O documento discute recursos hídricos, engenharia hidrológica e projetos de barragens e canais. Ele explica o ciclo hidrológico, consumo de água no Brasil, tipos de barragens, elementos de projetos de barragens e canais artificiais.

1. Recursos Hídricos, Barragens e
Canais
Aula 5
Prof. Eng. Rafael J. Rorato
Universidade do Contestado – Campus Concórdia
Engenharia Civil

2. Recursos Hídricos
• Água como recurso
– Essencial para vida: humanos, animais, vegetais
– Ciclo hídrico
• Distribuição das chuvas, rios e aquíferos é irregular →
geomorfologia, climatologia e antropização
– Recursos são móveis e de caráter aleatório
• Estoque de recurso
– Ser humano aplica técnicas de Engenharia
Hidrológica e Engenharia de Recursos Hídricos

3. Recursos Hídricos
• Usos da água
– Geração de energia elétrica
– Abastecimento doméstico
– Abastecimento industrial
– Irrigação de culturas agrícolas
– Navegação
– Psicultura
– Pesca
– Assimilação e afastamento de esgotos

4. Recursos Hídricos
Recursos hídricos
ENGENHARIA HIDROLÓGICA
-Caracterização de Bacia
Hidrográfica
-Aplicações de hidrologia
- Fluviometria
- Escoamento superficial
- Infiltração
- Água Subterrânea
-Vazões
- Vazões de enchentes
- Chuvas Intensas
- Propagação de cheias
- Geodésia e Topografia
- Estatística e Modelagem
Probabilistica
- Batimetria
ENGENHARIA DE RECURSOS HIDRICOS
- Reservatórios e barragens
- Extravasores e comportas
- Chaminés de equilíbrio
- Dissipadores de energia
-Cheias de projetos de vertedouros
-Controle de cheias
-Canais artificiais
-Irrigação
- Navegação fluvial
- Controle de erosão e sedimentação
- Obras em concreto, solo e rocha
- Drenagem (urbana, rodovias,
controle de erosão rural)
ENG. SANITÁRIA / SANEAMENTO
- Sistemas de captação de água
- Sistemas de tratamento e distribuição de água
- Sistema de coleta e tratamento de esgotos

5. Recursos Hídricos
• Intervenção humana no ciclo hidrológico
– Quantidade do recurso estocado
– Qualidade do recurso estocado
• Erosão hídrica / sedimentação
• Controle de esgotos além da autodepuração do rio
• Ictiofauna (peixes)
• Concentração de NH3 / NH4: amônia
• Demanda bioquímica de oxigênio: decomposição microbiana
aeróbia
• Relação entre Qualidade x Quantidade é
indissoviável

6. Diagnóstico de consumo de água -
Brasil
• Consumo de água no Brasil
Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas

7. Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas

8. Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas
Diagnóstico dos sistemas
de distribuição de água
em áreas urbanas

9. Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas
Diagnóstico dos sistemas
de distribuição de água
em áreas urbanas –
Distribuição espacial

10. Recursos Hídricos
• Consumo dos recursos hídricos relaciona-se
– Aumento da população
– Aumento do consumo do população
– Aumento do consumo de energia hidrelétrica
– Ineficiência e desperdício das redes de
distribuição de água ou sistemas de irrigação
– Consumo irregular e inconsciente ou desperdício
pela população
– Aumento da produção de sistemas industriais que
demandam grandes volumes de água e energia

13. Fonte:

14. Recursos Hídricos
• Uso Consuntivo: OCORRE perdas no volume
captado e o volume que retorna ao curso d’água
natural
– Abastecimento doméstico, abastecimento industrial,
irrigação, psicultura
• Uso Não-Consuntivo: NÃO OCORRE perdas no
volume captado e o volume que retorna ao curso
d’água natural
– Geração de energia elétrica, navegação, pesca,
recreação, diluição de esgotos,

15. Recursos Hídricos
• Condicionantes de utilização dos recursos
hídricos
– Controle do regime hidrológico
• Águas superficiais
• Águas subterrâneas
• Controle de cheias
• Controle de estiagens
– Controle de poluição
– Controle de erosão

16. Engenharia Hidrológica
• Hidrologia:
– Estuda a água na terra: ocorrência, circulação,
distribuição, características físico-quimicas,
interfaces com fauna e flora
• Engenharia Hidrológica
– Parte da hidrologia relativa ao planejamento,
projeto e operação de obras de engenharia de
controle e uso da água

17. Ciclo hidrológico

18. Engenharia Hidrológica
• Balanço hídrico
– Simplificado
• Considera que o volume captado em uma bacia é
totalmente escoada para um ponto mas baixo, sem
ocorrer perdas na vazão, devido a um solo / rocha
impermeável
– Completo
• Considera que ocorrem perdas no volume captado na
bacia por infiltração, evaporação e consumo fitológico
das plantas

19. Engenharia Hidrológica
• Unidades físicas
– Vazão (Q): L/s; m³/s; L/h; L/min; m³/dia
– Volumes (V): L; m³
– Altura de chuva: mm; cm
– Intensidade de chuva: mm/h
– Evaporação: mm, cm
– Declividades: m/km; m/m; cm/m; cm/km
– Velocidades (v): m/s; km/h

20. Engenharia Hidrológica
• Fatores que influenciam o escoamento superficial
– Climáticos
• Tipo de precipitação
• Intensidade da precipitação
• Duração da chuva
• Distribuição espacial da chuva
• Chuva antecedente
• Umidade do solo antecedente
• Evaporação
• Transpiração

21. Engenharia Hidrológica
• Fatores que influenciam o escoamento superficial
– Fisiográficos
• Área de drenagem
• Uso da terra
• Cobertura vegetal
• Tipo de solo
• Forma e drenagem
• Relevo
• Altitude média
• Comprimento do rio principal (talvegue)
• Declividade da bacia
• Reservatórios naturais ou artificiais

22. Bacia hidrográfica

23. Modelos de chuva-vazão não
calibrados
• Determinação da vazão Q em uma bacia
– Método Racional: A ≤ 80ha
– Método Racional Modificado: 80ha < A ≤ 200ha
– Método de I-Pai-Wu: 200ha < A ≤ 20.000ha
Média Precisão

24. Modelos de chuva-vazão não
calibrados
• Determinação da vazão Q em uma bacia
– Sendo:
• Q: Vazão máxima de escoamento, em m³/s
• C: coeficiente de runoff: razão entre o volume de água
escoado superficialmente na bacia e o volume de água
precipitado (adimensional). Varia com o tipo de solo e o
tipo de cobertura vegetal. Quanto MENOR o volume
escoado, menor será a vazão crítica do dispositivo de
engenharia a ser dimensionado
• I: intensidade média máxima da chuva, em mm/h
• A: área de contribuição da bacia, em ha

25. Modelos de chuva-vazão não
calibrados
• Determinação da vazão Q em uma bacia
– Sendo:
• L: comprimento axial da bacia
• F: fator de ajuste relacionado a forma da bacia
• K: coeficiente de distribuição espacial da chuva

26. Outros métodos para determinação do
Escoamento Superficial
• Medição do Nível de Água
– Mais preciso
– Requer vários postos fluviométricos
• Modelo Chuva-Vazão Calibrado
– Boa precisão
– Baseado em hidrógrafa (hidrograma unitário)
• Fórmulas empíricas
– Baixa precisão
– Meyer, Gregory, etc

27. Outros métodos para determinação do
Escoamento Superficial
• Réguas linimétricas e Linígrafo

28. Outros métodos para determinação do
Escoamento Superficial
• Hidrograma unitário

29. Outros definições a serem estudadas
• Tempo de concentração
– Tempo gasto para toda água precipitada na bacia
contribua para o escoamento superficial no local de
estudo
• Tempo de recorrência
– Período de tempo médio em que uma determinada
vazão é igualado ou superado pelo menos uma vez
• Inclinação do talvegue
• Velocidade do rio

30. Outros ferramentas de auxílio
• Medidas de precipitação
– Pluviômetro: leitura manual
– Pluviógrafo: leitura contínua
• Medidores de umidade
• Medidores de evapotranspiração
• Aplicação de Estatística para calibração de
modelos matemáticos de chuva. Regressão
linear simples ou múltipla

31. Elementos de um complexo de
barramento d’água
• Reservatório
• Barragem
• Extravasores
• Controladores de vazão
• Dispositivos de saída

32. Cota área e cota volume

33. Tipos de Barragens

34. Esforços sobre Barragens

35. Dimensionamento cota das Barragens
NA máx: cota máxima operacional da barragem
NA min: cota mínima operacional da barragem
Volume útil: volume armazenado entre NA máx e NA min
Volume morto: volume abaixo de NA min. Serve para sedientação
Borda Livre: distância entre o coroamento da barragem e o NA máx

36. Métodos construtivos
Barragens de Gravidade

37. Métodos construtivos
Barragens de Contraforte e de Terra

39. Extravasores
Extravasor de crista livre Extravasor de canal lateral
Extravasor de canal
Extravasor tubular - tulipa

40. Controladores de vazão
Pranchões
Stop log
Comportas
Comporta Mitra

41. Dispositivos de saída
Tipos:
-Tomada d’água submersa
- Torres de tomada d’água
- Adufas
- Válvula de agulha
- Ponto de entrada de água no
conduto forçado que leva
água os sistema de turbinas
- Cotem sistema de comportas
para drenagem do contudo
para manutenção de turbinas

42. Controle de cheias
Reservatório de retardamento

43. Canais artificiais: irrigação ou
navegação
Canal de irrigação / reversão de fluxo
(Canal Aguapey, San Cosme y Danián, PY)
Canal Ligação Tietê – São José dos Dourados
(Pereira Barreto, SP)
Canal transposição do Rio
São Fracisco

44. Material Complementar
Lista de apostilas disponível em:
http://www.fcth.br/public/material.html
+
Design of Small Dams
+
Apostilas Prof. Mauro Naghettini
UFMG