COMITÊ BRASILEIRO DE BARRAGENS
XXVSEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS
SALVADOR,12 A 15 DE OUTUBRO DE 2003 T94 -A05
ESTUDOS DO ASSOREAMENTO DE GRANDES RESERVATÓRIOS
– O CASO DE TUCURUÍ –
Newton de Oliveira Carvalho
CONSULTOR EM RECURSOS HÍDRICOS E SEDIMENTOLOGIA
Antônio Raimundo Santos Ribeiro Coimbra Bruno Leonel Payolla
CENTRAIS ELÉTRICAS DO NORTE DO BRASIL-ELETRONORTE
Tarcísio Luiz Coelho de Castro Anderson Braga Mendes
ENGEVIX ENGENHARIA S/A
RESUMO
Estudos de assoreamento de reservatórios devem considerar impactos físicos e biológicos. Neste trabalho são apresentados aspectos físicos referentes ao assoreamento do reservatório de Tucuruí, no baixo Tocantins, considerando o aumento do transporte de sedimento no rio em relação ao tempo. Foi utilizado o método empírico de redução de área, desenvolvido por Borland & Miller, para avaliação do assoreamento, distribuição dos sedimentos no reservatório, cálculos de depósitos no pé da barragem e da vida útil. Considerando que estão planejados diversos aproveitamentos a montante de Tucuruí, concluiu-se que não haverá problema a curto e médio prazo para os depósitos alcançarem a tomada d’água. Foi sugerida a realização de levantamentos batimétricos periódicos e outros estudos sedimentológicos devido à erosão que pode aumentar na bacia em valores maiores que os atuais.
ABSTRACT
Sand obstruction studies of reservoirs should consider physical and biological impacts. This paper presents physical aspects related to the sand obstruction of Tucuruí’s reservoir, in the Lower Tocantins, considering the increase of the river’s sediment transportation in relation to time. An empirical area reduction
method developed by Borland & Miller was used to estimate the sand obstruction, the sediment distribution along the reservoir, the calculation of deposits in the dam’s base and useful lifetime. Considering that various dams are planned before Tucuruí, it was realized that there will be no problems for the deposits to reach the pressure conducts at short and medium range. The execution of batimetric avaliations and sediment-related studies was suggested because of the erosion that can reach higher than actual values in the bay
1- INTRODUÇÃO
A construção de barragem e formação do reservatório ocasiona mudanças significativas no curso d’água tanto a montante quanto a jusante da obra. Em relação ao aspecto sedimentológico pode-se dizer que no reservatório ocorrem diferentes processos de depósitos de sedimento e erosão de margens, enquanto que no trecho a jusante ocorre processos erosivos nas margens e leito bem como depósitos e mudanças morfológicas.
Como os rios transportam mais água que sedimento, então é evidente que dura muito mais tempo para o reservatório se encher de sedimento do que de água, sendo uma tendência ser ignorado o fato de que o lago deverá ficar totalmente assoreado. A diferença mais importante é que a água pode ser facilmente retirada do reservatório, enquanto que o sedimento é de difícil remoção. À medida que o tempo passa os impactos do assoreamento se tornam mais severos e mais fáceis de serem constatados, porém de difícil solução (Morris/Fan, 1997 – Referência 5).
Em qualquer dimensão de reservatório tem-se sempre a perda gradual de capacidade; redução do potencial de geração de energia ou de outra finalidade para o empreendimento; efeitos danosos na área de remanso; mudanças na qualidade d’água; e efeitos ecológicos diversos.
Então, os estudos sedimentológicos devem estar sempre presentes tanto na fase de planejamento (inventário, viabilidade e projeto) quanto na fase de operação. Descuidar-se do problema é correr um risco desnecessário. Os estudos serão muito úteis para decisões de redução dos efeitos pelo controle de sedimento preventivo ou corretivo.
A avaliação do assoreamento do reservatório exige a medição da carga sólida afluente ao local da barragem e sua variação com o tempo, devendo-se calcular o tempo de assoreamento total e de volumes parciais do reservatório; o tempo de assoreamento até a altura da tomada d’água (vida útil); alturas de depósitos no pé da barragem para diversos tempos (50 e 100 anos, principalmente); a distribuição de sedimentos no reservatório para esses mesmos tempos com traçado das curvas cota x área x volume, obtendo porcentagem do assoreamento do reservatório e redução de sua capacidade; etc.
No que diz respeito a pequenos reservatórios, alguns dos cálculos tornam-se desnecessários, principalmente quando evidencia-se que o lago pode ser
assoreado em curto espaço de tempo – às vezes durante uma enchente. Procura-se, então, ver quais as soluções de controle de sedimento para minimizar os efeitos.
Para um grande reservatório, os estudos têm de ser bem abrangentes porque os impactos locais e regionais são mais extensos.
O presente artigo abordará parte do trabalho realizado pelo Consórcio ENGEVIX-THEMAG em 2001, referentes aos estudos hidrossedimentológicos e batimétricos no reservatório da UHE Tucuruí - Relatório Final, para a ELETRONORTE. Foi escolhido tal reservatório por este ser dotado de um grande lago – um dos maiores do país.
2- TRABALHOS PRELIMINARES
Para os estudos será necessário manter uma rede de postos hidrométricos com operação regular de níveis d’água, vazão, descarga sólida total e granulometria do sedimento em suspensão e do leito. Essa granulometria é utilizada no cálculo da descarga sólida total e na avaliação do peso específico aparente dos depósitos. A rede sedimentométrica da fase de estudos pode ser diferente daquela da fase de operação, ou pelo menos alguns dos postos (ver Carvalho e outros, 2000). O número de anos de operação deve permitir, inclusive, que se possa verificar a taxa de aumento de transporte sólido ao longo dos anos, observada através de um período de operação mínimo de 5 anos. Caso não se disponha desse período, procura-se obter dados de outros postos da bacia.
Uma vez dispondo-se das medições de descarga sólida total, prepara-se a curva de transporte de sedimento que correlaciona descarga sólida com vazão, obtém-se a equação correspondente e aplica-se na série de vazões do local da barragem a fim de obter a série de descarga sólida e o seu valor médio total anual.
As equações básicas para avaliação do assoreamento são:
ap r st ap r st E Q E D S γ γ × × = × = 365 (1) S V T = res (2) sendo:
S - volume de sedimento retido no reservatório, em m3/ano;
Dst – deflúvio sólido total médio anual afluente ao reservatório, em t/ano;
γap – peso específico aparente médio dos depósitos, em t/m3;
Qst – descarga sólida total média afluente ao reservatório, em t/dia;
T – tempo de assoreamento total do reservatório ou de certo volume, em anos;
Vres – volume do reservatório (total, volume morto ou qualquer), em m3.
Os valores de Qst , Dst , Er e γap são variáveis com o tempo. A descarga sólida varia com o aumento da erosão na bacia e o conseqüente aumento do transporte de sedimento no curso d’água. A eficiência de retenção do reservatório diminui à medida que aumentam os depósitos, enquanto que o peso específico aparente médio se altera com a compactação ao longo do tempo. Com o aumento dos depósitos, a capacidade Vres vai diminuindo.
Para obtenção da eficiência de retenção Er utiliza-se a curva de Brune para grandes reservatórios e a curva de Churchill para pequenos (ver Strand, 1974 – Referência 6 e Carvalho e outros, 2000 – Referência 1).
O peso específico aparente é calculado pelo método de Lara e Pemberton (ver ICOLD, 1989 – Referência 4 e Carvalho, 1994 – Referência 2).
Para avaliação da distribuição do sedimento no reservatório, como cálculo de previsão, existem vários modelos, como o HEC-6, MOBED e outros. Para Tucuruí foi elaborado um modelo matemático em Excel seguindo as diretrizes do método empírico de redução de área – por Borland & Miller, segundo apresentado por Strand (Referência 6), Carvalho(Referência 2) e outros.
3- AVALIAÇÃO DO ASSOREAMENTO DE TUCURUÍ
O reservatório de Tucuruí está situado no baixo curso do rio Tocantins, após a confluência com o rio Araguaia, apresentando área de drenagem equivalente a 758.000km2 que, comparada com a área total da bacia de 767.000km2, representa 98,8% desta. Sendo assim, a barragem estaria sujeita a reter praticamente toda a carga sólida do rio, não fosse a existência dos aproveitamentos a montante. Nos primeiros anos de operação, desde setembro/1984, início do enchimento, não existiam reservatórios com volume de retenção significativo, sendo a primeira barragem construída a de Serra da Mesa, com início de enchimento em 1996, e depois a de Lajeado, em 2001. Outros aproveitamentos a montante estão previstos, tendo sido considerada nos estudos a retenção sólida final no lago de Serra Quebrada e no de Santa Isabel (rio Araguaia), além dos citados anteriormente. Reservatórios intermediários como o de Cana Brava, Peixe, Estreito e outros não foram considerados devido a sua localização.
3.1 - CAMPANHAS HIDROSSEDIMENTOMÉTRICAS E OUTROS DADOS
Especificamente para os estudos de assoreamento de Tucuruí podem-se citar as medições de descarga sólida total do posto no rio Tocantins em Itupiranga durante o período de 1979 a 1982 para os estudos de viabilidade; e o posto no
Tocantins em Marabá e o do rio Itacaiúnas em Fazenda Alegria entre 2000 e 2001 para os presentes estudos. Foram realizadas medições seguidas de cálculos pelo método modificado de Einstein, tendo sido determinada a granulometria do material em suspensão e do leito, como exige o procedimento de cálculo.
3.2 - CURVAS-CHAVE DE VAZÃO E CURVAS DE SEDIMENTOS
Foram utilizados os dados de 1979 a 1982 para avaliação do assoreamento até o enchimento do reservatório e os dados de 2000 a 2001 para o período após o enchimento. As curvas-chave de vazão e curvas de transporte de sedimentos para os dois postos mais próximos do lago estão apresentadas nas Figuras 1 a 4. Pode-se notar nas curvas-chave de vazões que foram utilizadas as curvas antes preparadas pela ELETRONORTE com ramos mostrando o efeito do remanso, sendo que os pontos indicados correspondem às medições mais recentes. Vê-se que o efeito do remanso continua a se acentuar devido o assoreamento no delta, exigindo mudanças dos postos para montante.
FIGURA 1– Curva-chave do Rio Tocantins em Marabá – medições de abril/2000 a fevereiro/2001 plotadas na curva da ELETRONORTE
FIGURA 2 – Curva-chave do Rio Itacaiúnas em Fazenda Alegria – medições de abril/2000 a fevereiro/2001 plotadas na curva da ELETRONORTE
FIGURA 3 – Curva de transporte sedimentos totais do Rio Tocantins em Marabá – medições de abril/2000 a fevereiro/2001
FIGURA 4– Curva de transporte de sedimentos totais do Rio Itacaiúnas em Fazenda Alegria – medições de abril/2000 a fevereiro/2001 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 Descarga líquida (m³/s) Cota (m)
Curva-chave com influência do remanso (ELETRONORTE) Curva-chave sem influência do remanso (ELETRONORTE) Medições de campo (campanha 2000/2001)
Equações para a curva sem influência do remanso:
Q= 480 (Cota+1,1)1,6129 , para cota < 4,20 m; Q= 620,65 (Cota+0,93)1,4880 , para 4,20 m <= cota < 5,80 m; Q= 6,11 (Cota+7,9)2,8493 , para cota >= 5,80 m
Curva-chave com N.A. de 72,00 m no reservatório da UHE Tucuruí 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Descarga líquida (m³/s) Cota (m)
Curva-chave sem influência do remanso (ELETRONORTE) Medições de campo (campanha 2000/2001) Curva-chave para N.A.= 7,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 8,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 9,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 10,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 11,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 12,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 13,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 14,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 15,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 16,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 17,0 m em Marabá Curva-chave para N.A.= 18,0 m em Marabá
Qs= 17,213.Q0,7791 , para Q < 12.186 m³/s Qs = 0,0004.Q1,9132 , para Q >= 12.186 m³/s 1000 10000 100000 1000000 1000 10000 100000 Descarga líquida (m³/s) Descarga sólida (t/d) Qs = 0,2383.Q1,3386 , para 89 m³/s <= Q <= 1.937 m³/s 10 100 1000 10000 10 100 1000 10000 Descarga líquida (m³/s) Descarga sólida (t/d)
Os valores de descarga sólida total média foram obtidos a partir das equações e sua aplicação nas séries de vazões dos dois postos. Em seguida, foram transformados em descarga sólida específica (t km-2 ano-1), somados proporcionalmente e transferidos para o local da barragem, obtendo-se, assim, a descarga sólida total média.
3.3 - AUMENTO DO TRANSPORTE DE SEDIMENTO
A descarga sólida de um rio é muito variável, sendo dependente de vários fatores. As medidas instantâneas mostram que os valores podem variar de 1 a 100, ou mais vezes em relação a uma mesma descarga líquida. A longo prazo tem-se constatado que a produção de sedimento (ou descarga sólida específica) num curso d’água vai aumentando com o tempo em função do aumento da erosão na bacia que, por sua vez, é função da intensificação do uso do solo, principalmente.
Na bacia do Tocantins-Araguaia, com a criação do estado do Tocantins a população aumentou em taxas de 3,5 a 8% ao ano de acordo com a região considerada. Esse fato provocou o aumento do uso do solo (agricultura, desmatamentos, queimadas, estradas, construções diversas etc.) acarretando o aumento da erosão e do transporte de sedimento nos cursos d’água. Certamente isto tem provocado o assoreamento mais rápido de rios e reservatórios existentes na bacia, acarretando problemas como os de maiores enchentes e outros.
Foi verificado também que a precipitação e a vazão nos principais rios aumentaram com o tempo, o que pode ser devido à variabilidade climática. Foi constatada em cinco de sete postos pluviométricos antigos uma tendência de aumento, o que pode ser observado na Figura 5 para o posto de Carolina, operado desde 1905. Também foi verificado que a vazão no local da barragem de Tucuruí aumentou em valores médios de longo prazo, período de 1931/2000, em cerca de 250m3/s, ou 3,62m3/s (=0,32%) ao ano, como na Figura 6 exibido.
FIGURA 5 – Precipitações em Carolina, MA, e a tendência de aumento de 1929 a 1995 (dados do INMET obtidos pela ELETRONORTE)
FIGURA 6 – Rio Tocantins na barragem de Tucuruí – fluviograma de vazões médias anuais e a tendência de aumento – 1931 a 2000 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Tempo (anos) Pluviosidade (mm/ano) 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.000 12.000 13.000 14.000 15.000 16.000 17.000 18.000 19.000 20.000 1931 1936 1941 1946 1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 Tempo (anos) Q (m³/s)
O estudo do aumento do transporte de sedimento nos cursos d’água foi realizado com dados de três postos da ANA/CPRM que têm grande período de observações, cerca de 20 anos cada. Os dados foram agrupados em períodos de cerca de 5 anos e foram traçadas as respectivas curvas de transporte de sedimento de cada período, tendo-se obtido os valores de descarga sólida média anual com aplicação das equações correspondentes nos respectivos períodos das séries de vazões de cada posto. A partir das vazões e de descargas sólidas médias anuais foram preparadas as curvas de massas, conforme ilustrado nas Figuras 7 e 8 a seguir.
FIGURA 7 – Rio Tocantins em Marabá – curva de massa para 1978/1999 (dados da ANA/CPRM)
FIGURA 8– Rio Araguaia em Cachoeira Grande – curva de massa para 1977/1991 (dados da ANA/CPRM) As taxas de aumento do transporte de sedimento foram obtidas pela utilização dos coeficientes das retas. A inclinação da primeira reta da curva de massa fornece um coeficiente r1, enquanto que a segunda reta resulta no coeficiente
r2. O valor Ec representa o aumento/redução do fenômeno no período de n anos, enquanto que R é a taxa anual, segundo as equações abaixo.
1 1 2 r r r Ec = − (3) c n E R = + + ) 1 1 ( (4)
Os resultados dos estudos realizados para os três postos estão exibidos na Tabela 1 a seguir. 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000 0 50000 100000 150000 200000 250000 Q acum. (m³/s) Qs acum. (t/d) 1986 1996 1978 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Q acum. (m³/s) Qs acum. (t/d) 1982 1987 1991 1977 1989
TABELA 1 – Taxas de aumento do transporte de sedimentos em postos dos rios Araguaia e Tocantins (dados da ANA/CPRM)
Código Posto Período
Taxa R de aumento da produção de sedimentos ao ano (%) Área de drenagem (km2) 1977 - 1986 2,14 1982 - 1989 6,77 1987 - 1991 -10,95 2410 0000 Rio Araguaia em Cachoeira Grande 1977 - 1991 1,04 4.504 1978/1995 3,44 2905 0000 Rio Tocantins em Marabá 1996/1999 2,85 690.920 1979/1994 2,59 2910 0000 Rio Itacaiúnas em Fazenda Alegria 1979/1999 0,00 37.600
Pelo exame da Figura 7, rio Tocantins em Marabá, pode ser notado que a taxa de aumento da carga sólida diminuiu após 1996, ano de formação do reservatório de Serra da Mesa, que passou a reter os sedimentos afluentes até a posição da barragem. Esse resultado mostra uma redução no transporte de sedimento para jusante da barragem de Serra da Mesa, não significando que a erosão na bacia tenha diminuído. No posto do rio Itacaiúnas foi verificado que a erosão se estabilizou em valores ainda baixos, lembrando-se que a região em questão está sujeita aos efeitos de mineração em Carajás.
A Figura 8, rio Araguaia em Cachoeira Grande, indica uma redução da carga sólida após 1989, o que se deve ao fato da redução de áreas agrícolas na região a montante devido, provavelmente, à perda de fertilidade dos solos. A partir disso observa-se uma redução da erosão na área de contribuição do posto.
Em decorrência dos resultados do estudo de aumento da taxa de transporte de sedimento, para o cálculo do aumento médio da descarga sólida contribuinte ao reservatório de Tucuruí foi utilizada a média nos períodos, ponderando-se as taxas R com as áreas de drenagem dos postos de Marabá e de Fazenda Alegria, como segue. De 1995 a 1999 foi considerado um valor de taxa retroativo. 40 , 3 600 . 37 920 . 690 600 . 37 59 , 2 920 . 690 44 , 3 ) 1 ( + = × + × = Tuc R (período de 1984 a 1995) 70 , 2 600 . 37 920 . 690 600 . 37 00 , 0 920 . 690 85 , 2 ) 2 ( + = × + × = Tuc R (período de 2000 em diante)
Certamente, estes valores devem variar com o tempo e com a entrada de novos reservatórios, conforme o aumento ou redução da erosão na bacia. Apresentam-se então os cálculos com valores conservadores e dependentes de futuros estudos.
3.4 - DESCARGA SÓLIDA TOTAL EM TUCURUÍ
A descarga sólida total representativa para a época do fechamento das comportas de Tucuruí em 1984 até a formação do reservatório de Serra da Mesa, no início de 1996, foi calculada como 35.125.912 t/ano (válida entre 1985 e 1995) e, a partir de 1996 igual a 17.490.000 t/ano. Estes valores foram transformados em produção de sedimentos ou descarga sólida específica pela divisão com a área de drenagem em Tucuruí para obtenção de curva representativa para o Tocantins, conforme mostra a Figura 9. A linha superior representa valores normais de produção de sedimentos para os EUA, segundo um estudo de Khosla e obtida de acordo com a declividade que ocorre nesse tipo de estudo (ver Strand, 1974 e Carvalho, 1994), considerando levantamentos realizados em todo o país. Tendo-se os valores para o local da barragem, foram traçadas paralelas à linha de Khosla.
FIGURA 9– Valores de produção de sedimentos versus área de drenagem para o Rio Tocantins
3.5 - CÁLCULO DOS VOLUMES DEPOSITADOS
Para o cálculo dos volumes de sedimento depositados foi utilizada a equação (1), na qual as grandezas são variáveis.
No caso da eficiência de retenção Er foi utilizada a curva de Brune, tendo os valores permanecidos iguais a 0,908 entre 1985 e 2085 – quando os depósitos atingirem os 100 anos de operação da usina.
y = 1871,58x-0,271 (1984) y = 905,73x-0,271 (2001) 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 Área de drenagem (km²)
Produção de Sedimentos (t/ano.km²)
Valores normais de produção de sedimentos
1984 2001
Em relação ao peso específico aparente γap , com a utilização do método de Lara e Pemberton, os valores variaram de 0,965 a 1,201, para 100 anos de depósitos.
Para os cálculos dos volumes de sedimento depositados foi utilizado o procedimento indicado na Tabela 2 a seguir.
TABELA 2 – Metodologia de cálculo dos depósitos de sedimento no reservatório de Tucuruí Desc.sol. total aflu. * (106 t ano-1) Vol.de Sed. depositado (106 m3) Vol.de Sed. acumulado (106 m3) Ano Tempo decorrido (anos) Er (admens.) Curva de Brune γap (t m-3) Mét. Lara e Pemberton (x1,034) ** (x1,027) *** Equação (1) (acumulado a partir do final de cada ano) 1984 0 0,90 0,964 35,125912 32,793901 - 1985 1 0,90 0,964 36,320193 33,908894 32,793901 1986 2 0,90 0,995 37,555079 33,969418 66,702795 1987 3 0,90 1,014 38,831952 34,466230 100,672213 1988 4 0,90 1,028 40,152239 35,152738 135,138443 1989 5 0,90 1,037 41,417415 35,945683 170,291181 1990 6 0,90 1,046 42,919007 36,926340 206,236864 1991 7 0,90 1,056 44,388593 37,831187 243,163204 1992 8 0,90 1,063 45,897805 38,859854 280,994391 1993 9 0,90 1,069 47,458331 39,955564 319,854245 1994 10 0,90 1,075 49,071914 41,083463 359,809809 1995 11 0,90 1,080 50,740359 42,283633 400,893272 1996 12 0,90 1,084 52,465531 43,559943 443,176905 1997 13 0,90 1,089 16,073310 13,283727 486,736848 1998 14 0,90 1,093 16,545540 13,623958 500,020575 1999 15 0,90 1,096 17,017770 13,974446 513,644533 2000 16 0,90 1,100 17,490000 14,310000 527,618979 2001 17 0,90 1,103 17,962230 14,656398 541,928979 2002 18 0,90 1,106 18,447210 15,011292 556,585377 continua ... ... .... .... .... ....
* Valor de 35.125.912 t/ano de 1984 a 1995 e 17.490.000 t/ano a partir de 1996, lembrando que tem-se de aplicar a taxa de aumento de transporte de sedimento igual a 2,70 retroativa desde 2000 até 1996 e positiva de 2001 para adiante;
** Taxa de aumento de transporte de sedimento a considerar a partir de 1985;
*** Taxa de aumento de transporte de sedimento a partir de 1996, retroativa desde 2000, como compensação, e positiva a partir de 2001;
4- MODELO MATEMÁTICO DE AVALIAÇÃO
Os modelos de avaliação do assoreamento permitem obter a distribuição de sedimentos ao longo do reservatório e alturas de depósito no pé da barragem, tendo sido preparados segundo o “método empírico de redução de área” desenvolvido por Borland & Miller a partir de levantamentos realizados em diversos reservatórios dos EUA (ver Strand, 1974 – Referência 6 e Carvalho, 1994 – Referência 2).
Os dados básicos para avaliação do assoreamento são os níveis e volumes característicos do reservatório; a curva cota x área x volume; valores de
descarga sólida média; peso específico aparente médio dos depósitos; e eficiência de retenção de sedimentos, conforme mostrado nas equações (1) e (2). No presente estudo para a UHE Tucuruí foram também considerados o aumento do transporte de sedimentos e os dados acima indicados. A Tabela 3 – (1) mostra dados de entrada do modelo.
TABELA 3 – Dados de entrada do modelo para avaliação do assoreamento de Tucuruí
Dados Valores
Tipo de operação do reservatório 1 (sedimento sempre ou quase sempre submerso) Volume do reservatório no NA máximo
normal
50.289 hm3 para NA = 72m 56.063 hm3 para NA = 74m
Volume assoreado quando t= 0 anos 0 hm3 (no enchimento do reservatório) Descarga líquida média anual Qmlt = 11.060 m
3
/s
Descarga sólida anual Variável conforme a hipótese de estudo % de argila no sedimento afluente 47,75%
% de silte no sedimento afluente 10,65% % de areia no sedimento afluente 41,60%
Taxa de aumento da descarga sólida 3,40% de 1984 a 1995 e 2,70% de 1996 em diante
Na avaliação do assoreamento foram consideradas as seguintes hipóteses: 1) a inexistência de aproveitamentos a montante da UHE Tucuruí;
2) a existência da UHE Serra da Mesa, a partir de 1996;
3) a existência de Serra da Mesa e Lajeado, este último a partir de 2002; 4) a existência de Serra da Mesa e Lajeado, agora existentes, e também a de
Serra Quebrada e Santa Isabel, planejadas a partir de 2011 (é possível que Estreito seja construído antes de Serra Quebrada mas, pela proximidade, não alteraria significativamente os cálculos).
A Figura 10 mostra as curvas cota x área x volume obtidas na saída do processamento com o modelo para a hipótese 4.
FIGURA 10 – Curvas cota x área x volume do reservatório de Tucuruí para vários passos de tempo de operação (hipótese IV) – Linhas inferiores correspondem às curvas da ocasião do enchimento, sendo as demais consideradas para 2165, 2175, 2185, 2210, 2230, 2240, 2250, 2260, 2270 e 2280 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 ÁREA (km²) ALTURA DA BARRAGEM (m) 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 VOLUME (hm³) A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 A0 A10 V0 V10
4.1 - COMPARAÇÃO DE HIPÓTESES NA AVALIAÇÃO DO ASSOREAMENTO
O cálculo de depósito de sedimento no pé da barragem proporcionado pelo uso do modelo permitiu o traçado do gráfico mostrando a altura de sedimento no pé da barragem ao longo do tempo, conforme Figura 11. Este foi traçado considerando as quatro hipóteses acima mencionadas. Plotando-se o valor de 27m como sendo a altura da soleira das tomadas d’água tem-se o tempo de vida útil de Tucuruí. Pode-se observar que, no caso dos aproveitamentos atualmente existentes, a vida útil aumentou de 78 para 149 anos; e que na consideração de serem construídas as barragens de Serra Quebrada (ou Estreito) e Santa Isabel a vida útil será de 227 anos, caso as condições de transporte de sedimento se mantiverem com a taxa de aumento igual a 2,70% ao ano.
FIGURA 11 – Alturas de depósitos no pé da barragem segundo as hipóteses antes indicadas, sendo a linha horizontal a altura da soleira da tomada d’água
5- CONCLUSÕES
Pode-se verificar que na hipótese mais desfavorável, sem barragens a montante, a soleira da tomada d’água poderia ser alcançada pelos sedimentos em 78 anos. Considerando a existência dos reservatórios de Serra da Mesa e Lajeado, e também a construção de Santa Isabel e Serra Quebrada até 2011, os depósitos alcançarão aquela soleira somente dentro de 227 anos.
Sendo a avaliação do assoreamento baseada em muitas hipóteses considerando um futuro incerto de problemas de erosão e outros – além de uso de um método de cálculo empírico, não sendo considerado completamente
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0 50 100 150 200 250 300 Tempo (anos)
Altura de sedimento no pé da barragem (m)
correto para o nosso país ou condições diversas – é necessário que os estudos sedimentológicos sejam repetidos no futuro a cada 10 anos aproximadamente. Esses estudos incluem medições da descarga sólida, reavaliação do assoreamento, levantamentos topo-batimétricos, verificação de erosão de margens e estudos no estirão de jusante da barragem, além de outros pertinentes.
Considerando que o assoreamento e os problemas de erosão decorrentes da formação do reservatório trazem danos físicos e biológicos à continuidade de estudos, sua avaliação é de vital importância.
6- REFERÊNCIAS
1. CARVALHO, Newton de Oliveira, FILIZOLA Jr., Naziano Pantoja, SANTOS, Paulo Marcos Coutinho, LIMA, Jorge Enoch Furquim Werneck. Guia de avaliação de assoreamento de reservatórios. Brasília, DF: ANEEL 2000. 140 págs.
2. CARVALHO, Newton de Oliveira. Hidrossedimentologia Prática. Rio de Janeiro, RJ: CPRM e ELETROBRÁS 1994. 400 págs.
3. ENGEVIX-THEMAG, Consórcio. Estudos hidrossedimentológicos e batimétricos no reservatório da UHE Tucuruí – Relatório Final. Brasília, DF: ELETRONORTE 2001. 178 págs.
4. ICOLD, International Commission on Large Dam. Sedimentation control of reservoir; Guidelines. Paris, França: 1989. 158 págs.
5. MORRIS, Gregory L., FAN, Jiahua. Reservoir sedimentation handbook. New York, NY: McGraw-Hill 1997. 800 págs.
6. STRAND, Robert. Sedimentation. Appendix on Design of Small Dams. Washington, DC: US Bureau of Reclamation 1974. 33 págs.
