AVALIAÇÃO DA AMORTIZAÇÃO DE CHEIAS NUM RESERVATÓRIODO SEMIÁRIDO BRASILEIRO

Transcrição

1 AVALIAÇÃO DA AMORTIZAÇÃO DE CHEIAS NUM RESERVATÓRIODO SEMIÁRIDO BRASILEIRO C. E. Toledo 1 ; C. L. de Almeida 2 ; L. R. S. Duarte 3 ; F. G. Cavalcante 3 ; T. R. G. Passos 3 ; J. C. de Araújo 4 RESUMO - Um reservatório independente da finalidade para qual foi construído, tem a capacidade deproporcionar a amortização de cheias. O objetivo deste estudo foi comparar o hidrograma de cheia na entrada e na saída do reservatório General Sampaio.Foi usado o modelo do hidrograma unitário que deduz o hidrograma resultante de qualquer excesso de chuva numa bacia. Oreservatório General Sampaioproporcionou um coeficiente de amortização de 43%, proporcionando um efeito positivo sobre a propagação da enchente.o reservatório também aumentou a duração do evento de cheia em 180 horas, retardando o momento do pico da cheia em aproximadamente 60 horas. PALAVRAS-CHAVE: Coeficiente de amortização; Vazão de pico; hidrograma unitário. EVALUATION OF THE FULL AMORTIZATION OF A BRAZILIAN SEMIARID RESERVOIR SUMMARY - A reservoir independent of purpose for which was built, has the capability to provide the amortization of floods. The objective of this study was to compare the flood hydrograph at the inlet and outlet of the reservoir General Sampaio. We used the model of the unit hydrograph which deducts the hydrograph resulting from any excess of rain in a basin.the reservoir General Sampaio provided a coefficient of amortization of 43%, providing a positive effect on the propagation of the flood.the reservoir also increased the event duration flood in 180 hours, delaying the moment of peak full in approximately 60 hours. KEYWORDS: Coefficient of amortization; Peak flow; Unit hydrograph INTRODUÇÃO A cheia se caracteriza por uma onda de escoamento superficial de montante para jusante, propagada nos drenas da bacia hidrográfica, podendo provocar prejuízos e transtornos por onde passa. A cheia pode se apresentar na forma de enchente e inundação. A cheia quando causada 1 Eng. Agrônomo, Doutorando, Deptº Eng. Agrícola, UFC/Fortaleza, CE, Fone: (85) , cristianepifanio@yahoo.com.br Eng Agrícola, UFC/Fortaleza, CE

2 pelo excesso de precipitação, têm sua distribuição sazonal semelhante a do fenômeno que as geraram sendo, portanto necessário oestudo das características das precipitações (origem, distribuição temporal e espacial) da região (solo, topografia, vegetação).o controle de cheias é entendido como o conjunto de medidas que visa reduzir os fluxos de cheia. Essas medidas consistem na construção de estruturas de acumulação, na modificação do uso daterra, entre outros métodos semelhantes. Na região semiárida apesar dos reservatórios terem sido construídos para outra finalidade, estes promovem o controle e/ou a redução da vazão a sua jusante(tucci; COLLISHONN, 2003). A acumulação proporcionada pelos reservatórios pode ser de dois tipos: controlada quandoas comportas das estruturas de barragem podem regular odeflúvio; e não controlada quando não há regulação dacapacidade de deflúvio. O efeito de redução das cheias quando passam por um reservatório é chamado amortecimento de cheias, ou, eventualmente, laminação de cheias (KAVISKY et al., 2007). O projeto de obras hidráulicas deve levar em consideração a vazão máxima que pode ocorre numa secção num determinado período de tempo. O estudo de cheias pode ser feito utilizando modelos de chuva-deflúvio, que transforma dados deprecipitação em vazão. O modelo do hidrograma unitáriopode ser usado para estimar o hidrograma resultante de qualquer quantidade de excesso de chuva. Pode-se, ainda, quando se dispõe de uma série histórica de vazão, recorrer amodelos ou leis de probabilidade já consagrada para a descrição das freqüências de ocorrência de eventos extremos. O objetivo deste estudo foi comparar o hidrograma de cheia,a vazão de pico e o coeficiente de amortizaçãona entrada e na saída doreservatório General Sampaio. MATERIAIS E MÉTODOS A área de estudo compreende a bacia do reservatório General Sampaio, que está localizadono município de General Sampaio CE. O reservatório foi projetado e construído pelo DNOCS para múltiplas finalidades como, a regularização do rio Curu, a irrigação das terras do Vale do Curu, o abastecimento de água da cidade de General Sampaio e o aproveitamento hidrelétrico. As principais características do reservatório General Sampaio e os dados da simulação encontram-se na Tabela 1. Para a obtenção da vazão de entrada e saída do reservatório foi usado o modelo do hidrograma unitário (HU). Ohidrograma unitário tem sua forma aproximadahá um triângulo, definido pela vazão de pico, pelo tempo de pico e pelo tempo de base. Para se chegar ao HU, inicialmente deve se calcular o tempo de concentração (tc), que corresponde ao tempo que a partícula de água de chuva que cai no ponto maisremoto da bacia leva para, escoando superficialmente, atingir a seção em estudo (VILLELA; MATTOS, 1975), utilizando a equação 1. Duração = t/tc (eq.1) em que, tc é o tempo de concentração (s); e t é o tempo (s). Com o calculo do tempo de concentração, pode-se calcular a vazão unitária de pico (Q up ) pela equação 2: Q * dt =A * Hu (eq.2)

3 em que, Q * dt representa a área do hidrograma unitário triangular; A é a área da bacia (m 2 ); t representa o tempo (s); e Hu é a precipitação unitária (m). O segundo passo no estudo da cheia foi calcular a vazão de entrada (Q e ) dos reservatórios, a partir da estimativa da capacidade total da bacia em reter água (S), do armazenamento inicial da bacia (Ia), da precipitação efetiva (H ef ) e da vazão superficial (Q sup ) (PRUSKI, et al., 2003; SCS, 2004). S = 25,4 * (1000/CN) 10 (eq.3) Ia = 0,2 * S (eq.4) H ef = (H Ia) 2 / (H+0,85) (eq.5) Q sup = H ef * Q u (eq.6) Qe =Q sup + Q b (eq.7) Nas equações de 3 a 7: S é o potencial máximo de umidade do solo (mm); CN é o número da curva de escoamento ( - ); Ia é definido como sendo o total precipitado entre o início da precipitação e o início do escoamento superficial (mm);h ef é a precipitação efetiva, definida pela água escoada e distribuída uniformemente no açude (mm); H é a precipitação (mm);q sup é a vazão superficial (m³.s -1 );Q u representa a vazão unitária (m³.s -1 ), encontrada pelo método de semelhança de triângulos no hidrograma unitário; Q e é a vazão de entrada no reservatório (m³.s -1 ); e Q b é a vazão de base (m³.s -1 ). O terceiro e último passo do estudo de cheia é a estimativa da vazão de saída do sangradouro que possibilitou levantar o coeficiente de amortização dos reservatórios estudados. A vazão de saída do sangradouro utilizou-se a fórmula: Q s = C.L. (N - N o ) 3/2 (eq.8) em que,c é o coeficiente de crista do sangradouro (m 1/2.s -1 ), L é a largura do sangradouro (m) e (N-No) é a variação do nível da água no vertedouro (m). Em seguida calculou-se o parâmetro F, que possibilitou elaborar uma tabela com as variações do parâmetro F, da vazão de entrada e de saída, volume e nível do reservatório em função do tempo (t i, t i+1,f i,q e,i, Q e,i+1,q s,i, F i+1, V i+1, N i+1, Q s,i+1 ).Com isso, pode-se fazer o cálculo do coeficiente de amortização, como base na sequência de equações de 9 a 11. F = (V/ t) + (Q s /2) F i+1 = F i + ( Q e - Q s,i ) (eq.9) (eq.10) Amortização = (Q max,e Q max,s )/Q max,e (eq.11) em que: V é o volume do reservatório(m³), t é a variação de tempo (s),o Q s é a vazão de saída no vertedouro (m³.s -1 ), Q e é a vazão média de entrada (m³.s -1 ) e Q s,i é a vazão de saída no tempo i (m³.s -1 ), Q max,e é a vazão máxima de entrada (m³.s -1 ) e Q max,s é a vazão máxima de saída (m³.s -1 ). RESULTADOS E DISCUSSÃO Observa-se na Figura 1 que o pico de vazão unitário ocorre aproximadamente 24 horas após o início da precipitação e atingiu 7,96 m 3 /s. Nota-se que o pico de vazão é atingido quando toda a bacia está contribuindo com o escoamento, ou seja, próximo do tempo de concentração da bacia. A precipitação pluviométrica de 110 mm promoveu um escoamento superficial total de41,27 mm, demonstrando uma relação chuva-defluvio de aproximadamente 38%, as abstrações iniciais foram de 20,74 mm e a capacidade total da bacia em reter água foi de 103,74 mm.

4 Na Figura 2 nota-se que o tempo de cheia sem o reservatório seria de 120 horas com vazão de pico de 338m 3.s -1, já com o reservatório General Sampaio o tempo da cheia foi ampliado para 300 horas e a vazão de pico de apenas 192 m 3.s -1. O reservatório foi capaz de reduzir a vazão de pico em 146m 3.s -1 gerando um coeficiente de amortização de 43%, além de ampliar a duração do evento de cheia em 180 horas e retardar o pico da cheia em aproximadamente 60 horas. Um reservatório na contenção de uma cheia funciona como umreservatório de armazenamento, onde uma porcentagem do volume da água é retida por certo tempo e depois é extravasada para jusante comuma vazão menor do que a que ocorreria naturalmente. Essa diminuiçãoda vazão ocorre em decorrência de um prolongamento de uma cheia menor no rio a jusante do reservatório. As informações da cheia proporcionada pelo reservatório, como a vazão máxima a ser escoada pelo rio a jusante do reservatório e o momento do pico de cheia, é de fundamental importância para a sociedade estabelecida a sua jusante. Pois o efeito do reservatório sobre a cheia possibilita que as pessoas se prepararem para a enchente, diminuindo a destruição e as mortes. Outro efeito importante do reservatório no semiárido brasileiro na contenção de cheia, é que ele armazenamento de parte da cheia, possibilitando o aproveitamento da mesma em épocas seca ou de estiagem. A capacidade de amortecimento de um reservatório esta sujeitaprincipalmente ao seuvolume no momento da entrada da cheia, quanto menor estiver o volume do reservatório, maior será a capacidade de armazenar e diminuir a vazão de pico da cheia. Como no semiárido os reservatórios não são construídos apenas para conter as cheias, mas também como uma fonte de água, existe a necessitando de um manejo por parte dos gestores dos recursos hídricos para que controle o volume do reservatório dentro de uma faixa, garantindo assim o fornecimento de água a população e os efeitos de amortecimento de cheias. CONCLUSÃO A bacia hidrográfica do reservatóriogeneral Sampaioapresentou uma vazão unitária de pico de 7,96 m 3.s -1 e um tempo de concentração de 24 horas, confirmando os dados levantado sobre o reservatórios. O reservatório General Sampaio demosntrouum coeficiente de amortização de uma cheia de 43%, indicando que o barramento tem um efeito positivo no controle da propagação da enchente, reduzindo o pico de vazão de saída. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA KAVISKY, E.; CUNHA, L. M.; GARCIA, C. S. Propogação de cheias em reservatórios: o caso do lago municipal de Cascavel PR. XVII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos p. PRUSKI, F. F.; BRANDÃO, V. dos S.; SILVA, D. D. da.escoamento superficial. 1.ed. Viçosa: UFV, 88p SCS SOIL CONSERVATION SERVICE. National Engineering Handbook, Chapter 10. Estimation of Direct Runoff from Storm Rainfall U.S. Department of Agriculture, Washington, DC.July, TUCCI, C. E. M.; COLLISHONN, W. Previsão de vazão. In: Tucci, C. E. M.; Braga, B. (org.). Clima e recursos hídricos no Brasil. Porto Alegre: ABRH, p VILLELA, S. M.; MATTOS A. Hidrologia aplicada. São Paulo, McGraw-Hill do Brasil, 244p

5 Vazão, Q (m³/s) Qu(m³/s) C. E. Toledo et al. Tabela 1: Características do reservatório General Sampaio e das condições da simulação Variável General Sampaio Área km 2 Tempo de concentração 1 dia Largura do sangradouro 150 m Coeficiente de crista do sangradouro 1,9 m 1/2.s -1 Cota da soleira do sangradouro 126,5 m Volume do açude na soleira do sangradouro 332 hm 3 Nível máximo esperado da água (Namáx) 130m Volume do açude no Namáx 520 hm³ Escoamento de base 10 m 3.s -1 Fonte: DNOSC y = 0,3318x y = -0,0829x + 9, Tempos (h) Figura 1: Hidrograma Unitário e nível de enchente em função do volume de água armazenado do reservatório General Sampaio. 400 Qe Qs Tempo (h) Figura 2: Hidrogramas de cheias para a condição de entrada e saída do reservatório General Sampaio.