PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
JODY CAMPOS
INFLUÊNCIA DA FORMA DO ASSOREAMENTO NA VAZÃO REGULARIZADA DE RESERVATÓRIOS DO ESTADO DO CEARÁ
INFLUÊNCIA DA FORMA DO ASSOREAMENTO NA VAZÃO REGULARIZADA DE RESERVATÓRIOS DO ESTADO DO CEARÁ
Dissertação submetida à Coordenação do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal do Ceará, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.
Área de concentração: Recursos Hídricos
Orientador: Profa. Dra. Ticiana Marinho de Carvalho Studart
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará
Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE
C213i Campos, Jody.
Influência da forma do assoreamento na vazão regularizada de reservatórios do Estado do Ceará/ Jody Campos. – 2015.
80 f. : il. color. , enc. ; 30 cm.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Recursos Hídricos, Fortaleza, 2015.
Área de Concentração: Recursos Hídricos.
Orientação: Profa. Dra. Ticiana Marinho de Carvalho Studart. Coorientação: Prof. Dr. Iran Eduardo Lima Neto.
1. Recursos hídricos. 2. Evaporação. 3. Sedimentos. 4. Assoreamento de reservatórios. I. Título.
este trabalho, por ter conseguido algo que antes era impossível. Obrigado Senhor. À você Andréia pelo amor, esforço, e dedicação que tem para com nossa família, sem a sua ajuda eu não teria conseguido.
À minha mãe, pelo amor, dedicação e apoio recebidos durante a minha vida.
À professora Ticiana Studart, pela amizade, instrução, orientação e empenho que possibilitaram a realização deste trabalho.
Ao professor Iran Eduardo Lima Neto, pelo seu companheirismo, esforço e dedicação para o andamento desta pesquisa.
Ao professor Antônio Clecio Fontelles Thomaz, pala contribuição e dedicação demonstrada.
Aos amigos da Coordenadoria de Obras e Projetos da UFC Eloi, Fabrício, Hugo, Jorge, Neurinei, Venilma, Lucélia, Ronne, Victor, Rodolfo, obrigado pela força e incentivo.
Aquele, porém, que beber da água que eu lhe der nunca mais terá sede; pelo contrário, a água que eu lhe der será nele uma fonte a jorrar para a vida eterna.
deposição da massa assoreada em reservatórios do Estado do Ceará, e os seus impactos na vazão regularizada. Foram investigadas três formas distintas de assoreamento, denominadas neste trabalho de alfa 1 1), alfa 2 () e alfa 3 (3). Após definição dessas formas, foram construídas Curvas Cota x Área x Volume (CAVs) dos reservatórios. Com o uso do programa Simres para simulação hidrológica de reservatórios foi possível comparar as informações de projeto com a situação atual dos reservatórios, e avaliar quanto os mesmos perderam em oferta de vazão regularizada. Apresenta-se também uma avaliação do assoreamento e de seus impactos para condições futuras (50 e 100 anos), de forma a se promover um planejamento mais preciso na gestão dos recursos hídricos. Selecionou-se cinco reservatórios estratégicos do Estado do Ceará Óros, Banabuiú, Cedro, Fogareiro e Pedras Brancas, destes, existe reservatórios com mais de cem anos de concluído. Obteve-se para os modelos alfa 1 e alfa 2 resultados semelhantes, mostrando pouca diferença entre estes dois modelos, porém para o modelo alfa 3 os resultados são bastante diferentes dos outros dois, e com impactos significativos em termos de perda de vazão regularizada. Os resultados mostram a importância de acompanhar os reservatórios e ver como os mesmos estão assoreando.
investigated three different forms of silting, called this work of alpha 1 1), alpha 2 () and alpha 3 (3). After defining these forms, curves were constructed Cota x Area x Volume (VACs) reservoirs. Using the Simres program for hydrological reservoir simulation was possible to compare project information with the current situation of the reservoirs, and assess how much they lost in supply of regulated flow. Furthermore, it presents an evaluation of silting and its impact on future conditions (50 to 100 years) in order to promote a more accurate planning in the management of water resources. Was selected five strategic reservoirs of Ceará State Óros, Banabuiú, Cedar, Cooker and White Stones, of whom there Shells of more than a hundred years completed. Was obtained for alpha 1 and alpha 2 models similar results, showing little difference between these two models, but for the alpha 3 model the results are quite different from the other two and with significant impact in terms of loss of regulated flow. The results show the importance of monitoring the tanks and see how they are silting.
Figura 1: Depósito de sedimentos nos reservatórios. ... 20 Figura 2: Trajetória de partícula de sedimento em um reservatório retangular idealizado. ... 26 Figura 3 : Perfil longitudinal traçado pelo WASA-SED de distribuição de
sedimentos dentro do reservatório. ... 27 Figura 4: Perfil transversal traçado pelo WASA-SED de distribuição de sedimentos dentro do reservatório. ... 28 Figura 5: Representação do Método de Monte Carlo para a obtenção das séries de vazões. ... 32 Figura 6: Exemplo do comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação. ... 33 Figura 7: Método de distribuição de sedimentos depositados dentro de uma secção transversal ... 34 Figura 8: Bacias Hidrográficas do ceara ... 35 Figura 9: Representação esquemática do funcionamento de um reservatório... 38 Figura 10: Modelo cônico do reservatório e suas diferentes formas de
Gráfico 3: CAV Cedro Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3. ... 44
Gráfico 4: Erosividade (R) do Açude Banabuiú ... 45
Gráfico 5: Volume do Açude Banabuiú ... 46
Gráfico 6: CAV Banabuiú Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3. ... 47
Gráfico 7: Erosividade (R) do Açude Orós ... 48
Gráfico 8: Volume do Açude Óros ... 48
Gráfico 9: CAV Orós Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3. ... 49
Gráfico 10: Erosividade (R) do Açude Pedras Brancas ... 50
Gráfico 11: Volume do Açude Pedras Brancas ... 51
Gráfico 12: CAV Pedras Brancas Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3. ... 52
Gráfico 13: Erosividade (R) do Açude Fogareiro ... 53
Gráfico 14: Volume do Açude Fogareiro ... 53
Gráfico 15: CAV Fogareiro Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3. ... 54
Gráfico 16: Valores da vazão regularizada - modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 ... 56
Gráfico 17: Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114 ... 56
Gráfico 18: Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114 ... 57
Gráfico 19: Vazões Regularizadas para os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2014 ... 57
Gráfico 20: Vazões Regularizadas para os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2014 ... 57
Gráfico 21: Comportamento do vertimento do Açude Cedro segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114. ... 59
Gráfico 22: Comportamento do vertimento do Açude Banabuiú segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114. ... 59
Gráfico 23: Comportamento do vertimento do Açude Orós segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114. ... 60
Gráfico 24: Comportamento do vertimento do Açude Pedras Brancas segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114. ... 60
Gráfico 25: Comportamento do vertimento do Açude Fogareiro segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114. ... 60
Gráfico 26: Comportamento da evaporação do Açude Cedro para os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114. ... 62
Gráfico 27: Comportamento da evaporação do Açude Banabuiú para os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114 ... 62
Gráfico 28: : Comportamento da evaporação do Açude Orós para os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114 ... 63
Gráfico 29: Comportamento da evaporação do Açude Pedras Brancas para os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114 ... 63
DH - Diferença de nível entre a cota máxima e a mínima do reservatório (m)
ξ - Taxa de retenção de sedimento (t.m-3.MJ-1.mm-1.ha.h)
ρ - Massa específica aparente do assoreamento (t.m-3)
P - Precipitação média anual (mm)
p - Precipitação mensal total (mm)
K - Fator de erodibilidade do solo (t.h.MJ-1.mm-1)
L - Comprimento do rio principal ou curso d’água (m)
S - Fator topográfico da declividade (adimensional)
Vo - Volume inicial do reservatório (hm³)
V - Volume do reservatório após um período ∆t de funcionamento (hm³)
∆V - Variação do volume do reservatório após um período ∆t de funcionamento
(hm³)
Rm - Erosividade mensal da chuva (MJ.mm.ha-1.h-1. mês-1)
R - Erosividade anual da chuva (MJ.mm.ha-1.h-1. ano-1)
Me - Massa de sedimentos que deixa uma bacia (t. ano-1)
Ma - Massa assoreada do reservatório (t . ano-1)
1.1 Colocação do Problema _________________________________ 18
1.2 Objetivo Geral _________________________________________ 18
1.3 Objetivos Específicos ___________________________________ 19
1.4 Organização do Trabalho ________________________________ 19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA _________________________________ 20
2.1 Modelagem hidrossedimentológica _______________________ 20
2.1.1 O uso da Equação Universal da Perda de Solo - USLE ________ 21 2.1.2 Modified Universal Soil Loss Equation - MUSLE ______________ 22 2.1.3 Model of Water Availbility - WASA-SED ____________________ 22 2.1.4 Modelo Hidrosed ______________________________________ 28 2.1.5 Modelo Simplificado de LIMA NETO _______________________ 29
2.2 Simulação Hidrológica de Reservatório ____________________ 31
2.2.1 Simulação de Monte Carlo _______________________________ 31 2.2.2 O comportamento da vazão regularizada ___________________ 32
2.3 Formas de Depósito da Massa Assoreada __________________ 34
3 METODOLOGIA ___________________________________________ 35
3.1 Área de Estudo ________________________________________ 35
3.2 Seleção dos Reservatórios ______________________________ 36
3.3 Cálculo do fator de forma da bacia hidráulica () dos Açudes: _ 36
3.4 Cálculo do assoreamento atual e previsão do assoreamento
para 50 e 100 anos __________________________________________ 37
3.5 Simulação dos Reservatórios ____________________________ 37
3.5.1 Operação simulada do reservatório ________________________ 37
3.6 Equação do Balanço Hídrico _____________________________ 39
3.7 Garantia (G): __________________________________________ 40
3.8 Precipitação e Evaporação _______________________________ 40
3.9 Simulação do Reservatório Utilizando o Programa SIMRES ___ 40
3.10 Determinação das Curvas Cota-Área-Volume _______________ 41
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ______________________________ 42
4.1 Cálculo da Erosividade dos Reservatórios __________________ 42
4.3 Impacto da forma do assoreamento nos Volumes Vertidos pelos Reservatórios ______________________________________________ 58
4.4 Impacto da forma do assoreamento nos Volumes Evaporados
pelos Reservatórios _________________________________________ 61
4.5 Síntese dos Resultados _________________________________ 64
5 Conclusões e Recomendações ______________________________ 67
1 INTRODUÇÃO
A Região Nordeste do Brasil tem clima e geomorfologia próprios do Semiárido, sendo assolada por episódios cíclicos de secas. Apresenta alta variabilidade interanual de suas precipitações e vazões (estão entre as maiores do mundo), altas taxas de evaporação e rios intermitentes, em função da predominância do embasamento cristalino.
No início do século passado, foi implantada em todo o Nordeste e, mais destacadamente no Estado do Ceará, uma importante infraestrutura para acumulação e distribuição de recursos hídricos. O Açude Cedro, em 1908, foi o primeiro reservatório construído para o enfrentamento da seca no Nordeste. Nos anos seguintes à sua construção, tornou-se censo comum que o problema poderia ser resolvido pela construção de açudes, os quais armazenariam água na estação chuvosa para usá-la nos períodos de seca – era o início da chamada Solução Hidráulica.
Atualmente, estima-se que existam, apenas no Ceará, cerca de 30.000 açudes de pequeno, médio e grande portes, sendo o seu potencial de acumulação de água da ordem de 17 bilhões de metros cúbicos.
Por outro lado, a pouca cobertura vegetal, aliada a chuvas intensas, cria situações de alto escoamento superficial causando efeitos devastadores ao longo do rio. Durante esses períodos chuvosos, acentua-se o processo de assoreamento dos reservatórios, dado que grande quantidade de sedimentos é erodida pela precipitação e carreada aos açudes pelos rios. O assoreamento é intensificado, de modo geral, pelo aumento da erosão pluvial, pela redução da velocidade do curso d’água e pelas atividades humanas, decorrentes de práticas agrícolas inapropriadas e pela precariedade da infraestrutura urbana.
Os açudes atuam, portanto, como grandes bacias de detenção de sedimentos, dado que criam condições favoráveis para a sedimentação de material sólido carreado pelos rios em função da redução da velocidade da água. Ao longo da bacia hidráulica do açude, são formados depósitos, cuja distribuição granulométrica dos sedimentos varia de tamanho. (Lopes, 2002).
mundo, causando um grande impacto na sua capacidade de regularização, pela perda do volume de armazenamento.
Conforme Araújo (2003; 2005; 2006), a principal consequência da perda de volume por assoreamento é o aumento das perdas por evaporação e das perdas por extravasamento.
Segundo Simões e Yang (2006) os sedimentos podem se depositar de maneiras diferentes no reservatório. Assumindo a forma cônica (Campos et. al., 2002) para representar as curvas cota x área x volume (CAV) de um reservatório, este trabalho pretende avaliar o impacto do assoreamento na redução da capacidade de armazenamento de cinco importantes açudes do Ceará. Adotar-se-á para tanto quatro horizontes temporais: a data da construção do reservatório, o ano de 2014 (cenário atual) e os anos de 2064 e 2114 (cenários futuros).
1.1 Colocação do Problema
Sabe-se que o abastecimento d’água para a indústria, agricultura e abastecimento humano no Estado se dá em função da existência de reservatórios superficiais. Estima-se que existem hoje, no Estado do Ceará aproximadamente 30.000 açudes, com variados volumes de armazenamento. O mais antigo deles é o açude do Cedro, com mais de 100 anos de construção. Em um açude com tanto tempo de construção surge uma série de questionamentos. Um deles diz respeito à manutenção das condições iniciais de projetos, devido à deposição de sedimentos no reservatório, ao longo dos anos, o qual atinge em maior ou menor grau todos os reservatórios (Maia, 2006). A literatura apresenta três formas distintas de deposição de sedimentos no lago, aqui denominadas de Alfa 1, Alfa 2 e Alfa3.
Dado que o assoreamento diminui o volume útil do reservatório, o seu estudo constitui-se em assunto de grande relevância.
1.2 Objetivo Geral
1.3 Objetivos Específicos
- Calcular e estimar o assoreamento atual e em cenários futuros, para nível de planejamento da oferta de água;
- Comparar as diferentes formas de deposição de sedimento no reservatório;
- Avaliar como as diferentes formas de depósito de sedimento interferem na Vazão Regularizada, na Evaporação e na Sangria.
1.4 Organização do Trabalho
Este trabalho está organizado em cinco Capítulos. O Capítulo I trata da introdução, objetivos e organização do trabalho.
O Capítulo II apresenta a revisão bibliográfica, trazendo conceitos e definições de modelagem hidrossedimentológica e simulação hidrológica de reservatórios.
O Capítulo III apresenta a metodologia na qual o trabalho está baseado e a forma de seu desenvolvimento, mostrando os detalhes do desenvolvimento da pesquisa.
O Capitulo IV mostra os resultados obtidos com o desenvolvimento do trabalho, apresentando a erosividade, vazão regularizada e sangria para cada reservatório pesquisado em função das alterações sofridas pelo assoreamento.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
São vários os trabalhos que tratam do assoreamento em reservatórios e das consequências que este problema traz para estes corpos hídricos. Segundo Maia (2006), os problemas trazidos pela deposição de sedimentos em reservatório dizem respeito, principalmente, à redução do volume útil do reservatório, que irá interferir no uso para o qual o açude foi construído. Consequentemente, se o assoreamento altera o volume útil do reservatório, irá provocar alteração na sua vazão regularizada.
2.1 Modelagem hidrossedimentológica
São detalhados na Figura 1 os problemas principais devido o assoreamento no reservatório. Dentre os quais, pode-se citar a redução do volume morto, o impacto na acumulação hídrica, na produção de energia e na pesca.
Figura 1:Depósito de sedimentos nos reservatórios.
2.1.1 O uso da Equação Universal da Perda de Solo - USLE
A produção de sedimentos em bacias hidrográficas é estimada através da utilização de modelos computacionais, sendo estes classificados quanto a sua estrutura e escala (DE PAIVA, 2001). Quanto à estrutura, classificam-se os modelos em empíricos ou conceituais. Quanto à escala, os modelos podem ser classificados em globais ou distribuídos. Os modelos que consideram a bacia como uma unidade homogênea em toda a sua superfície e desconsidera os processos de transformação e transporte, chamam-se modelos globais, quando consideram heterogeneidades de clima, solo, vegetação, relevo e ocupação da bacia, classificam-se como distribuídos.
De acordo com De Paiva (2001), os modelos globais para a estimativa de produção de sedimentos em pequenas bacias tem sua origem na Equação Universal da Perda de Solo (USLE).
Esta equação é utilizada em todas as partes do mundo, porém deve-se ter o cuidado para que a mesma seja aplicada apenas em pequenas bacias hidrográficas, não servindo assim, para a estimativa da massa afluente de sedimento a reservatórios com grandes bacias de contribuição, visto que sua determinação foi feita através de medições em lotes padronizados de 21 metros de comprimento por 9 metros de largura, com declividade de 9% (lotes de WISCHMEIER), podendo-se apresentar problemas de escala quando da determinação do volume de sedimentos em bacias de maior porte.
l
M R K L S C P A (Eq. 1) Onde:
Ml é a perda de solo por unidade de área e tempo, em (t.ha-1.ano-1);
R é fator de erosividade da chuva (MJ.mm.ha-1.h-1. Ano-1);
K é fator de erodibilidade do solo, que representa a capacidade do solo de sofrer erosão por uma determinada chuva (t.h.MJ-1.mm-1);
L é fator topográfico que expressa o comprimento do declive do terreno natural (adimensional);
S é fator topográfico que expressa a declividade do terreno ou grau do declive (adimensional);
C é fator que expressa uso e manejo do solo e cultura (adimensional); P é fator que expressa a prática conservacionista do solo adimensional; A é área (ha).
2.1.2 Modified Universal Soil Loss Equation - MUSLE
Método concebido por WILLIANS (1975), levando em consideração as limitações da USLE, originando modelos como a MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation), na qual é realizada a substituição da erosividade por informações do hidrograma de uma chuva isolada, originando o aporte de sedimentos no exutório da bacia por eventos pluviométricos e, dessa forma, possibilita a realização de uma estimativa direta deste aporte de sedimentos.
2.1.3 ModelofWaterAvailbility - WASA-SED
realizada através de um método de cascata, no qual os reservatórios de ordem inferior contribuem com fluxo para os reservatórios de ordem superior (GÜNTNER, 2002; GÜNTNER e BRONSTERT, 2004; GÜNTNER et. al., 2004; BRONSTERT et. al., 2007; MAMEDE, 2008; MULLER et. al., 2008; FRANCKE et. al., 2008; MEDEIROS et. al., 2012)
Utilizando-se o modelo WASA-SED, faz-se o início do balanço hídrico na escala de perfil de solo e as transferências de fluxo e agregação do escoamento são computadas até a escala de sub-bacia. São contemplados na modelagem hidrológica os seguintes critérios: interceptação (balanço simples - Güntner, 2002); evapotranspiração ( Shuttleworth e Wallace, 1985); evaporação de reservatórios superficiais (Penman, 1948; Monteith, 1965);infiltração (Green e Ampt, 1911); percolação entre solos (Arnold et al., 1990); escoamento sub-superficial (para fluxo saturado baseada na equação de Darcy); armazenamento subterrâneo (modelagem simplificada com base em um modelo linear de armazenamento).
Após o cômputo de todo o escoamento gerado em uma sub-bacia, o mesmo é propagado na rede de drenagem e então conduzido aos reservatórios superficiais. No que diz respeito aos açudes, a simulação do balanço hídrico em pequenos reservatórios é feita no modelo WASA-SED considerando-se o agrupamento destes em classes de acordo com suas capacidades de armazenamento. Assim, o balanço é calculado para um reservatório hipotético com características que representam cada classe, sendo a transferência de água entre as classes de reservatórios realizada através de um método de cascata, no qual os reservatórios de ordem inferior contribuem com fluxo para os reservatórios de ordem superior (Güntner etal., 2004). Para os reservatórios estratégicos, o balanço hídrico é calculado de forma explicita, levando em consideração as devidas características de cada açude (localização, dimensões do vertedouro, curva cota-área-volume, liberação de vazões a jusante).
(2008) de forma detalhada descrevem todos os processos sedimentológicos simulados no modelo WASA-SED.
O modelo apresenta quatro tipos de equações derivadas da Equação Universal de Perda de Solos – USLE (Wischmeier e Smith, 1978), as estrutura para o cálculo da geração de sedimentos (Williams e Arnold, 1997): estão apresentadas a seguir pela Equação 2.
A ROKF P C S K
E
χ
. . . . . . (Eq.2) Onde:E é erosão (t);
K é o fator de erodibilidade do solo (t.h.MJ-¹.mm-¹);
λS é o fator de comprimento de rampa e declividade (adimensional); C é o fator de cobertura vegetal e manejo de culturas (adimensional); P é o fator de práticas conservacionistas (adimensional);
ROKF é o fator de fragmentos de rocha (adimensional) e A é a área (ha) da unidade de modelagem.
χ
é o termo de energia, que varia de acordo com a equação utilizada, conformeWilliams e Arnold (1997) apresentado nas Equações 3, 4, 5 e 6:
USLE: χEI (Eq.3)
Onstad-Foster: χ 0,646EI 0,45(QSURF. )
33 , 0 qp
(Eq.4)
MUSLE: qp A
12 , 0 SURF 56 , 0 ) . 1,586(Q
χ (Eq.5)
MUST: χ 2,5(QSURF. )0,5
qp
(Eq.6)
Onde:
EI é o fator de erosividade da chuva (MJ.mm.ha-¹.h-¹); Qsurf é a lâmina escoada superficialmente (mm);
qp é a intensidade máxima do escoamento (mm.h-¹).
A é a erosão calculada é distribuída entre o número de classes de tamanho das partículas de solos, de acordo com a composição média dos solos erodidos.
SY = min (E + SEDin; qp) (Eq.7)
Para o modelo WASA-SED, Müller et al.,(2008) explicam que a capacidade máxima da concentração de sedimentos transportada pelo fluxo é calculada utilizando-se uma função potência baseada na velocidade de pico, similar aos modelos SWIM (Krysanova et al., 2000) e SWAT (Neitsch et al., 2002), dados pela Equação 8:
) v ( . a
C b
peak max
s, (Eq.8)
Onde:
vpeak é a velocidade de pico no canal (m/s);
Cs,max é a concentração de sedimentos máxima para cada trecho de rio (t.m-³); a e b são coeficientes definidos pelo usuário.
Em situações onde a concentração de sedimentos (Cactual) exceder a concentração máxima, ocorre deposição (Seddep). Em situações contrarias, erosão do leito do rio (Sedero) é calculada aplicando-se uma função empírica de erodibilidade (Neitsch et al., 2002) dada pelas Equações 9a e 9b:
Se Cactual > Cs,max: Seddep = (Cactual - Cs,max) . V (Eq. 9a)
Se Cactual < Cs,max: Sedero= (Cs,max - Cactual) . V . K . C (Eq. 9b)
Onde:
Seddep é massa de sedimentos depositada (t);
Sedero é a massa de sedimentos resuspendidos no trecho de rio (t); V é o volume de água no trecho (m³);
K é o fator de erodibilidade do leito; C é o fator de cobertura do leito.
O conceito de taxa de vertimento em reservatórios (Haan et al., 1994) é utilizado para o balanço de sedimentos, consequentemente, é admitido um reservatório retangular (Mamede, 2008). A taxa de vertimento é definida como a razão entre a vazão vertida e a área da bacia hidráulica. A Figura 2 mostra o conceito de taxa de vertimento aplicado para se calcular a retenção de sedimentos em pequenos reservatórios.
Figura 2: Trajetória de partícula de sedimento em um reservatório retangular idealizado.
Fonte: modificado de Mamede et al. (2008)
No modelo WASA-SED, utiliza-se uma equação unidimensional de transporte de sedimentos, adaptada de Han e He (1990), Equação 10:
) S* ( dx
dS
S
q
(Eq. 10)
Onde:
S é a concentração de sedimentos;
S* é a capacidade de carreamento de sedimentos; q é a vazão por unidade de largura;
é a velocidade de queda das partículas; α é o coeficiente de recuperação de saturação.
White, 1973) tendo estas equações o objetivo de calcular a capacidade de carreamento de sedimentos, as quais são apresentadas e detalhadamente por Müller et al. (2008). Levando em consideração as modificações ocorridas na elevação do leito do reservatório são calculadas para cada seção transversal adotando três camadas conceituais sobre o leito original: uma inferior de armazenamento, uma camada intermediária, e uma camada superior, onde ocorre fluxo carregado de sedimentos. A alteração temporal do leito móvel é calculada utilizando a equação de balanço de sedimentos proposta por Han (1980), dada a seguir pela Equação 11:
t A t
M x
QS d
d
) (
)
(
(Eq.11)
Onde : Q é a vazão líquida;
S é a concentração de sedimentos;
M é a massa de sedimentos na coluna de água com comprimento unitário na direção longitudinal;
Ad é a área total de deposição;
ρd é a densidade do material depositado.
Simulações realizadas no modelo WASA-SED analisando a distribuição dos sedimentos depositados dentro do reservatório, encontram-se resultados próximos às medições de campo, confirmando as informações sobre o depósito de sedimentos de forma longitudinal conforme a Figura 3 e transversal Figura 4.
Figura 3 : Perfil longitudinal traçado pelo WASA-SED de distribuição de sedimentos dentro do
Fonte: modificado de Mamede (2008)
Figura 4:Perfil transversal traçado pelo WASA-SED de distribuição de sedimentos dentro do reservatório.
Fonte: modificado de Mamede (2008)
2.1.4 Modelo Hidrosed
Modelo proposto por Araújo (2003), quantifica o assoreamento em reservatórios do semi-árido a partir de informações sobre precipitação, topografia, pedologia, vegetação do solo e uso do solo de uma bacia hidrográfica.
Este modelo parte do princípio que, com base na observação de campo, a contribuição mais relevante de sedimentos nas regiões semiáridas provém da erosão laminar. Assumi a premissa para a massa de sedimentos que chega aos drenos é a mesma que chega aos reservatórios e, para cálculo da erosão localizada, utiliza a Equação Universal de Perdas de Solo (USLE, dada pela Equação 1).
Khanbilvardi e Rogowski (1984) desenvolveram um parâmetro para cálculo do assoreamento que é a SDR, definida como taxa de transporte difuso, como citado anteriormente, a razão entre a massa de sedimentos que deixa uma bacia (Me) e a massa de sedimentos localmente erodida (ML). Portanto, utilizando equações existentes para cálculo da SDR (Araújo, 2003) e a Equação 1 para cálculo de ML, obtém-se Me segundo a Equação 12:
e l
M M SDR (Eq. 12)
de residência médio do sedimento no reservatório, calculado pela razão entre a capacidade do reservatório (V) e a vazão afluente média anual (Qa). O cálculo da retenção de sedimentos em reservatórios da região semiárida é feito de acordo com a Equação 13:
a e
M M (Eq. 13)
Onde:
Ma é a massa assoreada do reservatório e
� é o percentual de retenção do sedimento no reservatório.
Araújo (2003) considerou também as prováveis contribuições urbanas na produção de sedimentos, sendo a Equação 13 modificada para a
seguinte forma, dada pela Equação 14:
a l
M M SDR Pop (Eq.14)
Onde:
Pop: é igual a população contribuinte;
�: é a contribuição per capita de sedimentos.
2.1.5 Modelo Simplificado de LIMA NETO
Mais recentemente, Lima Neto et al. (2011) investigaram a distribuição de sedimentos em uma bacia semiárida cearense (2,5 × 104 km2) com uma rede
com mais de 4.000 reservatórios superficiais. Os resultados mostraram que a carga suspensa correspondeu a 70% da produção de sedimentos total (148 t.km-2.ano-1).
A contribuição relativamente baixa da carga suspensa (em comparação com outras regiões semiáridas) foi atribuída ao impacto dos inúmeros reservatórios a montante, que manteve 235 t km-2. ano-1. O micro (<1 hm3), pequeno (1-10 hm3),
médio (10-50 hm3) e grande ou estratégico (> 50 hm3) reagiram para reservatórios,
Com o objetivo de avaliar a taxa de sedimentação dos reservatórios, foi proposta a taxa de retenção de sedimentos, ξ (t.m-3.MJ-1.mm-1.ha.h), como um
parâmetro-chave, dado pela Equação 15.
=
∆���
.
� (Eq. 15)
Consequentemente tem-se que a variação do volume é dado pela Equação 16.
∆� =
��
.
.
�
(Eq. 16)
Onde:
∆V é a redução da capacidade do reservatório (hm³);
ρ é a densidade do sedimento seco em massa (t/m³);
∑R é o fator erosividade da chuva acumulada (MJ mm ha-1. h-1)
Nota-se que a erosividade da chuva é um dos fatores incluídos na equação universal de perdas de solo (USLE), dada por Wischmeier & Smith (1978). Neste estudo, devido à falta de dados detalhados para o cálculo do representante da intensidade da chuva de 30 minutos para toda a bacia hidrográfica, a erosividade foi obtida usando a Equação 12. Esta equação foi proposta por Bertoni & Lombardi Neto (1990) para a Região Sudeste do Brasil, tasmbém verificada como válida para a região do semiárido brasileiro, consequentemente tem-se a Equação 17 (Araújo et al., 2003):
0,85 2 67,355 m p R P
;
R
mR
m12
1
(Eq. 17)Onde:
Rm e R são, respectivamente, mensal e fatores erosividade anual (MJ.mm.ha-1 h-1);
p e P são, respectivamente, a precipitação mensal total e o precipitação média anual (mm).
et al. (2011) e Negreiros e Lima Neto (2014) obtiveram um valor médio de = 3,65 x 10-7 t.m-3.MJ-1.mm-1.ha.h.
2.2 Simulação Hidrológica de Reservatório
Conforme o dicionário Aurélio, simulação é uma experiência ou ensaio realizado com o auxílio de modelos. Na Engenharia, os modelos matemáticos de simulação, podem ser classificados em estocásticos ou determinísticos. De acordo com Bressan (2002), os modelos de simulações estocásticos têm pelo menos uma variável aleatória de entrada no sistema, porém os determinísticos não fazem o uso das variáveis.
2.2.1 Simulação de Monte Carlo
Segundo Andrade (1998), o método de Monte Carlo é um processo de simular modelos estatísticos, de forma a trabalhar experimentalmente com variáveis descritas através de funções probabilísticas.
A Figura 5 apresenta, a metodologia utilizada. Imagine que se deseje usar uma série histórica de n anos, com o objetivo de operar o aproveitamento hídrico de um reservatório. Essa série será usada como alimentação dos dados de entrada em um modelo de simulação com objetivo de produzir, como saída, uma grandeza relevante para o dimensionamento. Como a série histórica é uma das possíveis realizações de um processo estocástico, suponha-se que a natureza “sorteou“ a série histórica segundo algum conjunto de leis probabilísticas (KELMAN, 1987).
Seguindo o mesmo autor, novo sorteio provoca uma nova série, diferente da histórica, porém igualmente provável. Consequentemente pode-se perceber que cada sorteio está associado a uma série de vazões, definidas como série sintética. Consequentemente essas séries serão todas distintas entre si, sabe-se que não há garantia de que os resultados provenientes dessas simulações sejam iguais, como seria se apenas a série histórica estivesse disponível.
Figura 5: Representação do Método de Monte Carlo para a obtenção das séries de vazões.
Fonte:Adaptado de KELMAN, 1987).
2.2.2 O comportamento da vazão regularizada
Figura 6: Exemplo do comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.
Fonte: Studart (2000).
Consequentemente, o armazenamento de um reservatório é analisado por meio de dois estados distintos: Estado transiente tem-se a equação 18 e Estado de equilíbrio pela Equação 19.
Estado transiente:
Qr = f (, ,V0, H, K, G, EL, ) (Eq. 18)
Estado de equilíbrio:
Qr = f (, , K, G, EL, ) (Eq. 19)
Onde:
Qr vazão a ser regularizada pelo reservatório em questão;
média dos deflúvios anuais afluentes ao reservatório;
desvio-padrão dos deflúvios anuais afluentes ao reservatório; V0 volume inicial assumido para o reservatório;
H horizonte de planejamento (em anos); K capacidade do reservatório;
EL evaporação líquida no reservatório; e
fator de forma do reservatório.
O coeficiente de variação das séries dos deflúvios afluentes ao reservatório é dado pela Equação 20.
�� =
⁄
µ (Eq. 20)2.3 Formas de Depósito da Massa Assoreada
As possíveis formas da massa assoreada se depositarem nos reservatórios podem ser representadas conforme a Figura 7.
Figura 7: Método de distribuição de sedimentos depositados dentro de uma secção transversal
3 METODOLOGIA
Neste capítulo é apresentada a metodologia utilizada na condução deste trabalho. Inicialmente executou-se a medida do assoreamento nos reservatórios pesquisados, utilizando a Equação 16 de Lima Neto, em seguida, a elaboração das curvas cotas área volume (CAV) e, consequentemente, determinam-se as vazões regularizadas pelos reservatórios sobre o impacto do assoreamento.
3.1 Área de Estudo
No sentido de analisar a variação da vazão regularizada (Qreg), devido ao
efeito do assoreamento, selecionou-se cinco reservatórios do Estado do Ceará, os mesmo estão indicados na Figura 8.
Figura 8:Bacias Hidrográficas do ceara
3.2 Seleção dos Reservatórios
No estado do Ceará, os açudes são classificados segundo o Decreto No
23.068 de 11 de fevereiro de 1994, publicado no Diário Oficial do Estado – DOE de 18 de fevereiro de 1994. Conforme a Tabela 1.
Tabela 1:Classificação dos reservatórios
Com o objetivo de fazer um trabalho mais significativo em relação ao volume d’água, foram selecionados reservatórios macros e grandes. Vê-se, na Tabela 2, a lista de reservatórios estudados neste trabalho.
Tabela 2: Lista dos Reservatórios escolhidos.
RESERVATÓRIO CAPACIDADE (hm³) COORDENADAS CONCLUSÃO DATA DE BACIA
ESTE NORTE
Cedro 126,00 492.900 9.449.750 1906 Banabuiú
Orós 1.940,00 508.313 9.310.493 1961 Alto Jaguaribe
Banabuiú 1.601,00 508.724 9.411.109 1966 Banabuiú
Pedras Brancas 434,05 513.370 9.430.607 1978 Banabuiú
Ant. Ferreira Antero
(Fogareiro) 118,82 445.785 9.428.861 1996 Banabuiú
Fonte: Elaborado pelo autor.
3.3 Cálculo do fator de forma da bacia hidráulica () dos Açudes:
CLASSE VOLUME HIDRÁULICO (hm³)
Micro Até 0,5
Pequeno Acima de 0,5 até 7,5
Médio Acima de 7,5 até 75
Grande Acima de 75 até 750
Este fator é determinado na suposição de que a equação da bacia hidráulica do reservatório pode ser representada pela Equação 21.
V= h³ (Eq. 21)
Onde:
h denota a profundidade da superfície do reservatório medida em relação ao ponto mais profundo da bacia hidráulica;
V representa o volume acumulado correspondente a esta profundidade.
3.4 Cálculo do assoreamento atual e previsão do assoreamento para 50 e 100 anos
Utilizando o método desenvolvido por Lima Neto et. al. (2011), determinou-se o potencial erosivo da chuva do posto pluviométrico correspondente à cada reservatório, determinando-se, para cada ano da série histórica, a erosividade de cada mês, assim como a erosividade total da série. Adotando-se uma taxa de retenção de sedimento (ε ) igual a 3,65 x 10-7 t m-3 MJ-1 mm-1 há.h),
determinou-se o volume de sedimentos aportados a cada reservatório, por década. Sendo assim, foi possível determinar o volume do reservatório e fazer uma previsão para os cenários atual e futuros (50 e 100 anos).
3.5 Simulação dos Reservatórios
Sabe-se que alterações no volume útil de um reservatório provocam consequências diretas na sua vazão regularizada. Portanto é relevante comparar as alterações sofridas pela CAV devido ao assoreamento com a forma original do reservatório, a fim de entender o que acontece com a vazão regularizada do reservatório em função desta modificação.
3.5.1 Operação simulada do reservatório
Figura 9: Representação esquemática do funcionamento de um reservatório
Fonte: CAMPOS (1987)
Utilizando a série sintética ou histórica das vazões afluentes ao reservatório, pode-se simular quanto um reservatório regularizará, através da solução da equação do seu balanço hídrico. Através de métodos experimentais e empíricos é possível simular as vazões.
Muitas sequências de vazões são geradas, na simulação estocástica, utilizando a mesma média e o mesmo desvio-padrão da série histórica. E, com uma maior precisão nos resultados, pode-se estimar a vazão regularizada, fundamentada em uma análise probabilística do seu comportamento. Consequentemente é possível, na simulação estocástica, produzir apenas uma série sintética de vazões, longa o suficiente para o horizonte de simulação ser igual ao da série gerada, simulando, assim, os reservatórios com o seu armazenamento em estado de equilíbrio.
Para estes experimentos, as vazões regularizadas foram calculadas pelo uso da simulação estocástica, considerando o reservatório em seu estado de equilíbrio, para não haver interferência das condições iniciais.
Considerações básicas são necessárias na operação simulada do reservatório e na determinação de seu comportamento, quais sejam:
I. a unidade de tempo é um mês;
II. a retirada do reservatório é constante ao longo dos anos e no correr dos meses;
III. a contribuição líquida sobre o lago, precipitação menos evaporação, é admitida constante no curso dos anos, mas variável no decorrer dos meses.
atender o Decreto Estadual n° 23.067/94, o qual estipula que o valor outorgável das vazões regularizadas no estado do Ceará deve ter este valor de garantia, e = 14.259 (característico da curva cota x volume do Açude). Entretanto, os parâmetros CV, fk e EL sofreram alterações, e serão analisados ao longo do estudo.
3.6 Equação do Balanço Hídrico
A determinação do comportamento de um reservatório, segundo Studart (2000), é feita pela Equação 22 do balanço hídrico, que consiste nos procedimentos de igualar as entradas e saídas.
dV/dt = E - S (Eq. 22)
onde:
dV/dt - é a variação do volume ao longo do tempo, E – é o resultado de todas as entradas no sistema, e S – é o resultado de todas as saídas.
As entradas correspondem aos deflúvios afluentes e às precipitações diretas sobre o espelho d´água do lago; as saídas, por sua vez, compreendem as evaporações e as retiradas para fins utilitários. A Equação 21 do balanço hídrico usada neste modelo é dada pela Equação 23.
Vi+1 = Vi + ( Pi– Ei ) x ½ ( Ai+1 + Ai ) + Ii - Mi– Si (Eq. 23)
onde:
Vi+1 e Vi = representam os volumes de água estocados no reservatório
no início dos meses i+1 e i respectivamente;
Pi = precipitação média sobre o espelho de água do açude durante o
mês i;
Ei = lâmina média evaporada da superfície do lago durante o mês i;
Ai+1 e Ai = representam as áreas do lago do reservatório no início dos
meses i+1 e i respectivamente;
Ii = volumes afluentes ao reservatório durante o mês i;
Mi = retirada do reservatório durante o mês i;
3.7 Garantia (G):
Os reservatórios foram simulados com um nível de garantia (G) igual a 90%.
3.8 Precipitação e Evaporação
Para a simulação dos reservatórios foi selecionado um posto no local ou em localidade mais próxima com as mesmas características do reservatório em análise.
Da mesma forma como procedido no levantamento da precipitação, será selecionado um posto no local ou em localidade mais próxima com as mesmas características do reservatório em análise.
3.9 Simulação do Reservatório Utilizando o Programa SIMRES
As simulações dos reservatórios foram realizadas através do programa computacional SIMRES, desenvolvido pelo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Universidade Federal do Ceará. Como entrada, este programa utiliza dois arquivos de dados:
a) Série de vazões sazonais – este arquivo é apresentado em um formato denominado TAPE3.DAT e apresenta a série de vazões afluentes ao reservatório simulado;
b) Arquivo de dados gerais – este arquivo, cujo formato é denominado de TAPE2.DAT informa as características gerais do reservatório e os procedimentos da simulação.
as perdas por evaporação, bem como se informa a evaporação líquida anual (evaporação menos precipitação).
3.10 Determinação das Curvas Cota-Área-Volume
Neste trabalho, considera-se os reservatórios como cônico conforme a Figura 10, e as simulações foram feitas com o uso da Equação 21, possibilitando assim a construção das novas Curvas (CAV), em cada horizonte de simulação.
São apresentados e pesquisados em trabalhos científicos três possíveis maneiras diferentes da massa assoreada se alocar dentro dos reservatórios, neste trabalho chama-se de alfa 1 (alfae alfa 3, e dependendo da forma que venha ocorrer, o assoreamento, estudar os diferentes impactos, analisando o que acontece com o reservatório em função do assoreamento e da forma.
Sabe-se que um reservatório possui características de projeto, como Curva Cota x Área x Volume (CAV), Vazão regularizada (Qreg), precipitação média
anual e evaporação, dentre outras. Este trabalho irá calcular a vazão regularizada com novas Curvas (CAV), curvas estas, baseadas nas alterações sofridas no volume útil do reservatório devido ao efeito do assoreamento desde a construção até ao ano de 2014, e com previsões futuras de assoreamento para o ano de 2064 e 2114 e compará-las com a CAV de projeto.
Figura 10: Modelo cônico do reservatório e suas diferentes formas de assoreamento.
(a) Reservatório cônico sem assoreamento;
(b) Reservatório cônico com assoreamento modelo alfa 1, distribuição uniforme do
sedimento;
(c) Reservatório cônico com assoreamento modelo alfa 2, distribuição proporcional
a altura do fluxo;
(d) Reservatório cônico com assoreamento modelo alfa 3, distribuição horizontal
durante a deposição.
(a) (b) (c)
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Sabe-se que a gestão das águas no semiárido do Nordeste é baseada, fundamentalmente, na gestão de reservatórios superficiais. É fato marcante que a construção destes é condição essencial à obtenção do fornecimento de água para o consumo. Consequentemente, é de fundamental importância que se analisem os impactos do assoreamento nas vazões regularizadas pelos reservatórios da região.
Ao se determinar a vazão regularizada para um reservatório, não se considera o impacto do assoreamento na equação do balanço hídrico, porém, conforme os dados obtidos nas simulações executadas, vê-se que o assoreamento é um parâmetro importante e bastante significativo, pois, de acordo com as tabelas e gráficos apresentados neste capítulo, pode-se ver que houve interferências significativas.
4.1 Cálculo da Erosividade dos Reservatórios
São apresentados a seguir, os resultados obtidos para a erosividade nos reservatórios pesquisados.
4.1.1 Reservatório Cedro
Gráfico 1: Erosividade (R) do Açude Cedro
Fonte: Elaborado pelo autor.
O Gráfico 2 apresenta a perda de volume útil no reservatório Cedro durante 108 anos, desde a sua conclusão em 1906 até o ano de 2014. Observa-se que houve uma perda do volume útil de 18% para este reservatório devido ao assoreamento. Este gráfico não é linear, pois o decaimento do volume do reservatório é devido a erosividade sofrida pelo mesmo, e está varia em função da precipitação local, que é bastante variada na região semiárida.
Gráfico 2: Volume do Açude Cedro
Fonte: Elaborado pelo autor. 0,0 2000,0 4000,0 6000,0 8000,0 10000,0 12000,0 19 74 19 76 19 78 19 80 19 82 19 84 19 86 19 88 19 90 19 92 19 94 19 96 19 98 20 00 20 02 20 04 20 06 20 08 20 10 20 12 R (MJ . m m . h a -1. h -1) Anos 100 105 110 115 120 125 130
1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
Assumindo a premissa do reservatório cônico (Equação 21), elaborou-se as novas CAV referentes às formas de assoreamento Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3. As CAVs para o Açude do Cedro podem ser analisadas no Gráfico 3, onde pode-se comparar a CAV de projeto com as CAVs para os modelos alfa 1, alfa 2 e alfa 3, no ano de 2014, propostos neste trabalho. Observa-se que as Curvas Cota x Área x Volume geradas para as formas Alfa 1 e Alfa 2 apresentam geometria bastante similar. Já o modelo Alfa 3 se diferencia dos demais, em função do platô gerado no fundo do reservatório, diferentemente das duas primeiras, onde o sedimento é alocado nas laterais.
Gráfico 3: CAV Cedro Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.1.2 Reservatório Banabuiú
Aplicando-se a Equação 17 aos dados pluviométricos do posto do Açude Banabuiú (Anexo C), obtém-se os resultados da erosividade para este açude (Anexo D). Os dados da erosividade são apresentados no Gráfico 4. O assoreamento reduziu a capacidade do reservatório a uma taxa de 1,57% a cada década, valor este semelhante ao encontrado por Araújo et al (2003) onde encontrou 1,75% a cada década para reservatórios do semiárido. Os
0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000
99 101,5 104 106,5 109 111,5 114
V (h
m
³)
Cotas
dados indicam perda de 7,56% da capacidade inicial de acumulação do açude Banabuiú.
Gráfico 4: Erosividade (R) do Açude Banabuiú
Fonte: Elaborado pelo autor.
O Gráfico 5 apresenta a perda de volume útil no reservatório Banabuiú durante 48 anos, desde a sua conclusão em 1966 até o ano de 2014. Observa-se que houve uma perda do volume útil de 7,5% para este reservatório devido ao assoreamento. Este gráfico não é linear, pois o decaimento do volume do reservatório é devido a erosividade sofrida pelo mesmo, e está varia em função da precipitação local, que é bastante variada na região semiárida.
0,0 2000,0 4000,0 6000,0 8000,0 10000,0 12000,0
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
R (MJ
.
m
m
.
h
a
-1.
h
-1)
Gráfico 5: Volume do Açude Banabuiú
Fonte: Elaborado pelo autor.
O Gráfico 6 apresenta as Curvas Cota Área Volume para o Açude do Banabuiú, pode-se comparar a CAV de projeto com as CAVs para os modelos alfa 1, alfa 2 e alfa 3, no ano de 2014, propostos neste trabalho. Percebe-se graficamente a perda de volume útil do reservatório, e pode-se também ver uma semelhança entre os modelos alfa 1 e alfa 2, já o modelo alfa 3 se diferencia dos outros modelos, mostrando que para um mesmo volume a construção da CAV é diferente.
1400 1450 1500 1550 1600 1650
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
v
(hm
³)
Gráfico 6: CAV Banabuiú Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.1.3 Reservatório Orós
Aplicando-se a Equação 17 aos dados pluviométricos do posto do Açude Orós (Anexo E), obtém-se os resultados da erosividade para este açude (Anexo F). Os dados da erosividade são apresentados no Gráfico 7. O assoreamento reduziu a capacidade do reservatório a uma taxa de 1,87% a cada década, valor este
semelhante ao encontrado por Araújo et al
(2003) onde encontrou 1,75% a cada década para reservatórios do semiárido. Os resultados indicam perda de 9,82% da capacidade inicial de acumulação.
0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1.000,000 1.200,000 1.400,000 1.600,000 1.800,000
87,5 89 90,5 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112,5 4,511 116,5 118,5 120,5 122,5 124,5 126,5 128,5 130,5 132,5 134,5 136,5 138,5 140,5 142,5
V
(
hm
³)
Cotas
Gráfico 7: Erosividade (R) do Açude Orós
O Gráfico 8 apresenta a perda de volume útil no reservatório Orós durante 53 anos, desde a sua conclusão em 1961 até o ano de 2014. Observa-se que houve uma perda do volume útil de 9,8% para este reservatório devido ao assoreamento. Este gráfico não é linear, pois o decaimento do volume do reservatório é devido a erosividade sofrida pelo mesmo, e esta varia em função da precipitação local, que é bastante variada na região semiárida.
Gráfico 8: Volume do Açude Óros
Fonte: Elaborado pelo autor.
O Gráfico 9 apresenta as Curvas Cota Área Volume para o Açude Orós, pode-se comparar a CAV de projeto com as CAVs para os modelos alfa 1, alfa 2 e
0,0 2.000,0 4.000,0 6.000,0 8.000,0 10.000,0 12.000,0 14.000,0
1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2001 2003 2005 2007 2009 2011
R (M
J
. mm
. h
a
-1.
h
-1)
Anos
1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000
1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2001 2003 2005 2007 2009 2011
V(hm³)
alfa 3, no ano de 2014, propostos neste trabalho. Percebe-se graficamente a perda de volume útil do reservatório, e pode-se também ver uma semelhança entre os modelos alfa 1 e alfa 2, já o modelo alfa 3 se diferencia dos outros modelos, mostrando que para um mesmo volume a construção da CAV é diferente.
Gráfico 9:CAV Orós Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.1.4 Reservatório Pedras Brancas
Aplicando-se a Equação 17 aos dados pluviométricos do posto do Açude Pedras Brancas (Anexo G), obtém-se os resultados da erosividade para este açude (Anexo H). Os dados da erosividade são apresentados no Gráfico 10. O assoreamento reduziu a capacidade do reservatório a uma taxa de 1,57% a cada década, valor este semelhante ao encontrado por Araújo et al (2003) onde encontrou 1,75% a cada década para reservatórios do semiárido.
0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1.000,000 1.200,000 1.400,000 1.600,000 1.800,000 2.000,000
160 165 170 175 180 185 190 195 200 205
V(
h
m
³)
cotas
Gráfico 10:Erosividade (R) do Açude Pedras Brancas
Fonte: Elaborado pelo autor.
O Gráfico 11 apresenta a perda de volume útil no reservatório Pedras Brancas durante 36 anos, desde a sua conclusão em 1978 até o ano de 2014. Observa-se que houve uma perda do volume útil de 5,7% para este reservatório devido ao assoreamento. Este gráfico não é linear, pois o decaimento do volume do reservatório é devido a erosividade sofrida pelo mesmo, e esta varia em função da precipitação local, que é bastante variada na região semiárida.
0,0 2.000,0 4.000,0 6.000,0 8.000,0 10.000,0 12.000,0
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
R
(
MJ
. m
m .
h
a
-1.
h
-1)
Gráfico 11: Volume do Açude Pedras Brancas
Elaborado pelo autor.
O Gráfico 12 apresenta as Curvas Cota Área Volume para o Açude Pedras Brancas, pode-se comparar a CAV de projeto com as CAVs para os modelos alfa 1, alfa 2 e alfa 3, no ano de 2014, propostos neste trabalho. Percebe-se graficamente a perda de volume útil do rePercebe-servatório, e pode-Percebe-se também ver uma semelhança entre os modelos alfa 1 e alfa 2, já o modelo alfa 3 se diferencia dos outros modelos, mostrando que para um mesmo volume a construção da CAV é diferente.
350,00 360,00 370,00 380,00 390,00 400,00 410,00 420,00 430,00 440,00
1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
V(Hm³)
Gráfico 12: CAV Pedras Brancas Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.1.5 Reservtório Fogareiro
Aplicando-se a Equação 17 aos dados pluviométricos do posto do Açude Fogareiro (Anexo G), obtém-se os resultados da erosividade para este açude (Anexo I). Os dados da erosividade são apresentados no Gráfico 13. O assoreamento reduziu a capacidade do reservatório a uma taxa de 1,58% a cada década, valor este semelhante ao encontrado por Araújo et al (2003) onde encontrou 1,75% a cada década para reservatórios do semiárido.
0,000 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 450,000 500,000
95 100 105 110 115 120 125 130
V
(
h
m³
)
Cotas
Gráfico 13: Erosividade (R) do Açude Fogareiro
Fonte: Elaborado pelo autor.
O Gráfico 14 apresenta a perda de volume útil no reservatório Fogareiro durante 18 anos, desde a sua conclusão em 1996 até o ano de 2014. Observa-se que houve uma perda do volume útil de 2,9% para este reservatório devido ao assoreamento. Este gráfico não é linear, pois o decaimento do volume do reservatório é devido a erosividade sofrida pelo mesmo, e esta varia em função da precipitação local, que é bastante variada na região semiárida.
Gráfico 14: Volume do Açude Fogareiro
Fonte: Elaborado pelo autor. 0,0
2.000,0 4.000,0 6.000,0 8.000,0 10.000,0 12.000,0
1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013
R (M
J
.
mm
.
h
a
-1.
h
-1)
Anos
80,00 85,00 90,00 95,00 100,00 105,00 110,00 115,00 120,00
V (H
m
³)
O Gráfico 15 apresenta as Curvas Cota Área Volume para o Açude Fogareiro, pode-se comparar a CAV de projeto com as CAVs para os modelos alfa 1, alfa 2 e alfa 3, no ano de 2014, propostos neste trabalho. Percebe-se graficamente a perda de volume útil do reservatório, e pode-se também ver uma semelhança entre os modelos alfa 1 e alfa 2, já o modelo alfa 3 se diferencia dos outros modelos, mostrando que para um mesmo volume a construção da CAV é diferente.
Gráfico 15: CAV Fogareiro Projeto, Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3.
Fonte: Elaborado pelo autor.
4.2 Impacto da forma do assoreamento nas Vazões Regularizadas (Qreg) dos reservatórios
A Tabela 3 apresenta os valores da vazão regularizada, com 90% de garantia, para os cinco reservatórios, considerando os três horizontes temporais (2014, 2064 e 2114) e as três formas de deposição do sedimento no lago (Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3). Coloca-se ainda a Qreg calculada com a CAV de projeto.
Percebe-se uma redução da Qreg para todas as formas e cenários temporais.
Observa-se que a redução com os modelos Alfa 1 e Alfa 2 se situam na mesma ordem de grandeza, reduzindo no máximo 5% a 10%, para todos os cenários temporais, com exceção do Açude Fogareiro, que apresenta uma redução maior, entre 15% e 30%.
0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000
200 205 210 215 220 225 230 235 240
V
(
h
m³
)
Cotas
Observa-se que o Açude Cedro, por exemplo, caso a sua forma de assoreamento seguir o modelo Alfa 3, terá Qreg nula para o ano de 2114.
Tabela 3:Comparativo da Vazão Regularizada de Projeto com as formas Alfa1, Alfa 2 e Alfa 3 para os
reservatórios.
Reservatório Ano Alfa 1 Alfa 2 Alfa 3 Alfa 1 Alfa 2 Alfa 3 Qproj.
C
EDR
O 2014 12,25 11,07 3,78 97,8% 88,3% 30,2%
12,53 2064 12,10 10,34 1,76 96,6% 82,5% 14,0%
2114 11,78 9,29 0,00 94,0% 74,1% 0,0%
BANA
BUIÚ
2014 219,35 217,19 189,56 97,3% 96,4% 84,1%
225,40 2064 212,88 208,02 170,78 94,4% 92,3% 75,8%
2114 205,43 198,68 153,29 91,1% 88,1% 68,0%
O
RÓ
S 2014 390,96 386,76 333,19
94,5% 93,5% 80,5%
413,68 2064 369,93 359,55 289,17 89,4% 86,9% 69,9%
2114 348,05 328,28 244,56 84,1% 79,4% 59,1%
PEDR
AS
BRAN
CAS 2014 70,11 68,97 54,84
97,8% 96,2% 76,5%
71,69 2064 67,93 65,45 44,87 94,8% 91,3% 62,6%
2114 65,55 61,48 36,84 91,4% 85,8% 51,4%
FOG
AREIRO
2014 60,98 59,70 51,21 86,5% 84,7% 72,6%
70,49 2064 55,98 55,98 44,34 79,4% 79,4% 62,9%
2114 51,07 48,47 37,35 72,4% 68,8% 53,0% Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 16:Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114.
.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 17: Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1,
alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114
.
Fonte: Elaborado pelo autor. 0
2 4 6 8 10 12
2014 2064 2114
Açude Cedro - Vazão Regularizada
Vazão inicial alfa 1 alfa 2 alfa 3
150 160 170 180 190 200 210 220 230
2014 2064 2114
Açude Banabuiú - Vazão Regularizada
Gráfico 18: Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114
Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 19: Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1,
alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114
Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 20: Comportamento da vazão regularizada para um horizonte de simulação.com os modelos alfa1, alfa2 e alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114
Fonte: Elaborado pelo autor 220
270 320 370 420 470
2014 2064 2114
Açude Óros - Vazão Regularizada
Vazão inicial alfa 1 alfa 2 alfa 3
35 45 55 65 75
2014 2064 2114
Açude Pedras Brancas - Vazões Regularizada
Vazão de Proj. alfa 1 alfa 2 alfa 3
35 45 55 65 75
2014 2064 2114
Açude Fogareiro- Vazões Regularizada
4.3 Impacto da forma do assoreamento nos Volumes Vertidos pelos Reservatórios
A Tabela 4 apresenta os valores do vertimento, para os cinco reservatórios, considerando os três horizontes temporais (2014, 2064 e 2114) e as três formas de deposição do sedimento no lago (Alfa 1, Alfa 2 e Alfa 3). Coloca-se ainda o vertimento calculado com a CAV de projeto. Percebe-se um aumento do vertimentopara todas as formas e cenários temporais.
Tabela 4: Comparativo do Vertimento de Projeto com as formas Alfa1, Alfa 2 e Alfa 3 para os reservatórios.
Reservatório Ano Vertimento (hm³/ ano) % Vertimento em relação à CAV de Proj. Vert. Cav Projeto.
Alfa 1 Alfa 2 Alfa 3 Alfa 1 Alfa 2 Alfa 3
Ced
ro
2014 4,80 4,62 3,85 137,5% 132,4% 110,3%
3,49 2064 5,54 5,26 4,45 158,7% 150,7% 127,5%
2114 6,45 6,10 5,24 184,8% 174,8% 150,1%
Ba
na
bu
iú 2014 95,11 94,59 90,09 108,7% 108,1% 102,9%
87,52 2064 103,55 102,62 96,52 118,3% 117,3% 110,3%
2114 112,89 111,19 104,47 129,0% 127,0% 119,4%
O
ró
s 2014 435,31 435,88 430,91 106,5% 106,7% 105,4%
408,69 2064 460,99 460,09 459,27 112,8% 112,6% 112,4%
2114 488,13 489,65 493,25 119,4% 119,8% 120,7%
Pe
dra
s
Bra
nc
as 2014 61,21 60,99 57,75 104,3% 103,9% 98,4%
58,68 2064 64,86 64,19 58,59 110,5% 109,4% 99,8%
2114 68,74 67,71 60,94 117,1% 115,4% 103,9%
Fo
ga
re
iro 2014 184,64 184,55 184,57 105,7% 105,7% 105,7%
174,68 2064 189,76 189,76 189,22 108,6% 108,6% 108,3%
2114 194,97 195,01 194,67 111,6% 111,6% 111,4%
Fonte: Elaborado pelo autor.
Observa-se que o aumento com os modelos Alfa 1 e Alfa 2 se situam na mesma ordem de grandeza, aumentando no máximo 5% a 20%, para todos os cenários temporais, com exceção do Açude Banabuiú, que apresenta um aumento, entre 2% e 30% e o Cedro, que apresenta um aumento de 84% para a forma Alfa 1 no ano de 2114.
Pedras Brancas e Fogareiro respectivamente. Observa- se como fato importante a ser destacado a semelhança entre os resultados para os modelos alfa 1 e alfa 2, mostrando aumentos mais intensos, porém caso o reservatório esteja assoreando pelo modelo alfa 3, os impactos no vertimento são menores.
Gráfico 21: Comportamento do vertimento do Açude Cedro segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos anos de 2014, 2064 e 2114.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 22:Comportamento do vertimento do Açude Banabuiú segundo os modelos Alfa1, Alfa2 e Alfa 3 nos
anos de 2014, 2064 e 2114.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Açude Cedro - Vertimento
Sangria Normal alfa 1 alfa 2 alfa 3
80 85 90 95 100 105 110 115
2014 2064 2114
Açude Banabuiú - Vertimento
