevidade, quando as estações hidrométricas apresentarem problemas (Exemplo: medição equivocada pelos sensores automáticos). A empresa deverá, ainda, comunicar as ações tomadas para resolução dos problemas e o prazo previsto para colocar a estação novamente em operação.

No caso da interrupção no fornecimento de dados de alguma estação automática, a equipe de escritório deverá comunicar à ANA, com a maior brevidade, o problema identificado e o prazo necessário para colocar a respectiva estação hidrométrica em operação adequada.

5 Rede Hidrométrica

Denomina-se Rede Hidrométrica o conjunto de pontos monitoramento ou estações hidrométricas, visando ao monitoramento pluviométrico, limnimétrico, fluviométrico, sedimentométrico e de qualidade da água, instalados e operados em cumprimento à Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 03, de 2010.

A estação hidrométrica é uma instalação técnica que objetiva permitir o monitoramento:

a) pluviométrico: dos dados de precipitação; b) limnimétrico: de dados do nível d’água do reservatório do aproveitamento hidrelétrico; c) fluviométrico: de dados do nível d’água, bem como medições de descarga líquida que permitam a definição e atualização da curva de descarga; d) sedimentométrico: de dados de sedimentos em suspensão e de fundo, que permitam determinar a descarga sólida total; e e) qualidade da água: o levantamento de parâmetros de qualidade da água.

Toda estação deve estar relacionada a um nível de referência (RN) a fim de possibilitar a verificação de sua cota, ou mesmo a recuperação de uma estação destruída.

As estações onde houver a realização do monitoramento de descarga líquida e sólida devem contar com uma Seção de Medição , que deve ser instalada em uma seção transversal, normal ao curso d’água.

A S eção de Medição é demarcada por estacas, postes ou marcações de Ponto Inicial - PI e, Ponto Final - PF, sendo utilizadas normalmente, no máximo de três seções de medição por estação: para cotas baixas, médias e altas.

As estações hidrométricas podem ser classificadas em dois tipos: estações convencionais e telemétricas automáticas , demandando diferentes tipos de operação e manutenção por parte da equipe de hidrometria, conforme será mostrado a seguir.

5.1 Estações Convencionais:

As estações fluviométricas convencionais são compostas por lances de réguas limnimétricas, cujos dados podem ser registrados por observadores, em cadernetas específicas, em duas leituras diárias, às 07:00hs e 17:00hs.

A Resolução Conjunta não condiciona a instalação de réguas limnimétricas, tampouco a realização de leituras convencionais. Entretanto, recomenda-se ao menos a instalação de lances de réguas na seção do rio para facilitar a observação das cotas durante a realização de medições de descarga líquida e sólida para a verificação do ajuste dos sensores de nível.

Estação automática “Praia Grande” Código ANA 02949001

Estação automática “Leoberto Leal” Código ANA 02749034

5.2.1 Fonte de energia

A fonte de energia é responsável pelo fornecimento de energia elétrica para o funcionamento da estação, geralmente um conjunto de painel solar, controlador de carga e bateria.

Como as estações são geralmente instaladas em locais sem abastecimento de energia elétrica, normalmente as estações contam, com um sistema de alimentação solar composto de painel solar, controlador de carga e bateria. Mesmo em locais com fonte de energia elétrica disponível usualmente opta-se pelo uso de alimentação solar.

O painel solar deve ser dimensionado para fornecer energia em quantidade adequada para o funcionamento da estação e as baterias devem ter voltagem compatível com o datalogger e sensores instalados, geralmente de 12V, com potência e autonomia compatíveis com as necessidades.

Recomenda-se que a bateria capacidade de manter a estação funcionando por até uma semana sem insolação no painel solar.

5.2.2 Registrador eletrônico ou Datalogger

É o equipamento eletrônico responsável por controlar a aquisição de dados hidrológicos pelos sensores, processar e armazenar esses dados e gerenciar a sua transmissão remota.

Existem dataloggers com número variável de portas de comunicação com sensores, bem como diversos protocolos de comunicação, produzidos por diversos fabricantes e em muitos modelos, e frequentemente são lançados novos modelos no mercado. A escolha do registrador depende em grande parte dos tipos de sensores que serão usados.

Como a Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 03, de 2010, determina em seu artigo 5º a telemetrização com disponibilização horária de dados à ANA, o datalogger deve ser compatível com a forma de comunicação escolhida.

Art. 5º Todas as estações hidrométricas com monitoramento pluviométrico, limnimétrico e fluviométrico deverão ser automatizadas e telemetrizadas, devendo as informações coletadas serem registradas em intervalo horário, ou menor, com disponibilização horária à ANA, por meio de serviços de transferência via internet no formato e endereço indicado pela ANA.

5.2.3 Sensores

São equipamentos eletrônicos responsáveis pela aquisição de dados de nível e precipitação (incluindo-se nesta categoria os pluviômetros e pluviógrafos), obrigatórios para o atendimento à Resolução Conjunta ANEEL/ANA nº 03, de 2010.

Existem muitos outros tipos de sensores (umidade, radiação solar, parâmetros de qualidade da água, etc) que não serão abordados no presente documento.

5.2.3.1 Sensores de Precipitação

Há diversos tipos de sensores de precipitação disponíveis no mercado, sendo os principais tipos:

a) Báscula (ou tipping bucket)

A precipitação incide no orifício externo de captação – de área definida – e é conduzida para recipientes (básculas) montados em gangorra sobre um eixo. Cada vez que o recipiente de água precipitada atinge determinada massa, move o eixo, gerando um pulso que é registrado pelo datalogger.

b) Balança

Possui uma balança de precisão que pesa a massa de água precipitada no orifício externo de captação – de área definida – em intervalos estabelecidos ou a cada evento, gerando dado que é registrado pelo datalogger.

c) Disdômetro ótico

Utiliza diodo laser e fotodetector para registrar o tamanho e a velocidade da passagem de gotas de chuva, em um volume de ar determinado, pelo feixe de raio laser. Os principais tipos são ‘Parsivel’ e ‘Thies’.

d) Disdômetro de impacto

Registra o tamanho e a velocidade da incidência de gotas de chuva em um volume de ar determinado, a partir do impacto em uma superfície sensível (sistema receptor), por meio de pulsos elétricos, micro-ondas, laser, etc.

b) Transdutores de pressão não-submergíveis com sensores de borbulhamento.

O sistema é composto por uma fonte de gás, ou ar comprimido, acoplada a um sensor (medidor pneumático) e a uma tubulação instalada no corpo hídrico, com uma válvula de saída (orifício) em sua extremidade.

O gás ou ar é bombeado através do tubo, em intervalos de tempo ajustáveis, aumentando a pressão dentro do tubo até que esta pressão resultante corresponda à pressão hidrostática acima do tubo, ou seja, a pressão da coluna d’água do corpo hídrico. Desta forma, a pressão do tubo é medida pelo sensor, obtendo-se o nível d'água naquele momento, e registrada no datalogger.

c) Transdutores de pressão submergíveis.

São compostos por uma membrana sensível e um sensor (geralmente piezoresistivo) – ou uma cerâmica piezoresistiva – acoplados a um circuito eletrônico, encapsulados na extremidade de um cabo. Os transdutores determinam o nível de água através da medida da pressão sobre o sensor submerso no corpo hídrico.

A pressão é medida pela resistência elétrica gerada pelo sensor, em intervalos de tempo ajustáveis, por meio do circuito eletrônico, obtendo-se o nível d'água naquele momento, e registrado no datalogger.

Os sensores podem ser divididos em duas categorias:

 Transdutores de pressão relativa : são produzidos com cabo ventilado, isto é, possuem um tubo capilar dentro do cabo que iguala a pressão da capsula do sensor à pressão atmosférica exterior. Desta forma o sensor mede apenas a pressão hidrostática da coluna d’água do corpo hídrico. Necessitam de cuidado especial, com o uso de dessecante na entrada de ar do tubo capilar, e o tubo ventilado é de difícil emenda ou reparo.  Transdutores de pressão absoluta: são produzidos com cabo comum e a capsula do sensor é selada a vácuo. Desta forma, o sensor mede a soma da pressão hidrostática da coluna d’água do corpo hídrico e da pressão atmosférica, portanto necessitam de um sensor barométrico de precisão acoplado ao datalogger , que deve fazer a compensação em tempo real, obtendo-se assim a pressão hidrostática da coluna d’água do corpo hídrico.

Embora os transdutores de pressão relativa dispensem o uso de barômetro precisão, o tubo ventilado precisa estar sempre seco (com o uso de dessecante na entrada de ar) para evitar a condensação no mesmo, que pode alterar a calibração do sensor em curto espaço de tempo, e até mesmo danificar o sensor. Tal situação pode ocorrer em caso de saturação do dessecante ou de ruptura do tubo capilar.

d) Sensores de nível submergíveis de leitura superior.

São sensores instalados dentro d’água que utilizam métodos acústicos, óticos ou radar para medir a seção molhada do corpo hídrico. São equipamentos de alto custo, que fornecem dados de nível e de velocidade da água (medida pelo deslocamento de partículas), geralmente instalados em canais artificiais.

e) Sensores de nível sem contato com a água.

São sensores, instalados em um suporte sobre o corpo hídrico, que utilizam métodos acústicos, óticos ou radar para medir, em intervalos de tempo ajustáveis, a distância entre o sensor e a superfície do corpo hídrico, obtendo-se assim o nível o nível d'água naquele momento, que é registrado no datalogger.

Cada tipo de sensor de nível possui vantagens e desvantagens, rotinas e periodicidade de manutenção distintos, além da grande variação de preço entre equipamentos. Embora os sensores do tipo ‘ encoder ’ (acoplado a flutuador) e de borbulhamento sejam considerados de maior acurácia, existem sensores de todos os tipos apresentados que, instalados adequadamente e configurados corretamente, atendem aos requisitos necessários.

A ANA adotou como padrão a utilização de transdutores de pressão absolutos – sem capilares dissecantes – por demandarem intervenções em campo menos frequentes.

Em algumas situações, como em locais onde o corpo hídrico apresenta alta velocidade ou sujeitos a grandes cheias, a instalação de sensores sem contato com a água pode representar a melhor alternativa.

IMPORTANTE

Com relação ao tipo, modelo e tecnologia das estações fluviométricas e linimétricas de coleta de dados, eles são de livre escolha , desde que os dados de nível encaminhados à ANA sejam coletados respeitando os seguintes requisitos mínimos:  Resolução: igual ou inferior a 5 mm;  Faixa de medição (m): compatível com a variação de nível do corpo d'água;  Exatidão: ± 1 cm para corpos d'água com faixa de variação máxima de nível de até 10 metros;  Exatidão: 0,1 % da faixa de variação máxima do nível para corpos d'água com faixa de variação acima de 10 metros;  Condições Ambientais de Operação: o Temperatura: -10 ºC a + 55 ºC; o Umidade relativa: 0% a 100%.