COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS
XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS
SALVADOR, 12 A 15 DE OUTUBRO DE 2003
T94 - A05
ESTUDOS DO ASSOREAMENTO DE GRANDES RESERVATÓRIOS
– O CASO DE TUCURUÍ –
Newton de Oliveira Carvalho
CONSULTOR EM RECURSOS HÍDRICOS E SEDIMENTOLOGIA
Antônio Raimundo Santos Ribeiro Coimbra
Bruno Leonel Payolla
CENTRAIS ELÉTRICAS DO NORTE DO BRASIL-ELETRONORTE
Tarcísio Luiz Coelho de Castro
Anderson Braga Mendes
ENGEVIX ENGENHARIA S/A
RESUMO
Estudos de assoreamento de reservatórios devem considerar impactos físicos
e biológicos. Neste trabalho são apresentados aspectos físicos referentes ao
assoreamento do reservatório de Tucuruí, no baixo Tocantins, considerando o
aumento do transporte de sedimento no rio em relação ao tempo. Foi utilizado
o método empírico de redução de área, desenvolvido por Borland & Miller, para
avaliação do assoreamento, distribuição dos sedimentos no reservatório,
cálculos de depósitos no pé da barragem e da vida útil. Considerando que
estão planejados diversos aproveitamentos a montante de Tucuruí, concluiu-se
que não haverá problema a curto e médio prazo para os depósitos alcançarem
a tomada d’água. Foi sugerida a realização de levantamentos batimétricos
periódicos e outros estudos sedimentológicos devido à erosão que pode
aumentar na bacia em valores maiores que os atuais.
ABSTRACT
Sand obstruction studies of reservoirs should consider physical and biological
impacts. This paper presents physical aspects related to the sand obstruction of
Tucuruí’s reservoir, in the Lower Tocantins, considering the increase of the
river’s sediment transportation in relation to time. An empirical area reduction
1
method developed by Borland & Miller was used to estimate the sand
obstruction, the sediment distribution along the reservoir, the calculation of
deposits in the dam’s base and useful lifetime. Considering that various dams
are planned before Tucuruí, it was realized that there will be no problems for the
deposits to reach the pressure conducts at short and medium range. The
execution of batimetric avaliations and sediment-related studies was suggested
because of the erosion that can reach higher than actual values in the bay
1- INTRODUÇÃO
A construção de barragem e formação do reservatório ocasiona mudanças
significativas no curso d’água tanto a montante quanto a jusante da obra. Em
relação ao aspecto sedimentológico pode-se dizer que no reservatório ocorrem
diferentes processos de depósitos de sedimento e erosão de margens,
enquanto que no trecho a jusante ocorre processos erosivos nas margens e
leito bem como depósitos e mudanças morfológicas.
Como os rios transportam mais água que sedimento, então é evidente que dura
muito mais tempo para o reservatório se encher de sedimento do que de água,
sendo uma tendência ser ignorado o fato de que o lago deverá ficar totalmente
assoreado. A diferença mais importante é que a água pode ser facilmente
retirada do reservatório, enquanto que o sedimento é de difícil remoção. À
medida que o tempo passa os impactos do assoreamento se tornam mais
severos e mais fáceis de serem constatados, porém de difícil solução
(Morris/Fan, 1997 – Referência 5).
Em qualquer dimensão de reservatório tem-se sempre a perda gradual de
capacidade; redução do potencial de geração de energia ou de outra finalidade
para o empreendimento; efeitos danosos na área de remanso; mudanças na
qualidade d’água; e efeitos ecológicos diversos.
Então, os estudos sedimentológicos devem estar sempre presentes tanto na
fase de planejamento (inventário, viabilidade e projeto) quanto na fase de
operação. Descuidar-se do problema é correr um risco desnecessário. Os
estudos serão muito úteis para decisões de redução dos efeitos pelo controle
de sedimento preventivo ou corretivo.
A avaliação do assoreamento do reservatório exige a medição da carga sólida
afluente ao local da barragem e sua variação com o tempo, devendo-se
calcular o tempo de assoreamento total e de volumes parciais do reservatório;
o tempo de assoreamento até a altura da tomada d’água (vida útil); alturas de
depósitos no pé da barragem para diversos tempos (50 e 100 anos,
principalmente); a distribuição de sedimentos no reservatório para esses
mesmos tempos com traçado das curvas cota x área x volume, obtendo
porcentagem do assoreamento do reservatório e redução de sua capacidade;
etc.
No que diz respeito a pequenos reservatórios, alguns dos cálculos tornam-se
desnecessários, principalmente quando evidencia-se que o lago pode ser
2
assoreado em curto espaço de tempo – às vezes durante uma enchente.
Procura-se, então, ver quais as soluções de controle de sedimento para
minimizar os efeitos.
Para um grande reservatório, os estudos têm de ser bem abrangentes porque
os impactos locais e regionais são mais extensos.
O presente artigo abordará parte do trabalho realizado pelo Consórcio
ENGEVIX-THEMAG em 2001, referentes aos estudos hidrossedimentológicos
e batimétricos no reservatório da UHE Tucuruí - Relatório Final, para a
ELETRONORTE. Foi escolhido tal reservatório por este ser dotado de um
grande lago – um dos maiores do país.
2- TRABALHOS PRELIMINARES
Para os estudos será necessário manter uma rede de postos hidrométricos
com operação regular de níveis d’água, vazão, descarga sólida total e
granulometria do sedimento em suspensão e do leito. Essa granulometria é
utilizada no cálculo da descarga sólida total e na avaliação do peso específico
aparente dos depósitos. A rede sedimentométrica da fase de estudos pode ser
diferente daquela da fase de operação, ou pelo menos alguns dos postos (ver
Carvalho e outros, 2000). O número de anos de operação deve permitir,
inclusive, que se possa verificar a taxa de aumento de transporte sólido ao
longo dos anos, observada através de um período de operação mínimo de 5
anos. Caso não se disponha desse período, procura-se obter dados de outros
postos da bacia.
Uma vez dispondo-se das medições de descarga sólida total, prepara-se a
curva de transporte de sedimento que correlaciona descarga sólida com vazão,
obtém-se a equação correspondente e aplica-se na série de vazões do local da
barragem a fim de obter a série de descarga sólida e o seu valor médio total
anual.
As equações básicas para avaliação do assoreamento são:
S=
Dst × E r 365 × Qst × E r
=
γ ap
γ ap
(1)
T =
Vres
S
(2)
sendo:
S - volume de sedimento retido no reservatório, em m3/ano;
Dst – deflúvio sólido total médio anual afluente ao reservatório, em t/ano;
Er – eficiência de retenção do sedimento afluente ao lago (adimensional);
3
γap – peso específico aparente médio dos depósitos, em t/m3;
Qst – descarga sólida total média afluente ao reservatório, em t/dia;
T – tempo de assoreamento total do reservatório ou de certo volume, em anos;
Vres – volume do reservatório (total, volume morto ou qualquer), em m3.
Os valores de Qst , Dst , Er e γap são variáveis com o tempo. A descarga sólida
varia com o aumento da erosão na bacia e o conseqüente aumento do
transporte de sedimento no curso d’água. A eficiência de retenção do
reservatório diminui à medida que aumentam os depósitos, enquanto que o
peso específico aparente médio se altera com a compactação ao longo do
tempo. Com o aumento dos depósitos, a capacidade Vres vai diminuindo.
Para obtenção da eficiência de retenção Er utiliza-se a curva de Brune para
grandes reservatórios e a curva de Churchill para pequenos (ver Strand, 1974 –
Referência 6 e Carvalho e outros, 2000 – Referência 1).
O peso específico aparente é calculado pelo método de Lara e Pemberton (ver
ICOLD, 1989 – Referência 4 e Carvalho, 1994 – Referência 2).
Para avaliação da distribuição do sedimento no reservatório, como cálculo de
previsão, existem vários modelos, como o HEC-6, MOBED e outros. Para
Tucuruí foi elaborado um modelo matemático em Excel seguindo as diretrizes
do método empírico de redução de área – por Borland & Miller, segundo
apresentado por Strand (Referência 6), Carvalho(Referência 2) e outros.
3- AVALIAÇÃO DO ASSOREAMENTO DE TUCURUÍ
O reservatório de Tucuruí está situado no baixo curso do rio Tocantins, após a
confluência com o rio Araguaia, apresentando área de drenagem equivalente a
758.000km2 que, comparada com a área total da bacia de 767.000km2,
representa 98,8% desta. Sendo assim, a barragem estaria sujeita a reter
praticamente toda a carga sólida do rio, não fosse a existência dos
aproveitamentos a montante. Nos primeiros anos de operação, desde
setembro/1984, início do enchimento, não existiam reservatórios com volume
de retenção significativo, sendo a primeira barragem construída a de Serra da
Mesa, com início de enchimento em 1996, e depois a de Lajeado, em 2001.
Outros aproveitamentos a montante estão previstos, tendo sido considerada
nos estudos a retenção sólida final no lago de Serra Quebrada e no de Santa
Isabel (rio Araguaia), além dos citados anteriormente. Reservatórios
intermediários como o de Cana Brava, Peixe, Estreito e outros não foram
considerados devido a sua localização.
3.1 - CAMPANHAS HIDROSSEDIMENTOMÉTRICAS E OUTROS DADOS
Especificamente para os estudos de assoreamento de Tucuruí podem-se citar
as medições de descarga sólida total do posto no rio Tocantins em Itupiranga
durante o período de 1979 a 1982 para os estudos de viabilidade; e o posto no
4
Tocantins em Marabá e o do rio Itacaiúnas em Fazenda Alegria entre 2000 e
2001 para os presentes estudos. Foram realizadas medições seguidas de
cálculos pelo método modificado de Einstein, tendo sido determinada a
granulometria do material em suspensão e do leito, como exige o procedimento
de cálculo.
3.2 - CURVAS-CHAVE DE VAZÃO E CURVAS DE SEDIMENTOS
Foram utilizados os dados de 1979 a 1982 para avaliação do assoreamento até
o enchimento do reservatório e os dados de 2000 a 2001 para o período após o
enchimento. As curvas-chave de vazão e curvas de transporte de sedimentos
para os dois postos mais próximos do lago estão apresentadas nas Figuras 1 a
4. Pode-se notar nas curvas-chave de vazões que foram utilizadas as curvas
antes preparadas pela ELETRONORTE com ramos mostrando o efeito do
remanso, sendo que os pontos indicados correspondem às medições mais
recentes. Vê-se que o efeito do remanso continua a se acentuar devido o
assoreamento no delta, exigindo mudanças dos postos para montante.
18,0
18
17,0
17
16,0
16
15,0
15
14,0
14
13
13,0
Curva-chave com N.A. de
72,00 m no reservatório da
UHE Tucuruí
12
12,0
Cota (m)
Cota (m)
11
10
9
8
11,0
10,0
9,0
7
Curva-chave com influência do remanso (ELETRONORTE)
8,0
6
Curva-chave sem influência do remanso (ELETRONORTE)
Medições de campo (campanha 2000/2001)
7,0
5
6,0
Equações para a curva sem influência do remanso:
Q= 480 (Cota+1,1)1,6129, para cota < 4,20 m;
Q= 620,65 (Cota+0,93)1,4880, para 4,20 m <= cota < 5,80 m;
Q= 6,11 (Cota+7,9)2,8493, para cota >= 5,80 m
4
3
2
5,0
4,0
3,0
1
2,0
0
0
0
10000
20000
30000
40000
Descarga líquida (m³/s)
50000
60000
500
1000
1500
2000
Descarga líquida (m³/s)
70000
FIGURA 1– Curva-chave do Rio
Tocantins em Marabá – medições de
abril/2000 a fevereiro/2001 plotadas na
curva da ELETRONORTE
2500
3000
3500
FIGURA 2 – Curva-chave do Rio
Itacaiúnas em Fazenda Alegria –
medições de abril/2000 a fevereiro/2001
plotadas na curva da ELETRONORTE
1000000
10000
100000
1000
Descarga sólida (t/d)
Descarga sólida (t/d)
Curva-chave sem influência do remanso (ELETRONORTE)
Medições de campo (campanha 2000/2001)
Curva-chave para N.A.= 7,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 8,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 9,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 10,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 11,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 12,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 13,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 14,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 15,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 16,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 17,0 m em Marabá
Curva-chave para N.A.= 18,0 m em Marabá
100
10000
0,7791
Qs= 17,213.Q
,
para Q < 12.186 m³/s
1,3386
Qs = 0,2383.Q
,
para 89 m³/s <= Q <= 1.937 m³/s
1,9132
Qs = 0,0004.Q
,
para Q >= 12.186 m³/s
1000
1000
10
10000
Descarga líquida (m³/s)
100000
FIGURA 3 – Curva de transporte
sedimentos totais do Rio Tocantins em
Marabá – medições de abril/2000 a
fevereiro/2001
5
10
100
1000
10000
Descarga líquida (m³/s)
FIGURA 4– Curva de transporte de
sedimentos totais do Rio Itacaiúnas em
Fazenda Alegria – medições de
abril/2000 a fevereiro/2001
Os valores de descarga sólida total média foram obtidos a partir das equações
e sua aplicação nas séries de vazões dos dois postos. Em seguida, foram
transformados em descarga sólida específica (t km-2 ano-1), somados
proporcionalmente e transferidos para o local da barragem, obtendo-se, assim,
a descarga sólida total média.
3.3 - AUMENTO DO TRANSPORTE DE SEDIMENTO
A descarga sólida de um rio é muito variável, sendo dependente de vários
fatores. As medidas instantâneas mostram que os valores podem variar de 1 a
100, ou mais vezes em relação a uma mesma descarga líquida. A longo prazo
tem-se constatado que a produção de sedimento (ou descarga sólida
específica) num curso d’água vai aumentando com o tempo em função do
aumento da erosão na bacia que, por sua vez, é função da intensificação do
uso do solo, principalmente.
Na bacia do Tocantins-Araguaia, com a criação do estado do Tocantins a
população aumentou em taxas de 3,5 a 8% ao ano de acordo com a região
considerada. Esse fato provocou o aumento do uso do solo (agricultura,
desmatamentos, queimadas, estradas, construções diversas etc.) acarretando
o aumento da erosão e do transporte de sedimento nos cursos d’água.
Certamente isto tem provocado o assoreamento mais rápido de rios e
reservatórios existentes na bacia, acarretando problemas como os de maiores
enchentes e outros.
Foi verificado também que a precipitação e a vazão nos principais rios
aumentaram com o tempo, o que pode ser devido à variabilidade climática. Foi
constatada em cinco de sete postos pluviométricos antigos uma tendência de
aumento, o que pode ser observado na Figura 5 para o posto de Carolina,
operado desde 1905. Também foi verificado que a vazão no local da barragem
de Tucuruí aumentou em valores médios de longo prazo, período de
1931/2000, em cerca de 250m3/s, ou 3,62m3/s (=0,32%) ao ano, como na
Figura 6 exibido.
2600
20.000
2400
19.000
18.000
17.000
16.000
2000
15.000
14.000
1800
Q (m³/s)
Pluviosidade (mm/ano)
2200
1600
13.000
12.000
11.000
1400
10.000
9.000
1200
8.000
7.000
1000
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Tempo (anos)
FIGURA 5 – Precipitações em Carolina,
MA, e a tendência de aumento de 1929
a 1995 (dados do INMET obtidos pela
ELETRONORTE)
6
6.000
5.000
1931 1936 1941 1946 1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996
Tempo (anos)
FIGURA 6 – Rio Tocantins
na barragem
de Tucuruí – fluviograma de vazões
médias anuais e a tendência de
aumento – 1931 a 2000
O estudo do aumento do transporte de sedimento nos cursos d’água foi
realizado com dados de três postos da ANA/CPRM que têm grande período de
observações, cerca de 20 anos cada. Os dados foram agrupados em períodos
de cerca de 5 anos e foram traçadas as respectivas curvas de transporte de
sedimento de cada período, tendo-se obtido os valores de descarga sólida
média anual com aplicação das equações correspondentes nos respectivos
períodos das séries de vazões de cada posto. A partir das vazões e de
descargas sólidas médias anuais foram preparadas as curvas de massas,
conforme ilustrado nas Figuras 7 e 8 a seguir.
1000000
900000
800000
1996
Qs acum. (t/d)
Qs acum. (t/d)
700000
600000
500000
400000
300000
1986
200000
1978
100000
0
0
50000
100000
150000
200000
250000
20000
19000
18000
17000
16000
15000
14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
1991
1989
1987
1982
1977
0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Q acum. (m³/s)
Q acum. (m³/s)
FIGURA 7 – Rio Tocantins em Marabá FIGURA 8– Rio Araguaia em Cachoeira
– curva de massa para 1978/1999 Grande – curva de massa para
(dados da ANA/CPRM)
1977/1991 (dados da ANA/CPRM)
As taxas de aumento do transporte de sedimento foram obtidas pela utilização
dos coeficientes das retas. A inclinação da primeira reta da curva de massa
fornece um coeficiente r1, enquanto que a segunda reta resulta no coeficiente
r2. O valor Ec representa o aumento/redução do fenômeno no período de n
anos, enquanto que R é a taxa anual, segundo as equações abaixo.
Ec =
r2 − r1
r1
(3)
(1 + R ) n = 1 + E c
(4)
Os resultados dos estudos realizados para os três postos estão exibidos na
Tabela 1 a seguir.
7
TABELA 1 – Taxas de aumento do transporte de sedimentos em postos dos rios Araguaia e Tocantins (dados da
ANA/CPRM)
Código
Posto
2410 0000
2905 0000
2910 0000
Período
1977 - 1986
Rio
Araguaia
em 1982 - 1989
Cachoeira Grande
1987 - 1991
1977 - 1991
Rio
Tocantins
em 1978/1995
Marabá
1996/1999
Rio
Itacaiúnas
em 1979/1994
Fazenda Alegria
1979/1999
Taxa
R
aumento
produção
sedimentos
ano (%)
2,14
6,77
-10,95
1,04
3,44
2,85
2,59
0,00
de
Área
da
de
de
drenagem
ao
(km2)
4.504
690.920
37.600
Pelo exame da Figura 7, rio Tocantins em Marabá, pode ser notado que a taxa
de aumento da carga sólida diminuiu após 1996, ano de formação do
reservatório de Serra da Mesa, que passou a reter os sedimentos afluentes até
a posição da barragem. Esse resultado mostra uma redução no transporte de
sedimento para jusante da barragem de Serra da Mesa, não significando que a
erosão na bacia tenha diminuído. No posto do rio Itacaiúnas foi verificado que a
erosão se estabilizou em valores ainda baixos, lembrando-se que a região em
questão está sujeita aos efeitos de mineração em Carajás.
A Figura 8, rio Araguaia em Cachoeira Grande, indica uma redução da carga
sólida após 1989, o que se deve ao fato da redução de áreas agrícolas na
região a montante devido, provavelmente, à perda de fertilidade dos solos. A
partir disso observa-se uma redução da erosão na área de contribuição do
posto.
Em decorrência dos resultados do estudo de aumento da taxa de transporte de
sedimento, para o cálculo do aumento médio da descarga sólida contribuinte
ao reservatório de Tucuruí foi utilizada a média nos períodos, ponderando-se
as taxas R com as áreas de drenagem dos postos de Marabá e de Fazenda
Alegria, como segue. De 1995 a 1999 foi considerado um valor de taxa
retroativo.
RTuc (1) =
3,44 × 690.920 + 2,59 × 37.600
= 3,40
690.920 + 37.600
(período de 1984 a 1995)
RTuc ( 2 ) =
2,85 × 690.920 + 0,00 × 37.600
= 2,70
690.920 + 37.600
(período de 2000 em diante)
Certamente, estes valores devem variar com o tempo e com a entrada de
novos reservatórios, conforme o aumento ou redução da erosão na bacia.
Apresentam-se então os cálculos com valores conservadores e dependentes
de futuros estudos.
8
3.4 - DESCARGA SÓLIDA TOTAL EM TUCURUÍ
A descarga sólida total representativa para a época do fechamento das
comportas de Tucuruí em 1984 até a formação do reservatório de Serra da
Mesa, no início de 1996, foi calculada como 35.125.912 t/ano (válida entre
1985 e 1995) e, a partir de 1996 igual a 17.490.000 t/ano. Estes valores foram
transformados em produção de sedimentos ou descarga sólida específica pela
divisão com a área de drenagem em Tucuruí para obtenção de curva
representativa para o Tocantins, conforme mostra a Figura 9. A linha superior
representa valores normais de produção de sedimentos para os EUA, segundo
um estudo de Khosla e obtida de acordo com a declividade que ocorre nesse
tipo de estudo (ver Strand, 1974 e Carvalho, 1994), considerando
levantamentos realizados em todo o país. Tendo-se os valores para o local da
barragem, foram traçadas paralelas à linha de Khosla.
1000
Produção de Sedimentos (t/ano.km²)
Valores normais de produção de sedimentos
y = 4.225x
100
-0,271
1984
2001
10
1
10000
y = 1871,58x
(1984)
-0,271
y = 905,73x
(2001)
-0,271
100000
1000000
Área de drenagem (km²)
FIGURA 9– Valores de produção de sedimentos versus área de drenagem
para o Rio Tocantins
3.5 - CÁLCULO DOS VOLUMES DEPOSITADOS
Para o cálculo dos volumes de sedimento depositados foi utilizada a equação
(1), na qual as grandezas são variáveis.
No caso da eficiência de retenção Er foi utilizada a curva de Brune, tendo os
valores permanecidos iguais a 0,908 entre 1985 e 2085 – quando os depósitos
atingirem os 100 anos de operação da usina.
9
Em relação ao peso específico aparente γap , com a utilização do método de
Lara e Pemberton, os valores variaram de 0,965 a 1,201, para 100 anos de
depósitos.
Para os cálculos dos volumes de sedimento depositados foi utilizado o
procedimento indicado na Tabela 2 a seguir.
TABELA 2 – Metodologia de cálculo dos depósitos de sedimento no
reservatório de Tucuruí
Desc.sol.
Vol.de Sed. Vol.de Sed.
total aflu. * depositado
acumulado
Tempo
(106 t ano-1) (106 m3)
(106 m3)
Ano
decorrido
(acumulado
(anos)
Curva
de Mét. Lara e (x1,034) **
a partir do
Equação (1)
Brune
Pemberton (x1,027) ***
final de cada
ano)
1984
0
0,90
0,964
35,125912
32,793901
1985
1
0,90
0,964
36,320193
33,908894
32,793901
1986
2
0,90
0,995
37,555079
33,969418
66,702795
1987
3
0,90
1,014
38,831952
34,466230
100,672213
1988
4
0,90
1,028
40,152239
35,152738
135,138443
1989
5
0,90
1,037
41,417415
35,945683
170,291181
1990
6
0,90
1,046
42,919007
36,926340
206,236864
1991
7
0,90
1,056
44,388593
37,831187
243,163204
1992
8
0,90
1,063
45,897805
38,859854
280,994391
1993
9
0,90
1,069
47,458331
39,955564
319,854245
1994
10
0,90
1,075
49,071914
41,083463
359,809809
1995
11
0,90
1,080
50,740359
42,283633
400,893272
1996
12
0,90
1,084
52,465531
43,559943
443,176905
1997
13
0,90
1,089
16,073310
13,283727
486,736848
1998
14
0,90
1,093
16,545540
13,623958
500,020575
1999
15
0,90
1,096
17,017770
13,974446
513,644533
2000
16
0,90
1,100
17,490000
14,310000
527,618979
2001
17
0,90
1,103
17,962230
14,656398
541,928979
2002
18
0,90
1,106
18,447210
15,011292
556,585377
continua ......
.....
....
....
....
....
* Valor de 35.125.912 t/ano de 1984 a 1995 e 17.490.000 t/ano a partir de 1996, lembrando
que tem-se de aplicar a taxa de aumento de transporte de sedimento igual a 2,70 retroativa
desde 2000 até 1996 e positiva de 2001 para adiante;
** Taxa de aumento de transporte de sedimento a considerar a partir de 1985;
*** Taxa de aumento de transporte de sedimento a partir de 1996, retroativa desde 2000, como
compensação, e positiva a partir de 2001;
Er
(admens.)
γap
(t m-3)
4- MODELO MATEMÁTICO DE AVALIAÇÃO
Os modelos de avaliação do assoreamento permitem obter a distribuição de
sedimentos ao longo do reservatório e alturas de depósito no pé da barragem,
tendo sido preparados segundo o “método empírico de redução de área”
desenvolvido por Borland & Miller a partir de levantamentos realizados em
diversos reservatórios dos EUA (ver Strand, 1974 – Referência 6 e Carvalho,
1994 – Referência 2).
Os dados básicos para avaliação do assoreamento são os níveis e volumes
característicos do reservatório; a curva cota x área x volume; valores de
10
descarga sólida média; peso específico aparente médio dos depósitos;
eficiência de retenção de sedimentos, conforme mostrado nas equações (1)
(2). No presente estudo para a UHE Tucuruí foram também considerados
aumento do transporte de sedimentos e os dados acima indicados. A Tabela
– (1) mostra dados de entrada do modelo.
e
e
o
3
TABELA 3 – Dados de entrada do modelo para avaliação do assoreamento
de Tucuruí
Dados
Valores
Tipo de operação do reservatório
Volume do reservatório no NA máximo
normal
Volume assoreado quando t = 0 anos
Descarga líquida média anual
Descarga sólida anual
% de argila no sedimento afluente
% de silte no sedimento afluente
% de areia no sedimento afluente
Taxa de aumento da descarga sólida
1 (sedimento sempre ou quase sempre submerso)
50.289 hm3 para NA = 72m
56.063 hm3 para NA = 74m
0 hm3 (no enchimento do reservatório)
Qmlt = 11.060 m 3/s
Variável conforme a hipótese de estudo
47,75%
10,65%
41,60%
3,40% de 1984 a 1995 e 2,70% de 1996 em diante
Na avaliação do assoreamento foram consideradas as seguintes hipóteses:
1) a inexistência de aproveitamentos a montante da UHE Tucuruí;
2) a existência da UHE Serra da Mesa, a partir de 1996;
3) a existência de Serra da Mesa e Lajeado, este último a partir de 2002;
4) a existência de Serra da Mesa e Lajeado, agora existentes, e também a de
Serra Quebrada e Santa Isabel, planejadas a partir de 2011 (é possível que
Estreito seja construído antes de Serra Quebrada mas, pela proximidade,
não alteraria significativamente os cálculos).
A Figura 10 mostra as curvas cota x área x volume obtidas na saída do
processamento com o modelo para a hipótese 4.
11
VOLUME (hm³)
60000
80
50000
40000
30000
20000
10000
0
V10
70
A10
60
ALTURA DA BARRAGEM (m)
50
V0
A0
40
30
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
V0
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
V8
V9
V10
20
10
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
ÁREA (km²)
FIGURA 10 – Curvas cota x área x volume do reservatório de Tucuruí para
vários passos de tempo de operação (hipótese IV) – Linhas inferiores
correspondem às curvas da ocasião do enchimento, sendo as demais
consideradas para 2165, 2175, 2185, 2210, 2230, 2240, 2250, 2260, 2270 e
2280
12
4.1 - COMPARAÇÃO
ASSOREAMENTO
DE
HIPÓTESES
NA
AVALIAÇÃO
DO
O cálculo de depósito de sedimento no pé da barragem proporcionado pelo uso
do modelo permitiu o traçado do gráfico mostrando a altura de sedimento no pé
da barragem ao longo do tempo, conforme Figura 11. Este foi traçado
considerando as quatro hipóteses acima mencionadas. Plotando-se o valor de
27m como sendo a altura da soleira das tomadas d’água tem-se o tempo de
vida útil de Tucuruí. Pode-se observar que, no caso dos aproveitamentos
atualmente existentes, a vida útil aumentou de 78 para 149 anos; e que na
consideração de serem construídas as barragens de Serra Quebrada (ou
Estreito) e Santa Isabel a vida útil será de 227 anos, caso as condições de
transporte de sedimento se mantiverem com a taxa de aumento igual a 2,70%
ao ano.
Altura de sedimento no pé da barragem (m)
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
50
100
150
200
250
300
Tempo (anos)
Hipótese I
Hipótese II
Hipótese III
Hipótese IV
FIGURA 11 – Alturas de depósitos no pé da barragem segundo as hipóteses
antes indicadas, sendo a linha horizontal a altura da soleira da tomada d’água
5- CONCLUSÕES
Pode-se verificar que na hipótese mais desfavorável, sem barragens a
montante, a soleira da tomada d’água poderia ser alcançada pelos sedimentos
em 78 anos. Considerando a existência dos reservatórios de Serra da Mesa e
Lajeado, e também a construção de Santa Isabel e Serra Quebrada até 2011,
os depósitos alcançarão aquela soleira somente dentro de 227 anos.
Sendo a avaliação do assoreamento baseada em muitas hipóteses
considerando um futuro incerto de problemas de erosão e outros – além de uso
de um método de cálculo empírico, não sendo considerado completamente
13
correto para o nosso país ou condições diversas – é necessário que os estudos
sedimentológicos sejam repetidos no futuro a cada 10 anos aproximadamente.
Esses estudos incluem medições da descarga sólida, reavaliação do
assoreamento, levantamentos topo-batimétricos, verificação de erosão de
margens e estudos no estirão de jusante da barragem, além de outros
pertinentes.
Considerando que o assoreamento e os problemas de erosão decorrentes da
formação do reservatório trazem danos físicos e biológicos à continuidade de
estudos, sua avaliação é de vital importância.
6- REFERÊNCIAS
1. CARVALHO, Newton de Oliveira, FILIZOLA Jr., Naziano Pantoja, SANTOS,
Paulo Marcos Coutinho, LIMA, Jorge Enoch Furquim Werneck. Guia de
avaliação de assoreamento de reservatórios. Brasília, DF: ANEEL 2000. 140
págs.
2. CARVALHO, Newton de Oliveira. Hidrossedimentologia Prática. Rio de
Janeiro, RJ: CPRM e ELETROBRÁS 1994. 400 págs.
3. ENGEVIX-THEMAG, Consórcio. Estudos hidrossedimentológicos e
batimétricos no reservatório da UHE Tucuruí – Relatório Final. Brasília, DF:
ELETRONORTE 2001. 178 págs.
4. ICOLD, International Commission on Large Dam. Sedimentation control of
reservoir; Guidelines. Paris, França: 1989. 158 págs.
5. MORRIS, Gregory L., FAN, Jiahua. Reservoir sedimentation handbook. New
York, NY: McGraw-Hill 1997. 800 págs.
6. STRAND, Robert. Sedimentation. Appendix on Design of Small Dams.
Washington, DC: US Bureau of Reclamation 1974. 33 págs.
14