Barragem na ribeira Vale dos Fetos. Anteprojecto dos órgãos hidráulicos. Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Barragem na ribeira Vale dos Fetos. Anteprojecto dos órgãos hidráulicos. Irene Almeida Samora Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil Volume I Júri Presidente: Orientador: Vogal: Professor João Nuno de Almeida Reis Hipólito Professor António Alberto do Nascimento Pinheiro Professor Jorge de Saldanha Gonçalves Matos Fevereiro de 2010

Agradecimentos Para a realização deste projecto contei com o apoio de várias pessoas a quem gostaria de agradecer. Em primeiro lugar quero agradecer ao Prof. António Pinheiro, que acompanhou todo o trabalho, pela disponibilidade e orientação. Quero também agradecer ao engenheiro Mário Samora, meu pai, por todo apoio e ajuda que me facultou e pela bibliografia e catálogos de equipamentos que me disponibilizou. Agradeço também à Margarida Sobral, a minha inseparável colega de trabalho. Foram incontáveis as tardes que passamos juntas a trabalhar, descobrindo coisas novas, ensinando uma à outra e ajudando-nos mutuamente nos altos e baixos do trabalho. Por fim, quero agradecer a todos meus amigos, em particular ao Rui Barreiros e ao João Martins, por todo o apoio que me deram e, também, pelos momentos mais descontraídos. i

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Resumo O objectivo deste trabalho é elaborar a definição dos órgãos hidráulicos de uma barragem de aterro a nível de anteprojecto. A barragem localiza-se na ribeira do Vale dos Fetos, perto da cidade do Luso, tendo sido estudados nos seguintes aspectos: estudo hidrológico da bacia hidrográfica, descarregador de cheias, obra de desvio provisório, descarga de fundo, descarga de caudal ecológico e torre de tomada de água e manobra de equipamentos. Do estudo hidrológico constou o estudo das cheias, através de métodos de transformação de precipitação em escoamento para obtenção dos caudais de ponta e dos hidrogramas de cheia, e foi feita um breve estudo das afluências. Para os restantes aspectos, procedeu-se ao dimensionamento hidráulico dos órgãos e à escolha de parte do equipamento electromecânico. No descarregador de cheias foram estudadas duas soluções diferentes de soleira descarregadora e duas possíveis estruturas terminais de dissipação de energia. O desvio provisório foi dimensionado tendo em vista a sua posterior adaptação para descarga de fundo. Apresentam-se desenhos dos órgãos hidráulicos dimensionados e a sua implantação. PALAVRAS-CHAVE: descarregador de cheias, desvio provisório, descarga de fundo, torre de tomada de água. Abstract The purpose of the present work is the design, on a preliminary level, of the hydraulic appurtenant works of an embankment dam. The dam is located in the Vale dos Fetos River, near the Luso city. The following aspects were studied: hydrologic study of the watershed, spillway, diversion during construction, intake tower, bottom outlet and ecological discharge outlet. The hydrologic study comprised the design flood and a brief analysis of the reservoir inflow. For the flood study, precipitation-runoff models were used to determine the peak discharge and the flood hydrographs. Concerning the remaining aspects, the hydraulic design was done along with the selection of some of the mechanical equipment. Two types of control structures were studied for the spillway, as well as two different terminal structures for energy dissipation. The temporary diversion was designed foreseeing its later adaptation to bottom outlet. Drawings of the hydraulic works definition and of the general layout are presented. KEYWORDS: spillway, diversion during construction; bottom outlet; intake tower. iii

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Índice 1. Introdução... 1 1.1. Objectivo e dados iniciais... 1 1.2. Organização do trabalho... 2 2. Estudo Hidrológico... 3 2.1 Caracterização da bacia hidrográfica... 3 2.2 Selecção e caracterização de postos pluviométricos e de estações hidrométricas... 5 2.3 Estudo das Cheias... 6 2.3.1 Objectivos... 6 2.3.2 Avaliação a partir de precipitações... 6 2.3.3 Avaliação a partir de caudais instantâneos máximos... 17 2.3.4 Comparação com a fórmula racional... 18 2.4 Avaliação das afluências... 19 2.4.1 Correlação precipitação-escoamento... 19 2.4.2 Caudal modular... 22 2.5 Caracterização da albufeira... 22 2.5.1 Curvas de volumes acumulados e de áreas... 22 2.5.2 Fixação do nível mínimo de exploração... 23 3. Descarregador de cheias... 25 3.1 Considerações iniciais... 25 3.2 Soleira descarregadora... 25 3.2.1 Geometria da soleira e laminagem da cheia... 25 3.2.2 Folga e cheia de verificação... 30 3.2.3 Condições de aproximação e muros-guia... 32 3.3 Canal de encosta... 32 3.3.1 Implantação... 32 3.3.2 Estreitamento... 33 3.3.3 Perfil longitudinal... 35 3.3.4 Regolfo ao longo do canal... 36 3.3.5 Altura dos muros laterais... 37 v

3.4 Obra de dissipação de energia... 37 3.4.1 Considerações iniciais... 37 3.4.2 Bacia de dissipação de energia por ressalto... 37 3.4.3 Trampolim... 40 4. Desvio Provisório... 43 4.1 Considerações iniciais... 43 4.2 Método de dimensionamento... 43 4.2.1 Características gerais da obra... 43 4.2.2 Implantação... 44 4.2.3 Estrutura de montante... 44 4.2.4 Conduta... 47 4.2.5 Estrutura de jusante... 49 4.3 Dimensionamento... 50 5. Descarga de fundo e torre de tomada de água e de manobra dos equipamentos... 57 5.1 Considerações iniciais... 57 5.2 Descarga de fundo... 58 5.2.1 Esvaziamento da albufeira... 58 5.2.2 Válvula e cone de redução... 59 5.2.3 Perdas de carga... 60 5.2.4 Grelhas... 61 5.2.5 Submersão... 63 5.2.6 Conduta de arejamento... 64 5.3 Tomada de água e descarga de caudal ecológico... 65 5.3.1 Determinação do caudal ecológico... 65 5.3.2 Dimensionamento da conduta de tomada de água... 66 5.3.3 Grelhas... 66 5.3.4 Dimensionamento da conduta de caudal ecológico... 66 5.3.5 Equipamento electromecânico... 68 6. Cálculo estrutural... 71 6.1 Considerações iniciais... 71 6.2 Acções e esforços actuantes... 71 vi

6.2.1 Paredes do descarregador... 71 6.2.2 Soleira do descarregador... 73 6.3 Flutuação... 74 6.4 Selecção de armaduras... 74 6.4.1 Paredes do descarregador... 74 6.4.2 Soleira do descarregador... 76 7. Considerações finais... 77 Bibliografia... 79 Anexos... 81 Anexo I Séries de precipitação máxima anual diária... 81 Anexo II Fotografias do local... 82 Anexo III Regolfo ao longo do canal... 88 vii

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Índice de Quadros Quadro 2.1 - Bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos. Características principais.... 3 Quadro 2.2 Bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos. Tempo de concentração... 5 Quadro 2.3 Postos pluviométricos.... 5 Quadro 2.4 Estação hidrométrica... 5 Quadro 2.5 Precipitações diárias máximas anuais para os postos Penacova e Almaça.... 9 Quadro 2.6 Parâmetros das curvas IDF do posto Santa Comba Dão.... 10 Quadro 2.7 Parâmetros a e b para T=5000 anos.... 11 Quadro 2.8 Blocos de precipitação para duração 3t c e T=20 anos.... 13 Quadro 2.9 Blocos de precipitação para duração 3t c e T=5000 anos.... 13 Quadro 2.10 Blocos de precipitação para duração 3t c e T=10000 anos.... 14 Quadro 2.11 Série de caudais máximos instantâneos.... 18 Quadro 2.12 EH Vila Nova de Monsarros. Escoamentos anuais.... 19 Quadro 2.13 Bacia hidrográfica da EH Vila Nova de Monsarros. Áreas de influência dos postos udométricos.... 19 Quadro 2.14 Bacia da EH Vila Nova de Monsarros. Série de precipitação anual.... 20 Quadro 2.15 Bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos. Áreas de influência dos postos udométricos.... 22 Quadro 3.1 Resultado do amortecimento da cheia nas soleiras do tipo WES e em labirinto.. 29 Quadro 3.2 Cota do coroamento.... 31 Quadro 3.3 Comprimento do troço convergente.... 35 Quadro 3.4 Características da secção mais a jusante do canal.... 37 Quadro 3.5 Características do escoamento a jusante da bacia de dissipação.... 38 Quadro 3.6 Trampolim. Funcionamento com ressalto hidráulico.... 41 Quadro 4.1 Interior da conduta de desvio provisório. Características do regime uniforme para o caudal estimado... 51 Quadro 4.2 Determinação da cota Z 2... 52 Quadro 4.3 Interior da conduta de desvio provisório. Características do regime uniforme para o caudal de projecto.... 53 Quadro 4.4 Secção a jusante do desvio provisório. Características do escoamento.... 53 Quadro 4.5 Características das secções de montante e jusante do ressalto.... 54 Quadro 5.1 Tempo de esvaziamento da albufeira.... 59 Quadro 5.2 Grelha. Dimensões e orientações.... 61 Quadro 5.3 Grelha. Frequência própria das barras.... 63 ix

Quadro 5.4 Variação do perímetro molhado com o caudal numa secção a jusante da barragem.... 65 Quadro 6.1 Paredes do descarregador. Impulsos e momentos resultantes... 73 Quadro 6.2 Paredes do descarregador. Cálculo da armadura de tracção.... 75 Quadro 6.3 Soleira do descarregador. Cálculo da armadura de tacção.... 76 x

Índice de Figuras Figura 2.1 Precipitação máxima anual diária do posto Almaça. Ajustamento de leis estatísticas.... 7 Figura 2.2 Precipitação máxima anual diária do posto Penacova. Ajustamento de leis estatísticas.... 8 Figura 2.3 Variação do caudal de ponta com a duração do hietograma para T=5000 anos... 12 Figura 2.4 Variação do volume da cheia com a duração do hietograma para T=5000 anos... 12 Figura 2.5 Hietograma de precipitação para duração 3t c e T=20 anos.... 15 Figura 2.6 Hietograma de precipitação para duração 3t c e T=5000 anos.... 15 Figura 2.7 Hietograma de precipitação para duração 3t c e T=10000 anos.... 15 Figura 2.8 Hidrograma de cheia para uma chuvada de duração 3t c e T=20 anos.... 16 Figura 2.9 Hidrograma de cheia para uma chuvada de duração 3t c e T=5000anos.... 16 Figura 2.10 Hidrograma de cheia para uma chuvada de duração 3t c e T=10000anos.... 17 Figura 2.11 Correlação linear precipitação-escoamento.... 20 Figura 2.12 Relações médias em Portugal entre o escoamento anual e a precipitação anual (Quintela 1996).... 21 Figura 2.13 Temperatura média diária do ar. Período 1931-1960 (APA 1975).... 21 Figura 2.14 Curva de volumes armazenados da albufeira... 23 Figura 2.15 Curva de áreas da albufeira.... 23 Figura 2.16 Produção de sedimentos na bacia da barragem. Rocha (1998)... 24 Figura 3.1 Soleira do tipo WES (Lemos 1981).... 26 Figura 3.2 Coeficiente de vazão da soleira WES. Influência da profundidade (Pinheiro 2005).... 27 Figura 3.3 Coeficiente de vazão da soleira WES. Influência da carga hidráulica (Pinheiro 2005).... 27 Figura 3.4 Soleira em labirinto (Pinheiro 2005)... 27 Figura 3.5 Parâmetros da expressão (3.3)... 28 Figura 3.6 Hidrogama de cheia efluente.... 30 Figura 3.7 Hipóteses estudadas para o eixo do descarregador de cheias.... 33 Figura 3.8 Curva de concordância convexa (Pinheiro, 2005).... 36 Figura 3.9 Regolfo ao longo do canal.... 36 Figura 3.10 Condições de utilização das bacias de dissipação propostas pelo BUREC.... 39 Figura 3.11 Bacia do tipo III (BUREC (1960)... 39 Figura 3.12 Comprimento e altura dos blocos da bacia do tipo III (BUREC 1960).... 40 Figura 3.13 Trampolim. Funcionamento afogado. Pinheiro (2005)... 41 xi

Figura 4.1 Estrutura de montante do desvio provisório. Topo: corte longitudinal; Baixo: planta (Pinheiro 2006).... 45 Figura 4.2 Linha de energia. (a) Sistema real; b) Sistema fictício).... 46 Figura 4.3 Ângulo ao centro numa secção circular... 48 Figura 4.4 Estrutura de transição. Topo: planta; Baixo: corte longitudinal. Pinheiro (2006)... 50 Figura 4.5 Estrutura de montante do desvio provisório. Laminagem aproximada da cheia.... 51 Figura 4.6 Secção a jusante do desvio provisório. Curva de vazão.... 52 Figura 4.7 Estrutura de montante do desvio provisório. Laminagem da cheia... 53 Figura 4.8 Bacia do tipo SAF: a) geometria, b) planta, c) corte (Pinheiro 2006).... 56 Figura 5.1 Válvula Howel Bunger. Gtenfield... 59 Figura 5.2 Grelha. Forma das barras. Pinheiro (2006)... 61 Figura 5.3 Grelha. Geometria. Lencastre (1996)... 62 Figura 5.4 Número de Strouhal em função da secção da barra, Lencastre (1996)... 62 Figura 5.5 - Variação do perímetro molhado com o caudal numa secção a jusante da barragem... 65 Figura 5.6 Filtro, Saint Gobain... 69 Figura 5.7 Válvula de êmbolo, C-Valves... 69 Figura 6.1 Perfil KK. Acções actuantes.... 72 Figura 6.2 Diagrama dos impulsos do terreno... 72 xii

Peças desenhadas Desenho 1 Bacia hidrográfica da barragem. Desenho 2 Postos udométricos e estação hidrométrica. Desenho 3 Albufeira. Planta. Desenho 4 Descarregador de cheias. Planta e perfil longitudinal. Desenho 5 Descarregador de cheias. Planta e topografia. Desenho 6 Descarregador de cheias. Planta e perfil longitudinal. Alternativa com trampolim. Desenho 7 Descarregador de cheias. Perfis transversais. Desenho 8 Desvio provisório. Planta e perfil longitudinal. Desenho 9 Desvio provisório. Planta e topografia. Desenho 10 Tomada de água. Planta e topografia. Desenho 11 Tomada de água e descarga de fundo. Perfil longitudinal. Desenho 12 Tomada de água e descarga de fundo. Alçados e cortes. Desenho 13 Planta geral. xiii

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Simbologia A área; A c área da secção crítica; a distancia entre barras; b largura do canal; largura superficial, largura da soleira; b c largura superficial crítica; C coeficiente; C l coeficiente de vazão da soleira em labirinto; C w coeficiente de vazão da soleira WES; CN número de escoamento; D diâmetro, profundidade; E cota da linha de energia; E b módulo de elasticidade; e espessura; F Q folga devida a factores quantificáveis; Fr número de Froude; F S folga devida a factores não quantificáveis; Ft fetch; f folga, frequência, factor de resistência; f b frequência das barras de uma grelha; f t frequência de turbilhões; g aceleração da gravidade; H 0 carga de dimensionamento da soleira WES; H carga hidráulica, energia específica, escoamento, diferença de cotas do talvegue na secção de maior cota e na secção final; H c energia específica crítica; H cj energia específica crítica de jusante do troço convergente do canal; H cm energia específica crítica de montante do troço convergente do canal; H S altura significativa da onda; H u energia específica de regime uniforme; h altura de água; h m altura média; i intensidade da precipitação, índice, inclinação; J perda de carga contínua, declive médio do curso de água principal; K coeficiente de rugosidade, coeficiente de perda de carga, raio de giração; Kv coeficiente de perda de carga; k rugosidade equivalente; L comprimento; poder evaporante da atmosfera; M factor de fixação; xv

n factor de Meyer; N cota da superfície livre, cota da linha de energia; N j cota da superfície livre a jusante do desvio provisório; N m cota da superfície livre a montante do desvio provisório; P precipitação, profundidade da soleira; P 24 precipitação de duração 24 h; P m perímetro molhado; p relação entre a área obstruída e a área total; Q caudal; Q a caudal afluente; Q ar arrastamento de ar; Q dim caudal de dimensionamento; Q efl, Q e caudal efluente; Q ima caudal instantâneo máximo anual; media dos caudais médios diários; Q mod caudal modular; R raio hidráulico; R e número de Reynolds; r risco; S espraiamento, sumersão; S t número de Strouhal; s declive médio da bacia hidrográfica; T período de retorno, período de onda; t tempo; t c tempo de concentração; v velocidade; V velocidade do vento; x coordenada; y coordenada; Z cota geométrica; α ângulo do estreitamento ou alargamento, ângulo de definição da soleira em labirinto, ângulo do paramento com a horizontal; H perda de carga; P perda de carga; γ peso específico; θ ângulo ente um troço de canal e a horizontal, ângulo ao centro de uma conduta; ν viscosidade; σ desvio-padrão; ϕ ângulo da grelha com a horizontal; xvi

1. Introdução 1.1. Objectivo e dados iniciais O objectivo deste trabalho é elaborar uma definição dos órgãos hidráulicos de uma barragem de aterro a nível de anteprojecto. Pretende-se, desta forma, aplicar conhecimentos adquiridos ao longo do curso, em particular nas cadeiras de Hidráulica I e II, Estruturas e Aproveitamentos Hidráulicos, Hidrologia e Recursos Hídricos e Modelação e Planeamento de Recursos Hídricos. Para o efeito, escolheu-se a um local na ribeira do Vale dos Fetos, no distrito de Aveiro e junto da vila do Luso Desenho 1. Foi considerada uma barragem de enrocamento com as seguintes características: declives dos paramentos de montante e de jusante de 1:1,3; altura de cerca de 27 m acima do talvegue; coroamento com cerca de 244 m de desenvolvimento; volume de aterro de aproximadamente 92 000 m 3 e nível de pleno armazenamento, NPA, fixado à cota 198. Os órgãos hidráulicos dimensionados neste trabalho foram: Descarregador de cheias em canal com bacia de dissipação de energia; Torre de tomada de água e manobra de equipamentos acessível por um passadiço a partir do coroamento; Conduta de descarga de fundo adaptada da conduta de desvio provisório; Conduta conjunta de tomada de água e caudal ecológico; Câmara de válvulas a jusante da barragem com posto de observação para o controlo dos equipamentos. Cada um destes órgãos foi dimensionado tendo por base as características da barragem atrás referidas, as cartas militares 1/25 000 e 1/100 000 da região, um levantamento topográfico da zona à escala 1/1000 e os dados disponíveis no Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos. Apesar de se tratar de um trabalho académico, procurou-se utilizar metodologias próximas das que se utilizariam num projecto real. Utilizaram-se os programas de cálculo automático HEC- HMS e o HEC-RAS e as peças desenhadas foram elaboradas em AutoCad. Não tendo sido possível obter a carta geológica da região, a única fonte de informação geológica foi uma visita ao local realizada a 2 de Agosto de 2009. O local é densamente arborizado, encontrando-se a linha de água coberta com vegetação. São visíveis poucos afloramentos rochosos de xistos muito alterados. Cerca de 300 m a jusante da barragem, a linha de água é cruzada pela estrada nacional E336. 1

O presente trabalho encontra-se focado, sobretudo, no dimensionamento hidráulico dos órgãos de segurança e exploração da barragem, tendo-se feito apenas o cálculo estrutural, a título de exemplo, de uma das suas estruturas. Deste modo, as espessuras de betão apresentadas em peças desenhadas e em esquemas foram escolhidas com base na observação de outros estudos. 1.2. Organização do trabalho Este documento constitui a Memória Descritiva e Justificativa do trabalho e encontra-se organizado em 6 capítulos, sendo o Capítulo 1 a introdução. No Capítulo 2, apresenta-se um estudo hidrológico, compreendendo o estudo das cheias e a avaliação do escoamento anual médio. No Capítulo 3, faz-se a caracterização da albufeira criada pela barragem. No Capítulo 4, encontra-se o dimensionamento do descarregador de cheias e a determinação da cota do coroamento da barragem. A concepção do desvio provisório encontra-se no Capitulo 5. No Capítulo 6, são dimensionadas a descarga de fundo e a descarga de caudal ecológico e é esquematizada a torre de tomada de água e de manobra dos equipamentos. Finalmente, no Capítulo 7 apresentam-se as considerações finais do presente trabalho, o qual é complementado com Peças Desenhadas, onde se encontram representados os órgãos hidráulicos dimensionados. 2

2. Estudo Hidrológico 2.1 Caracterização da bacia hidrográfica No âmbito do presente trabalho, foi realizado um estudo hidrológico da bacia hidrográfica dominada pela barragem, que se deverá localizar na ribeira do Vale dos Fetos Desenho 1. As principais características desta bacia constam do Quadro 2.1: Quadro 2.1 - Bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos. Características principais. Área (km 2 ) 1,44 Perímetro (km) 5,5 Comprimento da linha de água principal (km) 2,2 Altitude mínima 180 Altitude máxima 563 Altitude média 350 Altura média (m) 156 Declive médio da linha de água principal 0,17 Para calcular o tempo de concentração, utilizaram-se as seguintes fórmulas: Giandotti: onde: t c tempo de concentração (h); A área da bacia hidrográfica (km 2 ); L comprimento do curso de água principal (km); h m altura média da bacia (m). =,, (2.1) Temez: = 0,3,, (2.2) onde: t c tempo de concentração (h); L comprimento do curso de água principal (km); J declive médio do curso de água principal (-). 3

Chow: onde: t c tempo de concentração (h); L comprimento do curso de água principal (km); = 0,95,., (2.3) H diferença de cotas do talvegue na secção de maior cota e na secção final (m). SCS (Soil Conservation Service): onde: = t c tempo de concentração (min);,,,, L comprimento do curso de água principal (m); s declive médio da bacia hidrográfica (%); CN número de escoamento na bacia hidrográfica. (2.4) O número de escoamento tem em conta o tipo de solo e as suas condições de utilização e cobertura. De acordo com David (1976) in Lencastre e Franco (1992), o solo da bacia hidrográfica em estudo é do tipo C. A visita ao local realizada permitiu concluir que a bacia hidrográfica se insere numa área de floresta densa pelo que, segundo o SCS, para as condições médias de humedecimento do solo (AMC II), o número de escoamento é de CN (II) = 70. Uma vez que as condições antecedentes de humidade que conduzem a cheias excepcionais são as condições mais húmidas (AMC III), é necessário obter o número de escoamento CN (III) a partir do já obtido para condições antecedentes de humidade médias. Segundo Chow et al (1988) =, = 85 (2.5) No Quadro 2.2, apresentam-se os tempos de concentração obtidos por meio de cada uma das fórmulas referidas e o valor final adoptado. 4

Quadro 2.2 Bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos. Tempo de concentração. t c (h) Giandotti 0,80 Temez 0,75 Chow 0,24 SCS 0,52 Média 0,58 Valor adoptado 0,50 2.2 Selecção e caracterização de postos pluviométricos e de estações hidrométricas Para a obtenção dos dados necessários para elaborar o estudo hidrológico, foi consultado o Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos (SNIRH, http://snirh.pt). Identificaram-se quatro postos pluviométricos próximos da bacia hidrográfica, cujas características se apresentam no Quadro 2.3. A sua localização geográfica pode ser consultada no Desenho 2. Quadro 2.3 Postos pluviométricos. Estação Designação Localização Altitude Período de Observação Latitude (ºN) Longitude (ºW) (m) (anos) Trouxemil 12G/04UG 40º 17' -8º 27' 79 1979/80 a 2005/06 com 5 anos sem observações Almaça 11H/01UG 40º 20' -8º 14' 116 1958/59 a 2006/07 com 4 anos sem observações Penacova 12H/01U 40º 27' -8º 18' 192 1927/29 a 1935/36 e 1937/38 a 1979/80 Oliveira do 1984/85 a 1997/98 e 2005/06 a 10G/01UG 40º 31-8º 30 65 bairro 2006/07 Apenas se identificou uma estação hidrométrica (EH) na proximidade da bacia hidrográfica da barragem, a qual se indica no Quadro 2.4 e no Desenho 2. Quadro 2.4 Estação hidrométrica. Estação Vila Nova de Monsarros Designação Período de Localização Área Observação (km 2 ) Latitude (ºN) Longitude (ºW) (anos) 11G/01H 40º 25' -8º 24' 38,62 1979/80 a 1989/90 5

2.3 Estudo das Cheias 2.3.1 Objectivos O estudo das cheias tem como principal objectivo a obtenção do caudal de dimensionamento do descarregador de cheias e da obra de desvio provisório. Por razões que noutros capítulos mais à frente se explicarão, o período de retorno considerado para o dimensionamento do descarregador de cheias foi de 5000 anos e o considerado para o dimensionamento do desvio provisório foi de 20 anos. Foi ainda necessário obter o hidrograma de cheias com período de retorno de 10000 anos para ser utilizado como cheia de verificação do descarregador de cheias. Para a obtenção dos hidrogramas consideraram-se dois métodos alternativos: avaliação de precipitações e avaliação de escoamentos. No entanto, como se verá, não foi possível realizar a análise dos escoamentos, pelo que se optou por considerar ainda a fórmula racional. 2.3.2 Avaliação a partir de precipitações 2.3.2.1. Precipitações diárias máximas Para determinar as precipitações diárias máximas sobre a bacia da barragem na ribeira Vale dos Fetos analisaram-se os registos de precipitações diárias máximas anuais em postos pluviométricos próximos do local da barragem. Dos postos identificados no Quadro 2.3, considerou-se que apenas os de Almaça e de Penacova têm registos de precipitação diária máxima anual suficientes para uma análise com significado estatístico. Às respectivas séries de precipitações diárias máximas anuais, consultáveis no Anexo I, foram adaptadas as seguintes leis estatísticas: Gumbel: Pearson III: = 0,5772 + (2.6) = + (2.7) = + 1 + 6 1 + + (2.8) = (2.9) = + (2.10) Goodrich: 6

= (2.11) = (2.12) = Γ + 1 (2.13) = + ln 1 (2.14) onde: X variável da qual se pretende determinar a probabilidade de não excedência; T período de retorno (h); media de uma amostra de valores de X; σ desvio padrão de uma amostra de valores de X; F (x) probabilidade de não excedência, que se relaciona com o período de retorno segundo a seguinte expressão = 1 (2.15) KN valor da normal reduzida para o período de retorno T, dada por,,, = (2.16),,, = ln (2.17) Γ(X) função gama; N constante. Sendo a variável X a precipitação diária máxima anual, nos gráficos das Figuras 2.1 e 2.2 visualiza-se o ajustamento das séries às leis estatísticas utilizadas às duas séries de dados. P (mm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-3 -2-1 0 1 2 3 4 5 KN Série de precipitação Pearson III Goodrich Gumbel Figura 2.1 Precipitação máxima anual diária do posto Almaça. Ajustamento de leis estatísticas. 7

P (mm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-3 -2-1 0 1 2 3 4 5 KN Série de precipitação Pearson III Goodrich Gumbel Figura 2.2 Precipitação máxima anual diária do posto Penacova. Ajustamento de leis estatísticas. Para ambos os casos se verifica que o ajustamento é praticamente os mesmo para todas as leis, dentro dos intervalos das amostras. Por prudência, optou-se por escolher a lei de Gumbel, uma vez que esta apresenta, em ambos os casos, valores de precipitação mais elevados para maiores períodos de retorno. No Quadro 2.5 apresentam-se, para Penacova e Almaça, as precipitações diárias máximas anuais para vários períodos de retorno (10, 20, 100, 500, 1000, 5000 e 10000 anos) obtidas por ajustamento da lei de Gumbel. 8

Quadro 2.5 Precipitações diárias máximas anuais para os postos Penacova e Almaça. Período de retorno (anos) Precipitação máxima anual (mm) Penacova Almaça 10 89.64 79.91 20 98.86 90.32 50 110.79 103.80 100 119.73 113.90 500 140.38 137.23 1000 149.26 147.26 5000 169.88 170.54 10000 178.75 180.57 Deste modo, as precipitações diárias para um período de retorno de 5000 anos em cada posto foram avaliadas em 171 mm no caso de Almaça e 170 mm no caso de Penacova. Segundo Brandão et al. (2001), a relação média entre a precipitação de 24h e a diária para Portugal Continental é de 1,16, pelo que as precipitações para 24h de duração nos postos Almaça e Penacova são de 198 mm e 197 mm respectivamente. 2.3.2.2. Curvas de possibilidade udométrica Para determinar as curvas de possibilidade udométrica, foi utilizado posto de Santa Comba Dão pois, dos postos estudados por Brandão et al. (2001), é o posto udográfico que se localiza mais próximo da bacia em estudo. Uma curva IDF relaciona a duração da chuvada com a intensidade de precipitação da seguinte forma: onde: i intensidade da precipitação (mm/h) t duração da chuvada (min) a e b pârametros adimensionais = (2.18) Os parâmetros adimensionais da curva IDF do posto de Santa Comba Dão para os períodos de retorno de 10, 20, 50, 500 e 1000 anos, determinados por Brandão et al. (2001), são os que constam do Quadro 2.6. 9

Quadro 2.6 Parâmetros das curvas IDF do posto Santa Comba Dão. T (anos) Duração a b 5min<t<30min 333,98-0,585 T=10 30min<t<6h 470,50-0,672 6h<t<48h 419,30-0,656 5min<t<30min 393,45-0,678 T=20 30min<t<6h 559,43-0,678 6h<t<48h 488,63-0,660 5min<t<30min 470,5-0,599 T=50 30min<t<6h 675,14-0,684 6h<t<48h 578,72-0,663 5min<t<30min 661,80-0,609 T=500 30min<t<6h 963,91-0,693 6h<t<48h 803,21-0,669 5min<t<30min 719,22-0,611 T=1000 30min<t<6h 1050,80-0,695 6h<t<48h 870,74-0,671 Uma vez que o referido estudo não inclui uma análise para períodos de retorno superiores a 1000 anos, os parâmetros da curva para T=5000 anos foram extrapolados a partir dos parâmetros das curvas IDF disponíveis, admitindo que o parâmetro b se mantém constante e que a variação da precipitação é consistente com a lei de Gumbel. De acordo com esta lei, a precipitação pode ser relacionada com o seu período de retorno mediante a fórmula = 1 + (2.19) onde c e C são constantes. A relação entre as precipitações com a mesma duração e com períodos de retorno T e T pode, portanto, ser calculada da seguinte forma: = (2.20) Para os períodos de retorno 500 e 1000, determinaram-se, a partir das curvas IDF, as precipitações para durações nos três intervalos considerados (utilizaram-se durações com 30 min, 1 h e 24 h). Aplicaram-se as relações (2.19) e (2.20) explicitadas, determinando-se c e C para cada uma das durações. Conhecendo-se estas duas constantes, determinou-se a precipitação para cada uma das durações e para os períodos de retorno de 5000 e 10000 anos. Uma vez que se considerou que o parâmetro b se mantém constante, determinaram-se os parâmetros a a partir das precipitações obtidas. No Quadro 2.7 apresentam-se os parâmetros para 5000 e 10000 anos. 10

Quadro 2.7 Parâmetros a e b para T=5000 anos. T (anos) Duração a b 5min<t<30min 908,84-0,611 T=5000 30min<t<6h 1334,65-0,695 6h<t<48h 1068,84-0,671 5min<t<30min 965,92-0,611 T=10000 30min<t<6h 1420,10-0,695 6h<t<48h 1128,48-0,671 A precipitação para uma duração de 24 h no posto de Santa Comba Dão para um período de retorno de 5000 anos é, portanto, = 24 1068,84 1440, = 194,9 As precipitações com duração de 24 h para 5000 anos de período de retorno obtidas para os postos Almaça, Penacova e Santa Comba Dão são muito próximas, o que indica alguma uniformidade na distribuição de precipitações nesta zona e, portanto, será segura a utilização da IDF considerada para estimar precipitações com durações inferiores a 24 h para a bacia hidrográfica da barragem. 2.3.3.4. Hidrogramas de cheia A determinação dos hidrogramas de cheia afluentes à barragem foi realizada a partir de hietogramas de precipitação. Para escolher a duração dos hietogramas a utilizar, optou-se por analisar a variação do volume do hidrograma de cheia e do caudal de ponta com a duração do hietograma para o período de retorno de 5000 anos. A partir das curvas IDF de Santa Comba Dão, construíram-se os hietogramas de precipitação de blocos descendentes para durações crescentes de t c a 12t c. Para precipitações com durações crescentes sucessivas, espaçadas de 5 minutos, calculou se a intensidade da precipitação segundo as curvas IDF apresentadas e a respectiva precipitação. A cada precipitação total calculada foi retirada a precipitação da chuvada com duração de 5 min anterior, construindo-se assim os blocos correspondentes à precipitação para cada intervalo de 5 min. A partir dos hietogramas de blocos descendentes, construíram-se hietogramas de blocos alternados. A definição destes hietogramas de precipitação foi realizada tendo em conta que, segundo Hipólito et al. (2006), o hietograma que conduz a um caudal de ponta de cheia mais elevado é aquele que é simétrico ao HUD (hidrograma unitário de duração D) que se pretende utilizar. No presente caso, será utilizado o HUD do SCS. Para a obtenção dos hidrogramas de cheia afluentes à barragem recorreu-se ao programa HEC-HMS. Como modelo de perdas de precipitação, optou-se pelo método do número de escoamento do SCS, tendo-se usado o CN(III) uma vez que, segundo Correia (1984) in Portela 11

(2006), em Portugal Continental, as condições de humidade que antecedem uma chuvada com um período de retorno tão elevado são as mais húmidas. Admitiu-se ser desprezável o escoamento de base. O hidrograma unitário do SCS caracteriza-se pelo tempo de atraso ( lag time ), dado por: = 0,6 (2.21) A bacia hidrográfica da barragem tem um tempo de concentração de 30 min, pelo que o tempo de atraso do hidrograma é de 18 min. Os hidrogramas de cheia resultantes do hidrograma unitário sintético do SCS e dos hietogramas de blocos alternados possuem os caudais de ponta e o volume de cheia que se apresentam nos gráficos das Figuras 2.3 e 2.4, respectivamente. Figura 2.3 Variação do caudal de ponta com a duração do hietograma para T=5000 anos. Q (m 3 /s) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 x tc Figura 2.4 Variação do volume da cheia com a duração do hietograma para T=5000 anos. 120 100 80 V (m 3 ) 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 14 x tc 12

Da análise dos gráficos verifica-se que o volume e o caudal de ponta de cheia aumentam com a duração do hietograma, observando-se ainda que a variação do caudal de ponta estabiliza mais rapidamente que a do volume de cheia. Optou-se por escolher a duração 3tc, uma vez que é a partir desta duração que se verifica que o caudal de ponta de cheia atinge um patamar em que a variação é baixa. Seria mais conservador escolher uma duração à qual correspondesse um maior volume, mas teve-se em consideração que o período de retorno real do caudal e do volume de uma chuvada com dada duração e na qual período de retorno é de 5000 anos para todas as durações parciais é, na realidade, superior a 5000 anos. Nos Quadros 2.8, 2.9 e 2.10 apresentam-se os hietogramas de blocos descendentes de precipitação com duração 3tc e para períodos de retorno de 20, 5000 e 10000 anos, respectivamente. Quadro 2.8 Blocos de precipitação para duração 3t c e T=20 anos. t (h) t (min) i (mm/h) P t (mm) P (mm) 0,08 5 151,7 12,6 12,6 0,17 10 100,7 16,8 4,2 0,25 15 79,2 19,8 3,0 0,33 20 66,8 22,3 2,5 0,42 25 58,5 24,4 2,1 0,50 30 52,5 26,3 1,9 0,58 35 48,0 28,0 1,7 0,67 40 44,3 29,5 1,5 0,75 45 41,3 31,0 1,5 0,83 50 38,8 32,4 1,4 0,92 55 36,7 33,6 1,2 1,00 60 34,9 34,9 1,3 1,08 65 33,2 36,0 1,1 1,17 70 31,8 37,1 1,1 1,25 75 30,5 38,2 1,1 1,33 80 29,4 39,2 1,0 1,42 85 28,4 40,2 1,0 1,50 90 27,4 41,1 0,9 Quadro 2.9 Blocos de precipitação para duração 3t c e T=5000 anos. t (h) t (min) i (mm/h) P t (mm) P (mm) 0,08 5 340,0 28,3 28,3 0,17 10 222,6 37,1 8,8 0,25 15 173,7 43,4 6,3 0,33 20 145,7 48,6 5,2 0,42 25 127,2 53,0 4,4 13

t (h) t (min) i (mm/h) P t (mm) P (mm) 0,50 30 113,8 56,9 3,9 0,58 35 103,5 60,4 3,5 0,67 40 95,4 63,6 3,2 0,75 45 88,8 66,6 3,0 0,83 50 83,3 69,4 2,8 0,92 55 78,6 72,0 2,6 1,00 60 74,5 74,5 2,5 1,08 65 70,9 76,8 2,3 1,17 70 67,8 79,1 2,3 1,25 75 65,0 81,2 2,1 1,33 80 62,5 83,3 2,1 1,42 85 60,2 85,3 2,0 1,50 90 58,1 87,2 1,9 Quadro 2.10 Blocos de precipitação para duração 3t c e T=10000 anos. t (h) t (min) i (mm/h) P t (mm) P (mm) 0,08 5 361,3 30,1 30,1 0,17 10 236,6 39,4 9,3 0,25 15 184,7 46,2 6,7 0,33 20 154,9 51,6 5,5 0,42 25 135,1 56,3 4,7 0,50 30 120,9 60,4 4,1 0,58 35 110,0 64,2 3,7 0,67 40 101,4 67,6 3,4 0,75 45 94,4 70,8 3,2 0,83 50 88,5 73,7 3,0 0,92 55 83,5 76,5 2,8 1,00 60 79,2 79,2 2,6 1,08 65 75,4 81,7 2,5 1,17 70 72,0 84,0 2,4 1,25 75 69,1 86,3 2,3 1,33 80 66,4 88,5 2,2 1,42 85 64,0 90,6 2,1 1,50 90 61,8 92,7 2,0 Nas Figuras 2.5, 2.6 e 2.7 apresentam-se os hietogramas de blocos alternados de precipitação com duração igual a 3tc e para períodos de retorno de 20, 5000 e 10000 anos, respectivamente. 14

14 12 10 P (mm) 8 6 4 2 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 t (min) Figura 2.5 Hietograma de precipitação para duração 3t c e T=20 anos. 30 25 20 P (mm) 15 10 5 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 t (min) Figura 2.6 Hietograma de precipitação para duração 3t c e T=5000 anos. 35.00 30.00 25.00 P (mm) 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 t (min) Figura 2.7 Hietograma de precipitação para duração 3t c e T=10000 anos. 15

Nas Figuras 2.8, 2.9 e 2.10 apresentam-se os hiedrogramas de cheia obtidos para períodos de retorno de 20, 5000 e 10000 anos, respectivamente. 12 10 8 Q (m 3 /s) 6 4 2 0-2 0 50 100 150 200 t (min) Figura 2.8 Hidrograma de cheia para uma chuvada de duração 3t c e T=20 anos. 35 30 25 Q (m3/s) 20 15 10 5 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 t (min) Figura 2.9 Hidrograma de cheia para uma chuvada de duração 3t c e T=5000anos. 16

60 50 Q (m3/s) 40 30 20 10 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 t (min) Figura 2.10 Hidrograma de cheia para uma chuvada de duração 3t c e T=10000anos. Estes hidrogramas de cheia afluentes têm caudais de ponta de 10,6, 32 e 48,5 m 3 /s, respectivamente. 2.3.3 Avaliação a partir de caudais instantâneos máximos Uma outra forma de determinar o caudal de ponta de cheia afluente à barragem é escolher uma lei estatística que se adeque à série de caudais de uma estação hidrométrica próxima da barragem. Através da lei estatística escolhida, determinam-se os caudais na bacia da estação para os períodos de retorno pretendidos e esses dados podem ser transpostos esses dados para a bacia hidrológica em estudo através de fórmulas empíricas. A estação hidrométrica mais próxima da bacia hidrográfica da barregem é a de Vila Nova de Monsarro. A série de caudais máximos instantâneos anuais desta estação hidrométrica, disponível no SNIRH, dispõe apenas de 11 anos de observação, os quais se apresentam no Quadro 2.11. 17

Quadro 2.11 Série de caudais máximos instantâneos. Ano hidrológico Q ima (m 3 /s) 1978/79 26,95 1980/81 2,29 1981/82 3,63 1982/83 10,85 1983/84 33,42 1984/85 14,64 1985/86 23,36 1986/87 7,94 1987/88 38,88 1988/89 5,81 1989/90 234,03 Media (m 3 /s) 36,53 Desvio-padrão (m 3 /s) 66,66 Coeficiente de variação 1,83 Assimetria 3,11 No entanto, uma vez que a estação hidrométrica mais próxima não tem registos suficientes para que a série de caudais tenha significado estatístico e visto que a diferença de áreas entre a bacia da estação hidrométrica e a bacia hidrográfica da barragem é muito grande, optou-se por não utilizar este método de determinação do caudal de ponta de cheia. 2.3.4 Comparação com a fórmula racional Uma vez que se utilizou apenas um método para determinar o caudal de ponta de cheia, optouse por utilizar ainda a fórmula racional para verificar a razoabilidade dos resultados obtidos. Segundo esta fórmula, o caudal de ponta de cheia numa dada bacia hidrográfica é dado por = (2.22) onde: Q caudal de ponta de cheia (m 3 /s); A área da bacia hidrográfica (m 2 ); i intensidade da precipitação (m/s); C coeficiente da fórmula racional. Sendo o tempo de concentração da bacia hidrográfica 30 min, a intensidade de precipitação dada pela IDF para período de retorno de 5000 é de 114 mm/h. Desta forma, para o caudal de ponta de 32 m 3 /s, calculado em 2.3.3.3. obtém-se para o coeficiente C o valor 0,7, que é um valor adequado para o período de retorno em causa e para o número de escoamento admitido. Conclui-se, deste modo, que o caudal de ponta de cheia calculado parece ser razoável de ser admitido. 18

2.4 Avaliação das afluências 2.4.1 Correlação precipitação-escoamento Recorrendo à base de dados do SNIRH, obtiveram-se os registos de escoamentos anuais da estação hidrométrica de Vila Nova de Monsarros que se apresentam no Quadro 2.12. Quadro 2.12 EH Vila Nova de Monsarros. Escoamentos anuais. Ano Hidrológico Escoamento Anual (dam 3 ) Escoamento Anual (mm) 1978/79 39389 1020 1980/81 4755 123 1981/82 13669 354 1982/83 23322 604 1983/84 35942 931 1984/85 28911 749 1985/86 25821 669 1986/87 23543 610 1987/88 56004 1450 1988/89 24624 638 1989/90 35098 909 2003/04 582 15 2004/05 114 3 Média 23982 621 Como já foi referido, a bacia hidrográfica desta estação hidrométrica tem 38,62 km 2 e encontrase representada no Desenho 2. Os postos udométricos mais próximos desta bacia são os postos de Oliveira do Bairro, de Almaça e de Trouxemil, cuja influência na bacia de distribui segundo Thiessen com o pesos que se apresentam no Quadro 2.13. Quadro 2.13 Bacia hidrográfica da EH Vila Nova de Monsarros. Áreas de influência dos postos udométricos. Posto Área de influência (km 2 ) Oliveira do Bairro 10,18 Almaça 27,8 Trouxemil 0,64 No Quadro 2.14, apresentam-se as séries de precipitação anual dos três postos nos seus anos comuns e a série de precipitação anual ponderada na bacia hidrográfica da estação hidrométrica. 19

Quadro 2.14 Bacia da EH Vila Nova de Monsarros. Série de precipitação anual. Ano hidrológico Precipitação (mm) Almaça Oliveira do Bairro Trouxemil Bacia da EH 1984/85 1337,1 1220,6 1178,4 1303,8 1985/86 1202,5 1054 1020,1 1160,3 1986/87 921,9 748,1 955,4 876,6 1987/88 1487 1209,6 1277,7 1410,4 1988/89 559,1 674,1 691,8 591,6 1989/90 871,1 1002,4 887,6 906,0 1991/92 828,7 745,5 625,6 803,4 1992/93 866,7 901,4 898,4 876,4 1993/94 933,4 1155 804,6 989,7 1994/95 793,2 873,8 553,3 810,5 1995/96 1427,3 1449 1312,3 1431,1 1996/97 1016,8 1027,2 1093,3 1020,8 1997/98 1526 1523,5 1576,9 1526,2 Média 1063,1 984,8 1001,8 1054,4 Uma correlação linear entre a precipitação anual na bacia da E.H. e o escoamento anual na mesma conduz à recta que se apresenta no gráfico da Figura 2.11. No entanto, esta recta não representa de forma realista a relação entre precipitação e escoamento na bacia, uma vez que o coeficiente de correlação é muito baixo. Tal poderá dever-se ao facto de existirem muito poucos anos em comum nos registos de precipitação e de escoamento. 1600 1400 H (mm) 1200 1000 800 600 H= 0.6435P+ 167.08 R² = 0.38 400 400 600 800 1000 1200 1400 1600 P (mm) Figura 2.11 Correlação linear precipitação-escoamento. Uma vez que não se considerou adequado utilizar a correlação linear, optou-se por recorrer às curvas apresentadas por Quintela (1967), que se apresentam na Figura 2.12. 20

Figura 2.12 Relações médias em Portugal entre o escoamento anual e a precipitação anual (Quintela 1996). Estas curvas apresentam como parâmetros a temperatura média anual e o tipo de solos. A classificação de solos compreende dois grupos: o grupo 1, cujos solos que originam escoamento anual médio elevado, e o grupo 2, que engloba solos que originam escoamento anual médio a baixo. Devido ao carácter rochoso da região, admitiu-se que a bacia possui solo do grupo 1. De acordo com a Figura 2.13, a temperatura média no período 1931-1960 na região da bacia da EH encontra-se entre 12,5º e 15º. Deste modo, escolheu-se a curva correspondente ao grupo 1 de solos e a temperatura entre 12º e 14º. Figura 2.13 Temperatura média diária do ar. Período 1931-1960 (APA 1975). 21

2.4.2 Caudal modular Dos postos udométricos identificados, apenas dois têm influência na bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos: Almaça e Trouxemil, com os pesos segundo Thiessen que se apresentam no Quadro 2.15. Quadro 2.15 Bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos. Áreas de influência dos postos udométricos. Posto Área de influência (km 2 ) Almaça 1,02 Trouxemil 0,42 Sendo as precipitações anuais médias nos postos Almaça e Trouxemil de 1063 mm e 1002 mm respectivamente, segundo o método de Thiessen a precipitação anual média na bacia da barragem é de 1045 mm. Aplicando a correlação precipitação-escoamento determinada na alínea anterior, obtém-se um escoamento anual de cerca de 480 mm. Tendo a bacia hidrográfica da barragem 1,44 km 2 de área, o caudal modular na bacia é de = 480 1,44 1000 365 24 3600 = 0,022 / 2.5 Caracterização da albufeira 2.5.1 Curvas de volumes acumulados e de áreas A albufeira, delineada no Desenho 3, é tem o NPA (Nível de pleno armazenamento) à cota 198. A sua curva de volumes acumulados apresenta-se no gráfico da Figura 2.14 e a sua curva de áreas na Figura 2.15. 22

Cota 210,00 205,00 200,00 195,00 190,00 185,00 180,00 Altura de água (m) 34,50 29,50 24,50 19,50 14,50 9,50 4,50 175,00-0,50 0 200000 400000 600000 800000 Volume acumulado (m 3 ) Figura 2.14 Curva de volumes armazenados da albufeira. Cota 210,00 205,00 200,00 195,00 190,00 185,00 180,00 Altura de água (m) 34,50 29,50 24,50 19,50 14,50 9,50 4,50 175,00-0,50 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 Área na albufeira (m 3 ) Figura 2.15 Curva de áreas da albufeira. 2.5.2 Fixação do nível mínimo de exploração De acordo com o gráfico reproduzido na Figura 2.16 e que foi extraído de Rocha (1998), o valor médio da produção de sedimentos na zona da bacia hidrográfica da barragem na ribeira Vale dos Fetos está compreendido entre 50 e 100 ton/km 2.ano. 23

Figura 2.16 Produção de sedimentos na bacia da barragem. Rocha (1998). Admitindo que o valor médio da produção de sedimentos é constante para toda a bacia e igual a 100 ton/km 2 ano e que o peso específico dos sedimentos depositados na albufeira é de cerca 1,4 ton/m 3, a taxa de assoreamento média é de aproximadamente 71 m 3 /(km 2.ano). Para uma vida útil de 50 anos e para a área de 1,44 km 2 da bacia hidrográfica, o volume de sedimentos acumulados ao fim de 50 anos é de 5112 m 3. Considerou-se, portanto, um volume morto na albufeira de 5200 m 3. Admitindo uma deposição de sedimentos por camadas horizontais, ao volume morto de 5200 m 3 corresponde, de acordo com a curva de volumes armazenados, um nível mínimo de exploração (NmE) à cota 181.3. No entanto, por conveniência hidráulica de implantação da tomada de água, optou-se por fixar o NmE um pouco acima, à cota 180.8 desta forma e, estando o terreno na zona da descarga de fundo à cota 179, por questões relacionadas com a submergência das condutas, fixou-se o NmE à cota 180,8, ao qual corresponde um volume morto de 12240 m 3. Uma vez que a albufeira possui um volume bruto de 36000 m3, o volume efectivo da mesma é de 23760 m 3. 24

3. Descarregador de cheias 3.1 Considerações iniciais O descarregador de cheias é o órgão de segurança de uma barragem que permite a passagem das cheias para jusante. Segundo Lemos (1981), para tal é necessário garantir que o nível de água na albufeira não ultrapassa determinadas cotas, definidas de acordo com as normas de segurança. No incumprimento desta função, a barragem poderá ser galgada e a sua estabilidade ficará comprometida. De acordo com o Anexo I do Decreto Lei 213 de 10 de Setembro de 2003, para uma barragem com altura compreendida entre 15 e 50 m e risco elevado, o período de retorno na cheia de projecto deverá estar compreendido entre 1000 e 5000 anos. O risco foi considerado elevado pelo facto de a barragem se encontrar muito próxima de povoações, como se pode verificar analisando o vale a jusante da barragem nos Desenhos 1 e 2, e numa zona onde se encontram diversos aproveitamentos agrícolas. Tendo em conta o tipo de barragem e o vale em que se insere (Desenho 5), optou-se por dimensionar um descarregador em canal de encosta, sendo que esta é uma solução frequente em barragens de aterro, especialmente nas de pequena e média dimensão. Um descarregador em canal de encosta é habitualmente constituído por uma soleira descarregadora, um canal a céu aberto implantado ao longo da encosta e uma obra de dissipação de energia. A entrada do canal foi colocada junto ao encontro direito da barragem e, para tal, será necessário realizar uma escavação que permita criar uma plataforma de aproximação á cota 195. 3.2 Soleira descarregadora 3.2.1 Geometria da soleira e laminagem da cheia As duas soleiras mais comuns nos descarregadores de cheias são a soleira em labirinto e a soleira de perfil WES. A soleira do tipo WES (Waterways Experiment Station), também designada por tipo Creager, é uma soleira espessa que possui a forma que se apresenta na Figura 3.1. 25

Figura 3.1 Soleira do tipo WES (Lemos 1981). A estrutura possui um plano vertical embora também possa ser inclinado seguido de uma superfície cuja forma descreve o perfil da face inferior da veia líquida que se escoa sobre um descarregador Bazin para a carga de dimensionamento H 0. Deste modo, se esta soleira funcionar sob uma carga H igual à de definição, a pressão na parede será a atmosférica. A lei de vazão deste tipo de soleiras é = 2 / (3.1) onde: Q caudal escoado (m 3 /s); C w coeficiente de vazão; b largura do descarregador (m); H carga hidráulica (m). Segundo Pinheiro (2002), desde que a relação P/H 0, em que P é a profundidade da soleira e H 0 a carga de dimensionamento, seja superior a 2,5 o coeficiente de vazão pode ser obtido recorrendo aos gráficos da Figura 3.2, que considera a influência da profundidade, e da Figura 3.3, que contempla a influência da carga hidráulica. 26

Figura 3.2 Coeficiente de vazão da soleira WES. Influência da profundidade (Pinheiro 2005). Figura 3.3 Coeficiente de vazão da soleira WES. Influência da carga hidráulica (Pinheiro 2005). A soleira em labirinto é uma soleira de parede fina constituída por um ou mais módulos como os que se apresentam na Figura 3.4. Este traçado poligonal permite um desenvolvimento da crista superior à largura do canal em que estão inseridos. Figura 3.4 Soleira em labirinto (Pinheiro 2005) 27

A lei de vazão desta soleira segue a expressão = 2 / (3.2) onde: Q caudal escoado (m 3 /s); C l coeficiente de vazão; L comprimento da crista (m); H carga hidráulica (m). O coeficiente de vazão C l pode ser calculado pela seguinte equação, proposta por Tullis e Rahmeyer em 1995: = + / + / + / + / (3.3) em que os parâmetros a, b, c, d e f são definidos em função do ângulo α entre as paredes do labirinto e o eixo do canal, como se indica no quadro da Figura 3.5. Figura 3.5 Parâmetros da expressão (3.3). Segundo Pinheiro (2005), a largura da soleira deve ser fixada tendo em consideração a cheia de projecto e o máximo nível na albufeira admissível. O amortecimento da cheia foi realizado a partir do hidrograma afluente para o período de retorno de 5000 anos, da lei de vazão da soleira e da curva de volumes armazenados da albufeira. A curva de volumes foi traduzida por uma equação que se adapta convenientemente aos dados recolhidos. O processo de laminagem foi realizado através de uma folha de cálculo construída a partir do hidrograma afluente. Entre cada dois instantes de cálculo, a diferença entre o caudal afluente à 28

albufeira e o dela efluente corresponde a um volume acumulado, calculado por diferenças finitas. onde: V volume (m 3 ); Q a caudal afluente (m 3 /s); Q e caudal efluente (m 3 /s); t intervalo de tempo (s); i instante de calculo. = (3.4) O volume na albufeira em cada instante de cálculo corresponde a uma cota da superfície livre segundo a curva de volumes armazenados. Determinada assim a carga sobre o descarregador e, portanto, o caudal efluente pela curva de vazão da soleira, deve-se então garantir que este caudal é igual ao caudal efluente utilizado na expressão (3.4). Admitindo um máximo desejável de 1 metro sobre a crista da soleira, os resultados do processo de optimização para cada soleira encontram-se esquematizados no Quadro 3.1, onde NMC é Nível de Máxima Cheia. Quadro 3.1 Resultado do amortecimento da cheia nas soleiras do tipo WES e em labirinto WES Labirinto - 1 módulo Q efl (m 3 /s) 18,4 17,6 H max (m) 0,8 0,8 NMC 198,8 198,8 b (m) 12 5 P (m) 2,5 2,5 H 0 = 1 m α = 8º L = 17,37 m Com base nestes dados, concluiu-se que a melhor opção é a soleira em labirinto, por ocupar uma largura de canal inferior para um amortecimento maior, permitindo uma transição para o canal de descarga mais curta, e, portanto, por ser mais económica. O hidrograma de cheia efluente da soleira em labirinto encontra-se na Figura 3.6. 29