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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


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 ...



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)



depósito com formação de delta

depósito com formação de

camada uniforme

depósito com formação em

cunha

TIPOS DE DEPÓSITOS EM RESERVATÓRIOS



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

ató

rio

/ S

afl

uen

te

I & D

I1

I2



- 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



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



- 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.



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



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



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



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)





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



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



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



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



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



ESTUDO SINÉRGICO PARA A VERIFICAÇÃO DA PROTEÇÃO DE BARRAGEM A JUSANTE DE OUTRA CONSTRUÍDA NO MESMO CURSO D’ÁGUA

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