Transporte de Sedimentos em Rios

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MEDIÇÃO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Prof. Dr. Marcelo Gonçalves Resende
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Transporte de sedimentos
É um fenômeno complexo e depende:
Processos erosivos nas vertentes da bacia, no leito e margem do rio.
Energia de fluxo das águas (escoamento difuso + concentrado)
Ou seja Fornecimento de material + energia de fluxo = fenômeno de grande variação no tempo e no espaço.
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Transporte de sedimentos
Sedimento – Material erodido e suscetível a transporte
Sedimentometria – Parte da hidrometria que trata da medida da quantidade de sedimentos transportados pelos rios.
A quantificação é feita concomitante com as medições de descarga sólida realizada pela fluviometria.
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Transporte de sedimentos
Importância da sedimentomentria para o Brasil:
1 kg de grãos = 6-10 kg de solo perdido para erosão
Uma parcela deste solo assorea lagos de Usinas Hidrelétricas que representam 90% da geração de energia elétrica para o país.
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Ciclo Hidrossedimentológico
Fluxo de água sobre rochas e solos lixiviando os mesmos.
Esta água (escoamento difuso) reverte para as calhas da rede de drenagem (escoamento concentrado), levando sedimentos
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Ciclo Hidrossedimentológico
Intemperismo e transporte de sedimentos em uma bacia hidrográfica depende:
Fatores hidrológicos (quantidade e distribuição das precipitações)
Constituição geológica e pedológica da bacia
Topografia
Cobertura vegetal
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Ciclo Hidrossedimentológico
O Ciclo Hidrossedimentológico é um ciclo aberto, totalmente dependente do deslocamento, do transporte e da deposição das partículas sólidas
Depende diretamente do uso e ocupação da bacia hidrográfica.
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Ciclo Hidrossedimentológico
Ação antrópica influenciando no ciclo:
Remoção intensa de solo 
Práticas agrícolas inadequadas
Assoreamento de reservatórios
Deterioração de sistemas de irrigação e de drenagem
Assoreamento ou erosão nas vias navegáveis e portos
Degradação de água para uso industrial e doméstico
Erosão em rodovias, ferrovias e oleodutos
Sedimentação em áreas atingidas por inundações
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Produção de Sedimentos em uma Bacia
Modelos erosivos são importantes:
Permitir localizar espacialmente as áreas com processos erosivos mais acentuados, favorecendo a tomada de decisões com medidas locais e mais eficientes, pois atingem a fonte do problema;
Permitir prever o transporte de sedimentos quantitativamente no tempo e no espaço;
Permitir estimar variações na carga de sedimentos devido a alterações no uso do solo previstas no futuro.
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Transporte Fluvial de Sedimentos
Carga de sedimentos: mistura de partículas de várias espécies, tamanhos e formas.
Carga detrítica:
Bed Load – carga proveniente da ação erosiva que o movimento da água exerce sobre as margens e o fundo do leito
Wash load – remoção detrítica das vertentes
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Transporte Fluvial de Sedimentos
Descarga sólida ou de sedimentos – massa total de sedimentos que passa em uma seção transversal do rio por unidade de tempo (T/ dia)
Concentração – Razão entre a descarga sólida e líquida multiplicada por um fator numérico de ajustes das unidades.(mg/L) 
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Transporte Fluvial de Sedimentos
Tipos de cargas de sedimentos:
Carga Dissolvida
Carga em Suspensão
Carga do Leito
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Transporte Fluvial de Sedimentos
Carga dissolvida:
Composta por constituintes intemperizados das rochas, transportados em solução química principalmente pelo escoamento subterrâneo
Escoamento superficial pode ser importante: carreamento de fertilizante, mas geralmente não são importantes.
Carga dissolvida x vazão são geralmente são inversamente proporcional:
Alta vazão – alto escoamento superficial
Baixa vazão – predomina escoamento subterrâneo.
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Transporte Fluvial de Sedimentos
Carga em Suspensão:
Partículas em suspensão.
Partículas menores e mais leves como argila e silte.
Carga em Suspensão x Vazão são diretamente proporcionais para uma mesma seção transversal, mostrando a importância do escoamento superficial na geração desta carga.
Sólidos Totais: Carga em Suspensão + Carga Dissolvida
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Transporte Fluvial de Sedimentos
Carga de Leito (arraste e saltação)
Carga de partículas de granulometria maior (areias e cascalhos – seixos).
São transportados por saltação (rolamento) ou arraste (deslizamento)
Os sedimentos transportados como carga de leito sofrem abrasão e redução do tamanho das partículas por meio de processos mecânicos (o tamanho do material diminui em relação a jusante).
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DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS NOS CURSOS DE ÁGUA
Distribuição diferenciada no tempo e no espaço
Partícula em suspensão – sujeita a ação da velocidade da corrente na horizontal e na turbulência (mantém a partícula suspensa) e seu peso (deslocamento para baixo).
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DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS NOS CURSOS DE ÁGUA
Distribuição Vertical
Partículas Maiores – Areia – A distribuição cresce da superfície para o leito.
Partículas Menores – Silte e Argila – A distribuição é praticamente uniforme. 
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DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS NOS CURSOS DE ÁGUA
Distribuição Horizontal 
Material de suspensão – concentração variável em função de:
Velocidade da corrente
Disponibilidade do sedimento
Granulometria
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DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS NOS CURSOS DE ÁGUA
Distribuição de sedimentos x vazão
Maiores volumes de sedimentos  maiores vazões de transporte.
Descarga sólida – massa de sedimentos transportados por unidade de tempo.
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Distribuição dos sedimentos ao longo de uma drenagem
1 – Alta Bacia – Área de maior fonte de distribuição de sedimentos, forte degradação. Amplo transporte de material grosseiro, com predominância de transporte por arraste.
2 – Média Bacia – Áreas de transferência, com formação de braços de rios e de meandros. Predomínio de transporte de material de granulometria média.
3 – Baixa Bacia – Menor erosão, deposição de sedimentos, forte agradação. Predomínio de transporte de partículas finas. 
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Medição de Transporte de Sedimentos
Objetiva determinar a descarga sólida – quantidade de sedimentos que passa em uma secção transversal por unidade de tempo.
Descarga Sólida Total = Descarga Sólida do Leito + Descarga de Sólidos Totais em Suspensão (Descarga Sólida em Suspensão + Descarga Sólida Dissolvida).
Medidas feitas em estações sedimentométricas (em grande parte associadas a Usinas Hidroelétricas).
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Medição de Transporte de Sedimentos
Medida direta – amostragem da água na seção transversal da drenagem.
Amostragem – define a concentração e a classificação do material transportado.
Amostragem de material em suspensão é diferente da amostragem de material de fundo.
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Medição de Transporte de Sedimentos
Medição de descarga sólida em suspensão:
Amostragem por integração vertical
Amostragem pontual
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Amostragem por Integração Vertical
O amostrador deslocado ao longo da vertical a uma velocidade mais constante possível.
Equipamento com guincho.
Amostrador chega até 10cm do leito.
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Amostragem por Integração Vertical
Pode-se improvisar equipamentos.
Deve-se tomar cuidados com os bicos do amostrador que devem ser calibrados.
Número de verticais amostradas:
Uma única vertical em geral no meio da drenagem 
Três verticais a ¼, ½ e ¾ da seção
Três verticais a 1/6, ½ e 5/6 da seção
Verticais posicionadas a igual incremento de largura 
Verticais posicionadas a igual incremento de descarga
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Amostragem por igual incremento de largura
Seção transversal dividida numa séries de segmentos de largura igual gerando sub-amostras.
As sub-amostras podem ser misturadas em laboratório para uma única análise geotécnica e representam a média.
Deve-se obter antes a vazão líquida da seção.
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Amostragem por igual incremento de descarga
Deve-se conhecer a velocidade nas verticais e a distribuição da vazão ao longo da seção.
Em geral são feitas entre 5 e 15 verticais de amostragem variando em função da largura da drenagem.
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Amostragem Pontual
Apenas aplicado quando se deseja conhecer a distribuição da concentração e da granulometriado sedimento na vertical.
Serve para calibrar informações para os outros métodos.
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Cálculo da Descarga Sólida
Qst = Qss + Qsl
Onde Qst = Descarga Sólida Total (t/dia)
Qss = Descarga Sólida em Suspensão (t/dia)
Qsl = Descarga Sólida do Leito (t/dia)
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Cálculo da Descarga Sólida em Suspensão
Conceito = Produto da concentração de sedimentos em suspensão pela vazão líquida, como a seguir:
Qss = 0,0864 . Ql .Cs (Vanoni, 1977) 
Onde: Qss = Descarga Sólida (t/dia)
Ql = Vazão Líquida (m3/s)
Cs = Concentração de sedimentos em suspensão (ppm ou mg/L)
Ou Qs = 0,0027CsQl
Onde Qs = Vazão Sólida (m3/s)
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TAXA DE ASSOREAMENTO
Ta = Qss/A
Qss = Descarga Sólida (t/dia)
A = Área inundável do lago (km2)
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TAXA DE ASSOREAMENTO
Volume de sedimento acumulado:
S = Dst . Er/γap
onde: S = volume de sedimento acumulado (m3/ano)
Dst = deflúvio sólido total médio anual afluente ao reservatório (t/ano)
Er = eficiência de retenção do sedimento afluente ao reservatório (decimal – em geral varia de 0, 45 a 0,70);
γap = peso específico aparente médio dos depósitos (t/m3).
Dst = 365 . Qss
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PESO ESPECÍFICO MÉDIO MÉDIO DOS SEDIMENTOS (γap)
Se o sedimento for somente argila, então γap variará de 0,42 a 0,96 t/m3;
Se o sedimento for somente silte, então γap variará de 1,12 a 1,17 t/m3;
Se o sedimento for somente areia, então γap será igual a 1,55 t/m3;
Tendo-se uma composição de iguais porções de argila, silte e areia, tem-se uma variação de γap de 1,02 a 1,22 t/m3.
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TEMPO DE ASSOREAMENTO
T = Vres/S, onde
 T = tempo de assoreamento de um determinado volume (anos);
Vres = Volume do reservatório (m3)
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Medição de descarga sólida do leito
Métodos de difícil operacionalização.
Medições por meio de armadilha
Uso de fendas ou poços no leito do rio, ao longo da seção transversal
Utiliza-se amostradores portáteis para sedimentos de leito.
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Medição de descarga sólida do leito
Método indireto:
Subtração da descarga em suspensão da descarga sólida total
Medição do assoreamento de reservatórios com volume conhecido
Medição de assoreamento por batimetria em estuários e baías.
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Medição de descarga sólida do leito
Erros associados:
Instrumental – os amostradores alteram as condições naturais do esoamento e a dinâmica do transporte .
Processual – as taxas de descarga sólida do leito variam no tempo e no espaço e o processo de amostragem não representa fielmente.
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Cálculo da Descarga Sólida no Leito
Método direto:
qsl(i) = M(i)/L.t 
Onde qsl(i) = descarga sólida do leito medida na vertical de amostragem (Kg/s.m); 
M = Peso seco da amostra (kg)
L = largura do bocal do amostrador (m)
t = tempo de amostragem (s)
i = vertical considerada
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Cálculo da Descarga Sólida no Leito
Método Direto:
Qsl = 86,4(qsl(i-1) + qsl(i)/i .(li/Er)
Onde Qsl = Descarga sólida do leito (t/dia)
qsl = Descarga sólida do leito medida na vertical de amostragem (kg/s.m)
li = largura do segmento correspondente à vertical (m)
Er = eficiência de retenção ou de amostragem do equipamento.
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