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CURSO DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA
Organização do Tratado de Cooperação Amazônica – OTCA
Agência Nacional de Águas – ANA
Agência Brasileira de Cooperação – ABC
BRASÍLIA – Junho/2019
NEWTON DE OLIVEIRA CARVALHO & MAXIMILIANO STRASSER
CURSO DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA
Organização do Tratado de Cooperação Amazônica – OTCAAgência Nacional de Águas – ANA
AVALIAÇÃO DO ASSOREAMENTO DE
RESERVATÓRIOS
por
NEWTON DE OLIVEIRA CARVALHO & MAXIMILIANO STRASSER
• A construção de barragem e a formação de reservatório normalmentemodificam as condições naturais do curso d’água;
• Quanto ao aspecto sedimentológico, as baixas velocidades da corrente noreservatório provocam a deposição das partículas, criando oassoreamento, que pode vir a prejudicar a vida útil do aproveitamento,criar problemas na área de remanso, provocar efeitos no canal de jusanteda barragem, etc;
• Os depósitos de sedimentos se formam irregularmente ao longo dosreservatórios, estendendo-se de montante para jusante com distribuiçãogranulométrica que varia desde os sedimentos mais grossos até aspartículas finas;
• O processo de assoreamento de um reservatório, em geral, leva tempo,sendo comum ser ignorado, enquanto o sedimento vai se acumulando ...
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FORMAÇÃO / ASSOREAMENTO DE RESERVATÓRIOS
Formação em DELTA – o reservatório apresenta um grande alargamentoprincipalmente na entrada (tipo mais comum) - a Capacidade deAfluência é grande
Formação em CAMADA ESTREITA– o reservatório é do tipo gargantacom estreitamento, a Capacidade de Afluência é grande e osedimento é relativamente fino
Formação em CUNHA – também do tipo garganta e maioresvelocidades – a Capacidade de Afluência é pequena e o sedimentorelativamente fino
afl
res
V
V
TIPOS DE DEPÓSITOS EM RESERVATÓRIOS
Capacidade de Afluência: (a capacidade de afluência varia desde 10-3 a 10)
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depósito com formação de delta
depósito com formação de
camada uniforme
depósito com formação em
cunha
TIPOS DE DEPÓSITOS EM RESERVATÓRIOS
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UNIVERSALIDADE DE ASSOREAMENTO DOS RESERVATÓRIOS
7
37
1
23
4
5
6
89
10
11
1213
14
15
1617 18
192021
22
23
24
25
2627
28
2930
31
3233
3435
36
3839 40
4142
4344
4546
4748
49
50
51 52
1
10
100
1000
10000
100000
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Vol. reservatório / Vol. afluente
Vo
l. r
eserv
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rio
/ S
afl
uen
te
I & D
I1
I2
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- O reservatório foi projetado para armazenar água, sendo que o assoreamentoreduz sua utilidade – relatório do Banco Mundial mostra que a vida útilmédia dos reservatórios existentes decresceu para 22 anos, tendo sidoplanejados para 100 anos;
- A variação de nível do reservatório provoca mudanças na formação dosdepósitos, sendo o ponto de escorregamento da camada superior o NAmínimo normal, ou próximo;
- O assoreamento reduz a vida útil do aproveitamento, sendo que provocaproblemas muito antes de terminar a vida útil;
- Na área de remanso o aumento do depósito cria problemas de enchentes amontante;
- Reservatórios de regularização vão perdendo essa capacidade;- Os sedimentos que alcançam a barragem provocam diferentes problemas –
perda de carga, abrasão, entre 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.
EFEITOS DO ASSOREAMENTO NOS RESERVATÓRIOS
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RESERVATÓRIOS COM PROBLEMAS DE ASSOREAMENTO
Reservatório Curso d’água Proprietário FinalidadeBacia do Tocantins-AraguaiaItapecuruzinho
-Itapecuruzinho
-CEMAR
-UHE – 1,0 MW
Bacia do São FranciscoRio de PedrasParaúnaPandeirosAcabamundoArrudasPampulha
-VelhasParaúnaPandeirosAcabamundoArrudasPampulha
-CEMIGCEMIGCEMIGDNOS (extinto)DNOS (extinto)DNOS (extinto)
-UHE – 10 MWUHE – 30 MWUHE – 4,2 MWControle de cheiasControle de cheiasControle de cheias
Bacia Atlântico-LesteFunilPedrasPetiBrechaPiracicabaSá CarvalhoDona RitaSalto Grande-Madeira LavradaTronqueirasBretasMascarenhasParaitingaJaguariUma
-ContasContasSanta BárbaraPirangaPiracicabaPiracicabaTanqueSanto AntônioTronqueirasSuaçuí PequenoDoceParaitingaJaguariUma
-CHESFCHESFCEMIG-Belgo-MineiraAcesita-CEMIG--ESCELSACESPCESPPM Taubaté
-UHE – 30 MWUHE – 23 MWUHE – 9,4 MWUHE – 10,5 MWUHE - -UHE – 50 MWUHE – 2,41 MWUHE – 104 MWUHE – 7,87 MW-UHE – 120 MWUHE – 85 MWUHE – 27,6 MWAbastec. d’água
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- Fase de inventário – normalmente com poucos ou nenhum dado;
- Fase de viabilidade – já com providenciados por medições;
- Fase de projeto básico – maior quantidade de dados;
- Fase de operação – já obrigatório medições e levantamentos batimétricos.
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ESTUDOS A SEREM REALIZADOS PARA UM APROVEITAMENTO
EQUAÇÕES BÁSICAS PARA O CÁLCULO DE VOLUME DE SEDIMENTO ANUAL DEPOSITADO
S = vol. de sedimento retido no reservatório, m3/anoDst = 365xQst deflúvio sólido total médio anual afluente, t/anoQst = descarga sólida média anual de longo período, t/diaR = taxa de variação do carga sólida com o tempoEr = Eficiência de retenção de sedimento afluente Γap= peso específico aparente médio dos depósitos, t/m3
T = tempo de assoreamentoVres = volume (ou capacidade) do reservatório.
ap
rst
ap
rst ExQREDRS
365)1()1(
Os valores de R, Dst, Qst, Er, ap e Vres variam no tempo:- a descarga sólida e a taxa R variam com o aumento da erosão na bacia.- a Er do reservatório diminui à medida que aumentam os depósitos.- o peso específico aparente muda com a compactação dos depósitos no 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.É necessário calcular os volumes depositados cada ano a partir da equação.
S
VT res
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Obtenção de dados sedimentométricos – valores de Qs- A partir de medições no curso d’água, ou na bacia, em posições adequadas,- A ANA é a principal fonte de dados sedimentométricos no Brasil - acesso
através do HidroWEB – (lamentavelmente não tem dados de granulometria nem de descarga sólida do leito),
- Curva-chave de sedimentos,- Processamento dos dados e 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
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CURVAS DE EFICIÊNCIA DE RETENÇÃO DE SEDIMENTOS (I)
Curva de Brune
0,001 0,01 0,1 1 10
RELAÇÃO "CAPACIDADE / VAZÃO AFLUENTE ANUAL"
(hm3 de Capacidade / hm
3 de Fluxo anual)
SE
DIM
EN
TO
S R
ET
IDO
S (
%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CURVA MÉDIA
CURVAS ENVOLVENTES
Superior: Sedimentos grossos
Inferior: Sedimentos finos
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1
10
100
1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 1,0E+09 1,0E+10 1,0E+11
Índice de Sedimentação x Aceleração da Gravidade - IS.g
Sed
imen
to E
flu
en
te d
o R
eserv
ató
rio
(%
)
Sedimento local
Sedimento f ino descarregado
de um reservatório a montante
gLQ
VgIS res
..
2
2
Curva de Churchill - modificada por Roberts -
IS – Indice de sedimentação
CURVAS DE EFICIÊNCIA DE RETENÇÃO DE SEDIMENTOS (II)
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Curvas de Brune (média) e Churchill
Curva de eficiência de retenção de sedimentossegundo Churchill, versão de uso no sistemamétrico apresentada em ICOLD [1989], onde:
(1) relação Capacidade do Reservatório / Vazãoafluente 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.
CURVAS MAIS UTILIZADAS DE EFICIÊNCIA DE RETENÇÃO DE SEDIMENTOS
PESO ESPECÍFICO APARENTE DOS DEPÓSITOS (LARA & PEMBERTON)
ssmmccap pWpWpW ...
TKiT log. (para camadas de depósitos específicos)
1
1.4343,0 LnT
T
TKiT (valor médio das camadas) ssmmcc pKpKpKK ...
(valores de WC , Wm e Ws pesos específicos aparentes iniciais de argila,
silte e areia - tabelados
Pc , pm e ps porcentagens de granulometria média considerando a
descarga em suspensão e a do leito
Cálculos dos valores de pc , pm e ps - porcentagens médias de argila, silte e areia –para obtenção do peso específico aparente em reservatórios.
Argila
média
Silte
média
Areia
média
Qss Qsl pc pm ps
Sedimentos suspensos 40 50 10 0,80 - 32,0 40,0 8,0
Sedimentos do leito 3 9 88 - 0,20 0,6 1,8 17,6
Total 32,6 41,8 25,6
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MÉTODO DE BORLAND & MILLER - Método empírico de redução de área
1) Curvas de percentagem de profundidade versus porcentagem de volume de sedimento2) Curvas para determinar a profundidade de depósito de sedimento no pé da barragem3) Curvas de profundidade relativa versus área relativa para avaliação da distribuição de depósitos no reservatório
Curvas adimensionais
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Equações das curvas de profundidade relativa versus área relativa
36,085,1 )1(.047,5 ppAp
41,057,0 )1(.487,2 ppAp
32,215,1 )1(.967,16 ppAp
34,125,0 )1(.486,1 ppAp
3) Curvas de profundidade relativa versus área relativa para avaliação da distribuição de depósitos no reservatório
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Valor de m classificando o tipo de reservatório no método de Borland & Miller
0,1
1
10
0,1 1 10 100 1000 10000
Volume
Pro
fun
did
ad
e
1,0 <= m < 1,5 (tipo IV)
1,5 <= m < 2,5 (tipo III)
2,5 <= m < 3,5 (tipo II)
3,5 <= m < 4,5 (tipo I)
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 1,5 a 2,5 Montanhoso
IV 1,0 a 1,5 De gargantas profundas
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Esta situação é valida quando se trata de barragens relativamente próximas ...
1º caso – as duas barragens são construídas simultaneamente2º caso - construção da barragem de jusante após alguns anos da 1ª 3º caso – construção da barragem de montante após alguns anos da existência da 2ª
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ESTUDO SINÉRGICO PARA A VERIFICAÇÃO DA PROTEÇÃO DE BARRAGEM A JUSANTE DE OUTRA CONSTRUÍDA NO MESMO CURSO D’ÁGUA