Recursos Hídricos, Barragens e Canais

Aula 5

Prof. Eng. Rafael J. Rorato

Universidade do Contestado – Campus Concórdia

Engenharia Civil

Recursos Hídricos

• Água como recurso

– Essencial para vida: humanos, animais, vegetais

– Ciclo hídrico

• Distribuição das chuvas, rios e aquíferos é irregular → geomorfologia, climatologia e antropização

– Recursos são móveis e de caráter aleatório

• Estoque de recurso

– Ser humano aplica técnicas de Engenharia Hidrológica e Engenharia de Recursos Hídricos

Recursos Hídricos

• Usos da água – Geração de energia elétrica

– Abastecimento doméstico

– Abastecimento industrial

– Irrigação de culturas agrícolas

– Navegação

– Psicultura

– Pesca

– Assimilação e afastamento de esgotos

Recursos Hídricos Recursos hídricos

ENGENHARIA HIDROLÓGICA -Caracterização de Bacia Hidrográfica -Aplicações de hidrologia - Fluviometria - Escoamento superficial - Infiltração - Água Subterrânea -Vazões - Vazões de enchentes - Chuvas Intensas - Propagação de cheias - Geodésia e Topografia - Estatística e Modelagem Probabilistica - Batimetria

ENGENHARIA DE RECURSOS HIDRICOS - Reservatórios e barragens - Extravasores e comportas - Chaminés de equilíbrio - Dissipadores de energia -Cheias de projetos de vertedouros -Controle de cheias -Canais artificiais -Irrigação - Navegação fluvial - Controle de erosão e sedimentação - Obras em concreto, solo e rocha - Drenagem (urbana, rodovias, controle de erosão rural)

ENG. SANITÁRIA / SANEAMENTO - Sistemas de captação de água - Sistemas de tratamento e distribuição de água - Sistema de coleta e tratamento de esgotos

Recursos Hídricos

• Intervenção humana no ciclo hidrológico – Quantidade do recurso estocado

– Qualidade do recurso estocado • Erosão hídrica / sedimentação

• Controle de esgotos além da autodepuração do rio

• Ictiofauna (peixes)

• Concentração de NH3 / NH4: amônia

• Demanda bioquímica de oxigênio: decomposição microbiana aeróbia

• Relação entre Qualidade x Quantidade é indissoviável

Diagnóstico de consumo de água - Brasil

• Consumo de água no Brasil

Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas

Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas

Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas

Diagnóstico dos sistemas de distribuição de água em áreas urbanas

Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas

Diagnóstico dos sistemas de distribuição de água em áreas urbanas – Distribuição espacial

Recursos Hídricos

• Consumo dos recursos hídricos relaciona-se – Aumento da população

– Aumento do consumo do população

– Aumento do consumo de energia hidrelétrica

– Ineficiência e desperdício das redes de distribuição de água ou sistemas de irrigação

– Consumo irregular e inconsciente ou desperdício pela população

– Aumento da produção de sistemas industriais que demandam grandes volumes de água e energia

Fonte:

Recursos Hídricos

• Uso Consuntivo: OCORRE perdas no volume captado e o volume que retorna ao curso d’água natural – Abastecimento doméstico, abastecimento industrial,

irrigação, psicultura

• Uso Não-Consuntivo: NÃO OCORRE perdas no

volume captado e o volume que retorna ao curso d’água natural – Geração de energia elétrica, navegação, pesca,

recreação, diluição de esgotos,

Recursos Hídricos

• Condicionantes de utilização dos recursos hídricos

– Controle do regime hidrológico

• Águas superficiais

• Águas subterrâneas

• Controle de cheias

• Controle de estiagens

– Controle de poluição

– Controle de erosão

Engenharia Hidrológica

• Hidrologia:

– Estuda a água na terra: ocorrência, circulação, distribuição, características físico-quimicas, interfaces com fauna e flora

• Engenharia Hidrológica

– Parte da hidrologia relativa ao planejamento, projeto e operação de obras de engenharia de controle e uso da água

Ciclo hidrológico

Engenharia Hidrológica

• Balanço hídrico

– Simplificado

• Considera que o volume captado em uma bacia é totalmente escoada para um ponto mas baixo, sem ocorrer perdas na vazão, devido a um solo / rocha impermeável

– Completo

• Considera que ocorrem perdas no volume captado na bacia por infiltração, evaporação e consumo fitológico das plantas

Engenharia Hidrológica

• Unidades físicas

– Vazão (Q): L/s; m³/s; L/h; L/min; m³/dia

– Volumes (V): L; m³

– Altura de chuva: mm; cm

– Intensidade de chuva: mm/h

– Evaporação: mm, cm

– Declividades: m/km; m/m; cm/m; cm/km

– Velocidades (v): m/s; km/h

Engenharia Hidrológica

• Fatores que influenciam o escoamento superficial

– Climáticos

• Tipo de precipitação

• Intensidade da precipitação

• Duração da chuva

• Distribuição espacial da chuva

• Chuva antecedente

• Umidade do solo antecedente

• Evaporação

• Transpiração

Engenharia Hidrológica

• Fatores que influenciam o escoamento superficial – Fisiográficos

• Área de drenagem • Uso da terra • Cobertura vegetal • Tipo de solo • Forma e drenagem • Relevo • Altitude média • Comprimento do rio principal (talvegue) • Declividade da bacia • Reservatórios naturais ou artificiais

Bacia hidrográfica

Modelos de chuva-vazão não calibrados

• Determinação da vazão Q em uma bacia

– Método Racional: A ≤ 80ha

– Método Racional Modificado: 80ha < A ≤ 200ha

– Método de I-Pai-Wu: 200ha < A ≤ 20.000ha

Média Precisão

Modelos de chuva-vazão não calibrados

• Determinação da vazão Q em uma bacia – Sendo:

• Q: Vazão máxima de escoamento, em m³/s

• C: coeficiente de runoff: razão entre o volume de água escoado superficialmente na bacia e o volume de água precipitado (adimensional). Varia com o tipo de solo e o tipo de cobertura vegetal. Quanto MENOR o volume escoado, menor será a vazão crítica do dispositivo de engenharia a ser dimensionado

• I: intensidade média máxima da chuva, em mm/h

• A: área de contribuição da bacia, em ha

Modelos de chuva-vazão não calibrados

• Determinação da vazão Q em uma bacia

– Sendo:

• L: comprimento axial da bacia

• F: fator de ajuste relacionado a forma da bacia

• K: coeficiente de distribuição espacial da chuva

Outros métodos para determinação do Escoamento Superficial

• Medição do Nível de Água – Mais preciso

– Requer vários postos fluviométricos

• Modelo Chuva-Vazão Calibrado – Boa precisão

– Baseado em hidrógrafa (hidrograma unitário)

• Fórmulas empíricas – Baixa precisão

– Meyer, Gregory, etc

Outros métodos para determinação do Escoamento Superficial

• Réguas linimétricas e Linígrafo

Outros métodos para determinação do Escoamento Superficial

• Hidrograma unitário

Outros definições a serem estudadas

• Tempo de concentração

– Tempo gasto para toda água precipitada na bacia contribua para o escoamento superficial no local de estudo

• Tempo de recorrência

– Período de tempo médio em que uma determinada vazão é igualado ou superado pelo menos uma vez

• Inclinação do talvegue

• Velocidade do rio

Outros ferramentas de auxílio

• Medidas de precipitação

– Pluviômetro: leitura manual

– Pluviógrafo: leitura contínua

• Medidores de umidade

• Medidores de evapotranspiração

• Aplicação de Estatística para calibração de modelos matemáticos de chuva. Regressão linear simples ou múltipla

Elementos de um complexo de barramento d’água

• Reservatório

• Barragem

• Extravasores

• Controladores de vazão

• Dispositivos de saída

Cota área e cota volume

Tipos de Barragens

Esforços sobre Barragens

Dimensionamento cota das Barragens

NA máx: cota máxima operacional da barragem NA min: cota mínima operacional da barragem Volume útil: volume armazenado entre NA máx e NA min Volume morto: volume abaixo de NA min. Serve para sedientação Borda Livre: distância entre o coroamento da barragem e o NA máx

Métodos construtivos Barragens de Gravidade

Métodos construtivos Barragens de Contraforte e de Terra

Extravasores

Extravasor de crista livre Extravasor de canal lateral

Extravasor de canal

Extravasor tubular - tulipa

Controladores de vazão

Pranchões

Stop log

Comportas Comporta Mitra

Dispositivos de saída

Tipos: -Tomada d’água submersa - Torres de tomada d’água - Adufas - Válvula de agulha

- Ponto de entrada de água no conduto forçado que leva água os sistema de turbinas

- Cotem sistema de comportas para drenagem do contudo para manutenção de turbinas

Controle de cheias

Reservatório de retardamento

Canais artificiais: irrigação ou navegação

Canal de irrigação / reversão de fluxo (Canal Aguapey, San Cosme y Danián, PY)

Canal Ligação Tietê – São José dos Dourados (Pereira Barreto, SP)

Canal transposição do Rio São Fracisco

Material Complementar Lista de apostilas disponível em:

http://www.fcth.br/public/material.html

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Design of Small Dams

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Apostilas Prof. Mauro Naghettini UFMG