Modelagem físico-matemática da interação solo-atmosfera e erosão hídrica em bordas de reservatórios

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Matheus Marques
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/44404
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2022.
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spelling Modelagem físico-matemática da interação solo-atmosfera e erosão hídrica em bordas de reservatóriosPhysical-mathematical modeling of soil-atmosphere interaction and water erosion in reservoirs banksBarragensTransporte de sedimentosEscoamento superficialInfiltraçãoDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2022.A capacidade de geração de energia de uma usina hidrelétrica (UHE) está relacionada com o volume útil armazenado no reservatório de água. Ao longo da vida útil do reservatório, o aporte e a deposição de sedimentos reduzem gradualmente esta capacidade de geração. O desprendimento de partículas de solo em bordas de reservatórios é consequência da erosão hídrica, que pode ser deflagrada pelo impacto de gotas de chuva e pela tensão de cisalhamento exercida pelo escoamento superficial, ou seja, a erosão hídrica, embora não apenas, é induzida por um evento de precipitação, corroborando para a necessidade de um melhor entendimento dos processos de circulação de água envolvidos na interação solo-atmosfera. Modelos físicomatemáticos podem ser empregados para descrever o processo de geração de escoamento superficial e o transporte de sedimentos, constituindo uma alternativa eficaz para estimativa do volume de partículas desprendidas em bordas de reservatórios. Nesta pesquisa, foi desenvolvido um modelo analítico em condição de precipitação constante no qual a infiltração de água no solo foi descrita pelo modelo de Green-Ampt-Mein-Larson, o escoamento superficial foi aproximado pelo modelo de onda cinemática e a erosão hídrica foi estimada a partir da equação da continuidade do transporte de sedimentos. Como resultado, foram desenvolvidas as equações da descarga por unidade de área, da lâmina acumulada, da taxa de carreamento de sedimentos e da perda de solo, as quais foram validadas com dados experimentais de ensaios com simulador de chuva. Foi verificado que a descarga por unidade de área e a taxa de carreamento de sedimentos formam um patamar no regime estacionário, enquanto a lâmina acumulada e a perda de solo crescem linearmente ao longo do tempo. O modelo do escoamento superficial se aplicou melhor a inclinações maiores. O modelo do transporte de sedimentos não foi capaz de retratar um pico de taxa de carreamento de sedimentos observado nos dados experimentais durante os minutos iniciais de chuva, sendo constatada a necessidade de considerar a erosão por impacto de gotas de chuva como variável no tempo. Por outro lado, a evolução da perda de solo teve correspondência satisfatória com os dados experimentais. Também foram realizadas análises paramétricas para demonstrar a influência da intensidade de precipitação, da permeabilidade, da inclinação e do comprimento do plano de fluxo, da duração da precipitação, do coeficiente de erodibilidade, da tensão de cisalhamento crítica e da constante da erosão por impacto de gotas de chuva nas equações desenvolvidas.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).The power generation capacity of a hydroelectric power plant is related to the usable volume stored in the water reservoir. Over the lifetime of the water reservoir, sediment transport and deposition gradually reduces its power generation capacity. The detachment of soil particles in water reservoirs banks is a consequence of water erosion, which can be caused by rainfall splash and tractive shear force exerced by overland flow, so water erosion, although not only, is induced by a rainfall event, which corroborates the need for a better understanding of the water circulation processes involved in the soil-atmosphere interaction. Physical-mathematical models can be employed to describe overland flow generation and sediment transport, being an effective way to predict the volume of soil particles detached from water reservoirs banks. In this research, an analytical model was developed under uniform rainfall conditions in which water infiltration was described by the Green-AmptMein-Larson model, overland flow was approximated by the kinematic wave model and water erosion was estimated using the sediment transport continuity equation. As a result, the equations for discharge per unit area, total runoff, sediment yield rate and sediment load per unit area were developed. These equations were validated with experimental data obtained from rainfall simulator tests. It was found that discharge per unit area and sediment yield rate form a plateau in the steady state, while total runoff and sediment load per unit area increase linearly over time. The overland flow model applied best at steeper slopes. The sediment transport model was not able to present a peak sediment yield rate observed in the experimental data during the initial minutes of rainfall, indicating the need to consider splash erosion as time-varying. On the other hand, the evolution of sediment load per unit area had satisfactory correspondence with the experimental data. Parametric analyses were also runned in order to demonstrate the influence of rainfall intensity, hydraulic conductivity, slope gradient, slope length, rainfall duration, erodibility coefficient, critical shear stress and splash erosion calibration constant on the developed equations.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em GeotecniaCavalcante, André Luís Brasilmmarquesmartins@hotmail.comMartins, Matheus Marques2022-08-03T21:59:18Z2022-08-03T21:59:18Z2022-08-032022-05-19info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfMARTINS, Matheus Marques. Modelagem físico-matemática da interação solo-atmosfera e erosão hídrica em bordas de reservatórios. 2022. xv, 106 f., il. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.https://repositorio.unb.br/handle/10482/44404A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições:Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-20T16:53:22Zoai:repositorio.unb.br:10482/44404Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-20T16:53:22Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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