5. Determinação das Descargas Sólidas – Sedimentometria
5.1. Metodologia aplicada
5.1.3. Acondicionamento e encaminhamento das amostras
As coletas foram realizadas em, no mínimo, dez verticais em cada estação, seguindo as orientações feitas por Carvalho (2000) para se atingir uma média considerável material em suspensão da seção.
Ao final da amostragem as subamostras são misturadas e armazenadas em galões de 5 litros, os quais possuem coloração escura para diminuir a incidência de luz solar na amostra e consequentemente evitar a proliferação de algas. Os galões, por sua vez, foram identificados e acondicionados em um local isolado de luz ambiente até o fim do mês de coleta.
As amostras foram encaminhadas para análises em laboratório ao final do mês de coleta. O método utilizado para a obtenção da granulometria e concentração de sedimentos em suspensão do material foi o do tubo de retirada pela base, possibilitando, enfim, a determinação da descarga sólida em suspensão.
Em cada seção foi aferida a temperatura da água com um termômetro digital, para obter a viscosidade cinemática, que é um valor utilizado em algumas fórmulas de transporte de sedimentos.
5.1.4. Análises laboratoriais
Já em laboratório as amostras de sedimentos em suspensão são submetidas aos ensaios necessários para se obter os seguintes parâmetros: turbidez, condutividade iônica, sólidos dissolvidos totais, sólidos suspensos totais e granulometria dos sedimentos. Por sua vez, do material de leito são obtidos os dados referente à concentração de sedimentos e granulometria.
A análise granulométrica mede a distribuição do tamanho das partículas que compõem o sedimento. A classificação granulométrica simplificada de sedimento, adotada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, compreende em pedregulho (4,8 a 76 mm), areia (0,05 a 4,8 mm), silte (0,05 a 0,005 mm) e argila (<
0,005 mm).
O método utilizado para determinar os sólidos dissolvidos foi o Tubo de Retirada pelo Fundo, cujo ensaio consiste em separar a fração areia por peneiramento e a fração silte e argila. É utilizado um tubo de vidro de aproximadamente de 1 m, graduado (Figura 22), com diâmetro conhecido e extremidade afunilada e são retiradas alíquotas em horários pré-estabelecidos de acordo com a temperatura. Após uma série de cálculos é traçada a curva de Oden, que permite a determinação das porcentagens das diversas faixas granulométricas da amostra.
Figura 22: Tubos utilizados no ensaio pelo método do tubo de retirada pelo fundo.
Fonte: Carvalho, et al (2000).
Sendo obedecidas às limitações de análise e os outros cuidados necessários, o resultado permitirá o traçado da curva granulométrica com boa precisão.
Já para a determinação da granulometria do sedimento de fundo o método de determinação utilizado foi o peneiramento. Esse método utiliza uma série de peneiras de malhas padronizadas, sendo a mais comum à série de Tyler. São empilhadas, estando à peneira de maior diâmetro de malha no topo e a de menor no fundo, todas acopladas para um recipiente final que recebe os finos da última peneira. Podem ser agitadas manualmente, mas devido ao peso do conjunto convém que sejam acopladas a um equipamento (ro-tap) que agita mecanicamente. Existem séries de peneiras de diâmetros diversos cujo uso é função da quantidade de sedimento disponível para a análise (Carvalho, et al, 2000).
Existem dois processos de peneiramento, o úmido e o seco. No úmido a amostra é colocada na peneira de cima sendo adicionada água corrente para forçar as partículas mais finas passarem pelas malhas, não devendo ter o recipiente final para retenção dos finos da última peneira. Cada porção de material retido na peneira é pesado, sendo a porcentagem de cada diâmetro de malha de peneira obtida com a divisão pelo peso total da amostra (Carvalho, et al, 2000).
5.1.5. Cálculo de descarga sólida total
Foi adotado o método simplificado de Colby (1957) para o cálculo do transporte de sedimento do leito nos pontos de medição. Este método é amplamente utilizado pela comunidade científica por apresentar resultados satisfatórios e por não depender de informações mais complexas acerca das características do ponto de determinação da descarga sólida e do corpo hídrico avaliado.
Este método possui três ábacos distintos a partir dos quais se obtém parâmetros em função dos dados de entrada descritos acima. Os parâmetros obtidos dos ábacos são introduzidos em equações para a determinação da descarga sólida do leito. Ao final, é então determinada a descarga sólida total, através da soma da descarga sólida em suspensão e a descarga não amostrada (CARVALHO, 2008).
O cálculo da descarga sólida total pelo método simplificado de Colby é realizado pela seguinte equação:
A determinação da descarga sólida medida é obtida a partir da concentração de sedimentos em suspensão ( ) e da vazão líquida medida ( ) no momento da amostragem de sedimentos em suspensão. Assim,
( )
A descarga sólida não medida é obtida através da descarga sólida não medida aproximada por metro de largura ( ), da largura do rio ( ) e do fator de correção , conforme desmonstrado na equação a seguir:
A variável é obtida através do primeiro ábaco estabelecido por Colby, onde a partir da velocidade média da seção se obtém esse dado. Com as informações de profundidade média e velocidade média da seção obtém-se no ábaco 2 a concentração relativa ( ) que, por sua vez, é utilizada para calcular a razão de eficiência ( ). Por fim, através do ábaco 3 e utilizando o valor de obtém-se o fator de correção ( ).
O método simplificado de Colby, portanto, não depende da entrada de dados referentes aos sedimentos do leito. Os dados de entrada deste método são:
profundidade média da seção; velocidade média da água na seção; largura da seção;
descarga líquida e; concentração de sólidos em suspensão.
6. L
EVANTAMENTO DAÁ
REAM
OLHADA(B
ATIMETRIA)
O levantamento da área molhada aqui tratado refere-se às atividades de batimetria realizadas nas seções transversais de monitoramento, o qual tem como objetivo detalhar as profundidades das seções obtidas durante as medições de vazões.
A metodologia descrita é a que foi aplicada nesses levantamentos batimétricos realizados. Salienta-se que os levantamentos primários foram complementados com a topografia da margem de cada seção transversal, a fim de melhorar interpolação dos dados batimétricos e extrapolar os níveis d’água nas seções.
Os dados brutos levantados em campo foram submetidos a um pós-processamento, com remoção de ruídos e correção das profundidades a partir das cotas dos RN’s das estações. Em seguida, com as profundidades já corrigidas, foram gerados os mapas batimétricos.
Os equipamentos utilizados para as atividades batimétricas foram:
Barco de alumínio de 5 metros;
Motor de Popa Yamaha 15 HP, 2 tempos;
Ecobatímetro SDE-28 (feixe único) marca SOUTH (Figura 23);
DGPS Hemisphere R-130 (Figura 24);
Software Hypack Max para obtenção e processamento dos dados coletados;
Notebooks para utilização do software;
2 Baterias blindadas para obtenção de energia para funcionamento do notebook, do ecobatímetro e do DGPS;
Figura 23: Ecobatímetro SDE-28 da marca SOUTH.
Fonte: Envex (2018).
Figura 24: DGPS Hemisphere 130.
Fonte: Envex (2018).
A obtenção dos dados depende de correta configuração dos equipamentos e sincronismo com o software de coleta (Hypack Max). O software é alimentado com as informações do DGPS, o qual recebe sinais da antena Hemisphere A30. Visando uma maior acurácia no posicionamento, foi ativado o sistema de correção diferencial por satélite (VBS) da empresa OMNISTAR.
Essa tecnologia proporcionou uma precisão entre 20 e 40 cm durante a aquisição dos dados batimétricos, além de dispensar a necessidade de instalação de uma base fixa para a correção da posição geográfica.
O Hypack Max também recebe as informações batimétricas através do ecobatímetro, o qual é alimentado pelas informações da sonda (ou transdutor) mono-feixe.
Para a alimentação de energia dos equipamentos (notebook, DGPS e Ecobatímetro) durante as campanhas de medição, foram utilizadas duas baterias de 12 V. As configurações e interligações estão representadas na Figura 25.
Figura 25. Esquema da montagem dos equipamentos e envio de informações para o software Hypack Max.
Fonte: Envex (2018).
A fixação da posição da sonda batimétrica e do DGPS em relação a uma origem no barco é essencial para a correta interpretação dos dados pelo software, assegurando assim a qualidade dos dados coletados. Para tanto, utilizou-se um suporte de fixação da haste com uma chapa de alumínio dobrada adaptada a uma tábua de madeira, sendo essa utilizada também como mesa para os equipamentos.
6.1. Configurações do Software Hypack
No software Hypack foi criado um projeto para todas as seções de levantamento através da opção Project Manager. Após a criação do projeto foram determinados os parâmetros geodésicos.
esse datum, sendo utilizado então o elipsóide Australian National, equivalente ao South American 1969. Após as etapas de coleta e processamento dos dados no Hypack, foi efetuada a conversão do produto final (batimetria) para SIRGAS2000, mantendo-se assim a padronização definida para o projeto.
A etapa seguinte consistiu na configuração do hardware, onde foram fornecidos os parâmetros necessários para a comunicação do software com os dispositivos (DGPS e ECOBATÍMETRO) e informações a respeito da configuração espacial dos equipamentos em relação ao ponto de origem definido no barco.
Na etapa seguinte, foram importados os pontos com a localização das seções transversais das estações. A partir dos pontos, foram então planejadas as seções batimétricas através da opção Preparation>Editor>Line Editor, onde podem ser salvas e adicionadas ao projeto com uma numeração definida automaticamente pelo software.
A aquisição dos dados batimétricos foi realizada com o auxílio do programa Hypack Survey, o qual integra as informações transmitidas pelo DGPS e pelo ecobatímetro ao projeto criado no Hypack Max, em tempo real. As principais informações monitoradas foram: velocidade de navegação; status de coleta (“registrando” ou “não registrando”); data e hora; distância do barco em relação às linhas planejadas (desvio máximo de 5 metros para bombordo ou estibordo).
7. L
EVANTAMENTO DA ÁREA SECA(T
OPOGRAFIA)
A morfologia das seções transversais de cada estação será obtida a partir de levantamentos batimétricos na sua área molhada e por levantamentos topográficos na sua área seca. Conforme orientações da ANA (2013), para o levantamento da área seca deve-se empregar o mesmo referencial altimétrico usado no levantamento batimétrico, podendo ser executado por métodos terrestres ou espaciais.
O objetivo dos nivelamentos geométricos dessa campanha foi complementar as seções batimétricas realizadas com o ecobatímetro. Operacionalmente, a cada 10 metros ou com uma distância inferior conforme a variação da declividade local deve-se coletar informações planialtimétricas de pontos desde o nível d’água (NA) no qual foi efetuado o levantamento da área molhada e o nível máximo maximorum (ANA, 2013).
Para coleta das informações de desníveis das margens foi utilizado os seguintes equipamentos:
Nível ótico modelo AT-G3 da marca Topcon;
Tripé de alumínio com trava borboleta;
Mira Leica CLR104 Telescopic;
Trena de 50 metros;
Trena de 5 metros.
Figura 26: Nível ótico (A), tripé de alumínio (B) e mira (C) utilizados para levantamentos um RN, sendo esta conhecida como “visada de ré”. Todas as visadas a partir da visada de ré são chamadas “visadas de vante”. Desta forma, para cada estação de nivelamento, tem-se uma visada de ré e uma ou mais visadas de vante.
Para o cálculo das cotas dos pontos nivelados é necessário ainda, realizar a medição da altura do instrumento, ou seja, a altura do eixo ótico acima do plano de referência.
Com o nível posicionado em certa estação (1), visa-se a mira colocada no que representará a leitura de ré (A). Em seguida faz-se a leitura de vante em um ponto da seção (M); sendo esta a última visada de vante com o nível na estação em questão, será chamada de “vante de mudança”. Muda-se depois o nível para e estação seguinte (2), de onde se fará uma visada de ré no mesmo ponto onde foi feita a leitura de vante de mudança da primeira estação (M) e, posteriormente uma visada de vante no próximo ponto da seção (B). A Figura 27 demonstra o esquema de nivelamento geométrico descrito.
Figura 27: Esquema de nivelamento geométrico.
Fonte: Envex (2018).
As grandezas medidas em um nivelamento geométrico são registradas em uma planilha, para depois efetuarem-se os cálculos.
Por sua vez, os cálculos utilizados para o nivelamento são os seguintes:
AI (altura do instrumento) = cota + visada de ré;
Cota = AI - visada a ré;
Prova de cálculo: Cota final = cota inicial + soma visada ré - soma visadas de mudança.
8. D
ESCRIÇÕES DOS MONITORAMENTOS8.1.1. Estação UHE Baixo Iguaçu Montante I
As medições neste ponto aconteceram no dia 29 de junho de 2018.
Primeiramente, foi necessário localizar a estação através da sua coordenada, dado que este foi o primeiro monitoramento realizado neste ponto.
A estação conta com dois marcos de referência de nível instalados, os quais são nomeados como RN 1 e RN 2. Estes, por sua vez, apresentam informações de cota arbitrária, sendo referenciados a partir do “ponto zero” da seção. A Figura 28 apresenta os respectivos RN’s.
Figura 28: RN1 e RN2 instalados na estação Montante I – rio Capanema.
Fonte: Envex (2018).
Os lances de réguas instalados são de 5 metros acima do “ponto zero”, conforme demonstrado na Figura 29.
Figura 29: Lances de régua instalados na estação Montante I – rio Capanema.
Fonte: Envex (2018).
O monitoramento abrangeu a medição descarga líquida e a coleta de sedimentos, bem como o levantamento da área seca e da área molhada da estação.
A Tabela 3 apresenta as informações coletadas durante as medições do dia 29/06/2018.
Tabela 3 – Check List de Informações levantadas na estação Montante I.
Data: 29/06/2018
Horário de início da hidrometria: 10h50m Horário de término da hidrometria: 12h40m
Método utilizado: Integração da distribuição de velocidades Equipamento para hidrometria: Molinete Fluviométrico MLN-7
Leitura da régua inicial: 3,20 metros
Leitura da régua final: 3,17 metros
Distância entre as margens: 25 metros Distância entre as verticais: 1,17 metros
Número de verticais medidas: 20
Profundidade máxima: 3,11 metros
Número de pontos monitorados: 5 (S; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 p) Horário de início da sedimentometria: 13h30m
Horário de término da sedimentometria: 14h40m
Amostrador: D-49
Diâmetro do bico: 1/8”
Data: 29/06/2018
Tempo: Nublado
Na Figura 30 pode-se notar a medição de vazão realizada pelo método de integração da distribuição de velocidades com molinete fluviométrico.
Figura 30: Medição de vazão na estação Montante I – rio Capanema.
Fonte: Envex (2018).
A Figura 31 demonstra o método de coleta de sedimentos em suspensão utilizando o amostrador D-49.
Figura 31: Coleta de sedimentos em suspensão com amostrador D-49 na estação Montante I – rio Capanema.
Fonte: Envex (2018).
A coleta de material do leito não foi realizada devido à grande turbulência do rio neste dia, uma vez que não foi possível manter a draga na vertical para a coleta.
O levantamento da área seca da estação foi realizado através de topografia convencional utilizando nível óptico, conforme demonstrado na Figura 32.
Figura 32: Levantamento da área seca na estação Montante I – rio Capanema.
Fonte: Envex (2018).
Os dados do levantamento batimétrico e do levantamento da área seca da seção transversal do rio Capanema servirão como base para elaboração da modelagem hidrodinâmica e do transporte de sedimentos da estação Montante I.
8.1.2. Estação UHE Baixo Iguaçu Montante II
As medições neste ponto aconteceram no dia 03 de julho de 2018.
Primeiramente, foi necessário localizar a estação através da sua coordenada, dado que este foi o primeiro monitoramento realizado neste ponto.
A estação conta com dois marcos de referência de nível instalados, os quais são nomeados como RN 1 e RN 2. Estes, por sua vez, apresentam informações de cota arbitrária, sendo referenciados a partir do “ponto zero” da seção. A Figura 33 apresenta os respectivos RN’s.
Figura 33: RN1 e RN2 instalados na estação Montante II – rio Andrade.
Fonte: Envex (2018).
Os lances de réguas instalados são de 6 metros acima do “ponto zero”, conforme demonstrado na Figura 34.
Figura 34: Lances de réguas instalados na estação Montante II – rio Andrade.
Fonte: Envex (2018).
O monitoramento abrangeu a medição descarga líquida e a coleta de sedimentos, bem como o levantamento da área seca e da área molhada da estação.
A Tabela 4 apresenta as informações coletadas durante as medições do dia 03/07/2018.
Tabela 4 – Check List de Informações levantadas na estação Montante II.
Data: 03/07/2018
Horário de início da hidrometria: 15h15m Horário de término da hidrometria: 16h31m
Método utilizado: Integração da distribuição de velocidades Equipamento para hidrometria: Molinete Fluviométrico MLN-7
Leitura da régua inicial: 3,19
Leitura da régua final: 3,19
Distância entre as margens: 31,60 metros Distância entre as verticais: 1,5 metros
Número de verticais medidas: 20
Profundidade máxima: 2,05 metros
Número de pontos monitorados: 5 (S; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 p) Horário de início da sedimentometria: 16h40m
Horário de término da sedimentometria: 17h20m
Amostrador: D-49
Diâmetro do bico: 3/16”
Número de verticais coletadas: 20
Coleta de Material do Leito: Não
Tempo: Bom
Na Figura 35 pode-se notar a medição de vazão realizada pelo método de integração da distribuição de velocidades com molinete fluviométrico.
Figura 35: Medição de vazão na estação Montante II – rio Andrade.
A Figura 36 demonstra o método de coleta de sedimentos em suspensão utilizando o amostrador D-49.
Figura 36: Coleta de sedimentos em suspensão com amostrador D-49 na estação Montante II – rio Andrade.
Fonte: Envex (2018).
O levantamento da área seca da estação foi realizado através de topografia convencional utilizando nível óptico, conforme demonstrado na Figura 37.
Figura 37: Levantamento da área seca na estação Montante II – rio Andrade.
Fonte: Envex (2018).
Os dados do levantamento batimétrico e do levantamento da área seca da seção transversal do rio Andrade servirão como base para elaboração da modelagem hidrodinâmica e do transporte de sedimentos da estação Montante II.
8.1.3. Estação UHE Baixo Iguaçu Jusante I
As medições nesta estação aconteceram no dia 25 de junho de 2018. A estação conta com dois marcos de referência de nível instalados, os quais são nomeados como RN1 e RN2. Estes, por sua vez, apresentam informações de cota arbitrária, sendo referenciados a partir do “ponto zero” da seção. A Figura 38 apresenta os respectivos RN’s.
Figura 38: RN1 e RN2 instalados na estação Jusante I – rio Iguaçu.
Fonte: Envex (2018).
Os lances de réguas instalados são de 12 metros acima do “ponto zero”. A Figura 39 apresenta os lances dessa estação.
Figura 39: Lances de régua na estação Jusante I – rio Iguaçu.
Fonte: Envex (2018).
O monitoramento abrangeu a medição descarga líquida e a coleta de sedimentos, uma vez que os levantamentos batimétricos e topográficos já foram realizados nas campanhas anteriores.
A Tabela 5 apresenta as informações coletadas durante as medições do dia 25/06/2018.
Tabela 5 – Check List de Informações levantadas na estação Jusante I.
Data: 25/06/2018
Horário de início da hidrometria: 15h20m Horário de término da hidrometria: 15h50m
Método utilizado: Acústico (efeito Doppler)
Equipamento para hidrometria: ADCP modelo ADP 3D
Leitura da régua inicial: 4,0 metros
Leitura da régua final: 4.13 metros
Distância entre as margens: 349,68 metros Distância entre as verticais: -
Número de verticais medidas: -
Profundidade máxima: 9,40 metros
Número de pontos monitorados: -
Horário de início da sedimentometria: 16h20m Horário de término da sedimentometria: 17h00m
Amostrador: AMS-8
Diâmetro do bico: 1/4”
Número de verticais coletadas: 20
Coleta de Material do Leito: Não
Tempo: Chuvoso
Na Figura 40 pode-se notar a medição de vazão realizada pelo método acústico, utilizando ADCP.
Figura 40: Medição de vazão com ADCP na estação Jusante I – rio Iguaçu.
Fonte: Envex (2018).
A Figura 41 demonstra o método de coleta de sedimentos em suspensão utilizando o amostrador AMS-8 (amostrador de saca).
Figura 41: Coleta de sedimentos em suspensão com amostrador AMS-8 na estação Jusante I.
Fonte: Envex (2018).
Não foram realizadas coletas de material do leito no rio Iguaçu. Isto se deu por conta do leito deste rio ser predominantemente rochoso.
8.1.4. Estação UHE Baixo Iguaçu Rio Floriano
RN1 e RN2. Estes, por sua vez, apresentam informações de cota arbitrária, sendo referenciados a partir do “ponto zero” da seção. A Figura 42 apresenta os respectivos RN’s.
Figura 42: RN1 e RN2 instalados na estação Rio Floriano.
Fonte: Envex (2018).
Outros dois RN’s (MF01ME e MF02ME) foram implantados durante este estudo para servir de apoio para realização da batimetria da seção. Estes, por sua vez, foram referenciados com base na cota do nível do mar (Figura 43).
Figura 43: RN MF01ME e RN MF02ME instalados na estação Rio Floriano.
Fonte: Envex (2017).
Os lances de réguas instalados são de 5 metros acima do ponto zero do rio. A Figura 44 apresenta as réguas dessa estação.
Figura 44: Lances de régua na estação Rio Floriano.
Tabela 6 – Check List de Informações levantadas na estação Rio Floriano.
Data: 26/06/2018
Horário de início da hidrometria: 11h30m Horário de término da hidrometria: 14h30m
Método utilizado: Integração da distribuição de velocidades Equipamento para hidrometria: Molinete Fluviométrico MLN-7
Leitura da régua inicial: 1,43 metros
Leitura da régua final: 1,25 metros
Distância entre as margens: 29,00 metros Distância entre as verticais: 1,40 metros
Número de verticais medidas: 20
Profundidade máxima: 0,58 metro
Número de pontos monitorados: 2 (0,2 e 0,8 p) Horário de início da sedimentometria: 14h40m Horário de término da sedimentometria: 15h43m
Amostrador: DH-48
Data: 26/06/2018
Coleta de Material do Leito: Sim
Tempo: Chuvoso
Na Figura 45 pode-se notar a medição de vazão, realizada a vau, pelo método
Na Figura 45 pode-se notar a medição de vazão, realizada a vau, pelo método