Regularização de vazões

1. EHD023 Hidrologia II Regularização de vazões Adaptado de: Walter Collischonn, IPH - UFRGS

2. Regularização Objetivo: reservar água no período de maior disponibilidade para utilizar no período de menor disponibilidade Como? Construção de barragens no leito do rio, resultando na criação de um lago (reservatório).

3. Barragens • Reservatóriospequenos: • poucaregularização • objetivo principal é criarumadiferença de nível a montante e jusanteparagerarenergia • oupossibilitar a instalação de bombaspararetirarágua do rio • Reservatóriosgrandes: • maiorcapacidade de regularização

4. Regularização A solução encontrada para reduzir a variabilidade temporal da vazão é a regularização através da utilização de um ou mais reservatórios Os reservatórios têm por objetivo acumular parte das águas disponíveis nos períodos chuvosos para compensar as deficiências nos períodos de estiagem, exercendo um efeito regularizador das vazões naturais.

5. Irrigação

6. Abastecimento

7. Geraçãode energia

8. UsinaHidrelétrica

9. UsinaHidrelétrica casa de força vertedor

10. Itaipu

11. Usina de Xingó

12. Reservatórios

13. UsinaHidrelétrica

14. Barragem em Construção (PCH Irara, Goiás)

15. Reservatórios: Características Um reservatório pode ser descrito por seus níveis e volumes característicos: • Nível mínimo operacional • Nível máximo operacional • Volume máximo • Volume morto • Volume útil

16. Reservatórios: Características Volume morto nível mínimo operacional

17. Volume morto O Volume Morto é a parcela de volume do reservatório que não está disponível para uso Corresponde ao volume de água no reservatório quando o nível é igual ao mínimo operacional Abaixo deste nível as tomadas de água para as turbinas de uma usina hidrelétrica não funcionam, seja porque começam a engolir ar além de água, o que provoca cavitação nas turbinas (diminuindo sua vida útil), ou porque o controle de vazão e pressão sobre a turbina começa a ficar muito instável.

18. Reservatórios: Características Volume útil nível máximo operacional Volume morto nível mínimo operacional

19. Nível máximo operacional O nível máximo operacional corresponde à cota máxima permitida para operações normais no reservatório. Níveis superiores ao nível máximo operacional podem ocorrer em situações extraordinárias, mas comprometem a segurança da barragem. O nível máximo operacional define o volume máximo do reservatório.

20. Nível máximo maximorum nível máximo maximorum Volume útil nível máximo operacional Volume morto nível mínimo operacional

21. Volume útil A diferença entre o volume máximo de um reservatório e o volume morto é o volume útil, ou seja, a parcela do volume que pode ser efetivamente utilizada para regularização de vazão.

22. Reservatório Os reservatórios tem por objetivo acumular parte das águas disponíveis nos períodos chuvosos para compensar as deficiências nos períodos de estiagem, exercendo um efeito regularizador das vazões naturais. Em geral os reservatórios são formados por meio de barragens implantadas nos cursos d‘água. Suas características físicas, especialmente a capacidade de armazenamento, dependem das características topográficas do vale em que estão inseridos.

23. Locais para construção de barragens Estreitamentos do vale Área a ser inundada depende do novo nível da água (altura da barragem)

25. 130 m

26. 150 m

27. Cota x área x volume Analisando a área inundada para cada nível d´água, pode se calcular o volume do reservatório

28. Cota: 6,5 m Área inundada: 32 ha Volume: 0,1 Hm3

29. Cota: 7 m Área inundada: 200 ha Volume: 0,7 Hm3

30. Cota: 8 m Área inundada: 815 ha Volume: 5,7 Hm3

31. Cota: 9 m Área inundada: 1.569 ha Volume: 17,6 Hm3

32. Cota: 10 m Área inundada: 3.614 ha Volume: 43,6 Hm3

33. Cota: 11 m Área inundada: 7.841 Volume: 101 Hm3

34. Cota: 12 m Área inundada: 10.198 ha Volume: 191 Hm3

35. Cota: 13 m Área inundada: 12.569 ha Volume: 305 Hm3

36. Cota: 14 m Área inundada: 14.434 ha Volume: 440 Hm3

37. Cota: 15 m Área inundada: 16.353 ha Volume: 594 Hm3

38. Relação Cota - Área - Volume

39. Curva Cota - Área - Volume

40. Outras Características Outras características importantes são as estruturas de saída de água, eclusas para navegação, escadas de peixes, tomadas de água para irrigação ou para abastecimento, e eventuais estruturas de aproveitamento para lazer e recreação.

41. Vertedores Os vertedores são o principal tipo de estrutura de saída de água Destinam-se a liberar o excesso de água que não pode ser aproveitado para geração de energia elétrica, abastecimento ou irrigação Os vertedores são dimensionados para permitir a passagem de uma cheia rara (alto tempo de retorno) com segurança.

42. Vertedores Um vertedor pode ser livre ou controlado por comportas O tipo mais comum de vertedor apresenta um perfil de rampa, para que a água escoe em alta velocidade, e a jusante do vertedor é construída uma estrutura de dissipação de energia, para evitar a erosão excessiva.

43. Vazão de Vertedor A vazão de um vertedor livre (não controlado por comportas) é dependente da altura da água sobre a soleira, conforme a figura e a equação ao lado. Q é a vazão do vertedor; L é o comprimento da soleira; h é a altura da lâmina de água sobre a soleira e C é um coeficiente com valores entre 1,4 e 1,8. É importante destacar que a vazão tem uma relação não linear com o nível da água

44. Descarregadores de Fundo Descarregadores de fundo podem ser utilizados como estruturas de saída de água de reservatórios, especialmente para atender usos da água existentes a jusante. A equação de vazão de um descarregador de fundo é semelhante à equação de vazão de um orifício, apresentada abaixo: Onde A é a área da seção transversal do orifício; g é a aceleração da gravidade; h é a altura da água desde a superfície até o centro do orifício e C é um coeficiente empírico com valor próximo a 0,6. Semelhante à equação do vertedor, destaca-se que a vazão de um orifício tem uma relação não linear com o nível da água.

45. Volume útil x Vazão média afluente O volume útil está diretamente relacionado à capacidade de regularizar a vazão. Se o volume útil é pequeno, o reservatório não consegue regularizar a vazão e a usina é chamada “a fio d’água”

46. Balanço Hídrico de reservatórios Equação da continuidade

47. Balanço Hídrico de reservatórios Intervalo de tempo curto: cheias Intervalo de tempo longo: dimensionamento

48. Dimensionamento do reservatório Métodos gráficos (antigos) Simulação

49. Simulação Equação de Balanço Hídrico

50. Eq. de Balanço Discretizada sujeita às restrições 0 < St+∆t < Vmáx; onde Vmáx é o volume útil do reservatório. onde e representam valores médios da vazão afluente e defluente de reservatório ao longo do intervalo de tempo ∆t.