VIII Simpósio Brasileiro sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas 01 a 04/05/2012

Transcrição

1 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica VIII Simpósio Brasileiro sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas 1 a 4/5/212

2 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Antecedentes e Objetivos Atividades de desvio do rio da PCH Paracambi: Redução temporário das vazões do Ribeirão das Lajes a jusante da obra. Potencial impacto na captação da ETA Guandu. Abastecimento de praticamente toda região Metropolitana do Rio de Janeiro com uma produção superior a 4m³/s. Desenvolvimento dos Estudos de Modelagem: Recomendação das regras de defluência da UHE Pereira Passos (localizada a montante da PCH Paracambi) durante o desvio, considerando as limitações quanto ao volume disponível para esta operação (perdas energéticas).

3 Localização Trecho UHEPereira Passos Posto Fluv. ETA Guandú Fonte: PLANO ESTRATÉGICO DE RECURSOS HÍDRICOS DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS DOS RIOS GUANDU, DA GUARDA E GUANDU MIRIM (Sondotécnica & ANA, 26) PCH Paracambi

4 Localização ETA Guandú Região 1/9/29 da Captação da ETA Guandu 1/4/29 Fonte: PLANO ESTRATÉGICO DE RECURSOS HÍDRICOS DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS DOS RIOS GUANDU, DA GUARDA E GUANDU MIRIM (Sondotécnica & ANA, 26)

5 Introdução Desvio do Rio FASE 2 (2 vãos Rebaixados) SEÇÃO B-B EL. 35,8 EL. 33,54 SE B BARRAGEM MD B FONTE: LIGHTGER, 211 PCH PARACAMBI LIGHTGER S/A - PLANEJAMENTO DAS ETAPAS DE DESVIO DO RIBEIRÃO DAS LAJES Plano de Trabalho FLUXO

6 Introdução Desvio do Rio FASE 3 (1 Vão Fechado) EL. 39,79 VÃO-1 SEÇÃO B-B SEÇÃO C-C EL. 33,54 FASE-3 (Esta fase se inicia com o posic. Das comportas ensec. De montante e jusante no vão 2): Rio desviado para bloco rebaixado do Vertedouro vão-1 (Corte B-B) Condições: Ensecadeira incoporporada de montante na EL. 41,m e a de jusante na EL 35,m Posicionamento das comp. ensecadeiras de montante e jusante no vão 2 Área reservatório já licenciada e liberada para enchimento. Serviços a serem executados no vão 2: Concretagem da ogiva Montagem e comissionamento da comporta segmento C B EL. 39,79 VÃO-2 Execução das Ogivas e montagem das comportas EL. 33,54 C B FLUXO FONTE: LIGHTGER, 211 PCH PARACAMBI LIGHTGER S/A - PLANEJAMENTO DAS ETAPAS DE DESVIO DO RIBEIRÃO DAS LAJES Plano de Trabalho

7 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Modelagem Fluvial Questões a serem consideradas no processo de modelagem. Contribuições Laterais Vazões Afluentes Condição da Calha a Jusante Níveis d Água Operação das Comportas Ponte e outras Estruturas Armazenamento Lateral Outros Fatores: - Intervalo de tempo de cálculo. - Distância entre seções. - Parâmetros de estabilidade numérica. - Qualidade dos dados. Representatividade das Seções Transversais Cachoeiras e Corredeira Níveis de Jusante

8 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Modelo HEC-RAS Modelo Matemático Hidrodinâmico: Hec-Ras (Versão 4.1) do U.S. Army Corps of Engineers Leis Físicas que regem o escoamento: Equação da Continuidade (Conservação da Massa) Equação do Momentum (2ª lei de Newton: F = dm/dt = m.dv/dt = m.a) Volume de Controle

9 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Modelagem Localização Pontes Ponte Ferroviária (S-8) Ponte RJ125 (S-5) Elevation (m) Elevation (m) Station (m) 12 Station (m) 44 Seções (43,5km) PCH Paracambi UHE Pereira Passos Ponte RJ127 (S-9) RS=22541 Dow nstream (Bridge) Paracambi Plan: Fase 2 para 3 R Armazena.45 29/3/ Le gend 45 Bank Sta Ground 3 E levation (m) Elevation (m) Ineff Ponte BR116 (SB-2) RS=38375 Dow nstream (Bridge) 6 Elevation (m) 55 Ponte BR116 (S-19) Station (m) Elevation (m) Station (m) Station (m) Station (m) Captação Guandu

10 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Calibração Dados Hidrológicos Disponibilizados Nível d Água em Diversas Seções Responsável: PCH PARACAMBI e Vertente Engenharia Ltda. Data: coincidente com o horário de levantamento das seções topobat. 45 Nível d'água Observado 4 Nível d'água (m) Trecho entre acaptação (S-26) e PCH Paracambi : 1 a 19/1/211 Trecho entre PCH Paracambi e UHE P. Passos: 31/8 a 13/9/ Distância à Captação ETA Guandu (m)

11 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Calibração Dados Hidrológicos Disponibilizados Vazão Defluente a UHE Pereira Passos e Precipitação Responsável: LIGHT Frequência: 15 minutos Período : 9/1/211 a 19/1/211 Vazão Observada no Posto BR 116 e N.A. na Captação ETA Guandu Responsável: CEDAE Frequência: horária Período : 1/1/211 a 28/2/ Vazão (m³/s) Chuva (mm) Vazão Observada no Posto BR116 Vazão Defluente UHE PP Precipitação Acumulada 24h /1/ /1/11 19/1/11 13/1/11 15/1/11 17/1/11 Tempo (15 minutos)

12 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Calibração Possíveis Problemas com Dados Observados Imprecisão nas Medições de Níveis d Água, Vazões e Horários. Curva-Chave com Laço. Efeitos de Remanso. Coeficiente de Manning Variação =,2 a,55. Fatores para Estabilidade Numérica Coeficientes de Estabilidade do Trecho Fluvial e das Estruturas Tempo de aquecimento (warm up) e Número de Iterações Representatividade das Seções Levantadas Seções auxiliares para representação dos controles hidráulicos. Contribuições Laterais (Afluentes). Armazenamento Lateral (Várzeas) Responsável pela atenuação e retardamento do hidrograma.

13 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Calibração Armazenamentos Laterais (Várzeas e Planícies de Inundação) Impactos no Aumento de Armazenamento Lateral: Atenuação no pico dos hidrogramas. Aumento no tempo de viagem. Aumento no tramo final do hidrograma. Níveis d água podem aumentar ou diminuir, dependendo se esta se trocando área de escoamento por de armazenamento.

14 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Calibração Armazenamentos Laterais (Várzeas) Exemplo das Regiões com Potencial de Armazenamento

15 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Calibração Armazenamentos Laterais (Várzeas) Localização das Regiões com Potencial de Armazenamento Lateral A3 A1 A2 A4 A5A A6 ID Estaqueamento da Estrutura Lateral (m) Área (m²) Área Levantada (1³.m²) Área de Armazenamento (1³.m²) Elev. Mín da Área (m) Elev. Soleira Lateral (m) A5B Comprimento Conexão com Canal (m) A A A A A5A A5B A A A A A8 A9 A7

16 Resultados Verificação da Curva Cota-Volume do Reservatório Projeto Básico x Hec-Ras 45 Elevation (m) S-1... S-Q4 S-Q5 S-Q6 S-Q7 S-Q8 S-Q1 S-Q11 S-B2 Jus a S-M3 Antig S-M3 S-Q13 S-M4 S-Q14 S-M5 S-M6 S-M7 a (Canal de Fuga -... S-M7 Copia Main Channel Distance (m) 44 Cota (m) Levantado (P.B.) Hec-Ras Volume (1³.m³)

17 Resultados Calibração Nível d'água (m) 45 4 n =, Escoamento Permanente Perfil de Calibração: Q = 16m³/s + Afluentes NA Observado NA Simulado (n =,45) Cota de Fundo (m) Q = 16m³/s Trecho entre acaptação (S-26) e PCH Paracambi (S-1) : 1 a 19/1/211 Trecho entre PCH Paracambi e UHE P. Passos: 31/8 a 13/9/ Distância à Captação ETA Guandu (m)

18 Calibração - Resultados Escoamento Não Permanente Perfil de Níveis para Vazão Defluente a UHE Pereira Passos (15-15 minutos) 3 Cota (m) Chuva (mm) 1 Vazão Precipitação Precipitação Acumulada 24h /1/ /1/11 19/1/11 13/1/11 15/1/11 17/1/11 Tempo (15 minutos) 3 2 Vazão (m³/s) Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Eixo PCH Paracambi (S-1) Mont. da RJ125 (Cópia S-5) Mont. da Ferroviária (Cópia S-8) Mont. da BR116 (Cópia S-19) - Captação CEDAE (S-) Tempo (15 minutos)

19 Resultados Calibração Escoamento Permanente (Modelo Hidrodinâmico) Vazões Simuladas: Defluência UHE Pereira Passos + Afluentes (16m³/s) Ponte BR116 Eixo PCH Parac. UHE Per.Passos.

20 Calibração - Resultados Escoamento Não Permanente Vazões Observadas x Simuladas na Estação Jusante da Ponte BR Vazão (m³/s) Observação (Estação BR116) Simulação (Manning =,35) Simulação (Manning =,45) Simulação (Manning =,55) Precipitação Acumulada (24h) Chuva 24 Horas (m mm) Tempo (15 minutos)

21 Calibração - Resultados Comparação do Modelo Sem e Com Armazenamento Lateral Vazões Observadas x Simuladas na Estação Jusante da Ponte BR Vazão (m³/s) Observação (Estação BR116) Simulação (COM Armazenamento Lateral) Simulação (SEM Aramazenamento Lateral) Precipitação Acumulada (24h) Chuva 24 Horas (m mm) Tempo (15 minutos)

22 Simulação - Resultados FASE 2 para 3 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos Fechamento Comporta de Um dos Vãos Rebaixados Paracambi Plan: Fase 2 para 3 - Q32 R 28/3/ Legend WS 11JAN WS 9JAN211 1 Ground Ineff Bank Sta Elevation (m) Station (m)

23 Simulação - Resultados 2 FASE 2 para 3 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos = 24m³/s Fechamento da Comporta de Um dos Vãos Rebaixados Vazão (m³/s) 1 1 N.A. Máx. a montante da barragem = 37,22m Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vão Rebaixado Vão Rebaixado Jus. PCH Paracambi Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Nível d'água (m) Tempo Simulação (5 minutos)

24 Simulação - Resultados 2 FASE 2 para 3 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos = 16m³/s Fechamento da Comporta de Um dos Vãos Rebaixados N.A. Máx. a montante da barragem = 35,51m Vazão (m³/s) Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vão Rebaixado Vão com Ogiva Jus. PCH Paracambi (S-1) Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Nível d'água (m) Tempo Simulação (5 minutos)

25 Simulação - Resultados FASE 2 para 3 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos = m³/s Fechamento da Comporta de Um dos Vãos Rebaixados 2 N.A. Máx. a montante da barragem = 35,m Vazão (m³/s) Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vão Rebaixado Vão com Ogiva Jus. PCH Paracambi Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Nível d'água (m) Tempo Simulação (5 minutos)

26 Simulação - Resultados FASE 2 para 3 Comparação dos Hidrogramas na Captação Decorrente de Diferentes Defluências a UHE Pereira Passos para Operação de Desvio Vazão (m³/s) 1 1 Captação CEDAE (Q afluente = variada = m³/s) Captação CEDAE (Qafluente = constante = 16m³/s) Captação CEDAE (Q afluente = constante = 24m³/s) Tempo Simulação (5 minutos)

27 PCH Paracambi Modelagem Hidrodinâmica Resultados Fase 2 para 3 18 Verificação das Vazões Observadas no Posto BR Vazão (m m³/s) Qobs BR116 (CEDAE) Qcalc BR116 (HecRas) N.A. a Jusante do Eixo da Usina Desvio Fase 3 (dia3 às 16:4) Leitura de Rég gua (m) Tempo (15 Minutos)

28 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 Fechamento Comporta do Vão Rebaixado Paracambi Plan: Fase 3 - Q3 R opens 4/3/ Legend WS 1JAN211 5 WS 9JAN211 1 Ground Ineff Bank Sta Elevation (m) Station (m)

29 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos = constante = 22m³/s Fechamento Comporta do Vão Rebaixado 3 Vazão (m³/s) Tempo de recuperação da vazão em 12m³/s = 4,6 h. Elevação do N.A. a montante da barragem = 45,2m Vazão Mínima na Captação ETA = 124m³/s Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vão Rebaixado Vão com Ogiva Jus. PCH Paracambi Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Nível d'água (m) Tempo Simulação (5 minutos)

30 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos = constante = 16m³/s Fechamento Comporta do Vão Rebaixado 3 Vazão (m³/s) Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vão Rebaixado Vão com Ogiva Jus. PCH Paracambi (S-2) Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Tempo de recuperação da vazão em 12m³/s = 8,2 h. Elevação do N.A. a montante da barragem = 44,1m Vazão Mínima na Captação ETA = 85m³/s Nível d'água (m) 1 Tempo Simulação (5 minutos)

31 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 Vazão Defluente a UHE Pereira Passos = m³/s Fechamento Comporta do Vão Rebaixado Vazão (m³/s) Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vão Rebaixado Vão com Ogiva Jus. PCH Paracambi Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Tempo de recuperação da vazão em 12m³/s = 4,6h. Elevação do N.A. a montante da barragem = 44,1m Vazão Mínima na Captação ETA = 12m³/s Nível d'água (m) Tempo Simulação (5 minutos)

32 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 (n =,45) Comparação dos Hidrogramas na Captação Decorrente de Diferentes Defluências a UHE Pereira Passos para Operação de Desvio 2 2 Vazão (m³/s) 1 1 Limite Operacional Mínimo da ETA = 122m³/s Captação CEDAE (Q afluente variada = m³/s) Captação CEDAE (Q afluente = constante = 16 m³/s) Captação CEDAE (Q afluente = constante = 22 m³/s) Tempo Simulação (5 minutos)

33 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 (Qdeflu = m³/s) Comportamento Hidrodinâmico das Vazões Limite Mínimo 122m³/s Captação ETA Ponte BR116 Eixo PCH Parac. UHE Per.Passos.

34 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 (Fechamento Comporta do Vão Rebaixado) Extensão a Jusante dos Impactos Causados pela Operação de desvio Vazão Mínima na Seção Tempo (em horas) Q < 12m³/s Tempo (em horas) Q <22m³/s Vazão (m³/s s) Ponte RJ 125 Ponte Ferroviária S-1 S-14 Posto Fluv. (BR 116) Captação ETA Guandu Tempo (hora as) Distância a Jusante do Eixo da Barragem (m)

35 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 Perfis de Nível d Água Simulados Guanfu Guandu Legend WS 1JAN211 5 WS 11JAN Crit 1JAN211 5 Crit 11JAN Ground S-25 S-24 S-23 S-22 S-21 S-2 Cópia S-19 Jus 3 A9 S-18 S-17 S-16 S-15 Cópia Modif. S-14 Jus Cópia Modif. S-13 Jus A7 S-12 (Jus. da Foz São Pedr... A6 S-11 S-1 A5A Cópia S-9 Jus Cópia S-8 Jus Cópia Modif. S-7 Jus Cópia Modif. S-6 Jus A3 Cópia S-5 Jus A2 S-4 S-3 S-2 S-1 = S-Q3 (Eixo PCH Paracambi) S-Q4 S-Q6 S-Q7 S-Q1 Cópia S-B2 Mont (Mont. da Ponte BR116) S-M3 S-M4 S-M5 S-M7 S-M7 Copia (Canal de Fuga - UHE PP) Elevation (m) Main Channel Distance (m)

36 Simulação - Resultados FASE 3 para 4 (Fechamento Comporta do Vão Rebaixado) Proposta para Regra de Defluente a UHE Pereira Passos: Q = m³/s Canal de Fuga UHE PP (Cópia S-M7) Vazão (m³/s s) h 7horas 2h antes do Fechamento, Qdeflu UHE PP = 16m³/s Fechamento 3h 5horas 2m³/s 22m³/s 16m³/s Vão Rebaixado Vão com Ogiva Jus. PCH Paracambi Mont. da BR116 (Posto Fluv.) - Captação CEDAE (S-) N.A. Mont. Barragem Tempo até cota 39,m =,9 h Tempo da cota 39, a 43,m = 2,8 h Nível d'água (m) 5 Tempo Simulação (5 minutos)

37 Valores Simulados x Observados FASE 3 para 4 (Fechamento Comporta do Vão Rebaixado) Proposta para Regra de Defluente a UHE Pereira Passos: Q = m³/s Vazão (m³/s s) Canal de Fuga UHE PP Vão Rebaixado Vão com Ogiva Vazão a Jus. PCH Paracambi (Simulada) Vazão Posto BR-116 (Simulada) Vazão Posto BR-116 (Observada) Tempo Simulação (5 minutos)

38 Valores Simulados x Observados FASE 3 para 4 (Fechamento Comporta do Vão Rebaixado) Proposta para Regra de Defluente a UHE Pereira Passos: Q = m³/s Nível d'água (m m) N.A. Mont. Barragem Calc N.A. Jusant. Barragem Calc N.A. Mont. Barragem Observ N.A. Jusant. Barragem Observ. Níveis d Água na Região da Barragem Tempo Simulação (5 minutos)

39 Execução do Fechamento FASE 3 para 4 (Fechamento da Comporta do Vão Rebaixado: dia 2/9/211) FONTE: Site da PCH Paracambi: