D ADOS DE E NTRADA E DE S AÍDA DO M ODELO

Neste ponto são abordadas as questões relativas à inserção da informação no modelo HEC-RAS e, posteriormente, à recolha dos seus resultados para análise.

Os dados de entrada no modelo podem ser divididos consoante a caracterização geométrica do vale e as condições de escoamento em pontos singulares do sistema (condições fronteira). Ou seja, os dados caracterizadores do sistema onde se pretende simular o escoamento estão associados, por um lado, à introdução dos perfis transversais e às distâncias desses perfis a um ponto de referência, e por outro, à introdução das barragens, das confluências, das afluências pontuais e das áreas de armazenamento no interior do sistema. Esta distinção justifica-se pelo modo como são inseridos, pela quantidade de dados envolvida e pelo tipo de influência no modelo numérico. O modelo HEC-RAS evidencia essa distinção pelo que, com este ponto, se pretende tornar mais claro o correspondente modo de funcionamento interno.

As secções transversais devem ser criteriosamente localizadas e nelas serem determinadas as grandezas que caracterizam o escoamento, ou seja, o caudal e o nível da superfície livre. No entanto, a introdução das mesmas no sistema, com o modelo HEC-RAS, torna-se uma tarefa dificultada se não for aproveitada a potencialidade da ferramenta HEC-GeoRAS que estabelece a partilha de informação entre os programas ArcGis e HEC-RAS. De facto, através desta capacidade é possível a introdução automática de coordenadas georreferenciadas de cada ponto de cada perfil. No presente trabalho esta ferramenta não foi explorada pelo facto de os dados referentes às secções transversais já terem sido fornecidos, noutro formato. A informação dos perfis transversais dos rios a simular é tão extensa quanto o sistema a simular, podendo envolver dezenas de perfis, cada qual caracterizado por dezenas de pontos constituindo uma enorme quantidade de valores numéricos. Como tal, a inserção destes dados (pares de valores: distância à margem; cota) é demorada, tendo sido introduzidas, uma a uma e ponto a ponto, as secções transversais existentes no sistema. Para além disto, a distância de cada secção a um ponto de referência, que no HEC-RAS corresponde à secção imediatamente a jusante, pode ser introduzida com valores diferentes para as margens e canal principal.

No que diz respeito às características hidráulicas das secções transversais a inserir no modelo, nomeadamente, o coeficiente de rugosidade de Manning “n” e o coeficiente de expansão/contracção, estas são atribuídas a cada secção do sistema. No caso do coeficiente de Manning “n”, é dada a possibilidade de diferenciar este parâmetro consoante o elemento constituinte da secção transversal; isto é, o HEC-RAS permite atribuir diferentes coeficientes de rugosidade para as margens, direita e esquerda, e para o canal principal.

A figura 3.9 corresponde a um exemplo de introdução das características das secções transversais no HEC-RAS.

Fig. 3.9 – Entrada de dados referentes aos perfis transversais. Fonte: HEC-RAS.

Para além dos perfis base, podem ainda ser inseridos automaticamente perfis interpolados entre os perfis base, conforme as necessidades de rigor e de estabilidade e convergência do cálculo. No modelo HEC-RAS, essa interpolação é controlada pela introdução de distâncias máximas entre perfis.

Relativamente às condições fronteira internas, as confluências e as barragens têm uma entrada de dados específica e localizam-se, geralmente, entre duas secções do modelo.

No HEC-RAS, a caracterização das barragens existentes no sistema é feita com base no tipo de barragem, nas características da brecha e na lei de exploração das comportas e o programa permite a introdução das referidas características consoante aquilo que se pretenda simular.

A introdução das características geométricas da barragem, propriamente dita, passa, inicialmente por, introduzir a localização da mesma entre as duas secções imediatamente a montante e a jusante. A definição da distância entre o paramento de montante e a secção imediatamente a montante da estrutura referida juntamente com a informação da largura de topo da barragem permite obter a exacta localização da estrutura no trecho entre as duas secções. O corpo da barragem é introduzido de forma similar à introdução das secções transversais, através de uma tabela de pares de pontos, existindo, no entanto, a possibilidade de definir a inclinação dos paramentos de montante e de jusante e o coeficiente de vazão para a ocorrência de galgamento da barragem (sem existência de ruptura). A figura 3.10 representa o procedimento de entrada de dados referentes às características físicas da barragem.

A metodologia utilizada no modelo unidimensional HEC-RAS para a definição das características da brecha em barragens de betão admite a formação de uma brecha rectangular, triangular ou trapezoidal que cresce progressivamente a partir do coroamento até atingir a configuração final pré-estabelecida. A forma final da brecha é especificada pelo declive das paredes laterais e largura e cota final da base da brecha. Para além do tempo de ruptura é necessário definir a cota do nível na albufeira para a qual se inicia o processo de ruptura.

Nas barragens de terra, a ruptura por “piping” é simulada através da modelação como um orifício, a uma dada cota, que se desenvolve com o tempo. Neste caso, o software permite a introdução de um

coeficiente de orifício que é usado enquanto o volume de água que passa através da barragem se desloca sob o fenómeno de “piping”. Pode definir-se uma espessura do corpo da barragem acima do orifício para a qual a estrutura colapsa. Após este colapso a evolução da brecha é similar à ruptura por galgamento.

Fig. 3.10 – Entrada de dados para definição do corpo da barragem. Fonte: HEC-RAS.

Para além do corpo da barragem, o HEC-RAS dispõe de outra “janela” que permite definir as características físicas das comportas. A definição das comportas surge devido à necessidade de controlar a passagem do caudal afluente, na secção da barragem, de montante para jusante. O programa tem, assim, um editor (“Inline Gate Editor”) que permite descrever as características geométricas, o tipo e os coeficientes de vazão das comportas (figura 3.11).

Fig. 3.11- Entrada de dados para definição das comportas. Fonte: HEC-RAS.

As características das comportas correspondem, designadamente, à altura da comporta associada à abertura máxima que esta poderá assumir, ao comprimento da comporta, à cota da crista da soleira do descarregador e à posição da comporta no corpo da barragem. Dependendo do tipo de comporta, os

coeficientes de vazão a introduzir baseiam-se nas expressões (38), (41) ou (42). O HEC-RAS dá a possibilidade de explorar o tipo de soleira dispondo de três hipóteses, nomeadamente, descarregador de soleira normal, descarregador de soleira espessa e descarregador de soleira delgada.

A forma de exploração das comportas é feita no momento em que se definem os dados associados ao escoamento variável. Podem ser introduzidas, para cada passo de cálculo, as aberturas a garantir ou pode ser feito um controlo de abertura e de fecho consoante os níveis na secção imediatamente a montante e dependente das velocidades (em metros por minuto) definidas para a abertura e para o fecho da comporta (figura 3.12).

Fig. 3.12 – Entrada de dados relativos à exploração das comportas. HEC-RAS.

A introdução dos dados referentes às confluências baseia-se na definição dos comprimentos dos trechos perto da confluência. Tendo como exemplo a confluência (divisão do trecho principal em dois) apresentada na figura 3.13, é possível afirmar que as distâncias introduzidas referem-se ao comprimento entre a última secção do trecho principal (1) e a primeira secção dos trechos secundários (2 e 3), ou seja, estes comprimentos devem representar a distância média que o escoamento vai percorrer desde a última secção do trecho 1 e as primeiras secções do trecho 2 e 3.

Fig. 3.13 – Esquema de confluência. Comprimentos considerados. Fonte: HEC-RAS (2008 b).

Segundo o manual de referências do HEC-RAS, de uma forma geral, as secções transversais que limitam a confluência, deverão estar localizadas o mais próximo possível umas das outras de maneira a minimizar o erro de cálculo de perdas de carga ao longo da confluência.

Como já foi referido, para escoamentos variáveis, o HEC-RAS permite o cálculo de confluências segundo dois métodos: o método da igualdade de níveis e o método de equilíbrio de energia. É possível inserir toda a informação referida através do editor de confluências do HEC-RAS.

Para além da introdução dos dados relativos à geometria e características de escoamento, é necessário também introduzir alguns parâmetros para controlo do procedimento de cálculo e da saída de resultados. De facto, o conjunto de parâmetros fundamentais para a realização do cálculo inclui a duração da simulação, o passo de cálculo, as tolerâncias e o número máximo de iterações (figura 3.14).

Fig. 3.14 – Introdução dos parâmetros de cálculo. Fonte: HEC-RAS.

Relativamente aos dados de saída do modelo, interessa obter, para a preparação dos planos de emergência, para todo o sistema ou para um conjunto de secções consideradas significativas, os seguintes elementos em forma gráfica:

 Perfis da superfície livre e valores dos níveis da superfície livre e dos caudais em todo o sistema simulado, em instantes característicos após a ocorrência da ruptura;

 Instante de chegada da onda e envolventes dos caudais, níveis, velocidades médias, em todo o vale a jusante da barragem e respectivos instantes de ocorrência;

 Evolução no tempo dos caudais e dos níveis da superfície livre (ou alturas de água) em secções do vale a jusante consideradas significativas;

No entanto, o HEC-RAS permite a visualização dos dados de saída em formato gráfico e em formato de tabela. A saída de resultados é opcional podendo-se seleccionar os perfis transversais para a saída de hidrogramas, variações dos níveis e alturas de água, assim como os instantes de cálculo para a saída de resultados. Alguns aspectos da extracção dos resultados serão comentados no capítulo 6 sendo aí evidenciadas as limitações do modelo neste campo e as dificuldades com que o utilizador se depara na tentativa de conseguir o tratamento dos resultados de forma simples e directa.

Os resultados saídos em forma de gráfico são, unicamente, os limnigramas e hidrogramas, as curvas de vazão calculadas e as variações das grandezas do cálculo hidráulico. A informação disponível em tabelas é bem mais completa e para além dos valores associados aos resultados em gráficos, o HEC- RAS fornece os resultados das variações do nível, da altura e do caudal, nos trechos seleccionados, ao longo do tempo, os níveis e os níveis máximos ao longo do sistema e respectivos instantes de ocorrência, os caudais máximos ao longo do sistema e instante respectivo e as velocidades médias máximas para todas as secções de calculadas.

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