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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL
Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo e Geografia
Transporte de Sedimentos e Mecânica Fluvial HEroS: Laboratório e Grupo de Pesquisa
Notas de Aula – UNIDADE 5
5. Assoreamento em reservatórios
5.1 Distribuição dos sedimentos em reservatórios. Previsão e
Prevenção de assoreamento em reservatórios.
5.2 Ferramentas computacionais para o cálculo de assoreamento em
reservatórios.
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL
Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo e Geografia
Transporte de Sedimentos e Mecânica Fluvial HEroS: Laboratório e Grupo de Pesquisa
5. Assoreamento em reservatórios
5.1 Distribuição dos sedimentos em reservatórios. Previsão e Prevenção de
assoreamento em reservatórios.
Sedimento Erodido
Enxurrada
Curso d’águaRedução de velocidade
Deposição
Em usinas hidrelétricas – Se
alcançar a soleira da tomada d’água, pode ocasionar obstrução
total
Ocorre em função:
• Geometria do lago
• Topografia
• Sinuosidade do curso d’água
• Operação do Reservatório
• Vazão Afluente
• Granulometria dos Sedimentos
Dinâmica do sedimento no reservatório
Distribuição dos depósitos de sedimentos em toda extensão do reservatório
Partículas grossas:
Depositam-se primeiro, formando o Delta
Partículas finas:
Transportadas mais facilmente para o interior doreservatório, atingindo a tomada d'água
Principal fator: Velocidade da água
Tamanho e forma dos sedimentos transportados;
Tamanho e forma do reservatório;
Método de operação do reservatório;
Relação entre a descarga afluente e
efluente
Tipos de Depósitos em Reservatórios
• Depósito de Remanso
• Delta
• Depósito de Leito
• Depósito de Margem
• Depósito de Várzea ou de Planície de Inundação
Depósito de Remanso
• Maior granulometria, se depositam no fim do remanso, ligeiramente acima do nível
máximo do reservatório
• Agravam problemas devidos às enchentes a montante
Depósito Delta
• Partículas do tamanho das areias ou maiores
• Depositam assim que o escoamento penetra o reservatório
• Extremidade de montante no nível médio de operação do reservatório
• Inclina-se para jusante (inclinação anterior - Ia) e depois para o fundo do reservatório
(inclinação posterior - Ip).
Provocam a elevação de seus níveis
d’água
Dentro do Reservatório
Cursos d’água
afluentes
Depósito de Leito
• Partículas da ordem de 0,001 mm (Silte e Argila)
• Podem impossibilitar a operação das comportas de órgãos de adução ou descarga
• Reduzem o volume morto
Monitoramento de reservatórios
• Postos hidrométricos e levantamentos batimétricos
• Medidas de níveis são realizadas em postos adequadamente posicionados, com
telemetria, e informação permanente a ANEEL e ANA
• Medições da carga sólida e levantamentos batimétricos sistemáticos dos
reservatórios
• Convém que as empresas responsáveis efetuem levantamentos batimétricos
periodicamente e através de um programa a ser estabelecido
Produtos do levantamento batimétrico
• Determinação do volume de água ou capacidade do reservatório nas condições
atuais (da época do levantamento);
• Determinação da nova área do espelho d’água;
• Desenho das novas curvas cota x área e cota x volume;
• Determinação da nova geometria do leito do reservatório;
• Desenho da curva de dejeção de sedimentos;
• Verificação das características físicas dos sedimentos acumulados;
• Quantificação do sedimento assoreado no período, por comparação com
levantamentos anteriores ou do mapa da época de formação do reservatório;
• Determinação da capacidade de retenção de sedimentos pelo reservatório;
• Determinação da descarga sólida média afluente;
• Verificação da porcentagem de sedimento depositado no reservatório, no volume
morto e o volume perdido na área do volume útil.
Valores aceitáveis de produção de sedimento
Informações para estimativa do volume de assoreamento
• Descarga sólida que entra no reservatório;
• Eficiência de retenção do reservatório;
• Distribuição dos depósitos de sedimento sem toda extensão do reservatório;
• Peso específico (γs) dos sedimentos depositados;
• Mecanismos
Previsão de assoreamento em reservatórios
• Tempo de assoreamento até a altura da tomada d’água (vida útil)
• Alturas de depósitos no pé da barragem para X anos.
• Distribuição de sedimentos no reservatório.
• Traçado das curvas cota x área x volume originais no tempo 0 e curvas com o
reservatório no tempo X (assoreado).
Tempo
Equação básica para o cálculo de assoreamento
Aumento da descarga sólida com o tempo
ap
rst EDRS
)1(
Esquema: Reservatório
Eficiência de Retenção
• Relação entre a descarga sólida que se deposita no reservatório e a descarga sólida
total afluente.
• Expressa em %
• Para grandes reservatórios (capacidade superior a 12 mi m³), a eficiência de
retenção pode ser considerada de 100%.
• Para pequenos reservatórios, materiais sólidos mais finos (ex: siltes e argilas) não
têm tempo suficiente para a sedimentação, não sendo, portanto, retidos.
R = taxa anual de variação do deflúvio sólido (aumento ou redução), fração.
Métodos de estimativa da eficiência de retenção
Brune (1953): Médios e grandes reservatórios. afl
res
V
V
Churchill (1948): Pequenos Reservatórios
•Velocidade do escoamento no reservatório;
•Velocidade de sedimentação dos sedimentos e;
•Geometria do reservatório.
Variáveis intervenientes
• Volume do reservatório = capacidade no nível médio de operação.
• Os pequenos reservatórios geralmente operam a fio d'água, sendo o volume do
nível médio a ser utilizado, o volume médio.
Brown, 1943
• Primeiro a estabelecer relação entre a eficiência de retenção com a razão
[=capacidade do reservatório (C)/área de drenagem da bacia contribuinte (W)].
• Apresenta dados com considerável dispersão
• Bacias com igual área de drenagem podem apresentar índices pluviométricos
bastante diferentes.
•
Heinemann, 1981
• Conclui que a curva mediana de Brune superestima a eficiência de retenção em 4
a 10% para esses casos.
• Reservatórios pequenos (área de drenagem inferior a 40 km²), normalmente cheios,
e com descarga de superfície
•
Na qual:
C= capacidade o reservatório;
I = volume afluente da água
IC
ICEr
/02,1012,0
/.6,1190,22
Peso específico do sedimento
• Composição granulométrica
• Processo de formação e localização dentro do reservatório
• Tempo de consolidação
Peso Específico Aparente do Sedimento
• γap : Peso específico aparente do depósito t/m3
• γi : Peso específico aparente inicial t/m3
• WC , Wm e Ws : pesos específicos aparentes iniciais de argila, silte e areia tabelados
segundo tipo de reservatório (tabelas 11.2 e 11.3);
• pc , pm e ps : frações de quantidade de argila, silte e areia contidas no sedimento
afluente;
• K : constante que depende da granulometria do sedimento;
• γ t : peso específico médio em T anos, t/m3
• T : tempo de compactação do sedimento, anos
ssmmccap pWpWpW ...
1
1.4343,0 LnT
T
TKiT
ssmmcc pKpKpKK ...
Modelo para avaliação de assoreamento de reservatórios
Método de Borland & Miller
Relação entre a forma do reservatório e a % de sedimentos depositados em diversas
alturas do lago.
Valor de “m”, classificando o tipo de reservatório no método de Borland & Miller [Strand, 1974]
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
As curvas servirão para o cálculo da altura de depósito no pé da barragem.
Curvas para determinar a profundidade de depósito no pé da barragem.
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
0,01
0,1
1
10
100
1000
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Profundidade Relativa
Pro
fun
did
ad
e h
' p
I
II
IIIIV
Curvas de profundidade relativa versus área relativa - para avaliação da distribuição de
sedimentos ao longo do reservatório nas diversas altitudes.
Levantamento de dados em canais e reservatórios
Área de drenagem em Itaipu 820.000 km2
Área do reservatório 1.350 km2
Área de drenagem em Guaíra 802.150 km2
Extensão do reservatório 170 km
Vazão média 9.945,5 m3/s
Descarga sólida total 72.644,34 t/dia (26515184)
Granulometria média (susp.+leito)
Argila 32,6 %
Silte 41,8 %
Areia 25,6 %
Queda normal 118,4 m
Largura média 7 km
Nível d'água máximo normal 220 m
Volume no NA máximo normal 29.000 x 106 m
3
Cota superior do volume morto 197 m
Volume morto 10 x 109 m
3
Cota da soleira da tomada d'água 176 m
Volume até a soleira da tomada d'água 4.700 x 106 m
3
Cota da soleira do vertedouro 200 m
Volume até a soleira do vertedouro 11.500 x 106 m3
Ano de início de operação 1982
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00Profundidade relativa (P)
Áre
a r
ela
tiva (
a)
IV
IIII
II
Cota (m) Área (km2) Volume (hm3)
50 0 0
60 4,8 22
70 9,8 95
80 14,6 217
90 19,4 387
100 24,2 605
110 29 871
120 33,8 1185
130 38,6 1547
140 47 1966
150 62 2509
160 78 3209
170 95 4076
180 141 5200
190 306 7309
200 532 11490
210 845 18254
220 1343 29000
Exemplo ITAIPU
Série histórica de vazão líquida e descarga sólida (total ou suspensão)
• Traça-se a curva chave de sedimentos em papel bilogarítmico interpolando uma ou
mais retas entre os pontos Qst=a*Qn
Curva-chave de sedimentos – Rio Paraná, em Guaíba (ITAIPU Binacional)
• A transferência dos valores de descarga líquida e sólida de Guaíra para ITAIPU é
feita por uma simples relação de áreas de drenagem:
• O valor médio anual de deflúvio sólido em ITAIPU é de:
• O valor médio anual de descarga líquida e do deflúvio líquido afluente em ITAIPU é
de:
• Eficiência de retenção de sedimentos:
• Curva de Brune:
Er = 0,86 = 86%
• Peso específico aparente inicial:
1
1.4343,0 LnT
T
TKiT
Calculando o peso específico aparente para 24 e 50 anos:
• Cálculo do volume de sedimento assoreado:
Volume depositado anualmente, considerando γi = 1,002 t/m3:
Tempo para assoreamento do reservatório:
• Aplicação do Método de Borland & Miller:
Classificando o tipo de reservatório:
Para o ramo inferior foi obtido m=2 (tipo III – res. Montanhoso);
Para o ramo superior m=5,7>4,5 (tipo I - res. de áreas planas);
Foi escolhido res. do tipo II – topografia regional mais parecida com zonas de inundação
e colinas.
• Cálculo dos volumes de assoreamento
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
• Avaliação da altura no pé da barragem
A nova altura no pé da barragem em 50 anos será: 50 + 4,93 = 54,93 m
A soleira da tomada d’água está acima dessa altitude (cota=176m)
• Avaliação da distribuição de sedimento para 50 anos
• Traçado das novas curvas cota x área x volume
Softwares utilizados no Exemplo ITAIPU:
Tempo para o assoreamento alcançar a
tomada d’água
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Faculdade de Engenharias, Arquitetura e Urbanismo e Geografia
Transporte de Sedimentos e Mecânica Fluvial HEroS: Laboratório e Grupo de Pesquisa
5. Assoreamento em reservatórios
5.2 Ferramentas computacionais para o cálculo de assoreamento em reservatórios.
SURFER
Abri a planilha do Excel: Batimetria_Lago_Amor-
2008_2017.xls
Vão aparecer as abas existentes na planilha. Escolher uma de cada vez.
Salvar planilha: borda_data.bln
1
2
3
4
5
Formato: lago_2016.grd
1
2
3
Não precisa salvar!!!
1
2
5
4
3
1
2
3
4
No Excel
x
y
Período em meses/12
Em 21 anos o volume do lago
será zero e a área será zero em ~34
anos.
m³ m²
x
Y = 0
2008 + Período em anos
Visualização em 3D do Lago do Amor – 2017 (ArcGIS)
Google Earth Pro 09/2016 e 04/2002
Resumo Surfer
• Abrir nova planilha
• Inserir dados de batimetria > import
• Ajustar tabelas
• Transformar Z (-1) (C = - C)
• Criar nova planilha
• Copiar dados da borda na 2ª linha
• Inserir nº de dados da 1ª linha e salvar a aba (borda)
• Abrir o plot > grid > data
• Gerar grid com a planilha dos dados > krigagem > definir arq. saída
• Inserir no mapa (3D surface)
• Cortar com a borda > grid > blank > definir arq. saída
• Calcular volume e área
• Excel
SEDIMENT
1
2
Atenção com
unidade!
DEPOSIT
Salvar > Criar arquivo com resultados > nome.res
Abrir arquivo gerado no Sediment: nome.res
ATENÇÃO AO SISTEMA DE PONTUAÇÃO DO SEU COMPUTADOR
(pois, decimal pode ser representado por (.) ponto ou (,) vírgula
Vida útil do reservatório
• Ver no gráfico a cota da soleira na tomada d’água: 100m
• Ver no gráfico o tempo para chegar nessa cota: ~54 anos
• Vida útil = início de operação do reservatório + tempo de depósito
• 1990+54 = 2044
