Regularização de Vazoes e Reservatorios - Notas de Aula de Hidrologia

2 Conceitos Iniciais O que se resolve com a regularização Fonte Joel Goldenfum Notas de Aula Hidrologia II IPHUFRGS 2016 vazões naturais extremamente variáveis devese compatibilizar a oferta natural com a demanda uso mais harmonioso dos recursos existentes extrair maior proveito dos recursos existentes Controle de inundações Abastecimento Recreação e lazer Geração de energia Irrigação 3 Conceitos Iniciais Grande capacidade de regularização Capacidade de regularização média Pequena capacidade de regularização Fonte Joel Goldenfum Notas de Aula Hidrologia II IPHUFRGS 2016 Conceitos Iniciais Qreg1 não precisa de reservatório Qreg2 precisa de reservatório Qlp máxima vazão regularizável hipotética Qreg3 impossível de ser regularizada Qlp Qreg2 Qreg3 Qreg1 Fonte Joel Goldenfum Notas de Aula Hidrologia II IPHUFRGS 2016 5 Reservatórios Fonte Pontes P 2015 Notas de Aula Hidrologia Aplicada 6 Reservatórios Fonte Pontes P 2015 Notas de Aula Hidrologia Aplicada O Volume Morto é a parcela de volume do reservatório que não está disponível para uso Corresponde ao volume de água no reservatório quando o nível é igual ao mínimo operacional Abaixo deste nível as tomadas de água para as turbinas de uma usina hidrelétrica não funcionam seja porque começam a engolir ar além de água o que provoca cavitação nas turbinas diminuindo sua vida útil ou porque o controle de vazão e pressão sobre a turbina começa a ficar muito instável O nível máximo operacional corresponde à cota máxima permitida para operações normais no reservatório Níveis superiores ao nível máximo operacional podem ocorrer em situações extraordinárias mas comprometem a segurança da barragem O nível máximo operacional define o volume máximo do reservatório A diferença entre o volume máximo de um reservatório e o volume morto é o volume útil ou seja a parcela do volume que pode ser efetivamente utilizada para regularização de vazão 7 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Sistema WGS 84 Diferença 5 m Altimetria da área de um possível reservatório no Rio Gravataí RS 8 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 65 m Área inundada 32 ha Volume 01 Hm3 Vazão regularizada 9 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 7 m Área inundada 200 ha Volume 07 Hm3 Vazão regularizada 10 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 8 m Área inundada 815 ha Volume 57 Hm3 Vazão regularizada 10 m3s 11 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 9 m Área inundada 1569 ha Volume 176 Hm3 Vazão regularizada 15 m3s 12 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 10 m Área inundada 3614 ha Volume 436 Hm3 Vazão regularizada 35 m3s 13 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 11 m Área inundada 7841 Volume 101 Hm3 Vazão regularizada 50 m3s 14 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 12 m Área inundada 10198 ha Volume 191 Hm3 Vazão regularizada 70 m3s 15 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 13 m Área inundada 12569 ha Volume 305 Hm3 Vazão regularizada 80 m3s 16 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 14 m Área inundada 14434 ha Volume 440 Hm3 Vazão regularizada 80 m3s 17 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota 15 m Área inundada 16353 ha Volume 594 Hm3 Vazão regularizada 85 m3s 18 Relação Cota Área Volume CAV Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Cota m Área km2 Volume hm³ 77200 000 000 77500 094 094 78000 239 897 78500 471 2640 79000 815 5816 79500 1284 11019 80000 1988 19130 80500 2970 31439 81000 4358 49650 81500 5801 74962 82000 7423 107939 82500 9229 149488 83000 11389 200938 83500 13959 264200 84000 16459 340109 84500 19144 428981 Recomendase a leitura do ofício de ORIENTAÇÕES PARA ATUALIZAÇÃO DAS CURVAS COTA X ÁREA X VOLUME httparquivosanagovbrinfohidrologicascadastroOrientacoesParaAtualizacaoDasCurvasCotaArea VolumeVersaoDez2013pdf 0 100 200 300 400 500 600 700 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Cota m WGS84 Volume Hm3 ou Área km2 Volume Hm3 Área km2 19 Fonte Walter Collischonn Notas de Aula Estimativa do Volume de Reservatórios Método dos Prismas Médios Volume de água armazenado no reservatório pode ser estimado a partir de um mapa planialtimétrico no qual utilizase a área de alague S determinada em função das n cotas prédefinidas Em que 𝑉𝑛 volume de água armazenado entre a cotan e n 1 em m³ 𝑆𝑛1 área delimitada pela cota n 𝑛 1 em m² 𝑆𝑛 área delimitada pela cota n 𝑛 em m² e ℎ distância vertical entre as curvas de nível 𝑛 e 𝑛 1 em m 𝑉𝑛 𝑆𝑛 𝑆𝑛1 2 ℎ 𝑉𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑛 20 Fonte Jean Ricardo Favaretto Notas de Aula Estimativa do Volume de Reservatórios n Cota m Área km² 0 95 000 1 100 26148 2 105 29005 3 110 44538 4 115 73832 5 120 111672 6 125 11389 7 130 16459 8 135 19144 Atentese para conversão de unidades Método dos Prismas Médios Exemplo Determine o volume total reservatório cujas cotas e áreas de alague estão apresentadas na tabela a seguir Solução 𝑉0 26148 0 2 5 654 ℎ𝑚³ 𝑉1 29005 26148 2 5 1378 ℎ𝑚³ 𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝟑𝟐𝟗𝟕𝟎 𝒉𝒎³ CONCEITO São definidos como simples paredes diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa O termo se aplica também a obstáculos à passagem da corrente e aos extravasores de represas Os vertedouros por assim dizer são orifícios sem a borda superior São estruturas de proteção em barragens 21 Vertedouros de Barragens Fonte Azevedo Netto J M Manual de Hidráulica 8ª ed São Paulo Blucher 1998 Esquema de um vertedouro Fonte Marques M G Notas de Aula Obras Hidráulicas 2013 22 Vertedouros de Barragens Barragem do Ribeirão João Leite SANEAGO UHE Dona Francisca Consórcio Dona Francisca Barragem do Rio Descoberto CAESB Soleira retilínea Vertedouro livre 23 Vertedouros de Barragens Soleira retilínea Vertedouro controlado por comportas Barragem Maia Filho CEEE UHE Passo Real CEEE Barragem II UTE Candiota III CGT Eletrosul Por quê utilizar estruturas como essas 24 Vertedouros de Barragens Soleira curvilínea Vertedouro livre UHE Toca CEEE Vertedouro da Barragem Pinhal CELESC Por quê utilizar estruturas como essas 25 Regularização Total Método da Curva Massa Diagrama de Rippl Fonte Joel Goldenfum Notas de Aula Hidrologia II IPHUFRGS 2016 B C D E F G Vol Acum t A 26 Regularização Total Método da Curva Massa Diagrama de Rippl 27 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 A equação de continuidade aplicada a um reservatório é dada por Ela pode ser reescrita em intervalos discretos como sendo Quando o intervalo de tempo é longo um mês por exemplo a equação é simplificada para Esta equação deve estar sujeito à seguinte restrição 28 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 Se o objetivo de uma determinada análise é dimensionar um reservatório com o volume necessário para regularizar uma vazão D os passos são As hipóteses assumidas são O reservatório está inicialmente cheio As vazões observadas no passado são representativas do que irá acontecer no futuro 29 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 Um reservatório com volume útil de 500 hectômetros cúbicos milhões de m³ pode garantir uma vazão regularizada de 55 m³s considerando a sequência de vazões de entrada da tabela ao lado Considere o reservatório inicialmente cheio a evaporação nula e que cada mês tem 2592 milhões de segundos 30 dias EXEMPLO mês Vazão m3s Jan 60 Fev 20 Mar 10 Abr 5 Mai 12 Jun 13 Jul 24 Ago 58 Set 90 Out 102 Nov 120 Dez 78 30 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 EXEMPLO mês Vazão m3s Volume I hm3 D hm3 Volume Q hm3 jan 60 500 fev 20 mar 10 abr 5 mai 12 jun 13 jul 24 ago 58 set 90 out 102 nov 120 dez 78 31 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 EXEMPLO mês Vazão m3s Volume I hm3 D hm3 Volume Q hm3 jan 60 500 156 143 fev 20 mar 10 abr 5 mai 12 jun 13 jul 24 ago 58 set 90 out 102 nov 120 dez 78 StdtStItDt 500 156 143 513 Supondo que não será necessário verter 32 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 EXEMPLO StdtStItDt 500 156 143 513 Supondo que não será necessário verter mês Vazão m3s Volume I hm3 D hm3 Volume Q hm3 jan 60 500 156 143 513 13 fev 20 500 mar 10 abr 5 mai 12 jun 13 jul 24 ago 58 set 90 out 102 nov 120 dez 78 Volume máximo excedido É necessário verter 13 hm3 mês Vazão m3s Volume I hm3 D hm3 Volume Q hm3 jan 60 500 156 143 513 13 fev 20 500 52 143 409 0 mar 10 409 abr 5 mai 12 jun 13 jul 24 ago 58 set 90 out 102 nov 120 dez 78 33 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 EXEMPLO StdtStItDt 500 52 143 409 34 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 EXEMPLO No início do mês de agosto o volume calculado é negativo o que rompe a restrição portanto o reservatório não é capaz de regularizar a vazão de 55 m3s Mês S hm3 I hm3 D hm3 Q hm3 Jan 500 156 143 13 Fev 500 52 143 0 Mar 409 26 143 0 Abr 293 13 143 0 Mai 163 31 143 0 Jul 52 34 143 0 Ago 57 62 143 0 35 Balanço Hídrico em Reservatórios Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia Versão 6 IPHUFRGS Agosto 2008 EXEMPLO Teoricamente a máxima vazão que pode ser regularizada é a vazão médio do rio no local em que está a barragem Este valor máximo é impossível de ser atingido porque a criação do reservatório aumenta a perda de água por evaporação Relação entre o volume do reservatório e a vazão regularizada em uma bacia cuja vazão média é 254 m³s sem considerar a evaporação do reservatório 36 Balanço Hídrico em Reservatórios Uma análise interessante de ser feita é a de garantia de atendimento Fonte Joel Goldenfum Notas de Aula Hidrologia II IPHUFRGS 2016 37 Balanço Hídrico em Reservatórios A equação de balanço no reservatório pode ser mais detalhada 𝑆𝑡𝑡 𝑆𝑡 𝑡 𝑄𝑎𝑓𝑙 𝑃 𝐸 𝐴𝑎𝑙𝑎𝑔 𝑄𝑟𝑒𝑔 𝑄𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑄𝑎𝑓𝑙 𝑄𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑔𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝐷𝑚𝑜𝑛𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑄𝑟𝑒𝑔 𝐷𝑢𝑟𝑏𝑎𝑛𝑎 𝐷𝑒𝑐𝑜𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑎 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 650 750 850 950 1050 1150 1250 Risco de não atendimento Demanda Ls 20 m 25 m 30 m 35 m