Monitoramento e análise de dados – A crise nos mananciais de São Paulo (Probabit)

Situação 25.1.2015

4,2 milímetros de chuva em 24.1.2015 nos reservatórios de São Paulo (média ponderada).

305 bilhões de litros (13,60%) de água em estoque. Em 24 horas, o volume subiu 4,4 bilhões de litros (0,19%).

134 dias até acabar toda a água armazenada, com chuvas de 996 mm/ano e mantida a eficiência corrente do sistema.

66% é a redução no consumo necessária para equilibrar o sistema nas condições atuais e 33% de perdas na distribuição.


Para entender a crise

Como ler este gráfico?

Os pontos no gráfico mostram 4040 intervalos de 1 ano para o acumulado de chuva e a variação no estoque total de água (do dia 1º de janeiro de 2003/2004 até hoje). O padrão mostra que mais chuva faz o estoque variar para cima e menos chuva para baixo, como seria de se esperar.

Este e os demais gráficos desta página consideram sempre a capacidade total de armazenamento de água em São Paulo (2,24 trilhões de litros), isto é, a soma dos reservatórios dos Sistemas Cantareira, Alto Tietê, Guarapiranga, Cotia, Rio Grande e Rio Claro. Quer explorar os dados?

A região de chuva acumulada de 1.400 mm a 1.600 mm ao ano concentra a maioria dos pontos observados de 2003 para cá. É para esse padrão usual de chuvas que o sistema foi projetado. Nessa região, o sistema opera sem grandes desvios de seu equilíbrio: máximo de 15% para cima ou para baixo em um ano. Por usar como referência a variação em 1 ano, esse modo de ver os dados elimina a oscilação sazonal de chuvas e destaca as variações climáticas de maior amplitude. Ver padrões ano a ano.

Uma segunda camada de informação no mesmo gráfico são as zonas de risco. A zona vermelha é delimitada pelo estoque atual de água em %. Todos os pontos dentro dessa área (com frequência indicada à direita) representam, portanto, situações que se repetidas levarão ao colapso do sistema em menos de 1 ano. A zona amarela mostra a incidência de casos que se repetidos levarão à diminuição do estoque. Só haverá recuperação efetiva do sistema se ocorrerem novos pontos acima da faixa amarela.

Para contextualizar o momento atual e dar uma ideia de tendência, pontos interligados em azul destacam a leitura adicionada hoje (acumulado de chuva e variação entre hoje e mesmo dia do ano passado) e as leituras de 30, 60 e 90 atrás (em tons progressivamente mais claros).


Discussão a partir de um modelo simples

O ajuste de um modelo linear aos casos observados mostra que existe uma razoável correlação entre o acumulado de chuva e a variação no estoque hídrico, como o esperado.

Ao mesmo tempo, fica clara a grande dispersão de comportamento do sistema, especialmente na faixa de chuvas entre 1.400 mm e 1.500 mm. Acima de 1.600 mm há dois caminhos bem separados, o inferior corresponde ao perído entre 2009 e 2010 quando os reservatórios ficaram cheios e não foi possível estocar a chuva excedente.

Além de uma gestão deliberadamente mais ou menos eficiente da água disponível, podem contribuir para as flutuações observadas as variações combinadas no consumo, nas perdas e na efetividade da captação de água. Entretanto, não há dados para examinarmos separadamente o efeito de cada uma dessas variáveis.

Simulação 1: Efeito do aumento do estoque de água

Nesta simulação foi hipoteticamente incluído no sistema de abastecimento a reserva adicional da represa Billings, com volume de 998 bilhões de litros (já descontados o braço “potável” do reservatório Rio Grande).

Aumentar o estoque disponível não muda o ponto de equilíbrio, mas altera a inclinação da reta que representa a relação entre a chuva e a variação no estoque. A diferença de inclinação entre a linha azul (simulada) e a vermelha (real) mostra o efeito da ampliação do estoque.

Se a Billings não fosse hoje um depósito gigante de esgotos, poderíamos estar fora da situação crítica. Entretanto, vale enfatizar que o simples aumento de estoque não é capaz de evitar indefinidamente a escassez se a quantidade de chuva persistir abaixo do ponto de equilíbrio.

Simulação 2: Efeito da melhoria na eficiência

O único modo de manter o estoque estável quando as chuvas se tornam mais escassas é mudar a ‘curva de eficiência’ do sistema. Em outras palavras, é preciso consumir menos e se adaptar a uma menor entrada de água no sistema.

A linha azul no gráfico ao lado indica o eixo ao redor do qual os pontos precisariam flutuar para que o sistema se equilibrasse com uma oferta anual de 1.200 mm de chuva.

A melhoria da eficiência pode ser alcançada por redução no consumo, redução nas perdas e melhoria na tecnologia de captação de água (por exemplo pela recuperação das matas ciliares e nascentes em torno dos mananciais).

Se persistir a situação desenhada de 2013 a 2015, com chuvas em torno de 1.000 mm será necessário atingir uma curva de eficiência que está muito distante do que já se conseguiu praticar, acima mesmo dos melhores casos já observados.

Com o equilíbrio de “projeto” em torno de 1.500 mm, a conta é mais ou menos assim: a Sabesp perde 500 mm (33% da água distribuída), a população consume 1.000 mm. Para chegar rapidamente ao equilíbrio em 1.000 mm, o consumo deveria ser de 500 mm, uma vez que as perdas não poderão ser rapidamente evitadas e acontecem antes do consumo.

Se 1/3 da água distribuída não fosse sistematicamente perdida não haveria crise. Os 500 mm de chuva disperdiçados anualmente pela precariedade do sistema de distribução não fazem falta quando chove 1.500 mm, mas com 1.000 mm cada litro jogado fora de um lado é um litro que terá de ser economizado do outro.

Simulação 3: Eficiência corrente e economia necessária

Para estimar a eficiência corrente são usadas as últimas 120 observações do comportamento do sistema.

A curva de eficiência corrente permite estimar o ponto de equilíbrio atual do sistema (ponto vermelho em destaque).

O ponto azul indica a última observação do acumulado anual de chuvas. A diferença entre os dois mede o tamanho do desequilíbrio.

Apenas para estancar a perda de água do sistema, é preciso reduzir em 49% o fluxo de retirada. Como esse fluxo inclui todas as perdas, se depender apenas da redução no consumo, a economia precisa ser de 66% se as perdas forem de 33%, ou de 56% se as perdas forem de 17%.

Parece incrível que a eficiência do sistema esteja tão baixa em meio a uma crise tão grave. A tentativa de contenção no consumo está aumentando o consumo? Volumes menores e mais rasos evaporam mais? As pessoas ainda não perceberam a tamanho do desastre?


Prognóstico

Supondo que novos estoques de água não serão incorporados no curto prazo, o prognóstico sobre se e quando a água vai acabar depende da quantidade de chuva e da eficiência do sistema.

O gráfico mostra quantos dias restam de água em função do acumulado de chuva, considerando duas curvas de eficiência: a média e a corrente (estimada a partir dos últimos 120 dias).

O ponto em destaque considera a observação mais recente de chuva acumulada no ano e mostra quantos dias restam de água se persistirem as condições atuais de chuva e de eficiência.

O prognóstico é uma referência que varia de acordo com as novas observações e não tem probabilidade definida. Trata-se de uma projeção para melhor visualizar as condições necessárias para escapar do colapso.

Porém, lembrando que a média histórica de chuvas em São Paulo é de 1.441 mm ao ano, uma curva que cruze esse limite significa um sistema com mais de 50% de chances de colapsar em menos de um ano. Somos capazes de evitar o desastre?


Os dados

O ponto de partida são os dados divulgados diariamente pela Sabesp. A série de dados original atualizada está disponível aqui.

Porém, há duas importantes limitações nesses dados que podem distorcer a interpretação da realidade: 1) a Sabesp usa somente porcentagens para se referir a reservatórios com volumes totais muito diferentes; 2) a entrada de novos volumes não altera a base-de-cálculo sobre o qual essa porcentagem é medida.

Por isso, foi necessário corrigir as porcentagens da série de dados original em relação ao volume total atual, uma vez que os volumes que não eram acessíveis se tornaram acessíveis e, convenhamos, sempre estiveram lá nas represas. A série corrigida pode ser obtida aqui. Ela contém uma coluna adicional com os dados dos volumes reais (em bilhões de litros: hm3)

Além disso, decidimos tratar os dados de forma consolidada, como se toda a água estivesse em um único grande reservatório. A série de dados usada para gerar os gráficos desta página contém apenas a soma ponderada do estoque (%) e da chuva (mm) diários e também está disponível.

As correções realizadas eliminam os picos causados pelas entradas dos volumes mortos e permitem ver com mais clareza o padrão de queda do estoque em 2014.


Padrões ano a ano


Média e quartis do estoque durante o ano


Sobre este estudo

Preocupado com a escassez de água, comecei a estudar o problema ao final de 2014. Busquei uma abordagem concisa e consistente de apresentar os dados, dando destaque para as três variáveis que realmente importam: a chuva, o estoque total e a eficiência do sistema. O site entrou no ar em 16 de janeiro de 2015. Todos os dias, os modelos e os gráficos são refeitos com as novas informações.

Espero que esta página ajude a informar a real dimensão da crise da água em São Paulo e estimule mais ações para o seu enfrentamento.

Mauro Zackiewicz

maurozacgmail.com

scientia probabitlaboratório de dados essenciais

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