Avaliação de fontes de incerteza em estudos de rompimentos de barragens

Abstract

Este trabalho consiste numa avaliação de como as incertezas de determinados dados de entrada utilizados em estudos de rompimento de barragem afetam determinados resultados utilizados para avaliação da onda de cheia, para seções localizadas em diferentes locais ao longo de cursos hídricos, em áreas de estudo com características constrastantes. Os dados de entrada perturbados foram o coeficiente de Manning, parâmetros de brecha, volume do reservatório, topografia de jusante (representada por Modelos Digitais de Elevação - MDEs), e tipo de modelo hidrodinâmco adotado. Os parâmetros de avaliação considerados foram a vazão de pico, o tempo de pico, a profundidade máxima e a velocidade máxima da onda de cheia. Sendo assim, foram perturbados os dados de entrada dentro de uma faixa esperada de utilização, e resultados oriundos das simulações confrontados a fim de se identificar quais foram os parâmetros de avaliação mais afetados frente a incertezas dos dados de entrada em diferentes seções ao longo dos cursos hídricos avaliados. Foram consideradas duas áreas de estudo com características distintas de vales de jusante: A Barragem da Usina Hidrelétrica de Canastra, localizada em Canela/RS, que apresenta um vale com declividades da ordem de 40m/km, e a Barragem Lomba do Sabão, localizada em Porto Alegre/RS, que conta com declividades da ordem de 4m/km. Para a área com altas declividades foram realizadas 182 simulações hidrodinâmicas em 2 dimensões no modelo HEC-RAS 5.03, considerando MDEs de diversas fontes, incluindo os MDEs globais provenientes do SRTM e do AW3D30. Alguns deles foram pós-processados com a inserção de seções topográficas reais obtidas via processamento de imagens aéreas levantadas por Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) e calhas de rio fictícias. Para a área de estudo com menores declividades foram realizadas 13 simulações, que foram utilizadas para contrapor os resultados obtidos para a primeira área de estudo. Para esta área de estudo foram utilizados MDEs globais oriundos do SRTM e também um levantamento LiDAR realizado para a cidade de Porto Alegre, que gerou MDEs de alta precisão, com resoluções de 1 metro. Os resultados obtidos sugerem que estudos de rompimento de barragem realizados a partir da utilização de informações topográficas pouco confiáveis podem ter as incertezas oriundas da caracterização da topografia de jusante compensadas por subestimativas ou superestimativas de outros dados de entrada utilizados em estudos de rompimento. Além disso, foi realizado o mapeamento do peso exercido pelas incertezas de diferentes dados de entrada em estudos de rompimentos de barragens, para vales com características topográficas contrastantes em seções próximas ou distantes dos barramentos, mostrando que nem sempre as incertezas relativas à topografia são mais importantes que outros dados de entrada.

This work consists of a sensitivity evaluation of how uncertain input data used in dam brake studies affect certain parameters of flood wave for sections located at different locations along water courses, for two different watershed. The input data used were Manning coefficient, dam breach parameters, reservoir volume, downstream topography (represented by Digital Elevation Models (DEMs), and equation adopted. The evaluation parameters considered were the peak flow, the peak time, the maximum depth and the maximum speed of the flood wave. Thus, perturbation groups of the input data were created within an expected range of use, whose results from the simulations were confronted in order to identify the most affected hydraulic parameters for different input data in different sections of water courses evaluated. Two study areas with distinct characteristics of downstream valleys were considered: The Canastra Dam, located in Canela / RS, which presents a valley with slopes of 40 m/km and the Lomba do Sabão Dam, located in Porto Alegre / RS, which has slopes of the order of 4 m/km. For the area with high slopes, 182 hydrodynamic simulations were performed in 2 dimensions in HEC-RAS 5.03 software, considering DEMs from several sources, including global DEMs from SRTM and AW3D30. Some of them were post-processed with the insertion of real topographic sections obtained through aerial image processing raised by Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). For the study area with smaller slopes, 13 simulations were performed, which were used to counterbalance the results obtained for the first study area. For this area of study, global DEMs from the SRTM were used, as well as LiDAR survey carried out for the city of Porto Alegre, which generated high precision DEMs, with resolutions of 1 meter. As a result, it was observed that in Action Emergency Plans, the uncertainties generated by a given input data can be compensated by conservative values adopted in another input data. In addition, we carried out the mapping of the weight exerted by the uncertainties of different input data in dam break studies, for valleys with contrasting topographic characteristics in sections near or distant from the dams, showing that uncertainties related to the topography are not always more important than other input data.