Estimativa do tempo de pico de cheia por ruptura hipotética de barragem ao longo do vale de jusante

Abstract

Este trabalho investiga a segurança de barragens no Brasil, contextualizada pelos desastres recentes, e a evolução do marco regulatório através da PNSB. O objetivo central do estudo é avaliar a estimativa do tempo de pico da onda de cheia (Tpico) gerada por uma ruptura hipotética, comparando uma modelagem hidrodinâmica com uma metodologia simplificada. Buscando verificar se métodos que exigem menor esforço computacional são eficazes para fornecer dados temporais críticos, preenchendo lacunas de métodos simplificados que focam apenas na extensão espacial. A metodologia foi aplicada à Barragem SJ1, localizada no Rio Grande do Sul, utilizando dados públicos do SNISB e SNIRH, além do MDT ANADEM. Foram realizadas duas abordagens principais: uma simulação hidrodinâmica utilizando o software HEC-RAS no módulo 2D e a aplicação do método simplificado de Melo (2015), complementado pelo Modelo da Onda Cinemática (MOC) proposto por Steinke et al. (2025) para estimar variáveis temporais como a celeridade e o tempo de chegada da onda. Os resultados mostraram condutas distintas entre as abordagens. No aspecto espacial e hidráulico, o método simplificado mostrou-se conservador, superestimando a vazão máxima e a área da mancha de inundação em quase 6% comparado ao modelo hidrodinâmico. Essa característica valida o método simplificado para fins de classificação de DPA, pois garante uma margem de segurança na delimitação das áreas afetadas. Contudo, o método falhou em representar a física do escoamento em topografias irregulares, gerando perfis de linha d'água inconsistentes. A maior divergência foi observada na dimensão temporal. O método simplificado MOC subestimou a celeridade (média de 1,4 m/s contra 4,0 m/s no HEC-RAS), resultando em uma superestimativa do tempo de pico da onda. Enquanto a modelagem hidrodinâmica previu a chegada em 210 minutos na seção final, o método simplificado estimou 410 minutos. Conclui-se que, embora a metodologia simplificada seja útil para classificação de risco, ela não substitui a modelagem hidrodinâmica para o planejamento de emergência. Por fim, o estudo sugere a calibração dos coeficientes e a aplicação de um Fator de Redução de Tempo (FRT) para mitigar as imprecisões em estudos futuros.

This study investigates dam safety in Brazil, contextualized by recent disasters, and the evolution of the regulatory framework through the PNSB. The main objective of the study is to evaluate the estimated peak flood wave time (Tpico) generated by a hypothetical rupture, comparing hydrodynamic modeling with a simplified methodology. The aim is to verify whether methods that require less computational effort are effective in providing critical temporal data, filling gaps in simplified methods that focus only on spatial extension. The methodology was applied to the SJ1 Dam, located in Rio Grande do Sul, using public data from SNISB and SNIRH, in addition to DTM ANADEM. Two main approaches were used: a hydrodynamic simulation using HEC-RAS software in the 2D module and the application of the simplified method by Melo (2015), complemented by the Kinematic Wave Model (MOC) proposed by Steinke et al. (2025) to estimate temporal variables such as wave velocity and arrival time. The results showed different behaviors between the approaches. In spatial and hydraulic terms, the simplified method proved to be conservative, overestimating the maximum flow and floodplain area by almost 6% compared to the hydrodynamic model. This characteristic validates the simplified method for the purposes of classifying DPA, as it guarantees a margin of safety in delimiting the affected areas. However, the method failed to represent the physics of runoff in irregular topographies, generating inconsistent waterline profiles. The greatest divergence was observed in the temporal dimension. The simplified MOC method underestimated the velocity (average of 1.4 m/s versus 4.0 m/s in HEC-RAS), resulting in an overestimation of the peak wave time. While hydrodynamic modeling predicted arrival in 210 minutes in the final section, the simplified method estimated 410 minutes. It is concluded that, although the simplified methodology is useful for risk classification, it does not replace hydrodynamic modeling for emergency planning. Finally, the study suggests calibrating the coefficients and applying a Time Reduction Factor (TRF) to mitigate inaccuracies in future studies.