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Projetos

Programa de Monitoramento Hidrossedimentométrico Rio Carreiro/RS - HIDROTÉRMICA

1. JUSTIFICATIVA
O aporte de sedimentos, para a calha dos rios, depende fundamentalmente de processos naturais que muitas vezes estão associados a ações antrópicas. Destacam-se a estruturação geológica da rocha-fonte, as condições climáticas, o relevo, a rede de drenagem, as características hidráulicas dos canais e o uso e ocupação dos solos, entre outros. Estes fatores contribuem para a desagregação das rochas, formação de sedimentos e conseqüente arraste destes.

A construção de reservatórios altera o escoamento das águas e o fluxo de sedimentos podendo acarretar efeitos de instabilidade na calha fluvial, na biota aquática e nas populações ribeirinhas. Esses impactos genéricos devem ser analisados sob um enfoque sistêmico e, portanto, programas de monitoramento necessitam estar em consonância com diversos outros programas que procuram avaliar os impactos da construção de reservatórios.

A importância dos estudos hidrossedimentológicos, antes, durante e após a construção de reservatórios esta fundamentado, como já mencionado, no fato de que os sedimentos têm seu fluxo alterado pelo efeito do barramento. Essa condição tem reflexos diretos no empreendimento como é o caso da redução da vida útil do reservatório devido ao assoreamento e também sobre os chamados efeitos secundários. Entre os efeitos secundários destacam-se:

  •  mudanças na qualidade da água devido às alterações sofridas pelos sedimentos retidos no reservatório;
  •  efeitos de erosão nas margens dos reservatórios devido ao embate das ondas;
  •  efeitos de jusante do barramento resultante de um novo equilíbrio do canal aluvial devido à redução do fluxo de sedimentos.

Do ponto de vista do empreendimento, ANEEL, 2000, estabelece que os principais problemas do assoreamento são: a redução da capacidade útil do reservatório, as enchentes, a redução do volume morto e os problemas de abrasão nas estruturas hidráulicas.
Tendo em vista a natureza destes efeitos, a aplicação de medidas mitigadoras, corretivas e/ou compensatórias depende dos resultados de monitoramentos ambientais, que são ferramentas básicas para identificar e mensurar os impactos causados por este tipo de empreendimento. Entretanto, é importante que nos programas de monitoramento ambiental, seja aplicada uma abordagem sistêmica na interpretação das alterações sofridas, pois um enfoque reducionista será incapaz de interpretar corretamente as relações de causa e efeito e também serão inócuas as proposições de medidas mitigadoras.

Outro aspecto importante nos programas de monitoramento hidrossedimentológico é a identificação correta das fontes de produção de sedimentos. Para tanto, é necessário adotar também um enfoque sistêmico que considere as alterações do uso das terras na bacia hidrográfica e, especificamente no entorno do reservatório. Estas alterações irão ocorrer com o tempo e podem ser intensificadas pelas externalidades causadas pelos empreendimentos, decorrentes do fortalecimento da economia local.

2. OBJETIVOS
Para diagnosticar, avaliar e identificar as medidas, que devem ser implementadas, um programa de monitoramento hidrossedimentológico deve atender, pelo menos, os seguintes objetivos:

  •  ampliar e aprofundar o conhecimento dos processos de hidrossedimentologia na

área de influência direta e indireta do empreendimento;

  •  conhecer a dinâmica do processo de afluência dos sedimentos e sua deposição

na área de represamento;

  • determinar a distribuição dos sedimentos na área do reservatório;
  •  identificar e monitorar a erosão das margens;
  •  avaliar alterações a montante e a jusante do trecho represado;
  •  monitorar o volume de sedimentos depositado;

Para:

  •  definir ações preventivas aos processos de erosão, transporte e assoreamento;
  •  indicar, quando necessário, procedimentos adequados para a remoção dos

sedimentos;

  •  propor ações preventivas e corretivas, quando necessário, relativas as alterações provocadas pelo desequilíbrio do meio aquático;
  •  prever corretamente a perspectiva de vida ou período de operação do empreendimento.

 

3. METODOLOGIA
Para alcançar os objetivos enumerados é necessário estabelecer um programa que envolva três diferentes momentos; aquele que precede as alterações provocadas pelo empreendimento, aquele que permita o acompanhamento das alterações no decorrer das obras e um terceiro que permita estabelecer as condições hidrossedimentológicas após a conclusão das obras. Estas três etapas, devem prever o registro contínuo de níveis e a coleta de material para definição do fluxo e do aporte de sedimentos aos rios e reservatórios.
A partir desta premissa e considerando os regimes climatológico e hidrológico da região, objeto do programa, é absolutamente necessário estabelecer um protocolo de coleta de dados que considere medições de níveis dos rios e amostragens de sedimentos nas diferentes condições estabelecidas pelos regimes mencionados. A instalação de uma rede de monitoramento, que contemple o registro contínuo de níveis de água e a coleta de amostras de sedimentos, de forma intensiva, durante a época das chuvas, é absolutamente necessário.
Um segundo ponto a considerar diz respeito ao levantamento das condições de fundo da calha do rio e dos reservatórios. O levantamento de seções topobatimétricas a montante, jusante e no corpo do reservatório, não permitem uma definição precisa do mesmo, sendo necessário a complementação destes levantamentos, a intervalos de tempo regulares, da geometria do fundo do reservatório. Além de possibilitar uma avaliação mais detalhada das alterações ocorridas, estes levantamentos complementares, batimetrias, secundariamente, poderão atender a resolução da ANEEL. O capítulo a seguir descreve os procedimentos e a programação a serem adotados para desenvolvimento do Programa de Monitoramento Hidrossedimentológico.

O terceiro ponto diz respeito a análise dos resultados alcançados. Esta análise deverá ser realizada a partir das informações obtidas com o monitoramento das variáveis de níveis, vazão líquida, concentração dos sedimentos e distribuição do tamanho das partículas. Informações secundárias relativas ao uso do solo, clima e características físicas da bacia hidrográfica, serão incorporadas na análise dos resultados, objetivando a definição de medidas corretivas ou mitigadoras e o redimensionamento do programa de monitoramento a longo prazo.

4. PROCEDIMENTOS OPERACIONAIS

4.1 - Levantamento das estações fluviométricas, postos hidrossedimentométricos e
topobatimétricos, existentes na área de influência do empreendimento.

Este levantamento deverá ser realizado junto das instituições oficiais e não oficiais, responsáveis pela operação de redes de monitoramento hidrológico e sedimentológico. Deverão ser consideradas todas as informações de postos / estações existentes, estando as informações consistidas ou não.

4.2 Instalação da rede de monitoramento

Instalação de quatro (04) postos fluviográficos (linigrafos), juntamente com os conjuntos de réguas limnimétricas. As fotos 1 e 2 ilustram dois modelos de linigrafos, similares aos que deverão ser instalados. Um dos postos deverá ser instalado a montante de todos os empreendimentos, existentes na bacia hidrográfica e os outros três postos, já instalados, a jusante das PCH Boa Fé, São Paulo e Autódromo, passarão a compor a rede sugerida. Esta densidade e, distribuição dos postos de monitoramento será suficiente para proporcionar a caracterização do regime hidrológico e sedimentológico, afluente e efluente a região do aproveitamento. A distribuição espacial desta rede, sugerida preliminarmente, consta da figura 1.

4.3 Operação dos postos instalados

A operação destes postos, compreende o acompanhamento periódico das vazões nos diferentes pontos selecionados, durante as quatro estações do ano. A manutenção da rede poderá ser aperiódica, contemplando eventos de águas baixas, médias e altas.
As medições de vazões líquidas e a coleta de amostras deverão ser realizadas ao longo de um período de vinte e quatro (24) meses, intensificando-se nos períodos chuvosos. Tanto os procedimentos como os equipamentos empregados para medição desta variável deverão estar em conformidade com as recomendações da literatura especializada.
Considerando que o leito destes rios é rochoso, a descarga sólida de fundo deverá ser realizada de forma indireta utilizando modelos consagrados da literatura e respeitando as características hidráulicas das seções de medição.

4.4 Construção das curvas-chave de descarga líquida

Construção e atualização, a cada doze medições de vazão, das curvas chaves de descarga líquida, realizadas junto dos postos hidrossedimentométricos, instalados na bacia de contribuição dos aproveitamentos hidrelétricos. Deverão ser testados diferentes métodos de construção de curvas chaves entre os quais o logarítmico, Stevens e área - velocidade. As curvas chaves serão construídas utilizando o método de melhor ajuste ou aquele que melhor represente as condições hidráulicas da calha do rio.

4.5 Levantamento de seções topobatimétricas e batimetria

Para a avaliação do assoreamento do rio e da área do reservatório, devem ser realizados dois levantamentos topobatimétricos em pelo menos 15 seções transversais ao longo dos 24 meses de monitoramento. Os locais destas seções transversais serão determinados, utilizando imagens de alta precisão e visita a região, quando deverá ser percorrida a toda a extensão da calha do rio, junto da área de influência direta e indireta dos empreendimentos. Para coincidir com eventos significativos, as datas das campanhas de levantamento, serão definidas com base no cronograma físico das obras e ajustadas no decorrer do desenvolvimento das mesmas. Em função da profundidade da lâmina de água e das condições de navegação, o levantamento das seções transversais, será executado utilizando um ecobatimetro ou escalas graduadas.
Após a formação dos reservatórios, deverão ser realizadas as batimetrias ou seja a definição da geometria do fundo dos mesmos. Estes levantamentos deverão ser realizados com um conjunto de equipamentos interligados; ecobatimetro - GPS e laptop associados a um software específico.

 

Foto 1 – Ilustração de um posto fluviográfico composto de linigrafo digital instrumentado com painel solar

Foto 2 – Detalhe do datalloger de um linigrafo digital e esquema de instalação

 


Figura 1 – Distribuição espacial da rede de monitoramento hidrossedimentológico

4.6 Processamento e consistência das informações geradas pela rede de monitoramento hidrossedimentológico

Análise das séries históricas de descarga líquida e sólida (variações de vazões líquidas e sólidas), nos locais dos aproveitamentos e o conhecimento dos aportes hídricos gerados pelas bacias de contribuição dos principais tributários aos aproveitamentos hidrelétricos.

4.7 Coleta e análises laboratoriais

Conjuntamente às atividades de medições de vazões líquidas serão realizadas as coletas de amostras para determinação da concentração de sólidos e granulometria. A amostragem dos sedimentos em suspensão será realizada com amostradores integradores do tipo US-DH-49 ou US-DH 48 em função da profundidade da lâmina de água. Como protocolo de coleta, será utilizado o método de amostragem por igual incremento de largura (IIL). Nesse método, a seção transversal é dividida numa série de segmentos de igual largura onde em cada vertical se obterá uma amostra de aproximadamente 400 ml, sendo que o número de verticais irá variar de acordo com a largura do rio; porém, o número mínimo será de dez verticais. Após a amostragem das diferentes verticais, as diversas subamostras serão reunidas em uma só amostra, sendo a concentração determinada em laboratório através do método de filtração ou evaporação. Para determinação da granulometria deverá ser empregado, alternativamente, o método da pipetagem ou das peneiras.

4.8 Cálculo das descargas sólidas em suspensão

A partir do monitoramento e levantamento de dados em campo e laboratório serão calculadas as descargas sólidas em suspensão do leito e total para os postos, determinadas para cada campanha.

4.9 Construção das curvas de descarga sólida

Após a obtenção de um número satisfatório de dados de descargas sólidas para os quatro postos de monitoramento deverão ser elaborados os ajustes de curvas de descarga sólida característica. Estas curvas serão retraçadas quando tiverem sido realizadas novas medições.

4.10 Definição do regime hidrossedimentológico

A partir do monitoramento e consistência contínua das informações hidrológicas e sedimentológicas, levantadas no monitoramento realizado, será caracterizado o novo regime de escoamento dos rios formadores dos aproveitamentos hidrelétricos, permitindo assim avaliar os efeitos secundários decorrentes da implantação dos reservatórios.
Instalada a rede e a operação da mesma, os dados derivados do monitoramento associados a informações complementares, serão empregados para realizar os estudos relativos a (s):

1 - Análise Morfológica

Este procedimento permitirá analisar se há qualquer área potencial de erosão no trecho do rio afetado pelo Projeto. Além das informações coletadas deverão ser utilizadas fotos aéreas e imagens de satélite, de várias datas, para avaliar a estabilidade do canal, padrões de movimento do assoreamento, fontes de aporte de sedimentos e processos morfológicos.

2 - Investigações Hidrológicas

As informações disponíveis sobre as seções transversais (topobatimétricas) serão empregadas na análise das características do canal (rio) a montante e a jusante das barragens-vertedouro. Deverão ser empregados tratamentos computacionais hidrológicos simplificados, valendo-se do programa unidimensional de remanso HEC-RAS 4 para avaliar o efeito das barragens – vertedouro e de derivações de vazão na velocidade e profundidade da lâmina d’água na calha. Estes cálculos serão feitos para um espectro de descargas de cheia e de seca.

3 - Análise do Transporte de Sedimentos a Montante dos Barramentos

O Programa HEC-RAS 4 será utilizado também para avaliar os efeitos da barragem vertedouro na capacidade de transporte de sedimentos do canal ao longo das zonas de
remanso. Serão feitas estimativas da taxa de deposição de carga de fundo atrás do barramento, extensão longitudinal da deposição e tempo de preenchimento.
Deverão ser feitas avaliações se a redução da velocidade e o stress de atrito causar
qualquer sedimentação de finos atrás do barramento. Um perfil de equilíbrio de longo prazo do leito do rio também será determinado valendo-se de equações analíticas e métodos de “regime” de canal estável.

4 - Análise do Transporte de Sedimentos a Jusante do Barramento

O projeto irá alterar o regime de descarga e de aporte de sedimentos imediatamente a
jusante da barragem-vertedouro. Serão feitas avaliações da resposta da calha para jusante da barragem-vertedouro valendo-se da análise disponível do modelo hidráulico e da análise morfológica. Tal procedimento prevê avaliar a erosão temporária potencial ou a degradação abaixo da barragem-vertedouro, incluindo sedimentação potencial de finos devido à redução do regime de fluxo.


A partir dos estudos enumerados acima, deverão ser recomendadas:

1 - Medidas Mitigadoras e Corretivas

Deverá ser analisada a necessidade futura de se implantar medidas mitigadoras e
corretivas de sedimentação. Tais medidas poderão envolver a instalação de estruturas específicas na zona de derivação da barragem-vertedouro e das turbinas.

2 - Plano de Monitoramento

Deverá ser preparado um Plano de Monitoramento para dar prosseguimento a coleta de informações de longo prazo. O plano deverá avaliar o tipo de parâmetros que deverão ser monitorados, tais como amostras de material de fundo, seções topográficas transversais e outras, assim como a freqüência e o tipo de interpretação que deverá ser realizada.
 


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