TRABALHO HIDROLOGIA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA – CAMPUS RIO PARANAÍBA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ERISSA MIE KINOSHITA – 93277
IARA ELIZABETE DE MELO – 4355
LUCAS PAULO DE CASTRO BARCELOS – 5311
MATHEUS FÁBIO RODRIGUES – 5330
MARIA CLARA TEIXEIRA ALBINO – 5824
RAYSSA MELGARES CORREA – 5289
SIRGÊ DE MELO JUNIOR – 6107
THALIA DOMINIK BRAGA PEREIRA – 4828
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Rio Paranaíba – MG
2020
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
ERISSA MIE KINOSHITA – 93277
IARA ELIZABETE DE MELO – 4355
LUCAS PAULO DE CASTRO BARCELOS – 5311
MATHEUS FÁBIO RODRIGUES – 5330
MARIA CLARA TEIXEIRA ALBINO – 5824
RAYSSA MELGARES CORREA – 5289
SIRGÊ DE MELO JUNIOR – 6107
THALIA DOMINIK BRAGA PEREIRA – 4828
Projeto apresentado ao curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa – Campus Rio Paranaíba com o objetivo parcial para aprovação da disciplina ECV 355 – Hidrologia Aplicada.	 Professor: Frederico Carlos Martins de Menezes Filho
Rio Paranaíba – MG
2020
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	4
2	HIDRÁULICA DE CANAIS ERODÍVEIS	5
2.2	Exemplos de Canais Erodíveis:	5
2.3	Hidráulica de Canais Abertos	5
2.4	Escoamento em Canais Abertos	6
2.5	Conceitos Importantes	6
2	CICLO HIDROSSEDIMENTOLÓGICO	7
3	PROCESSOS E COMPONENTES DO CICLO HIDROSSEDIMENTOLÓGICOS	8
4	DESCARGA SÓLIDA EM SUSPENSÃO E POR ARRASTE	9
5	DETERMINAÇÃO DA DESCARGA DE SEDIMENTOS	10
5.2	Relevância	11
6	ASSOREAMENTO DE RESERVATÓRIOS	11
7	CONCLUSÃO	13
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	14
1 INTRODUÇÃO	
								
Desde o século 20, as pessoas realizaram pesquisas aprofundadas sobre os danos físicos e econômicos causados pela erosão do solo, como o assoreamento de rios, lagos e reservatórios, a perda da fertilidade do solo agrícola e as mudanças nas condições físicas e químicas do solo. Esses problemas estão relacionados à complexa dinâmica do processo de conexão entre a geração de sedimentos na encosta e seu transporte. Neste caso, vários estudos universitários foram incluídos para estudar o processo de hidro coagulação em bacias hidrográficas rurais e sua resposta à ocupação do solo.	
A erosão, o transporte e a deposição de sedimentos nos cursos d'água são processos naturais e ocorrem de forma lenta e contínua. Quando os humanos aceleram esses processos naturais e ocupam áreas próximas aos rios de forma desordenada e sem sentido, esses problemas surgem. A falta de cuidado, como supressão de vegetação, manejo insuficiente do solo e urbanização próxima aos rios, são alguns dos fatores que impactam gravemente o meio ambiente e o homem. Como exemplos desses efeitos, podemos enfatizar particularmente o assoreamento de reservatórios e rios para aumentar a incidência de inundações, devido à redução da lâmina d'água, a qualidade da água usada para consumo e irrigação diminuiu, as espécies aquáticas morreram e a navegação é impossível. 
Entende-se que o ciclo hidrossedimentológico está condicionado à configuração ambiental local, um processo complexo e sensível a diferentes fatores ambientais, tais como: vegetação, tipo de solo, relevo, geologia e clima. O processo de transporte de sedimentos foi bastante abordado nos últimos anos em pesquisas realizadas por Mantovanelli (1999); Paula (2010) e Gibertoni (2009), enfatizando a combinação desses fatores.
2 HIDRÁULICA DE CANAIS ERODÍVEIS 
De acordo com Colucci (2014) Canais naturais são erodíveis, ou seja, podem sofrer o arraste de sedimentos das paredes e fundo, causando a alteração da qualidade da água e a mudança na seção hidráulica de escoamento. O escoamento nestes canais é caracterizado por apresentar uma superfície irregular na qual sofre com a pressão atmosférica. Estes escoamentos têm um grande número de aplicações práticas na engenharia, estando presentes em áreas como o saneamento, a drenagem urbana, irrigação, hidroeletricidade, navegação e conservação do meio ambiente. 
Os problemas apresentados pelos escoamentos naturais são mais complexos de serem resolvidos, uma vez que a superfície pode variar no espaço e no tempo e, como consequência, profundidade do escoamento, a vazão a declividade do fundo e a do espelho líquido são grandezas interdependentes. Desta forma, dados experimentais sobre os canais erodíveis são usualmente, de difícil apropriação. De modo geral, a seção transversal dos canais erodíveis pode assumir qualquer forma e a rugosidade das paredes internas tem grande variabilidade, podendo ser lisas ou irregulares. 
2.2 Exemplos de Canais Erodíveis:
O Rio Bermejo, afluente do Paraguai, transporta 1 a 2 milhões de m3/ano. Na época das enchentes, a concentração de material sólido é tão intensa que se tem a impressão que escoa uma lama grossa. (Antônio – 2017).
O Rio Paraná, transporta perto de 15 milhões de m3/ano. (Antônio – 2017).
O Rio Yang-tsé, transporta 2 bilhões de m3/ano e tem o seu nome popular, Rio Amarelo, devido à cor de suas águas que transporta grande quantidade de sedimentos. (Antônio – 2017).
Rio Amazonas, transporta cerca de 1 bilhão de m3/ano. Levada pela corrente equatorial, boa parte desses sedimentos vão se depositar nas costas da Flórida. (Antônio – 2017).
2.3 Hidráulica de Canais Abertos 
A Hidráulica de Canais Abertos envolve o estudo de escoamentos em canais em que a superfície esteja exposta à atmosfera e diretamente relacionada a rios, canais e cursos d’água naturais. Abaixo, apresentamos alguns conceitos que são importantes para quem deseja conhecer melhor essa área da Hidráulica (Colucci - 2014)
2.4 Escoamento em canais abertos
Este tipo de escoamento ocorre quando a água flui em declive em um conduto onde sua superfície esteja exposta a atmosfera. A Hidráulica de Canais Abertos é o estudo das leis que regem o escoamento da água em condutos livres, o que geralmente inclui canais, cursos d’água naturais e tubulações, desde que estas não estejam pressurizadas (Colucci – 2014).
2.5 Conceitos importantes
Canais Prismáticos: Um canal é dito prismático quando ao longo de seu comprimento a declividade e a forma do canal permanecem constantes. Apesar destas exigências serem possíveis em canais artificiais, canais prismáticos são extremamente raros em cursos d’água naturais. Normalmente, para cálculos realizados em canais naturais adota-se que este seja prismático em um determinado trecho, e aí analisa-se as características do canal trecho a trecho (Colucci – 2014).
Declividade: A declividade do canal é uma característica extremamente importante para o cálculo do escoamento. Basicamente, o valor de declividade informa a variação da cota de fundo de um canal ao longo do seu comprimento. A partir da imagem abaixo podemos calcular, facilmente, a declividade de um trecho de um canal aberto (Colucci – 2014).
Perfil transversal do canal: Também chamada de seção topo batimétrica, o perfil transversal fornece inúmeras características do curso d’água. Estas características são obtidas a partir de uma linha imaginária que cortaria transversalmente o canal fornecendo seu raio hidráulico, perímetro molhado e área molhada. Na imagem abaixo, podemos visualizar cada uma destas características (Colucci – 2014). 
Fonte: (Colucci – 2014)
2 CICLO HIDROSSEDIMENTOLÓGICO	
			
Iniciada a precipitação pluviométrica, parte dela é interceptada pela vegetação, parte infiltra no solo e parte pode ser retida em depressões da superfície do terreno. Se a duração da chuva continuar, após o preenchimento dessas depressões, terá início o escoamento superficial propriamente dito. Assim, a água que escoa sobre a superfície do solo, sem infiltrar, formará a enxurrada que irá compor, junto com o escoamento de base, os córregos, ribeirões, rios, lagos e reservatórios (CHOW et al., 1988).
A trajetória e a velocidade desse escoamento são ditadas pelos obstáculos encontrados, como irregularidades na superfície do solo, depressões, inclinação, rochas, árvores, etc. Por isso, o fluxo perde uma parcela da energia durante seu percurso pelas vertentes (função do atrito), sendo parte dessa energia gasta para desagregar solos e rochas, deslocando partículas do seu local de origematé pontos a jusante, seja na própria superfície ou até arroios e rios. 
Durante o escoamento nos rios, também ocorre o deslocamento de partículas do seu leito (fundo e paredes laterais), que são levadas pelo fluxo para jusante, assim como aquelas partículas que aportaram vindo do escoamento das vertentes. Dessa forma, paralelo ao ciclo hidrológico, tem-se o que se denomina de ciclo hidrossedimentológico, referente ao transporte de sedimentos na bacia hidrográfica. Por sedimentos são entendidos os materiais erodidos e suscetíveis ao transporte e deposição. 
O ciclo hidrossedimentológico é visto como um ciclo aberto, já que o deslocamento e transporte de sedimentos sempre ocorrem para trechos a jusante da bacia hidrográfica. Por exemplo, uma partícula sólida antes localizada na superfície vertente da bacia, ao ser carreada pelo escoamento superficial até um rio, não mais retorna àquele ponto na vertente, podendo ser levada para trechos a jusante do rio ou ser depositada em planícies de inundação, também a jusante do local de origem.
Esse ciclo descreve os processos que regem o deslocamento de partículas sólidas em uma bacia hidrográfica, que são: desagregação, erosão, transporte, decantação, depósito e consolidação.		
									
3 PROCESSOS E COMPONENTES DO CICLO HIDROSSEDIMENTOLÓgicos
Desagregação: compreende-se como a fragmentação das partículas sólidas do ambiente que estão presentes. Isso acontece devido à alguns fatores como as reações químicas, as variações de temperaturas, as ações mecânicas, as interferências antrópicas, como também a água da chuva, que é um notório agente nesse processo de desagregação, devido aos gases presentes na água. Assim, esse desprendimento resulta em uma quantidade de partículas sólidas podendo sofrer interferência do escoamento superficial (PAZ, 2004).			Erosão: é quando as forças hidrodinâmicas realizadas pelo escoamento são maiores que a força que mantém as partículas unidas e a força do seu próprio peso, causando a locomoção das partículas do local de origem, devido ao escoamento de água. É importante salientar que a força de coesão tem maior relevância nas partículas mais finas e a força do próprio peso é relevante nas partículas maiores (PAZ, 2004).							Transporte: entende-se como o deslocamento do material que sofre erosão através da ação da água. Por deslizamento, rolamento ou pequenos “saltos”, os fragmentos mais pesados são transportados, esses fragmentos estão situados no fundo dos rios, denominando-se o conceito de arraste ou descarga sólida de fundo. Já as partículas mais leves são transportadas na superfície (“flutuando”), normalmente surgem do fundo dos rios ou das superfícies, constituindo o termo de descarga sólida em suspensão (PAZ, 2004).				Decantação ou sedimentação: Representam processos nos quais acontecem separação das fases através da ação da gravidade, onde partículas menores que se encontram em suspensão propende ao encontro com o fundo da bacia hidrográfica (PAZ, 2004).				Depósito: Etapa seguinte à decantação, onde as partículas que se encontram em suspensão ao fundo da bacia, ou ainda, aquelas que foram transportadas por arraste, encontram sua parada total (PAZ, 2004).								 A diferença entre os termos “Decantação e “Depósito” se dá pelo movimento da partícula, tendo em vista que mesmo após decantada uma partícula ainda pode se movimentar no fundo da bacia, não configurando um depósito.								Consolidação: A consolidação compreende o adensamento das partículas acumuladas no fundo da bacia, acontecendo após a etapa de “Depósito”. Este fenômeno acorre através do peso próprio das partículas uma sobre as outras e da pressão hidrostática que a água gera sobre elas (PAZ, 2004). 
Segundo Paz (2004), há três elementos principais do conjunto natural de produção de sedimentos, encontrados em uma bacia hidrográfica, são eles (Figura 1): (I) interflúvios ou vertentes; (II) calhas dos rios e (III) planícies aluviais ou várzeas.
I. Interflúvios ou vertentes: é onde obtém a precipitação e a produção de sedimentos. A função principal é a de “formar sedimentos” e “gerar escoamento” na bacia.
II. Calhas dos rios: onde ocorre a acumulação de escoamento, a principal função é o transporte de água com sedimentos gerados nas vertentes até o local de saída da bacia. Como há erosão nas margens e no leito dos rios, pode-se dizer também que há “formação” de sedimentos.
III. Planícies aluviais ou várzeas: Representam as regiões ao redor dos rios, de forma a envolvê-lo. As planícies aluviais competem a função tanto de produtora quanto fornecedora de sedimentos. Em épocas de estiagem o escoamento do rio se encontra em direção a calha principal, nesse período as planícies servem como matriz, produzindo sedimentos para o rio. Já em épocas de cheia o escoamento do rio transborda a calha principal alcançando a planície, nesse período os sedimentos presentes no rio se acumulam na planície graças aos obstáculos presentes, como vegetação por exemplo, fazendo com que estes se acumulem na várzea. 
Figura 1: Elementos principais do sistema de produção de sedimentos
Fonte: (PAZ, 2004)
4 Descarga sólida em suspensão e por arraste
Os sedimentos transportados pelos cursos d’água podem ser determinados pela descarga sólida que representa a quantidade de sedimentos transportados pela seção transversal de um curso de água num determinado intervalo de tempo, sendo por arraste ou em suspensão. As partículas em suspensão são formadas por partículas mais finas e leves como a argila e o silte. Elas podem se originar tanto da bacia a vertente quanto do fundo e paredes da calha, e se movimentam com a velocidade da corrente de água. Essas partículas determinam a descarga sólida em suspensão (Qss). 
Já, a descarga de arraste ou sólida de fundo (Qsl) é todo o sedimento transportado junto ao leito do rio, seja por rolamento, deslizamento ou saltação. É formado exclusivamente de material mais pesado (areia, pedregulhos) que se desloca pela velocidade da corrente, sofre resistência de atrito, e encontra-se no fundo resultando numa menor velocidade e maior dificuldade de medição do que a de suspensão.
A maior parte da descarga sólida é representada pelo sedimento em suspensão, chegando a representar 95% da descarga sólida total. Por esta razão e pela facilidade de determinação, as medições diárias e a maior parte dos eventos individuais só contemplam o sedimento em suspensão (CARVALHO & FILIZOLA JÚNIOR, 2000).
A descarga sólida em suspensão é mais fácil de ser medido do que o transporte por arraste, uma vez que este tem uma medição difícil, incerta e pouco acessível, calculado geralmente através de fórmulas desenvolvidas em laboratório de hidráulica, que quando aplicadas à natureza, muito mais complexa, podem resultar em erros de até 600% (MEDEIROS, et al, 2008).
5 DETERMINAÇÃO DA DESCARGA DE SEDIMENTOS 
A descarga sólida total transportada pelos cursos d’água pode ser determinada por diferentes métodos, sendo eles: através de dados medidos nos rios, através da estimativa da erosão por modelos de perda de solo, a partir de levantamentos topo-batimétricos de reservatório ou através da regionalização dos dados (BICALHO,2006). Existem vários métodos que estimam apenas a carga de sedimentos de fundo, outros, a carga em suspensão, obtendo-se pela soma, a descarga total de sedimentos de fundo. Alguns métodos são empregados para medir a quantidade de sedimentos transportada de maneira empírica, isto é, fazem uso de parâmetros hidráulicos da corrente na seção do rio considerada para estas medições e levam em conta também, as características do material amostrado no leito do rio. Outras metodologias consideram ainda para o cálculo a quantidade de sedimentos, além dessas medidas, a medida direta da concentração de sedimentos em suspensão na seção considerada.
Conforme Paiva (2001) a carga total de sedimentos transportados nos canais fluviais pode ser obtida pela equação a seguir:
Qst = Qsf + Qss + Qsb
Onde: 
Qst = descarga de sedimentos total (ton/dia); 
Qsf = descargade sedimentos por arraste de fundo (ton/dia); 
Qss = descarga de sedimentos em suspensão proveniente do leito (ton/dia); 
Qsb = descarga de sedimento em suspensão proveniente da bacia (ton/dia). 
5.2 Relevância
O estudo da descarga de solida é importante para estudos de bacias, em relação a projetos hidráulicos, ambientais e usos dos recursos hídricos (CARVALHO, 2008), por exemplo, em projetos de hidrelétricas auxilia na projeção de turbinas e demais equipamentos capazes de suportar as forças de impactos das partículas. 
6 Assoreamento de reservatórios
Cada dia mais vem sendo criados grandes reservatórios, com a função, principalmente, de produzir energia. No entanto, estes reservatórios, seja qual for sua função, estão sujeitos a sofrerem danos causados pelo assoreamento. Assoreamento de reservatórios consiste na deposição de sedimentos, muitas vezes trazidos pela chuva, podendo depender também do tipo de solo, do escoamento superficial, das condições do reservatório, entre outros fatores. 
Quando um reservatório é construído, naturalmente o fluxo de água é modificado e quando o fluxo de sedimentos é menor que o de água ocasiona o depósito de tais sedimentos. (GLYMPH, 1973; CARVALHO, 2000 apud CABRAL, J. B. P., 2005)
De acordo com VANONI, LOPES e CARVALHO (apud CABRAL, J. B. P., 2005) dependendo da localização dos depósitos nos reservatórios, eles costumam ser classificados como: 
Depósito de remanso: formado por materiais de maior granulometria, que se depositam no final do remanso. Esses depósitos podem avançar tanto para jusante como a montante. O impacto causado por este tipo de depósito são as enchentes a montante.
Depósito delta: formado de acordo com o nível d’água e constituído por partículas com diâmetro de areia ou maiores, que, geralmente, se depositam assim que o escoamento adentra o reservatório. Este depósito reduz aos poucos a capacidade útil do reservatório. 
Depósito de fundo ou leito: sua formação depende sobretudo das características minerais das argilas e químicas da água. Partículas de silte e argila são transportadas para jusante dos deltas e se alojam na parte mais baixa do reservatório. Este depósito reduz o volume morto do lago.
Depósito de margem: formado por sedimentos trazidos pelas ondas da água e pelo vento. 
Depósito de várzea ou de planície de inundação: causado pelas enchentes, ocorrendo ao longo do curso d’água e do reservatório, constituído por sedimentos finos e grossos.
Como citado na classificação dos depósitos um dos danos provindos do assoreamento é a diminuição do volume de água útil do reservatório, podendo também haver problemas no que diz respeito a enchentes e operações de comportas, dentre outros.
Os assoreamentos são situações que podem ser controladas e diminuídas. Porém, de acordo com MORRIS & FAN e CARVALHO (apud CABRAL, J. B. P., 2005), quanto mais passa o tempo mais críticos e difíceis de resolver se tornam os estragos do assoreamento.
Segundo João Batista Pereira Cabral (2005, p. 63):
“Na atualidade, um grande número de reservatórios brasileiros se encontra totalmente ou parcialmente assoreados, principalmente os de pequeno e médio portes. Normalmente, o estudo da produção de sedimentos é calculado a partir de programas de monitoramento da descarga sólida ou através da medição do volume de sedimentos acumulados em reservatórios e lagos, sendo ignorada a distribuição granulométrica, análise espacial e temporal dos mesmos dentro do reservatório. ”
7 CONCLUSÃO
O fenômeno da erosão e o consequente transporte de sedimentos configuram-se como um processo de extrema complexidade física. Os sedimentos têm origem na erosão da bacia e do leito, e das margens dos rios podendo ser transportados submersos ou pelo próprio leito. 
Esse transporte de sedimentos afeta a qualidade da água, o que é um problema para o consumo humano. Para o meio agrícola, a erosão excessiva contribui para a diminuição da fertilidade dos solos. Para a engenharia, os sedimentos diminuem a capacidade dos reservatórios de uma barragem.
 Mas também há benefícios, os sedimentos são responsáveis pelo transporte de nutrientes que contribuem com a fauna e flora aquática. Formam e mantêm praias em rios, e mantêm o equilíbrio entre os continentes e zonas costeiras. Ainda que o número de danos ao homem seja grande, o transporte de sedimentos é vital para o equilíbrio do meio ambiente.
ReferênciaS bibliográficaS
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MEDEIROS, P. A., CORDERO, A., Transporte de Sedimentos em Suspensão em 3 Postos Sedimentométricos da Bacia do Rio Itajaí-Açú, VIII Encontro Nacional de Engenharia de Sedimentos, 2008.
MARCELINO, Luciana. TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO NOS RIOS CATARINENSES. 2009. 71 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental, C Entro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009
CARVALHO, N. O. Hidrossedimentologia prática. 2. ed., rev., atual. e ampliada. Rio de Janeiro: Interciência, 2008.
BICALHO, Cristina Caetano. ESTUDO DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO NA BACIA DO RIO DESCOBERTO. 2006. 145 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Ambiental, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, 2006.
MARCONDES, Carlos Renato. ESTUDO DE DESCARGA SÓLIDA EM SUSPENSÃO NOS CURSOS D’ÁGUA DA BACIA HIDROGRAFICA DO RIO SAPUCAÍ. 2011. 91 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia da Energia, Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2011.
PAIVA, J. B. D. Métodos de Cálculo do Transporte de Sedimentos em Rios. In: Paiva, J.B.D. et al. Hidrologia Aplicada a Gestão de Pequenas Bacias Hidrográficas. Porto Alegre. ABRH, 2001. cap. 12, p. 313-364.
CABRAL, João Batista Pereira. ESTUDO DO PROCESSO DE ASSOREAMENTO EM RESERVATÓRIOS. CAMINHOS DE GEOGRAFIA, [S. l.], p. 62-69, fev. 2005. Disponível em: http://www.seer.ufu.br/index.php/caminhosdegeografia/article/view/15371/8670. Acesso em: 30 nov. 2020.
LOPES, José Wellington Batista et al. PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS E ASSOREAMENTO EM RESERVATÓRIO NO SEMIÁRIDO: O CASO DO AÇUDE MARENGO, CEARÁ. GEOAMBIENTE ON-LINE, [S. l.], Jataí-GO, n.24, p. 16-31, jun. 2015. Disponível em: https://www.revistas.ufg.br/geoambiente/article/view/33954. Acesso em: 30 nov. 2020.
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COLUCCI, R.; Guru; Hidráulica de Canais Abertos no HEC-RAS; Disponível em: https://cutt.ly/rhnAtx9
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