HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.

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

Extensivas

Intensivas

• 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 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

• Sistemas de detenção

• 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

• Diques ou pôlderes

• 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

• Diques ou pôlderes– Caso de Porto Alegre

• 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

• Modificações do rio (melhoria do canal)

Retificação do Rio Reginaldo em Maceió

Antiga Foz proximidades da Santa Casa de Misericórdia

Foz atual

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

• 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

• 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

• 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

• 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

• 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)

• 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,...)

• 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

• Características– Abertos– Com ou sem berma garantir o volume

• Estrutura de saída orifício ou combinação orifício + vertedor– Mais simples único tubo com soleira na cota

mais baixa do reservatório saída de único estágio

• Estrutura de saída– Dois ou múltiplos estágios– Q em cada estrutura é calculada em separado. Somam-se depois

• Qual a relação cota x vazão de saída da estrutura abaixo?

Equação de orifício

hg2acQ

Equação de vertedor

Para a cota 561’ h = 0,83’

cfs 0,390,8332,220,0870,62hg2acQ

• Estrutura de saída– Vertedor de emergência estrutura de saída adicional cota mais alta que todas as outras saídas

• Estrutura de saída– Vertimento apenas quando o nível se eleva acima do previsto para a chuva de projeto

• A saída pode ser pelo topo da berma ou em outro ponto (neste caso mais seguro com grandes volumes de armazenamento)

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

• Onde localizar o(s) reservatório(s)?

• Exercício 16.1 Tucci. Estimar a altura e a largura vertedor do reservatório

• 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

• 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

Curvas PDF

Não descrevem a evolução das contribuições acumuladas em função do tempo para um conjunto de chuvas

• Método da curva envelope

Vazão de saídaVazão de saída específica

Área de drenagem efetiva C.I

Coef. de escoamento

• Método da curva envelope

Altura máxima específica a armazenar

asmaxmax AT),(qDPS Volume a armazenar

• 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

P(Dp,T)Ic

Intensidade

Tempo t

),( TDPD pfS qS

Tempo de funcionamento

Tempo de esvaziamento pode ser estimado como o tempo necessário para escoar, a vazão constante, o volume armazenado

ATDPSD

),(),( maxmaxmax

Tempo de esvaziamento deve ser estabelecido de forma que não supere 24 horas

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

SS 1tt1ttt1t

t1tt1t

Variáveis conhecidasIncógnitas

1 equação e 2 Incógnitas equação adicional:Q = f(S/t)

Relação volume x vazão

Função auxiliar

Construídas a partir da curva cota x S e cota x Q saída pelas estruturas hidráulicas

Q = f(S/t)

Q = f1(Q + 2.S/t)

Metodologia

1. Estabeleça as condições iniciais So (volume inicial) calcular Q0 = f(S0/t) no gráfico Q = f(S/t);2. Calcule o valor G = lado direito da equação acima 3. Este valor é igual a f1 = lado esquerdo da equação acima4. No gráfico Q = f1(Q + 2.S/t) determinar Qt+1 e St+1

5. Repete-se os itens 2 a 4 até o último intervalo de tempo.

t1tt1t

Q=f(S/T) Q=f1(Q+2S/T)

St+1/t

t1tt1t

Cálculo de G com o hidrograma de entrada

Metodologia

Curva Q = f(S)

Curva cota x volume (armazenamento)

Batimetria do reservatório

2gΔgAC'Q 3/2w )ZCL(ZQ

Curva cota x vazão de saída

Curva Q = f(S)

• 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.

• 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.

• 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

• 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

• 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

• 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!

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