HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.
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HIDROLOGIA II
PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR.PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES
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HIDROLOGIA II
Unidade 3: Controle de cheias
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS
Extensivas
Intensivas
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS EXTENSIVAS
• Controle de perda de solo pode ser realizado pelo reflorestamento, pequenos reservatórios, estabilização das margens e práticas agrícolas corretas
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Sistemas de detenção
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Sistemas de detenção
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Diques ou pôlderes
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Diques ou pôlderes
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Diques ou pôlderes– Caso de Porto Alegre
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Modificações do rio (melhoria do canal)
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Modificações do rio (melhoria do canal)
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
• Modificações do rio (melhoria do canal)
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS INTENSIVAS
Retificação do Rio Reginaldo em Maceió
Antiga Foz proximidades da Santa Casa de Misericórdia
Foz atual
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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,...)
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Características– Abertos– Com ou sem berma garantir o volume
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Estrutura de saída– Dois ou múltiplos estágios– Q em cada estrutura é calculada em separado. Somam-se depois
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Estrutura de saída– Dois ou múltiplos estágios– Q em cada estrutura é calculada em separado. Somam-se depois
![Page 37: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/37.jpg)
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Qual a relação cota x vazão de saída da estrutura abaixo?
Equação de orifício
hg2acQ
Equação de vertedor
2
3
HLcQ
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
Para a cota 561’ h = 0,83’
cfs 0,390,8332,220,0870,62hg2acQ
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Estrutura de saída– Vertedor de emergência estrutura de saída adicional cota mais alta que todas as outras saídas
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Estrutura de saída– Vertimento apenas quando o nível se eleva acima do previsto para a chuva de projeto
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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)
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Onde localizar o(s) reservatório(s)?
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Exercício 16.1 Tucci. Estimar a altura e a largura vertedor do reservatório
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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
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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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
Curvas PDF
Não descrevem a evolução das contribuições acumuladas em função do tempo para um conjunto de chuvas
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Método da curva envelope
a
sS A
Vazão de saídaVazão de saída específica
Área de drenagem efetiva C.I
Coef. de escoamento
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
• Método da curva envelope
Altura máxima específica a armazenar
asmaxmax AT),(qDPS Volume a armazenar
![Page 51: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/51.jpg)
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
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
P(Dp,T)Ic
qs.Df
qs
Intensidade
Tempo t
Dv
Dp Df
),( TDPD pfS qS
pf
TDPD
q
),(
Tempo de funcionamento
![Page 53: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/53.jpg)
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
Tempo de esvaziamento pode ser estimado como o tempo necessário para escoar, a vazão constante, o volume armazenado
S
S
aS
aS
SV
TDP
A
ATDPSD
q
q
q
q
Q
),(),( maxmaxmax
Tempo de esvaziamento deve ser estabelecido de forma que não supere 24 horas
![Page 54: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/54.jpg)
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
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MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS RESERVATÓRIOS
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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
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Equação da continuidade
QI
dt
dS
2
2
II
Δt
SS 1tt1ttt1t
Δt
2SQII
Δt
2SQ t
t1tt1t
1t
Variáveis conhecidasIncógnitas
1 equação e 2 Incógnitas equação adicional:Q = f(S/t)
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
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Relação volume x vazão
Q
Função auxiliar
Construídas a partir da curva cota x S e cota x Q saída pelas estruturas hidráulicas
Q = f(S/t)
S/t
Q = f1(Q + 2.S/t)
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
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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.
Δt
2SQII
Δt
2SQ t
t1tt1t
1t
Gf1
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
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Q=f(S/T) Q=f1(Q+2S/T)
St+1/t
Δt
2SQII
Δt
2SQ t
t1tt1t
1t
Cálculo de G com o hidrograma de entrada
G
Qt+1
Metodologia
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
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Curva Q = f(S)
Curva cota x volume (armazenamento)
Batimetria do reservatório
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
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2gΔgAC'Q 3/2w )ZCL(ZQ
Curva cota x vazão de saída
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
Curva Q = f(S)
![Page 65: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/65.jpg)
z z
S Q
z1
z1
S1 Q1
S
QQ1
S1
MEDIDAS DE CONTROLE ESTRUTURAIS – REVISÃO PULZ
![Page 66: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/66.jpg)
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.
![Page 67: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/67.jpg)
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.
![Page 68: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/68.jpg)
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
![Page 69: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/69.jpg)
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
![Page 70: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/70.jpg)
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
![Page 71: HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES.](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022061515/552fc169497959413d8eb6d2/html5/thumbnails/71.jpg)
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!