Anderson Braga

Transcrição

Anderson Braga

11/12/2012
TÓPICOS:
X ENES
05 a 07/12/2012, Foz do Iguaçu, PR
Minicurso 3:
3:
Amostragem de sedimentos em cursos
d’água e análises sedimentométricas
1) Os tipos de sedimentos inorgânicos;
2) Formas de transporte de sedimentos;
3) Distribuição dos sedimentos em cursos d'água
superficiais;
4) Medição do transporte de sedimentos por
amostragem clássica (suspensão, fundo e total);
5) Medição da descarga sólida em suspensão por meio
de turbidímetros – a experiência da Itaipu Binacional;
ANDERSON BRAGA MENDES
Eng. Civil, MSc.
6) Visita técnica – rio São Francisco Verdadeiro.
X ENES – 05 a 07/12/2012. Foz do Iguaçu, PR
1) OS TIPOS DE SEDIMENTOS INORGÂNICOS
(classificação AGU – American Geophysical Union)
Coesivos
PARTE 1
Não-coesivos
1
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3) DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS
EM CURSOS D’ÁGUA SUPERFICIAIS
2) FORMAS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
a) Suspensão
b) Arraste
c) Saltitante
a) Na vertical
b) Na seção transversal
Fh>0
Fh>0
P
FR>0
Fh>0
P
P
FR≠0
FR=0
Fonte: CARVALHO (2008)
Descarga sólida total = Qsuspensão + Qarraste + Q saltitante
4) MEDIÇÃO DO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
(AMOSTRAGEM CLÁSSICA POR IIL)
a) Esticar o cabo de aço/trena perpendicular ao fluxo
na seção de medição
b) Levantar o perfil transversal da seção (profundidades reais)
PF (MD)
PI (ME)
v1
v2
v3
v4
v5
v6
v7
v8
v9
v10
v11
v12
v13
2
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c) Identificar a vertical com maior produto “velocidade x profundidade”
PI (ME)
PF (MD)
v1
v2
v3
v4
v5
v6
v7
v8
v9
v10
v11
v12
d) Escolha do amostrador de sedimentos em suspensão
DHDH-48 (AMS
(AMS--1)
- Prof. maior que 4,5 m
- Bicos de 1/8”, 3/16” e 1/4”
- Peso aprox.: 15 kg
(requer guincho)
- Saca de 5 a 8 l
e) Escolha do amostrador de sedimentos/descarga do leito
USBM--60
USBM
Saca (AMS(AMS-8)
- Prof. máxima: 4,5 m
- Bicos de 1/8”, 3/16” e 1/4”
(requer guincho)
- Garrafa de 0,5 l
- Prof. máxima: 1,5 m
- Bico ¼”
- Peso aprox.: 3 kg
- Garrafa de 0,5 l
Vertical de referência
Draga Petersen
D-49 (AMS
(AMS--2)
v13
f) Traçar perfil transversal a ser amostrado
Rock Island
Descontar a distância do bico do amostrador ao fundo (zona não amostrada)
PF (MD)
PI (ME)
v1
(requer guincho)
BLM
BLM--84
v2
v3
v4
v5
v6
v7
v8
v9
v10
v11
v12
v13
- Raspagem de 5 cm do leito
Zona não amostrada
Helley--Smith Helley
d=0,09 m
Leito real
Leito virtual
3
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g) Determinar velocidade de trânsito máxima p/ vertical de maior
velocidade média do escoamento
h) Determinar o tempo de amostragem na vertical de referência (v6)
Vt/Vm = 0,2 para bico de 1/8”
Vm= ∆S/∆t
Vt/Vm = 0,4 para bicos de 3/16” e ¼”
Vt= 2*prof.referência (virtual)/∆t
Onde:
Para vertical de referência:
Vt= velocidade de trânsito
Vm= velocidade média na vertical
Para nosso caso, v6 tem a maior velocidade média: 0,65 m/s
Vt= 0,13 m/s
0,13= 2*0,91/∆t, logo:
(máxima velocidade permitida)
∆t = 1,82/0,13 = 14 s
(coincidiu com a vertical de referência)
Para bico de 1/8”:
Vt= 0,2*Vm = 0,2*0,65 = 0,13 m/s
(máxima velocidade permitida)
(tempo mínimo nessa vertical)
Faz--se a amostragem na vertical de referência (subida e descida do
Faz
amostrador) a fim de totalizar 14 s. AumentaAumenta-se o tempo de
amostragem até que se otimize a coleta (garrafa cheia até o limite
permitido: 0,4 l). Esse novo tempo (superior a 14 s) será o tempo de
referência a ser empregado.
Limite máximo
admissível
E se a garrafa vier cheia além do limite
permitido, considerando a máxima velocidade
de trânsito admissível?
Duas possibilidades:
- Adota
Adota--se um bico mais fino;
- Opta
Opta--se por um amostrador que atinja
profundidades maiores
A garrafa não pode estar mais cheia que o permitido, pois é preciso
garantir que não haja renovação de água dentro ela durante a
amostragem
O amostrador de saca, devido à sua grande
capacidade de armazenamento (5 a 8 l), apresenta
maior facilidade operacional
4
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Exemplo de possível erro na escolha da vertical de referência:
“Vx”
Vm=1,5 m/s
p=0,2 m
(Vm*p=0,3)
“Vy”
Vm=0,1 m/s
p=2,0 m
(Vm*p=0,2)
i) Determinar o tempo de amostragem para todas as verticais
Sabendo-se que o tempo mínimo na vertical de referência é 14 s, para
Sabendootimizar a amostra, o novo tempo encontrado foi 26 s.
Por “regra de três”, determinase os tempos de amostragem
para as demais verticais:
Escolheu-se Vx como referência e otimizou
Escolheuotimizou--se o tempo de enchimento da
garrafa. Porém, em Vy a garrafa veio completamente cheia, invalidando
toda a amostragem...
ATENÇÃO!
Uma vez identificada uma nova vertical de referência, devedeve-se
recomeçar toda a medição, eliminando as subamostras já coletadas.
j) Estimar volume total a ser coletado (sedimento em suspensão)
Toda a seção transversal deve ser amostrada!
- Infere
Infere--se sobre a concentração de sedimentos em suspensão;
- Com esse valor, determina
determina--se o total de água a ser coletada na seção.
A massa de sedimentos na amostra composta dever ser superior a
150 mg (para análise no tubo de remoção pela base)
Se é estimada uma concentração de 10 mg/l:
10 mg/l * ‘X’ litros = 150 mg,
-Para medição de sedimento em suspensão, deve
deve--se adotar, no mínimo, 10
verticais de amostragem;
-A amostragem só termina após a coleta do volume necessário para a perfeita
análise laboratorial;
-Deve
Deve--se proceder com quantas passadas na seção forem necessárias até
coletar todo o volume requerido;
-Nunca se deve interromper a coleta na seção antes de concluir uma passada
completa. Se o galão estiver cheio, usausa-se um sobressalente.
Logo: ‘X’ = 150/10 = 15 l
(deve--se coletar mais de 15 l)
(deve
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Deve--se na analisar toda a amostra, e não subamostras!
Deve
Exemplo:
considerando que a concentração de sedimentos em suspensão no rio seja 10 mg/l:
Em uma garrafa contendo 200 ml, a massa de sedimentos é 2mg (0,002 g).
Erro da balança: 0,001g
k) Amostrar material do leito
Coleta-se material do leito em, no mínimo, 5 verticais intercaladas
Coletacom aquelas adotadas na medição de sedimento em suspensão
PF (MD)
PI (ME)
v1
v2
v3
v4
v5
v6
v7
v8
v9
v10
v11
v12
v13
Possíveis resultados da pesagem: 0,001g; 0,002g e; 0,003g
(o erro varia de 50% a 100%!!!)
Em galão contendo 20 l, a massa de sedimentos é 200mg (0,2 g).
Erro da balança: 0,001g
Possíveis resultados da pesagem: 0,199g; 0,200g e; 0,201g
(o erro é de apenas 0,5%)
Vídeo: amostragem de sedimento em suspensão (rio São Francisco Verdadeiro)
l) Amostrar descarga do leito
Coleta-se material do leito em, no mínimo, 5 verticais intercaladas
Coletacom aquelas adotadas na medição de sedimento em suspensão
PF (MD)
PI (ME)
v1
v2
v3
v4
v5
v6
v7
v8
v9
v10
v11
v12
v13
O amostrador deve permanecer estático no fundo
de cada vertical por igual intervalo de tempo.
Extrapola--se o resultado para toda a seção
Extrapola
transversal
6
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Amostragem de sedimento em suspensão (rio Paraná em Guaíra)
Vídeo: amostragem de sedimento em suspensão (Córrego Arroio Fundo)
Vídeo: amostragem de sedimento do leito (Rio São Francisco Verdadeiro)
PARTE 2
7
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5) Medição da descarga sólida em suspensão por meio de
turbidímetros – a experiência da Itaipu Binacional
a) Equipamentos de campo
b) Exemplos de postos de monitoramento
Córrego Xaxim
São Francisco Verdadeiro
Piquiri
Turbidímetro
Sensor de
N.A.
Painel solar
Datalogger
Guaíra - PR
c) Exemplos de registros armazenados – posto Xaxim
d) Coletas pontuais de sedimentos em suspensão
5000
25
4500
4000
- Amostradores de campo contratados fazem a
coleta de amostras nos períodos de cheia e
estiagem – mínimo 1 vez por semana;
20
3000
15
2500
2000
10
Vazão (m³/s)
Turbidímetro (mV)
3500
- A cada 2 meses, as amostras são recolhidas para
análise em laboratório próprio;
1500
1000
5
500
0
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Registro
turbidimetro
- Dependendo da turbidez da amostra
(determinada por turbidímetro de bancada), optaoptase pelo método da filtração ou evaporação para
determinar a concentração de sedimentos em
suspensão.
vazao
Todos os postos possuem curvacurva-chave calibrada pelo setor de Hidrologia. Assim, com os
registros horários do sensor de N.A., é possível computar a vazão no posto.
8
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e) Rotina de escritório para processamento dos dados
- Para o período entre campanhas (2 meses), preencher lacunas nas séries de N.A. (m)
e turbidímetro (mV), correlacionando essas duas variáveis por meio de uma equação;
- Com a série horária do turbidímetro preenchida, correlacionar os registros com as
análises laboratoriais das amostras pontuais de campo (mesma data e hora).
2000
1800
Leitura do turbidímetro (mV)
1600
1400
1.2774
y = 110.7x
2
R = 0.8599
1200
1000
800
600
400
200
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Nível d'água (m)
Com isso, transformatransforma-se a série de mV para mg/l.
- Correlaciona
Correlaciona--se os valores de concentração (mg/l) obtidos com o turbidímetro de
campo com aqueles levantados pelo método clássico para correção de toda a série.
FIM DO MINICURSO
Concentração método clássico (mg/l)
350
300
250
Obrigado!
200
150
y = 0.9706x + 12.637
100
2
R = 0.9834
50
0
0
50
100
150
200
250
300
350
Anderson Braga Mendes
[email protected]
Concentração turbidímetro (mg/l)
Assim, corrigecorrige-se toda a série como se toda ela tivesse sido obtida por meio
de medições clássicas
9

Anderson Braga

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