Abordagem de grande escala para simulações de cheias geradas por rompimentos de barragens de armazenamento de água

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Tschiedel, Arthur da Fontoura
• Orientador(a): Paiva, Rodrigo Cauduro Dias de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Barragens; Ruptura de barragens; Propagação de cheias; Impacto ambiental
• Palavras-chave em Inglês: Dam-Break; Large-Scale Approach; DB-Hiflow
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/240006

Barragens são estruturas que fizeram, fazem e farão parte da sociedade. Se por um lado elas são capazes de trazer inúmeros benefícios, por outro, podem ser também responsáveis por grandes impactos, dos quais se destacam os rompimentos. O grande número de rupturas de barragens observados no passado trazem à tona uma discussão acerca da necessidade de identificação dos possíveis impactos associados a rupturas de barragens estabelecidas em vastos territórios, como o Brasil. Considerando o elevado número de barragens em território nacional (que ultrapassava 22.000 no ano de 2020), torna-se um grande desafio a identificação desses possíveis impactos, inicialmente definidos a partir da classificação de barragens quanto ao chamado Dano Potencial Associado (DPA). Dessa forma, essa Tese de Doutorado procura explorar técnicas de mapeamento sistemático e preliminar de áreas possivelmente impactadas por ruptura de diversas barragens de armazenamento de água sob uma abordagem hidrodinâmica de grande escala, que é discutida sob a óptica recentemente adotada em Modelos Hidrológicos de Grande Escala (MHGEs). Esses modelos utilizam o esquema de propagação inercial, que despreza apenas o termo de inércia advectiva das equações de Saint-Venant, associado a uma abordagem de descrição topológica de terreno (que utiliza curvas Cota-Área-Volume definidas ao longo do trecho de interesse) para simular e representar cheias naturais. Geralmente associado a uma majoração da vazão de pico, subestimativas nas profundidades calculadas, atrasos no tempo de chegada de cheia e adiantamentos no tempo de chegada de vazão de pico, o modelo inercial foi utilizado na constituição de um novo modelo matemático hidrodinâmico unidimensional de planície ativa retangular com largura variável e que conta com troca de fluxo entre canal e planície, chamado de DB-HiFlow (acrônimo de Dam Break Hydrodynamic Inertial Flow Model). Esse modelo (em sua segunda versão) foi capaz de reproduzir manchas de inundação de ruptura de barragens geradas a partir do modelo HEC-RAS 6.1 com acurácia que variou entre 79,5% e 84%, associadas a diferenças típicas da ordem de +-15% para o tempo de chegada de pico e de -16% a +9% para a vazão de pico calculada em diferentes seções das barragens analisadas. Tendo sido concebido para aplicações de grande escala, esse modelo foi capaz de gerar informações como mapas de inundação e mapa de tempo de chegada de vazão de pico para 26 pequenas barragens localizadas em diferentes pontos na bacia do Lago Guaíba em apenas 6 horas de simulação, com pouca intervenção humana, se demonstrando útil no âmbito de classificação rápida de diversas barragens quanto ao DPA por parte de organismos de controle, entre outras aplicações. Dessa forma, as técnicas aqui apresentadas podem ser vistas como uma alternativa hidrodinâmica complementar aos comumente adotados métodos simplificados de rompimento de barragens (que em geral são restritivos na representação dos impactos de ondas de ruptura em locais com determinadas características), trazendo aos órgãos regulamentadores uma opção adicional de análise rápida e simplificada de potenciais danos sociais econômicos e ambientais associados a ruptura de barragens.