Estudos Hidrológicos para Projeto de Usinas Hidrelétricas

1. Estudos Hidrológicos para Projeto de Usinas Hidrelétricas Benedito C. Silva

2. Usinas Hidrelétricas: classificação quanto a potência PCHs - Potência entre 1MW e 30MW - Área inundada <= 13,0 km², atendendo a inequação: Onde, Área do reservatório em km² Potencia instalada em MW Queda bruta em m Para implantação de PCHs e UHEs os projetos devem ser submetidos e aprovados pela ANEEL Usinas abaixo de 1.000kW devem apenas notificar a ANEEL que a usina foi implantada

3. Aceite dos Projetos pela ANEELCheck List para PCHs: hidrologia • RESOLUÇÃO 343 DE OUTUBRO DE 2010

4. Aceite dos Projetos pela ANEELCheck List para UHEs • RESOLUÇÃO 421 DE 2010

5. Diretrizes da ANEEL para Estudos Hidrológicos de Projeto de PCHs • Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Eletrobrás, 2000.

6. Diretrizes da ANEEL para Estudos Hidrológicos de Projeto de PCHs • Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Eletrobrás, 2000. Quando os postos fluviométricos não possuírem o período de anos mínimo recomendado (30 anos) poderão ser utilizadas as séries de vazões naturais das usinas hidrelétricas do Sistema Interligado Nacional - SIN, disponibilizadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS (http://www.ons.org.br/operacao/hidrologia.aspx)

7. Diretrizes da ANEEL para Estudos Hidrológicos de Projeto de PCHs • Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Eletrobrás, 2000. A série de vazões médias mensais será utilizada no projeto para determinação dos estudos energéticos de definição da potencia instalada da usina e, por consequencia, no dimensionamento do grupo gerador e estruturas hidromecânicas de adução Para dimensionamento das estruturas de estravasamento (vertedouro) deverá ser estimada a vazão máxima diária para o tempo de retorno de 10.000 anos. O estudo de vazões mínimas visa determinar as vazões a serem adotadas para manutenção de ecossistemas aquáticos e usos humanos a jusante da barragem, devendo ser realizado de acordo com a legislação de recursos hídricos de cada estado

8. Histórico de Vazões Médias Mensais A série de vazões médias mensais gerada para o local da usina hidrelétrica deve ter o seguinte formato:

9. Determinando a Série de Vazões ETAPA 1: Selecionando os postos fluviométricos • Realizar busca por postos fluviométricos na região de estudo, com área de drenagem semelhante ao local da PCH • Limites normalmente adotados: entre 0,25 e 4 vezes a área de drenagem da PCH • Outras características a considerar: SOLOS, relevo, geologia, cobertura vegetal, regime de precipitações • Baixe os arquivos de vazões e outros diponíveis, tais como: cotas, curva-chave, seções batimétricas e medições de descarga. Esses arquivos serão importante para a análise de consistência dos postos.

10. Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional • Nessa etapa deve-se determinar uma equação de regionalização para a vazão média de longo período (Qmlt). Ou seja a vazão média de toda a série histórica. • Para cada posto fluviométrico, liste o valor da área de drenagem e calcule a vazão média de longo período • A vazão média pode ser calculada como a média dos valores diários, mensais ou anuais da série

11. Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional • Elabore a seguinte tabela resumo:

12. Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional • Determine a equação de regionalização

13. Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional Postos fora da tendência devem ser eliminados

14. Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional

15. Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Estimativa da vazão média da PCH • A vazão média de longo período para o local da PCH pode ser calculada usando a equação de regionalização obtida, substituindo o respectivo valor de área • Esse valor de vazão pode ser utilizado para comparação com a vazão média obtida para a série de vazões transposta ou para formação do fator de transposição das vazões mensais

16. Exemplo • Suponha que estejam sendo realizados estudos para uma implantação de uma PCH, em um local com área de drenagem de 1000 km2 • Foram selecionados os seguintes postos fluviométricos na região: • Determine a equação de regionalização e estime a vazão média de longo período para o local da PCH

17. Determinando a Série de Vazões ETAPA 3: Escolhendo o posto de referência • O posto fluviométrico a ser utilizado como referência deve ser escolhido, preferenciamente, no mesmo rio da PCH. Mas isso normalmente não ocorre • O posto deve ser possuir a série mais extensa possível e com baixo número de falhas • Sua vazão média deve seguir a tendência regional • A curva-chave do posto deve ser estável e com pouca extrapolação • Analise o quadro resumo e observe os hidrogramas de vazões mensais

18. Características Importantes: Solos Solo profundo Áreas: 30.000 km2 Solo raso

19. Verificar Mudanças na Série • Séries não-estacionárias Os hidrogramas devem ser analisados visualmente para identificação de alterações importantes Vazões do rio Paraguai Vazões do rio Taquari (MT)

20. Determinando a Série de Vazões ETAPA 4: Transposição da série de vazões A série de vazões do posto de referência são transpostas para o local da PCH através da seguinte relação QPCH, APCH – Vazão mensal e área de drenagem do local sem dados QP, AP – Vazão mensal e área de drenagem do posto de referência

21. Determinando a Série de Vazões ETAPA 4: Transposição da série de vazões Outra forma de transpor os dados consiste em: Calcular a vazão média do local sem dados pela equação Qmlt = a.Adb As vazões do local sem dados serão dadas por QmltPCH – Vazão média de longo período da PCH QMLTP – Vazão média de longo período do posto

22. Determinando a Série de Vazões ETAPA 5: Preenchimento de falhas • Na grande maioria dos casos os postos utilizados apresentam falhas em alguns meses da série • O preenchimento deve ser realizado utilizando dados de um outro posto, que apresente boa correlação com o posto de referência • A correlação é verificada plotando-se um gráfico de regressão entre as séries • Outras formas de preenchimento: modelos chuva-vazão, modelos estocásticos, valores médios

23. Determinando a Série de Vazões ETAPA 5: Preenchimento de falhas Gráfico de Correlação

24. Determinando a Série de Vazões ETAPA 6: Formatação da série • A última etapa consiste em formatar a série de valores mensais para apresentação no relatório do projeto • O valores preenchidos devem ser destacados na tabela

25. Curva de Permanência

26. Curva de Permanência das Vazões • A curva de permanência, ou duração, é obtida da freqüência de ocorrência das vazões ou níveis de uma determinada bacia • Essa curva retrata a parcela do tempo que uma determinada vazão é igualada ou superada durante o período analisado • A curva de permanência permite analisar a regularização natural do rio • Em projetos de hidrelétricas pode ser utilizada para determinação da potência a ser instalada e para definição de vazões mínimas residuais

27. Curva de Permanência Trecho inferior Trecho superior Trecho médio

28. Curva de Permanência Exemplo: A vazão de 5 m3/s possui probabilidade de 60% (Q60) de ser igualada ou superada, ou em 60% do tempo ocorrem vazões maiores ou iguais a 5 m3/s

29. Curva de Permanência Vazões mensais Vazões diárias

30. Curva de Permanência Rio com regularização normal Rio com alta regularização natural

31. Construção da Curva Como distribuição de probabilidades • No Excel, disponha os dados em uma única coluna e ordene os valores em ordem decrescente • Em uma coluna ao lado, insira os valores da ordem (i) de cada valor (1,2,3, …, n) • Para cada valor, determine a probabilidade acumulada pela relação i/(n+1) • Faça o gráfico vazão por probabilidade

32. Construção da Curva Como distribuição de probabilidades

33. Construção da Curva Usando a ferramenta PERCENTIL do Excel • E uma coluna, insira valores de duração entre 0 e 1 (Ex.: 0,00; 0,05; 0,10; 0,15; …; 1,00) • Para cada valor de duração, calcule a vazão correspondente usando a função =PERCENTIL(MATRIZ;1-D) • MATRIZ é o conjunto de células onde está a série de dados e D a duração • Faça o gráfico vazão por probabilidade