A importância do coeficiente de rugosidade de Manning na avaliação numérica do assoreamento de reservatórios a fio d'água
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
The importance of manning's roughness coefficient in the numerical assessment of seltation of river reservoirs
Primeiro orientador
Membros da banca
Márcio Benedito Baptista
Jorge Luis Zegarra Tarqui
Éder Daniel Teixeira
Jorge Luis Zegarra Tarqui
Éder Daniel Teixeira
Resumo
O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para a caracterização do coeficiente de rugosidade de Manning em reservatórios a fio d´água e analisar a variação causada pelo processo de assoreamento ao longo da vida útil. Isso se torna especialmente importante para os estudos de vida útil em reservatórios a fio d’água, que têm uma relação pequena entre volume de reservação versus deflúvio anual médio. Para dar suporte a essa metodologia, utilizou-se o modelo físico da Pequena Central Hidrelétrica (PCH) Salto Paraopeba, localizada no município de Belo Vale, MG, que teve suas atividades paralisadas em função do assoreamento total da tomada d’água. No modelo físico, construído no Centro de Pesquisas Hidráulicas (CPH), foram determinados campos de velocidades do escoamento contemplando as vazões médias e vazões extremas, em cenários de reservatório limpo e completamente assoreado. O sedimento real será representado por material granular de borracha de pneus capaz de reproduzir as características de transporte do sedimento. Após o tratamento dos dados, foram realizadas simulações no programa HEC-RAS, em ambiente bidimensional para calibração e validação do coeficiente de rugosidade nos cenários anteriormente descritos. Os resultados encontrados indicam que embora o nível de água no reservatório seja condicionado pela curva de descarga do vertedor em soleira livre desta PCH, os padrões de circulação e a distribuição de velocidades nas seções transversais levantadas variaram significativamente, obtendo-se um coeficiente de rugosidade de Manning médio igual a 0,018 no modelo em condições desassoreadas, que corresponde a um valor igual a 0,033 no protótipo, compatível aos valores esperados para o trecho de rio em questão. Estes resultados demonstram a importância de levantamento de níveis de água e medições de descarga em seções transversais ao longo dos reservatórios quando se deseja avaliar numericamente o comportamento do assoreamento de reservatórios, bem como na definição de medidas de controle.
Abstract
This work proposes a methodology for the characterization of the Manning roughness coefficient in water reservoirs and the variation analysis of the silting process along the operational life. This becomes especially important for small reservoirs, which has a small relation between reservoir volume versus mean annual flow. To support this methodology, the physical model of the Salto Paraopeba Small Hydroelectric Power Plant (SHP) was used, located in the municipality of Belo Vale, MG, which stopped operating due to complete siltation of its water intake. In the physical model, built at the Hydraulic Research Center (CPH), fields of flow velocities were measured on low and high flow conditions, in scenarios of clean and silted reservoir. The sediments were represented by tires granular rubber material capable of reproducing sediment transport characteristics. After data treatment, simulations were performed in HEC-RAS, in a two-dimensional environment for calibration and validation of the roughness coefficient in the previously described scenarios. The results indicate that although the water level in the reservoir is conditioned by the free-spillway discharge curve of this SHP, the circulation patterns and the velocity distribution varied significantly, obtaining a roughness coefficient of Manning average of 0.018 in the model under clean reservoir conditions, corresponding to a value equal to 0.033 in the prototype, compatible with the expected values for the river reach. These results demonstrate the importance of surveying water levels and discharge measurements in cross sections along the reservoirs when numerically evaluating the behavior of reservoir silting and defining control measures.
Assunto
Engenharia sanitária, Recursos hídricos - Desenvolvimento, Barragem, Sedimentação (Geologia)
Palavras-chave
Assoreamento de reservatórios, Modelagem bidimensional, Modelo reduzido