HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES HIDROLOGIA II Unidade 3: Controle de cheias MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • Modificam o sistema fluvial • São obras de engenharia • podem ser – de natureza extensiva (na bacia) modificar as relações chuva-vazão que ocorrem na bacia (modificando o escoamento superficial) e a produção de sedimentos (gestão da degradação do solo) – caráter intensivo (no rio) 3 tipos: as que aceleram o escoamento, as que retardam o escoamento e aquelas que desviam os escoamentos MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS Extensivas Intensivas MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • medidas intensivas evitar o vertimento do escoamento para as áreas ribeirinhas – medidas que aceleram os escoamentos: construção de diques, e o aumento da condutância do canal ou retificações – medidas para retardar os escoamentos: reservatórios superficiais e as bacias de amortecimento – medidas para desviar o escoamento: canais de desvios MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS EXTENSIVAS • Alteração da Cobertura vegetal reduzir as vazões máximas, reduz a erosão do solo – preservação da cobertura vegetal armazena parte do volume pela interceptação vegetal, aumenta a evapotranspiração e reduz a velocidade do escoamento superficial pela bacia hidrográfica aplicável a pequenas bacias (< 10 km2) efeito maior sobre os eventos mais frequentes de alto risco de ocorrência MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS EXTENSIVAS • Controle de perda de solo pode ser realizado pelo reflorestamento, pequenos reservatórios, estabilização das margens e práticas agrícolas corretas MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Sistemas de detenção do escoamento (bacias de detenção e retenção) retêm parte do volume da enchente, reduzindo a vazão natural manter no rio uma vazão inferior àquela de extravasamento do leito – O volume retido no período de vazões altas é escoado após a redução da vazão natural podem ser on-line ou off-line – bacias de retenção além de armazenar o volume gerado, possui um volume permanente melhoria da qualidade da água MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Sistemas de detenção MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Sistemas de detenção MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Diques ou pôlderes muros laterais de terra ou concreto, inclinados ou retos, a certa distância das margens – efeitos de redução da largura do escoamento aumento do nível de água na seção para a mesma vazão, aumento da velocidade e erosão das margens e da seção e redução do tempo de viagem da onda de cheia, agravando a situação de outras seções a jusante – maior risco na construção definição correta da enchente máxima provável risco de colapso MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Diques ou pôlderes MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Diques ou pôlderes MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Diques ou pôlderes – Caso de Porto Alegre – existem dados de níveis de inundação desde 1899 – vários eventos até 1967 – 1970 construído um sistema de proteção para a cidade MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Diques ou pôlderes – Caso de Porto Alegre MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Modificações do rio (melhoria do canal) as modificações na morfologia do rio (e.g. canalização e retificação) – aumentar a vazão para um mesmo nível aumento da seção transversal ou aumento da velocidade (reduzir a rugosidade, tirando obstruções ao escoamento, dragando o rio, aumentando a declividade pelo corte de meandros ou aprofundando o rio) – medidas de custos elevados, transferem problemas para jusante agem localmente MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Modificações do rio (melhoria do canal) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Modificações do rio (melhoria do canal) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS • Modificações do rio (melhoria do canal) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS Retificação do Rio Reginaldo em Maceió Foz atual Antiga Foz proximidades da Santa Casa de Misericórdia MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS DIQUES • Dimensionamento de diques – elaboração de diversos estudos entre os quais podemos citar • estudos hidrológicos para dimensionar o sistema de bombeamento de esgotamento das chuvas internas ao polder e determinar a altura dos diques em função dos níveis de água do curso d´água • Estudos hidráulicos para dimensionar as bombas e as dimensões dos poços de captação, bem como o dimensionamento de pontes, bueiros e canais MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS DIQUES • Dimensionamento de diques – elaboração de diversos estudos entre os quais podemos citar • Estudos geotécnicos para definir os elementos do solo que formarão os diques, permitindo o dimensionamento dos mesmo, garantindo sua estabilidade • Estudos em modelo matemático ou físico, a fim de determinar a melhor posição para as obras. Estudos estatísticos de níveis d´água para fins de determinar a altura das obras MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS DIQUES • Dimensionamento de diques – através do cálculo do remanso com a implantação do dique • É necessário saber a vazão máxima de projeto a jusante em função do Tr • É necessário saber a cota correspondente à vazão máxima de projeto a jusante para o mesmo Tr • Seções transversais espaçadas convenientemente • Atenção à mudança de seção transversal • Atenção à mudança de rugosidade MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS DIQUES • Dimensionamento de diques – através de ajuste de distribuição de probabilidade de níveis máximos – Se for necessário propagar os níveis remanso Exemplo 16.2 Tucci calcular as cotas de linha d’água antes e após a construção do dique MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Dimensionamento de reservatórios de detenção – Saber qual deve ser a vazão máxima para não haver inundação a jusante – Deve-se ter o hidrograma de projeto para o Tr escolhido hidrograma de entrada ao reservatório – Deve-se ter a relação cota x volume do reservatório MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Dimensionamento de reservatórios de detenção – Deve-se determinar a relação cota x vazão de saída • De onde vem o hidrograma de entrada? – Modelagem hidrológico-hidráulica da bacia de contribuição (calibrado se houver eventos para isto) – Simular chuvas de projeto para o Tr escolhido Exemplos 7.6 e 7.7 livro drenagem urbana MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Dimensionamento de reservatórios de detenção • De onde vem a relação cota x volume do reservatório? – Topografia (reservatório ou lago existente a ser verificado ou modificado) – Projeto (reservatório de geometria regular) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Dimensionamento de reservatórios de detenção • De onde vem a relação cota x vazão de saída? – Tipo de dispositivo hidráulico usado na saída (orifício, vertedor, etc.) • Como propagar (simular) as vazões de saída do reservatório e os níveis no mesmo? – Método de Pulz planilhas ou nos pacotes computacionais (IPHS1, SWMM, HEC-HMS, ABC,...) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • O volume útil do reservatório para o Tr escolhido é aquele no qual a vazão máxima saída simulada é menor ou igual à vazão máxima suportável a jusante – para reservatórios cuja função é compensar os efeitos da urbanização em cidades vazão de pré-urbanização MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Características – Abertos – Com ou sem berma garantir o volume MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Estrutura de saída orifício ou combinação orifício + vertedor – Mais simples único tubo com soleira na cota mais baixa do reservatório saída de único estágio MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Estrutura de saída – Dois ou múltiplos estágios – Q em cada estrutura é calculada em separado. Somam-se depois MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Estrutura de saída – Dois ou múltiplos estágios – Q em cada estrutura é calculada em separado. Somam-se depois MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Qual a relação cota x vazão de saída da estrutura abaixo? Equação de vertedor Q c L H 3 2 Equação de orifício Q c a 2 g h MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS Para a cota 561’ h = 0,83’ Q c a 2 g h 0,62 0,087 2 32,2 0,83 0,39 cfs MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Estrutura de saída – Vertedor de emergência estrutura de saída adicional cota mais alta que todas as outras saídas MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Estrutura de saída – Vertimento apenas quando o nível se eleva acima do previsto para a chuva de projeto MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • A saída pode ser pelo topo da berma ou em outro ponto (neste caso mais seguro com grandes volumes de armazenamento) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS condição operacional em que o volume que chega é acumulado, reduzindo a capacidade para amortecer os picos que seguem Condição operacional em que o volume que entra escoa para jusante até a vazão Qcrit. À partir deste valor o volume é retido no reservatório MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Onde localizar o(s) reservatório(s)? MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Exercício 16.1 Tucci. Estimar a altura e a largura vertedor do reservatório MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Dimensionamento de Bacias de detenção em áreas pequenas método das chuvas ou método da curva envelope • Hipóteses – a vazão de saída da obra de armazenamento é constante – Transferência instantânea da chuva à obra fenômenos de transferência e de amortecimento decorrentes do escoamento superficial são desconsiderados MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Método da curva envelope • Hipóteses – Fundado na independência cronológica e estatística dos eventos chuvosos semelhante à construção de curvas IDFs • Dimensionamento – Transformar intensidades I(d,TR) em alturas P(d,TR) = d . I(d,TR) curvas PDF ou curvas envelopes – Supõe-se que a vazão de saída seja contante MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS Curvas PDF Não descrevem a evolução das contribuições acumuladas em função do tempo para um conjunto de chuvas MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Método da curva envelope Vazão de saída específica Qs qS Aa Vazão de saída Área de drenagem efetiva C.I Coef. de escoamento MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Método da curva envelope Altura máxima específica a armazenar Smax DPmax (qs, T) Aa Volume a armazenar MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS • Método da curva envelope – Estimativa do tempo de esvaziamento calculado por meio da igualdade de volumes, ou alturas d’água, de entrada e saída – Entrada constante na bacia de intensidade Ic, durante a duração Dp – A estrutura se esvazia durante uma duração Df MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS Intensidade qS Df P(Dp , T ) Df Ic P(Dp,T) qs.Df Df Dv qS Tempo de funcionamento qs Dp P( D p , T ) Tempo t MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS Tempo de esvaziamento pode ser estimado como o tempo necessário para escoar, a vazão constante, o volume armazenado S max DPmax (qS , T ) Aa DPmax (qS , T ) DV QS qS Aa qS Tempo de esvaziamento deve ser estabelecido de forma que não supere 24 horas MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ Simula a propagação na bacia de detenção com três equações: Equação da continuidade: dS/dt = I - Q Função de armazenamento: S = f(Q) Equação do controle hidráulico: Q = f(H) Necessário o emprego de métodos numéricos O hidrograma de entrada I pode assumir diferentes formas a equação dinâmica de propagação S = f(Q) é quase sempre não linear MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ Equação da continuidade dS IQ dt S t 1 S t It It 1 Q t Q t 1 Δt 2 2 2S t 1 2S t Q t 1 It It 1 Q t Δt Δt Incógnitas Variáveis conhecidas 1 equação e 2 Incógnitas equação adicional: Q = f(S/Dt) MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ Relação volume x vazão Q = f(S/Dt) Função auxiliar Q = f1(Q + 2.S/Dt) Q S/Dt Construídas a partir da curva cota x S e cota x Q saída pelas estruturas hidráulicas MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ Metodologia 2S t 1 2S t Q t 1 It It 1 Q t Δt Δt f1 G 1. Estabeleça as condições iniciais So (volume inicial) calcular Q0 = f(S0/Dt) no gráfico Q = f(S/Dt); 2. Calcule o valor G = lado direito da equação acima 3. Este valor é igual a f1 = lado esquerdo da equação acima 4. No gráfico Q = f1(Q + 2.S/Dt) determinar Qt+1 e St+1 5. Repete-se os itens 2 a 4 até o último intervalo de tempo. MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ 2S t 1 2S t Q t 1 It It 1 Q t Δt Δt Metodologia Q=f1(Q+2S/DT) Q=f(S/DT) Qt+1 Cálculo de G com o hidrograma de entrada St+1/Dt G MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ Curva Q = f(S) Curva cota x volume (armazenamento) Batimetria do reservatório MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ Curva Q = f(S) Curva cota x vazão de saída Q CL(Z Zw ) 3/2 Q C' A 2gΔg MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ z z z1 z1 S S1 Q1 Q S S1 Q1 Q MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • enchentes em SC - Blog do Tucci: como abordar as inundações em Santa Catarina (7/12/2008) ... soluções? ... recuperação da mata, diques em Blumenau e retificação do rio Itajaí. A recuperação da mata poderia ajudar em algumas encostas onde a vegetação tivesse o efeito de reter o escorregamento, mas não em todas as áreas devido ao solo e a quantidade de água. MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • enchentes em SC - Blog do Tucci: como abordar as inundações em Santa Catarina (7/12/2008) ... diques ... é inviável, ... grande desnível topográfico e ao nível máximo das inundações. ... para proteger o centro deveria ter no mínimo 9,50 m. Não é possível ... um dique com altura maior que 6,00 m, pois é muito arriscado, quando ele vier a romper ....Além disso, duvido que a população de Blumenau deseje conviver com uma parede deste porte. MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • enchentes em SC - Blog do Tucci: como abordar as inundações em Santa Catarina (7/12/2008) ... A retificação do rio ...desastre para a cidade de Itajaí ... todas as pequenas enchentes passariam a atingir a cidade, ...o controle do escoamento é ... a jusante pelo mar e as vazões chegariam rapidamente a costa e se acomodariam junto a cidade, sem inundar o vale, o que ...ocorre nas inundações frequentes .... O vale funciona como um reservatório de amortecimento para a cidade MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • enchentes em SC - Blog do Tucci: como abordar as inundações em Santa Catarina (7/12/2008) ... Os reservatórios que existem ou que poderiam ser construídos dificilmente reduziriam esta cheia, apenas as de pequeno volume e rápidas, que nem sempre ocorrem no vale MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • enchentes em SC - Blog do Tucci: como abordar as inundações em Santa Catarina (7/12/2008) ...O que poderia ser feito? ...em vales de inundação como este, a solução passa pelo zoneamento das áreas de inundações e de risco de encostas, proteção de encostas quando é economicamente viável, drenagem dos taludes e de sua afluência. ...solução ... politicamente difícil ..., porque ao contrário de trazer obras o Prefeito terá que redirecionar a cidade para áreas seguras MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS • enchentes em SC - Blog do Tucci: como abordar as inundações em Santa Catarina (7/12/2008) ... A solução de menor custo em inundações ribeirinhas naturais é de não ocupar as áreas de risco. A lição para todos que ocupam áreas de risco é que um dia a natureza cobra o seu preço!
Download
