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

Unidade 3: Controle de cheias
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 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

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 vertedor Equação de orifício

Para a cota 561’  h = 0,83’

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 saída Vazão de saída específica Área de drenagem efetiva  C.I Coef. de escoamento

Método da curva envelope Altura máxima específica a armazenar 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

Intensidade Ic Tempo de funcionamento P(Dp,T) qs qs.Df Tempo t Dp Df Dv

Tempo de esvaziamento  pode ser estimado como o tempo necessário para escoar, a vazão constante, o volume armazenado Tempo de esvaziamento  deve ser estabelecido de forma que não supere 24 horas

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

Equação da continuidade Incógnitas Variáveis conhecidas 1 equação e 2 Incógnitas  equação adicional: Q = f(S/Dt)

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

Metodologia 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.

Metodologia Q=f1(Q+2S/DT) Q=f(S/DT) Qt+1 Cálculo de G com o hidrograma de entrada St+1/Dt G

Curva Q = f(S) Curva cota x volume (armazenamento) Batimetria do reservatório

Curva Q = f(S) Curva cota x vazão de saída

Q1 Q S Q Q1 S1

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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