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RELATÓRIO MODELAGEM HIDRODINÂMICA – TRANSPORTE DE SEDIMENTOS NO RIO IGUAÇU

Preparado para

CEBI

Dezembro de 2017

C E B I

Sumário

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 1

2 HISTÓRICO DO PROBLEMA ................................................................................................ 2

3 LEVANTAMENTOS REALIZADOS ....................................................................................... 4

4 HISTÓRICO DOS TRABALHOS DE CAMPO REALIZADOS ............................................ 7

5 ANÁLISE DOS DADOS ............................................................................................................ 8

5.1 MEDIÇÕES DE DECARGA LÍQUIDA E SÓLIDA ........................................................................... 8

5.2 RESULTADOS DAS MEDIÇÕES ................................................................................................ 9

6 RESULTADOS PRELIMINARES DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E

ASSOREAMENTO DO RESERVATÓRIO ................................................................................... 17

7 MODELAGEM HIDRODINÂMICA ..................................................................................... 19

7.1 MODELO USADO ................................................................................................................. 19

7.2 DADOS E CENÁRIOS CONSIDERADOS.................................................................................... 20

7.3 SEDIMENTOS COESIVOS ...................................................................................................... 23

7.4 SEDIMENTOS NÃO-COESIVOS DE FUNDO .............................................................................. 25

7.5 CONCLUSÕES ..................................................................................................................... 26

8 REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 28

R E L A T Ó R I O M O D E L A G E M H I D R O D I N Â M I C A – T R A N S P O R T E D E S E D I M E N T O S N O R I O

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1 INTRODUÇÃO

Esse documento visa apresentar uma primeira avaliação do transporte de sedimentos no rio Iguaçu com a uso de um modelo hidrodinâmico de forma a atender as condicionantes 15 e 16 do licenciamento ambiental do IAP, bem como os questionamentos feitos pelo ICMBio para serem incluídos durante a fase de LI(Considerações ao ofício no 238/2014-GABIN/PRESI/ICMBio: - Medidas de Mitigação dos Impactos Ambientais da UHE Baixo Iguaçu, a Serem Incluídas no Licenciamento do Empreendimento, em Sua Fase de Instalação) – item V: Apresentar, em até 60 dias, um plano de estudo de modelagem numérica de transporte de sedimentos no rio Iguaçu, desde o barramento até as cataratas do Iguaçu, com o escopo de estudo, detalhamento metodológico, estratégia amostral e cronograma de execução, com os seguintes pressupostos: a- Levar em consideração as informações do programa de monitoramento hidrosedimetológico; b- Simular os períodos de instalação e operação da usina, sendo esta última equivalente à escala temporal de 20 anos; c- A modelagem hidrodinâmica tomada como base deve ser calibrada e validada com série de dados independentes; d- Avaliar o efeito das variações diurnas e sazonais de vazão defluente da UHE Baixo Iguaçu sobre os processos de erosão e deposição no rio Iguaçu e afluentes existentes dentro do Parque Nacional do Iguaçu, de modo a subsidiar a proposição de plano operativo que mitigue ao máximo os impactos ambientais sobre a unidade de conservação; Como reportado em várias ocasiões, o Instituto Chico Mendes explicitou sua preocupação relativamente a efeitos negativos nas margens e vegetação do Parque Nacional do Iguaçu – PNI após a entrada em operação da UHE Baixo Iguaçu. Como esse questionamento foi um dos pontos chave da etapa de licenciamento de instalação da usina foram feitos vários levantamentos ao longo dos estudos durante às obras e medições de descarga sólida dentro do programa de monitoramento hidrossedimentométrico estabelecido como condicionante da licença. Incialmente será feito um histórico de todos os estudos e levantamentos feitos e das características da bacia do rio Iguaçu no que tange ao transporte de sedimentos.


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2 HISTÓRICO DO PROBLEMA

O principal questionamento do ICMBio foi: A implantação da barragem provocará alteração no regime dos recursos hídricos trazendo diversos tipos de interferências no PN do Iguaçu? Se sim, quais são estes impactos? Eles podem ser mitigados em sua totalidade? Foi colocado na ocasião do mesmo que a implantação da barragem não provocaria alteração do regime de recursos hídricos, pois a usina é do tipo que tem operação “a fio d’água”, o que significa que ela não tem capacidade de armazenamento, liberando para jusante (rio abaixo) o mesmo volume de água que chega ao reservatório. As vazões que chegam precisam ser liberadas para jusante, pois não há espaço no reservatório para armazenar o um volume de água significativo. O volume acumulado pela barragem é relativamente baixo em comparação com os volumes de água que chegam ao reservatório. O tempo de residência da água, isto é, o intervalo de tempo que a água leva em média para atravessar o lago e se renovar, é de 1,7 dias. A Figura 1 mostra os volumes acumulados dos reservatórios da bacia do rio Iguaçu, e demonstra a baixa capacidade de armazenamento da UHE Baixo Iguaçu, volume apenas suficiente para antecipar um pouco o volume de água que será liberado pelas usinas de montante, e quando demandado pelo Operador Nacional do Sistema (ONS).

Figura 1 Volumes dos reservatórios do rio Iguaçu de montante para jusante


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Em resumo, as vazões que chegam ao reservatório passam para jusante pela casa de força, onde se localizam as turbinas que permitem gerar energia elétrica, ou pelo vertedouro, quando essas vazões (ou quantidade de água) excedem a capacidade dessas turbinas. Assim, o regime de vazões será mantido da mesma forma que ocorre atualmente, sem a implantação da usina, isto é, com o mesmo regime de cheias e estiagem A Figura 2 ilustra esta situação na bacia do rio Iguaçu. A figura mostra a variação de vazões no rio Iguaçu no posto hidrométrico de Estreito de Iguaçu, e que fica situado a jusante da UHE Salto Caxias e da futura UHE Baixo Iguaçu. Pode-se notar que mesmo depois da implantação da UHE Salto Caxias, que também opera a fio d’água, com a data de entrada em operação marcada no gráfico, o rio tem o mesmo regime de cheias e estiagem.

Figura 2 Vazão média mensal – Estação Estreito do Iguaçu Novo

A única alteração esperada refere-se ao regime de sedimentos, pois a implantação do reservatório implicará em menores velocidades de escoamento, e consequentemente numa deposição de parte dos sedimentos que são transportados pelo rio na região do futuro lago, e a possibilidade de uma maior capacidade erosiva a jusante da barragem. O fato é que a operação da UHE Salto Caxias depois de mais de 15 anos não parece indicar essa alteração a jusante de barragens no rio Iguaçu, mas a modelagem permitirá que se chegue a uma conclusão no caso da UHE Baixo Iguaçu. No entanto, como a geologia da bacia é formada por derrames ou rochas basálticas, os sedimentos gerados pelas chuvas são preponderantemente formados por materiais finos como siltes e argilas, e com a UHE Baixo Iguaçu opera a fio d’água e tem um vertedouro de soleira baixa, isto é, está situada junto ao fundo do rio, a maior parte dos sedimentos transportados


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pela água irá passar para jusante sem alterar o regime de transporte sólido de forma significativa. A Figura 3 ilustra esta idéia, pois mostra o regime de sedimentos na bacia medidos no posto hidrométrico de Estreito do Iguaçu, como já mencionado neste documento, situado a jusante das duas UHEs Salto Caxias e Baixo Iguaçu. Pode-se notar que mesmo depois da implantação da UHE Salto Caxias o regime de sedimentos no rio Iguaçu não se modifica. As concentrações de sedimentos (em mg/l) neste posto ao longo dos anos mantém a sazonalidade esperada, e que pode ser explicada pela intensa atividade antrópica nas bacias de contribuição intermediárias ao longo da área de drenagem (pode-se ver no gráfico a data de entrada de operação da UHE Salto Caxias). Portanto os efeitos a jusante são insignificantes, no que tange aos sedimentos.

Figura 3 Concentração de sedimentos – Estação Estreito do Iguaçu Novo

Como se pode ver pelo histórico de sedimentos no baixo curso do rio Iguaçu é de se esperar que o regime de sedimentos não se altere de forma significativa pelo volume de seu reservatório e sua forma de operação. 3 LEVANTAMENTOS REALIZADOS

No detalhamento e execução dos serviços, conforme apresentado no primeiro relatório de análise de dados, foi atendida a Resolução Nº 396 da ANEEL de 04 de dezembro de 1998, a qual estabelece as condições para implantação, manutenção e execução de estações fluviométricas e pluviométricas, associadas a empreendimentos hidrelétricos. Foram consultadas as seguintes normas e resoluções:


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Normas e Recomendações Hidrológicas: V2 (fluviométrica) e V3 (sedimentométrica) do DNAEE, hoje normas da Aneel1.

A lei n.º 9.427, de 26 de dezembro de 1996, instituiu a Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, com funções de regulação e fiscalização, e disciplinou o regime de concessões de serviços públicos de energia elétrica.

No caso de concessão para exploração de usinas com potência superior a 30 MW, a lei n.º 9.074/1995, estabelece que o relatório final do estudo de viabilidade pode constituir a base técnica para a licitação da concessão de projetos de geração de energia hidrelétrica.

A Lei n.º 9.984/2000, que criou a Agência Nacional de Águas (ANA) indica a ANEEL como responsável para solicitar a Declaração de Reserva de Disponibilidade Hídrica junto a ANA, para licitar a concessão ou autorizar o uso de potencial de energia hidráulica em corpo de água de domínio da União.

Resolução ANA n.º 131, de 11 de março de 2003, que dispõe sobre procedimentos referentes à emissão de Declaração de Reserva de Disponibilidade Hídrica (DRDH) e de outorga de direito de uso de recursos hídricos, para uso de potencial de energia hidráulica superior a 1 MW em corpo de água de domínio da União.

É importante mencionar que a ANA disponibilizou um software do manual de utilização do Programa HidroSedimentos 2.0. Desenvolvido por pesquisadores da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (Epagri), em parceria com a ANA, a ferramenta é voltada principalmente para técnicos que trabalham com a medição de rios. O software é capaz de ler os arquivos gerados por equipamentos de medição que utilizam o método acústico Doppler (ADCP) para a medição de vazão e, a partir dos dados coletados, processa os cálculos dos tempos de amostragem de sedimentos em suspensão (flutuando na água) de acordo com as metodologias do Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) usadas pela Agência, o que antes era feito pelos hidrometristas com o uso de cálculos manuais. Mesmo que nessa campanha atual não se faça medição de sedimentos. Atualmente existem vários equipamentos para medição da descarga líquida com base na tecnologia Doppler, que apresentam como vantagens, em

1 Jaccon Gilbert - Curso sobre técnicas de medição de descarga líquida em grandes rios : fichas técnicas / Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica. Divisão de Controle de Recursos Hídricos.


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relação aos métodos tradicionais de medição de vazão com molinetes, a maior rapidez para execução da medição; redução de riscos de acidentes, principalmente em rios com níveis altos; a melhor determinação do perfil e da área da seção transversal (“corte” do rio de uma margem a outra), além da possibilidade da determinação de um número grande de verticais (linhas traçadas do fundo do rio até sua lâmina d’água). Portanto as medições seriam feitas quando possível com equipamento ADCP.


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4 HISTÓRICO DOS TRABALHOS DE CAMPO REALIZADOS

O CEBI com base em um termo de referência elaborado para atender às condicionantes da LI contratou os serviços de levantamento de seções topobatimétricas do trecho fluvial do rio Iguaçu onde será implantada a usina, bem com de seus afluentes: Cotegipe, Andrada, Capanema e Monteiro. Além disso foram levantadas seções e instaladas réguas linimétricas a jusante do eixo da barragem para realizar modelagens de sedimentos em calha natural com intuito de avaliar possíveis alterações no regime fluvial nas margens do PNI – Parque Nacional do Iguaçu. No que se refere às medições de descarga sólida foram realizadas campanhas na seção do barramento, e nos afluentes já citados. Foram realizadas medições de descarga líquida e sólida, e levantamentos simultâneos de linha d´água para que pudesse calibrar o coeficiente de rugosidade – Coeficiente de Manning. Foram realizadas as seguintes campanhas:

Levantamentos topobatimétricos das seções do rio Iguaçu e dos afluentes Cotegipe, Andrada, Capanema, e Monteiro no período de fevereiro a maio de 2016, complementando as campanhas em andamento após a aprovação por parte do IAP/ICMBio do plano de monitoramento em outubro de 2015;

Levantamento de seções topobatimétricas no estirão de jusante da barragem em janeiro de 2017;

Medições de descarga líquida e sólida no local da barragem nos períodos de estiagem e cheia para atender a resolução conjunta Aneel/Ana de 03/2010 e as necessidades do programa onde possível, desde maio de 2014;

Medições de descarga líquida e sólida no rio Iguaçu no período de fevereiro e maio de 2016 complementando as campanhas já realizadas;

Levantamento complementar de seções topobatimétricas do rio Iguaçu e dos afluentes Cotegipe, Andrada, Capanema, e Monteiro em janeiro de 2017.

Continuidade das campanhas realizadas nesses locais durante o ano de 2017 ainda não avaliadas.

A equipe de topografia também delimitou no campo, fisicamente, a cota de inundação correspondente ao NA MÁXIMO NORMAL.


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5 ANÁLISE DOS DADOS

Os dados básicos para a modelagem utilizados foram: Restituição aerofotogramétrica do rio Iguaçu feita até a elevação do

NA MÁXIMO NORMAL para os estudos de viabilidade e restituição a lazer realizada pela Copel em 2005;

Levantamento das seções topobatimétricas no rio Iguaçu e afluentes; Medições de descarga líquida e sólida;

5.1 Medições de decarga líquida e sólida

As campanhas de medição foram realizadas no rio Iguaçu e nos seus afluentes Cotegipe, Andrada, Capanema e Monteiro. E também o rio Floriano dentro dos limites do PNI. As primeiras medições foram realizadas em dois pontos um próximo ao eixo da barragem e outro no rio Capanema, a montante, conforme relatório de instalação de postos hidrométricos elaborado pela CONSTRUSERV para atendimento a resolução 03/2010 ANA/ANEEL. A Figura 9 a seguir mostra a localização das mesmas. As seções foram instaladas em trecho retilíneo, a montante de controle hidráulico e em regime sub-crítico como manda a boa técnica.

Figura 4 Seções de medição de descarga líquida no rio Iguaçu, Andrada, Capanema e Floriano

As campanhas para atender a resolução conjunta ANA/ANEEL foram realizadas nos anos de 2014 a 2016 nos postos do rio Iguaçu jusante próximo ao eixo da Barragem, e nos rios Capanema e Andrada. Além desses começou a ser monitorado o rio Floriano por meio de uma estação


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telemétrica. As medições de descarga sólida foram realizadas no posto de Iguaçu jusante.

5.2 Resultados das medições

5.2.1 Estações de monitoramento sistemático para a ANA/ANEEL

Para avaliação dos resultados das medições foi feita uma avaliação de consistência com auxílio das curvas cota-área e cota-velocidade.

5.2.1.1 Posto Iguaçu – Jusante

Foram feitas as seguintes medições de descarga líquida e sólida nas campanhas:

Os dados levantados serão avaliados em maior detelhe, quanto à consistência e representatividade, nas próximas campanhas e respectivos relatórios, por tratar-se de um aprimoramento contínuo. A seguir apresentamos as curvas cota-área e cota-velocidade que representam as primeiras avaliações da qualidade das medições. O ajuste só poderé ser finalizado após um maior número de campanhas.


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Figura 5 curva cota-área

Figura 6 curva cota-velocidade

As dispersões de algumas medições são comuns em campanhas de hidrometria se serão melho avaliadas na medida em que se dispuser de mais campanhas.A relação cota-descarga nesse local ajustada é apresentada na Figura 7 a seguir.


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Figura 7 Relação cota-descarga em Iguaçu jusante

O maior valor medido, como se pode ver na figura mostra um possível erro de aferição na área ou velocidade média. Esse problema será naturalmente corrigido quando se dispuser de mais medições em futuras campanhas.

5.2.1.2 Posto no rio Andrada


A seguir apresentamos as análises das curvas cota-área e cota-velocidade.


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Figura 8 relação cota-área

Figura 9 relação cota-velocidade

Algumas medições apresentaram possíveis “erros”, ou seja, problemas de precisão, na aferição da área ou da velocidade, como se pode ver pelas curvas cota-área e cota velocidade. No entanto a curva-chave se apresentou de forma adequada. Essas dificuldades são inerentes ao processo de aferição e serão corrigidas na medida em que se dispuser de mais medições.


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Figura 10 relação cota-descarga no posto do Andrada

5.2.1.3 Posto do Capanema


A seguir apresentamos as análises das curvas cota-área e cota-velocidade.


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Figura 11relação cota-área

Figura 12 relação cota-velocidade


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Algumas medições apresentaram imprecisões na aferição da área ou da velocidade, como se pode ver pelas curvas cota-área e cota velocidade. No entanto a curva-chave se apresentou de forma adequada. Essas dificuldades são inerentes ao processo de aferição e serão corrigidas na medida em que se dispuser de mais medições.

5.2.1.4 Posto do Floriano

No rio Floriano foram feitas medições de descarga líquida mas em número ainda insuficiente para que se pudesse aferir uma curva chave. Foram executadas as seguintes medições.

5.2.1.5 Medições para aferição do coeficiente de Manning nos rios Cotegipe, Monteiro,

Capanema Andrada e Iguaçu montante

Para que se pudesse afereir o coeficiente de rugosidade para que se pudesse calcular perdas de carga no escoamento, tanto no modelo HEC-Ras, como no modelo hidrodinâmico, foram planejadas e executadas medições de descarga líquida e de declive da linha d´água simultâneos. Essas medições apresentaram os seguintes resultados nos postos:


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Medições de descarga líquida e de declive da linha d´água


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6 RESULTADOS PRELIMINARES DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E ASSOREAMENTO DO RESERVATÓRIO

De posse das medições de descarga líquida e sólida foi procedida a revisão da curva-chave de sedimentos do posto de Baixo Iguaçu no local do eixo. Além dessas medições de descarga líquida e sólida foram utilizadas as medições feitas e disponíveis em Estreito do Iguaçu, portanto a jusante da barragem. Essas vazões foram transportadas por relação de área de drenagem para o local da barragem. As medições mostraram como se pode ver pelos resultados que a maior percentagem de sedimentos é de material fino, silte e argila. A curva-chave de sedimentos é apresentada na Figura 13 a seguir:

Figura 13 Curva chave de sedimentos no local da barragem

Após a confecção da curva-chave se pode fazer o balanço de sedimentos do reservatório para verificar a sua vida útil estimada nos estudos de viabilidade e revisado no Projeto Básico. Considerando deposição laminar a vida útil calculada é de 662 anos, o que se pode avaliar no caso da UHE BI é que essa vida útil deverá ser ainda maior, pois o vertedouro tem soleira baixa e a maior parte dos sedimentos, que são argila e silte, passarão com facilidade por esta estrutura. Como se pode ver antes de proceder a modelagem hidrodinâmica o reservatório de Baixo Iguaçu recebe um aporte de sedimentos muito baixo(concentração), que pode ser explicado pelos seguintes motivos:

Pela geologia da bacia a maior parte dos sedimentos se constitui de material fino, dando-se am sua maior parte por suspensão;


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E pela retenção de sedimentos propiciado pelos reservatórios de montante, como Salta Caxias.

De qualquer forma a maior parte dos sedimentos deverá passar pela barragem de Baixo Iguaçu, pois seu vertedor tem soleira baixa, o que permitirá a passagem de sedimentos para jusante, diminuindo a capacidade erosiva na região e nas margens do PNI. E como se viu no histórico de medições de concentração do posto de Estreito do Iguaçu o transporte de sedimentos continuou nesse trecho onde se localiza a usina mesmo depois da implantação da UHE Salto Caxias, que tem uma eficiência de retenção muito maior do que a UHE Baixo Iguaçu, e, portanto, não se deve esperar fenômenos erosivos nas margens do PNI, como questionado pelo ICMBio. Um trabalho feito no rio Doce para uma barragem de soleira baixa tal como a UHE Baixo Iguaçu, nesse caso a UHE Mascarenhas2 é um exemplo bem similar. Nesse caso no baixo curso do rio Doce, e com um transporte de sedimentos de fundo e suspensão muito mais elevado que no rio Iguaçu, se averiguou que após 23 anos de operação, num reservatório também muito inferior ao da usina de Baixo Iguaçu, houve um assoreamento menor do que se podia esperar. O vertedouro permitia a passagem dos sedimentos, e mesmo boa parte do material mais grosso(areias) também foi transportdado. Na maior cheia medida em 1997, inclusive foi possível verificar que a maior parte dos sedimentos, pelo trânsito de maiores velocidades, passou para jusante. Nesse exemplo determinou-se a eficiência de retenção de sedimentos do reservatório, que é função do volume total do reservatório e do volume afluente médio anual. A eficiência encontrada foi de apenas 10%. Isto é, somente esta parcela dos sedimentos que passam pelo reservatório fica retida. Em seguida, determinou-se o peso específico aparente médio em 23 anos do sedimento, função do tipo de operação do reservatório, do número de anos e das percentagens de argila, silte e areia contidas nas amostras. Obteve- 3, e calculou-se então o volume assoreado em 23 anos (S23 = 13,75 m3 x 106). Para que se tivesse uma avaliação da altura do depósito no pé da barragem, bem como da distribuição dos sedimentos no reservatório, foi utilizado o método empírico de redução de área, de Borland e Miller, que leva em conta fatores como descarga líquida média afluente, eficiência de

2 Tarcísio Luís Coelho de Castro, Fernando Pereira Aguilar, Maurício Carvalho Ortega, Fernando Hrasko , Luís Fernando Lavagnolli e Newton de Oliveira Carvalho - AVALIAÇÃO DO ASSOREAMENTO DO RESERVATÓRIO DA UHE DE MASCARENHAS NO RIO DOCE (1974-1997)- XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos - ABRH 1998.


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retenção de sedimentos no reservatório, peso específico aparente dos depósitos, compactação com o tempo, tipo de operação do reservatório e tipo de reservatório. No desenvolvimento dos cálculos, tomou-se como base a curva cota x área x volume proveniente dos levantamentos topobatimétricos anteriores à construção do aproveitamento, e obteve-se a nova altura ao pé da barragem após 23 anos, a saber, 43 metros, e a nova curva cota x volume, como apresentada a seguir na Figura 14. Pode-se verificar que o barramento da usina a fio d´ água e com vertedouro de soleira baixa pouco afetou o regime de sedimentos a jusante, como se espera aconteça na UHE Baixo Iguaçu. Essa avaliação responde de forma inicial o questionamento relativo a operação da usina por um período de 20 anos.

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VOLUME (hm³)

CO

TA

(m

)

Real

Calculada (23 anos)

Original

Figura 14 Curvas cota-área-volume da UHE Mascarenhas – Rio Doce após operação

7 MODELAGEM HIDRODINÂMICA

7.1 Modelo usado

Todas as simulações da hidrodinâmica e de transporte de sedimentos foram feitas no aplicativo SisBaHiA. Os aspectos teóricos do SisBaHiA estão no manual do SiSBaHiA. Em todas as simulações foi utilizada uma grade de elementos finitos com 2852 elementos e 11814 nós. A Figura 15 ilustra a grade mostrando também 6 pontos notáveis (estações) que serão referenciados para se mostrar séries temporais dos resultados, a saber: as fozes dos rios Cotejipe, Andrada, Capanema, e Monteiro, além de um ponto próximo à barragem e outro na saída para as turbinas. A batimetria utilizada está mostrada na Figura 16 e foi interpolada a partir das seções topobatimétricas levantadas na fase de projeto.


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7.2 Dados e cenários considerados

O SiSBaHia faz simulações tanto de transporte de sedimentos pelo fundo – essencialmente areias/sedimentos não-coesivos cujo transporte se dá por rolamento e saltos no fundo – quanto de transporte de sedimentos coesivos – essencialmente argilas que se mantêm coesas no fundo, mas que quando suspensas se descocam com o fluido em suspensão por longos períodos antes de se sedimentarem em locais mais calmos. A modelagem acurada de transporte de sedimento em corpos d’água depende fundamentalmente do conhecimento da granulometria (curva granulométrica com distribuições de diâmetros) do sedimento em suspensão (sedimento fino) e no fundo. O que será paulatinamente agregado a modelagem na medida dos resultados das campanhas de medição de sedimentos que está em curso.


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Figura 15 Malha de elementos finitos e pontos notáveis

Figura 16 Resultado da batimetria ajustada


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Em caso de reservatórios é importante também que se forneça dados dos afluentes que funcionam como fontes de sedimentos. Finalmente um dado fundamental é uma batimetria acurada, já que o transporte de sedimento tende a ajustar o fundo para novas configurações, atividade que será periodicamente realizada. Não é comum o levantamento detalhado de todas estas variáveis com o grau de detalhe necessário para uma simulação de transporte de sedimento. Assim, normalmente as simulações se limitam a fornecer apenas tendências e devem ser analisadas com cautela. No caso da UHEBI, o levantamento sedimentológico está em fase de execução no momento deste relatório, o que será agregado a modelagem, como já mencionado na medida que se dispuser dos resultados das campanhas. Assim, o que é feito na presente modelagem, é a suposição de que a afluência de Salto Caxias se encontra com transporte de fundo nulo, e os demais afluentes se encontram em permanentemente fornecendo uma carga de sedimento igual à chamada capacidade de transporte. Para sedimentos coesivos foi suposta concentração de material em suspensão constante em todos os afluentes. O modelo então fornece ao longo de um ano, as alterações batimétricas decorrentes das erosões e sedimentações. Estes resultados devem ser vistos como preliminares e qualitativos, dada a necessidade de serem refeitos com os levantamentos mais recentes da sedimentologia. O campo de velocidade usado foi o calculado para o reservatório da UHEBI pelo SiSBaHiA para um ano de vazões diárias médias reconstituídas pela NOS com dados de 1931 a 2015 (Figura 17). As vazões dos 4 principais afluentes (rios Cotejipe, Andrada, Capanema e Monteiro) foram estimadas por regionalização considerando a proporcionalidade das áreas de drenagem em comparação com a vazão de Salto Caxias. Estes valores foram: Qcotejipe = 0.012 Qsalto; Qandrada = 0.019 Qsalto; Qcapanema = 0.015 Qsalto; Qmonteiro = 0.008 Qsalto.


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Figura 17 Vazões usadas na simulação de sedimentos, hidrograma anual (1-jan a 31-dez) médio de 1931 a

2015.

7.3 Sedimentos coesivos

Esta seção apresenta simulações considerando sedimentos coesivos. Como o reservatório da UHEBI encontra-se no final da cascata do Rio Iguaçu, não é esperado que haja quantidades consideráveis de sedimento de fundo não-coesivo (tipo areia). Certamente a fonte deste tipo de sedimento advinda de Salto Caxias é praticamente nula. Como colocado no item 2 desse relatório. A Figura 18 mostra a evolução temporal da alteração do fundo nos pontos da Figura 1a. Note que houve assoreamento em todos os pontos, o que é mais ou menos esperado. A Figura 19 mostra a situação da variação do fundo ao final de um ano de simulação em todo o reservatório. É possível perceber os locais mais propícios à acumulação de sedimentos na saída dos afluentes onde a queda na velocidade do escoamento favorece a sedimentação das partículas em suspensão. Embora os valores desta variação sejam ínfimos devido à baixa vazão destes afluentes.


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Figura 18 Evolução temporal do fundo


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Figura 19 Simulação de sedimentos coesivos - Variação do fundo (Delta h em metros) ao final de um ano de

simulação. Delta h negativo significa assoreamento, positivo significa erosão.

7.4 Sedimentos não-coesivos de fundo

Embora não seja provável grande presença de sedimentos não-coesivos na região, devido ao fato de praticamente todo o sedimento ser retido nos reservatórios a montante da UHEBI, além do fato do leito do Rio Iguaçu ser composto em boa parte por rocha (característica da região), há alguns afluentes que podem contribuir com sedimento de fundo. Para uma simulação realista seriam necessários detalhes especializados dos sedimentos em termos de granulometria e espessuras de camadas de sedimento, não apenas dentro da área do novo lago (que inclui o leito do Iguaçu), como também dos afluentes contribuintes. Tais dados ainda não


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existem, e está em curso o monitoramento de sedimentos para levantar estes dados. Contudo, foi feita uma simulação hipotética considerando um único tipo de sedimento uniformemente espaçado em todo o lago, composto de areia fina com diâmetro de 0,07±20% cm. O método de transporte usado foi o de Van Rijn (2007).3 Foi considerado que na saída de Salto Caxias não havia carga de sedimento, mas o fundo do Reservatório foi considerado composto de uma quantidade ilimitada deste sedimento. A ideia foi verificar qualitativamente os padrões de erosão/deposição deste sedimento hipotético dentro do reservatório. As figuras 20 e 21 mostram as séries temporais nas estações e o mapa de erosão/deposição após um ano de simulação. Note que os padrões são completamente diferentes da simulação anterior para sedimentos coesivos. No caso de sedimentos não-coesivos, nota-se que o que há é um rearranjo do fundo do reservatório, respondendo às modificações hidráulicas no campo de velocidades e consequentemente nas tensões no leito do Iguaçu após o enchimento. A tendência de erosão na saída do reservatório (tomada d’água) não é realista, pois ali, apesar de haver grandes velocidades, trata-se da região de estruturas que levam água às turbinas sem necessariamente revolvimento de sedimento no leito.

7.5 Conclusões

Apesar da modelagem conseguir fornecer resultados aparentemente razoáveis, é necessário que se alimente o modelo com mais dados reais medidos. Além disso, é necessário que se faça a calibração e testes do modelo com outras fórmulas de transporte de sedimentos. É também importante que se faça simulação de transporte de sedimentos e evolução morfológica a jusante da barragem da UHEBI, como está sendo executado hoje no campo. As simulações dinâmicas obtidas permitem ver as áreas com maior assoreamento junto a margem esquerda próximo a barragem e casa de força, como era de se esperar, e erosão nas seções do reservatório com menores dimensões como se pode ver na Figura 21. No entanto, pela importância do tema, e das proximidades do PNI é fundamental dar continuidade aos seguintes levantamentos e serviços:

3 “Unified view of sediment transport by currents and waves. I: Initiation of motion, bed roughness, and bed-load transport”; LC Van Rijn; Journal of hydraulic engineering 133 (6), 649-667).


I G U A Ç U

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Medições de descarga líquida e sólida no rio Iguaçu e seus contribuintes confirme já está sendo feito;

Levantamentos periódicos das seções batimétricas durante a operação da usina para aferir a eficiência de retenção do reservatório e do volume de sedimentos retido;

Levantamentos periódicos de seções batimétricas a jusante da barragem antes e após a operação da usina para monitorar a possibilidade de erosões de margens ou de leito.

Realizar manutenções periódicas da modelagem aqui apresentada para acompanhar a operação do reservatório;

Realizar modelagem hidrodinâmica a jusante do reservatório conforme solicitado pelo IAP, que será realizada tão logo se disponha dos dados mais completos das campanhas.


I G U A Ç U

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Figura 20 Simulação de sedimentos não-coesivos. Variação do fundo ao longo de 1 ano de simulação (Delta h em metros) nas estações da Figura 1a. Delta h negativo significa assoreamento, positivo significa erosão.

Figura 21 Simulação de sedimentos não-coesivos. Variação do fundo (Delta h em metros) ao final de um ano

de simulação. Delta h negativo significa assoreamento, positivo significa erosão.

8 REFERÊNCIAS

Carvalho, Newton Oliveira – Hidrossedimentologia Prática – 2008 Engevix/Eletronorte- Estudos hidrossedimentológicos e batimétricos do reservatório da Uhe Tucuruí, 2001. Jaccon Gilbert - Curso sobre técnicas de medição de descarga líquida em grandes rios : fichas técnicas / Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica. Divisão de Controle de Recursos Hídricos. Strand, Robert – Design of Small Dams – Sedimentation U S Bureau of Reclamation, 1974

relatÓrio modelagem hidrodinÂmica transporte de...

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