r06 - estudos de ruptura de barragens
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r06 - estudos de ruptura de barragens
REV. DATA VERIFICAÇÃO MODIFICAÇÃO 4 12/06/2013 Revisão Geral 3 11/06/2013 Revisão Geral 2 10/06/2013 Revisão Geral 1 23/10/2012 Revisão Geral 0 13/06/2012 Emissão Inicial APROVAÇÃO Elaboração de Estudos para Concepção de um Sistema de Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul e de um Sistema de Intervenções Estruturais para Mitigação dos Efeitos de Cheias nas Bacias dos Rios Muriaé e Pomba e Investigações de Campo Correlatas R06 - ESTUDOS DE RUPTURA DE BARRAGENS ELABORADO: APROVADO: A.M.P.A. F.S. VERIFICADO: COORDENADOR GERAL: M.B.S.S. Nº ANA: Nº ENGECORPS: 1069-ANA-RPS-RT-019 Marcos Oliveira Godoi CREA: 0605018477 Maria Bernardete S.Sender CREA: 0601694180 DATA: FOLHA: REVISÃO: 13/06/2012 4 AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS ANA Elaboração de Estudos para Concepção de um Sistema de Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul e de um Sistema de Intervenções Estruturais para Mitigação dos Efeitos de Cheias nas Bacias dos Rios Muriaé e Pomba e Investigações de Campo Correlatas R06 ESTUDOS DE RUPTURA DE BARRAGENS ENGECORPS ENGENHARIA S.A. 1069-ANA-RPS-RT-019 Revisão 4 Outubro/2012 Agência Nacional de Águas – ANA Setor Policial, Área 5, Quadra 3, Blocos B, L e M CEP: 70610-200, Brasília - DF PABX: 2109-5400 / 2109-5252 Endereço eletrônico: http://www.ana.gov.br Equipe: Coordenação: Agência Nacional de Águas – ANA Superintendência de Planejamento de Recursos Hídricos – SPR Superintendência de Usos Múltiplos e Eventos Críticos – SUM Elaboração e execução: ENGECORPS ENGENHARIA S.A. Todos os direitos reservados É permitida a reprodução de dados e de informações, desde que citada a fonte. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul, R 06 – Estudos de Ruptura de Barragens. 113p. 1. Recursos hídricos 2. Produção de Água I. Agência Nacional de Águas (Brasil). II. Superintendência de Usos Múltiplos e Eventos Críticos – SUM; Superintendência de Planejamento de Recursos Hídricos - SPR. III. Engecorps -2ÍNDICE PÁG. 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................3 1.1 1.2 1.3 CONTEXTUALIZAÇÃO DO RELATÓRIO ...........................................................................................3 OBJETIVOS DOS ESTUDOS APRESENTADOS ....................................................................................3 ESTRUTURAÇÃO DO RELATÓRIO ..................................................................................................4 2. MODELAGEM DA RUPTURA DE BARRAGENS ........................................................................5 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.7 2.7.1 2.7.2 2.8 2.9 MARCO REGULATÓRIO ...............................................................................................................5 CARACTERIZAÇÃO DO DANO ASSOCIADO À RUPTURA DE BARRAGENS .............................................5 BARRAGENS ESTUDADAS .............................................................................................................6 Grandes Reservatórios da Bacia do Paraíba do Sul .....................................................................7 Barragens de Rejeito ...............................................................................................................11 Reservatórios não Incluídos no Estudo de Dam Break Realizado ..............................................13 METODOLOGIA ADOTADA PARA O ESTUDO DE RUPTURA DE BARRAGENS .......................................14 Estudo da Ruptura por Falha Estrutural ou “Piping” .................................................................14 Estudo da Ruptura por Galgamento ou “Overtopping” ............................................................15 Ruptura das Barragens em Cascata .........................................................................................16 Simulações Realizadas na Bacia do Rio Paraíba do Sul .............................................................16 UTILIZAÇÃO DO MODELO.........................................................................................................18 PARÂMETROS DE CÁLCULO PARA A RUPTURA DAS BARRAGENS ......................................................20 Descrição dos Parâmetros Necessários ....................................................................................20 Cálculo do Tempo de Ruptura ................................................................................................21 Cálculo da Largura da Brecha .................................................................................................28 Cálculo da Cota de Início do “Piping” .....................................................................................35 HIPÓTESES DE FUNCIONAMENTO DOS ÓRGÃOS DE DESCARGA DOS RESERVATÓRIOS NO CASO DE RUPTURA EM CASCATA .............................................................................................................38 Santa Branca ..........................................................................................................................38 Funil ......................................................................................................................................39 INFLUÊNCIA DOS PEQUENOS RESERVATÓRIOS SITUADOS NA CALHA DO RIO PARAÍBA E PARAIBUNA ..41 ZONA AFETADA A JUSANTE DA RUPTURA ....................................................................................41 3. RESULTADOS DA MODELAGEM DA RUPTURA DE BARRAGENS ..........................................44 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 GRANDES RESERVATÓRIOS DA BACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL .....................................................44 Paraibuna-Paraitinga...............................................................................................................44 Santa Branca ..........................................................................................................................55 Jaguari ...................................................................................................................................60 Funil ......................................................................................................................................65 Chapéu d’Uvas ......................................................................................................................70 PEQUENAS BARRAGENS DE REJEITO ............................................................................................75 Barragem Bom Jardim.............................................................................................................75 Barragem da Pedra .................................................................................................................86 Barragem dos Peixes ...............................................................................................................98 4. RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS .................................................................110 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .........................................................................................111 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -3- 1. INTRODUÇÃO 1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO RELATÓRIO Esse relatório constitui um dos produtos do Contrato nº 39/ANA/2010 (Paraíba do Sul), referente à elaboração de “Estudos para Concepção de um Sistema de Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul e de um Sistema de Intervenções Estruturais para Mitigação dos Efeitos de Cheias nas Bacias dos Rios Muriaé e Pomba e Investigações de Campo Correlatas”, adjudicado pela Agência Nacional de Águas – ANA – à ENGECORPS – Corpo de Engenheiros Consultores S.A., com Ordem de Serviço emitida pela ANA em 03 de janeiro de 2011. Considerando o que determina o Termo de Referência, que orienta o desenvolvimento dos estudos e o que foi previsto no Relatório R01 – Detalhamento do Plano de Trabalho –, este relatório apresenta os resultados do desenvolvimento da Atividade 309 da Etapa 300, atendendo, portanto, ao escopo da Atividade 310 da Etapa 300 do referido Plano de Trabalho, que cita, textualmente: “Atividade 310 – Elaboração de Relatório do Estudo de Ruptura de Barragens (R 06). O Relatório do Estudo de Ruptura de Barragens (R 06) apresentará o modelo utilizado, bem como os estudos previstos, em conformidade com a descrição da Atividade 309. O relatório em questão deverá estar devidamente acompanhado dos modelos/rotinas utilizados, para avaliação por parte da equipe técnica da ANA. A entrega em definitivo dos produtos computacionais desenvolvidos se dará na atividade 403.” A Atividade 309 trata do desenvolvimento do estudo de ruptura de barragens na bacia do Paraíba do Sul. 1.2 OBJETIVOS DOS ESTUDOS APRESENTADOS O objetivo principal do estudo de ruptura de barragens é a caracterização das diferentes hipóteses de ruptura das barragens analisadas, e os efeitos dessa ruptura, em termos da inundação resultante, nas cidades localizadas a jusante das estruturas. Para alcançar esse objetivo, foi empregado o modelo hidráulico (software HEC-RAS), elaborado na atividade 302, simulando a propagação de cheias advindas do rompimento das barragens, utilizando-se também o módulo de geração de hidrogramas de rompimento, do mesmo software. Os resultados obtidos são os mapas das manchas de inundação dos diferentes cenários de ruptura, e também a caracterização dos hidrogramas (tempos de transito, vazões máximas etc.) propagados até as cidades a jusante dos reservatórios. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -4- 1.3 ESTRUTURAÇÃO DO RELATÓRIO O presente relatório R-06 está estruturado em três tomos, de forma a facilitar o manuseio de textos e desenhos: Tomo I - Volume 1 - Texto Trata-se do presente volume, que, após esta Introdução, está organizado nos seguintes capítulos: Capítulo 2: Modelagem da ruptura de barragens, descrevendo as normas existentes, a tipologia das barragens estudadas, a metodologia adotada e os modelos e procedimentos utilizados; Capítulo 3: Resultados da modelagem da ruptura de barragens, descrevendo os resultados obtidos; e Capítulo 4: Referências Bibliográficas. Tomo II – Caderno de Mapas – Manchas de Inundação Apresenta as manchas de inundação para os diversos casos estudados. Tomo III – Caderno de Mapas – Manchas de Inundação com Profundidades Apresenta as manchas de inundação, com indicação de profundidades, para os diversos casos estudados. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -5- 2. MODELAGEM DA RUPTURA DE BARRAGENS 2.1 MARCO REGULATÓRIO A lei de referência no Brasil quanto a Segurança de Barragens é a Lei nº 12.334, de 20 de setembro de 2010 (DOU 21.09.2010); a referida lei “Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens destinadas à acumulação de água para quaisquer usos, à disposição final ou temporária de rejeitos e à acumulação de resíduos industriais, cria o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens e altera a redação do art. 35 da Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997, e do art. 4º da Lei nº 9.984, de 17 de julho de 2000”. O âmbito de aplicação da lei são os reservatórios e barragens que cumpram uma das seguintes características (Art. 01): “I - Altura do maciço, contada do ponto mais baixo da fundação à crista, maior ou igual a 15 m (quinze metros). II - Capacidade total do reservatório maior ou igual a 3.000.000 m³ (três milhões de metros cúbicos). III - Reservatório que contenha resíduos perigosos conforme normas técnicas aplicáveis. IV - Categoria de dano potencial associado, médio ou alto, em termos econômicos, sociais, ambientais ou de perda de vidas humanas, conforme definido no art. 6º.” 2.2 CARACTERIZAÇÃO DO DANO ASSOCIADO À RUPTURA DE BARRAGENS Para a caracterização do dano potencial associado à ruptura de barragens, existem diferentes critérios que podem ser usados no Brasil: Um deles se refere à classificação utilizada pelo Manual de Segurança e Inspeção de Barragens (MIN,2002), descrita no Quadro 2.1. QUADRO 2.1 – CARACTERIZAÇÃO DO DANO ASSOCIADO A RUPTURA DE BARRAGENS – MANUAL DE SEGURANÇA E INSPEÇÃO DE BARRAGENS Consequência da ruptura Perdas de vidas Danos econômicos, sociais e ambientais Muito alta Significativa Dano Excessivo Alta Alguma Dano substancial Baixa Nenhuma Dano moderado Muito Baixa Nenhuma Dano mínimo Fonte: Ministério da Integração Nacional,2002. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -6- Outra norma existente é a Resolução do COPAM/MG nº 62 (MINAS GERAIS,2002), complementada e alterada pela Resolução COPAM N°87 (MINAS GERAIS,2005), que pode ser utilizada para a classificação das barragens. Tal norma se baseia em barragens de contenção de rejeitos industriais e de mineração e classifica as estruturas em três categorias, conforme a seguir, considerando-se o somatório dos valores (V) apresentados no Quadro 2.2. Classe I – Baixo potencial de dano ambiental ................................................................ V≤2 Classe II – Médio potencial de dano ambiental ........................................................ 2<V≤ 5 Classe III – Alto potencial de dano ambiental ................................................................. V>5 QUADRO 2.2 – CLASSIFICAÇÃO DAS BARRAGENS DE ACORDO COM A RESOLUÇÃO DO COPAM N°87,2005 Altura da barragem H (m) Volume do reservatório Vr (hm³) Ocupação humana a jusante Interesse ambiental a jusante Instalações na área a jusante H<15 V=0 Vr<0,5 V=0 Inexistente V=0 Pouco significativo V=0 Inexistente V=0 15<=H<=30 V=1 0,5<=Vr<=5 V=1 Eventual V=2 Significativo V=1 Baixa concentração V=1 H>30 V=2 Vr>5 V=2 Existente V=3 Elevado V=3 Alta concentração V=2 Grande V=4 Fonte: MINAS GERAIS,2005 2.3 BARRAGENS ESTUDADAS De acordo com o Termo de Referência e o Plano de Trabalho, o estudo de ruptura de barragens deve se estender aos rios: Paraíba do Sul, no trecho a jusante do reservatório de Santa Branca até sua foz rio Pomba, rio Muriaé e rio Paraibuna. De acordo com o Plano de Trabalho, o estudo deve ser desenvolvido para os grandes reservatórios, cuja eventual ruptura pode causar os maiores danos a jusante. Apesar dessas premissas, optou-se por estudar também outros reservatórios, não necessariamente localizados nos cursos d’água predefinidos, pela sua relevância no contexto de uma modelagem dam break. Neste caso, incluem-se o reservatório de Paraibuna/Paraitinga, o maior reservatório da bacia, embora situado a montante de Santa Branca, e algumas barragens de rejeito existentes em Minas Gerais, que armazenam produtos classificados como “perigosos” pela FEAM. No caso das barragens de rejeito, identificaram-se 16 barramentos, listados no relatório R04, dos quais, alguns armazenam produtos perigosos. Feita essa identificação inicial, passou-se a pesquisar os dados necessários para a simulação da ruptura das barragens junto à FEAM e ao INEA, desde o mês de abril de 2011. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -7- Embora a FEAM tenha fornecido diversas informações, tais como localização da barragem e classificação do material armazenado, outros dados, imprescindíveis à modelagem, como por exemplo, curvas cota volume e cota descarga não foram obtidos com os órgãos ambientais. A partir do final do ano de 2011, a ENGECORPS passou a fazer contatos diretos com os empreendedores responsáveis pelas barragens de rejeito, tendo obtido os dados necessários somente junto à Votorantim e à Mineração Rio Pomba Cataguases. É importante destacar que não faz sentido realizar um estudo de ruptura de barragens se não existe informação das suas características físicas, porque os resultados podem ser muito imprecisos. Dessa forma, as barragens consideradas para a modelagem dam break são as listadas no Quadro 2.3: QUADRO 2.3 – RESERVATÓRIOS ESTUDADOS Nome reservatório Tipo reservatório Responsável pelo reservatório Funil Usina hidrelétrica FURNAS Jaguari Usina hidrelétrica CESP Paraibuna/Paraitinga Usina hidrelétrica CESP Santa Branca Usina hidrelétrica LIGHT Chapéu d’Uvas Regularização de cheias CESAMA Barragem Bom Jardim Rejeito/mineração Mineração Rio Pomba Cataguases Ltda Barragem da Pedra Rejeito/mineração Votorantim Metais Zinco S.A Barragem dos Peixes Rejeito/mineração Votorantim Metais Zinco S.A Elaboração ENGECORPS/2012 Nos itens seguintes, descrevem-se as principais características dos reservatórios e barragens de rejeito estudados. 2.3.1 Grandes Reservatórios da Bacia do Paraíba do Sul Os grandes reservatórios da bacia do Paraíba do Sul se localizam predominantemente no curso d’água de mesmo nome. Os reservatórios situados nos afluentes do rio Paraíba do Sul armazenam menores volumes, oferecendo riscos de menor relevância. As principais características dos grandes reservatórios estudados são descritas no Quadro 2.4: Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -8- QUADRO 2.4 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS GRANDES RESERVATÓRIOS ESTUDADOS Reservatório Tipologia barragem (m) Comprimento na crista da barragem (m) Altura (m) Cota na crista da barragem (m) Nível Máximo Normal (m) Nível Máximo Maximorum (m) Volume no Nível Máximo Maximorum ( hm³) Volume no Nível Máximo Normal (hm³) Volume na crista da barragem (hm³) Paraibuna/Paraitinga Terra 595 104 720 714 7.16.5 5.190 4.732 5.880 Santa Branca Terra 365 48 625 622 623 467 438 525 Jaguari Terra 416 74 630 623 626 1.399 1.236 1.672 Funil Arco 385 85 468 466 466 888 888 - Chapéu d’Uvas Terra 330 40 745,5 737 - - 103,2 186 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -9- Os quatro primeiros reservatórios estão situados no curso principal do rio Paraíba do Sul, o reservatório Chapéu d’Uvas está situado no curso do rio Paraibuna. Assim, é possível realizar uma propagação hidrodinâmica dos hidrogramas gerados pela ruptura das barragens, usando como base o modelo hidráulico, desenvolvido no âmbito da Atividade 302. Com respeito à geração dos hidrogramas de ruptura utilizou-se o módulo de “Dam Break” integrante do software HEC-RAS, que é aceito internacionalmente como um software adequado para esse propósito. A Figura 2.1 ilustra a localização dos grandes reservatórios estudados. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 46°0'0"W 45°0'0"W 44°0'0"W 43°0'0"W Rio Pom ba Rio Nov o MINAS GERAIS 5 Rio Pa ra ib un a Itaocara Juiz de Fora Matias Barbosa 22°0'0"S aíb P ar o i R Sapucaia l Su Além Paraíba 22°0'0"S o ad Comendador Levy Gasparian R io P Três Rios re t o Paraíba do Sul RIO DE JANEIRO BACIA DO ALTO PARAÍBA DO SUL Quatis Queluz 4 Res. do Funil Volta Redonda Barra Mansa Cachoeira Paulista ra í Cruzeiro Barra do Piraí Ri o Pi SÃO PAULO Itatiaia Resende Lorena P Rio b araí a do S ul Baía de Guanabara Guaratinguetá Aparecida Rio de Janeiro Res. do Rio Jaguari 3 Baía de Sepetiba Caçapava Res. Sta. Jacareí Branca Guararema Baía de Ilha Grande São José dos Campos 2 Santa Branca 23°0'0"S 23°0'0"S Pindamonhangaba Tremembé a oP Ri ga it in ra Res. do Rio Paraitinga 1 46°0'0"W Ri o r Pa na bu ai Oc 45°0'0"W o Atlân ean 44°0'0"W 43°0'0"W LEGENDA Mapa de Localização Hidrografia MT Capital estadual Cidades (SIEMEC) 2 Reservatório de Santa Branca 4 Reservatório do Funil 3 Reservatório do rio Jaguari TEMA ES MS Limite estadual Reservatório dos rios Paraibuna e Paraitinga BA DF GO MG Limite sub-bacia 1 tic o 5 Barragem Chapéu D'Uvas SP PR RJ Estudo sobre Ruptura de Barragens TÍTULO GRANDES RESERVATÓRIOS ESTUDADOS NA MODELAGEM DAM BREAK 1:1.250.000 ESCALA GRÁFICA NUMERAÇÃO DATA ESCALA 0 Figura 2.1 Jun./2012 5 10 20 30 40 50 60 Km -11- 2.3.2 Barragens de Rejeito As características das barragens de rejeito estudadas estão apresentadas no Quadro 2.5: QUADRO 2.5 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS BARRAGENS DE REJEITO ESTUDADAS Altura (m) Cota na crista da barragem (m) Nível Máximo Normal (m) Volume no Nível Máximo Normal (hm³) Volume na crista da barragem (hm³) 65,76 23,0 630,0 626,5 1,93 2,77 Terra 267,86 20,0 751,0 749,5 1,49 1,77 Terra 261,00 21,5 728,5 727 0,878 0,984 Barragem Tipologia barragem (m) Comprimento na crista da barragem (m) Barragem Bom Jardim Terra Barragem da Pedra Barragem dos Peixes Elaboração ENGECORPS,2012 (com base em informações obtidas diretamente com os empreendedores) As barragens de rejeito estão situadas em locais afastados dos cursos d’água principais. Foi necessário, assim, acrescentar ao modelo hidráulico trechos fluviais, para realizar a propagação hidrodinâmica dos hidrogramas de ruptura. Esse procedimento foi efetuado inserindo seções transversais no modelo, elaboradas com base na cartografia disponível (escala 1:50.000). Para geração dos hidrogramas de ruptura das barragens de rejeito, também foi utilizado módulo de “Dam Break” do software HEC-RAS. A Figura 2.2 mostra a localização das barragens de rejeito estudadas. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 44°0'0"W 43°0'0"W 42°0'0"W 21°0'0"S 21°0'0"S ESPIRITO SANTO BACIA DO RIO MURIAÉ Muriaé MINAS GERAIS Rio Muriaé Miraí Laje do Muriaé Rio Xo potó 1 Patrocínio do Muriaé BACIA DO RIO POMBA Rio Po m ba Rio Novo Cambuci ar ai bu na São Fidélis Itaocara 2 3 Juiz de Fora Mathias Barbosa 22°0'0"S BACIA DO RIO PARAIBUNA Comendador Levy Gasparian R io Pr e to R íb a ra io P ad Além Paraíba ul oS Sapucaia RIO DE JANEIRO 22°0'0"S Rio P Três Rios Paraíba do Sul 44°0'0"W 43°0'0"W 42°0'0"W LEGENDA Hidrografia Capital Estadual Mapa de Localização MT Cidades (SIEMEC) Limite Sub-bacia Limite Estadual 1 2 3 Barragem Da Pedra TEMA MG ES MS Barragem de Bom Jardim Barragem Dos Peixes BA DF GO SP PR RJ Estudo sobre Ruptura de Barragens TÍTULO BARRAGENS DE REJEITO ESTUDADAS NA MODELAGEM DAM BREAK Figura 2.2 Jun./2012 1:750.000 ESCALA GRÁFICA NUMERAÇÃO DATA ESCALA 0 5 10 20 30 40 Km -13- 2.3.3 Reservatórios não Incluídos no Estudo de Dam Break Realizado Além dos cinco grandes reservatórios estudados, na bacia do rio Paraíba do Sul, existem outros reservatórios, para fins de abastecimento de água e aproveitamento hidroelétrico, que, porém, são de pequeno/médio porte, ou para os quais não se obtiveram os dados necessários para a modelagem dam break. O Quadro 2.6 relaciona esses reservatórios e define a sua prioridade para futuros estudos, considerando a sua proximidade a zonas urbanas e o consequente risco associado, na eventualidade de uma ruptura. É importante destacar que esses reservatórios podem produzir problemas de forma bem mais localizada que os quatro grandes reservatórios estudados. QUADRO 2.6 – PRIORIDADES PARA ESTUDOS FUTUROS Nome Município Rio Prioridade estudo Observações Reservatório de Queluz Queluz Paraíba do Sul Média A cidade de Queluz está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório de Santa Cecília Barra do Piraí Paraíba do Sul Baixa/Média A cidade de Barra do Piraí está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório de Ilha dos Pombos Além Paraíba Paraíba do Sul Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório de Itaocara Itaocara/Aperibe/Santo Antônio de Pádua Paraíba do Sul Média A cidade de Itaocara está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório de Simplício/Anta Chiador/Sapucaia Paraíba do Sul Média A cidade de Anta está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório de Tocos Rio Claro Piraí Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório de Vigário Piraí Piraí Média A cidade de Piraí situada no pé do reservatório Reservatório de Santana Piraí Piraí Média A cidade de Santana está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório de Areal Areal Preto (afluente Paraíba do Sul) Baixa/Média A cidade de Areal está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório de Barra do Braúna Laranjal Pomba Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatórios Ivan Botelho Astolfo Dutra/Guarani Pomba Média A cidade de Astolfo Dutra está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Reservatório rejeitos Itamarati de Minas Itamarati de Minas Novo (Pomba) Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório Rejeitos Santa Tereza Descoberto Novo (Pomba) Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório Usina Mauricio Leopoldina Novo (Pomba) Baixa/Média A cidade de Astolfo Dutra está situada a jusante, nas proximidades do reservatório Continua... Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -14Continuação. QUADRO 2.6 – PRIORIDADES PARA ESTUDOS FUTUROS Nome Município Rio Prioridade estudo Observações Reservatório de Piau Juiz de Fora Piau (Pomba) Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório de Sobragi Belmiro Braga Paraibuna Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório de Marmelos Juiz de Fora Paraibuna Baixa/Média Pequenos bairros ao sul de Juiz de Fora a jusante do reservatório Reservatório de Joasal Juiz de Fora Paraibuna Baixa/Média Pequenos bairros ao sul de Juiz de Fora a jusante perto do reservatório Reservatório de Paciência Matias Barbosa Paraibuna Baixa/Média A cidade de Astolfo Dutra está situada a jusante, nas proximidades do reservatório. Reservatório Monte Serrat Simão Pereira/Comendador Levy Gasparian Paraibuna Baixa/Média A cidade de Levy Gasparian está situada a jusante, nas proximidades do reservatório. Reservatório Bonfante Simão Pereira/Comendador Levy Gasparian Paraibuna Baixa/Média A cidade de Levy Gasparian está situada a jusante, nas proximidades do reservatório. Reservatório de João Penido Juiz de Fora Ribeirão dos Burros (Paraibuna) Média A cidade de Juiz de Fora está situada a jusante, nas proximidades do reservatório. Reservatório de Picada Juiz de Fora Peixe (Paraibuna) Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Reservatório de Glória Glória Glória (Muriaé) Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Barragem de rejeitos Miraí Miraí Preto (Muriaé) Baixa Sem cidades importantes a jusante do reservatório Elaboração ENGECORPS,2012 2.4 METODOLOGIA ADOTADA PARA O ESTUDO DE RUPTURA DE BARRAGENS O estudo da ruptura de barragens compreende o desenvolvimento de um modelo de simulação de cheias resultantes de eventos acidentais em barragens. De forma habitual, nesse tipo de estudos realizam-se duas análises: a primeira delas é a ruptura decorrente de falhas estruturais, que são referenciadas como rupturas de dias secos ou “Sunny Day” ou “Piping”. A segunda é a ruptura por galgamento, também denominada ruptura hidrológica. 2.4.1 Estudo da Ruptura por Falha Estrutural ou “Piping” Esse tipo de ruptura produz-se por uma falha estrutural da barragem. No caso de barragens de terra ou enrocamento, essa falha ocorre quando existem infiltrações através do corpo da barragem, de tal modo que se produz uma erosão e arraste dos materiais, que acabam causando uma ruptura. A ruptura também pode ser ocasionada por algum problema na compactação do maciço da barragem, criando-se um caminho para o fluxo de água, que acaba arrastando partículas de solo, progressivamente, resultando no fenômeno de Piping. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -15- No caso de barragens de concreto, a falha estrutural normalmente ocorre devido a problemas relacionados a deficiências do próprio concreto utilizado. 2.4.2 Estudo da Ruptura por Galgamento ou “Overtopping” A ruptura por galgamento ocorre quando o nível d’água no reservatório se eleva além da cota da crista da barragem. No caso das barragens de terra, o galgamento produz um arraste de materiais e a posterior ruptura. No caso das barragens de concreto, um galgamento não produz necessariamente uma ruptura, porém, as sobrecargas a que a barragem pode ser submetida podem conduzi-la à ruptura. Normalmente, as rupturas por galgamento devem-se a chuvas muito intensas, que produzem cheias nos cursos fluviais superiores à capacidade do vertedouro. Outro causa de uma ruptura por galgamento pode ser a ruptura a montante de outra barragem, de tal modo que a barragem de jusante é incapaz de laminar e verter todo volume advindo da barragem de montante, elevando-se o nível acima da cota da crista e provocando uma ruptura em cascata. No caso da ruptura por galgamento de uma barragem, ocasionada por chuvas intensas, as chuvas – e, consequentemente as vazões resultantes– podem ser muito diferentes, mas a associação de todas as vazões geradas concorre para elevar o nível acima da crista da barragem. Para simplificar o estudo, e dado que os efeitos são os mesmos, optou-se por realizar a simulação considerando o nível do reservatório igual à cota da crista da barragem, evitando-se a necessidade de gerar hidrogramas fictícios capazes de causar a ruptura da barragem em outros níveis. No caso dos grandes reservatórios, as vazões circulantes no rio em virtude das chuvas intensas são insignificantes em relação às vazões geradas pela ruptura das barragens (Quadro 2.7). Por isso, neste caso, não foram consideradas de forma simultânea as vazões de ruptura e as vazões para os distintos períodos de retorno (2,10,25,50,100 e 500 anos); só foi considerada a vazão média de longo termo no inicio da simulação numérica para facilitar a estabilização dos modelos hidráulicos. QUADRO 2.7 - COMPARAÇÃO ENTRE AS VAZÕES CIRCULANTES E AS VAZÕES DE RUPTURA TR 500 anos Q (m³/s) Piping Overtopping Paraibuna 371 246.117 269.410 Santa Branca 380 48.007 63.950 Jaguari 128 222.432 326.022 Funil 1.579 253.641 208.293 Chapéu d’Uvas 61 30.877 56.768 Barramento Elaboração ENGECORPS,2012 No caso das barragens de rejeito, foram analisados os efeitos das vazões para diferentes períodos de retorno (2,10,25,50,100 e 500 anos), escoando pelo rio no momento de ruptura das barragens. Neste caso, como os reservatórios são pequenos e as vazões de ruptura podem Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -16- ser da mesma ordem de grandeza que as vazões das cheias extremas, o efeito da ruptura da barragem pode ser diferente em função das vazões que escoam pelo rio. 2.4.3 Ruptura das Barragens em Cascata Uma das hipóteses analisadas nesse estudo é a ruptura de barragens em cascata no rio Paraíba do Sul. Neste caso, a ruptura de uma barragem a montante (por Piping ou por overtopping) pode produzir as rupturas sucessivas das barragens situadas a jusante, por galgamento, se elas não tiverem condições de verter a totalidade do hidrograma. No caso do presente estudo, concretamente, os possíveis cenários de ruptura em cascata são os seguintes: Ruptura Paraibuna-Paraitinga, que pode produzir a ruptura em cascata de Santa Branca e Funil; Ruptura de Santa Branca, que pode produzir a ruptura em cascata de Funil; e Ruptura de Jaguari, que pode produzir a ruptura em cascata de Funil. No entanto, apenas a primeira hipótese é possível, ou seja, a ruptura de Paraibuna-Paraitinga, causando a ruptura das barragens a jusante. A barragem de Chapéu d’Uvas, situada no rio Paraibuna não produz o rompimento das barragens localizadas a jusante, no rio Paraíba do Sul, para os cenários considerados. As barragens de rejeito simuladas se encontram em cursos fluviais secundários, e nenhuma delas se encontra a jusante de outra, de tal modo que não é possível uma ruptura em cascata. 2.4.4 Simulações Realizadas na Bacia do Rio Paraíba do Sul Para os grandes reservatórios do rio Paraíba do Sul, realizaram-se estudos de ruptura considerando as hipóteses de Piping, overtopping e as combinações pertinentes, no caso de rupturas em cascata. Para realizar esses estudos, também se teve em conta a hipótese de que após uma ruptura por Piping ou overtopping na barragem de montante, a ruptura que poderia acontecer na(s) barragem(ns) de jusante seria sempre por overtopping. Com essa hipótese, os fenômenos de Pipings se tornam independentes entre as diferentes barragens, resultando num total de oito casos de estudo. Estudou-se também a possibilidade do rompimento em cascata da barragem de Funil, no caso do rompimento das barragens de Santa Branca ou Jaguari, Em ambos os casos não ocorre galgamento de Funil, portanto, não há ruptura em cascata dessa barragem. O Quadro 2.8 apresenta os casos estudados. Em vermelho, estão assinalados os casos de ruptura das barragens; e em preto, a ruptura em cascata. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -17QUADRO 2.8 – CASOS ESTUDADOS PARA RUPTURA DAS GRANDES BARRAGENS Tipo de Ruptura Caso ParaibunaParaitinga Santa Branca Jaguari Funil Chapéu d’Uvas Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Piping Overtopping Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 Caso 10 Ruptura Ruptura em cascata Elaboração ENGECORPS,2012 No caso das barragens de rejeito, como não ocorrem rupturas em cascata, foram estudados sete casos (um de Piping e seis de overtopping) em cada uma das barragens, com um total de 21 casos, como apresenta o Quadro 2.9. QUADRO 2.9 – CASOS ESTUDADOS PARA RUPTURA DAS BARRAGENS DE REJEITO Caso Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 16 Caso 17 Caso 18 Caso 19 Caso 20 Caso 21 Tipo de Ruptura Falha estrutural Galgamento T2 Galgamento T10 Galgamento T25 Galgamento T50 Galgamento T100 Galgamento T500 Falha estrutural Galgamento T2 Galgamento T10 Galgamento T25 Galgamento T50 Galgamento T100 Galgamento T500 Falha estrutural Galgamento T2 Galgamento T10 Galgamento T25 Galgamento T50 Galgamento T100 Galgamento T500 Bom Jardim Peixes Pedra Ruptura Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -18- 2.5 UTILIZAÇÃO DO MODELO Como já comentado nos itens anteriores, a ruptura das barragens foi simulada com o módulo de ruptura incorporado ao modelo hidráulico, e a propagação dos hidrogramas foi simulada com utilização do mesmo modelo. Em alguns casos, o modelo hidráulico não atinge a zona onde estão situados os reservatórios, de tal modo que foi necessário estender os modelos para realizar a propagação hidrodinâmica completa dos hidrogramas de ruptura. Além disso, o modelo hidráulico não pode ser usado diretamente, pois a ruptura de barragens gera hidrogramas e volumes muito superiores aos das seções hidráulicas (seções topobatimétricas) definidas, não sendo essas suficientes para cobrir a totalidade da zona inundável. Por conseguinte, foi necessária a adaptação da geometria dessas seções, estendendo-as com apoio na cartografia disponível, para esse novo propósito. Os reservatórios foram modelados como áreas de armazenamento de água construídas a partir das curvas cota-volume dos mesmos. No caso da ruptura das barragens de rejeito, o material armazenado – que não se trata de água – foi considerado como fluído Newtoniano. Finalmente, é necessário ter em conta que o modelo hidráulico no caso do “Dam break” funciona em regime não permanente; portanto, tal condição foi considerada, sendo realizada adaptação pertinente do número de seções interpoladas em cada e a estimativa do tempo de cálculo adequado para uma correta simulação. Os modelos hidráulicos em regime não permanente costumam apresentar dificuldades de estabilidade; assim, a eleição desses dois parâmetros é fundamental para um correto funcionamento e estabilização dos modelos. Uma primeira aproximação do número de seções interpoladas foi feita a partir das equações de Fread e Samuel. (Equação de Fread) Em que: ∆x = Espaçamento entre seções (m) Tr= Tempo de subida da onda de cheia principal (s) C= Velocidade da onda de cheia (m/s) Para essa equação, se considerarmos o tempo de ruptura mínima usado nos modelos (0,3 horas no caso de Funil), igual ao tempo de subida da onda de cheia principal, e consideramos uma velocidade da onda de cheia igual a 1,5 vezes a velocidade numa seção (5 m/s a velocidade nas seções), o espaçamento mínimo entre seções teria que ser de 405 m. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -19- (Equação de Samuel) Em que: ∆x = Espaçamento entre seções (m) D= Profundidade média da calha do rio (m) S0 = Declividade média (m/m) Para a utilização da equação de Samuel, se considerada uma profundidade média da calha de 4 m e uma declividade média de 0,001, o espaçamento mínimo teria que ser de 600 m. Como no modelo hidráulico inicial, desenvolvido na atividade 302, se optou por uma distância entre seções interpoladas que, de forma geral, se situa no entorno dos 200 m ou inferior, este espaçamento, inferior ao mínimo calculado com as fórmulas anteriores (405 m e 600 m, respectivamente, pelas equações de Fread e Samuel), foi mantido, contribuindo para maior precisão da modelagem. Apesar do espaçamento adotado, em alguns trechos, podem ocorrer mudanças bruscas do nível d’água; nesses casos, o espaçamento foi ainda mais reduzido, de forma a se obter uma maior estabilização do modelo. Quanto ao tempo de cálculo, a equação de Courant permite uma primeira aproximação do tempo mínimo necessário para a estabilização do modelo, ao mesmo tempo em que minimiza o os eventuais erros: (Equação de Courant) Em que: Vw = Velocidade da onda de cheia (m/s) ∆x = Espaçamento entre seções (m) ∆t = Tempo de cálculo (s) Nesse caso, quanto maior é a velocidade da onda de cheia, menor é o tempo de calculo. Considerou-se a velocidade da onda, igual ao utilizado no calculo da equação de Fread,1,5 vezes a velocidade numa seção, e utilizou-se uma velocidade na seção de 10 m/s. O espaçamento usado nas seções foi de 200 m, como descrito anteriormente. Com isso, o tempo mínimo de calculo tem que ser igual ou inferior a 15 segundos. Nos modelos realizados optouse por um tempo de cálculo igual a 10 segundos. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -20- 2.6 PARÂMETROS DE CÁLCULO PARA A RUPTURA DAS BARRAGENS 2.6.1 Descrição dos Parâmetros Necessários Existem diferentes metodologias para o cálculo das brechas e dos hidrogramas gerados. Essas metodologias podem ser empíricas, baseadas em modelos físicos ou semifísicos, modelos estocásticos ou modelos paramétricos. Segundo já exposto, no presente estudo, foi utilizado o software HEC-RAS, que permite o cálculo dos hidrogramas de ruptura a partir de uma série de parâmetros. Ademais, permite o cálculo da brecha por galgamento (overtopping) e por falha estrutural (Piping). São necessários parâmetros físicos da barragem e parâmetros que caracterizam a forma e o tempo da ruptura: Top Elevation (M): cota da crista da barragem; Bottom Elevation (M): elevação do fundo da brecha; Bottomwidth (M): abertura inferior máxima do trapézio formado pela brecha; Leftslope (xH:1V): declividade do talude formado no lado esquerdo da brecha; Rightslope (xH:1V): declividade do talude formado no lado direito da brecha; Development time (HR): tempo de formação da brecha até atingir a sua abertura máxima; Trigger method: método que dá início à ruptura. Pode ser o tempo, ou uma elevação ou uma combinação de tempo e elevação. Neste trabalho, foi utilizada uma elevação, no caso dos grandes reservatórios, e um tempo e uma elevação no caso das barragens de rejeito; Trigger elevation (M): nível d’água em que se inicia a ruptura. Neste trabalho, optou-se por considerar um nível igual ao Nível Máximo Normal no caso de ruptura por Piping e um nível igual à cota da crista da barragem, no caso de ruptura por overtopping; Progression method: tipo de progressão da abertura. Como não se conhece como será a evolução real, utilizou-se em todos os casos uma evolução linear. No caso de ruptura por Piping, devem ser considerados os seguintes parâmetros adicionais: Piping elevation: cota em que se produz a falha estrutural; Pipingco efficient: coeficiente de Piping. Utilizou-se o valor de 0,5.1 Os parâmetros que definem a forma da brecha e o tempo de formação da brecha, que são utilizados pelo modelo, podem ser calculados a partir de algumas recomendações constantes do documento Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidroelétricas (Eletrobras,2003) apresentados no Quadro 2.10. 1 Trata-se de coeficiente de orifício, cujo valor comumente utilizado é 0,8; porém, no caso de simulações dam break, o valor 0,5 é usualmente adotado, para considerar perdas de carga da ruptura; o valor de 0,5 é o valor recomendado no manual do HEC-RAS. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -21QUADRO 2.10 – CRITÉRIOS PARA CÁLCULO DOS PARÂMETROS DO DAM BREAK Tipo de Barragem Tempo de Ruptura Forma da Ruptura/ Profundidade da Brecha Largura da Brecha Arco Menor do que 0,1 horas Declividade da lateral da brecha entre zero e a declividade do vale Comprimento da crista Contraforte Entre 0,1 h e 0,3 h Declividade da lateral da brecha normalmente igual a zero Múltiplos trechos Gravidade Entre 0,1 h e 0,3 h Declividade da lateral da brecha normalmente igual a zero Um ou mais trechos (usualmente menor do que metade do comprimento da crista) Terra e enrocamento Entre 0,1 e 1 h (compactada) e entre 0,1 h e 0,5 h (não compactada) Declividade da lateral da brecha entre 0,25 e 1 Entre 1 e 5 vezes a altura da barragem (normalmente entre 2 a 4 vezes) Fonte: Eletrobras,2003 O mesmo documento recomenda calcular as larguras e os tempos de formação da brecha a partir das equações de Fread e Harbaugh. (Equação de Fread e Harbaugh) Em que: T= tempo de ruptura(h); V= volume do reservatório (m³); H= profundidade a montante, acima do fundo da brecha (m); (Equação de Fread e Harbaugh) B= largura média (m); K0 = 0,7 para Piping e 1,0 para galgamento; V= volume do reservatório em (m³); H= profundidade a montante, acima do fundo da brecha (m). 2.6.2 Cálculo do Tempo de Ruptura O tempo de formação da brecha é um dos parâmetros mais importantes na obtenção dos hidrogramas de ruptura. Quanto maior é o tempo de formação de brecha, mais laminados são os hidrogramas resultantes. Com base no Quadro 2.9 e nas equações anteriores, realizou-se uma primeira aproximação aos valores do tempo de ruptura para cada uma das barragens, e uma posterior análise de sensibilidade dos parâmetros obtidos. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -22- No caso dos reservatórios de Paraibuna-Paraitinga, Santa Branca, Jaguari e Chapéu d’Uvas (barragens de terra), optou-se por utilizar o limite superior do tempo recomendado pela Eletrobras, pois a equação de Fread e Harbaugh tem como resultado valores muito maiores, que ficaria fora dos limites razoáveis, embora os hidrogramas resultantes fossem mais abatidos. No caso do reservatório de Funil (barragem de concreto, em arco), considerou-se o tempo recomendado pela Eletrobras, de 0,10 h, pois, com a equação de Fread e Harbaugh, o tempo seria muito maior 2,10 h, e sabe-se que em barragens em arco a ruptura é praticamente instantânea. Porém, com o objetivo de garantira estabilidade do modelo, foi necessário incrementar esse valor para0,3 horas, para obter um modelo com resultados coerentes e sem problemas de estabilidade. No caso das barragens de rejeito, a equação de Fread e Harbaugh resulta em valores de tempo de formação de brecha que ficam dentro dos limites estabelecidos pela Eletrobras (entre 0,1h e 1 h). Como os valores são razoáveis, optou-se por utilizá-los. O Quadro 2.11 apresenta os tempos de formação de brecha adotados. QUADRO 2.11 – TEMPO DE FORMAÇÃO DA BRECHA Barragem Tempo de formação da brecha (Fread e Harbaugh) (h) Tempo de formação da brecha (Eletrobras,2005) (h) Tempo de formação adotado (h) Paraibuna-Paraitinga 3,85 Entre 0,10 e 1,00 1,00 Santa Branca 2,53 Entre 0,10 e 1,00 1,00 Jaguari 2,78 Entre 0,10 e 1,00 1,00 Funil 2,10 <0,10 0,30 Chapéu d’Uvas 1,51 Entre 0,10 e 1,00 1,00 Bom Jardim 0,38 Entre 0,10 e 1,00 0,38 Pedra 0,38 Entre 0,10 e 1,00 0,38 Peixes 0,28 Entre 0,10 e 1,00 0,28 Elaboração ENGECORPS,2012 Dada a incerteza existente na determinação do tempo de formação de brecha, realizou-se uma análise de sensibilidade nos cinco grandes reservatórios, a fim de quantificar a influência desse parâmetro nos hidrogramas gerados. As Figuras 2.3 a 2.12 apresentam os resultados desta análise, a jusante da barragem e na primeira cidade a jusante da mesma. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -23- 300000 Tempo de Formação (h) 1 Tempo de Formação (h) 2 250000 Tempo de Formação (h) 3 Tempo de Formação (h) 1 (jusante) Vazão (m³/s) 200000 Tempo de Formação (h) 2 (jusante) Tempo de Formaçao (h) 3 (jusante) 150000 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.3 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga por Piping 300000 Tempo de Formação (h) 1 Tempo de Formação (h) 2 250000 Tempo de Formaçao (h) 3 Tempo de Formação (h) 1 (jusante) Tempo de Formação (h) 2 (jusante) Tempo de Formaçao (h) 3 (jusante) 150000 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) 200000 Tempo (h) Figura 2.4 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -24- 50000 Tempo de Formação (h) 1 45000 Tempo de Formação (h) 2 Vazão (m³/s) 40000 Tempo de Formação (h) 3 35000 Tempo de Formação (h) 1 (jusante) 30000 Tempo de Formação (h) 2 (jusante) Tempo de Formaçao (h) 3 (jusante) 25000 20000 15000 10000 5000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.5 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Santa Branca por Piping 50000 Tempo de Formação (h) 1 45000 Tempo de Formação (h) 2 Vazão (m³/s) 40000 Tempo de Formaçao (h) 3 35000 Tempo de Formação (h) 1 (jusante) 30000 Tempo de Formação (h) 2 (jusante) Tempo de Formaçao (h) 3 (jusante) 25000 20000 15000 10000 5000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.6 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Santa Branca por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -25- 250000 Tempo de Formação (h) 1 Tempo de Formação (h) 2 200000 Tempo de Formação (h) 3 Vazão (m³/s) Tempo de Formação (h) 1 (jusante) Tempo de Formação (h) 2 (jusante) 150000 Tempo de Formação (h) 3 (jusante) 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.7 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Jaguari por Piping 400000 Tempo de Formação (h) 1 350000 Tempo de Formação (h) 2 Tempo de Formação (h) 3 300000 250000 Tempo de Formação (h) 2 (jusante) Tempo de Formação (h) 3 (jusante) 200000 150000 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) Tempo de Formação (h) 1 (jusante) Tempo (h) Figura 2.8 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Jaguari por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -26- 120000 Tempo de Formação (h) 0.3 110000 Tempo de Formação (h) 0.8 100000 Tempo de Formação (h) 1.5 90000 Tempo de Formação (h) 0.3 (jusante) Vazão (m³/s) 80000 Tempo de Formação (h) 0.8 (jusante) 70000 Tempo de Formaçao (h) 1.5 (jusante) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.9 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Funil por Piping 120000 Tempo de Formação (Hr) 0.3 110000 Tempo de Formação (Hr) 0.8 100000 Tempo de Formaçao (Hr) 1.5 90000 Tempo de Formação (Hr) 0.3 (jusante) Tempo de Formação (Hr) 0.8 (jusante) 70000 Tempo de Formaçao (Hr) 1.5 (jusante) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) 80000 Tempo (h) Figura 2.10 – Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Funil por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -27- Figura 2.11 - Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Chapéu d’Uvas por Pipping Figura 2.12 - Influência do Tempo de Formação da Brecha na ruptura da barragem de Chapéu d’Uvas por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -28- Nos gráficos anteriores, observa-se que o tempo de formação da brecha tem uma influência importante nos hidrogramas de ruptura a jusante da barragem; as vazões máximas apresentam diferenças consideráveis em função do tempo de ruptura, com valores menores quanto maior é o tempo de ruptura. Ademais, o incremento do tempo de ruptura também retarda o tempo de geração da vazão máxima. O comportamento é um pouco diferente no caso do reservatório de Funil, em que a vazão máxima não é necessariamente gerada pelo menor tempo. Isso pode acontecer, em função de uma restrição nas seções imediatamente a jusante do reservatório e de uma menor capacidade hidráulica das mesmas. Na primeira cidade a jusante, as vazões máximas ficam muito semelhantes, mas o tempo de formação da brecha é importante para determinar o tempo de geração dos picos das vazões, ficando os hidrogramas deslocados para frente, no tempo, quanto maior é o tempo de ruptura. Assim, e numa postura conservadora, mostrou-se mais razoável utilizar tempos de ruptura menores, pois, apesar deles não influenciarem os valores dos picos de vazão nas zonas urbanas, interferem no tempo de chegada dos hidrogramas nessas zonas. 2.6.3 Cálculo da Largura da Brecha A largura da brecha é o segundo parâmetro mais importante na obtenção dos hidrogramas de ruptura. Quanto maior é a largura da brecha, maiores são os picos registrados. Com base no Quadro 2.9 e nas equações apresentadas anteriormente, realizou-se uma primeira aproximação dos valores do tempo de ruptura para cada uma das barragens, e uma posterior análise de sensibilidade dos parâmetros obtidos nos quatro grandes reservatórios da bacia. Para esse parâmetro é importante ter em conta a forma da barragem, pois as larguras de brecha podem ser diferentes, no caso de Piping ou de overtopping. Isso ocorre no caso das barragens de terra de Paraibuna-Paraitinga, Santa Branca e Jaguari, pois nos três casos, as barragens são formadas por dois barramentos muito próximos, separados por uma zona de terreno natural. Isto conduziu a considerar as seguintes hipóteses: Dam Break por Piping. Na ruptura por Piping, só se considerou a ruptura em uma das estruturas de barramento, porque a ruptura simultânea de ambas se basearia no fato de que são fenômenos dependentes, quando na realidade, não são. Dam Break por overtopping. Na ruptura por overtopping, considerou-se o rompimento simultâneo das duas estruturas, uma vez que o galgamento deverá ocorrer ao longo de todo o comprimento da barragem. Para os cinco grandes reservatórios, utilizando-se as equações de Fread e Harbaugh, chegou-se a uma largura de brecha superior ao comprimento total da barragem; já pelo critério da Eletrobras, a largura da brecha resultou menor que o comprimento da barragem. Optou-se, assim, por adotar larguras médias da brecha iguais ao comprimento da barragem, resultando em hidrogramas com picos maiores, responsáveis pela ruptura total das estruturas de barramento, num cenário conservador. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -29- No caso da barragem de rejeitos de Bom Jardim, a brecha média adotada também foi a correspondente a uma ruptura total da barragem, visto que tanto pelas equações de Fread e Harbaugh como pelo critério da Eletrobras, a largura da brecha resultou maior que o comprimento da barragem. No caso das barragens de rejeito de Pedra e dos Peixes, a brecha calculada pelo critério da Eletrobras resultou inferior ao comprimento das barragens, tendo-se adotado, também num cenário conservador, os valores obtidos pelas equações de Fread e Harbaugh, que se mostraram maiores. O Quadro 2.12 apresenta os valores das larguras de brechas utilizados. QUADRO 2.12 – BRECHAS UTILIZADAS Barragem Comprimento da Barragem na Cota de Coroamento (m) Brecha Média Piping (Fread e Harbaugh) (m) Brecha Média Overtopping (Fread e Harbaugh) (m) Brecha Média (Eletrobras,2005) (m) Brecha Média Adotada Piping (m) Brecha Média Adotada Overtopping (m) ParaibunaParaitinga 595,00 1.265,00 1807 312,00 530,00 1045,00 Santa Branca 365,00 575,00 821 144,00 335,00 405,00 Jaguari 416,00 831,00 1187 223,00 370,00 577,00 Funil 385,00 792,00 1131 385,00 385,00 385,00 Chapéu d’Uvas 330 547 547 120 305,00 305,00 Bom Jardim 65,76 123,00 176 69,00 51,00 51,00 Pedra 267,86 112,00 159 60,00 112,00 159,00 Peixes 261,00 100,00 142 65,00 100,00 142,00 Elaboração ENGECORPS,2012 Em relação à inclinação das laterais do trapézio formado pela brecha, consideraram-se as declividades descritas no Quadro 2.9, com valor de 0,625, no caso das barragens de terra (Paraibuna-Paraitinga, Santa Branca, Jaguari, Chapéu d’Uvas e barragens de rejeito) e com uma ruptura totalmente vertical no caso de Funil (barragem de concreto). Em alguns casos, quando ocorre ruptura total da barragem, a declividade foi adaptada para ficar coerente com a forma da seção natural do terreno, que possui menor declividade. Da mesma forma como feito para o tempo de ruptura, realizou-se uma análise de sensibilidade deste parâmetro nos quatro grandes reservatórios, visando quantificar a influência do mesmo nos hidrogramas gerados. Nas Figuras 2.13 a 2.22 apresentam-se os resultados desta análise, a jusante da barragem e na primeira cidade a jusante da mesma. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -30- 300000 Largura max da brecha 150 (m) Largura max da brecha 300 (m) 250000 Largura max da brecha 585 (m) Largura max da brecha 150 (m) (jusante) Vazão (m³/s) 200000 Largura max da brecha 300 (m) (jusante) 150000 Largura max da brecha 585 (m) (jusante) 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.13 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga por Piping 300000 Largura max da brecha 350 (m) Largura max da brecha 700 (m) 250000 Largura max da brecha 1100 (m) Largura max da brecha 350 (m) (jusante) Largura max da brecha 700 (m) (jusante) Largura max da brecha 1100 (m) (jusante) 150000 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) 200000 Tempo (h) Figura 2.14 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -31- 50000 Largura max da brecha 100 (m) 45000 Largura max da brecha 250 (m) Vazão (m³/s) 40000 Largura max da brecha 365 (m) 35000 Largura max da brecha 100 (m) (jusante) 30000 Largura max da brecha 250 (m) (jusante) Largura max da brecha 365 (m) (jusante) 25000 20000 15000 10000 5000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.15 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Santa Branca por Piping 50000 Largura max da brecha 150 (m) 45000 Largura max da brecha 300 (m) Largura max da brecha 435 (m) 35000 Largura max da brecha 150 (m) (jusante) 30000 Largura max da brecha 300 (m) (jusante) Largura max da brecha 435 (m) (jusante) 25000 20000 15000 10000 5000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) 40000 Tempo (h) Figura 2.16 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Santa Branca por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -32- 250000 Largura max da brecha 150 (m) Largura max da brecha 300 (m) 200000 Largura max da brecha 418 (m) Vazão (m³/s) Largura max da brecha 150 (m) (jusante) Largura max da brecha 300 (m) (jusante) 150000 Largura max da brecha 418 (m) (jusante) 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.17 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Jaguari por Piping 400000 Largura max da brecha 300 (m) 350000 Largura max da brecha 500 (m) Largura max da brecha 623 (m) 300000 Largura max da brecha 500 (m) (jusante) Largura max da brecha 623 (m) (jusante) 200000 150000 100000 50000 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 0 1 Vazão (m³/s) Largura max da brecha 300 (m) (jusante) 250000 Tempo (h) Figura 2.18 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Jaguari por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -33- 120000 Largura max da brecha 150 (m) 110000 Largura max da brecha 300 (m) 100000 Largura max da brecha 550 (m) 90000 Largura max da brecha 150 (m) (jusante) Vazão (m³/s) 80000 Largura max da brecha 300 (m) (jusante) 70000 Largura max da brecha 550 (m) (jusante) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.19 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Funil por Piping 120000 Largura max da brecha 200 (m) 110000 Largura max da brecha 350 (m) 100000 Largura max da brecha 550 (m) 90000 Largura max da brecha 200 (m) (jusante) Largura max da brecha 350 (m) (jusante) 70000 Largura max da brecha 550 (m) (jusante) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) 80000 Tempo (h) Figura 2.20 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Funil por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -34- Figura 2.21 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Chapéu d’Uvas por Piping Figura 2.22 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Chapéu d’Uvas por Overtopping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -35- Nos gráficos anteriores observa-se que a largura da brecha tem uma influência importante nos hidrogramas de ruptura resultantes a jusante da barragem. As vazões de pico apresentam diferenças consideráveis2 em função da largura da brecha, com valores maiores para a vazão de pico quanto maior é a largura de brecha. Contudo, a largura da brecha não influi no instante de ocorrência do pico de vazão. Também a jusante, na primeira cidade, observa-se que a influência da largura da brechanas vazões de pico vai decrescendo, com tendência à uniformização, embora tal uniformização não seja tão grande como no caso da influência do parâmetro “tempo de formação da brecha”, conforme antes exposto. Assim, e num cenário conservador, mostrou-se mais razoável adotar larguras de brecha iguais ao comprimento da crista da barragem, pois, apesar dessa largura não influenciar muito os picos dos hidrogramas nas zonas urbanas, os hidrogramas gerados são um pouco maiores nesse caso. 2.6.4 Cálculo da Cota de Início do “Piping” No caso de ruptura por falha estrutural ou Piping, também é necessário definir a cota em que se inicia a ruptura. Neste caso, a Eletrobras não fornece nenhuma recomendação; portanto, realizou-se uma análise de sensibilidade desse parâmetro nos cinco grandes reservatórios para estabelecer a sua influência, conforme apresentado nas Figuras 2.23 a 2.27. 300000 Cota Inicial Piping 680 Cota Inicial Piping 700 250000 Cota Inicial Piping 720 Cota Inicial Piping 680 (jusante) Vazão (m³/s) 200000 Cota Inicial Piping 700 (jusante) Cota Inicial Piping 720 (jusante) 150000 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.23 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga por Piping 2 À exceção de Paraibuna-Paratinga, no caso de overtopping, e Funil, em que as diferenças são menores, devido à geometria das seções a jusante e do volume do reservatório, que contribuem para reduzir o efeito da largura da brecha Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -36- 50000 Cota Inicial Piping 577 45000 Cota Inicial Piping 600 Vazão (m³/s) 40000 Cota Inicial Piping 625 35000 Cota Inicial Piping 577 (jusante) 30000 Cota Inicial Piping 600 (jusante) Cota Inicial Piping 625 (jusante) 25000 20000 15000 10000 5000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.24 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Santa Branca por Piping 250000 Cota Inicial Piping 593 Cota Inicial Piping 610 200000 Cota Inicial Piping 630 Cota Inicial Piping 610 (jusante) 150000 Cota Inicial Piping 630 (jusante) 100000 50000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) Cota Inicial Piping 593 (jusante) Tempo (h) Figura 2.25 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Jaguari por Piping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -37- 120000 Cota Inicial Piping 425 110000 Cota Inicial Piping 450 100000 Cota Inicial Piping 468 90000 Cota Inicial Piping 425 (jusante) Vazão (m³/s) 80000 Cota Inicial Piping 450 (jusante) 70000 Cota Inicial Piping 468 (jusante) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Tempo (h) Figura 2.26 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Funil por Piping 50000 Cota Inicial Piping 710 Cota Inicial Piping 730 40000 Cota Inicial Piping 725.5 Cota Inicial Piping 730 (jusante) 30000 Cota Inicial Piping 725.5 (jusante) 20000 10000 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Vazão (m³/s) Cota Inicial Piping 710 (jusante) Tempo (h) Figura 2.27 – Influência da largura de brecha na ruptura da barragem de Chapéu d’Uvas por Piping Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -38- De forma geral, observa-se que a influência desse parâmetro é muito pequena e, quanto menor for a cota de início do Piping, maiores são as vazões de pico geradas. Diante desse fato, procurou-se situar essa cota no pé da barragem, porém, o procedimento não foi possível em todos os casos, devido às instabilidades numéricas do modelo hidráulico. Tais instabilidades constituem entraves aos modelos, que não encontram uma solução com os dados de entrada. O esquema matemático de cálculo em regime variável dificulta as iterações realizadas, e quando se produzem mudanças muito bruscas nas vazões, geometrias etc. o modelo não se desenvolve normalmente, sendo necessário, às vezes, ajustar alguns parâmetros (erros aceitáveis, parâmetros de ruptura, etc.) para minimizar as mudanças bruscas e facilitar a operação do modelo. 2.7 HIPÓTESES DE FUNCIONAMENTO DOS ÓRGÃOS DE DESCARGA DOS RESERVATÓRIOS NO CASO DE RUPTURA EM CASCATA Como já foi explicado nos itens anteriores, foram estudados os seguintes casos de ruptura em cascata: Paraibuna-Paraitinga, Santa Branca e Funil. Estudaram-se também os seguintes casos, porém, sem a consideração da ruptura em cascata: Santa Branca e Funil; e Jaguari e Funil. Conforme também já exposto, a ruptura em cascata ocorre quando rompe uma barragem a montante e as barragens a jusante não retêm a totalidade do volume do hidrograma, através dos vertedouros e outras estruturas de descarga, produzindo-se um incremento de nível até a cota máxima da barragem e, finalmente, ocorrendo um galgamento que pode provocar a ruptura. Para a modelização de uma ruptura em cascata é necessário estabelecer hipóteses de funcionamento das estruturas de descarga dos reservatórios situados a jusante; a hipótese mais razoável é considerar que as barragens a jusante abrem ao máximo as suas comportas e outras estruturas de descarga, a fim de evitara ruptura. A seguir, descrevem-se as hipóteses consideradas no caso dos dois reservatórios que podem romper em cascata, que são Santa Branca e Funil. 2.7.1 Santa Branca No caso da barragem de Santa Branca, que se situa muito próximo da barragem de ParaibunaParaitinga, considerou-se razoável manter as estruturas de descarga fechadas, pois os operadores da barragem não teriam tempo de abri-las no caso de uma ruptura da barragem de montante. Na realidade, considerar uma hipótese ou outra não muda os resultados, porque o volume de Paraibuna-Paraitinga é muito grande em comparação ao volume de Santa Branca, ocorrendo a ruptura de Santa Branca mesmo com as estruturas de descarga abertas. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -39- 2.7.2 Funil O reservatório de Funil pode liberar volumes hídricos através das suas turbinas, das descargas de fundo e dos vertedouros. Considerou-se que as comportas dos vertedouros estivessem totalmente abertas, e também uma descarga através das válvulas de fundo, das quais, se dispõe de informações detalhadas; desconsiderou-se a descarga pelas turbinas, a favor da segurança. O reservatório dispõe de um vertedouro com uma comporta na margem direita de 11,47 m de largura e 16,53 m de altura, e outro vertedouro com duas comportas na margem esquerda, de 13,00 m de largura e 14,16 m de altura. Os Quadros 2.13,2.14 e 2.15 apresentam as curvas de descarga dessas estruturas. QUADRO 2.13 – BARRAGEM DE FUNIL - DESCARGA MÁXIMA DO VERTEDOURO DA MARGEM DIREITA Cota (m) Vazão (m³/s). Abertura máxima da comporta. Cota (m) Vazão (m³/s). Abertura máxima da comporta 450,5 0,00 459,0 545,13 450,6 0,47 459,5 596,98 451,0 6,05 460,0 650,56 451,5 18,17 460,5 705,83 452,0 34,61 461,0 762,76 452,5 54,66 461,5 821,31 453,0 77,93 462,0 881,45 453,5 104,12 462,5 943,15 454,0 133,03 463,0 1.006,39 454,5 164,48 463,5 1.071,14 455,0 198,35 464,0 1.137,37 455,5 234,51 464,5 1.205,07 456,0 272,87 465,0 1.274,20 456,5 313,35 465,5 1.344,76 457,0 355,87 466,0 1.416,72 457,5 400,36 466,5 1.490,07 458,0 446,77 467,0 1.563,14 458,5 495,04 Fonte: Furnas, 2011 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -40QUADRO 2.14 – BARRAGEM DE FUNIL - DESCARGA MÁXIMA DO VERTEDOURO DA MARGEM ESQUERDA, COM UMA COMPORTA ABERTA Cota (m) Vazão (m³/s). Abertura máxima de uma comporta 453,5 453,6 454,0 454,5 455,0 455,5 456,0 456,5 457,0 457,5 458,0 458,5 459,0 459,5 460,0 0,00 0,67 8,17 24,06 45,26 70,88 100,38 133,39 169,64 208,91 251,04 295,88 343,29 393,19 445,48 Cota (m) Vazão (m³/s). Abertura máxima de uma comporta 460,5 461,0 461,5 462,0 462,5 463,0 463,5 464,0 464,5 465,0 465,5 466,0 466,5 467,0 500,06 556,87 615,85 676,93 740,05 805,17 872,23 941,20 1.012,04 1.084,70 1.159,15 1.235,36 1.313,30 1.391,15 Fonte: Furnas,2011 QUADRO 2.15 – BARRAGEM DE FUNIL - DESCARGA MÁXIMA DA VÁLVULA DE FUNDO Cota (m) Vazão abertura máxima válvula fundo (m³/s) Cota (m) Vazão abertura máxima válvula fundo (m³/s) 415 85,79 442 163,77 416 89,92 443 165,95 417 93,88 444 168,09 418 97,66 445 170,21 420 104,82 446 172,30 421 108,22 447 174,36 422 111,51 448 176,40 423 114,70 450 180,41 424 117,81 451 182,38 425 120,84 452 184,33 426 123,79 453 186,26 427 126,66 454 188,16 428 129,48 455 190,05 430 134,93 456 191,92 431 137,57 457 193,77 432 140,16 458 195,61 433 142,70 460 199,22 434 145,19 461 201,00 435 147,65 462 202,77 436 150,06 463 204,52 437 152,43 464 206,25 438 154,77 465 207,97 440 159,34 466 209,68 441 161,57 467 211,37 Fonte: Furnas,2011 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -41- 2.8 INFLUÊNCIA PARAIBUNA DOS PEQUENOS RESERVATÓRIOS SITUADOS NA CALHA DO RIO PARAÍBA E Existem pequenos reservatórios ao longo do rio Paraíba que, por seu pequeno volume, podem ser desprezados no âmbito de um estudo de ruptura. Contudo esses reservatórios podem provocar uma desaceleração na propagação da onda de cheia, causando assim um remanso, agravando a situação a montante. Por isso pequenos reservatórios, como por exemplo, Queluz, Lavrinhas, Santa Cecília, Anta e Itacocara, foram considerados no inicio da simulação, em seu nível máximo normal. Também foram considerados, no inicio da simulação, em seu nível máximo normal, os pequenos reservatórios do rio Paraibuna. 2.9 ZONA AFETADA A JUSANTE DA RUPTURA É importante limitar o trecho fluvial de jusante para realizar o estudo da inundação provocada pelo rompimento das barragens; de acordo com o Termo de Referência, a modelagem de ruptura de barragens foi realizada até os pontos julgados como vulneráveis. Para a determinação da extensão desse trecho, existem diferentes critérios utilizados no mundo: Foz do rio (ALMEIDA,2001); Confluência com outro rio (ALMEIDA,2001); Ponto onde os níveis d’água simulados sejam da mesma ordem de grandeza dos níveis correspondentes a cheias de um determinado período de retorno, ou da maior cheia conhecida (ALMEIDA,2001); Uma seção onde sejam verificados níveis d’água inferiores a um valor predeterminado (1m, por exemplo) (ALMEIDA,2001); Uma seção a partir da qual seja considerado que a intensidade do evento é aceitável (ALMEIDA,2001); Vazão máxima inferior à capacidade da calha, sem que se produzam inundações significativas nem nas margens e nem a jusante (ESPANHA,2001); Até o seguinte reservatório (ESPANHA,2001); Em função do volume do reservatório (Quadro 2.16): QUADRO 2.16 – EXTENSÃO DO TRECHO DE CÁLCULO EM FUNÇÃO DO VOLUME DO RESERVATÓRIO Volume do reservatório Distância 0,2 hm³< V < 2 hm³ Maior a 5 km 2 hm³< V < 20 hm³ Maior a 20 km V > 20 hm³ Maior a 60 km Fonte: NRM,2002 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -42- Valores de vazão inferiores à cheia de 100 anos de período de retorno. Mais recentemente, reduziu-se a cheias inferiores a 10 anos de período de retorno (ALMEIDA,2003); Seção com uma vazão menor à da máxima cheia registrada (ALMEIDA,2003); Seção onde a vazão não estabelece riscos para a vida humana (ALMEIDA,2003); Seção com níveis d’água inferiores a 1 metro, medidos a partir do nível que se espera atingir em cheias normais (ALMEIDA,2003); Até uma distância a mais de 3 horas da frente de cheia (ALMEIDA,2003); 50 km a jusante da barragem (ALMEIDA,2003); 30 km a jusante da barragem (GRAHAM,1999). Analisando todos os critérios acima relacionados e comparando-os com os resultados obtidos na modelagem hidráulica previamente realizada, verifica-se que alguns desses critérios não são suficientes, como por exemplo, considerar apenas a análise num trecho de 30 km a jusante do reservatório. Considerou-se que o mais conveniente é realizar uma simulação com o modelo hidráulico até o ponto em que os hidrogramas gerados não estejam transbordando para as planícies de inundação, e os valores de vazão sejam inferiores às cheias máximas, porque nesse caso já existe uma caracterização das manchas de inundação, realizada no relatório R05. Como referência considerou-se que não é necessário estudar as zonas que têm uma vazão máxima situada entre os 10 e 100 anos de período de retorno, como recomenda Almeida (2003). Portanto, no caso dos reservatórios de Santa Branca e Jaguari, que não produzem uma ruptura em cascata em Funil, o estudo foi realizado até o reservatório de Funil. No caso do reservatório de Chapéu d’Uvas, que não produz ruptura em cascata, o estudo foi realizado até a confluência do rio Paraibuna com o rio Paraíba do Sul. No caso de Paraibuna-Paraitinga, que produz a ruptura em cascata de Santa Branca e Funil, o trecho estudado se estendeu até a cidade de São Fidelis (foz da bacia), onde as vazões de pico têm valores próximos às cheias entre 25 e 50 anos de período de retorno, tendo em vista que o efeito do seu rompimento se propaga até esse trecho em níveis significativos; neste caso, foi considerado o efeito da maré, e apresentadas as manchas de inundação até essa cidade. No caso de Funil, o estudo se estendeu até a usina de Ilha dos Pombos, onde as vazões de pico têm valores próximos à cheia de 10 anos de período de retorno. No caso das barragens de rejeito, optou-se por estudar os trechos de rio em função de duas hipóteses, uma para ruptura por falha estrutural, e outra para ruptura por galgamento. No caso de ruptura por falha estrutural optou-se por estudar o hidrograma gerado até que as vazões de pico fossem iguais ou inferiores à vazão de 10 anos de período de retorno (em alguns casos inclusive inferiores à vazão de 2 anos de período de retorno). Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -43- No caso de ruptura por galgamento optou-se por estudar o hidrograma de ruptura até que as vazões de pico fossem menores que 15% da vazão correspondente a cada período de retorno, porcentagem adotada com base na experiência da consultora em trabalhos anteriores. No caso da barragem de Bom Jardim foi suficiente estudar o hidrograma de ruptura até a jusante da cidade de Muriaé, onde os efeitos da ruptura já são insignificantes. Nos casos das barragens de Peixes e da Pedra, foi suficiente estudar até a jusante da cidade de Juiz de Fora, onde os efeitos da ruptura também já se mostram insignificantes. É importante ter em conta que, no caso das barragens de rejeito, por se situarem fora dos cursos fluviais principais (objeto das modelagens hidrológica e hidráulica), o modelo hidráulico foi ampliado; esse procedimento foi efetuado inserindo seções transversais no modelo, elaboradas com base na cartografia disponível (escala 1:50.000) . Devido ao pequeno nível de detalhamento das informações obtidas, devido à escala da cartografia disponível, não se considerou conveniente gerar manchas de inundação logo a jusante das barragens, fora dos cursos fluviais principais, pelas grandes imprecisões resultantes. Dessa forma, para a barragem de Bom Jardim, a mancha de inundação gerada se inicia a montante da cidade de Miraí, enquanto nos casos das barragens da Pedra e dos Peixes, as manchas de inundação geradas têm início no bairro de Benfica, na cidade de Juiz de Fora. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -44- 3. RESULTADOS DA MODELAGEM DA RUPTURA DE BARRAGENS Neste capítulo, apresentam-se os resultados obtidos pela modelagem de ruptura de barragens, constituídos por quadros-resumo e pelos hidrogramas resultantes nas áreas urbanas afetadas. Os mapas com as manchas de inundação e das profundidades estão apresentados no Tomo II e III, respectivamente. Com relação às manchas de inundação, é importante destacar que os modelos de dam break trabalham em regime não permanente e com vazões maiores que aquelas consideradas na modelagem hidráulica objeto da Atividade 302. Assim, os resultados obtidos podem ser diferentes, embora as vazões máximas, em alguns casos, sejam semelhantes. Da mesma forma, é importante considerar que as informações de partida (Imagens Aster) e a própria concepção do modelo hidráulico (unidimensional) requerem interpretação das manchas de inundação para uma maior coerência dos resultados. Ainda, nos trechos fluviais secundários (caso das barragens de rejeito), não se dispõe de valores de profundidade precisos; para contornar tal dificuldade, adotou-se o valor zero. O mesmo procedimento foi adotado para o reservatório de Funil, para o qual também não se dispõe de informação de profundidades, tomando-se também o valor 0. Vale salientar também que, para a representação gráfica das manchas de inundação, optou-se por eliminar dos mapas as zonas não inundáveis situadas dentro da calha principal dos cursos d’água, representando-se unicamente uma envoltória de inundação, já que em alguns casos, as “ilhas” não inundáveis interiores podem dificultar de forma considerável a representação gráfica dos resultados. No caso das barragens de rejeito, o estudo do efeito das cheias foi realizado para diferentes períodos de retorno, resultando num total de seis casos de ruptura por galgamento e um caso de ruptura por falha estrutural. Para a reapresentação gráfica das manchas de inundação, optou-se por representar os dois cenários extremos entre os sete simulados: a ruptura por falha estrutural, que provocará menor inundações ao estar a calha do rio com baixa vazão; e a ruptura por galgamento associada à cheia de 500 anos de período de retorno, que provocará a maior inundação, considerando que estará escoando pela calha do rio uma grande vazão). 3.1 GRANDES RESERVATÓRIOS DA BACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL 3.1.1 Paraibuna-Paraitinga A ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga produz vazões maiores no caso de overtopping do que no caso de Piping, o que seria esperado, tendo em vista o volume hídrico adicional necessário para a ruptura por overtopping. Entretanto, a diferença dos valores das vazões é somente de 9%, sendo 270.000 m³/s no caso de overtopping, e 245.000 m³/s no caso de Piping. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -45- A ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga produz a ruptura em cascata da barragem de Santa Branca. Observa-se que, como o volume de Santa Branca é muito pequeno em comparação ao volume de Paraibuna-Paraitinga (da ordem de 10%), as vazões geradas a jusante de Santa Branca não sofrem acréscimos expressivos em relação às vazões geradas a montante do reservatório. Os valores são de 130.000 m³/s no caso de Piping em Santa Branca e de 145.000 m³/s no caso de overtopping. Em relação aos tempos de propagação dos hidrogramas a jusante de Santa Branca, são praticamente os mesmos nos casos de Piping e overtopping, até a cidade de São José dos Campos (8 horas). A jusante dessa cidade, as velocidades de propagação são menores, chegando o hidrograma em Queluz depois de 49 horas no caso de Piping, e depois de 46 horas no caso de overtopping. É importante observar que ocorre uma grande laminação do hidrograma nos primeiros 175 km ao longo do rio Paraíba do Sul (altura da cidade de Caçapava). A partir desse ponto, as vazões passam a ser da ordem de 50.000 m³/s ou 60.000 m³/s, nos casos de Piping e overtopping, respectivamente, diminuindo progressivamente por causadas planícies existentes a montante do reservatório de Funil, onde os valores de vazão são próximos a 10.000 m³/s no caso de overtopping e 8.000 m³/s no caso de Piping. Esses valores ainda são maiores que as vazões correspondentes a 500 anos de período de retorno. A ruptura da barragem de Paraibuna-Paraitinga também produz a ruptura em cascata do reservatório de Funil. As vazões de pico produzidas após a ruptura de Funil são de 210.000 m³/s no caso de Piping e no caso de overtopping. As chegadas dos hidrogramas num caso e no outro ficam separadas de 13 horas. Neste caso, diferentemente de Santa Branca, a ruptura da barragem de Funil produz picos de vazão a jusante superiores aos que estão chegando a montante. Isso se explica porque o hidrograma de ruptura de Paraibuna-Paraitinga e de Santa Branca chega a Funil já bastante laminado. Observa-se uma grande laminação do hidrograma gerado depois da ruptura de Funil nos primeiros 50 km ao longo do rio Paraíba do Sul. A partir desse ponto, as vazões passam a ser da ordem de 10.000 m³/s (tanto para Piping como para overtopping). Nos 360 km seguintes, a laminação dos hidrogramas é muito pequena devido ao relevo ondulado da região, não havendo grandes planícies de inundação. Assim, os hidrogramas mantêm a mesma forma, e só ficam deslocados no tempo. Ao final da região de estudo (797 km a jusante do reservatório de Paraibuna-Paraitinga), os valores de vazão são próximos a 9.000 m³/s no caso de overtopping e 8.000 m³/s no caso de Piping. Esses valores já são próximos às vazões correspondentes a 50 anos de período de retorno. Os Quadros 3.1 a 3.4 e as Figuras 3.1 a 3.14 apresentam os resultados das rupturas das barragens simuladas. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -46QUADRO 3.1 – RUPTURA POR PIPING A DE PARAIBUNA-PARAITINGA A MONTANTE DO RESERVATÓRIO DE FUNIL Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) 707,79 892247 246.117 1 0 0 125 371 Entrada reservatório Santa Branca 656,33 853053 131.397 5 2 39 141 380 Santa Branca (cidade) 638,79 848057 131.104 5 2 44 147 387 Guararema (cidade) 613,86 814995 109.331 7 4 77 165 489 Jacareí (cidade) 575,69 785386 104.540 10 6 107 165 489 São José dos Campos montante (cidade) 572,07 764009 78.907 14 8 128 171 504 São José dos Campos jusante (cidade) 570,78 757486 78.053 15 9 135 268 795 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Paraibuna/Paraitinga Tempo Distancia chegada Vazão TR 2 desde o inicio hidrograma anos (m³/s) trecho (km) (horas) Vazão TR 500 anos (m³/s) Caçapava (cidade) 552,85 715921 47.297 23 15 176 284 899 Tremembé (cidade) 539,16 677287 39.042 32 23 215 301 1.018 Pindamonhangaba (cidade) 537,08 661748 36.734 35 25 230 301 1.018 Aparecida/Potim (cidade) 536,93 628987 15.037 37 28 263 291 1.027 Guaratinguetá (cidade) 536,86 620780 11.583 60 32 271 291 1.027 Lorena (cidade) 531,01 602472 10.193 60 35 290 334 1.193 Cachoeira Paulista (cidade) 530,95 584479 7.684 103 42 308 334 1.193 Cruzeiro/Lavrinha (cidade) 520,36 572822 7.676 106 45 319 361 1.279 Queluz (cidade) 489,03 547549 7.656 110 49 345 361 1.279 Elaboração ENGECORPS,2012 300000 250000 Saida reservatório Paraibuna/Paraitinga 200000 Entrada reservatório Santa Branca 150000 100000 50000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Figura 3.1 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Paraibuna-Paraitinga e Santa Branca Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -47140000 120000 Santa Branca (cidade) Guararema (cidade) 100000 Jacareí (cidade) 80000 60000 40000 20000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 Figura 3.2 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Santa Branca e Jacareí 90000 80000 Sao José dos Campos montante (cidade) 70000 Sao José dos Campos jusante (cidade) 60000 Caçapava (cidade) 50000 Tremembé (cidade) 40000 Pindamonhangaba (cidade) 30000 20000 10000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 Figura 3.3 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre São José dos Campos e Pindamonhangaba Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -48- 16000 Aparecida/Potim (cidade) 14000 Guaratinguetá (cidade) 12000 Lorena (cidade) 10000 Cachoeira Paulista (cidade) 8000 Queluz (cidade) 6000 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 4000 2000 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 Figura 3.4 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Aparecida e Queluz QUADRO 3.2 – RUPTURA POR PIPING A DE PARAIBUNA-PARAITINGA A JUSANTE DO RESERVATÓRIO DE FUNIL Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o inicio trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Funil/Itatiaia (cidade) 468,01 511220 211.143 102 101 381 459 1.500 Resende (cidade) 414,58 498753 65.770 103 102 393 465 1.579 Quatis (cidade) 398,19 459087 10.152 118 111 433 524 1.868 Barra Mansa (cidade) 391,30 442599 8.094 136 118 450 524 1.867 Volta Redonda/Pinheiral (cidade) 386,62 432208 8.071 139 120 460 531 1.899 Barra do Piraí/Santa Cecília (elevatória) 364,88 387877 7.976 152 131 504 635 2.169 Barra do Piraí jusante (cidade) 363,99 386043 7.975 152 131 506 636 2.269 Barão de Juparanã (cidade) 347,43 362208 7.963 156 134 530 695 2.560 Andrade Pinto (cidade) 298,30 312411 7.959 160 140 580 695 2.560 Paraíba do Sul (cidade) 282,24 295812 7.949 163 143 596 718 2.624 Três Rios (cidade) 275,96 287358 7.947 164 144 605 718 2.624 Anta (cidade) 246,09 251857 7.943 168 147 640 1.455 6.225 Sapucaia (cidade) 208,69 241637 7.942 169 148 651 1.455 6.225 Além-Paraíba (cidade) 150,06 214188 7.926 171 150 678 1.510 6.462 Itaocara (cidade) 64,69 139728 7.905 179 157 753 1.807 7.737 Três Irmãos (cidade) 50,62 127163 7.901 181 159 765 2.903 11.798 Cambuci (cidade) 42,01 117668 7.900 182 161 775 2.927 11.896 Pureza (cidade) 33,05 108637 7.897 184 163 784 2.927 11.896 São Fidelis (cidade) 23,09 95254 7.892 186 165 797 2.781 11.906 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -49- 250000 200000 150000 Saida reservatório Funil/Itatiaia (cidade) Resende (cidade) 100000 50000 0 83 85 87 89 91 93 95 97 99 Figura 3.5 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Funil e Resende 12000 Quatis (cidade) 10000 Barra Mansa (cidade) Volta Redonda/Pinheiral (cidade) 8000 Barra do Piraí jusante (cidade) 6000 4000 2000 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Figura 3.6 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Quatis e Barra do Pirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -5010000 Paraiba do Sul (cidade) 9000 Barão de Juparana (cidade) 8000 Tres Rios (cidade) 7000 Andrade Pinto (cidade) Tres Rios (cidade) 6000 Sapucaia (cidade) 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Figura 3.7 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Paraíba do Sul e Barão do Juparanã 9000 Alem Paraiba (cidade) 8000 Tres Irmãos (cidade) Pureza (cidade) 7000 Itaocara (cidade) 6000 São Fidelis 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Figura 3.8 – Hidrogramas resultantes da ruptura por Piping de Paraibuna-Paraitinga entre Além do Paraíba e São Fidelis Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -51QUADRO 3.3 – RUPTURA POR OVERTOPPING DE PARAIBUNA-PARAITINGA A MONTANTE DO RESERVATÓRIO DE FUNIL Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 713,90 892247 269.410 1 0 0 125 371 Entrada reservatório Santa Branca 662,83 853053 143.940 5 0 39 141 380 Santa Branca (cidade) 643,90 848057 143.610 5 1 44 147 387 Guararema (cidade) 617,67 814995 123.027 8 3 77 165 489 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Paraibuna/Paraitinga Jacareí (cidade) 577,57 785386 118.895 10 5 107 165 489 São José dos Campos montante (cidade) 574,42 764009 95.763 14 7 128 171 504 São José dos Campos jusante (cidade) 572,37 757486 94.220 15 8 135 268 795 Caçapava (cidade) 555,15 715921 59.725 23 14 176 284 899 Tremembé (cidade) 540,99 677287 50.393 31 21 215 301 1.018 Pindamonhangaba (cidade) 539,07 661748 47.452 33 23 230 301 1.018 Aparecida/Potim (cidade) 538,82 628987 19.417 35 27 263 291 1.027 Guaratinguetá (cidade) 538,70 620780 14.764 55 28 271 291 1.027 Lorena (cidade) 532,74 602472 12.849 55 33 290 334 1.193 Cachoeira Paulista (cidade) 532,71 584479 9.913 99 39 308 334 1.193 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 522,18 572822 9.931 99 42 319 361 1.279 Queluz (cidade) 489,68 547549 9.887 102 46 345 361 1.279 Elaboração ENGECORPS,2012 300000 250000 Saida reservatório Paraibuna/Paraitinga 200000 Entrada reservatório Santa Branca 150000 100000 50000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Figura 3.9 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Paraibuna-Paraitinga e Santa Branca Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -52160000 140000 Santa Branca (cidade) Guararema (cidade) 120000 Jacareí (cidade) 100000 80000 60000 40000 20000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 Figura 3.10 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Santa Branca e Jacareí 120000 Sao José dos Campos montante (cidade) 100000 Sao José dos Campos jusante (cidade) 80000 Caçapava (cidade) 60000 Tremembé (cidade) Pindamonhangaba (cidade) 40000 20000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 Figura 3.11 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre São José dos Campos e Pindamonhangaba Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -53- 25000 Aparecida/Potim (cidade) 20000 Guaratinguetá (cidade) 15000 Lorena (cidade) Cachoeira Paulista (cidade) 10000 Queluz (cidade) Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 5000 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 Figura 3.12 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Aparecida e Queluz QUADRO 3.4 – RUPTURA POR OVERTOPPING DE PARAIBUNA-PARAITINGA A JUSANTE DO RESERVATÓRIO DE FUNIL Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 468,02 511220 211.346 88 88 381 459 1.500 Resende (cidade) 414,60 498753 66.267 90 88 393 465 1.579 Quatis (cidade) 399,12 459087 10.470 105 98 433 524 1.867 Barra Mansa (cidade) 392,13 442599 8.969 137 104 450 524 1.867 Volta Redonda/Pinheiral (cidade) 387,29 432208 8.984 133 107 460 531 1.899 Barra do Piraí/Santa Cecília (elevatória) 365,87 387877 8.928 151 117 504 635 2.169 Barra do Piraí jusante (cidade) 365,06 386043 8.927 151 117 506 636 2.269 Barão de Juparanã (cidade) 348,12 362208 8.919 156 121 530 695 2.560 Andrade Pinto (cidade) 298,64 312411 8.915 159 126 580 695 2.560 Paraíba do Sul (cidade) 285,51 295812 8.868 169 129 596 718 2.624 Três Rios (cidade) 283,73 287358 8.889 171 130 605 718 2.624 Anta (cidade) 246,96 251857 8.912 175 134 640 1.455 6.225 Sapucaia (cidade) 209,54 241637 8.911 176 134 651 1.455 6.225 Além-Paraíba (cidade) 151,43 214188 8.896 178 136 678 1.510 6.462 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Funil/Itatiaia (cidade) Itaocara (cidade) 65,25 139728 8.878 185 144 753 1.807 7.737 Três Irmãos (cidade) 51,30 127163 8.875 187 146 765 2.903 11.798 Cambuci (cidade) 42,48 117668 8.874 188 147 775 2.927 11.896 Pureza (cidade) 33,59 108637 8.871 190 149 784 2.927 11.896 São Fidelis (cidade) 23,66 95254 8.867 192 151 797 2.781 11.906 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -54- 250000 200000 150000 Saida reservatório Funil/Itatiaia (cidade) Resende (cidade) 100000 50000 0 83 85 87 89 91 93 95 97 99 Figura 3.13 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Funil e Resende 12000 Quatis (cidade) 10000 Barra Mansa (cidade) Volta Redonda/Pinheiral (cidade) 8000 Barra do Piraí jusante (cidade) 6000 4000 2000 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Figura 3.14 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Quatis e Barra do Pirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -5510000 Paraiba do Sul (cidade) 9000 Barão de Juparana (cidade) 8000 Tres Rios (cidade) 7000 Andrade Pinto (cidade) Tres Rios (cidade) 6000 Sapucaia (cidade) 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Figura 3.15 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Paraíba do Sul e Barão do Juparanã 10000 Alem Paraiba (cidade) 9000 Tres Irmãos (cidade) 8000 Pureza (cidade) Itaocara (cidade) 7000 São Fidelis (Cidade) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 Figura 3.16 – Hidrogramas resultantes da ruptura por overtoping de Paraibuna-Paraitinga entre Além do Paraíba e São Fidelis 3.1.2 Santa Branca A ruptura do reservatório de Santa Branca não produz a ruptura em cascata do reservatório de Funil; dessa forma, a análise da ruptura de Santa Branca se estende somente até o reservatório de Funil. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -56- Dos resultados obtidos, observa-se que as vazões de ruptura por overtopping são maiores em relação às geradas pela ruptura por Piping, o que já seria esperado, por conta do volume de água extra, necessário para provocar a ruptura por overtopping. Entretanto, a diferença não é muito grande (23%), sendo os valores das vazões de 65.000 m³/s no caso de overtopping, e de 50.000 m³/s no caso de Piping. Observam-se algumas diferenças nos tempos de trânsito dos hidrogramas a jusante de Jacareí, sendo o hidrograma gerado por Piping incrementado em até 11 horas quando chega a Queluz. Observa-se uma grande laminação do hidrograma nos primeiros 100 km ao longo do rio Paraíba do Sul. A partir desse ponto, as vazões passam a ser da ordem de 2.000 m³/s, e diminuem até as zonas próximas ao reservatório de Funil a valores de 400 m³/s (300 km a jusante de Santa Branca). Esses valores são semelhantes aos das vazões correspondentes a 2 anos de período de retorno. Os Quadros 3.5 e 3.6 e as Figuras 3.17 a 3.22 apresentam os resultados da ruptura da barragem de Santa Branca. QUADRO 3.5 – RUPTURA DE SANTA BRANCA POR PIPING Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distância desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 618,81 852608 48.007 1 0 0 147 387 Santa Branca (cidade) 609,40 848057 35.654 1 0 5 147 387 Guararema (cidade) 585,62 814995 10.655 5 3 38 165 489 Jacareí (cidade) 566,59 785386 7.524 11 6 67 165 489 São José dos Campos montante (cidade) 556,62 764009 3.718 19 11 89 171 504 São José dos Campos jusante (cidade) 556,30 757486 2.436 29 13 95 268 795 Caçapava (cidade) 539,82 715921 1.485 55 25 137 284 899 Tremembé (cidade) 528,45 677287 1.343 81 44 175 301 1.018 Pindamonhangaba (cidade) 525,36 661748 1.256 81 49 191 301 1.018 Aparecida/Potim (cidade) 525,34 628987 574 117 56 224 291 1.027 Guaratinguetá (cidade) 525,29 620780 524 144 69 232 291 1.027 Lorena (cidade) 518,21 602472 488 150 75 250 334 1.193 Cachoeira Paulista (cidade) 518,18 584479 414 244 108 268 334 1.193 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 510,89 572822 409 257 113 280 361 1.279 Queluz (cidade) 485,94 547549 405 265 118 305 361 1.279 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Santa Branca Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -57- 60000 Guararema (cidade) Jacareí (cidade) 50000 Santa Branca (cidade) Saida reservatório Santa Branca 40000 30000 20000 10000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Figura 3.17 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Santa Branca por Piping entre Santa Branca e Jacareí 4000 3500 Sao José dos Campos montante (cidade) 3000 Sao José dos Campos jusante (cidade) Caçapava (cidade) 2500 Tremembé (cidade) 2000 Pindamonhangaba (cidade) 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Figura 3.18 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Santa Branca por Piping entre São José dos Campos e Pindamonhangaba Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -58- 700 Queluz (cidade) Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 600 Cachoeira Paulista (cidade) Aparecida/Potim (cidade) 500 Guaratinguetá (cidade) Lorena (cidade) 400 300 200 100 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Figura 3.19 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Santa Branca por Piping entre Aparecida e Queluz QUADRO 3.6 – RUPTURA DE SANTA BRANCA POR OVERTOPPING Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 622,27 852608 63.950 1 0 0 147 387 Santa Branca (cidade) 611,96 848057 43.577 1 0 5 147 387 Guararema (cidade) 587,14 814995 13.316 5 2 38 165 489 Jacareí (cidade) 567,42 785386 9.731 10 6 67 165 489 São José dos Campos montante (cidade) 557,29 764009 4.751 17 10 89 171 504 São José dos Campos jusante (cidade) 556,98 757486 3.178 26 11 95 268 795 Caçapava (cidade) 540,55 715921 1.811 51 23 137 284 899 Tremembé (cidade) 528,81 677287 1.650 74 41 175 301 1.018 Pindamonhangaba (cidade) 525,84 661748 1.572 77 46 191 301 1.018 Aparecida/Potim (cidade) 525,81 628987 681 113 52 224 291 1.027 Guaratinguetá (cidade) 525,75 620780 622 139 63 232 291 1.027 Lorena (cidade) 518,63 602472 555 150 69 250 334 1.193 Cachoeira Paulista (cidade) 518,61 584479 464 244 98 268 334 1.193 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 511,13 572822 455 255 103 280 361 1.279 Queluz (cidade) 485,99 547549 452 261 107 305 361 1.279 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Santa Branca Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -59- 60000 Guararema (cidade) Jacareí (cidade) 50000 Santa Branca (cidade) Saida reservatório Santa Branca 40000 30000 20000 10000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Figura 3.20 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Santa Branca por overtopping entre Santa Branca e Jacareí 4000 3500 Sao José dos Campos montante (cidade) 3000 Sao José dos Campos jusante (cidade) Caçapava (cidade) 2500 Tremembé (cidade) 2000 Pindamonhangaba (cidade) 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 Figura 3.21 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Santa Branca por overtopping entre São José dos Campos e Pindamonhangaba Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -60- 700 Queluz (cidade) Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 600 Cachoeira Paulista (cidade) Aparecida/Potim (cidade) 500 Guaratinguetá (cidade) Lorena (cidade) 400 300 200 100 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 Figura 3.22 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Santa Branca por overtopping entre Aparecida e Queluz. 3.1.3 Jaguari A ruptura da barragem de Jaguari não produz a ruptura em cascata do reservatório de Funil, sendo a análise realizada, portanto, até o reservatório de Funil. Observa-se que, tal como ocorre para as demais barragens, as vazões geradas pela ruptura por overtopping são maiores dos que as geradas pela ruptura por Piping. A diferença, porém, neste caso, é importante (31%), passando de valores de 320.000 m³/s no caso de overtopping a valores de 220.000 m³/s no caso de Piping. Existem diferenças entre o tempo de trânsito dos hidrogramas gerados pela ruptura por overtopping e por Piping a jusante de São José dos Campos, sendo esse último incrementado em 8 horas até a cidade de Queluz em relação ao hidrograma gerado por overtopping. Observa-se uma grande laminação do hidrograma nos primeiros 60 km do rio. A jusante desse ponto, as vazões passam para 15.000 m³/s e 20.000 m³/s (Piping e overtopping, respectivamente); seguindo o rio para jusante, a vazão vai diminuindo progressivamente nas planícies a montante do reservatório de Funil, onde os valores de vazão são da ordem de 1.600 m³/s no caso de overtopping e 1.200 m³/s no caso de Piping, num ponto situado233 km a jusante do reservatório de Jaguari. Esses valores são próximos às vazões correspondentes a 500 anos de período de retorno. Os Quadros 3.7 e 3.8 e as Figuras 3.23 a 3.28 apresentam os resultados da simulação da ruptura de Jaguari. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -61QUADRO 3.7 – RUPTURA DE JAGUARI POR PIPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Jaguari (barragem) 623,18 780502 222.432 1 0 0 65 184 São José dos Campos jusante (cidade) 571,80 757486 87.894 2 1 23 268 795 Caçapava (cidade) 546,48 715921 13.330 11 6 65 284 899 Tremembé (cidade) 532,89 677287 8.786 24 15 103 301 1.018 Pindamonhangaba (cidade) 528,98 661748 8.162 28 18 119 301 1.018 Aparecida/Potim (cidade) 528,92 628987 2.822 34 22 152 291 1.027 Guaratinguetá (cidade) 528,88 620780 1.807 72 28 160 291 1.027 Lorena (cidade) 521,94 602472 1.703 75 32 178 334 1.193 Cachoeira Paulista (cidade) 521,89 584479 1.164 146 51 196 334 1.193 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 513,33 572822 1.163 149 54 208 361 1.279 Queluz (cidade) 486,48 547549 1.163 154 58 233 361 1.279 Elaboração ENGECORPS,2012 250000 200000 150000 Jaguarí (barargem) Sao José dos Campos jusante (cidade) 100000 50000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Figura 3.23 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Jaguari por Piping entre Jaguari e São José dos Campos Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -62- 14000 Caçapava (cidade) Tremembé (cidade) 12000 Pindamonhangaba (cidade) 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 Figura 3.24 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Jaguari por Piping entre Caçapava e Pindamonhangaba 3000 Aparecida/Potim (cidade) Guaratinguetá (cidade) 2500 Lorena (cidade) Cachoeira Paulista (cidade) 2000 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) Queluz (cidade) 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Figura 3.25 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Jaguari por Piping entre Aparecida e Queluz Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -63QUADRO 3.8 – RUPTURA DE JAGUARI POR OVERTOPPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Jaguari (barragem) 630,01 780502 326.022 1 0 0 65 184 São José dos Campos jusante (cidade) 575,66 757486 139.916 2 1 23 268 795 Caçapava (cidade) 548,51 715921 21.473 9 5 65 284 899 Tremembé (cidade) 534,42 677287 13.411 21 13 103 301 1.018 Pindamonhangaba (cidade) 530,57 661748 12.489 24 16 119 301 1.018 Aparecida/Potim (cidade) 530,43 628987 4.341 30 19 152 291 1.027 Guaratinguetá (cidade) 530,38 620780 2.716 61 24 160 291 1.027 Lorena (cidade) 523,61 602472 2.474 73 28 178 334 1.193 Cachoeira Paulista (cidade) 523,58 584479 1.699 126 42 196 334 1.193 Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 514,76 572822 1.671 133 46 208 361 1.279 Queluz (cidade) 486,76 547549 1.663 137 50 233 361 1.279 Elaboração ENGECORPS,2012 350000 300000 250000 200000 Jaguarí (barargem) 150000 Sao José dos Campos jusante (cidade) 100000 50000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Figura 3.26 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Jaguari por overtopping entre Jaguari e São José dos Campos Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -64- 25000 Caçapava (cidade) Tremembé (cidade) 20000 Pindamonhangaba (cidade) 15000 10000 5000 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 Figura 3.27 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Jaguari por overtopping entre Caçapava e Pindamonhangaba 5000 Aparecida/Potim (cidade) 4500 Guaratinguetá (cidade) 4000 Lorena (cidade) 3500 Cachoeira Paulista (cidade) Cruzeiro/Lavrinhas (cidade) 3000 Queluz (cidade) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 Figura 3.28 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Jaguari por overtopping entre Aparecida e Queluz Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -65- 3.1.4 Funil No caso de Funil, as vazões de ruptura por pipping são maiores que as de ruptura por overtopping, ao contrário do que acontece com os reservatórios de Paraibuna, Santa Branca e Jaguari. Quando ocorre a ruptura por overtopping, as seções a jusante não têm capacidade suficiente para escoar as vazões, consistindo uma restrição hidráulica ao escoamento. As vazões são de 255.000 m³/s no caso de Piping e de 210.000 m³/s no caso de overtopping. Não há diferenças na translação dos hidrogramas, sendo os tempos iguais tanto para Piping quanto para overtoping. Observa-se uma grande laminação do hidrograma nos primeiros 50 km do rio Paraíba do Sul;a partir desse ponto, as vazões passam a ser da ordem de 5.500 m³/s (para Piping e overtopping). Nos seguintes 250 km, as vazões diminuem muito pouco, pois o rio não tem planícies de inundação nessa região; os hidrogramas nesse trecho têm forma muito semelhante, ocorrendo somente o seu deslocamento temporal. A montante da Usina de Ilha dos Pombos,297 km a jusante do reservatório de Funil, os valores de vazão são próximos a 3.800 m³/s no caso de pipping e 4.000 m³/s no caso de overtopping; esses valores são próximos aos da cheia de 25 anos de período de retorno. Os Quadros 3.9 e 3.10 e as Figuras 3.29 a 3.36 apresentam os resultados da simulação da ruptura de Funil. QUADRO 3.9 – RUPTURA DE FUNIL POR PIPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Funil/Itatiaia (cidade) 466,50 511220 253.641 0 0 0 459 1.500 Resende (cidade) 412,38 498753 57.641 2 1 12 465 1.579 Quatis (cidade) 393,35 459087 5.253 20 8 52 524 1.867 Barra Mansa (cidade) 386,34 442599 4.171 32 15 69 524 1.867 Volta Redonda/Pinheiral (cidade) 382,24 432208 4.089 36 17 79 531 1.899 Barra do Piraí/Santa Cecília (elevatória) 361,26 387877 3.892 49 27 123 635 2.169 Barra do Piraí jusante (cidade) 360,44 386043 3.891 49 28 125 636 2.269 Barão de Juparanã (cidade) 344,01 362208 3.873 52 32 149 695 2.560 Andrade Pinto (cidade) 293,93 312411 3.857 58 41 199 695 2.560 Paraíba do Sul (cidade) 278,40 295812 3.826 61 44 215 718 2.624 Três Rios (cidade) 272,32 287358 3.822 62 45 224 718 2.624 Anta (cidade) 241,21 251857 3.803 66 51 259 1.455 6.225 Sapucaia (cidade) 204,14 241637 3.803 67 52 270 1.455 6.225 Além-Paraíba (cidade) 144,43 214188 3.790 69 54 297 1.510 6.462 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -66300000 Saida reservatório Funil/Itatiaia (cidade) Resende (cidade) 250000 Vazão (m3/s) 200000 150000 100000 50000 0 0 1 3 5 6 8 10 11 Tempo (horas) Figura 3.29 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Piping, trecho entre Saída de Funil e Resende 6000 Quatis (cidade) Barra Mansa (cidade) 5000 Volta Redonda/Pinheiral (cidade) Barra do Piraí/Santa Cecilia(elevatória) Barra do Piraí jusante (cidade) Vazão (m3/s) 4000 3000 2000 1000 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Tempo (horas) 200 220 240 260 280 Figura 3.30 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Piping, trecho entre Quatis e Barra do Piraí Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -674500 Barão de Juparana (cidade) Andrade Pinto (cidade) 4000 3500 Paraiba do Sul (cidade) Vazão (m3/s) 3000 Tres Rios (cidade) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Tempo (horas) Figura 3.31 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Piping, trecho entre Barão de Juparana e Três Rios 4000 Anta (cidade) 3500 Sapucaia (cidade) 3000 Alem Paraiba (cidade) Vazão (m3/s) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Tempo (horas) 200 220 240 260 280 Figura 3.32 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Piping, trecho entre Anta e Além Paraíba Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -68QUADRO 3.10 – RUPTURA DE FUNIL POR OVERTOPPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Funil/Itatiaia (cidade) 468,01 511220 208.293 0 0 0 459 1.500 Resende (cidade) 412,88 498753 60.722 2 1 12 465 1.579 Quatis (cidade) 393,70 459087 5.651 19 8 52 524 1.867 Barra Mansa (cidade) 386,75 442599 4.415 31 14 69 524 1.867 Volta Redonda/Pinheiral (cidade) 382,59 432208 4.329 35 17 79 531 1.899 Barra do Piraí/Santa Cecília (elevatória) 361,49 387877 4.115 48 27 123 635 2.169 Barra do Piraí jusante (cidade) 360,65 386043 4.114 48 27 125 636 2.269 Barão de Juparanã (cidade) 344,23 362208 4.093 52 31 149 695 2.560 Andrade Pinto (cidade) 294,18 312411 4.076 57 40 199 695 2.560 Paraíba do Sul (cidade) 278,66 295812 4.043 60 44 215 718 2.624 Três Rios (cidade) 272,55 287358 4.039 61 45 224 718 2.624 Anta (cidade) 241,56 251857 4.021 65 50 259 1.455 6.225 Sapucaia (cidade) 204,46 241637 4.021 66 51 270 1.455 6.225 Além-Paraíba (cidade) 144,71 214188 4.005 68 53 297 1.510 6.462 Elaboração ENGECORPS,2012 250000 Saida reservatório Funil/Itatiaia (cidade) Vazão (m3/s) 200000 Resende (cidade) 150000 100000 50000 0 0 1 3 5 6 Tempo (horas) 8 10 11 Figura 3.33 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Overtopping, trecho entre Funil e Resende Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -696000 Quatis (cidade) Barra Mansa (cidade) 5000 Volta Redonda/Pinheiral (cidade) Barra do Piraí/Santa Cecilia(elevatória) Barra do Piraí jusante (cidade) Vazão (m3/s) 4000 3000 2000 1000 0 0 Tempo (horas) Figura 3.34 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Overtopping, trecho entre Quatis e Barra do Piraí 4500 Barão de Juparana (cidade) Andrade Pinto (cidade) 4000 3500 Paraiba do Sul (cidade) Vazão (m3/s) 3000 Tres Rios (cidade) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Tempo (horas) Figura 3.35 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Overtopping, trecho entre Barão de Juparana e Três Rios Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -704500 Anta (cidade) 4000 Sapucaia (cidade) 3500 Alem Paraiba (cidade) Vazão (m3/s) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Tempo (horas) 200 220 240 260 280 Figura 3.36 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Funil por Overtopping, trecho entre Anta e Além Paraíba 3.1.5 Chapéu d’Uvas A ruptura da barragem de Chapéu d’Uvas não produz a ruptura em cascata, sendo a análise realizada, portanto, até a confluência do rio Paraibuna com o rio Paraíba do Sul. Observa-se que as vazões geradas pela ruptura por overtopping são maiores dos que as geradas pela ruptura por Piping. A diferença, porém, neste caso, é importante (45%), passando de valores de 56.000 m³/s no caso de overtopping a valores de 31.000 m³/s no caso de Piping. Observa-se uma grande laminação do hidrograma nos primeiros 25 km do rio. A jusante desse ponto, as vazões passam para 3.600 m³/s e 8.000 m³/s (Piping e overtopping, respectivamente); seguindo o rio para jusante, a vazão vai diminuindo progressivamente nas planícies a montante da confluência com o rio Paraíba, onde os valores de vazão são da ordem de 3.600 m³/s no caso de overtopping e 1.900 m³/s no caso de Piping. Os Quadros 3.11 e 3.12 e as Figuras 3.37 a 3.42 apresentam os resultados da simulação da ruptura de Chapéu d’Uvas. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -71QUADRO 3.11 – RUPTURA DE CHAPÉU D’UVAS POR PIPING Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 730,70 139044 30.877 1 0 0 16 86 721,48 136385 28.675 1 0 3 16 86 Benfica, Juiz de Fora (cidade) montante 714,19 131196 17.146 1 1 8 61 279 Benfica, Juiz de Fora (cidade) jusante 690,63 114321 3.630 7 3 25 61 279 Juiz de Fora (cidade) montante 685,94 107717 3.075 7 3 31 61 279 Juiz de Fora (cidade) jusante 682,69 97612 2.127 10 5 41 85 347 Matias Barbosa (cidade) 481,24 70946 2.076 13 7 68 118 506 Comendador Levy Gasparian (cidade) 305,49 27834 1.936 18 12 111 666 3.165 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Chapéu d'Uvas Chapeau d'Uvas (cidade) Elaboração ENGECORPS,2012 35000 Saída reservatório Chapeu d'Uvas 30000 Chapeau d'Uvas (cidade) Vazão (m3/s) 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Tempo (horas) Figura 3.37 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Chapéu d’Uvas por Piping, trecho entre reservatório e Chapéu d’Uvas Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -72- 20000 18000 Benfica, Juiz de Fora (cidade) montante 16000 Benfica, Juiz de Fora (cidade) jusante Vazão (m3/s) 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tempo (horas) Figura 3.38 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Chapéu d’Uvas por Piping, trecho entre Benfica montante e Benfica jusante 4000 Juiz de Fora (cidade) montante 3500 Juiz de Fora (cidade) jusante Vazão (m3/s) 3000 Matias Barbosa (cidade) Comendador Levy Gasparian (cidade) 2500 2000 1500 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tempo (horas) Figura 3.39 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Chapéu d’Uvas por Piping, trecho entre Juiz de Fora e Comendador Levy Gasparian Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -73QUADRO 3.12 – RUPTURA DE CHAPÉU D’UVAS POR OVERTOPPING Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo chegada hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 737,12 139.044 56.768 1 0 0 16 86 728,71 136.385 50.959 1 0 3 16 86 Benfica, Juiz de Fora (cidade) montante 718,59 131.196 32.254 1 1 8 61 279 Benfica, Juiz de Fora (cidade) jusante 694,52 114.321 8.035 4 2 25 61 279 Juiz de Fora (cidade) montante 689,53 107.717 5.880 6 3 31 61 279 Juiz de Fora (cidade) jusante 686,77 97.612 3.872 10 5 41 85 347 Matias Barbosa (cidade) 484,00 70.946 3.778 12 7 68 118 506 Comendador Levy Gasparian (cidade) 308,53 27.834 3.568 16 11 111 666 3.165 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Chapéu d'Uvas Chapeau d'Uvas (cidade) Elaboração ENGECORPS,2012 60000 Saída reservatório Chapeu d'Uvas 50000 Chapeau d'Uvas (cidade) Vazão (m3/s) 40000 30000 20000 10000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 Tempo (horas) Figura 3.40 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Chapéu d’Uvas por Overtopping, trecho entre reservatório e Chapéu d’Uvas Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -74- 35000 Benfica, Juiz de Fora (cidade) montante 30000 Benfica, Juiz de Fora (cidade) jusante Vazão (m3/s) 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tempo (horas) Figura 3.41 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Chapéu d’Uvas por Overtopping, trecho entre Benfica montante e Benfica jusante 6000 Juiz de Fora (cidade) montante 5000 Juiz de Fora (cidade) jusante Matias Barbosa (cidade) Vazão (m3/s) 4000 Comendador Levy Gasparian (cidade) 3000 2000 1000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Tempo (horas) Figura 3.42 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Chapéu d’Uvas por Overtopping, trecho entre Juiz de Fora e Comendador Levy Gasparian Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -75- 3.2 PEQUENAS BARRAGENS DE REJEITO 3.2.1 Barragem Bom Jardim Como já mencionado, para as barragens de rejeito, e para o caso da ruptura por galgamento, analisou-se o efeito combinado da ruptura da barragem com as cheias extremas (para períodos de retorno de 2,10,25,50,100 e 500 anos). Este procedimento foi adotado porque os hidrogramas gerados pela ruptura das barragens de rejeito são da mesma ordem de grandeza dos hidrogramas das cheias extremas, podendo existir, portanto, uma influência importante das vazões de cheia sobre o hidrograma de ruptura da barragem. No caso de ruptura por falha estrutural (Piping) de Bom Jardim, utilizou-se a vazão de 20 m³/s, circulando pelo rio, para estabilização do modelo. Essa vazão corresponde à metade da vazão de 2 anos de período de retorno, na cabeceira do rio Carangola (55 m³/s para 2 anos de período de retorno) e é muito menor que a vazão de 2 anos de período de retorno na foz do rio Carangola (399 m³/s). Tal vazão representa condições sem chuva, caracterizando assim a condição (Sunny Day). A ruptura da barragem de Bom Jardim afeta principalmente a cidade de Miraí, inclusive no caso menos desfavorável estudado (falha estrutural ou Piping); neste caso, a vazão que chega à cidade é de 777 m³/s, sendo a vazão para 500 anos de período de retorno de 242 m³/s na mesma cidade. No caso mais desfavorável (galgamento, provocado por uma cheia com período de retorno de 500 anos), a vazão que passa por Miraí é de 1.374 m³/s. No caso de ruptura de Bom Jardim por Piping, a cidade de Muriaé já não é afetada, pois as vazões que chegam à cidade são inferiores a 2 anos de período de retorno. No caso de overtopping, os hidrogramas de ruptura chegam à cidade de Muriaé (e às cidades situadas a jusante) já muito laminados, mas a combinação com as cheias máximas pode incrementar o efeito. Por exemplo, para overtopping de Bom Jardim combinado com uma vazão de 500 anos, na cidade de Muriaé a vazão máxima seria de 534 m³/s, enquanto a cheia de 500 anos de período de retorno nesse mesmo ponto é de 407 m³/s. Para esse mesmo cenário de ruptura, a montante da foz do rio Carangola, a vazão máxima seria de 1.750 m³/s, enquanto a cheia de 500 anos de período de retorno nesse ponto é de 1.702 m³/s. Em relação aos tempos de trânsito do hidrograma de ruptura, a propagação até a cidade de Miraí é de 30 a 55 minutos (overtopping e Piping, respectivamente);na cidade de Muriaé, os tempos de trânsito variam entre 4 e 7 horas (overtopping e Piping, respectivamente). Os Quadros 3.13 a 3.19 e as Figuras 3.43 a 3.56 apresentam os resultados da simulação da ruptura de Bom Jardim. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -76QUADRO 3.13 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR PIPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Bom Jardim 622,15 279780 1.998 0,4 0,1 0 55 242 Miraí (cidade) 303,74 264783 777 1,1 0,9 15 55 242 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 197,12 219809 87 13 6 60 97 407 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 194,07 215890 85 13 7 64 178 796 Patrocínio do Muriaé 171,30 189425 63 22 12 90 292 1.282 Laje do Muriaé 163,28 163438 49 30 17 116 321 1.404 Montante confluência Carangola 110,49 128530 47 39 22 151 399 1.702 Elaboração ENGECORPS,2012 2500 2000 Saida reservatório Bom Jardim 1500 Miraí (cidade) 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 -500 Figura 3.43 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Piping entre Bom Jardim e Mirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -77Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) Patrocinio do Muriaé 100 90 80 70 Laje do Muriaé 60 Montante confluência Carangola 50 40 30 20 10 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.44 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Piping entre Muriaé e Confluência com o rio Carangola QUADRO 3.14 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 500 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR 2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Bom Jardim 623,10 279780 2.807 0,4 0,1 0 55 242 Miraí (cidade) 306,17 264783 1.374 0,9 0,6 15 55 242 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 201,44 219809 534 9 4 60 97 407 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 199,40 215890 917 9 6 64 178 796 Patrocínio do Muriaé 181,02 189425 1.347 15 9 90 292 1.282 Laje do Muriaé 172,25 163438 1.454 20 12 116 321 1.404 Montante confluência Carangola 118,95 128530 1.750 24 15 151 399 1.702 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -78- 3000 2500 Saida reservatório Bom Jardim 2000 Miraí (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 Figura 3.45 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (500 anos) entre Bom Jardim e Mirai. 2000 1800 1600 1400 1200 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 1000 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 800 Patrocinio do Muriaé 600 Laje do Muriaé 400 Montante confluência Carangola 200 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.46 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (500 anos) entre Muriaé e Confluência com o rio Carangola Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -79QUADRO 3.15 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 100 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distanci a desde o inicio trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 100 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Bom Jardim 623,09 279780 2.748 0,4 0,1 0 55 185 242 Miraí (cidade) 305,93 264783 1.339 0,9 0,6 15 55 185 242 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 200,88 219809 431 9 5 60 97 314 407 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 198,73 215890 708 11 7 64 178 608 796 Patrocínio do Muriaé 179,81 189425 1.036 17 11 90 292 982 1.282 Laje do Muriaé 171,20 163438 1.117 23 15 116 321 1.076 1.404 Montante confluência Carangola 118,01 128530 1.353 27 19 151 399 1.314 1.702 Elaboração ENGECORPS,2012 3000 2500 Saida reservatório Bom Jardim 2000 Miraí (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 Figura 3.47 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (100 anos) entre Bom Jardim e Mirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -80- 1600 1400 1200 1000 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 800 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 600 Patrocinio do Muriaé 400 Laje do Muriaé 200 Montante confluência Carangola 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.48 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (100 anos) entre Muriaé e Confluência com o rio Carangola QUADRO 3.16 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 50 ANOS Tempo Distancia Hora Vazão Vazão translação desde o vazão TR 2 máxima do inicio do máxima anos (m³/s) hidrograma trecho (horas) (m³/s) (horas) (km) Vazão TR 50 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 55 162 242 15 55 162 242 5 60 97 275 407 11 7 64 178 529 796 904 18 11 90 292 857 1.282 163438 970 23 15 116 321 934 1.404 128530 1.182 28 19 151 399 1.147 1.702 Nível de água (m) Estaca (km) Saída reservatório Bom Jardim 623,09 279780 2.726 0,4 0,1 0 Miraí (cidade) 305,79 264783 1.321 0,9 0,6 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 200,59 219809 381 10 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 198,35 215890 617 Patrocínio do Muriaé 179,13 189425 Laje do Muriaé 170,68 Montante confluência Carangola 117,51 Trecho Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -81- 3000 2500 Saida reservatório Bom Jardim 2000 Miraí (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 Figura 3.49 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (50 anos) entre Bom Jardim e Mirai. 1400 1200 1000 800 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 600 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) Patrocinio do Muriaé 400 Laje do Muriaé 200 Montante confluência Carangola 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.50 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (50 anos) entre Muriaé e Confluência com o rio Carangola Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -82QUADRO 3.17 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 25 ANOS Tempo Distancia Hora translação desde o vazão do início do máxima hidrograma trecho (horas) (horas) (km) Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Saida reservatório Bom Jardim 623,08 279780 2.701 0,4 0,1 Miraí (cidade) 305,68 264783 1.297 0,9 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 200,17 219809 344 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 197,91 215890 Patrocínio do Muriaé 178,40 Laje do Muriaé Montante confluência Carangola Trecho Vazão TR 2 anos (m³/s)s Vazão TR 25 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s)s 0 55 138 242 0,7 15 55 138 242 10 6 60 97 237 407 521 12 7 64 178 452 796 189425 780 19 11 90 292 734 1.282 170,15 163438 837 24 15 116 321 801 1.404 117,00 128530 1.016 29 20 151 399 981 1.702 Elaboração ENGECORPS,2012 3000 2500 Saida reservatório Bom Jardim 2000 Miraí (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 Figura 3.51 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (25 anos) entre Bom Jardim e Mirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -83- 1200 1000 800 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 600 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) Patrocinio do Muriaé 400 Laje do Muriaé 200 Montante confluência Carangola 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.52 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (25 anos) entre Muriaé e Confluência com o rio Carangola QUADRO 3.18 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 10 ANOS Tempo Distancia translação desde o do início do hidrograma trecho (horas) (km) Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Saída reservatório Bom Jardim 623,08 279780 2.672 0,4 0,1 Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 10 anos (m³/s) Vazão TR 500 ano (m³/s)s 0 55 108 242 Miraí (cidade) 305,52 264783 1.267 0,9 0,7 15 55 108 242 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 199,71 219809 289 10 6 60 97 187 407 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 197,44 215890 437 12 8 64 178 353 796 Patrocínio do Muriaé 177,46 189425 629 18 12 90 292 575 1.282 Laje do Muriaé 169,40 163438 669 24 16 116 321 629 1.404 Montante confluência Carangola 116,20 128530 810 29 21 151 399 773 17.02 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -84- 3000 2500 Saida reservatório Bom Jardim 2000 Miraí (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 Figura 3.53 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (10 anos) entre Bom Jardim e Mirai 900 800 700 600 500 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 400 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) Patrocinio do Muriaé 300 200 Laje do Muriaé 100 Montante confluência Carangola 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.54 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (10 anos) entre Bom Jardim e Mirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -85QUADRO 3.19 – RUPTURA DA BARRAGEM DE BOM JARDIM POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 2 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrogram a (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Bom Jardim 623,07 279780 2.613 0,4 0,1 0 55 242 Miraí (cidade) 305,24 264783 1.208 0,9 0,7 15 55 242 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 198,72 219809 195 11 7 60 97 407 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) 196,19 215890 263 13 8 64 178 796 Patrocínio do Muriaé 175,17 189425 327 19 12 90 292 1.282 Laje do Muriaé 167,34 163438 348 24 16 116 321 1.404 Montante confluência Carangola 114,12 128530 426 29 21 151 399 1.702 Elaboração ENGECORPS,2012 3000 2500 Saida reservatório Bom Jardim 2000 Miraí (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 4 5 6 Figura 3.55 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (2 anos) entre Bom Jardim e Mirai Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -86- 450 400 350 300 250 Muriaé montante confluência rio Gloria (cidade) 200 Muriaé jusante confluência rio Gloria (cidade) Patrocinio do Muriaé 150 Laje do Muriaé 100 Montante confluência Carangola 50 0 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Figura 3.56 – Hidrogramas resultantes da ruptura de Bom Jardim por Overtopping (2 anos) entre Bom Jardim e Mirai 3.2.2 Barragem da Pedra Como já mencionado, para as barragens de rejeito, e para o caso da ruptura por galgamento, analisou-se o efeito combinado da ruptura da barragem com as cheias extremas (para períodos de retorno de 2,10,25,50,100 e 500 anos). Este procedimento foi adotado porque os hidrogramas gerados pela ruptura das barragens de rejeito são da mesma ordem de grandeza dos hidrogramas das cheias extremas, podendo existir, portanto, uma influência importante das vazões de cheia sobre o hidrograma de ruptura da barragem. No caso de ruptura por Piping da barragem da Pedra, utilizou-se a vazão de 7,7 m³/s, circulando pelo rio, para estabilização do modelo. Essa vazão corresponde a2 anos de período de retorno na bacia do afluente ao rio Paraibuna em que se localiza a barragem, e é muito menor que a vazão de 2 anos de período de retorno do rio Paraibuna na sua confluência com o referido afluente (61,4 m³/s). Tal vazão representa condições sem chuva, caracterizando assim a condição (Sunny Day). Observa-seque a ruptura da barragem da Pedra afeta principalmente o bairro de Benfica, situado ao norte da cidade de Juiz de Fora. Quando a vazão de ruptura chega ao rio Paraibuna, o efeito já é bem menor, apesar de que, ao ser combinada com vazões de período de retorno elevado, pode produzir inundações importantes.Por exemplo, no caso de galgamento combinado com a vazão de 500 anos de período de retorno, a vazão é de 549 m³/s, quando a vazão de 500 anos é de 266 m³/s. Nesse mesmo ponto, no rio Paraibuna, para ruptura por falha estrutural, a vazão fica reduzida a 275 m³/s. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -87- Quando o hidrograma de ruptura chega ao centro da cidade de Juiz de Fora, no caso de ruptura por Piping, a vazão (91 m³/s) é muito semelhante à de 2 anos de período de retorno (85 m³/s). No caso de overtopping, os hidrogramas de ruptura chegam ao centro da cidade de Juiz de Fora muito laminados, e quando combinados com as cheias para diferentes períodos de retorno, seus efeitos não são muito incrementados em relação aos que se produziriam sem a ruptura da barragem. Por exemplo, para galgamento combinado com uma vazão de 500 anos, a vazão seria de 352 m³/s, enquanto a cheia de 500 anos de período de retorno nesse mesmo ponto seria de 347 m³/s. Em relação ao tempo de translação do hidrograma de ruptura, a propagação é de 30 minutos até o bairro de Benfica; até o centro da cidade Juiz de Fora, situada a aproximadamente 20 km de distância da barragem, o tempo de propagação pode variar entre 1,5 a 2 horas em função do cenário de ruptura considerado (mais rápido no caso de overtopping e vazões circulantes pelo rio com período de retorno elevado). Os Quadros 3.20 a 3.26 e as Figuras de 3.57 a 3.70 apresentam os resultados da simulação da ruptura da barragem da Pedra. QUADRO 3.20 – RUPTURA DA BARRAGEM DA PEDRA POR PIPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR500 anos (m³/s) Saída reservatório Da Pedra 737,66 124064 2.887 0,3 0,1 0 8 33 Mineração dos Peixes 708,67 122562 2.482 0,3 0,2 2 8 33 Benfica montante (cidade) 684,33 116654 462 1,0 0,6 7 8 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 682,51 115526 284 1,5 0,9 9 8 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 681,60 114857 275 1,6 0,9 9 61 266 Juiz de Fora montante (cidade) 678,68 110678 149 2,9 1,3 13 61 279 Juiz de Fora centro (cidade) 674,94 101798 91 6 2,1 22 85 347 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -88- 3500 3000 Saida reservatório Da Pedra 2500 Mineração dos Peixes 2000 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.57 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por Piping entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes 500 Benfica montante (cidade) 450 400 Montante confluência Paraibuna (cidade) 350 Juiz de Fora montante (cidade) 300 Juiz de Fora centro (cidade) 250 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.58 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por Piping entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -89QUADRO 3.21 – RUPTURA DA BARRAGEM DA PEDRA POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 500ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Da Pedra 737,19 124064 2.545 0,3 0,1 0 8 33 Mineração dos Peixes 709,36 122562 2.297 0,4 0,2 2 8 33 Benfica montante (cidade) 684,79 116654 590 1,0 0,6 7 8 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 684,08 115526 341 1,4 0,6 9 8 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 683,35 114857 549 1,6 0,6 9 61 266 Juiz de Fora montante (cidade) 681,32 110678 404 2,8 1,0 13 61 279 Juiz de Fora centro (cidade) 677,56 101798 352 6 1,5 22 85 347 Elaboração ENGECORPS,2012 3000 2500 Saida reservatório Da Pedra 2000 Mineração dos Peixes 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.59 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 500) entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -90- 700 600 500 400 Benfica montante (cidade) 300 Montante confluência Paraibuna (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) 200 Juiz de Fora centro (cidade) 100 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.60 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 500) entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era QUADRO 3.22 – RUPTURA POR OVERTOPPING NA BARRAGEM DAS PEDRAS, COM A CHEIA DE 100 ANOS Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 100 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 737,18 124064 2.538 0,3 0,1 0 8 26 33 709,30 122562 2.297 0,4 0,2 2 8 26 33 684,68 116654 575 1,0 0,6 7 8 26 33 683,70 115526 319 1,5 0,7 9 8 26 33 682,90 114857 469 1,6 0,8 9 61 197 266 680,88 110678 322 2,9 1,1 13 61 200 279 676,83 101798 293 6 1,7 22 85 267 347 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório da Pedra Mineração dos Peixes Benfica montante (cidade) Montante confluência Paraibuna (cidade) Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) Juiz de Fora centro (cidade) Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -91- 3000 2500 Saida reservatório Da Pedra 2000 Mineração dos Peixes 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.61 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 100) entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes 700 Benfica montante (cidade) 600 Montante confluência Paraibuna (cidade) 500 Juiz de Fora montante (cidade) Juiz de Fora centro (cidade) 400 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.62 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 100) entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -92QUADRO 3.23 – RUPTURA DA BARRAGEM DA PEDRA POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 50 ANOS Distancia em Vazão TR relação ao 2 anos inicio (m³/s) trecho (km) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) 737,18 124064 2.534 0,3 0,1 0 Mineração dos Peixes 709,28 122562 2.295 0,4 0,2 Benfica montante (cidade) 684,64 116654 568 1,0 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,57 115526 310 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,74 114857 Juiz de Fora montante (cidade) 680,45 Juiz de Fora centro (cidade) 676,74 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Da Pedra Vazão TR100 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 8 22 33 2 8 22 33 0,6 7 8 22 33 1,5 0,8 9 8 22 33 442 1,7 0,8 9 61 173 266 110678 301 2,9 1,2 13 61 173 279 101798 259 6 1,8 22 85 234 347 Elaboração ENGECORPS,2012 3000 2500 Saida reservatório Da Pedra 2000 Mineração dos Peixes 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.63 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 50) entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -93- 600 Benfica montante (cidade) Montante confluência Paraibuna (cidade) 500 Juiz de Fora montante (cidade) 400 Juiz de Fora centro (cidade) 300 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.64 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 50) entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era QUADRO 3.24 – RUPTURA DA BARRAGEM DA PEDRA POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 25 ANOS Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazã o TR2 anos (m³/s) Vazã o TR 100 anos (m³/s) Vazã o TR 500 anos (m³/s) 737,18 124064 2.531 0,3 0,1 0 8 19 33 Mineração dos Peixes 709,25 122562 2.294 0,4 0,2 2 8 19 33 Benfica montante (cidade) 684,82 116654 562 1,0 0,6 7 8 19 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,44 115526 305 1,5 0,8 9 8 19 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,59 114857 409 1,7 0,8 9 61 149 266 Juiz de Fora montante (cidade) 680,28 110678 281 2,8 1,2 13 61 149 279 Juiz de Fora centro (cidade) 676,45 101798 234 6 1,8 22 85 202 347 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Da Pedra Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -94- 3000 2500 Saida reservatório Da Pedra 2000 Mineração dos Peixes 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.65 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 25) entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes 600 Benfica montante (cidade) Montante confluência Paraibuna (cidade) 500 Juiz de Fora montante (cidade) 400 Juiz de Fora centro (cidade) 300 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.66 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 25) entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -95QUADRO 3.25 – RUPTURA DA BARRAGEM DA PEDRA POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 10 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 100 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Da Pedra 737,18 124064 2.528 0,3 0,1 0 8 15 33 Mineração dos Peixes 709,23 122562 2.292 0,4 0,2 2 8 15 33 Benfica montante (cidade) 684,60 116654 558 1,0 0,6 7 8 15 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,30 115526 310 1,5 0,9 9 8 15 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,45 114857 383 1,6 0,9 9 61 117 266 Juiz de Fora montante (cidade) 680,12 110678 263 2,8 1,3 13 61 117 279 Juiz de Fora centro (cidade) 676,27 101798 214 6 2,0 22 85 160 347 Elaboração ENGECORPS,2012 3000 2500 Saida reservatório Da Pedra 2000 Mineração dos Peixes 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.67 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 10) entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -96- 600 Benfica montante (cidade) Montante confluência Paraibuna (cidade) 500 Juiz de Fora montante (cidade) 400 Juiz de Fora centro (cidade) 300 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.68 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 10) entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era QUADRO 3.26 – RUPTURA DA BARRAGEM DA PEDRA POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 2 ANOS Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 737,18 124064 2.520 0,3 0,1 0 8 33 Mineração dos Peixes 709,21 122562 2.287 0,4 0,2 2 8 33 Benfica montante (cidade) 684,59 116654 553 1,0 0,6 7 8 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,08 115526 309 1,5 0,9 9 8 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,20 114857 351 1,7 0,9 9 61 266 Juiz de Fora montante (cidade) 679,53 110678 225 2,9 1,3 13 61 279 Juiz de Fora centro (cidade) 675,78 101798 165 6 2,0 22 85 347 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Da Pedra Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -97- 3000 2500 Saida reservatório Da Pedra 2000 Mineração dos Peixes 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.69 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 2) entre Barragem da Pedra e Mineração dos Peixes 600 Benfica montante (cidade) Montante confluência Paraibuna (cidade) 500 Juiz de Fora montante (cidade) 400 Juiz de Fora centro (cidade) 300 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.70 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (TR 2) entre Bairro Benfica e Bairro Nova Era Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -98- 3.2.3 Barragem dos Peixes Como já mencionado, para as barragens de rejeito, e para o caso da ruptura por galgamento, analisou-se o efeito combinado da ruptura da barragem com as cheias extremas (para períodos de retorno de 2,10,25,50,100 e 500 anos). Este procedimento foi adotado porque os hidrogramas gerados pela ruptura das barragens de rejeito são da mesma ordem de grandeza dos hidrogramas das cheias extremas, podendo existir, portanto, uma influência importante das vazões de cheia sobre o hidrograma de ruptura da barragem. No caso de ruptura por Piping da barragem dos Peixes, utilizou-se a vazão de 7,7 m³/s, circulando pelo rio, para estabilização do modelo. Essa vazão corresponde a2 anos de período de retorno na bacia afluente ao rio Paraibuna em que se localiza a barragem, e é muito menor que a vazão de 2 anos de período de retorno no ponto de confluência entre o rio Paraibuna e esse afluente (61,4 m³/s). Tal vazão representa o escoamento de base, caracterizando a condição sem chuva (Sunny Day). Observa-se que a ruptura da barragem dos Peixes afeta principalmente o bairro de Benfica, situado ao norte da cidade de Juiz de Fora. Quando a vazão de ruptura chega ao rio Paraibuna, o efeito já é bem menor, apesar de que, ao ser combinada com vazões de período de retorno elevado, pode produzir inundações importantes. Por exemplo, no caso de galgamento combinado com a vazão de 500 anos de período de retorno, a vazão é de 453 m³/s, quando a vazão de 500 anos é de 266 m³/s. Nesse mesmo ponto, no rio Paraibuna, para ruptura por falha estrutural, a vazão fica reduzida a 203 m³/s. Quando o hidrograma de ruptura por Piping chega ao centro da cidade de Juiz de Fora, a vazão (69 m³/s) é menor que a vazão de 2 anos de período de retorno (85 m³/s). No caso de overtopping, tal como para a barragem da Pedra, os hidrogramas de ruptura chegam ao centro da cidade de Juiz de Fora muito laminados, e o efeito combinado com as cheias para diferentes períodos de retorno não incrementam os efeitos que se produziriam sem a ruptura da barragem. Por exemplo, para galgamento combinado com uma vazão de 500 anos, a vazão seria de 368 m³/s, enquanto a cheia de 500 anos de período de retorno nesse mesmo ponto seria de 347 m³/s. Em relação ao tempo de translação do hidrograma de ruptura, a propagação é de 30 minutos até o bairro de Benfica; até o centro da cidade Juiz de Fora, situada a aproximadamente 20 km de distância da barragem, o tempo de propagação pode variar entre 1,6e 2,3 horas em função do cenário de ruptura considerado (mais rápido no caso de overtopping e vazões circulantes pelo rio com período de retorno elevado). Os Quadros 3.27 a 3.33 e as Figuras 3.71 a 3.84 apresentam os resultados da simulação da ruptura da barragem dos Peixes. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -99QUADRO 3.27 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR PIPING Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Dos Peixes 711,92 122579 2.250 0,2 0,1 0 8 33 Benfica montante (cidade) 683,99 116654 364 0,8 0,4 7 8 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 681,81 115526 211 1,3 0,6 9 8 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 680,95 114857 203 1,4 0,7 9 61 266 Juiz de Fora montante (cidade) 677,70 110678 100 2,6 1,0 13 61 279 Juiz de Fora centro (cidade) 674,09 101798 69 5,1 2,3 22 85 347 Elaboração ENGECORPS,2012 2500 Saida reservatório Dos Peixes 2000 Benfica montante (cidade) 1500 1000 500 0 0 1 2 3 Figura 3.71 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por Piping entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -100- 250 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 200 Juiz de Fora montante (cidade) Juiz de Fora centro (cidade) 150 Montante confluência Paraibuna (cidade) 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.72 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por Piping entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora QUADRO 3.28 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 500ANOS Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrogram a (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 711,05 122579 1.630 0,2 0,1 0 8 33 Benfica montante (cidade) 684,37 116654 438 0,8 0,4 7 8 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,75 115526 240 1,2 0,5 9 8 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 683,05 114857 453 1,3 0,5 9 61 266 Juiz de Fora montante (cidade) 680,96 110678 363 2,3 0,6 13 61 279 Juiz de Fora centro (cidade) 677,34 101798 368 4,9 1,6 22 85 347 Trecho Nível de água (m) Saída reservatório Dos Peixes Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -101- 1800 1600 Saida reservatório Dos Peixes 1400 Benfica montante (cidade) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 Figura 3.73 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por overtopping (500 anos) entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica 500 450 400 350 300 250 200 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) 150 Juiz de Fora centro (cidade) 100 Montante confluência Paraibuna (cidade) 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.74 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (500 anos) entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -102QUADRO 3.29 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 100 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxim a (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o início do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 100 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Dos Peixes 711,04 122579 1.615 0,2 0,1 0 8 26 33 Benfica montante (cidade) 684,22 116654 420 0,8 0,4 7 8 26 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,31 115526 218 1,3 0,6 9 8 26 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,54 114857 376 1,4 0,6 9 61 197 266 Juiz de Fora montante (cidade) 680,29 110678 280 2,5 0,7 13 61 200 279 Juiz de Fora centro (cidade) 676,64 101798 276 4,9 1,8 22 85 267 347 Elaboração ENGECORPS,2012 1800 1600 Saida reservatório Dos Peixes 1400 Benfica montante (cidade) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 Figura 3.75 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por overtopping (100 anos) entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -103- 400 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) 350 Juiz de Fora centro (cidade) 300 Montante confluência Paraibuna (cidade) 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.76 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (100 anos) entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora QUADRO 3.30 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 50 ANOS Tempo Distância Hora translação desde o vazão do início do máxima hidrograma trecho (horas) (horas) (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 50 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) 0 8 22 33 0,5 7 8 22 33 1,3 0,6 9 8 22 33 343 1,4 0,6 9 61 173 266 110678 255 2,5 0,8 13 61 173 279 101798 246 5,2 1,6 22 85 234 347 Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Saída reservatório Dos Peixes 711,04 122579 1.612 0,2 0,1 Benfica montante (cidade) 684,18 116654 414 0,8 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,15 115526 210 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,35 114857 Juiz de Fora montante (cidade) 680,02 Juiz de Fora centro (cidade) 676,36 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -104- 1800 1600 Saida reservatório Dos Peixes 1400 Benfica montante (cidade) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 Figura 3.77 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por overtopping (50anos) entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica 400 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) 350 Juiz de Fora centro (cidade) 300 Montante confluência Paraibuna (cidade) 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.78 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (50 anos) entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -105QUADRO 3.31 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 25 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 25 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Dos Peixes 711,04 122579 1.610 0,2 0,1 0 8 19 33 Benfica montante (cidade) 684,16 116654 410 0,8 0,5 7 8 19 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 683,00 115526 204 1,4 0,6 9 8 19 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 682,18 114857 319 1,4 0,6 9 61 149 266 Juiz de Fora montante (cidade) 679,78 110678 235 2,5 0,8 13 61 149 279 Juiz de Fora centro (cidade) 676,17 101798 231 5,2 1,8 22 85 202 347 Elaboração ENGECORPS,2012 1800 1600 Saida reservatório Dos Peixes 1400 Benfica montante (cidade) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 Figura 3.79 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por overtopping (25 anos) entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -106- 350 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) 300 Juiz de Fora centro (cidade) 250 Montante confluência Paraibuna (cidade) 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.80 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (25 anos) entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora QUADRO 3.32 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 10 ANOS Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 10 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Saída reservatório Dos Peixes 711,04 122579 1.606 0,2 0,1 0 8 15 33 Benfica montante (cidade) 684,00 116654 349 1,0 0,5 7 8 15 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 682,79 115526 199 1,5 0,7 9 8 15 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 681,96 114857 291 1,5 0,8 9 61 117 266 Juiz de Fora montante (cidade) 679,46 110678 210 2,6 0,9 13 61 117 279 Juiz de Fora centro (cidade) 675,89 101798 203 5,2 1,8 22 85 160 347 Elaboração ENGECORPS,2012 Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -107- 1800 1600 Saida reservatório Dos Peixes 1400 Benfica montante (cidade) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 Figura 3.81 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por overtopping (10 anos) entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica 350 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) Juiz de Fora montante (cidade) 300 Juiz de Fora centro (cidade) 250 Montante confluência Paraibuna (cidade) 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.82 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (10 anos) entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -108QUADRO 3.33 – RUPTURA DA BARRAGEM DOS PEIXES POR OVERTOPPING, COM A CHEIA DE 2 ANOS Trecho Nível de água (m) Estaca (km) Vazão máxima (m³/s) Hora vazão máxima (horas) Tempo translação do hidrograma (horas) Distancia desde o inicio do trecho (km) Vazão TR2 anos (m³/s) Vazão TR 500 anos (m³/s) Saída reservatório Dos Peixes 711,04 122579 1.598 0,2 0,1 0 8 33 Benfica montante (cidade) 683,97 116654 344 1,0 0,5 7 8 33 Montante confluência Paraibuna (cidade) 682,41 115526 208 1,5 0,8 9 8 33 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 681,52 114857 256 1,6 0,8 9 61 266 Juiz de Fora montante (cidade) 678,66 110678 162 2,6 1,1 13 61 279 Juiz de Fora centro (cidade) 675,06 101798 135 5,2 2,1 22 85 347 Elaboração ENGECORPS,2012 1800 1600 Saida reservatório Dos Peixes 1400 Benfica montante (cidade) 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 Figura 3.83 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem dos Peixes por overtopping (2 anos) entre Barragem dos Peixes e Bairro Benfica Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -109- 300 Bairro Nova Era de Juiz de Fora (cidade) 250 Juiz de Fora montante (cidade) 200 Juiz de Fora centro (cidade) 150 Montante confluência Paraibuna (cidade) 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Figura 3.84 – Hidrogramas resultantes da ruptura da barragem da Pedra por overtopping (2 anos) entre Montante da Confluência com o rio Paraibuna e Centro de Juiz de Fora Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -110- 4. RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS Os estudos apresentados nos capítulos anteriores deste relatório são de extrema relevância para a indicação de trechos fluviais e áreas ribeirinhas da bacia do rio Paraíba do Sul sujeitos a efeitos de eventuais rupturas dos barramentos simulados, contribuindo para aprofundar e complementar as modelagens hidrológica e hidráulica que foram realizadas em etapas anteriores, com resultados apresentados no relatório R05. No entanto, os resultados aqui expostos poderiam apresentar um nível de detalhamento ainda melhor, caso estivessem disponíveis “dados de entrada” tais como base cartográfica em escala maior, como, por exemplo, levantamentos a laser com tamanho de pixel 1m x 1m ou 2mx2m. Da mesma forma, um número maior de seções topobatimétricas poderia contribuir para aumentar o nível de precisão da modelagem efetuada, sendo recomendável que elas sejam levantadas em distâncias equivalentes a três vezes a largura do rio, salvo os casos que sejam identificados controles hidráulicos, em que é necessário um espaçamento ainda menor. Com levantamentos desse nível de precisão, é possível a utilização de modelos bidimensionais, mais precisos, por considerarem que o escoamento também se dá na direção do eixo do rio para as margens e vice-versa, direção muito observada no caso de grandes inundações (características do dam break), em que a água não escoa somente na direção de jusante para montante do rio. Portanto, recomenda-se, para estudos futuros, que seja considerada, na medida do possível, a disponibilização de base cartográfica em escalas mais precisas e um maior adensamento dos levantamentos topobatimétricos necessários, o que contribuirá para a obtenção de resultados da simulação da ruptura das barragens com um maior nível de detalhamento. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 -111- 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, A. B. Emergência e gestão do risco. In: Curso de Exploração e Segurança de Barragens. Capítulo 7. Lisboa: Instituto Nacional da Água (INAG),2001. 104p ALMEIDA, A. B.; RAMOS, M. C.; SANTOS, M. A.; VISEU, T. Dam break Flood Risk Management in Portugal.Lisboa: LNEC,2003. 265p. CARDEAL DE SOUZA, V.L,2003. Critérios de Projeto Civil de Usinas Hidroelétricas. ELETROBRAS, outubro 2003. DEPARTMENT OF NATURAL RESOURCES AND MINES - NRM.Guidelines for failure impact assessment of water dams. Queensland, Australia,2002,43p ESPANHA. Guia para la elaboración de los planes de emergencia de presas. Ministério de Medio Ambiente, Madrid,2001. ESPANHA. Reglamento Tecnico Sobre Seguridad de Presas y Embalses. Orden Ministerial Ref. 1996/07319, de 12 mar. 1996. Ministerio de Obras Publicas, Transportes y Medio Ambiente, Madrid,30 mar. 1996. GOVERNO DO BRASIL,2010. Lei 12.334 de Segurança de Barragens. DOU 21.09.2010 de 20 de setembro de 2010. GRAHAM, W. J. A. Procedure for Estimating Loss of Life Caused by Dam Failure (DSO-99-06). Denver: U.S. Department of the Interior, Bureau of Reclamation,1999. MINAS GERAIS,2002. Deliberação Normativa COPAM N° 62. DIÁRIO OFICIAL,17 de dezembro de 2002. MINAS GERAIS,2005. Deliberação Normativa COPAM N° 87. DIÁRIO OFICIAL,17 de junho de 2005. MINISTÉRIO DA INTEGRAÇAO NACIONAL – MI. Manual de Segurança e Inspeção de Barragens. Brasília: Ministério,2002. 148 p. US ARMY CORPS OF ENGINEERS,2010. Hydrologic Modelling Manual.HYDROLOGIC ENGINEERING CENTER,2010. System US ARMY CORPS OF ENGINEERS,2010. River Analysis System Manual.HYDROLOGIC ENGINEERING CENTER,2010. Previsão de Eventos Críticos na Bacia do Rio Paraíba do Sul R06 - Estudos de Ruptura de Barragens HEC-HMS HEC-RAS Users Users ENGECORPS 1069-ANA-RPS-RT-019 Ministério do Meio Ambiente