Hersília de Andrade e Santos

HidrHidrááulica e Hidrologia ulica e Hidrologia aplicada aplicada àà conservaconservaçção da ão da

ictofaunaictofauna

IntroduIntroduççãoão

MudanMudan çças nos usos as nos usos dos solo e dos dos solo e dos

recursos hrecursos h íídricosdricosMudanMudançças na as na

geomorfologiageomorfologia e na e na hidrologiahidrologia

MudanMudançças nas tais as nas tais com habitat com habitat

transporte de transporte de sedimentos e sedimentos e armazenagemarmazenagem

MudanMudançças nas as nas condicondiçções ões

hidrhidrááulicas dos riosulicas dos rios

MudanMudançça na populaa na populaçção ão (composi(composiçção e ão e distribuidistribuiçção), ão),

eutrofizaeutrofizaççãoão e e alteraalteraçções nos nões nos nííveis de veis de

áágua (superficial e gua (superficial e subterrâneo)subterrâneo)

ConceitosConceitos

�Duas variáveis hidráulicas importantes

› Vazão;

› Pressão;

VazãoVazãoVAQ =

Unidades de Vazão:

•Sistema Internacional (SI): m3/s

•l/min

•l/s

•m3/h

Onde A é a área transversal e V é a velocidade média

Perfil de VelocidadesPerfil de Velocidades

MediMediçção de Descargaão de Descarga

� Consiste em medir ao longo da largura:

› Profundidade;

› Velocidade média;

A medição pode ser feita a barco, a balsa, com carro aéreo ou sobre pontes;

Mede-se:

H > 1,2m � a 20% e 80% de H;

H < 1,2m � a 60% de H;

CCáálculo da Descarga na Selculo da Descarga na Seçção ão TransversalTransversal

MediMediçção de Vazãoão de Vazão

Outros MOutros Méétodos de Meditodos de Mediçção de ão de DescargaDescarga

Mas como Mas como éé medida a vazão no medida a vazão no Rio Amazonas?Rio Amazonas?

Foz do AmazonasFoz do Amazonas

Os locais de mediOs locais de mediççãoão

AcousticAcoustic Doppler Doppler CurrentCurrent ProfilerProfiler(ADCP)(ADCP)

AcousticAcoustic Doppler Doppler CurrentCurrent ProfilerProfiler(ADCP)(ADCP)

MediMediçção de Cotaão de CotaCotas Linimétricas

MediMediçção de Cotaão de Cota

� Duas leituras às 7 e 17 horas;

� A cota média diária é a média aritmética das cotas de 7 e 17 horas;

� As réguas linimétricas são niveladas periodicamente, partindo-se das cotas do RN’s;

� É usual estabelecer-se a cota altimétrica do zero das réguas, a partir de amarração a um RN altimétrico próximo;

MediMediçção de Cotasão de Cotas

� Linígrafo de Flutuador: permite o registro gráfico contínuo da variação da cota;

� Esse registro é chamado linigrama, a partir do qual se obtem as cotas médias diárias, além das cotas máximas e mínimas para durações inferiores ao dia;

Cotas Linigráficas

Curva ChaveCurva Chave

� É a relação entre o nível d’água (cota) de determinado rio e sua vazão naquela momento;

� Permite o cálculo da vazão apenas com a medição de nível d’água;

Dados de VazãoDados de VazãoPonte Raul Soares no Rio das Velhas (41340000)Ponte Raul Soares no Rio das Velhas (41340000)

Ano Hidrológico de 10/95 a 09/96

Estação SecaEstação Chuvosa

Qualidade da Qualidade da ÁÁgua Pluvial gua Pluvial

Dados de vazão Dados de vazão –– Ponte Raul Soares Ponte Raul Soares no Rio das Velhas (41340000)no Rio das Velhas (41340000)

Curva de PermanênciaCurva de Permanência

� Consiste na ordenação dos dados de vazões médias diárias, ao longo de um período de observação, em intervalos de classe;

� Indica a porcentagem do tempo em que uma determinada vazão foi igualada ou superada naquele período de observação;

Uma indUma indúústria deseja se instalar prstria deseja se instalar próóxima a um curso dxima a um curso d’á’água e gua e lanlanççar o seu efluente no mesmo. Feito o estudo de ar o seu efluente no mesmo. Feito o estudo de autodepuraautodepuraçção e necessitando de uma vazão de diluião e necessitando de uma vazão de diluiçção 34 ão 34 mm33/s/s, qual , qual éé a porcentagem do tempo que a vazão do curso a porcentagem do tempo que a vazão do curso dd’á’água sergua seráá igual ou superior?igual ou superior?

79% do tempo

Tipos de EscoamentoTipos de Escoamento

�Com relação ao tempo:

› Permanente;

› Transiente;

Tipos de EscoamentoTipos de Escoamento

� Com relação ao espaço:

› Escoamento Uniforme;

› Escoamento Gradualmente Variado;

› Escoamento Bruscamente Variado.

Escoamento UniformeEscoamento UniformeFFóórmula de rmula de ManningManning

� n = Rugosidade

� I = Declividade

� A = Área do canal

� Rh = Raio Hidráulico

Qn

AR Ih = 1 2 3 1 2/ /

NNúúmero de mero de FroudeFroude

� Fr < 1 � Escoamento Subcrítico› Grandes profundidades

› Pequenas Velocidades

� Fr > 1 � Escoamento Supercrítico› Pequenas profundidades

› Grandes velocidades

hgy

VFr =

Escoamento CrEscoamento Crííticotico

� Fr = 1 � Escoamento Crítico› É possível conhecer a vazão neste ponto de forma mias rápida

1==hgy

VFr

Qual o objetivo da RetificaQual o objetivo da Retificaçção e ão e da Canalizada Canalizaçção dos Cursos ão dos Cursos DD’’AguaAgua ??

São PauloSão PauloProjeto Projeto ““SaturninoSaturnino de Britode Brito””, 1925, 1925

Belo HorizonteBelo Horizonte

RecifeRecife

PressãoPressão

� Tipos de pressão:

› Pressão estática;

› Pressão cinética;

› Carga de Posição;

� Unidade de pressão:

› SI: Pa;

› mca;

› Kgf/cm2;

› PSI

PressãoPressão

� Equação de Bernoulli

γγ1

22

21

12

1 2

1

2

1 pzV

g

pzV

g++=++

Impactos aos cursos dImpactos aos cursos d’á’águagua

� Barragens;

� Retificações ou Canalizações;

� Alteração no uso e ocupação das bacias hidrográficas;

� Supressão de Mata Ciliar;

� Lançamento Concentrado de Esgoto e Lixo;

Supressão de Mata CiliarSupressão de Mata Ciliar

LanLanççamento Concentrado de amento Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;

LixodutoLixodutoRio = conduto de Rio = conduto de áágua, esgotos, lixogua, esgotos, lixo

LanLanççamento Concentrado de amento Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;

Rios urbanos = depRios urbanos = depóósito de lixosito de lixo

Reservatório de amortecimento Limoeiro – S. Paulo

LanLanççamento amento Concentrado de Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;

Rio de JaneiroRio de JaneiroRio Rio ViegasViegas, 2003, 2003

MaceiMaceióó

LanLanççamento Concentrado de amento Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;

S. PauloS. Paulo

ManausManaus

S. AndrS. Andréé

Erosão e AssoreamentoErosão e Assoreamento

São Carlos, SPSão Carlos, SP

Rio Água Quente Rio Água Quente –– S. Carlos, SPS. Carlos, SP

Erosão e AssoreamentoErosão e Assoreamento

ColetorColetor--tronco Gregório tronco Gregório –– S. Carlos, SPS. Carlos, SP

Erosão em Erosão em áárea urbanizadarea urbanizada

Rondonópolis, MTRondonópolis, MT

Efeitos destes impactos sobre Efeitos destes impactos sobre a faunaa fauna

SoluSoluçções Propostas pela ões Propostas pela EngenhariaEngenharia

Diagnóstico das condições atuais do curso d’água

�

Proposição das Obras de Intervenção

DiagnDiagnóóstico dos cursos dstico dos cursos d’á’águagua

� Levantamento dos Macrohabitats;

� Mapeamento das encostas com erosão / assoreamento e das áreas com mata ciliar suprimida;

� Levantamento das características hidráulicas escoamento (Em campo ou através de simulação numérica);

Comparação:

Trecho preservado x Trecho impactado

MacrohabitatsMacrohabitats

MacrohabitatsMacrohabitats

� Trechos Rasos com , água turbulenta e parte do substrato aparente.

� Substrato normalmente édominado por seixos grandes (até 30 cm).

Riffle

MacrohabitatsMacrohabitats

Cascade

� Riffle com degraus, consistindo de pequenas quedas d’água e poços rasos.

� Substrato normalmente são seixos grandes (até30 cm) e lajes lisas (“bedrock”)

MacrohabitatsMacrohabitats

Bedrocksheet

� Uma fina lâmina de água escorrendo sobre uma superfície muito fina.

� Inclinação variável.

MacrohabitatsMacrohabitats

Glide

� Largo e uniforme canal.

� Escoamento de baixa a moderada velocidade, sem pronuciadasturbulências.

� Substrato consiste de seixos, cascalhos e areia.

MacrohabitatsMacrohabitats

Run

� Rápido trechos de escoamento com pequenas agitação na superfície. Não apresenta maiores obstruções ao escoamento.

� Assemelha-se a rifflesafogados.

� O substrato consiste de cascalho, seixos e grandes pedras.

MacrohabitatsMacrohabitats

Step Run

� Seqüência de runsseparados por pequenos degraus.

� Substrato é usualmente seixos e pedras grandes.

MacrohabitatsMacrohabitats

Pool

� Áreas profundas no meio do canal

� Substrato variado;

MacrohabitatsMacrohabitats

� Recirculações que ocorrem devido a presença de pedras, troncos próximos as margens.

MacrohabitatsMacrohabitats

SeSeçção Transversal do Rioão Transversal do Rio

Mapeamento das encostas Mapeamento das encostas com erosão /assoreamentocom erosão /assoreamento

Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas

� Velocidade;

� Profundidade;

� Área Transversal;

� Perímetro Molhado; Raio Hidráulico

Froude

Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas

� Campo;

� Simulação Numérica;

Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas

� Simulação Numérica:- Software River 2D (produzido pela

Universidade de Alberta) e trabalha com método das diferenças finitas;

- 1a Parte: Interpolação dos pontos topográficos e Delimita as condições de contorno;

Topografia do Rio das VelhasTopografia do Rio das Velhas

Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas

� Simulação Numérica:- 2a Parte: Geração da malha e

Determinação das Condições de entrada e saída;

Malha gerada para o Rio das Malha gerada para o Rio das VelhasVelhas

Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas

� Simulação Numérica:- 3a Parte: Simulação (regime permanente

ou transiente) e cruzamento dos resultados de velocidade, profundidade e substrato com as curvas de preferência de peixes, bentos...;

Escoamento do Rio da VelhasEscoamento do Rio da Velhas

Velocity

0.00

0.37

0.34

0.30

0.26

0.22

0.19

0.15

0.11

0.07

0.04

0.00Velocity1.0 m/s

Distance

10.0 m

Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas

� Simulação Numérica:- Produção de Vários Cenários de Vazão

(Seca e Cheia);

- Produção de Cenários antes das Obras de Revitalização e depois da construção;

Obras de Obras de RevitalizaRevitalizaççãoão

Obras de RevitalizaObras de Revitalizaççãoão

� Funções gerais:› Recriar habitats aquáticos perdidos com assoreamento;

› Reconduzir o escoamento de forma a reduzir a erosão das margens desprotegidas;

› Recuperar margens erodidas e assoreadas;

› Propiciar o desenvolvimento inicial da mata ciliar;

� Tipos:› Estruturas dentro das calhas dos rios;

› Estruturas nas margens dos rios;

Pequenas barragens e Pequenas barragens e vertedoresvertedores

Pequenas barragens e Pequenas barragens e vertedoresvertedores

FUNÇÕES

� Aumentar a variação da velocidade com a formação de Rápidos;

� Propiciar habitat em locais inclinados e com velocidade altas;

� Aumentar o número de piscinas;

� Facilitar o acúmulo de cascalho;

� Aumentar o nível d’água;

� Aumentar o choque entre fluxos;

� Capturar sedimentos finos;

� Oxigenar a água;

Galhos empacotadosGalhos empacotados

FUNÇÕES

� Reparar buracos de aproximadamente 1,5m de largura e profundidade em locais pouco inclinados;

� Produzir uma barreira filtradora e prevenir a erosão;

� Estabilizar rapidamente a vegetação da margem;

� Proporcionar condições para colonização pela vegetação nativa;

� Aumentar a coesão do solo.

ProteProteçção com pedras, raão com pedras, raíízes e zes e torastoras

FUNÇÕES:

� Usado para estabilização e para criação de estruturas que melhoram as condições para reprodução de peixes e habitats aquáticos;

� Diminui a velocidade, o que resulta em maior deposição de sedimentos e na formação de piscinas;

� Eficaz em meandros;

� Suporta altas tensões se estiverem bem ancoradas;

JacksJacks fieldsfields

FUNÇÕES:

� Controle de erosão em cursos meândricosonde existe o transporte de materiais do leito durante os períodos de cheia.

� Coletam sedimentos grossos e finos;

� Não redireciona o fluxo.

Mecanismos de TransposiMecanismos de Transposiçção de ão de PeixesPeixes

� Em toda a América Latina, o número de mecanismos de transposição de peixes construídos vem aumentando consideravelmente.

� Seguindo padrões de estruturas desenvolvidas e construídas em países da América do Norte e Europa (Quirós, 1989);

Escadas

Elevadores• Tais mecanismos recentemente começaram a serem avaliados em termo de eficiência (Pompeu, 2007; Oldani e Baigun, 2002);

DiagnDiagnóóstico do Rios das Velhas stico do Rios das Velhas Trecho Rio AcimaTrecho Rio Acima

ComparaComparaçção com Três Rios ão com Três Rios Bem PreservadosBem Preservados

Rio das VelhasRio das Velhas

Rio CipRio Cipóó

Rio Rio CurimataiCurimatai

Rio Pardo GrandeRio Pardo Grande

ResultadosResultadosVelocidade por Rio

VelhasCipó

Pardo GrandeCurimataí

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

Vel

ocid

ade

Média +DP Min-Max

ResultadosResultados

Box Plot (Spreadsheet1 10v*734c)

Mean ±SD Min-Max

Curimataí 1Curimataí 2

Pardo Grande 1Pardo Grande 2

Cipó 1Cipó 2

Velhas 1Velhas 2

rio

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8ve

loci

dade

méd

ia

ResultadosResultados

Profundidade por Rio

VelhasCipó

Pardo GrandeCurimataí

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0P

rofu

ndid

ade

Média +DP Min-Max

ResultadosResultadosFroude por Rio

VelhasCipó

Pardo GrandeCurimataí

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50F

roud

e

Média +DP Min-Max

ResultadosResultados

Largura Máxima / Profundidade Máxima por Rio

CurimataíVelhas

CipóPardo Grande

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180la

rg. m

ax /

prof

. max

Média +DP Min-Max

ResultadosResultadosInverso do Raio Hidráulico por Rio

CurimataíVelhas

CipóPardo Grande

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

81/

Rh

Média +DP Min-Max

MacrohabitatsMacrohabitats

SimulaSimulaççãoãoBed Elevation

737.94

775.88

772.08

768.29

764.49

760.70

756.91

753.11

749.32

745.52

741.73

737.94

ProfundidadeProfundidade

X

Y

7777372.967

7776944.843

626628.059625985.461

Depth

0.00

3.78

3.40

3.03

2.65

2.27

1.89

1.51

1.13

0.76

0.38

0.00Distance

10.0 m

VelocidadeVelocidade

X

Y

7777372.967

7776944.843

626628.059625985.461

Velocity

0.00

9.94

8.94

7.95

6.96

5.96

4.97

3.97

2.98

1.99

0.99

0.00Distance

10.0 m

Obrigada!

hsantos@civil.cefetmg.br