Avaliação do efeito de fogos florestais no regime de escoamento e na qualidade de massas de água doce superficiais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão de Sistemas Ambientais. A presente dissertação foi preparada no âmbito do protocolo nº 2007/009/INAG, celebrado entre o Instituto da Água e a UNL/FCT/DCEA

Modelo matemático aplicado à irrigação localizada com microtubos sob regime de escoamento turbulento

O presente trabalho teve como objetivos, desenvolver dois modelos matemáticos para dimensionamento de microtubos em irrigação localizada, operando sob regime de escoamento turbulento, nos quais foram incluídas as perdas de carga no microtubo, perda de carga localizada e perdas por energia de velocidade na saída do microtubo. Para a determinação da perda de carga localizada, obteve-se, por meio de dados de laboratório, valores de coeficientes K de dissipação de energia na entrada do microtubo. Os modelos foram avaliados com o dimensionamento de uma linha lateral de irrigação e tiveram ótimos desempenhos, tendo em vista que os dados coletados proporcionaram vazão média próxima da vazão de projeto, com coeficiente de determinação acima de 98%, excelente uniformidade de distribuição, baixo erro médio absoluto e coeficiente de variação de vazão. Dessa forma, pode-se dizer que o sistema de irrigação com microtubos, em regime de escoamento turbulento, mostrou-se tecnicamente viável para utilização, e que os modelos matemáticos desenvolvidos foram adequados para a avaliação das perdas no sistema.

Hidráulica do escoamento e transporte de sedimentos em sulcos em solo franco-argilo-arenoso

A erosão em sulcos caracteriza-se pelo escoamento superficial concentrado de uma lâmina d'água com tensão de cisalhamento suficiente para desagregar o solo, que deforma o sulco e altera as características hidráulicas do escoamento responsável pela dinâmica de formação dos sulcos. Os objetivos deste trabalho foram: avaliar as condições hidráulicas do escoamento em sulcos de erosão, que podem fornecer subsídios importantes às relações de erosão, e determinar as taxas de desagregação do solo, a erodibilidade do solo e a tensão crítica de cisalhamento, além de quantificar o transporte de sedimentos em sulcos por meio de expressões baseadas em variáveis hidráulicas. Para tanto, sulcos foram pré-formados em um solo de textura franco-argilo-arenosa, num campo com declive médio de 0,067 m m-1, e submetidos à aplicação de chuva simulada com intensidade de 74 mm h-1, durante 80 min, tendo sido aplicados nos sulcos, nos últimos 20 min, fluxos extras de escoamento superficial de 0, 10, 20, 30, 40 e 50 L min-1. Os resultados mostraram que o regime de escoamento nos sulcos caracterizou-se como sendo de transição subcrítico a turbulento subcrítico. As taxas de desagregação do solo obtidas foram lineares às tensões de cisalhamento desenvolvidas, para uma erodibilidade em sulcos (Kr) de 0,0024 kg N-1 s-1 e uma tensão crítica de cisalhamento (tauc) de 2,75 Pa. Duas funções baseadas na potência do escoamento foram ajustadas para estimar o transporte de sedimentos nos sulcos de erosão, as quais explicaram 53 % da variação experimental, refletindo não só a dificuldade de ajuste de modelos de estimativa do transporte sólido às lâminas de escoamento pouco espessas que ocorrem nas áreas de cultivo agrícola, mas também a diversidade física e mineralógica das partículas e dos agregados do solo estudado.

Uso de traçador salino para avaliação da colmatação e das condições hidrodinâmicas em sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial

RESUMO A colmatação é um fenômeno intrínseco aos sistemas alagados construídos (SACs) utilizados no tratamento de esgotos, sendo decorrente dos mecanismos de remoção de poluentes. Dentre os métodos disponíveis para a avaliação da colmatação, destaca-se o uso de traçadores para a obtenção das condições hidrodinâmicas dos SACs. No entanto, não há um traçador ideal; os salinos, por exemplo, são passíveis de absorção, mecanismo influenciado pelo estádio no qual a planta se apresenta. Assim, objetivou-se, com a realização do trabalho, avaliar a utilização do NaCl para caracterização do grau de colmatação e das condições hidrodinâmicas de SACs de escoamento horizontal subsuperficial, plantado e não plantado, verificar a confiabilidade do uso desse traçador em testes executados durante o estádio de crescimento (após o corte da parte aérea) e o florescimento da taboa (Typha latifolia), além da suscetibilidade de causar danos às plantas. Os resultados indicaram que o NaCl pode ser utilizado para estudos de comparação do grau de colmatação de SACs, inclusive não apresentando danos à taboa. Verificou-se que, após sete anos de operação, a unidade plantada encontra-se mais colmatada e com regime de escoamento mais turbulento. Também foi possível inferir que o corte das plantas propiciou aumento na dispersão no sistema.

Características do escoamento ao longo de uma escada de peixes do tipo ranhura vertical

Sucessivos barramentos ao longo de um rio impedem a migração, fenômeno característico de algumas espécies de peixes. Essa interrupção pode provocar a extinção local de espécies migratórias de peixes e acentuada queda da produção pesqueira. Mecanismos de Transposição para Peixes (MTP) são estruturas capazes de mitigar os efeitos negativos desses barramentos, possibilitando a transposição segura dessas espécies através dos barramentos. Esta pesquisa visou a compreensão do funcionamento de um MTP conhecido como escada para peixes do tipo ranhura vertical. Para tanto, foram realizados experimentos em uma estrutura de laboratório, geometricamente semelhante à Escada de Peixes do tipo Ranhura Vertical do reservatório da UHE de Igarapava/MG. Foram realizados experimentos em diversas vazões para a verificação do regime de escoamento ao longo da estrutura e para a determinação dos parâmetros hidráulicos de vazão adimensional, de coeficiente de descarga e de coeficiente de cisalhamento, que foram comparados aos encontrados na bibliografia. Por meio desses ensaios foi possível sugerir equações simplificadas para esses parâmetros Também foram executados ensaios a vazão constante para gerar mapas de distribuição de velocidades médias e de pressões dentro de um tanque da estrutura. A vazão constante também foram medidos valores de altura de lâmina d’água ao longo de dois eixos de um tanque e realizadas visualizações do escoamento por meio do uso de traçadores. Os resultados puderam demonstrar a existência de um jato e de duas zonas de recirculação de água, à esquerda e à direita do tanque, assim como a alta variação de valores de pressões no jato e a existência de velocidades no sentido vertical, principalmente na zona de recirculação à esquerda do tanque.

Hidráulica do escoamento superficial no processo de erosão em sulcos de um argissolo

Pós-graduação em Agronomia (Ciência do Solo) - FCAV

Efeito da razão de submersão sobre os parâmetros hidrodinâmicos de uma coluna de recirculação de líquido através de um tubo exterior

No trabalho realizado nesta tese, procedeu-se ao estudo hidrodinâmico de uma coluna de borbulhamento de recirculação externa do líquido (CREL), que permitiu ampliar o conhecimento já existente sobre este tipo de colunas. Para realizar este estudo utilizaram-se líquidos viscosos Newtonianos, nomeadamente soluções aquosas de glicerina com viscosidades entre 0,007 e 0,522 Pa.s. Para a gama de caudais de ar injectados, 1,5x10-5 até 1,35x10-4 m3/s, o ar ascendia ao longo da coluna de borbulhamento sob a forma de bolhas tubulares. Após a realização dos ensaios, verificou-se que o regime de escoamento do líquido entre bolhas tubulares variou desde o tipo laminar até transição (1,9 escoamento na esteira das referidas bolhas variou do regime laminar até ao regime turbulento (12,1 < ReV <3297). Nos ensaios experimentais foram utilizadas duas colunas de borbulhamento com diferentes diâmetros internos de 22 e 32 mm. A razão de submersão, , seleccionada foi de 0,85. Este valor foi escolhido por ser significativamente diferente dos usados em estudos anteriores (0,935 por Santos (2004), Santos (2005) e 0,91 por Rangel (2008)) de forma a poder analisar a influência da razão de submersão sobre os parâmetros hidrodinâmicos. Nos ensaios realizados foram determinadas a retenção do gás na coluna e a velocidade superficial do líquido em escoamento no interior da coluna de borbulhamento. Os valores da retenção do gás foram comparados com valores teóricos previstos por equações empíricas de Nicklin et al (1962). Estes valores também foram comparados com valores obtidos experimentalmente em trabalhos anteriores, onde se utilizaram razões de submersão de 0,935 e 0,91. Após análise dos valores da retenção verificou-se que estes eram mais elevados para as soluções de maior viscosidade e menor diâmetro da coluna. Para as experiências realizadas com as soluções com viscosidades entre 0,52 Pa.s e 0,053 Pa.s, os valores experimentais eram inferiores aos previstos por Nicklin et al (1962) para regime laminar tanto na coluna de 22 mm como na coluna de 32 mm. Para a solução com 0,007 Pa.s de viscosidade os valores experimentais situavam-se na zona de transição entre o regime laminar e o regime turbulento em ambas as colunas. Verificou-se que a diminuição da razão de submersão de 0,935 para 0,85 aumentou significativamente a retenção em todas as experiências realizadas. A velocidade superficial média de circulação do líquido variava na razão inversa do diâmetro e da viscosidade. A diminuição da retenção provocou uma diminuição significativa na velocidade do líquido.

Avaliação da carga poluente afluente a uma massa de água – rio de S. Domingos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente – Perfil de Engenharia Sanitária

Influência de forças de percolação na estabilidade de obras geotécnicas. Implementação e validação de modelo numérico

A percolação da água nos solos impõe-lhe forças, designadas por forças de percolação, que alteram a distribuição das forças de massa e, portanto, das tensões efectivas no maciço. Neste trabalho desenvolve-se, implementa-se e valida-se um programa numérico de análise de escoamentos capaz de caracterizar eficazmente o comportamento da água nos solos em regime permanente. O programa detalha as pressões de água, as cargas hidráulicas, as velocidades e as forças de percolação. Em seguida, para avaliar a influência do escoamento de água na estabilidade das mais variadas obras geotécnicas recorre-se a um programa de elementos finitos que implementa numericamente o teorema cinemático da análise limite. Os exemplos de aplicação realizados para validação demonstram que o cálculo implementado conduz a resultados muito semelhantes, por vezes melhores, aos obtidos por outros autores, tanto a nível analítico como numérico. Conclui-se o trabalho com o estudo da influência de escoamentos com componente maioritariamente vertical na capacidade resistente de fundações superficiais. No caso de um escoamento estritamente vertical é necessária a condição de permeabilidade de fundação. A impermeabilidade da fundação altera o regime de escoamento, e, portanto, a distribuição das forças de percolação e das tensões efectivas. Este estudo tem como objectivo avaliar preliminarmente a influência desta alteração na capacidade resistente de fundações superficiais.

Erosão em sulcos em diferentes preparos e estados de consolidação do solo

O preparo e a consolidação do solo alteram a sua capacidade em resistir à erosão em sulcos. Com o objetivo de estudar a erosão em sulcos em diferentes preparos e consolidação do solo, conhecer o diâmetro mediano dos sedimentos transportados e determinar a erodibilidade em sulcos (Kr) e a tensão crítica de cisalhamento (τc) do solo, foi realizado um experimento no campo, em 1997/98, em um Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico arênico. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com seis repetições. Os tratamentos constaram de: preparo convencional recente (CR), preparo convencional consolidado (consolidação de dois meses) (CC), plantio direto sem palha (PDS) e plantio direto com palha (PDC, 94% de cobertura). Usou-se chuva simulada de intensidade constante (65 mm h-1) até escoamento aproximadamente constante de água no solo. Em seguida, na extremidade superior do sulco, foram adicionadas descargas líquidas (Q) crescentes de 0,0002 m³ s-1 até 0,0010 m³ s-1, para os tratamentos CR e CC, e de 0,0004 m³ s-1 até 0,0020 m³ s-1, para os tratamentos PDS e PDC, sendo as amostras coletadas na parte inferior de cada sulco. As parcelas foram delimitadas por chapas metálicas cravadas no solo no sentido do declive (0,20 m de largura por 6,00 m de comprimento). O valor de Kr determinado foi de 0,012 kg N-1 s-1 e o τc foi de 2,61 N m-2. A desagregação, as perdas de solo e o diâmetro mediano dos sedimentos apresentaram a seguinte seqüência em magnitude: CR, CC, PDS e PDC, particularmente nas maiores Q. O regime de escoamento foi turbulento supercrítico, com exceção da primeira Q aplicada, onde o regime foi laminar subcrítico, para o PDC, graças à presença de resíduos culturais, e laminar supercrítico, para os demais tratamentos. A consolidação e a cobertura do solo alteram o regime do escoamento e reduzem a erosão em sulcos e seus efeitos são complementares.

Erosão entre sulcos em diferentes condições de cobertura do solo, sob cultivo da cana-de-açúcar

A erosão entressulcos acontece pela desagregação originada do impacto das gotas de chuva e pelo transporte do escoamento superficial, por arraste e suspensão das partículas superficiais do solo desagregadas, onde se encontram a matéria orgânica e os nutrientes fundamentais para a produção agrícola. O trabalho objetivou avaliar o efeito de diferentes coberturas do solo em área de cultivo de cana-de-açúcar sob o escoamento superficial na erosão entressulcos. As condições avaliadas foram: solo descoberto; resíduo em contato direto com o solo; dossel da cana-de-açúcar e efeito somado do dossel da cana-de-açúcar e do resíduo em contato com o solo, para três e 12 meses após o corte da cana-planta. Os regimes de escoamento na erosão entressulcos foram laminar lento, e a erodibilidade para o Argissolo Vermelho-Amarelo foi de 1,87 x 10(6) kg s m-4, por conta da presença de mica e caulinita. O resíduo da cana em contato direto com o solo destacou-se no aumento da rugosidade hidráulica, e o dossel pela interceptação da chuva que retardou o início do escoamento superficial, possibilitando maiores taxas de infiltração de água no solo e menores taxas da erosão entressulcos.

Características hidráulicas da erosão em sulcos em um cambissolo do semiárido do Brasil

A erosão em sulcos é formada a partir da concentração do escoamento superficial nas depressões da superfície do terreno, evoluindo para a formação de canais ou ravinas, o que faz aumentar a degradação dos solos pela erosão hídrica. Os objetivos deste trabalho foram avaliar as condições hidráulicas do escoamento em sulcos pré-formados, caracterizando o regime de escoamento, e avaliar mudanças induzidas na geometria desses sulcos. Para isso, um experimento foi realizado num Cambissolo Háplico do sertão pernambucano, município de Serra Talhada, Brasil. Os tratamentos consistiram na aplicação de vazões de 17,5; 47,0; 60,0; 77,0; e 110,0 L min-1; com duração de 20 min, em sulcos pré-formados em um solo recém-preparado. O aprofundamento dos sulcos foi dominante no início dos testes. A partir do momento em que o sulco atingiu o solo não revolvido, o processo erosivo, ou seja, a ação da tensão cisalhante, caracterizou-se principalmente pelo alargamento do canal, desgastando com maior proporção a base das paredes laterais dos sulcos. A ação da concentração do escoamento superficial nos sulcos experimentais produziu regimes de escoamento na faixa de transição supercrítico, atestando a ocorrência da erosão em sulcos. O cisalhamento na base do sulco, provocado pelo escoamento, facilitou o desmoronamento nas paredes laterais.

Resistência à erosão em ravinas, em latossolo argiloarenoso

As ravinas consistem em uma das formas de erosão hídrica com escoamento superficial concentrado em encostas de áreas degradadas e, ainda, sem escoamentos de subsuperfície. Os objetivos deste trabalho foram estudar o comportamento hidráulico do escoamento superficial das ravinas e determinar a erodibilidade (Kr) e a tensão crítica de cisalhamento (τc) na superfície de ravinas e, também, a erodibilidade (Kr) ao longo do perfil de encostas degradadas do litoral do Estado de Pernambuco. O experimento foi realizado em 2005, em um Latossolo Amarelo de textura argilosa pertencente à Formação Barreiras no município do Cabo de Santo Agostinho, PE. As parcelas foram delimitadas por chapas metálicas cravadas no solo no sentido do declive (1,0 m de largura por 3,0 m de comprimento). Os testes consistiram na aplicação de quatro níveis de vazão, determinando-se o volume de descarga líquida e a massa de sedimentos desagregados. As taxas de desagregação de solo foram lineares em relação às tensões de cisalhamento. Na superfície das ravinas, a erodibilidade (Kr) foi de 0,0016 kg N-1 s-1 e a tensão crítica de cisalhamento, de τc = 4,37 Pa. O baixo valor de erodibilidade e o alto de tensão crítica de cisalhamento de τc obtidos na superfície das ravinas possivelmente decorreram da formação de uma crosta superficial originada por ciclos de umedecimento e secagem. A erodibilidade (Kr) em profundidade variou entre 0,012 e 0,070 kg N-1 s-1, em função do teor de argila. O regime do escoamento superficial nas ravinas foi turbulento supercrítico e, portanto, semelhante ao do escoamento superficial nos sulcos de erosão, como descrito na literatura.

Mecanismos técnico-institucionais para a sustentabilidade da drenagem urbana

A drenagem urbana, especialmente nos grandes centros, tem sido efetuada de forma não sustentável com contaminação e alterações no regime de escoamento superficial devido à impermeabilização de superfícies, e deposição de resíduos sólidos. Estas condições representam ameaça considerável ao homem e ao ecossistema do corpo receptor. O emprego de práticas sustentáveis aparece como caminho a ser perseguido, encontrando no Desenvolvimento Urbano de Baixo Impacto (Low Impact Development, LID) o conjunto de técnicas que mais se aproxima desta meta. LID objetiva atingir paisagens com funções hidrológicas, apresentando comportamento mais similar ao natural, por controlar não somente o pico de vazões, mas volume, freqüência/duração, além de qualidade dos escoamentos pluviais. Este tipo de desenvolvimento atua recuperando a capacidade de infiltração das superfícies urbanas, além de estimular o reuso de água, reduzindo os impactos, com ganhos econômicos e paisagísticos em comparação ao controle efetuado pelos métodos tradicionais de controle por condutos e mesmo detenções. A utilização desta nova tecnologia se aplica à implantação de novos desenvolvimentos e redesenvolvimentos, a priori, apresentando ainda vantagens para implantação destas em empreendimentos antigos com relação a métodos tradicionais Buscou-se, por intermédio deste estudo, avaliar os potenciais mecanismos técnicoinstitucionais que possam ser empregados na realidade brasileira, em especial em Porto Alegre, vislumbrando a implementação da sustentabilidade, assim como, avaliar as respostas obtidas da simulação numérica da implantação das técnicas de LID a um condomínio hipotético. Para tanto, fez-se necessário aplicar metodologia diferente da proposta pelos manuais existentes, em virtude da insuficiência destes em representar o comportamento dos dispositivos de controle do escoamento. Os resultados obtidos confirmaram a necessidade de revisão nos mecanismos para controle da drenagem vigentes, bem como, as vantagens de aplicação de técnicas que apresentam abordagem mais integradora e de escala menor.

Geração de sulcos em meio coesivo e caracterização hidrossedimentométrica de sua evolução

Na pesquisa em erosão, nas últimas décadas, está se formando um consenso de que é importante entender os processos básicos que regem o fenômeno. Uma alternativas para tentar compreender melhor as etapas do processo erosivo é separá-lo na fase de sulco (fluxo concentrado) e de entressulco. Dentro desse enfoque foi construído no Laboratório de Processos Erosivos e Deposicionais (LaPED) do IPH/UFRGS um canal de declividade para estudar o processo de incisão e o desenvolvimento dos sulcos de erosão. A estrutura experimental projetada e construída permite que seja controlada a vazão através de um medidor eletromagnético e que seja alterada a declividade do canal através de um sistema hidráulico associado a um nível digital. O solo colocado no canal foi um Latossolo Vermelho distrófico típico, as declividades de trabalho foram 3,0; 6,0 e 9,0% e a seqüência de vazões aplicadas foi 10,0; 18,5; 25,5; 38,5 e 51,0L.min-1. A estrutura experimental montada se mostrou de fácil operação e eficiente para permitir o avanço no entendimento dos processos de desagregação e de transporte de partículas sólidas pela ação do escoamento superficial, além de possibilitar a geração de sulco(s) de erosão na superfície do solo. O escoamento passou da condição de difuso para concentrado a partir do momento em que a velocidade superficial do fluxo alcançou 0,26m.s-1, a altura de lâmina atingiu 0,0102m, a velocidade de cisalhamento superou os 0,059m.s-1, a tensão de cisalhamento chegou a 3,50Pa e que a potência do escoamento atingiu pelo menos 0,22N.s-1. O processo de incisão iniciou-se com o canal experimental colocado em baixa declividade e em regime de escoamento sub-crítico e de transição. A velocidade de cisalhamento, no momento da incisão, foi, praticamente, o dobro daquela encontrada na literatura para solos siltosos e arenosos. Entretanto, para as três declividades a fase de sulco definido ocorreu somente em regime de escoamento turbulento. A tensão de cisalhamento foi o parâmetro que melhor descreveu a evolução da perda de solo. A potência do escoamento foi o parâmetro hidráulico que mostrou maior eficiência para separar as fases evolutivas dos sulcos. O desenvolvimento do(s) sulco(s) teve o seu início em uma condição de escoamento difuso (ausência de sulcos) e com a potência do escoamento oscilando entre 0,057 e 0,198N.s-1. O avanço do(s) sulco(s) começou com uma zona de transição (fase de incisão e de aprofundamento) onde a potência do escoamento varia entre 0,220 e 0,278N.s-1 e, logo em seguida, teve início a fase de sulco definido, com a potência do escoamento entre 0,314 e 0,544N.s-1. Na fase de escoamento concentrado foi preponderante o papel do processo de erosão regressiva para aumentar tanto o tamanho como o peso das partículas sólidas em transporte pelo escoamento superficial e assim fazer com que predominasse o transporte via fundo sobre o transporte via suspensão. As cargas de sedimento geradas nos solos de diferentes classes texturais foram separadas em grupos distintos em função da potência unitária do escoamento.