3  Alternativas estudadas e justificativa

Esta seção é central para a nota técnica: ela registra as hipóteses avaliadas e o motivo de manter, descartar ou aprofundar cada uma. A análise não parte de uma barragem escolhida; ela organiza um portfólio de alternativas para a próxima rodada.

3.1 1. Referência e arranjos híbridos

O cenário sem novos reservatórios é a referência contra a qual se mede qualquer benefício. Também devem ser comparados arranjos híbridos com previsão e alerta, ordenamento territorial, proteção localizada, retenção distribuída, evacuação e operação coordenada dos reservatórios existentes. Sem essa referência, a barragem pode receber crédito por reduções que seriam obtidas por medidas de menor prazo.

3.2 2. Alteamento das UHEs existentes

O alteamento fica documentado como alternativa de sensibilidade. As curvas disponíveis indicam ganho aproximado de 105 hm³ para 10 m e 139 hm³ para 15 m de deplecionamento conjunto das UHEs 14 de Julho, Castro Alves e Monte Claro, diante de uma ordem de grandeza de 3.230 hm³ usada para a referência.

Esse resultado não encerra a questão: ele indica que os indícios são de valores expressivos de obra e que o ganho de espera pode ser pequeno. Custos, vertedouro, estabilidade, remanso, desapropriações, segurança, licenciamento e perda de energia precisam ser avaliados em nível de projeto. Enquanto isso, o esforço principal deve se concentrar em eixos novos sem interferência direta nas barragens existentes.

3.3 3. Primeira rodada de eixos

Os primeiros arranjos BAR-A, BAR-A2 e BAR-B foram úteis para testar a escala, mas são aninhados. A comparação correta é entre uma estrutura única de grande porte e dois reservatórios distribuídos que cubram ramos convergentes.

Arranjo Lógica Resultado de triagem
BAR-A estrutura única, maior controle maior volume, maior porte e maior concentração de impactos
BAR-A2 + BAR-B duas estruturas distribuídas evita uma única obra extrema; exige coordenação e soma de impactos
Alternativa híbrida barragem + medidas não estruturais permite reduzir o volume estrutural necessário

3.4 4. Portfólio E01–E12

O inventário ampliado veio do arquivo EUROCLIMA-rev.kmz. Os eixos foram convertidos para uma base comum e avaliados por volume, área, energia, cobertura e interferência longitudinal. As alternativas de maior interesse na rodada revisada são:

Alternativa Eixos Área controlada Volume de espera Leitura
ALT-A E02 + E04 11.089 km² 1.794 hm³ referência distribuída, apenas prioritários
ALT-D E02 + E04 + E08 11.950 km² 2.104 hm³ cobertura intermediária, E08 condicionado
ALT-E E02 + E04 + E12 15.760 km² 2.282 hm³ maior cobertura; E12 condicionado à 14 de Julho
ALT-I E02 + E04 + E01 + E05 + E08 14.499 km² 2.235 hm³ arranjo intermediário, mais estruturas
ALT-H E12 isolado 15.760 km² 488 hm³ alto alcance, baixa espera e restrição crítica

Os valores são de triagem e dependem da regra de operação e da definição de volume útil. A discrepância entre a cota de Monte Claro no MDE principal e a CAV oficial está documentada em Conciliação preliminar do datum de Monte Claro e deve ser resolvida antes de fechar a altura admissível de E09.

3.5 Conjunto inicial para o Termo de Referência

Para que a contratação não comece com um universo excessivamente amplo nem antecipe uma decisão de implantação, o ponto de partida recomendado é a matriz HEC-00–HEC-06. A planta abaixo mostra os seis grupos espaciais que merecem entrar na primeira especificação: E02 e E04 como base do eixo principal; E08 e E12 como extensões incrementais; GU1 como hipótese independente no Guaporé; e FQ2 como alternativa lateral no Forqueta. FQ1, comportas, MC2, CA2, 14J2 e demais eixos permanecem como sensibilidades, a serem abertas quando os dados e a calibração justificarem.

Figura 3.1: Planta didática do conjunto inicial de alternativas para o Termo de Referência.
Figura 3.2: Perfil didático da cascata e da sequência de alternativas que inicia a modelagem HEC-RAS 1D.

O perfil não atribui altura de projeto às barragens: as hastes coloridas apenas representam o envelope de altura admissível usado na triagem e tornam visíveis as restrições de Castro Alves, Monte Claro e 14 de Julho. GU1 e Forqueta não aparecem como barragens no perfil principal porque entram no modelo como ramos e afluências laterais. O HEC-00, sem novos reservatórios, é a referência obrigatória antes dos demais cenários.

No mapa interativo de alternativas finais, o painel Alternativas finais / TR permite marcar e desmarcar cada caso. Ao selecionar uma alternativa, aparecem os marcadores de todos os eixos que a compõem; HEC-00 representa a situação atual, sem novos reservatórios.

3.5.1 Volume nominal e volume efetivamente utilizado

O volume da tabela anterior é a capacidade nominal de espera derivada das CAVs. Na rodada C1–C4, o roteamento com barragem seca mostrou quanto desse volume foi efetivamente utilizado e qual foi o pico residual:

Alternativa Eixos Volume nominal (hm³) Volume usado (hm³) Pico residual (m³/s) Redução
ALT-A E02 + E04 1.794 1.694 9.272 43,1%
ALT-D E02 + E04 + E08 2.104 1.871 8.411 48,4%
ALT-E E02 + E04 + E12 2.282 2.366 6.328 61,2%
ALT-J E02 + E04 + E01 + E05 + E08 + E12 2.723 2.639 6.213 61,9%

ALT-J é uma ampliação da carteira que passou a ser analisada na rodada calibrada. O fato de o volume usado poder superar o volume nominal de 50% da rodada SINV decorre da regra de operação, do volume inicial, dos aportes incrementais e da definição operacional usada no roteamento; a comparação final deve ser feita sempre com as séries de nível e volume de cada reservatório. O arquivo completo é claude_alternativas_finais.csv.

3.6 Divisão de quedas e restrições longitudinais

A figura geral mostra a posição relativa dos eixos e das usinas existentes. Os dois zooms separam a região dos eixos prioritários e a cascata das Antas, onde pequenas diferenças de cota mudam a admissibilidade do reservatório.

Figura 3.3: Divisão de quedas revisada, com eixos candidatos e usinas existentes.
Figura 3.4: Zoom dos eixos E02 e E04 em relação a Castro Alves.
Figura 3.5: Zoom da cascata do rio das Antas, incluindo Monte Claro, Castro Alves e 14 de Julho.
Figura 3.6: Comparação da divisão de quedas para as alternativas ALT-A, ALT-D, ALT-E/C02, ALT-I, C04 e os pontos exploratórios.
Figura 3.7: Matriz das barragens consideradas em cada alternativa final e em cada cenário de comportas.
Figura 3.8: Matriz dos cenários que combinam ALT-J com os eixos de retenção do Forqueta.

A matriz torna explícita a composição de cada alternativa. As alternativas ALT-A–ALT-I são a carteira de comparação; C01–C05 são cenários de operação coordenada com comportas. A presença de um eixo na matriz não significa que a obra tenha sido selecionada: E08, E09–E12 e os eixos em cascata permanecem condicionados à verificação de remanso, energia, segurança e HEC-RAS 1D.

3.7 Novos pontos exploratórios derivados do perfil

O perfil longitudinal foi suavizado em uma janela móvel e analisado por queda média em 10 km. O objetivo não foi localizar uma barragem pronta, mas indicar trechos que merecem levantamento topográfico, estudo de conexão hidráulica e verificação de energia.

Código Coordenadas WGS84 Distância no perfil Queda média em 10 km Papel preliminar
CA2-PROPOSTO −29,0457167; −51,3622784 255,00 km 32,8 m queda concentrada a jusante de Castro Alves
MC2-PROPOSTO −29,0455307; −51,5562985 294,48 km 6,3 m geometria fornecida pelo usuário, entre Monte Claro e 14 de Julho
14J2-PROPOSTO −29,0658852; −51,6384943 330,25 km 33,0 m queda a jusante de 14 de Julho e controle de cheias
EST1-PROPOSTO −29,1656775; −51,7456402 360,00 km 8,9 m controle de cheias próximo ao trecho de interesse, baixa energia
Figura 3.9: Perfil longitudinal com as usinas existentes e os pontos exploratórios propostos.

3.7.1 Novos eixos exploratórios no Forqueta — opção condicionada

Como o Forqueta representa aproximadamente 14,63% da área contribuinte da seção de Estrela, foram incluídos dois eixos de triagem no seu curso principal. A geometria foi construída perpendicularmente ao talvegue BHO e reprocessada no pipeline de CAV em uma rodada isolada.

Há uma distinção espacial essencial: o ponto de análise hidrológica de 19.440 km² está a montante da confluência do Forqueta. Assim, FQ1 e FQ2 não alteram o hidrograma nesse ponto; sua eventual utilidade só aparece nos controles de Lajeado, Estrela e jusante, quando o hidrograma lateral é inserido no HEC-RAS 1D.

Código Coordenadas WGS84 Área BHO a montante Cota do eixo no MDE Volume a 80 m Papel
FQ1-PROPOSTO −29,402960; −52,029700 2.353,6 km² 22,5 m 2.424 hm³ opção condicionada à defasagem
FQ2-PROPOSTO −29,322620; −52,090830 2.226,7 km² 40,0 m 1.289 hm³ sensibilidade, alternativa exclusiva

Os volumes foram extraídos da CAV derivada do MDE natural: FQ1 chega a 5.518 hm³ e FQ2 a 3.043 hm³ no teto geométrico de 120 m. Esses valores não são volume operacional nem altura admissível. A série medida do posto 86745000 reduziu a defasagem central adotada para 0 dia em 13 eventos e o pico de projeto transposto do Forqueta para 3.837 m³/s. Entretanto, há uma lacuna no posto durante novembro de 2023, justamente no maior evento observado em Estrela. A conclusão sobre FQ1 permanece condicionada à reconstituição subdiária em Barra do Fão.

Na rodada calibrada com exutório em Estrela, ALT-J sem Forqueta reduziu o pico em 58,6%. ALT-J+FQ1 reduziu 59,3% e ALT-J+FQ2, 59,7%. FQ1 e FQ2 não são combináveis: com 30 m, o NA preliminar de FQ1 fica 12,5 m acima da cota do eixo FQ2. A eficiência marginal foi 0,33 pp/100 hm³ para FQ1 e 0,74 pp/100 hm³ para FQ2, muito inferior à carteira do Antas. Por isso, nenhum dos dois entra na alternativa de referência.

Isso não significa descartar o Forqueta. Como o tributário conflui a montante de Estrela, ele permanece relevante para os controles de Lajeado, Estrela e Bom Retiro do Sul e deve ser mantido como alternativa condicionada no HEC-RAS 1D. O que foi retirado da referência é a combinação automática com a carteira do Antas, não a hipótese de aproveitamento do Forqueta.

3.7.1.1 Triagem combinada Antas + Forqueta

Para verificar se o Forqueta poderia mudar a conclusão, foi executada uma matriz com as alternativas ALT-A a ALT-J, cenário sem Forqueta, FQ1 e FQ2, e três regras operativas. O exutório é Estrela e a defasagem adotada é a medida nos eventos pareados: 0 h. O pico natural sintético resultante é 16.903 m³/s, próximo do máximo observado de 17.261 m³/s em 19/11/2023.

Regra Melhor combinação Pico em Estrela Redução Acima de 4.000 m³/s
Barragem seca ALT-J + FQ2 6.802 m³/s 59,8% 2.802 m³/s
Comportas ALT-J + FQ1 7.887 m³/s 53,3% 3.887 m³/s
Convencional ALT-D sem Forqueta 15.799 m³/s 6,5% 11.799 m³/s

O melhor resultado fisicamente admissível foi, portanto, ALT-J + FQ2, mas ainda ficou 60,6% abaixo do pico observado de 2023 e acima do limiar preliminar de 4.000 m³/s. Não houve combinação que levasse a vazão em Estrela a uma magnitude compatível com a não ocorrência de cheia. O limiar de 4.000 m³/s é apenas uma referência de triagem e deve ser substituído pela relação cota–dano calibrada no HEC-RAS 1D.

Figura 3.10: Hidrogramas da triagem combinada das barragens do Antas com as opções FQ1 e FQ2.

3.7.1.2 Busca ampliada: adicionar outras barragens à ALT-J

Para verificar se o resultado poderia ser melhorado simplesmente acrescentando outras barragens da carteira do rio das Antas, foi feita uma busca exaustiva de todas as 32 adições possíveis à ALT-J, mantendo E10 fora da carteira principal. Também foi calculado um envelope teórico com E10, apesar de seu balanço energético preliminar negativo, e foram testadas 192 combinações com FQ1, FQ2 ou sem Forqueta, sob regras de barragem seca e comportas.

Busca Melhor composição Pico em Estrela Excesso sobre 4.000 m³/s Combinações abaixo de 4.000
Adições à ALT-J, E10 excluído ALT-J 7.005 m³/s 3.005 m³/s 0 de 32
Envelope incluindo E10 ALT-J 7.005 m³/s 3.005 m³/s 0 de 64
Adições à ALT-J + Forqueta ALT-J + FQ2, seca 6.802 m³/s 2.802 m³/s 0 de 192

O fato de as adições E03, E06, E07, E09 e E11 não alterarem o pico terminal não significa que sejam inúteis em qualquer projeto. O resultado indica que, na parametrização atual, elas são eixos aninhados ou redundantes em relação ao E12: quando o E12 está presente, a carteira já controla a mesma área terminal de 81,1% da seção de análise. Essas barragens ainda podem alterar níveis locais, remanso, tempo de propagação, distribuição do armazenamento e segurança operacional — efeitos que somente o HEC-RAS 1D acoplado à operação poderá revelar.

O resultado também delimita a investigação: não há, entre os eixos adicionais da carteira atual, uma composição que leve Estrela à faixa preliminar de não inundação. O arquivo de síntese da busca ampliada e as 32 carteiras principais, o envelope com E10 e as combinações com Forqueta ficam como trilha reproduzível.

Figura 3.11: Eixos exploratórios de retenção no rio Forqueta.

Os pontos são deliberadamente chamados de propostos. O arquivo separado EIXO-MONTECLARO2.kmz foi conferido e contém uma LineString sobre o canal principal. O ponto médio dessa linha está na estaca aproximada 294,48 km do perfil e a cerca de 12 m do talvegue amostrado; a geometria original foi preservada no KMZ consolidado. A cota usada na triagem vem do perfil suavizado do MDE, não das altitudes gravadas no KML, que ainda precisam ser conferidas quanto ao datum. Os demais elementos do EUROCLIMA-rev.kmz continuam com rótulos genéricos EIXO e não devem ser tratados como alternativas selecionadas sem validação.

3.7.2 Como esses pontos entram nas alternativas

CA2, MC2 e 14J2 devem entrar primeiro como cenários isolados de sensibilidade. FQ1 e FQ2 devem permanecer fora da alternativa de referência; FQ1 só deve ser reaberto se a série subdiária de Barra do Fão confirmar defasagem positiva no evento de projeto. FQ1 e FQ2 devem ser tratados como alternativas mutuamente exclusivas, nunca como uma cascata conjunta. EST1 deve ser mantido como alternativa de controle de cheias, não como eixo energético: sua queda média é pequena e o benefício depende principalmente de armazenamento e operação.

O achado novo que merece prioridade é o rio Guaporé. O posto Santa Lúcia (86580000) indica cerca de 2.470 km², contribuição comparável à do Forqueta, mas situada a montante do ponto de análise e sem eixo de controle na carteira E01–E12. A hipótese de um eixo no Guaporé deve ser investigada separadamente, com BHO/D8, CAV preliminar, interferência com Monte Cuco/Guaporé e roteamento; ainda não é uma alternativa selecionada.

O Guaporé é, portanto, a próxima adição estrutural a ser investigada. Diferentemente de uma simples adição de E03/E06/E07/E09/E11, ele exige separar do hidrograma sintético do Antas a parcela de sua sub-bacia, roteá-la pelo GU1 e recompor a contribuição na seção de 19.440 km². Sem essa separação, somar um hidrograma do Guaporé produziria dupla contagem.

3.7.2.1 Primeira triagem numérica do GU1

Com a série do posto Santa Lúcia (86580000), foi feita uma decomposição explícita do hidrograma: 2.486,7 km² do Guaporé e 16.953,3 km² de vertente residual do Antas. O GU1 controla preliminarmente 1.993,7 km² (80,2% do Guaporé). Foram testadas duas magnitudes de afluência do Guaporé — o máximo histórico observado e o máximo de novembro de 2023 —, defasagens de 0 a 24 h, alturas de 30 a 120 m e combinações com ALT-J e FQ2.

Evento / hipótese Composição Altura GU1 Defasagem Pico em Estrela Excesso sobre 4.000
Máximo histórico Santa Lúcia ALT-J + GU1 100 m 0 h 4.532 m³/s 532 m³/s
Novembro de 2023 ALT-J + GU1 120 m (envelope) 0 h 4.763 m³/s 763 m³/s
Máximo histórico + FQ2 ALT-J + GU1 + FQ2 100 m 0 h 6.166 m³/s 2.166 m³/s

O melhor resultado da matriz foi 4.532 m³/s, no cenário do máximo histórico do Guaporé, com ALT-J e GU1 a 100 m. Nenhuma das 384 combinações testadas ficou abaixo de 4.000 m³/s. O FQ2 não melhorou esse arranjo porque sua contribuição lateral e sua regra de descarga alteram a onda em outro ponto do sistema; a combinação deve ser reavaliada no HEC-RAS 1D, não descartada apenas pelo pico agregado desta triagem.

Os números usam hidrogramas Gamma sintéticos, pico diário transposto, CAV derivada de MDE e 120 m apenas como envelope geométrico. Não são altura admissível nem projeto de operação. O roteamento GU1 + Antas, a tabela completa e o hidrograma comparativo deixam essa etapa reproduzível.

Figura 3.12: Eixo exploratório GU1 e aproveitamentos existentes no Guaporé.

Nenhum ponto deve ser convertido automaticamente em E13. A numeração oficial só deve ser atualizada depois que a geometria do KMZ for confirmada e o pipeline de bacias, CAV, topologia e restrições for reexecutado.

3.8 5. Alternativas que irão ao HEC-RAS 1D

As alternativas que aparentam melhor cobertura não são automaticamente as melhores: E12 interage com a 14 de Julho, E08 com Castro Alves e E09–E11 com a cascata das Antas. O critério de “não interferência” também deve distinguir o início de perda energética do nível de veto físico. Essa separação evita descartar cedo demais eixos que podem ser operados com perda controlada — ou aceitar eixos cujo remanso seja inviável.

Para não confundir carteira, cenário de comportas e afluência lateral, a entrada no HEC-RAS 1D fica organizada assim:

Ordem Plano HEC Alternativa/cenário Composição Finalidade
0 HEC-00 / REF situação atual sem novos reservatórios calibrar a resposta hidráulica e a curva cota–dano
1 HEC-01 / ALT-A / C01 base E02 + E04 primeiro caso com obra, com dois ramos prioritários
2 HEC-02 / ALT-D / C03 intermediária E02 + E04 + E08 medir o ganho incremental de E08, condicionado a Castro Alves
3 HEC-03 / ALT-E / C02 cobertura E02 + E04 + E12 medir a cobertura terminal, condicionada a 14 de Julho
4 HEC-04 extensão estrutural ALT-J + GU1 testar o Guaporé, que controla uma contribuição independente a montante
5 HEC-05 extensão lateral ALT-J + FQ2 testar o Forqueta no trecho de Estrela, sem somá-lo ao montante de 19.440 km²
6 HEC-06 sensibilidades C04, C05, FQ1 e combinações selecionadas testar comportas, saturação, galgamento e hipóteses de maior complexidade

O caso HEC-01 (E02 + E04) é o primeiro arranjo com obra que deve ser construído depois do caso sem obra. HEC-02 e HEC-03 são comparações incrementais, não escolhas prévias. O HEC-04 entra depois da calibração porque exige retirar a sub-bacia do Guaporé do hidrograma residual do Antas; o HEC-05 entra como contribuição lateral observada. FQ1 e FQ2 são mutuamente exclusivas e FQ1 permanece condicionada à resolução da lacuna de novembro de 2023.

Decisão provisória, agora explicitada

Não há alternativa selecionada para implantação. A matriz mínima obrigatória é HEC-00 + HEC-01 + HEC-02 + HEC-03; a extensão prioritária é HEC-04 (ALT-J + GU1); HEC-05 e HEC-06 são sensibilidades. O primeiro caso com obra é E02 + E04. A seleção só será feita depois de remanso, operação, curva cota–dano, energia, segurança e custos serem avaliados com a mesma base de comparação.

O diagrama que acompanha essa decisão está em topologia e sequência de cenários.

3.9 6. Critérios para a rodada contratada

Cada alternativa deve ser avaliada com o mesmo evento, mesma curva cota–dano e mesma referência econômica, reportando:

  • pico e cota máxima em Estrela e pontos intermediários;
  • redução de duração acima de cotas críticas;
  • volume de espera inicial e volume efetivamente utilizado;
  • municípios, pessoas e ativos protegidos;
  • interferência em UHEs existentes e energia firme;
  • segurança, galgamento, operação e falhas;
  • custo de implantação, operação, manutenção e compensações.