11/12/2012 X E X NES S ABRH H / /C ES S UTFP F R

Transcrição

1 X ENES ABRH / CES UTFPR Foz do Iguaçu, PR, 3 a Minicurso ASSOREAMENTO DE RESERVATÓRIOS E ESTUDOS SUBSEQUENTES NEWTON DE OLIVEIRA CARVALHO Engenheiro Civil DHC Formado em 963 na antiga ENE da Universidade do Brasil, hoje UFRJ Aperfeiçoamento em Obras Hidráulicas Aposentado, estando como Consultor em Recursos Hídricos e Sedimentologia na PCE ASSOREAMENTO DE RESERVATÓRIOS Por NEWTON DE OLIVEIRA CARVALHO Engenheiro Civil DHC MAXIMILIANO ANDRÉS STRASSER PhD Engenheiro de Recursos Hídricos pela Universidade de Santa Fé, Argentina Mestrado e Doutorado pela COPPE/UFRJ Professor na UFRJ e Engenheiro da PCE NOTAS PESSOAIS DECORRENTES DA RESOLUÇÃO 3/200 ANEEL e ANA Resumidamente, a Resolução 3/200 exige que os proprietários de barragens com formação de reservatórios acompanhem o assoreamento com medições de nível d água, vazão e da carga sólida afluente e defluente, medições de qualidade d água e realizem levantamentos batimétricos periódicos. Os levantamentos batimétricos são exigidos para os reservatórios que já existem com pelo menos de 8 anos de formação, sendo que esses levantamentos teriam que ser realizados no máximo 24 meses após a emissão da Resolução. A exigência é de atualização das curvas Cota x Área x Volume. Novos reservatórios devem ter levantamentos com 0 anos de formação. Certamente que a constatação de assoreamento indesejável exigirá providências de controle de sedimento, seja preventivo ou corretivo. Medições do nível d água e vazões já eram realizadas desde a emissão da Resolução anterior, 396/ , com uso de telemetria, tendo sido exigidas informações diárias em tempo real. Os valores de descarga sólida para estudos de reservatório devem ser executados para obtenção da descarga total e granulometria de sedimentos em suspensão e do leito. A exigência de medição da carga sólida é de que sejam operados postos de forma tal a ter quantidade de sedimento afluente e defluente ao reservatório, o que permitirá a verificação periódica do assoreamento a partir de simulação. No caso, então, quando a barragem é alimentada somente pelo curso d água principal, sem afluentes significativos, só há necessidade de posto a montante do reservatório e outro logo a jusante da barragem. Com afluentes significativos há necessidade de planejar uma rede secundária de postos. Quando há reservatórios em sequência a instalação dos postos deve ser verificada junto à ANA, já levando uma sugestão. São exigidas somente 4 medições da carga sólida por ano, considerando o monitoramento atingindo período seco e úmido. No entanto, isso tem que ser decidido em função da quantidade de sedimento produzido na bacia contribuinte. Medir descarga sólida tem seus critérios, o que ainda não está bem definido aqui no País. O mesmo acontece com a realização de levantamentos batimétricos. Instruções e normas destes trabalhos já existem, o que pode ser verificado através das Normas e Recomendações Hidrológicas do antigo DNAEE.

2 O que tenho procurado mostrar se refere à escola norteamericana, onde estudei e que é muito difundida e utilizada em quase todo o mundo. Está mostrada no livro de minha autoria denominado HIDROSSEDIMENTOLOGIA PRÁTICA. Teremos em um dos dias do X ENES a Mesa Redonda 3 para discutir algumas das necessidades do tema e dar sugestões. Tentarei neste Minicurso apresentar resumidamente os critérios de obtenção de dados, a simulação do assoreamento de reservatório e como realizar levantamentos batimétricos. Com o monitoramento sedimentométrico, gerando dados e informações diversas de descarga sólida e levantamentos de reservatórios, certamente a ANA ou a ANEEL criará um banco de dados especial, ou estenderá a utilização do Hidroweb, para que seja utilizado no futuro. O Eng. Maximiliano Strasser mostrará a vocês o que tem sido feito em modelagem matemática no trabalho do Rio Madeira para estudos da UHE Santo Antônio. ASSOREAMENTO DE RESERVATÓRIOS A construção de barragem e a formação de reservatório normalmente modificam as condições naturais do curso d água Quanto ao aspecto sedimentológico, as baixas velocidades da corrente no reservatório provocam a deposição das partículas, criando o assoreamento, que pode vir a prejudicar a vida útil do aproveitamento, criar problemas na área de remanso, provocar efeitos no canal de jusante da barragem etc Como o rio transporta mais água que sedimento, fica evidente que dura mais tempo para o reservatório se encher de sedimento do que de água, sendo uma tendência ser ignorado que a água sai com facilidade enquanto o sedimento vai se acumulando Tipos básicos de assoreamento em reservatórios depósito com formação de delta 2 depósito com formação de camada uniforme 3 depósito com formação em cunha TIPOS DE DEPÓSITOS EM RESERVATÓRIOS Capacidade de Afluência: V V res afl Formação em DELTA o reservatório apresenta um grande alargamento principalmente na entrada, sendo o tipo mais comum a Capacidade de Afluência é grande Formação em CAMADA ESTREITA o reservatório é do tipo garganta com estreitamento, a Capacidade de Afluência é grande e o sedimento é relativamente fino Formação em CUNHA também do tipo garganta e maiores velocidades a Capacidade de Afluência é pequena e o sedimento relativamente fino A Capacidade de Afluência varia desde 0 3 a 0 2

3 Universalidade de assoreamento dos reservatórios Vol. reservatório / S afluente I & D 24 0,00 0,0 0, 0 00 Vol. reservatório / Vol. afluente I 7 42 I EFEITOS DO ASSOREAMENTO NOS RESERVATÓRIOS O reservatório foi projetado para armazenar água, sendo que o assoreamento reduz a utilidade relatório do Banco Mundial mostra que a vida útil média dos reservatórios existentes decresceu para 22 anos, tendo sido planejados para 00 anos A variação de nível do reservatório provoca mudanças na formação dos depósitos, sendo o ponto de escorregamento da camada superior o NA mínimo normal O assoreamento reduz a vida útil do aproveitamento, sendo que provoca problemas muito antes de terminar a vida útil Na área de remanso o aumento do depósito cria problemas de enchentes a montante bem como áreas pantanosas nas margens Reservatórios de regularização vão perdendo essa capacidade Os depósitos do interior do lago provocam redução da capacidade Os sedimentos que alcançam a barragem provocam diferentes problemas abrasão e outros A jusante, a água limpa, com modificação da vazão e da quantidade de sedimento, provoca grandes escavações e desbarracamentos de margens, além de tirar as praias etc RESERVATÓRIOS ASSOREADOS DO PAÍS lista parcial ESTUDOS A SEREM REALIZADOS PARA UM APROVEITAMENTO Reservatório Bacia do TocantinsAraguaia Itapecuruzinho Bacia do São Francisco Rio de Pedras Paraúna Pandeiros Acabamundo Arrudas Pampulha Bacia AtlânticoLeste Funil Pedras Peti Brecha Piracicaba Sá Carvalho Dona Rita Salto GrandeMadeira Lavrada Tronqueiras Bretas Mascarenhas Paraitinga Jaguari Uma Curso d água Itapecuruzinho Velhas Paraúna Pandeiros Acabamundo Arrudas Pampulha Contas Contas Santa Bárbara Piranga Piracicaba Piracicaba Tanque Santo Antônio Tronqueiras Suaçuí Pequeno Doce Paraitinga Jaguari Uma Proprietário CEMAR CEMIG CEMIG CEMIG DNOS (extinto) DNOS (extinto) DNOS (extinto) CHESF CHESF CEMIG BelgoMineira Acesita CEMIG ESCELSA CESP CESP PM Taubaté Finalidade UHE,0 MW UHE 0 MW UHE 30 MW UHE 4,2 MW Controle de cheias Controle de cheias Controle de cheias UHE 30 MW UHE 23 MW UHE 9,4 MW UHE 0,5 MW UHE UHE 50 MW UHE 2,4 MW UHE 04 MW UHE 7,87 MW UHE 20 MW UHE 85 MW UHE 27,6 MW Abastec. d água Fase de inventário normalmente com poucos ou nenhum dado Fase de viabilidade dados já existentes por medições realizadas Fase de projeto básico maior quantidade de dados Fase de operação já obrigatório medições, incluindo levantamentos batimétricos (medida do assoreamento) Estudos sedimentológicos para reservatórios só foram exigidos pelo setor elétrico a partir do final da década de 980, somente atingindo o planejamento (inventário, viabilidade e projeto básico) Com a Resolução 3/200 da ANA e ANEEL já se tem obrigatoriedade para a fase de operação atingindo barragens do setor elétrico e demais tipos de aproveitamentos 3

4 Equações básicas para cálculo de volume de sedimento anual depositado ( + R) Dst Er ( + R) 365xQst Er S V T S res ap ap S volume de sedimento retido no reservatório, m 3 /ano D st 365xQ st deflúvio sólido total médio anual afluente, t/ano Q st Descarga sólida média anual de longo período, t/dia R Taxa de variação do carga sólida com o tempo E r Eficiência de retenção de sedimento afluente Γ ap peso específico aparente médio dos depósitos, t/m 3 T tempo de assoreamento Vres volume (ou capacidade) do reservatório ap Os valores de R, Dst, Qst, Er, e Vres variam com o tempo: A descarga sólida e a taxa R variam com o aumento da erosão na bacia. A eficiência de retenção do reservatório diminui à medida que aumentam os depósitos. O peso específico aparente médio se altera com a compactação dos depósitos ao longo do tempo. Com o aumento dos depósitos, a capacidade do reservatório vai diminuindo. A vazão, que consta da fórmula de Er, varia com o tempo, tanto devido aos ciclos hidrológicos como pela variabilidade climática Fica sendo necessário calcular os volumes depositados cada ano a partir da equação Obtenção de dados de vazão e sedimentométricos (I) A partir de Medições no curso d água, ou na bacia, em posições adequadas Entidades que cuidam de redes sedimentométricas ANA, Furnas, Light, CHESF, CEMIG, Eletronorte... A ANA é a principal fonte de dados sedimentométricos no País acesso através do Hidroweb (lamentavelmente não tem dados de granulometria nem de descarga sólida do leito) Curvachave de sedimentos Processamento dos dados Obtenção de médias e parâmetros diversos Outros dados necessários para calcular o assoreamento NA máximo normal NA da soleira da tomada d água Granulometria média dos sedimentos argila, silte e areia Comprimento do reservatório Curvas cota x área x volume Variação da descarga sólida com o tempo Curvas de eficiência de retenção Obtenção de dados de vazão e sedimentométricos (II) Para cálculo do assoreamento é fundamental se ter dados confiáveis de descarga sólida total e de granulometria dos sedimentos em suspensão e do leito O posto de medição tem que estar situado no curso d água acima da área de influência do remanso No caso do reservatório ter vários contribuintes cuja área de drenagem seja igual ou maior que 0% da bacia incremental, então esses cursos d água também deverão ter postos de medida, de tal forma que sua posição esteja em local com pelo menos 60% da sua área de contribuição. O posto de medição deverá ter, no mínimo, régua fluviométrica, marcos de referência, seção de medição e controle, podendo também ter equipamentos registradores No posto as réguas são observadas diariamente às 7 e 7hs com anotação em caderneta Periodicamente é medida a descarga líquida e feita amostragem de sedimento em suspensão e do leito dentro de critérios técnicos normatizados As amostragens devem ser feitas com equipamentos apropriados às velocidades e profundidades no local, dandose preferência ao uso dos métodos de IIL e IID As amostras vão para laboratório para análises, sendo que as amostras em suspensão terão análises para determinação da concentração e da granulometria, enquanto que o material do leito terá amostra de granulometria O cálculo da descarga líquida é realizado pelo método da meia seção ou pelo método da média aritmética O cálculo da descarga sólida total pode ser feito pelo método modificado de Einstein ou método de composição da soma de descarga de material fino com material do leito, ou mesmo outro processo confiável Quando se tem somente a concentração do material em suspensão, o cálculo da descarga sólida total tem sido feito pelo método simplificado de Colby que geralmente difere um pouco mais em valor do que os demais métodos. Nessa condição não se tem granulometria do material que é necessária para o cálculo do assoreamento 4

5 Uma vez tendose as descargas líquida e sólida medidas em toda a variação do nível d água durante períodos hidrológicos e em quantidade adequada, pode se fazer análise de qualidade dos dados através de gráficos de hidrogramas e de descarga sólida acumulada Qs f(tempo) As leituras diárias de régua permitirão a obtenção do boletim anual de níveis d água médios diários e características mensais e anuais Curvas de eficiência de retenção de sedimentos mais utilizadas (I) Curva de Brune Curva de Brune 00 O passo seguinte do processamento é traçar curvaschavechave de descarga líquida e de descarga sólida dos tipos Q f(h) e Qst f(q) Obtémse, então, o boletim de vazões médias diárias pela aplicação da equação da curvachavechave de vazões nos valores do boletim anual de níveis d água médios diários Da mesma forma obtémse o boletim de descarga sólida total pela aplicação da equação da curvachave chave de sedimento nos valores do boletim anual de níveis d água médios diários Os valores médios anuais serão calculados para vários anos, permitindo a obtenção de valores médios de longo período SEDIMENTOS RETIDOS (%) CURVA MÉDIA CURVAS ENVOLVENTES Superior: Sedimentos grossos Inferior: Sedimentos finos 0,00 0,0 0, 0 RELAÇÃO "CAPACIDADE / VAZÃO AFLUENTE ANUAL" (hm 3 de Capacidade / hm 3 de Fluxo anual) Sedimento Efluente do Reservatório (%) Curvas de eficiência de retenção de sedimentos mais utilizadas (II) 00 0 Sedimento local Sedimento fino descarregado de um reservatório a montante,0e+05,0e+06,0e+07,0e+08,0e+09,0e+0,0e+ Índice de Sedim entação x Aceleração da Gravidade IS.g Curva de Churchill modificada por Roberts 2 Vres IS. g g 2 Q. L IS Indice de sedimentação Curvas de Brune média e a de Churchill Curva de eficiência de retenção de sedimentos segundo Churchill, versão de uso no sistema métrico apresentada em ICOLD [989], onde () relação Capacidade do Reservatório / Vazão afluente média anual, (2) Sedimento retido, em %, (3) IS x g Índice de sedimentação x g (constante de aceleração da gravidade), (4) Curva de Brune média, e, (5) Curva de Churchill Peso específico aparente dos depósitos segundo Lara e Pemberton W. p + W. p + W. p ap c c T i + K. logt T T + 0,4343. K ( LnT ) T i K K. p + K. p + K. p c c m m m m s s s (para camadas de depósitos específicos) s (valores de W C, W m e W s pesos específicos aparentes iniciais de argila, silte e areia tabelados P c, p m e p s porcentagens de granulometria média considerando a descarga em suspensão e a do leito (valor médio das camadas) Cálculos dos valores de p c, p m e p s porcentagens médias de argila, silte e areia de uso das fórmulas de Lara & Pemberton para obtenção do peso específico aparente em reservatórios (suposto ser a média em Itaipu) Argila média Silte média Areia média Q ss Q sl p c p m os Sedimentos suspensos ,80 32,0 40,0 8,0 Sedimentos do leito ,20 0,6,8 7,6 Total 32,6 4,8 25,6 5

6 MÉTODO DE BORLAND & MILLER Método empírico de redução de área Há diversos métodos para calcular o assoreamento de reservatórios, sendo que hoje em dia os programas de computador facilitam essa tarefa Modelos conhecidos método de Borland & Miller, método de Borland, HEC6T, novo HECRAS e outros O programa existente no CD do livro Hidrossedimentologia Prática utiliza o método de Borland & Miller (semiempírico), tendo exemplo de cálculo do assoreamento de reservatório com detalhe do procedimento para Itaipu Curvas adimensionais ) Curvas de percentagem de profundidade versus porcentagem de volume de sedimento 2) Curvas para determinar a profundidade de depósito de sedimento no pé da barragem 3) Curvas de profundidade relativa versus área relativa para avaliação da distribuição de depósitos no reservatório O uso do método resulta na apresentação dos cálculos dos volumes depositados, das novas curvas cota x área x volume e do gráfico de altura de depósito no pé da barragem para os tempos considerados Equações das curvas de profundidade relativa versus área relativa Valor de m classificando o Tipo de reservatório no método de Borland & Miller 0 A p,85 0,36 5,047. p ( p),0 < m <,5 (tipo IV),5 < m < 2,5 (tipo III) A p 0,57 0,4 2,487. p ( p) Profundidade 2,5 < m < 3,5 (tipo II) 3,5 < m < 4,5 (tipo I) A p A p,5 2,32 6,967. p ( p) 0,25,34,486. p ( p) 0, 0, Volume Gráfico Profundidade x Volume para determinação do tipo de reservatório Tipo de reservatório m Classificação I 3,5 a 4,5 De zonas planas II 2,5 a 3,5 De zonas de inundação a colinas III,5 a 2,5 Montanhoso IV,0 a,5 De gargantas profundas 6

7 Cálculo do assoreamento de Itaipu na aula prática será utilizado programa existente no CD do Livro Dados Área de drenagem em Itaipu km 2 Área do reservatório.350 km 2 Área de drenagem em Guaíra km 2 Extensão do reservatório 70 km Vazão média 9.945,5 m 3 /s Descarga sólida total ,34 t/dia Granulometria média (suspensão.+leito) Argila 32,6 % Silte 4,8 % Areia 25,6 % Queda normal 8,4 m Largura média 7 km Nível d'água máximo normal 220 m Volume no NA máximo normal x 0 6 m 3 Cota superior do volume morto 97 m Volume morto 0 x 0 9 m 3 Cota da soleira da tomada d'água 76 m Volume até a soleira da tomada d'água x 0 6 m 3 Cota da soleira do vertedouro 200 m Volume até a soleira do vertedouro.500 x 0 6 m 3 Ano de início de operação 982 Tabela e gráfico Cota x Área x Volume Seção típica do reservatório Altitude (m) Área (0 6 m 2 ) Volume (0 6 m 3 ) 50,0 0,0 0 60,0 4, ,0 9, ,0 4, ,0 9, ,0 24, ,0 29, ,0 33, ,0 38, ,0 47, ,0 62, ,0 78, ,0 95, Observações Soleira do vertedouro 80,0 4, ,0 306, NA mínimo normal 200,0 532,0.490 Soleira do vertedouro 20,0 845, ,0.343, NA máx. normal Cálculo dos volumes S, até 50 anos, de sedimentos anuais acumulados, utilizando a equação básica (ver pgs. 450 e 45) D st ,34 x ,552 x 0 6 t.a K0,27 D liq x 365 x 24 x 60 x ,5 x 0 6 m 3 R0,0 ( + R) Dst Er ( + R) 365 Qst Er S (+R).D st (,0)xD st ap E r ap Equação.22 Brune S D stxe r/ S Tempo Decor Rido V res Remanes cente Cap. Afl. V res/d liq (anos) (0 6 t.a ) (t.m 3 ) (0 6 m 3.a ) (0 6 m 3 ) (0 6 m 3 ) (0) 26,552 0,86,002 22,7576 0, , ,7804 0,86,002 22, , ,242 0, ,0482 0,86,024 22,763 45, ,257 0, ,386 0,86,036 22, , ,54 0, ,598 0,86,047 22,6638 9, ,863 0, ,8677 0,86,056 22,9553 3, ,200 0, ,464 0,86,063 22,773 36, ,504 0, ,4279 0,86,069 22, , ,733 0, ,722 0,85,075 22, , ,863 0, ,9992 0,85,080 22, , ,60 0, ,2893 0,85,084 22, , ,337 0,097 29,5822 0,85,089 23, , ,370 0, ,8780 0,85,093 23, , ,280 0, ,768 0,85,096 23, , ,045 0, ,4785 0,85,099 23, , ,64 0,094 ap Cálculo dos volumes de sedimentos anuais acumulados no pé da barragem H H NAmáx.normal H m A Tabela é preenchida da seguinte forma: Colunas, 3 e 4 valores obtidos das tabelas cota x volume e cota x área; Coluna 2 profundidade relativa do reservatório, onde h é igual à profundidade na altura considerada, sendo a diferença de altitude com o ponto mais baixo (exemplo: ), e H a altura da barragem calculada em relação ao nível máximo normal, igual a m; Coluna 5 diferença entre o volume total S de sedimento afluente depositado em 50 anos e o volume do reservatório na cota indicada na coluna 3; é preenchida com valores positivos; Coluna 6 produtos da altura H multiplicada pelas áreas do reservatório, indicados na coluna 4; Coluna 7 valores de h' p ( S V) / (H x A), uma função do reservatório e seu assoreamento, sendo igual aos valores da coluna 5 divididos pelos correspondentes na coluna 6, sendo S.302,4 x 0 6 m 3 para 50 anos. Altitude H Profund. Relativa p h/h Volume V ph Área A ph S V ph H x A ph h p (m) (0 6 m 3 ) (0 6 m 2 ) (0 6 m 3 ) (0 6 m 3 ) (5) / (6) 50 0, ,4 0 52,5 0,047 55,2.247, ,5 55 0, ,4.92, , , ,8.082,4 86, , ,3 77,4.24 0, , ,8 352, , , ,6 7

8 Distribuição dos sedimentos no reservatório instruções da tabela (abrir livro pg Colunas, 2 e 3 valores de altitudes, áreas e volumes originais preenchidas a partir da tabela cota x área x volume, desde a maior cota, aqui considerada como a altitude do nível d'água máximo normal; preenchese também a última linha com os valores correspondentes à altura de depósito no pé da barragem antes calculado para 50 anos; Profundidade h' p 0 0, 0,0 IV II I III 0 0, 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Profundidade Relativa Incremento de área A altura de sedimentos y 0 no pé da barragem, para um assoreamento de 50 anos, é calculada por: y 0 p 0 x H 0,029 x 70 4,93m A nova altitude no pé da barragem, cota de volume nulo em 50 anos, é igual a ,93 54,93 m. Coluna 4 valores da profundidade relativa p obtidos da diferença de altitudes com o nível de cota zero pela divisão da altura H: h p sendo H 70 H Coluna 5 valores adimensionais de A p obtidos da curva de área de reservatório da Figura.6, a partir da profundidade relativa da coluna 4 e usando a curva tipo II, tendo sido calculados pela equação indicada: A p 2,487. p 0,57 ( p) 0, 4 Coluna 6 valores das áreas de sedimento depositado calculados por tentativa; primeiro calculase o valor de K, (ao pé da tabela) para o valor previamente determinado da altura de sedimentos no pé da barragem, preenchendose as cinco colunas com valores interpolados e correspondentes: K A/A p dividindose a área da altitude do novo zero, obtida da tabela de cota x área x volume, pela área A p do valor da curva tipo II da Figura.6; preenchese a coluna 6 pela primeira vez multiplicandose cada um dos valores da coluna 5 por K (m 2 ); importante nesse cálculo as áreas vão crescendo, sendo que devem ser menores que a área original; quando a área calculada for maior que a área original, adotase esta na linha correspondente; isso ocorre para valores inferiores ao da área correspondente à altitude do depósito no pé da barragem para 50 anos; Coluna 7 calculase também por tentativas e, pela primeira vez, a partir dos valores anteriores; corresponde aos volumes de sedimentos obtidos pela área média entre duas linhas sucessivas da coluna 6, multiplicadas pela diferença de altitude entre esses mesmos pontos; Coluna 8 são os valores da coluna 7 acumulados e correspondentes aos volumes de sedimentos considerados desde o ponto mais baixo, na linha de altitude zero, até o ponto do nível máximo normal; o resultado final S deverá ser igual ao volume S de sedimento total afluente depositado em 50 anos, em m 3 ; caso não seja, calculase novo valor K 2 pela equação K 2 K x S/S. Como S.302,4x0 6 m 3 é diferente de S.20,86x0 6, então K 2 7,7877x0 6, conforme cálculo no rodapé da tabela; repetemse os passos anteriores de novos valores das colunas 6, 7 e 8 em segunda tentativa, bem como outras, até que o valor final seja aceito dentro de um erro mínimo, talvez de % ou a critério e sensibilidade do calculista; os demais valores calculados, também aceitos, são escritos à direita em cada coluna; Coluna 9 valores das novas áreas de reservatório obtidos pela diferença entre os valores das colunas 2 e 6 (m 2 ); Coluna 0 valores dos novos volumes do reservatório obtidos da diferença entre os valores das colunas 3 e 8 (m 3 ). Distribuição de sedimentos no reservatório de Itaipu para 50 anos de depósito Alti tude Área Origina l (m) (0 6 m 3 ) Volume Original Profund. Relativa h/h A p Curva tipo II Área de Sedimento Volume de Sedimento Volume de Sedimento S.302,4 x 0 6 t.a Acumulado Área Revisada Volume Revisado (0 6 m 3 ) (0 6 m 3 ) (0 6 m 3 ) (0 6 m 3 ) (0 6 (0 6 m 3 ) m 3 ) () (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (0) a tenta. 2 a tentat. a tentat. 2 a tentat. a tentat. 2 a tentat , ,000 0,00 0,00 0,00.20, , , ,580 27,055 29, , ,94 0,753 5,4 5,864.74, ,00 839, ,900 6,695 66, , ,882 0,964 6,928 7,507.3,0.206, , ,755 73,880 80, , ,824,092 7,848 8, ,230.26,90 297, ,80 88,430 88, , ,765,79 8,473 9,82 957, ,760 3, ,240 86,740 94, , ,706,235 8,875 9,68 870, ,760 85, ,240 89,865 97, , ,647,266 9,098 9,859 78, ,375 68, ,625 9,375 99, , ,588,277 9,77 9, , ,355 52,055.76,645 9,555 99, , ,529,27 9,34 9, , ,40 37,02.37,860 90,480 98, , ,47,247 8,962 9,7 507,60 550,095 28, ,905 88,80 95, ,8.85 0,42,207 8,674 9,400 49, ,540 24, ,460 84,655 9, ,0 87 0,353,49 8,257 8, , ,800 20, ,200 79,840 86, , ,294,073 7,7 8, , ,280 5, ,720 73,625 79, , ,235 0,976 7,04 7,60 8,30 96,495,799 90,505 65,720 7, ,6 27 0,76 0,853 6,30 6,643 5,590 25,275 7,957 9,725 55,765 60,435 Traçado das novas curvas Cota x Área x Volume e do gráfico de Alturas de sedimento no pé da barragem Nesse gráfico de Alturas de sedimento no pé da barragem cada ponto é um cálculo semelhante ao apresentado K A / A p 2,35 x 0 6 / 0,327 7,865 x 0 6 K 2 K x S / S 7,865 x 0 6 x.302,4 x 0 6 /.20,86 x 0 6 7,7877 x 0 6 8

9 CASO DE PEQUENO RESERVATÓRIO PARA PCH Notar a altura de sedimento no pé da barragem caso a soleira da tomada d água esteja na cota 596 a vida útil da usina será de somente 5 anos BARRAGENS EM SEQUÊNCIA ESTUDO SINÉRGICO PARA A VERIFICAÇÃO DA PROTEÇÃO DE BARRAGEM A JUSANTE DE OUTRA CONSTRUÍDA NO MESMO CURSO D ÁGUA consideração de barragens relativamente próximas º caso as duas barragens são construídas simultaneamente 2º caso construção da barragem de jusante após alguns anos da ª 3º caso construção da barragem de montante após alguns anos da existência da 2ª X ENES ABRH / CES UTFPR Foz do Iguaçu, PR, 3 a A medição do assoreamento do reservatório é feita com auxílio do levantamento topobatimétrico ou de levantamento com fotos aéreas tornouse obrigatório pela Resolução 3/200, extensão da Resolução 396/98 98 da ANEEL e ANA MEDIÇÃO DO ASSOREAMENTO DE RESERVATÓRIOS Por NEWTON DE OLIVEIRA CARVALHO Engenheiro Civil DHC OBJETIVOS DA MEDIÇÃO DO ASSOREAMENTO Determinar novas curvas Cota x Área x Volume Determinar novo volume do reservatório no NA máximo normal Determinar nova área do espelho d água no NA máximo normal Determinar perfil do leito do reservatório Verificar características físicas do sedimento acumulado Verificar a compactação dos depósitos Determinar a eficiência de retenção de sedimentos Quantificar o sedimento assoreado no período Quantificar a descarga sólida média 9

10 Frequência de levantamentos Pequenos reservatórios : a cada 2 anos Reservatórios de porte médio : a cada 5 anos Grandes reservatórios : a cada 0 anos Após o 2º levantamento, se não houve grande alteração, então programar levantamento com maior tempo A medida sistemática da carga sólida permite o cálculo do assoreamento em anos intermediários A medida da carga sólida afluente apresentando valor alto poderá determinar a necessidade de novo levantamento O critério estabelecido pela Resolução 3/200 é diferente do que está acima MÉTODOS DE LEVANTAMENTOS Levantamento de contorno do reservatório usa fotos aéreas na ocasião de variação do nível de operação método caro Levantamentos de linhas topobatimétricas diversos processos utilizados de acordo com os recursos disponíveis ou o tamanho do reservatório MÉTODO DE LEVANTAMENTO DE LINHAS TOPOBATIMÉTRICAS Fases: Reconhecimento preliminar Planejamento do trabalho Planejamento das seções a levantar Escolha dos métodos de trabalho, dos equipamentos, de pessoal, custos... Determinação do nível de redução do levantamento (hoje em dia o levantamento do leito já sai com altitude) Levantamento com medida das profundidades Amarração topográfica dos pontos em posição e nível Interpretação, cálculos, mapeamento e desenhos gerais Preparação do relatório com conclusões Necessário também fazer amostragens do material assoreado amostras indeformadas, de material do leito e medições diretas Planejamento das seções a levantar Distanciamento das seções a levantar mapeamento a ser utilizado: em Escala : distância entre seções a cada 50m função Escala : distância entre seções a cada 00m Escala : distância entre seções a cada 200m Escala : distância entre seções a cada 500m do Pequeno reservatório linha topográfica de apoio Grande reservatório RNs amarrados ao longo das margens Sistema DGPS com informações mais precisas de coordenadas Segundo Morris & Fan, número de seções : N ST 2,942 A 0,3652 0

11 MÉTODOS DE MEDIDA DA PROFUNDIDADE Haste graduada ou régua, para pequenas profundidades, até 2m Prumo ou sonda, de uso manual, consistindo em peso com sapata corda com graduações diferenciadas Lastro usado em medição de vazão, com uso do guincho, colocando sapata no lastro Ecobatímetro com visor para leituras Ecobatímetro com papel registrador, tipo analógico Ecobatímetro digital, com dispositivo de gravação para uso em computador MÉTODOS DE POSICIONAMENTO DOS PONTOS DE PROFUNDIDADE Trena, para pequenas distâncias, até 20m Cabo de aço graduado para distâncias até 200m Sextante, para uso no barco, com distâncias até km Teodolito, para uso em terra, com distâncias até 2km Distanciômetro, geodímetro ou estação total, uso de terra, com distâncias até 5km GPS manual para distâncias dentro do limite de orientação do fabricante Sistema DGPS com uso de satélite para grandes distâncias, podendose usar acoplado ao ecobatímetro digital Perfil de seção transversal com o ecobatímetro Locação de pontos de profundidade Com sextante Com Teodolito Esquema de levantamento com o DGPS E ecobatímetro acoplado

12 CÁLCULOS DOS VOLUMES DE DEPÓSITOS Métodos da planimetria das curvas batimétricas Métodos das áreas das seções transversais (livro do Prof. Vanoni, Sedimentation Engineering, da ASCE, tem outras fórmulas e.book na ASCE) MÉTODOS DA PLANIMETRIA DAS CURVAS BATIMÉTRICAS Relação Cota versus Área V E x A Processo das áreas médias A + B V E 2 Processo dos prismas modificados ( A + A B B) E V + 3 Uso da equação de Simpson V 3 [ A + A + 4( A + A A ) + 2( A + A A )] E 0 n 3 n n 2 MÉTODOS DA PLANIMETRIA DAS SEÇÕES TRANSVERSAIS Processo das áreas das seções transversais versus distância da barragem SITUAÇÃO ATUALIZADA DO RESERVATÓRIO Desenhos de seções transversais comparativas V A x D Sendo D a distância entre seções Processo das médias das áreas das seções transversais equidistantes Perfil do depósito mostrando o cone de dejeção dos sedimentos D V ( A + 2 A2 + 2 A An + An ) 2 Processo de uso da fórmula de Simpson, devendose dividir o comprimento total do reservatório em número PAR de seções transversais todas paralelas à barragem V D [ A0 + An + 4( A + A An ) + 2( A2 + A A 2 )] 3 n V volume do reservatório D distância entre seções A Áreas das seções 2

13 OUTROS ESTUDOS EM LEVANTAMENTO DE RESERVATÓRIOS Obtenção da descarga sólida total média a partir do volume de sedimento assoreado A diferença entre os valores do volume original do reservatório com o novo volume após o levantamento batimétrico permite se ter o volume depositado no reservatório. Dividindose pelo tempo de formação do reservatório obtémse o volume médio anual Para obter o volume médio anual do curso d água procurase um valor médio aproximado da eficiência de retenção a partir de uma das curvas de Churchill ou de Brune O valor da descarga sólida total médio anual é obtido pela divisão do valor do volume médio anual como acima determinado por um peso específico médio adotado de acordo com a granulometria do material assoreado AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS NO RESERVATÓRIO Uso de equipamento de gravidade tipo piston core para coleta de amostra indeformada Coleta de sedimento do leito com amostradores de arrasto ou de penetração vertical Determinação direta do peso específico aparente com sonda tipo Gamma LEVANTAMENTOS GEOFÍSICOS Perfilagem Sísmica Contínua utiliza fontes acústicas dos tipos boomers, chirps e outros penetração do som na camada assoreada Método geofísico da sonografia sonar de varredura lateral Outros Amostragens de sedimento do leito uso do pistoncore para obtenção de amostras indeformadas (equipamento do IPTSP) 3