Simulação de rompimento de barragens em cascata com o modelo MGB

Abstract

Eventos de ruptura de grandes barragens têm, em geral, consequências catastróficas ao vale a jusante. Portanto, para a construção de grandes barragens é necessário a elaboração de um Plano de Ação Emergencial (PAE), o qual deve conter medidas de como proceder em caso de acidentes com barragens e mapas de áreas potencialmente inundáveis. Para isso, modelos matemáticos são utilizados, sendo capazes de representar o comportamento de uma mancha de inundação ao longo da bacia hidrográfica. Visando contribuir nessa área de estudo, esse trabalho apresenta uma análise da aplicabilidade de um método de complexidade intermediária, conhecido como método inercial, utilizando o Modelo de Grandes Bacias (MGB). Para isso, a área de estudo escolhida foi a bacia do rio Uruguai, a qual possui aproximadamente 175 mil km² em terreno brasileiro e diversos barramentos ao longo de seus cursos d’água. A simulação consistiu em cenários representando situações de rompimento de barragens individuais, em cascata e sem rompimento. Também foi analisado o comportamento do modelo utilizando diferentes profundidades de água, buscando verificar a sensibilidade do MGB. A partir das simulações foi possível observar que o cenário de rompimento das barragens em cascata no rio Uruguai acarretou vazões maiores, apresentando manchas de inundação mais extensas ao longo da bacia hidrográfica e vazões de aproximadamente 97419 m³/s na UHE Foz do Chapecó e 1018% da profundidade de calha cheia do rio na UHE Itá. Já no cenário de referência (sem rompimento), a vazão atingida foi de aproximadamente 15388 m³/s na UHE Foz do Chapecó e a profundidade de 246% na UHE Itá. Em outro cenário, o de rompimento individual da UHE Foz do Chapecó, foi observado que a extensão da mancha de inundação, as profundidades e as vazões atingidas não diferem do cenário sem rompimento, mostrando que a ruptura da barragem causaria danos semelhantes aos das cheias naturais simuladas no período de estudo. A partir das análises de sensibilidade foi possível observar uma variação nos hidrogramas e nas manchas de inundação resultantes das simulações com diferentes profundidades, onde para menores profundidades de calha do rio atribuídas, menores vazões foram observadas, representando um maior espalhamento da mancha de inundação nas áreas adjacentes.

Dam break of large dams have in general catastrophic consequences to the downstream valley. For this reason, it is necessary to elaborate an Emergency Action Plan (EAP) for the construction of large dams, this plan should contain instructions on how to proceed in case of structural accidents and visual maps of potential floodable areas. In order to understand these possible behaviors, mathematical models are used to understand flood spots along the river basin. With the goal of contributing to this study field, this work presents an applicability analysis of an intermediate complexity method, called inertial method, using the Hydrological Model for Large Basins (MGB). For this purpose, the chosen study area was the Uruguay River basin, which has approximately 175,000 km² in the Brazilian territory and several dams along its water courses. The simulation was based on different scenarios representing possibilities of single dam breaking, cascade dam breaking and a reference scenario with no rupture. The behavior of the model using different water depths, seeking to verify the sensitivity of the method was also analyzed. Analyzing the simulations, it was possible to understand that the cascading rupture scenario in the Uruguay River caused larger flows if compared with different tests, presenting more extensive flood spots along the hydrographic basin. Obtained flows at the Foz do Chapecó HPP (Hydroelectric Power Plant) with approximately 97,419 m³/s and at the Itá HPP it was possible to see a river depth that was 1,018% of the full channel river's depth. In the reference scenario, the obtained flow was 15,388 m³/s at Foz do Chapecó HPP and the depth of 246% at Itá HPP. In another scenario, the rupture of the Foz do Chapecó HPP, it was observed that the extent of the flood spot, the depths and the flows obtained does not differ from the reference scenario, showing that the dam rupture would cause similar damages to the natural floods occurred during the period this study was taking place. From the sensitivity analyses, it was possible to see a variation in the hydrographs and the flood spots with different depths and smaller river channel depths lead to smaller flow rates spreading the flood spot in the adjacent areas.