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Recursos Hídricos, Barragens e
Canais
Aula 5
Prof. Eng. Rafael J. Rorato
Universidade do Contestado – Campus Concórdia
Engenharia Civil
Recursos Hídricos
• Água como recurso
– Essencial para vida: humanos, animais, vegetais
– Ciclo hídrico
• Distribuição das chuvas, rios e aquíferos é irregular →
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– Recursos são móveis e de caráter aleatório
• Estoque de recurso
– Ser humano aplica técnicas de Engenharia
Hidrológica e Engenharia de Recursos Hídricos
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
Recursos Hídricos
Recursos hídricos
ENGENHARIA HIDROLÓGICA
-Caracterização de Bacia
Hidrográfica
-Aplicações de hidrologia
- Fluviometria
- Escoamento superficial
- Infiltração
- Água Subterrânea
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- Vazões de enchentes
- Chuvas Intensas
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Probabilistica
- Batimetria
ENGENHARIA DE RECURSOS HIDRICOS
- Reservatórios e barragens
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ENG. SANITÁRIA / SANEAMENTO
- Sistemas de captação de água
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Recursos Hídricos
• Intervenção humana no ciclo hidrológico
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• Ictiofauna (peixes)
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• Consumo de água no Brasil
Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas
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Diagnóstico dos sistemas
de distribuição de água
em áreas urbanas
Fonte: Conjuntura dos Recursos Hídricos 2011 – Agência Nacional de Águas
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de distribuição de água
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• Consumo dos recursos hídricos relaciona-se
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– Aumento do consumo de energia hidrelétrica
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distribuição de água ou sistemas de irrigação
– Consumo irregular e inconsciente ou desperdício
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demandam grandes volumes de água e energia
Fonte:
Recursos Hídricos
• Uso Consuntivo: OCORRE perdas no volume
captado e o volume que retorna ao curso d’água
natural
– Abastecimento doméstico, abastecimento industrial,
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• Uso Não-Consuntivo: NÃO OCORRE perdas no
volume captado e o volume que retorna ao curso
d’água natural
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Recursos Hídricos
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hídricos
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• Medição do Nível de Água
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Introdução a engenharia - aula 5 - recursos hidricos, barragens e sistemas de irrigação

  • 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
  • 11.
  • 12.
  • 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
  • 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
  • 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
  • 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
  • 37. Métodos construtivos Barragens de Contraforte e de Terra
  • 38.
  • 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
  • 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