Apostila Aulas 10, 12 e 13 de Hidrologia Aplicada

Apostila Aulas 10, 12 e 13 de Hidrologia Aplicada

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HIDROLOGIA BÁSICA Capítulo 10 - Regularização de vazões

10 REGULARIZAÇÃO DE VAZÕES

HIDROLOGIA BÁSICA Capítulo 10 - Regularização de vazões

10 - REGULARIZAÇÃO DE VAZÕES

Finalidades dos Reservatórios

Os reservatórios têm por finalidade, acumular parte das águas disponíveis nos períodos chuvosos, para compensar as deficiências nos períodos de estiagem, exercendo um efeito regularizador das vazões naturais.

Em geral, os reservatórios são formados por barragens implantadas nos cursos d'água. Suas características físicas, em especial a capacidade de armazenamento, dependem exclusivamente das características topográficas do vale no qual estará situado.

Determinação da Altura de uma Barragem

A altura de uma barragem é determinada em função das diferentes parcelas que deverão ser previstas no reservatório a ser formado, cada uma delas, destinada a um fim específico.

A Figura 10.1 mostra esquematicamente uma barragem e as diversas parcelas de sua altura bem como do reservatório formado, que são:

Vm = Volume morto: Volume destinado a receber os sedimentos depositados durante a vida útil do reservatório.

h1 = Sobrecarga mínima necessária na entrada da tomada d'água estabelecida em função de condições hidráulicas.

Vu = Volume útil: Volume destinado a regularizar uma certa vazão regularizada "Qr". Quando a obra é destinada a mais de uma finalidade, o volume útil total é geralmente a soma dos diversos volumes necessários a cada finalidade. Esse volume determina o "nível máximo de operação (normal)", e consequentemente a cota da crista do extravazor (sem comportas).

h2 = Carga sobre a soleira do vertedor. A água em excesso é descarregada por sobre a soleira do vertedor. Qaundo a finalidae da obra é controlar enchentes, esta sobrecarga deve ser dimensionada de forma que não exceda uma determinada vazão a jusante da obra. A parcela h2 determina o "Vce = Volume de controle de cheias", também denominado de "Volume de espera".

h3 = Parcela destinada a impedir que as ondas formadas pelo vento ultrapassem a crista da barragem.

h4 = Borda livre: Segurança adicional para previnir eventuais transbordamentos sobre a crista em condições excepcionais. A Figura 10.2 mostra a curva de volumes do reservatório, onde são indicados os mesmos parâmetros.

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10.3 FIGURA 10.1 - Parcelas que compõem a altura de uma barragem

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FIGURA 10.2 - Parcelas que compõem a altura de uma barragem, na curva cota-volume

Dimensionamento de Reservatórios: Cálculo do Volume útil

O volume útil é o volume de armazenamento necessário num reservatório para garantir uma vazão regularizada constante, durante o período mais crítico de estiagem observado.

Os métodos de cálculo desse volume se baseiam no diagrama de massas ou Diagrama de Rippl.

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Diagrama de massas

O diagrama de massas é definido como a integral da hidrógrafa. É um diagrama de volumes acumulados que afluem ao reservatório. Uma hidrógrafa como a mostrada na figura 10.3 dá origem a um diagrama de massas como o da figura 10.4. FIGURA 10.3 - Hidrógrafa de entrada em um reservatório

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10.6 FIGURA 10.4 - Diagrama de massas

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FIGURA 10.5 - Diagrama de massas e cálculo do volume de regularização

Como o diagrama de massas é a integral da hidrógrafa, as tangentes a essa curva dão as vazões em cada tempo considerado.

As vazões a serem regularizadas são referenciadas como uma porcentagem da vazão média de longo termo. Na figura 10.5, a vazão média é dada pela inclinação da reta AB.

O período crítico na figura 10.5 é o intervalo de tempo de t1 a t2. Para manter a vazão média durante o intervalo de tempo (t1, t2), será necessário um volume Vn , dado por:

Como o diagrama da figura 10.5 é um diagrama integral, o volume Vn fica representado pelo segmento EC. O volume que aflui, Va ao reservatório no período de tempo (t1,t2) é:

O volume (Va) é representado pelo segmento DC.

Assim, a capacidade do reservatório, isto é (Vn - Va) é representada pelo segmento ED, que por sua vez é a soma de δ1 e δ2, conforme a figura 10.5.

Utilizando-se o diagrama de massas é possível determinar graficamente o volume útil, conforme foi descrito acima.

dt Q = V t

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Porém, esse método é bastante impreciso. Uma forma mais precisa de determinação do volume útil para regularização é um método analítico, denominado método do máximo déficit acumulado, apresentado a seguir.

Método do máximo déficit acumulado (censurado): O roteiro para o cálculo através desse método é o seguinte:

1 - Com os dados de vazão média mensal do local a estudar, determina-se a vazão média do período (Q).

2 - Escolhe-se a vazão que se deseja regularizar (Qr) (menor ou igual à vazão média). 3 - Monta-se uma tabela com os volumes médios mensais, em unidade conveniente (m3/s/mês) para facilidade de cálculo. 4 - Para cada mês "i" calcula-se o volume correspondente à diferença entre a vazão média mensal e a vazão regularizada escolhida. 5 - Em seguida calculam-se as somas parciais acumuladas dos déficits em volume, fazendo os valores maiores que zero iguais a zero (ou seja, censura-se a soma em zero). 6 - Escolhe-se o menor valor de soma parcial acumulada de déficits de todo o período (ou o maior valor em módulo). 7 - O volume útil de regularização será o valor absoluto dessa soma parcial, com a unidade transformada para m3, multiplicando-se os valores em m3/s/mês pelo nº de segundos de um mês.

Para maior conveniência, os cálculos acima podem ser organizados conforme exemplo apresentado na Tabela 10.1. Na coluna (2) estão os volumes médios mensais, na coluna (3) estão os volumes correspondentes às diferenças entre as vazões e a vazão de regularização escolhida. Na coluna (4) estão os valores das somas parciais de déficits censuradas. Para os valores apresentados a vazão média é igual a 28.86 m3/s e a vazão a ser regularizada escolhida foi de 70 % desse valor.

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TABELA 10.1 - Exemplo de cálculo pelo método do máximo déficit acumulado

(1) (2) (3) (4)

Vi (m3/s/mês)

mês i Vi-r

(m3/s/mês) V r-i∑ *

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