Sistemas Fluviais e Marítimos

I − Introdução
Hidráulica Fluvial
Hidráulica Fluvial
1. Introdução, Âmbito
O que é a Hidráulica Fluvial (HF)?
Genericamente, a Hidráulica Fluvial compreende a avaliação
das características do escoamento e do comportamento
geomorfológico dos rios, na sua forma natural, ou causada
por acções antrópicas.
Em canais de fundo móvel existe uma interdependência
entre o escoamento e a forma do fundo.
Exemplos de intervenção:
− Construção de barragens e obras de regularização;
Assoreamentos a montante (diminuição do volume da albufeira),
erosão a jusante (infra-escavações,...), alteração do regime
hidrológico, qualidade de água, ...
− Dimensionamento de canais para controle de cheias;
− Estudos de qualidade de água em rios;
− Canais de navegação;
− Operação e manutenção de sistemas de controlo fluvial.
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Francisco Sancho
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I − Introdução
Hidráulica Fluvial
Características
dos
rios:
Profundidade,
largura,
velocidade, inclinação, forma em planta, ...
Escalas de intervenções/acções em rios:
− Temporal: “curto” e “longo” prazo;
− Espacial: “local” e a “grande distância”
Aspectos ambientais da HF:
Em estudos de impacte ambiental em rios é normalmente
necessário prever os níveis de água, caudais, velocidades de
escoamento, taxas de transporte de sedimentos e as
características da qualidade de água.
Métodos de estudo em HF:
− Métodos empíricos: baseado na experiência adquirida de
obras feitas
− Modelos físicos: execução de trabalho experimental em
modelos reduzidos à escala
− Modelos matemáticos: analíticos e numéricos
Métodos Híbridos
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Hidráulica Fluvial
Variáveis independentes num escoamento aluvionar
(Cunha, 1974):
− Variáveis características do fluido:
ρ : Massa específica,
ν : viscosidade cinemática
− Variáveis características do material do fundo:
ρs : Massa específica,
D : dimensão característica (diâmetro das partículas),
σ
:
desvio-padrão
(coef.
de
graduação)
da
distribuição
granulométrica
Ff : factor de forma das partículas
− Variáveis características do escoamento (simplificado):
h : Profundidade ou altura do escoamento,
J : perda de carga por unidade de percurso,
δ : espessura da camada limite
− Variáveis características da geometria do canal:
B : Largura da secção transversal,
Fs : factor de forma da secção transversal do canal,
Fc : factor de curvatura em planta do canal.
− Outras:
g : aceleração gravítica
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I − Introdução
Hidráulica Fluvial
Donde, qualquer variável dependente pode ser expressa na
forma:
X = f ( ρ ,υ, ρs , D,σ , Ff , h, J ,δ , B, Fs , Fc , g )
Alternativamente, é conveniente a inclusão das variáveis:
ws : velocidade de queda dos sedimentos,
u* : velocidade de atrito, u∗ = τ ρ , sendo τ a tensão
tangencial junto ao fundo,
em substituição de J e de g, resultando,
X = f ( ρ ,υ, ρs , D,σ , Ff , h, u∗,δ , B, Fs , Fc ,w s )
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Hidráulica Fluvial
Dimensões do escoamento:
− 1D: implica que a variação de qualquer propriedade
(variável) numa direcção perpendicular à do escoamento
é desprezável ou conhecida à priori.
− 2D: Necessário quando as hipóteses do escoamento 1D
são violadas (por exemplo, em curvas em planta).
Particularmente
importante
quando
as
velocidades
máximas na secção transversal são necessárias (ex., vel.
máxima em curvas pode originar graves erosões).
− 3D: Estudos localizados. Exemplo: erosão em torno de
pilares!
Regra simples para a escolha entre estudos 1D e 2D:
se L >20B, as variações transversais não são de
interesse
e
existem
poucas
singularidades
(alterações de secção), então é provavelmente
adequado o modelo 1D.
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