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http://hdl.handle.net/1843/55006| Type: | Dissertação |
| Title: | Sensibilidade a parâmetros reológicos na modelagem de fluxo hiperconcentrado proveniente de rupturas de barragens de rejeitos de mineração |
| Authors: | Malena Lúcia Sousa Freire de Melo |
| First Advisor: | Julian Cardoso Eleutério |
| First Referee: | Rodrigo Cauduro Dias de Paiva |
| Second Referee: | Luiz Rafael Palmier |
| Abstract: | O risco de rupturas de barragens de rejeito é relativamente pequeno, mas historicamente tem se mostrado consideravelmente maior que o risco de ruptura de barragens de armazenamento de água. A modelagem de inundações permite o mapeamento dos locais e populações mais vulneráveis para orientar o alerta e evacuação de comunidades potencialmente afetadas. A avaliação da sensibilidade de modelos hidrodinâmicos a parâmetros reológicos visa identificar incertezas nos resultados simulados causadas pela alta variabilidade desses parâmetros, com o propósito de obter mapeamentos mais confiáveis. O novo módulo não-newtoniano do HEC-RAS permite a simulação de escoamento hiperconcentrado e dispõe de quatro modelos reológicos: Bingham, Herschel-Bulkley, Quadratic e Clastic-Grain Flow. Neste estudo busca-se avaliar a influência de parâmetros de reologia de fluidos hiperconcentrados nos resultados da modelagem de inundações decorrentes de rupturas de barragens de rejeitos com o HEC-RAS. Foi utilizada uma abordagem probabilística e desenvolveu-se a automatização das simulações no HEC-RAS por meio de programas em linguagem Python. Os parâmetros reológicos dos modelos de Bingham e Herschel-Bulkley foram definidos como parâmetros de testes e as faixas de valores desses parâmetros foram obtidas com base em revisão de literatura. A amostragem dos parâmetros se deu pelo método Latin Hypercube Sampling (LHS). Foram desenvolvidos dois estudos de caso, sendo o primeiro da barragem fictícia proposta por Zenz e Goldgruber (2013) em estudo promovido pelo ICOLD, onde foi analisado o impacto causado nos resultados. E no segundo, buscou-se a calibração de parâmetros reológicos da modelagem hidrodinâmica a partir de dados de ruptura real. Para tal, foi realizada a modelagem da ruptura da antiga Barragem B1 da Mina do Córrego do Feijão, em Brumadinho-MG, que rompeu em 2019. Os resultados mostraram que no cenário do modelo de Bingham do estudo de caso do ICOLD, o aumento dos valores de concentração volumétrica de sólidos (Cv) e do parâmetro b da curva de tensão de escoamento causou a redução da área inundada e aumento das profundidades máximas. Já no cenário de Herschel-Bulkley, valores maiores de tensão de escoamento também causaram a redução da área e aumento das profundidades. No que tange os resultados de tempo de chegada para profundidade de 0,3 m e 0,61 m, os valores variaram de forma mais significativa na seção de análise mais a jusante (15 km) da barragem. A variação da área inundada nos cenários do ICOLD se deu no alcance da onda de inundação, apresentando pouca variação na largura da mancha. No cenário do estudo de caso de Brumadinho, a calibração da mancha de inundação simulada a partir da mancha observada na ruptura real foi igual a 85,4% segundo Fit metric F. Os tempos de chegada simulados divergiram entre 1 e 3 minutos dos tempos observados nos pontos de interesse. A partir das análises realizadas, infere-se que ainda que outros aspectos da modelagem possam causar influências mais significativas na modelagem, a sensibilidade da modelagem hidrodinâmica aos parâmetros reológicos não pode ser desprezada, uma vez que foram observadas variações significativas em alguns resultados. |
| Abstract: | The risk of failure of tailings dams is relatively small, but historically it has been shown to be considerably higher than the risk of failure of water storage dams. Flood modeling allows the mapping of the most vulnerable locations and populations to guide the alert and evacuation of potentially affected communities. The evaluation of the sensitivity of hydrodynamic models to rheological parameters aims to identify uncertainties in the simulated results caused by the high variability of these parameters, with the purpose of obtaining more reliable mappings. The new non-Newtonian module of HEC RAS allows the simulation of hyperconcentrated flow and has four rheological models: Bingham, Herschel-Bulkley, Quadratic and Clastic-Grain Flow. In this study, we seek to evaluate the influence of hyperconcentrated fluid rheology parameters on the results of modeling floods resulting from tailings dam failures with the HEC-RAS. A probabilistic approach was used and the automation of simulations in HEC-RAS was developed through programs in Python language. The rheological parameters of the Bingham and Herschel-Bulkley models were defined as test parameters and the ranges of values for these parameters were obtained based on a literature review. The parameters were sampled using the Latin Hypercube Sampling (LHS) method. Two case studies were developed, the first of the fictitious dam proposed by Zenz and Goldgruber (2013) in a study promoted by ICOLD, where the impact on the results was analyzed. And in the second, the calibration of rheological parameters of hydrodynamic modeling was sought from real failure data. To this end, a modeling of the rupture of the old B1 dam of Mina do Córrego do Feijão, in Brumadinho-MG, which ruptured in 2019 was carried out. The results showed that in the scenario of the Bingham model of the ICOLD case study, the increase in values of volumetric concentration of solids (Cv) and the b parameter of the yield stress curve caused a reduction in the flooded area and an increase in the maximum depths. In the Herschel-Bulkley scenario, higher values of yield stress also caused a reduction in area and an increase in depths. Regarding the arrival time results for a depth of 0.3 m and 0.61 m, the values varied more significantly in the analysis section further downstream (15 km) of the dam. The variation of the flooded area in the ICOLD scenarios occurred in the range of the flood wave, with little variation in the width of the flood boundary. In the scenario of the Brumadinho case study, the calibration of the simulated flood area from the area observed in the real rupture was equal to 85.4% according to Fit metric F. The simulated arrival times differed between 1 and 3 minutes from the observed times at points of interest. Based on the analyses, it is inferred that although other aspects of the modeling may cause more significant influences on the modeling, the sensitivity of the hydrodynamic modeling to the rheological parameters cannot be neglected, since significant variations were observed in some results. |
| Subject: | Engenharia sanitária Recursos hídricos - Desenvolvimento Reologia Análise de sensibilidade Fluídos não-newtonianos Modelagem de dados Avaliação de riscos Barragens de rejeitos - Brumadinho (MG) |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/55006 |
| Issue Date: | 5-Sep-2022 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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