Átlas Digital das Águas de Minas - Uma ferramenta para o planejamento e gestão dos recursos hídricos

O barramento de cursos d’água para a formação de lagos artificiais constitui uma das mais antigas técnicas de aumentar as disponibilidades hídricas para atendimento de demandas por águas pelas sociedades. São dotadas de mecanismos de controle com a finalidade de obter a elevação do nível de água ou criar um reservatório de acumulação de água ou de regularização de vazões. Considera-se nesse roteiro básico como pequena barragem, quando a altura do maciço, contada do nível do terreno à crista, seja menor ou igual a 10 metros.

Diferentemente do passado, quando os reservatórios só eram vistos pelo lado dos benefícios, hoje a sociedade está mais crítica e já olha para o reservatório pelo lado dos impactos negativos e de pessoas que são deslocadas sem compensação suficiente. Há fortes movimentos organizados contra a construção de grandes barragens. Embora haja, em alguns casos, exageros nos males atribuídos aos grandes lagos artificiais, é importante que sejam analisados seus pontos e opiniões. Também, pode-se considerar que, muitas vezes, há exageros na avaliação dos benefícios atribuídos a algumas obras. Uma análise técnica, equilibrada e imparcial, que forneça subsídios à sociedade e aos decisores, para se construir ou não, ou ainda, como operar e proteger os lagos existentes, deve ser sempre considerada.

Há de se atentar, no entanto, que os impactos ambientais decorrentes desses empreendimentos são, na maioria das vezes, diretamente proporcionais à área inundada pelo reservatório. A formação de um grande reservatório de água para a produção de energia elétrica não deve ser avaliada da mesma forma que a construção de um reservatório para abastecimento público ou para a viabilização da atividade agropecuária. Não se pode usar as mesmas regras para os dois tipos diferentes de empreendimentos, uma pode ser negativa para o meio ambiente e a outra extremamente positiva.

A sustentabilidade da agropecuária, na maior parte das propriedades agrícolas, é dependente da reservação de água para uso em períodos de escassez, o que é geralmente resolvido com a construção de pequenos reservatórios. Em áreas rurais utiliza-se a construção da barragem de terra para uma série de finalidades, destacando-se a irrigação, seguida de: abastecimento da propriedade, piscicultura, recreação, embelezamento, dessedentação de animais, dentre outras.

Os impactos provocados destes reservatórios geralmente são de pouca expressividade face os benefícios que eles podem proporcionar. É de conhecimento comum que a manutenção de uma carga hidrostática mais elevada sobre o terreno e o aumento da área para infiltração proporcionam maior recarga de água em direção aos mananciais subterrâneos. O abastecimento de aqüíferos subterrâneos é fundamental para aumentar o escoamento de base, minimizando oscilações de vazão em cursos d’água superficiais. Com a elevação do nível freático, poderá haver maior disponibilização de água para as plantas, por efeito de ascensão capilar, além de possibilitar fluxo de água subterrânea suficiente para a manutenção da vazão e perenização de pequenos córregos sob influência dessas águas freáticas.

Com maior recarga dos aqüíferos no campo, os reservatórios podem servir melhor ao seu mais nobre objetivo: armazenar quando o recurso é abundante, para usar no momento de escassez. O aumento da disponibilidade hídrica nas bacias hidrográficas possibilitam também, que as outorgas de direito de uso da água sejam concedidas para um maior número de usuários, atendendo, assim, aos múltiplos usos da água de maneira mais eficaz.

Portanto, nada mais pertinente que os orgãos responsáveis pela gestão dos recursos hídricos em níveis federal, estadual e de bacia hidrográfica estimulem e facilitem a construção de pequenas barragens nas propriedades rurais objetivando o uso múltiplo da água na bacia.

Ainda nessa contextualização destaca-se, também, a possibilidade de utilizar os pequenos barramentos com o objetivo de amenizar problemas de inundações em áreas urbanas de maior risco, implicando, assim , grandes economias. Esse é o anseio da gestão integrada, ou seja, compatibilizar riscos e oportunidades na escala da bacia. Se ambientes urbanos sofrem cada vez mais com as inundações provocadas pelas enchentes, pode-se armazenar esse excesso no campo, o que permite atenuar a onda de cheia nas cidades e aproveitar essa água para irrigação nos períodos de escassez.

As pequenas barragens de terra por serem de fácil construção, muitas vezes os aspetos técnicos, legais e ambientais são negligenciados. Sabe-se que os rompimentos destas pequenas obras são freqüentes sendo uma das principais causas o suddimensionamento de estravasores, provocando galgamento. Os maiores problemas hidrológicos observados advêm dos pequenos barramentos que, num efeito dominó, podem vir a comprometer obras maiores e até causar mortes e grandes prejuízos econômicos. Nesse contexto, observa-se uma grande lacuna na literatura especializada quando se trata de metodologias confiáveis direcionadas ao dimensionamento de pequenas obras hidráulicas, notadamente os pequenos barramentos.

O projeto de uma barragem requer fundamentalmente a análise e aplicação correta de dois itens relevantes relacionados à segurança da barragem quais sejam: a) estudos hidrológicos desenvolvidos na bacia hidrográfica em estudo - onde se determina a vazão máxima de cheia e o volume de armazenamento necessário a regularização da vazão e b) estudos hidráulicos utilizados principalmente no dimensionamento do sistema extravasor (eliminação do excesso de água e dissipador de energia), do desarenador (eliminação dos depósitos do fundo e, ou esvaziamento do reservatório), e da tomada de água (estrutura para captação da água represada).

Com a finalidade de fornecer subsídios aos técnicos que trabalham na área de engenharia de recursos hídricos com foco na elaboração e implantação de pequenas barragens de terra no estado de Minas Gerais desenvolveu-se o presente documento cujo objetivo principal foi desenvolver um "Roteiro Básico para Elaboração de Projetos de Pequenas Barragens de Terras" e objetivos específicos: a) estabelecer uma metodologia confiável direcionada ao dimensionamento destas obras hidráulicas com base em informações hidrológicas regionais de forma que os projetos apresentem maior eficácia, menor impacto ambiental e menor custo financeiro e, b) apresentar os aspectos legais a serem considerados na construção destas obras hidráulicas.

Considerações gerais sobre o roteiro básico para pequenas barragens de terra
É fundamental esclarecer que o roteiro básico desenvolvido não tem a intenção de apresentar a melhor solução para o barramento ou para suas estruturas em relação ao empreendimento analisado. Nem pretende abranger os temas abordados com o rigor das publicações técnicas de todos conhecido. A proposta deste roteiro é oferecer aos técnicos um exemplo de desenvolvimento de um projeto de uma pequena barragem de terra, em nível básico, acompanhado dos conceitos e equações indispensáveis à sua compreensão.

A abordagem de maneira simples serve como ferramenta didática e não deve induzir o leitor à falsa impressão de que se pode projetar bem e competentemente, sem experiência. Julgar corretamente os valores obtidos requer anos de estudo e prática. O auxílio a questões sobre métodos construtivos, cálculos estruturais, estabilidade, geotecnia, percolação dentre outros, deve ser obtido na bibliografia técnica e adequada ao projeto do barramento proposto.

Sabe-se que a maior parte das pesquisas geotécnicas na área da barragens foram e são orientadas para o estudo de obras de grande porte, deixando em segundo plano obras menores. Assim sendo, os projetos destas últimas ficam limitados apenas a orientações provenientes de manuais técnicos, apostilhas didáticas e recomendações empíricas.

É importante, também, destacar que obras hidráulicas como barramentos, mesmo sendo de pequeno porte, distinguem- se por interferir nos cursos d’água e estar sujeitas ao poder destruidor das enchentes, envolvendo riscos que jamais podem ser desconsiderados. Assim sendo, o dimensionamento de projetos e obras necessários ao uso dos recursos hídricos deverão ser executados sob responsabilidade de profissional devidamente habilitado no CREA.

2. PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UMA PEQUENA BARRAGEM DE TERRA

Objetivando um melhor entendimento de um projeto de uma pequena barragem de terra , apresenta-se as suas principais partes constituintes, bem como, os conceitos básicos e os procedimentos metodológicos (estudos hidrológicos e hidráulicos) recomendados para o dimensionamento da obra (Figuras 1, 2 e 3).

Figura 1 – Vista superior do maciço, espelho d’água e canal extravasor

Figura 2 – Representação esquemática dos elementos básicos de uma pequena barragem de terra

Figura 3 – Vista de perfil da bacia hidráulica, do desarenador e respectiva tubulação vertical e do extravasor lateral

2.1 Maciço ou aterro	É a própria estrutura da barragem. Construído transversalmente ao curso d’água é a parte responsável por reter a água.

	(a) Construção do maciço - scraper conjugado	(b) Aplicação água usada na compactação do maciço	(c) Compactação maciço – rolo compressor
	Figura 4 – Etapas de construção do maciço de barragem, (a) e (c) bacia do rio Doce - município de Itambacuri e, (b) bacia do rio Jequitinhonha - município de Medina.

2.2 Taludes do maciço	São as faces laterais e inclinadas, paralelas ao eixo do maciço sendo, talude de montante o lado que fica em contato com a água, e, jusante, o do outro lado, sem contato com a água. O talude de montante deve ser mais inclinado que o de jusante, para permitir a maior estabilidade do aterro, devido ao decréscimo da componente horizontal da força, que tende empurrar o maciço da barragem. Recomenda-se inclinações de 2,5:1 e 2:1 para os taludes de montante e jusante, respectivamente.

	(a) Montante inclinação 2,5:1	(b) Jusante inclinação 2:1
	Figura 5 – Vistas de taludes de montante e jusante de uma barragem construida pela Ruralminas na bacia do rio Doce - município de Itambacuri

2.3 Crista do maciço

Na inexistência de fatores como trânsito pesado e certas condições locais, que condicionam a largura da crista, podem ser adotados os valores determinados por cálculo, utilizando a fórmula empírica do U. S. Bureau of Reclamation.

(1)

C = largura da crista da barragem (m);
H = altura da barragem (m).

(Figura 6 - Vista do inicio de enchimento do reservatório, do monge e término da construção da crista do maciço (C = 3,5 m). obs: mesmo local da Figura 5

2.4 Base do maciço

Consiste na projeção da crista e dos taludes de montante e jusante sobre a superfície do terreno; é a área do terreno sobre a qual se coloca o aterro. O comprimento da base do maciço (B), em metros, pode ser calculada por

(2)

em que,
C = largura da crista da barragem (m);
Zm = projeção horizontal no talude de montante;
Zj = projeção horizontal no talude de jusante;
H = altura da barragem (m).

2.5 Espelho d’água	Área da represa; superfície d’água acumulada no reservatório.

	Figura 7 – Espelho d’água em pequena barragem e em barragem de porte médio

2.6 Borda livre ou folga	Distância vertical entre o nível da água, quando a represa estiver cheia, e a crista do maciço ou do aterro. Normalmente adota-se, como mínimo, o valor de 1,0 metro.

	Figura 8 - Borda livre ou folga em duas pequenas barragens de terra

2.7 Núcleo central

Quando o material disponível para construção do maciço ou aterro não é bom(material homogêneo com predominância de argila), ou ainda, havendo uma camada arenosa permeável no leito do local, é imprescindível a construção de um núcleo central com predominância de argila que intercepte a trajetória da água. Pode-se também, ao invés do núcleo central, utilizar diafragma de concreto (simples ou armado), principalmente se a fundação for constituída de rocha.

2.8 Fundação	Construída transversalmente ao curso d’água e no eixo da barragem. Constitui-se em uma vala ou trincheira que é preenchida com terra de boa qualidade devidamente compactada. A realização de sondagens, necessária na fase de seleção do local de construção da barragem, possibilitará o desenho do perfil da seção transversal da área, que indicará a profundidade do núcleo impermeável. A sondagem poderá ser feita por tradagem, sondagem a percussão, abertura de tricheiras ou por meio de ensaios de resistência do solo. Sempre que possível a trincheira deverá ser construída sob toda a base do maciço e abrangendo uma profundidade até a rocha ou estrato impermeável. O equipamento mais apropriado é a retroescavadeira ou escavadeira hidráulica.

	(a) Abertura vala	(b) Preenchimento solo argiloso	(c) Compactação com rolo
	Figura 9. Detalhes da construção da fundação Barragem de terra no Semiárido mineiro, construída pela Ruralminas - bacia do Jequitinhonha, município de Medina - MG

2.9 Drenos	Para a linha de saturação manter-se abaixo do pé de uma barragem de terra, isto é, dentro de seu corpo, ou para reduzir a subpressão hidráulica, pode-se recorrer ao uso de drenos, colocados, geralmente, no terço final do talude de jusante, ou mesmo construindo-se um enrocamento de pedras no final deste (dreno de pé). Os drenos devem ser construídos de modo que as águas de infiltração possam sair sem causar erosão no aterro, funcionando como filtros inversos. As camadas periféricas devem ser de areia grossa,e cascalho miúdo, aumentando-se o tamanho do material à medida que se caminha para o centro.

	Figura 10 – Detalhe de um dreno horizontal, conjugado com um dreno de pé.

2.10 Desarenador

Objetiva principalmente a eliminação dos depósitos do fundo e ao esvaziamento do reservatório. Informações sobre o funcionamento dessa estrutura e da fórmula de dimensionamento mais apropriada, estão apresentadas no Tópico 3.

2.11 Altura da barragem

A altura de uma barragem é a distância vertical entre a superfície do terreno que recebe a barragem e a superfície da água no reservatório, por ocasião da ocorrência da vazão máxima de projeto do extravasor, acrescida de uma borda livre ou folga.

2.12 Sistema extravasor

O sistema extravasor de uma barragem corresponde basicamente a construção de duas estruturas objetivando: a)permitir o escoamento da vazão máxima de enchente e b) proteção do local de restituição das águas vertidas ao curso d'água.

2.13 Tomada de água	É a estrutura para captação da água represada. Pode apresentar diversas formas, entretanto, as mais comuns são aquelas construídas diretamente no corpo da barragem ou por meio de torres de tomada inseridas na represa. No dimensionamento da tubulação da tomada de água pode-se utilizar a mesma fórmula para condutos forçados (equação de Hazen-Willians) utilizada no dimensionamento do desarenador. Com base na vazão desejada, comprimento da tubulação e do tipo de tubo a utilizar calcula-se o diâmetro necessário.

	(a) Vista da tomada de água (canto inferior direito)	(b) tubulação – transporte da água por gravidade (diâmetro: 2m e comprimento: 300m)
	Figura 11 – Vista da tomada de água e tubulação de adução da PCH Usina da casquinha – Município de São Miguel do Anta - MG

3. ESTUDOS HIDROLÓGICOS

Os estudos hidrológicos representam o conhecimento das variáveis hidrológicas como as vazões máximas, médias e mínimas nas seções fluviais dos cursos de água. Na prática as duas variáveis hidrológicas mais relevantes utilizadas no dimensionamento de pequenas barragens de terra, cujas estimativas representam um gargalo na literatura especializada, são a vazão máxima de cheia e o volume de armazenamento necessário a regularização de uma determinada vazão, em uma região hidrográfica.

A metodologia proposta nesse roteiro está alicerçada nos estudos hidrológicos desenvolvidos no âmbito do programa de pesquisa e desenvolvimento HIDROTEC (http://www.hidrotec.ufv.br/metodologia_resultados.html) e no “Atlas Digital das Águas de Minas” (http://www.atlasdasaguas.ufv.br/exemplos_aplicativos/exemplos_aplicativos_home.html).

3.1 Estimativa da vazão máxima de cheia e de volumes de regularização em reservatório

A vazão máxima de cheia caracterizada pela freqüência, é utilizada no dimensionamento de extravasores de barragens. A importância do correto dimensionamento do extravasor de uma barragem é facilmente percebido: caso o extravasor seja superdimensionado a projeção do alto custo da obra poderá inviabilizar o processo construtivo, se for executado; por outro lado, se o extravasor for subdimensionado certamente o risco de ruptura será eminente. A principal causa de rompimento de barragens tem sido o subdimensionamento de extravasores.

Já as vazões médias diárias e mensais são utilizadas na estimativa de volumes de regularização em reservatórios. Quando esses volumes regularizados não são adequadamente projetados, tendem a ser superdimensionados ou subdimensionados. Quando são superdimensionados imobilizam uma quantidade de água desnecessária, água essa, que poderia ser utilizada a jusante para outras finalidades, e quando subdimensionados podem levar a conflitos pelo uso da água.

Os estudos desenvolvidos no programa HIDROTEC para predição da vazão máxima de cheia em pequenas bacias, de forma a minimizar a tendência de se subestimar a vazão desejada ao aplicar o procedimento "extrapolação espacial da regionalização hidrológica" apontaram para a adoção do período de retorno de 500 anos para as regiões hidrográficas dos rios Paranaíba e Grande em território mineiro e período de retorno de 100 anos para as demais regiões hidrográficas, incluindo aí, partes dos Estados do Espírito Santo, Bahia, Goiás e Distrito Federal inseridas nessa biblioteca virtual.

No ATLAS (2011) é possível obter os valores das vazões e volumes de regularização em reservatórios diretamente na rede hidrográfica das bacias. As consultas espaciais georreferenciadas mais utilizadas na estimativa destas informações hidrológicas, nessa biblioteca virtual, são: a) Informações hidrológicas em qualquer seção fluvial e b) Modelos hidrológicos ajustados por curso d'água. As principais características de cada uma, estão apresentadas abaixo:

a) Consulta espacial georreferenciada: Informações em qualquer seção fluvial - com funcionamento on-line o usuário identifica, no mapa da rede hidrográfica da bacia apresentada na tela do computador, o curso d’água de interesse (visualmente e com apoio de coordenadas geográficas) e após um clique com o mouse sobre a seção fluvial de interesse, o sistema determina, automaticamente, a área de drenagem da bacia e os valores das vazões máximas, médias e mínimas.

Alicerçado na tecnologia dos sistemas de informações geográficas - SIG’s, o sistema foi desenvolvido com base nos modelos hidrológicos ajustados nas regiões hidrográficas mineiras no âmbito do programa HIDROTEC, na hidrografia digital do IBGE na escala de 1:250.000 e no modelo digital de elevação (MDE) obtido do projeto Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), desenvolvido em escala mundial pelo agência espacial americana (NASA), italiana (ASI) e alemã (DLR). Em todo território mineiro foram identificados 3.470.000 pontos de informação(seção fluvial), com pixel de 90m. A Figura 12 ilustra essa opção de consulta realizada na bacia do rio Paranaíba.

Figura 11 - Consulta espacial: Informações em qualquer seção fluvial da bacia do rio Paranaíba – MG

Figura 12 - Consulta espacial: Informações em qualquer seção fluvial da bacia do rio Paranaíba – MG

Fonte: ATLAS (2011)

b) Consulta espacial georreferenciada: Modelos ajustados por curso d’água – também com funcionamento on-line, o usuário identifica, no mapa da rede hidrográfica da bacia apresentada na tela do computador, o curso d’água de interesse (visualmente e com apoio de coordenadas geográficas) e após um clique com o mouse sobre o curso d’água de interesse, o sistema apresenta uma tabela contendo os modelos hidrológicos das vazões das vazões máximas, médias, mínimas e de volumes de regularização em reservatórios, válido para o curso clicado como também, para todos os cursos d’água que deságuam nele. Em todo território mineiro foram ajustados modelos em 7.850 cursos d’água. A Figura 13 ilustra essa opção de consulta realizada na bacia do rio Doce.

Figura 12 - Consulta espacial: 'Modelos ajustados por curso d'água' válidos para o rio Turvo Sujo, localizado na bacia do rio Piranga/Doce.

Figura 13 - Consulta espacial: "Modelos ajustados por curso d'água" válidos para o rio Turvo Sujo, localizado na bacia do rio Piranga/Doce.

Fonte: ATLAS (2011)

Ainda nesse contexto, e com foco na estimativa de vazão máxima de cheia é de fundamental importância destacar a metodologia para predição dessa variável hidrológica, desenvolvida no âmbito do programa HIDROTEC (em 2009), para a região do Semiárido mineiro e regiões hidrográficas vizinhas, conforme pode-se verificar no Exemplo Aplicativo nº 8 (link: Predição da vazão máxima em pequenas bacias na região do Semiárido mineiro). Dessa forma, para projetos hidroagrícolas inseridos nesse território recomenda-se aplicar essa metodologia. As demais variáveis hidrológicas (vazões médias, mínimas e volumes de regularização em reservatórios), podem ser extraídas das Consultas espaciais georreferenciadas ("Informações hidrológicas em qualquer seção fluvial" e " Modelos hidrológicos ajustados por curso d'água").

3.2 Dimensionamento do sistema extravasor

Em barragens de terra o tipo de sistema extravasor mais recomendado é um canal lateral construído fora do aterro, em terreno firme em uma das laterais do maciço, com fundo situado em cota mais elevada em relação ao leito natural do rio, e de uma estrutura de dissipação de energia de modo a conduzir a água excedente até o encontro com o curso d’água mais a jusante. É recomendável verificar a possibilidade de projetar o canal lateral extravasor, sem revestimento. Caso não seja possível, é necessário realizar a proteção do fundo e dos taludes das margens contra a erosão.

São quatro as soluções básicas:

3.2a) Extravasamento por canal lateral com declividade e vertedor com escada de dissipação de energia;

3.2b) Extravasamento por canal lateral sem declividade e vertedor com escada de dissipação de energia;

3.2c) Extravasamento por canal lateral sem declividade e rampa extravasora; e

3.2d) Extravasamento através de vertedor em tulipa.


(a) Canal sem declividade e rampa extravasora	(b) Canal com escada dissipadora de energia	(c) Rampa extravasora	(d) Tulipa
Figura 14 – Figuras exemplificando as quatros soluções de extravasor

3.2a) Extravasamento por canal lateral com declividade e vertedor com escada de dissipação de energia

No dimensionamento do extravasor em canal lateral considera-se dois parâmetros básicos: a) descarga máxima prevista de extravasamento; e b) características do material natural no local onde se pretende construir o canal extravasor. A Figura 15 ilustra um canal extravasor lateral com declividade moderada construído fora do aterro.


Figura 15 – Croquis de um canal extravasor lateral com declividade moderada construído fora do aterro

O canal extravasor é dimensionado como um canal qualquer, podendo-se, nesse caso, utilizar a equação de Manning (3)

(3)

Como a vazão (Q) é igual ao produto da área (A) pela velocidade (V), tem-se que

(4)

Substituindo-se a velocidade “V” da equação 3 na equação 4 obtêm-se

(5)

O raio hidráulico utilizado na equação de Mannning é estimado como sendo:

(6)

A equação da área (A) e do perímetro molhado (P) variam de acordo com a geometria do canal. No caso de canal trapezoidal as equações utilizadas são:

(7)

(8)

em que,

V = velocidade da água no canal (m/s);
n = coeficiente de rugosidade de Manning;
R = raio hidráulico (m);
I = declividade do canal (m/m);
Q = vazão máxima de cheia (m³/s);
A = área molhada (m²);
P = perímetro molhado (m);
b = largura da base do canal (m);
h = altura máxima no canal (m); e
z = inclinação dos taludes de acordo com a estabilidade do canal.

De posse do valor da vazão máxima de cheia, e com base no coeficiente de rugosidade de Manning (Tabela 1), na inclinação dos taludes de acordo com a estabilidade do canal (Tabela 2) e na velocidade limite recomendada em função do tipo de canal (Tabela3) e fixando-se o valor da altura do canal (h) pode-se calcular o valor da largura da base do canal (b) e o valor da declividade (I) de forma que a velocidade no canal projetado não ultrapasse a velocidade recomendada em função o tipo de material utilizado na construção do canal.

Tabela 1 – Valores do coeficiente de rugosidade “n” de Manning

Natureza das paredes	Condições das paredes
Natureza das paredes	Muito boas	Boas	Regulares	Más
Canais de terra, retilíneos e uniformes	0,017	0,020	0,0225	0,025
Canais abertos em rocha, lisos e uniformes	0,025	0.030	0,0330	0,035
Canais curvilíneos e lamosos	0,025	0,025	0,0275	0,030
Canais com leito pedregoso e vegetação nos taludes	0,025	0,030	0,0350	0,040
Canais com fundo de terra e talude com pedras	0,028	0,030	0,0330	0,035
Canais com revestimento de concreto	0,012	0,014	0,016	0,018
Canais dragados	0,025	0,028	0,030	0,033
Gabião	0,022	0,030	0,035	-

Tabela 2 – Inclinação dos taludes de acordo com a estabilidade de canais

Natureza dos taludes	Inclinação (z:1)
Rocha dura, alvenaria comum, concreto	0:1 a 0,5:1
Rocha fissurada, alvenaria de pedra seca	0,50:1
Argila dura	0,75:1
Aluviões compactos	1,00:1
Cascalho grosso	1,50:1
Enrocamento, terra, areia grossa	2,00:1
Terra mexida, areia normal	3,00:1

Tabela 3 – Velocidades limites em função do material das paredes do canal

Tipo de canal	Velocidade (m/s)
Canal em areia muito fina	0,20 a 0,30
Canal em areia grossa pouco compactada	0,30 a 0,50
Canal em terreno arenoso comum	0,60 a 0,80
Canal em terreno sílico-arenoso	0,70 a 0,80
Canal em terreno argiloso compactado	0,80 a 1,20
Canal gramado	1,00 a 1,50
Canal em rocha	2,00 a 4,00

Canal de concreto

4,00 a 10,0

3.2b) Extravasamento por canal lateral sem declividade e vertedor com escada de dissipação de energia

Quando o excesso de água que escoa em canais extravasores deve ser restituídas ao curso d’água à jusante da barragem em cota muito abaixo daquela do canal extravasor devem ser instaladas estruturas de dissipação, as quais têm finalidade de reduzir o excesso de energia à níveis compatíveis e suportáveis pelas condições de montante.

A solução de dimensionamento, aqui apresentada segue recomendação da ELETROBRÁS (1984). O vertedor e a escada de dissipação de energia são necessários para a proteção do local de restituição das águas vertidas ao rio. Esta proteção deverá ser realizada por uma soleira afogada ao final do canal, seguida de uma escada de dissipação de energia construída em alvenaria de pedra argamassada (Figura 16).


Figura 16- Soleira afogada e escada de dissipação de energia a serem construídas junto ao canal extravasor lateral.

A lâmina máxima de água a verter sobre a soleira pode ser calculada por meio da equação:

(9)

em que,
h_sol = altura de água sobre a soleira (m);
Q_max = vazão máxima m³/s; e
b = largura do vertedor (m).

A altura da soleira (p), em metros, pode ser calculada por

(10)

Deve ser adotado para p um valor mínimo de 0,5m.

O comprimento da soleira (Figura 16) pode ser estimado por:

(11)

em que,
l_SOL = espessura da parede do vertedor (m).

A soleira afogada deve ser construída com pedras soltas, para ser permeável à água. O material para a construção da soleira deve ser determinado, considerando a velocidade média do escoamento sobre ela.

(12)

em que,
vsol = velocidade média de deslocamento da água (m/s) sobre a parede da soleira, considerando-se os valores apresentados nas Tabelas 4, 5 e 6.

Como a cota de fundo do canal extravasor corresponde ao nível de água normal do reservatório, há a necessidade do dimensionamento de uma escada de dissipação de energia (Figura 17), para proteção do local de restituição das águas vertidas para o rio. Recomenda-se que o comprimento de cada degrau seja, no mínimo, o dobro de sua altura. Essa proteção deve acompanhar a topografia do terreno natural.


Figura 17 - Escada de dissipação de energia

A escada deve ter, no mínimo, a mesma largura do canal extravasor, e servir como meio de proteção do talude da margem do curso d’água contra a erosão. Os degraus da escada devem ser construídos em alvenaria de pedra ou concreto, podendo ser cogitada a utilização de gabiões.

O canal extravasor de seção trapezoidal deve ser dimensionado com base no tipo e nas condições do material de que é feito ou com o qual é capeado, na largura determinada para o vertedor e na vazão que deve comportar. Dependendo do material e de suas condições, pode-se ter diferentes recomendações de taludes a serem utilizados (Tabela 2) e velocidades de escoamento de água (Tabelas 4, 5 e 6), para que não ocorram problemas de desbarrancamento ou erosão do leito do canal.

A velocidade máxima de escoamento de água no canal extravasor trapezoidal pode ser obtida pela equação:

(13)

As bocas de entrada e saída do canal deverão estar situadas a uma distância igual a sua largura ou de, no mínimo, 5 m do maciço da barragem.

Seqüência de procedimentos recomendada no dimensionamento do canal extravasor:

a) Fixar como cota de fundo do canal extravasor a do N.A. normal do reservatório;

b) Fixar uma inclinação dos taludes que garanta a estabilidade das margens, atendendo aos valores apresentados na Tabela 2.

c) Fixar a lâmina de água máxima a ser vertida sobre a soleira do vertedor (valores entre 1.0 a 1,5 m);

d) Calcular a largura do vertedor que, por sua vez, é idêntica à do canal extravasor;

e) Calcular a altura máxima de água no canal extravasor, considerando-se que a soleira do vertedor deva estar a no mínimo 0,5 m do fundo do canal;

f) Calcular a velocidade máxima admissível no canal extravasor e verificar se o valor não supera os máximos admissíveis a partir das características do material natural formador do leito (Tabelas 4, 5 e 6);

g) Escolher o material que irá capear o vertedor (Tabela 4), com base na velocidade de escoamento calculada, de forma a minimizar a erosão do leito e das laterais;

h) Verificar a viabilidade da execução do canal extravasor com a largura necessária calculada. Caso esta seja muito grande ou as condições topogeológicas não sejam favoráveis à execução do canal com tal largura, recomenda-se aumentar o valor da lâmina máxima de água (hmax) a escoar no canal extravasor, até no máximo de 2 m.

Tabela 4 – Velocidades máximas admissíveis em canais com lâmina de 1m

Material do leito do canal	Diâmetro (mm)	Velocidade (m/s)
Lodo	0,005 a 0,05	0,15 a 0,20
Areia Fina	0,05 a 0,25	0,20 a 0,30
Areia Média	0,25 a 1,00	0,30 a 0,55
Areia Grossa	1,00 a 2,50	0,55 a 0,65
Pedrisco fino	2,50 a 5,00	0,65 a 0,80
Pedrisco Médio	5,00 a 10,00	0,80 a 1,00
Pedrisco Grosso	10,00 a 15,00	1,00 a 1,20
Cascalho Fino	15,00 a 25,00	1,20 a 1,40
Cascalho Médio	25,00 a 40,00	1,40 a 1,80
Cascalho Grosso	40,00 a 75,00	1,80 a 2,40
Pedra Fina	75,00 a 100,00	2,40 a 2,70
Pedra Média	100,00 a 150,00	2,70 a 3,50
Pedra Grossa	150,00 a 200,00	3,50 a 3,90
Pedra Grande (bloco)	200,00 a 300,00	3,90 a 4,50

Obs: Ao menor diâmetro da faixa que caracteriza o material corresponde o menor valor da faixa de velocidade.

Tabela 5 – Velocidade máximas admissíveis (m/s) em materiais coesivos

	Grau de compactação	Muito pouco compactado	Pouco compactado	Compactado	Muito compactado
Material
Argila arenosa (areia < 50%)		0,45	0,90	1,30	1,60
Solos argilosos		0,40	0,85	1,25	1,70
Argilas		0,35	0,80	1,20	1,65
Argilas		0,32	0,70	1,05	1,35

Obs: Para canais com lâmina diferente a 1 m, ver Tabela 6 para correção dos valores das velocidades máximas admissíveis.

Tabela 6 – Velocidades máximas admissíveis em canais com lâmina de 1m

Lâmina média (m)	0,3	0,5	0,75	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Fator de correção (Fc)	0,8	0,9	0,95	1,0	1,1	1,1	1,2	1,2


(a) Vista lateral da construção da base da escada	(b) Detalhe da construção da base da escada com degraus – inicio revestimento	(c) Vista superior da escada após revestimento de concreto
Figura 18 – Etapas de construção da escada dissipação de energia – Barragem construída pela Ruralminas (2010), na bacia do rio Verde Grande - MG, município de Glaucilândia - MG

3.2c) Extravasamento por canal lateral sem declividade e rampa extravasora

A rampa extravasora é muito utilizada como estrutura de dissipação de energia. Esta estrutura de dissipação é constituída em uma rampa co declividade de 2:1 ou menor, indo de encontro com o fundo do canal. A Figura 19 representa o escoamento em uma rampa extravasora através do ressalto hidráulico.


Figura 19– Escoamento em uma rampa extravasora

De acordo Carvalho, J. A (2008) a velocidade teórica, de forma simplificada, ao pé da rampa extravasora pode ser estimada por:

(14)

em que,
Z = desnível geométrico entre o fundo do canal extravasor e a extremidade final da rampa extravasora, m;
Y₀ = altura da água no canal extravasor, m;
V₀ = velocidade de escoamento no canal extravasor, m/s;
Y₁ = altura da água no final da rampa extravasora, m.

Em conseqüência da perda de energia que sempre ocorre no escoamento em um extravasor, a velocidade real é sempre menor que a velocidade teórica. O valor da diferença entre elas varia com a carga hidráulica inicial, com o tamanho do desnível, da declividade da rampa extravasora e da rugosidade de sua superfície. A velocidade teórica, de forma simplificada, pode ser obtida por:

(15)

Do ponto de vista prático, o ressalto hidráulico é um meio útil de dissipar o excesso de energia de escoamentos supercríticos. Sua maior importância reside no fato de minimizar o potencial erosivo de escoamentos a jusante de vertedores de barragens, rampas, comportas, etc., reduzindo, rapidamente, a velocidade para valores incapazes de provocar maiores danos ao canal de jusante. As profundidades conjugadas do ressalto (y₁ e y₂) podem ser obtidas pelas equações: Quando as condições fr montante (y₁ e Fr₁) são conhecidas, o valor de y₂ é dado por:

(16)

No caso em que se conhecem os valores da profundidade de jusante (y₂) e o tipo de escoamento (Fr₂), o valor de y₁ é dado por:

(17)

O número de Froude (Fr) é um adimensional que serve para classificar o tipo de escoamento. É dado pela relação entre a velocidade de escoamento (v) e a raiz do produto da aceleração da gravidade (g) e a profundidade corrente (y):

(18)

Ainda segundo o mesmo autor, os ressaltos sempre acontecem quando há passagem de um regime supercrítico, caracterizado por um escoamento rápido para um outro regime de velocidade mais baixa, denominado subcrítico.Com a criação do ressalto, pode haver muita turbulência com redução da velocidade e conseqüente diminuição do potencial erosivo.

Em algumas situações, para dissipação de energia através de ressalto hidráulico, este é confinado em estruturas denominadas de bacia de dissipação, as quais possuem o fundo revestido para resistir a força de cisalhamento do escoamento. Na prática, raramente a bacia é projetada para conter o ressalto em todo e seu comprimento, o que constitui em obras dispendiosas. Para aumentar a dissipação de energia, estabilização do ressalto, e diminuir as dimensões da bacia, com conseqüente redução de custos, são construídas obras acessórias, tais como blocos amortecedores, blocos de queda e soleiras. Existem bacias com projetos já desenvolvidos e testados, denominados bacias USBR. A formação e controle do ressalto também podem ser obtidos por meio de estruturas mais simples, como é o caso de uso de soleiras, elevação brusca e depressão do fundo do canal.

3.2d) Extravasamento através de vertedor em tulipa.

Normalmente, este dispositivo encontra-se conectado a tubulação do desarenador. Utilizado como obra de arte, exige no seu dimensionamento maior responsabilidade técnica. De acordo com vários autores pode-se utilizar para o seu dimensionamento a equação:

(19)

em que,
P = perímetro do círculo maior (¶d); e
H1 = diferença de nível entre a lâmina d’água e a superfície de entrada da tulipa (m).


(a) Esquena de uma tulipa extravasora	(b) Barragem em enchimento com vertedor em tulipa
Figura 20 - Estravasor com dispositivo em tulipa

3.3 Estimativa do volume de armazenamento para garantir uma vazão a ser regularizada

Os reservatórios têm por finalidade, acumular parte das águas disponíveis nos períodos chuvosos, para compensar as deficiências nos períodos de estiagens, exercendo um efeito regularizador das vazões naturais. Os estudos são realizados em duas etapas, ou seja na primeira estima-se o volume de armazenamento de reservatório para regularização de uma determinada vazão de interesse e na segunda etapa identifica no campo a bacia hidráulica capaz de armazenar o volume de regularização estimado.

A variabilidade temporal das vazões fluviais tem como resultado visível a ocorrência de excessos hídricos nos períodos úmidos e a carência nos períodos secos. Nada mais natural que seja preconizada a formação de reservas durante o período úmido para serem utilizadas na complementação das demandas na estação seca. O estudo de um reservatório de regularização de vazões exige o conhecimento de sua dimensão, das vazões afluentes, da demanda a ser suprida e das perdas que poderão ocorrer.

Na literatura, sobre o assunto, existem diversos métodos para dimensionamento de reservatórios. Neste estudo, foi utilizado o “método da curva de diferenças acumuladas”, conforme apresentado em LANNA (1993), para a determinação do volume de armazenamento necessário num reservatório para garantir uma determinada descarga máxima regularizada. Supõem-se nesta situação que se deseja determinar a menor capacidade útil de um reservatório suficiente para atender a maior demanda constante de água possível, num determinado período de anos.

Sendo a demanda constante ao longo do tempo ela será denotada por X. Pelo princípio de conservação de massa tem-se:

(20)

ou seja, o armazenamento inicial no açude (S₀), somado aos deflúvios afluentes ao açude durante um período de N intervalos de tempo (q_t), deve ser igual à soma das descargas retiradas do açude neste mesmo período, dada pelo produto (N.X), mais o armazenamento final (S_f). Supondo que o armazenamento inicial é idêntico ao final, ou que a diferença entre eles é pequena diante da soma das afluências, tem-se:

(21)

donde se conclui que a descarga máxima atingível nessas circunstâncias é:

(22)

Supondo que o açude tenha capacidade útil infinita, os armazenamentos em qualquer intervalo de tempo t serão dados por:

(23)

As diferenças acumuladas obtidas pela equação 23 mostram os acréscimos ou decréscimos dos armazenamentos no açude.

Conforme apresentado em TUCCI (1993), simulando a equação 23 para várias demandas pode-se obter a relação entre volume e vazão, ou seja:

(24)

em que,
V - o volume; e
Q - vazão.

Modificando as variáveis envolvidas para

(25)

(26)

em que,
Qmlp - vazão média de longo período.

A função f₁ da equação 24 resulta numa função adimensional do tipo:

(27)

Com base nos valores obtidos da simulação pode-se ajustar uma função do tipo cujos parâmetros a e b são obtidos por mínimos quadrados

(28)

Esta expressão considera o atendimento de 100% da demanda durante a série histórica. Considerando que as curvas adimensionais da equação 28 são obtidas para cada estação, pode-se verificar a possibilidade de que estações de bacias com características semelhantes tenham a mesma tendência, já que as vazões mensais, que são as variáveis do processo, podem ser correlacionáveis.
A definição das regiões hidrologicamente homogêneas será baseada no coeficiente de determinação do ajustamento da curva regional e nos valores do coeficiente de regressão “b” obtidos no ajustamento da curva vazão versus volume. As estações que apresentarem altos valores do coeficiente de determinação da curva regional e valores próximos do coeficiente “b” deverão estar em uma região que, para efeitos de estudo, provavelmente deverá ser hidrologicamente homogênea.

Uso das curvas para estimativa de volume

Ao estimar o volume necessário visando à regularização da vazão, recomenda-se a seguinte sequência:

1) estima-se a vazão média de longo período (Q_mlp), utilizando o modelo de regressão múltipla da vazão média de longo período ajustado para a bacia;

2) sendo Q_reg a demanda desejada e Q_mlp a vazão média de longo período da região, calcula-se a demanda adimensional a ser regularizada

(29)

3) de posse do valor calculado no item anterior, entra-se na equação da curva adimensional da região (Radim), em que se encontra a bacia, obtendo-se seu valor:

(30)

4) finalmente, o volume em hectometro cúbico (10⁶ m³) é obtido aplicando-se:

(31)

Para considerar a evaporação, pode-se utilizar uma metodologia simplificada, em que a evaporação é uma demanda adicional, em porcentagem (%), obtida por

(32)

em que E é a evaporação total média anual em mm; e A é a área do reservatório para 2/3 do seu volume útil, em km2.

A demanda adicional total (m*), neste caso, é

(33)

Comentário: No programa computacional de regionalização hidrológica, RH versão 4.0, foi desenvolvido um procedimento computacional para a regionalização das curvas de regularização, conforme metodologia apresentada. Para o traçado das curvas de regularização individuais, o programa identifica na série histórica de cada estação fluviométrica os valores da vazão mínima e da média e, a seguir, divide este intervalo em quinze pontos eqüidistantes. Considerando este procedimento na estimativa da capacidade de regularização, recomenda-se utilizar valores de (q/Qm)/100 dentro da faixa em que foi ajustada a curva regional.

Exemplo de aplicação
Estimativa do volume de armazenamento para garantir uma vazão a ser regularizada de 400 L/s. As informações hidrológicas foram extraídas da Consulta espacial: "Modelos ajustados por curso d'água" válidos para o rio Turvo Sujo, localizado na bacia do rio Piranga/Doce (Figura 13).

Dados

Bacia		Rio Piranga/Doce
Sub bacia		Rio Turvo
Coordenadas		20º 45' S e 42º 05' W
Vazão de demanda		Qd = 0,40 m³/s
Vazão mínima		Q_7,10 = 1,08
Vazão residual		(70% da Q_7,10) = 0,76 m³/s
Vazão a ser regularizada (Qreg = demanda + residual) *		0,40 + 0,76 = 1,16 m³/s
Vazão média de longo período		Q_mlp = 4,50 m³/s
Modelo da curva regional adimensionalizada da região I		Radim = 1,26E-09 . (x)^5,73

* legislação ambiental: portaria do IGAM Nº 007/99.

Procedimentos:
1) Adimensionalizar a vazão a ser regularizada: m = (Q_reg / Q_mlp). 100 (34)

m = (1,16/4,50).100 → m = 25,78 (35)

2) Substituir a vazão adimensional a ser regularizada (m) no modelo da curva regional adimensional da Região I (Figura 13), cujo modelo apresenta a equação Radim = 1,26E-09.(m)^5,73 (36)

Radim= 1,26E-09.(25,78)^5,73 → Radim = 0,15% (37)

3) Estimar o volume de acumulação (Hm³) utilizando a equação: V = 0,3154.Radim.Q_mlp (38)

V = 0,3154.0,15.4,50 → V=0,21 Hm³ → V=210.000 m³ (39)

Comentário: A equação da curva regional adimensionalizada (Radim) pode ser, também, extraída da “Consulta informativa: Modelos ajustados nas RHH” da bacia do rio Doce.

3.4 Identificação no campo de uma bacia hidráulica capaz de armazenar o volume de regularização estimado e determinação da altura da barragem

O volume da bacia de acumulação, capaz de armazenar a água, deve ser determinado após a obtenção do levantamento planialtimétrico da área a ser inundada pelo reservatório. No levantamento de bacias de acumulação de pequena área, a diferença de altura entre as curvas de nível pode ser de 1 m, enquanto no de grandes bacias esta diferença pode ser de 5 m ou mais.

A partir da área de cada curva de nível, determina-se o volume parcial de uma curva a outra, considerando a formação de troncos de cone invertidos. Somam-se, de h em h metros, os volumes parciais até o volume total desejado, correspondendo a última curva de nível atingida à altura do vertedor.
O volume de água a ser armazenada vai depender das necessidades a serem satisfeitas.


Figura 21 – Curvas de nível da bacia de acumulação

O cálculo de volume acumulado pode ser obtido pela equação:

(40)

em que,
V_u = volume útil armazenado, m³;
S₀ = área da curva de nível de ordem 0, m²;
S₀ = área da curva de nível de ordem 0, m²;
h = diferença e cota entre duas curvas de nível, m (Figura 22).;


Figura 22 – Perfil longitudinal da bacia de acumulação

A altura da barragem depende do volume total de água a ser acumulada. Além da altura referente ao nível máximo de acumulação, deve-se prever uma elevação por época das vazões máximas e ainda, uma altura referente à folga entre o nível máximo de água e a crista da barragem:

(41)

em que,
H = altura da barragem, m;
h_n = altura da lâmina de água normal, m;
h_e = altura da lâmina de água no extravasor, m;
f = folga, m.

O valor da altura da lâmina de água normal (h_n) é determinada, maioria dos casos, em função do volume de água a ser armazenada. Em outras situações a altura no nível normal é determinada em função de limitações ou razões específicas de cada local. No caso de volume mínimo a ser acumulado, a profundidade normal é determinada pela cota da curva de nível que possibilita um volume acumulado igual ou maior ao necessário (Tabela 6). O valor da folga pode ser obtido em função da lâmina d´água (Tabela 7).

Tabela 6. Curvas de nível, área, volume entre curvas e volume acumulado

Curvas de nível	Área (m²)	Volume entre curvas (m³)	Volume acumulado (m³)
S₀
S₁
S₂
S₃
...
S_n-1
S_n

Ao valor da folga (obtida na tabela anterior) deve ser acrescido um valor correspondente à altura de possíveis ondas que poderão se formar, principalmente em se tratando de reservatórios de espelhos de água extensos. A altura destas ondas pode ser estimada pela equação:

Tabela 6. Curvas de nível, área, volume entre curvas e volume acumulado

Extensão do espelho d’água (km)
Profundidade (m)	0,2	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
Saté 6,0 m	0,75	0,80	0,85	0,95	1,05	1,15	1,25
6,1 a 9,0 m	0,85	0,90	0,95	1,05	1,15	1,25	1,35

Fonte: Lanças et al. (1988)

(42)

em que,
h0 = altura da onda, m;
L = maior dimensão da represa a partir da barragem, km.

De uma forma geral, o valor da folga final é de 1 a 1,5 m para pequenas barragens e de até mais que 3 m para grandes obras.

3.5 Dimensionamento do desarenador

Objetiva principalmente a eliminação dos depósitos do fundo e ao esvaziamento do reservatório. As estruturas mais utilizadas para controle da vazão no desarenador são os monges e as torres.

É a primeira estrutura a ser construída na implantação do projeto, pois, após sua construção, o curso de água será desviado para o seu interior, por onde a água se escoará, facilitando os trabalhos de construção do maciço da barragem.


(a) Extrutura em construção	(b) Tubulação sob maciço	(c) Reservatorio em enchimento	(d) Caixa dissipadora de energia
Figura 23 – Detalhes de construção de um monge/desarenador – Barragem construída pela Ruralminas - município de Itambacuri, bacia do rio Doce

No dimensionamento do desarenador pode-se utilizar a fórmula de Hazen-Williams para o cálculo do diâmetro da tubulação, considerado que a mesma trabalhará, inicialmente, como conduto forçado:

(43)

em que,
D = diâmetro da tubulação, m;
Q = vazão escoada
C = coeficiente de rugosidade de Hazen-Williams (Tabela 7)
J = perda de carga unitária m/m.

Tabela 7. Valores de C de alguns materiais utilizados em tubulações, para uso na equação de de Hazen-Williams

Item	Material	Valor
1	Cimento-amianto	140
2	Concreto (bom acabamento)	130
3	Concreto (acabamento ruim)	120
4	Ferro fundido novo	130
5	Ferro fundido usado	90
6	Manilhas	110
7	Tijolos com bom acabamento	100
8	Plástico	140

A vazão de esvaziamento (Q_e) em m³/s, é calculada dividindo-se o volume acumulado acima da cota do desarenador pelo tempo de esgotamento, adicionando a vazão média do curso d´água que abastece a represa:

(44)

em que,
Vol_ac = volume acumulado, m³;
T = tempo para esvaziamento da represa, s;
Q_n = vazão média, m³/s^.

O esvaziamento da represa é feito sob carga variável, isto é, carga máxima no início e mínima no fim do esvaziamento. A fim se simplificar os cálculos, usa-se uma carga média, que é igual à altura da lâmina de água acima do desarenador dividida por 2. Portanto, para determinar a perda de carga unitária na tubulação do desarenador divide-se a carga média pelo comprimento dessa tubulação. Geralmente, adota-se como comprimento do desarenador o próprio comprimento da base da barragem. Então:

(45)

em que,
H_d = altura da lâmina de água acima do desarenador, m;
B = base da barragem ou comprimento do desarenador, m.

Após a construção da barragem, quando a represa estiver cheia, o excedente escoará através da tubulação de fundo. Para controle, esta tubulação deverá ter origem em uma estrutura de concreto armado, por exemplo uma estrutura denominada "monge" e terminando em uma caixa de dissipação. O "monge" servirá como vertedouro quando a represa estiver em seu nível normal. Nestas condições a água verterá sobre as paredes da estrutura para, então, ser escoada para jusante da barragem através da tubulação de concreto. Esta estrutura servirá, também para o controle do nível de água na represa e da vazão de jusante, pela abertura ou fechamento das comportas instaladas no "monge".

4. INSTRUÇÕES A SEREM OBSERVADAS NA CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE TERRA

É importante verificar se o local onde pretende-se construir a barragem é o mais adequado, tanto no aspecto construtivo, quanto no legal. Quanto ao aspecto construtivo deve-se ponderar sobre as vantagens e desvantagens de cada situação de forma que o local selecionado atenda, da melhor maneira possível, a barragem, a represa e o extravasor. Dentre os principais estudos necessários citam-se: características topográficas do local, estudos geológicos e geotécnicos.

As principais considerações sobre a construção de uma barragem de terra, abrangem, basicamente, dois aspectos: a) localização e construção do maciço e b) medidas mitigadoras dos impactos ambientais.

4.1 Localização e construção do maciço

4.1.1 Limpeza do local – recomenda-se efetuar rigorosa limpeza no local onde será assentado o maciço, na área de empréstimo, bem como na área a ser inundada pelo reservatório. Deve-se retirar árvores, arbustos, e todo material orgânico existente nos referidos locais;

4.1.2 Solo estável – a barragem deve ser assentada sobre solo estável, isto é, não sujeito a deslizamentos e a grandes acomodações provocadas pelo peso do aterro. Deve-se evitar o assentamento sobre lajeiros de pedra, á vista ou a uma pequena profundidade. A infiltração da água do reservatório acarreta escoamento entre o aterro e o lajeiro de pedra, o que compromete, seriamente, e estabilidade do aterro. A tendência normal é ocorrer deslizamento do aterro em razão de sua frágil soldadura às pedras lisas dos lajeiros. As avaliações da textura, consistência e resistência do material são fundamentais para caracterização do material a ser utilizado como base para as fundações e constituir o maciço de terra da barragem. Em pequenas barragens, a caracterização dos solos em laboratório pode ser feita por análise da distribuição das frações granulométricas, da pemeabilidade do material e o ensaio de Proctor (necessário na fase de construção do maciço de terra). A coleta do material (solo) para avaliação da qualidade e a estimativa da quantidade no local pode ser feita podem ser realizadas por tradagem,trincheiras ou sondagem. Investigações com furos de trado constituem o processo mais simples, rápido e econômico para investigações preliminares das condições geológicas subsuperficiais, obtenção de amostras deformadas em pesquisas de áreas de empréstimo, determinação do nível da águas e indicação de mudanças nos tipos de materiais atravessados;

4.1.3 Preparo da fundação e das ombreiras - a realização de sondagens, necessária na fase de seleção do local de construção da barragem, possibilitará o desenho do perfil da seção transversal da área, que indicará a profundidade do núcleo impermeável. A sondagem poderá ser feita por tradagem, sondagem a percussão, abertura de tricheiras ou por meio de ensaios de resistência do solo. Sempre que possível a trincheira deverá ser construída sob toda a base do maciço e abrangendo uma profundidade até a rocha ou estrato impermeável. O equipamento mais apropriado é a retroescavadeira ou escavadeira hidráulica;

4.1.4. Núcleo central - quando a sondagem acusar a presença de camadas permeáveis próximas à superfície e que poderiam permitir a passagem de água, torna-se necessário a construção de um núcleo impermeável, ou diafragma, que intercepte a trajetória da água. Após a abertura da trincheira, faz-se o seu enchimento para formação do núcleo com material de boa qualidade, e isso se processa em todo o corpo da barragem, sendo o núcleo elevado à medida que se eleva o aterro;

4.1.5. Corpo da barragem - após o enchimento da trincheira inicia-se o levantamento do maciço de terra, lembrando que, caso o material do núcleo seja diferente do resto do corpo da barragem, o enchimento por camadas deve respeitar os limites para deposição de cada material. Antes do lançamento da primeira camada de solo, tornam-se necessários o revolvimento (aração) e umedecimento da camada-base antes de sua compactação, com objetivo de proporcionar maior liga com a camada superior. O aterro, que se constituirá no corpo da barragem, deverá ser feito colocando-se camadas finas de 15 a 20 cm de solo e com aplicação de água ao solo até que seja alcançado o conteúdo de umidade adequado (nem muito seco nem muito encharcado) para se atingir a compactação máxima do aterro. A densidade de solo recomendada para pequenas barragens é de 1,5 a 1,7 g cm-3;

4.1.6 Ausência de nascentes - evitar a presença de nascentes no local de assentamento da barragem, pois, após o enchimento da represa, as nascentes tendem a aumentar suas vazões, podendo chegar ao ponto de afetar a estabilidade do aterro;

4.1.7 Ausência de estratificações salinas no leito do reservatório – a presença de sais no leito do reservatório acarretará, fatalmente, a ocorrência de água salobra, isto é, com excesso de sais diluídos. Este excesso pode advir, também, do carreamento dos sais estratificados na bacia de contribuição no período das chuvas;

4.1.8 Estreitamento da garganta do local de construção do maciço – com eixo longitudinal perpendicular às ombreiras, contribui para diminuir o volume a ser gasto no maciço e, consequentemente, o custo da obra;

4.1.9 Área do reservatório e declividade – com área mais espraiada possível e com pequena declividade implica numa maior capacidade de armazenamento de água;

4.1.10 Proximidade do local de extração de material a ser utilizado no aterro - quanto maior a distância entre os dois locais, maior será o custo da obra;

4.1.11 Localização do extravasor – as condições topográficas do local devem ser tais que possibilitem o posicionamento do extravasor fora do corpo da barragem.. O extravasamento sobre o próprio maciço da barragem não é recomendável para barragens de terra, e sim aquelas de alvenaria e/ou concreto;

4.1.12 Extravasor de segurança - na existência de barragens localizadas à montante do local de interesse e havendo condições topográficas favoráveis é aconselhável a construção de um extravasor de segurança. Normalmente é construído com seção igual ou maior que o vertedor, projetado com baixa declividade e seção coberta com vegetação, de forma a oferecer proteção contra a erosão;

4.1.13 Uso da água por gravidade – sempre que possível, escolher locais de posicionamento da barragem que venham a possibilitar o uso da água por gravidade. O bombeamento ou elevação mecânica da água só devem ser utilizados quando for impossível o uso da gravidade;

4.1.14 Época de construção da barragem – as barragens devem ser construídas preferencialmente durante o período seco do ano;

4.1.15 Lâmina protetora - recomenda-se proteger o talude de montante, no local de contato do espelho d’água, utilizando pedras de forma a evitar o solapamento acarretado pelas ondas;

4.1.16 Controle da vegetação aquática – o controle de vegetação aquática como as taboas, aguapé, salvínia dentre outras, é de suma importância devido a rápida propagação destas espécies podendo ocupar toda área represada. Além de cobrirem todo o espelho d’água, impedindo a entrada de luz solar, algumas podem ser tóxicas, e, a sua decomposição pode aumentar a demanda de oxigênio da água;

4.2 Medidas mitigadoras dos impactos ambientais

4.2.1 Recuperação das “áreas de empréstimo” – aplicação de práticas mecânicas e/ou revegetação com espécies nativas;

4.2.2 Proteção do reservatório com relação ao assoreamento – é conveniente que na área da bacia de contribuição sejam realizados serviços de conservação de solo em toda sua extensão, como a construção de bacias de captação de água superficial, cordões de contorno, terraços, plantio em nível, etc de forma a minimizar o assoreamento do reservatório e a contaminação da água com fertilizantes e pesticidas, principalmente em áreas de cultivo de culturas anuais;

4.2.3 Monitoramento da barragem – deve ser monitorada, periodicamente (refazer a cobertura vegetal, preenchimento de rachaduras, desobstrução do sangradouro, afloramento de água no talude de jusante da barragem, etc), no sentido de contribuir para a segurança da obra;

4.2.4 Alteração da qualidade da água – controle da utilização de fertilizantes e defensivos agrícolas à montante do reservatório da barragem, bem como da descarga de efluentes orgânicos (águas residuárias de residências, criatórios de animais ou agroindústrias). Esses elementos podem trazer problemas com a qualidade da água do reservatório, inclusive proporcionando sua eutrofização.

5. ASPECTOS LEGAIS A SEREM CONSIDERADOS NA CONSTRUÇÃO DE PEQUENAS BARRAGENS

São sete (07) os "instrumentos legais" relacionados a pequenos barramentos que devem ser observados pelo empreendedor antes de iniciar a construção de uma pequena barragem de terra em território mineiro, quais sejam:

5.1 Lei Estadual nº 13.199, de 29 de janeiro de 1999. Dispõe sobre as Políticas Estadual de Recursos Hídricos e dá outras providências (http://www.siam.mg.gov.br/sla/download.pdf?idNorma=5309);

5.2 Lei Florestal Estadual nº 14.309, de 19 de junho de 2002. Dispõe sobre as Políticas Florestal e de Proteção à Biodiversidade no Estado (http://www.siam.mg.gov.br/sla/download.pdf?idNorma=5306);

5.3 Portaria IGAM N°49 de 01/julho/2010. Estabelece os procedimentos para a regularização do uso de recursos hídricos do domínio do Estado de Minas Gerais (http://www.siam.mg.gov.br/sla/download.pdf?idNorma=13970);

5.4 Deliberação Normativa COPAM nº 74, de 09 de setembro de 2004. Estabelece critérios para classificação, segundo o porte e potencial poluidor, de empreendimentos e atividades modificadoras do meio ambiente passíveis de autorização ou de licenciamento ambiental no nível estadual, determina normas para indenização dos custos de análise de pedidos de autorização e de licenciamento ambiental, e dá outras providências (http://sisemanet.meioambiente.mg.gov.br/mbpo/recursos/DeliberaNormativa74.pdf);

5.5 Deliberação Normativa CERH-MG n.º 09, de 16 de junho de 2004. Estabelece critérios que definem os usos considerados insignificantes no Estado de Minas Gerais (http://www.igam.mg.gov.br/images/stories/arquivos/Deliberacao_09_04.pdf).

5.6 Resolução CNRH nº 37/04, de 26 de março de 2004 - Estabelece diretrizes para a outorga de recursos hídricos para a implantação de barragens em corpos de água de domínio dos Estados, do Distrito Federal ou da União. (http://4ccr.pgr.mpf.gov.br/institucional/grupos-de-trabalho/gt-aguas/docs_legislacao/resolucao_37.pdf).

5.7 Resolução Conjunta SEMAD-IGAM nº 1548, de 29 de março de 2012 - Dispõe sobre a vazão de referência para o cálculo da disponibilidade hídrica superficial nas bacias hidrográficas do Estado. Publicação - Diário do Executivo - "Minas Gerais" - 31/03/2012. (http://www.igam.mg.gov.br/images/stories/CTIG/4-r-c-semad-igam-no-1548-versao-publicada.pdf)

ARTIGOS DOS "INSTRUMENTOS LEGAIS" RELACIONADOS AOS BARRAMENTOS...
De acordo com a Lei Estadual nº 13.199, Art. 18 (inciso I) são sujeitos a outorga pelo poder público, independentemente da natureza pública ou privada dos usuários, os seguinte direitos de recursos hídricos: I -as acumulações, as derivações ou a captação de parcela da água existente em um corpo de água para consumo final, até para abastecimento público, ou insumo de processo produtivo.

De acordo com a Lei Florestal Estadual nº 14.309 (origem na Lei nº 4.771 de 15/09/65 e alterada pela lei nº 7.803 de 18 /07/89), um dos pontos mais importantes a serem observados é a interferência da barragem em áreas de interesse ambiental, como as Áreas de Preservação Permanente - APPs e Unidades de conservação, conforme Artigos 10, 12 e 13 apresentados abaixo.

Artigo 10 - Considera-se área de preservação permanente aquela protegida nos termos desta lei, revestida ou não com cobertura vegetal, com a função ambiental de preservar os recursos hídricos, a paisagem, a estabilidade geológica, a biodiversidade, o fluxo gênico de fauna e flora, de proteger o solo e de assegurar o bem- estar das populações humanas e situada:

II - ao longo dos rios ou de qualquer curso d'água, a partir do leito maior sazonal, medido horizontalmente, cuja largura mínima, em cada margem, seja de:

a) 30m (trinta metros), para curso d'água com largura inferior a 10m (dez metros);

b) 50m (cinqüenta metros), para curso d'água com largura igual ou superior a 10m (dez metros) e inferior a 50m (cinqüenta metros);

c) 100m (cem metros), para curso d'água com largura igual ou superior a 50m (cinqüenta metros) e inferior a 200m (duzentos metros);

d) 200m (duzentos metros), para curso d'água com largura igual ou superior a 200m (duzentos metros) e inferior a 600m (seiscentos metros);

e) 500m (quinhentos metros), para curso d'água com largura igual ou superior a 600m (seiscentos metros);

III - ao redor de lagoa ou reservatório de água, natural ou artificial, desde o seu nível mais alto, medido horizontalmente, em faixa marginal cuja largura mínima seja de:

a) 15m (quinze metros) para o reservatório de geração de energia elétrica com até 10ha (dez hectares), sem prejuízo da compensação ambiental;

b) 30m (trinta metros) para a lagoa ou reservatório situados em área urbana consolidada;

c) 30m (trinta metros) para corpo hídrico artificial, excetuados os tanques para atividade de aqüicultura;

d) 50m (cinqüenta metros) para reservatório natural de água situado em área rural, com área igual ou inferior a 20ha (vinte hectares);

e) 100m (cem metros) para reservatório natural de água situado em área rural, com área superior a 20 ha (vinte hectares);

IV - em nascente, ainda que intermitente, qualquer que seja a sua situação topográfica, num raio mínimo de 50m (cinqüenta metros);

XI - em vereda.

§ 2º - No caso de reservatório artificial resultante de barramento construído sobre drenagem natural ou artificial, a área de preservação permanente corresponde à estabelecida nos termos das alíneas "d" e "e" do inciso III do caput deste artigo, exceto a área de preservação permanente de represa hidrelétrica, que terá sua abrangência e sua delimitação definidas no plano diretor da bacia hidrográfica, observada a legislação pertinente, sem prejuízo da compensação ambiental.

§ 3° - Os limites da área de preservação permanente previstos na alínea "a" do inciso III deste artigo poderão ser ampliados, de acordo com o estabelecido no licenciamento ambiental e, quando houver, de acordo com o Plano de Recursos Hídricos da bacia onde o reservatório se insere.

Artigo 12 - A utilização de área de preservação permanente fica condicionada a autorização ou anuência do órgão competente.

§ 1° - Quando a área de preservação permanente integrar unidade de conservação, a autorização a que se refere o "caput" somente será concedida se assim dispuser seu plano de manejo, quando houver.

§ 2° - Os critérios para definição e uso de área de preservação permanente serão estabelecidos ou revistos pelos órgãos competentes, mediante deliberação do Conselho Estadual de Política Ambiental - COPAM -, adotando-se como unidade de planejamento a bacia hidrográfica, por meio de zoneamento específico e, quando houver, por meio do seu plano de manejo.

Artigo 13 - A supressão de vegetação nativa em área de preservação permanente somente poderá ser autorizada em caso de utilidade pública ou de interesse social, devidamente caracterizado e motivado em procedimento administrativo próprio, quando não existir alternativa técnica e locacional ao empreendimento proposto.

§ 3° - Para fins do que dispõe este artigo, considera-se:

I - de utilidade pública:

a) a atividade de segurança nacional e proteção sanitária;

b) a obra essencial de infra-estrutura destinada a serviço público de transporte, saneamento ou energia;

c) a obra, plano, atividade ou projeto assim definido na legislação federal ou estadual;

II - de interesse social :

a) a atividade imprescindível à proteção da integridade da vegetação nativa, tal como a prevenção, o combate e o controle do fogo, o controle da erosão, a erradicação de invasoras e a proteção de plantios com espécies nativas, conforme definida na legislação federal ou estadual;

b) a obra, plano, atividade ou projeto assim definido na legislação federal ou estadual;

c) a ação executada de forma sustentável, destinada à recuperação, recomposição ou regeneração de área de preservação permanente, tecnicamente considerada degradada ou em processo avançado de degradação.

d) os projetos de assentamentos de reforma agrária, desenvolvimento agrário e colonização devidamente regularizados.

§ 4 - O órgão ambiental competente poderá autorizar a supressão de vegetação em área de preservação permanente, quando eventual e de baixo impacto ambiental, conforme definido em regulamento.

§ 5 - O órgão ambiental competente indicará, previamente à emissão da autorização para a supressão de vegetação em área de preservação permanente, as medidas mitigadoras e compensatórias a serem adotadas pelo empreendedor.

§ 6 - A supressão de vegetação nativa protetora de nascente somente poderá ser autorizada em caso de utilidade pública.

§ 7° - Na implantação de reservatório artificial, o empreendedor pagará pela restrição de uso da terra de área de preservação permanente criada no seu entorno, na forma de servidão ou outra prevista em lei, conforme parâmetros e regime de uso definidos na legislação.

§ 8° - A utilização de área de preservação permanente será admitida mediante licenciamento ambiental, quando couber.

§ 9° - A área de preservação permanente recuperada, recomposta ou regenerada é passível de uso sustentável mediante projeto técnico a ser aprovado pelo órgão competente.

§ 10 - São vedadas quaisquer intervenções nas áreas de veredas, salvo em caso de utilidade pública, de dessedentação de animais ou de uso doméstico.

A Figura 24 apresenta um croquis com exemplo de diferentes tipos de corpos hídricos com as respectivas áreas de preservação permanente relacionadas a pequenos barramentos em área agrícola estabelecidas na lei estadual na Lei Estadual nº 14.309 de 19 de junho de 2002.

Figura 24 – Exemplo de diferentes tipos de corpos hídricos com as respectivas áreas de preservação permanente, exigidas ou não, estabelecidas na Lei Estadual nº 14.309 de 19/junho/2002

Figura 24 – Exemplo de diferentes tipos de corpos hídricos com as respectivas áreas de preservação permanente estabelecidas na Lei Estadual nº 14.309 de 19/junho/2002

A Portaria IGAM N°49 estabelece os procedimentos para a regularização do uso de recursos hídricos do domínio do Estado de Minas Gerais. Dentre os artigos relacionados a pequenos barramentos na área rural apresenta-se a seguir os artigos 5º, 6º e 10 º da referida portaria.

Artigo 5º. A vazão de referência a ser utilizada para o cálculo das disponibilidades hídricas em cada local de interesse, até que se estabeleçam as diversas vazões de referência nas bacias hidrográficas do Estado, será a Q7,10 (vazão mínima de sete dias de duração e dez anos de recorrência).

§ 1º O limite máximo de derivações consuntivas a serem outorgadas na porção da bacia hidrográfica limitada por cada seção considerada, em condições naturais será de 30% (trinta por cento) da Q7,l0, ficando garantido a jusante de cada derivação, fluxos residuais mínimos equivalentes a 70% (setenta por cento) da Q 7,l0.

§ 2º Quando o curso de água for regularizado pelo interessado, o limite de outorga poderá ser superior a 30% (trinta por cento) da Q7,l0, aproveitando-se o potencial de regularização, desde que seja mantido o fluxo residual mínimo a jusante de 70% da Q7,l0.

§ 3º Caso a estrutura de regularização a que se refere o parágrafo anterior seja passível de licenciamento ambiental, serão, obrigatoriamente, incluídos na solicitação de outorga:

I - valores de fluxo a serem liberados à jusante do barramento, assim como a definição da estrutura hidráulide extravasamento capaz de garantir a manutenção do fluxo residual mínimo;

II - valores acumulados para destinação de outros usos múltiplos no reservatório, além daqueles solicitados.

Artigo 6º. Poderão ser adotados, a requerimento do interessado e mediante análise técnica prévia, fluxos residuais inferiores a 70% (setenta por cento) da Q7,l0, nos casos em que couberem as condições de excepcionalidade para outorgas, em situações de interesse social e que não produzirem prejuízos a direitos de terceiros.

Artigo 10º - Trata dos procedimentos administrativos para obtenção de outorga de direito de uso dos recursos hídricos. Para dar início ao processo de outorga de direito de uso de recursos hídricos o usuário deverá preencher o Formulário de Caracterização do Empreendimento - FCE e protocolá-lo em qualquer SUPRAM.

§ 1º A SUPRAM emitirá o Formulário de Orientação Básica - FOB, que indicará todos os documentos necessários à formalização do processo, bem como o prazo de entrega dos mesmos na SUPRAM.

§ 2º No momento da formalização do pedido de outorga deverá ser juntado o comprovante de pagamento dos valores referentes aos custos de análise técnico-processual e de publicação do ato administrativo correspondente.

§ 3º Os modelos oficiais de requerimento e os formulários a serem apresentados pelos usuários encontram-se disponíveis no endereço eletrônico do IGAM e da Secretaria Estadual de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável - SEMAD: "http://www.igam.mg.gov.br" e "http://www.semad.mg.gov.br".

A Deliberação Normativa COPAM nº 74, de 09/set/2004 estabelece critérios para classificação, segundo o porte e potencial poluidor, de empreendimentos e atividades modificadoras do meio ambiente passíveis de autorização ou de licenciamento ambiental no nível estadual.

De acordo com essa DN, "barragem de irrigação ou de perenização para agricultura sem deslocamento de população atingida com área inundada compreendida no intervalo de 10 e 150 ha (código G-05-02-9) e "barragem de irrigação ou de perenização para agricultura com deslocamento de população atingida com área inundada compreendida no intervalo de 10 a 50 ha (código G-05-02-0) identificadas na Listagem G - Atividades Agrossilvopastoris no Anexo Único dessa DN, estão classificadas como de porte pequeno porém com potencial poluidor/degradador grande, e sendo, portanto, enquadradas como de Classe 3. De acordo com o Artigo 1º (apresentado abaixo) os empreendimentos e atividades modificadoras do meio ambiente enquadradas na Classe 3 estão sujeitas ao licenciamento ambiental, sendo que o caminho para a regularização ambiental é o processo de licenciamento, com o requerimento das licenças Prévia (LP), de Instalação (LI) e de Operação (LO).

Art. 1º - Os empreendimentos e atividades modificadoras do meio ambiente sujeitas ao licenciamento ambiental no nível estadual são aqueles enquadrados nas classes 3, 4, 5 e 6 , conforme a lista constante no Anexo Único desta Deliberação Normativa, cujo potencial poluidor/degradador geral é obtido após a conjugação dos potenciais impactos nos meios físico, biótico e antrópico, ressalvado o disposto na Deliberação Normativa CERH n.º 07, de 04 de novembro de 2002.

§1º - As Licenças Prévia e de Instalação dos empreendimentos enquadrados nas classes 3 e 4 poderão ser solicitadas e, a critério do órgão ambiental, expedidas concomitantemente.

§2º - As Licenças de Instalação e de Operação dos empreendimentos agrossilvipostoris enquadrados nas classes 3 e 4 poderão ser solicitadas e, a critério do órgão ambiental, expedidas concomitantemente, quando a instalação implicar a operação;

§3º - Para atividades agrossilvipastoris das classes 3 e 4 em operação, sua regularização dar-se-á mediante a obtenção da Licença de Operação Corretiva - LOC condicionada a apresentação de Relatório de Controle Ambiental - RCA e Plano de Controle Ambiental - PCA.

OBS: Com relação as barragens de irrigação e perenização relacionadas nos códigos G-05-02-9 e G-05-02-0 entende-se que, barragens nestas modalidades, mas com área inundada menor que 10 ha estão isentas de licenciamento ambiental.

A Deliberação Normativa CERH-MG n.º 09, de 16 de junho de 2004 estabelece critérios que definem os usos considerados insignificantes no Estado de Minas Gerais, sendo necessário, nesse caso, fazer um cadastramento junto ao IGAM. As normas relacionadas a pequenos barramentos estão contidas no Artigo 2º dessa DN, conforme apresentado abaixo:

Art 2º - As acumulações superficiais com volume máximo de 5.000 m³ serão consideradas como usos insignificantes para as Unidades de Planejamento e Gestão ou Circunscrições Hidrográficas do Estado de Minas Gerais.

§ 1º Para as UPGRH – SF6, SF7, SF8, SF9, SF10, JQ1, JQ2, JQ3, PA1, MU1, Rio Jucuruçu e Rio Itanhém, o volume máximo a ser considerado como uso insignificante para as acumulações superficiais será de 3.000 m³.

A Resolução CNRH nº 37/04 de 26 de março de 2004 que estabelece diretrizes para a outorga de recursos hídricos para a implantação de barragens em corpos de água de domínio dos Estados, do Distrito Federal ou da União, atribui ao proprietário da barragem a responsabilidade pela segurança da obra, conforme Artigo 8º dessa resolução.

Art. 8º – O outorgado é responsável pelos aspectos relacionados à segurança da barragem, devendo assegurar que seu projeto, construção, operação e manutenção sejam executados por profissionais legalmente habilitados.

Finalmente, é fundamental registrar que no documento “Manual Técnico e Administrativo de Outorga de Direito de Uso de Recursos Hídricos no Estado de Minas Gerais”, publicado pelo IGAM em 2010, o empreendedor encontra as normas legais, técnicas e administrativas vigentes bem como as mudanças que ocorrem nos usos dos recursos hídricos, no contexto das diferentes bacias hidrográficas do estado de Minas Gerais. Ainda de acordo com esse documento, vale destacar que para efeito de outorga os barramentos são classificados em cinco modalidades e para cada uma delas encontra-se apresentado na referida literatura as instruções relativas aos estudos e informações necessárias, quais sejam:

a) Barramentos sem captação de água;

b) Barramentos sem captação de água para regularização de vazão;

c) Captação de água em barramento sem regularização;

d) Captação em barramento com regularização de vazão; e

e) Barramentos em cascata.

6. EXEMPLOS DE INCIDENTES E ACIDENTES EM BARRAGENS DE TERRA (link: Datashow)

Parte da palestra apresentada pelo pesquisador Humberto Paulo Euclydes no IV Simpósio Nacional sobre Uso da água na Agricultura e I Simpósio Estadual sobre Usos Múltiplos da Água, realizado em Passo Fundo, no período de 11 a 14 abril de 201. Coordenação do evento: Comitê de Gerenciamento da Bacia Hidrográfica do Alto Jacuí e Universidade de Passo Fundo. Título da palestra: Segurança em pequenas barragens para armazenamento de água: Aspectos técnicos e hidrológicos.

7. PLANO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS

De acordo com Art 1º da Lei n 12.334 de 20 de setembro de 2010 que estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens e cria o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens e altera a redação do art. 35 da Lei nº 9.433, de 8 de janeiro de 1997, e do art. 4º da Lei nº 9.984, de 17 de julho de 2000, no parágrafo único estabelece que esta Lei aplica-se a barragens destinadas à acumulação de água para quais quer usos, à disposição final ou temporária de rejeitos e à acumulação de resíduos industriais que apresentem pelo menos uma das seguintes características:
I - altura do maciço, contada do nível do ponto mais baixo da fundação à crista, maior ou igual a 15m (quinze metros);
II - capacidade total de reservatório maior ou igual a 3.000.000 m3 (três milhões de metros cúbitos);
III - reservatório que contenha resíduos perigosos conforme normas técnicas aplicáveis; e
IV - categoria de dano potencial associado, médio ou alto, em termos econômicos, sociais, ambientais ou de perda de vidas humanas, conforme definido no art. 6º.

Ainda de acordo com o Art. 2º desta lei, estabelece a definição de Segurança de Barragem como sendo a "condição que vise a manter a sua integridade estrutural e operacional e a preservação da vida, da saúde, da propriedade e do meio ambiente"; e a definição de Gestão de Risco como "ações de caráter normativo, bem como aplicação de medidas para prevenção, controle e mitigação de riscos".

Com base nessa contextualização observa-se que os impactos ambientais decorrentes desses empreendimentos apresentam categorias de riscos e de gravidade de grandes proporções quando comparados com os impactos advindos da construção de pequenas barragens/reservatórios objetivando a reservação de água para uso na agricultura irrigada, no abastecimento da propriedade, na dessedentação de animais, e na piscicultura.

Não se pode usar as mesmas regras ou o mesmo plano de segurança para os dois tipos diferentes de empreendimentos. Por outro lado, é importante que haja algum tipo de monitoramento nessas pequenas obras hidráulicas já existentes ou a serem construídas nas propriedades rurais.

Sugere-se, então, que o empreendedor rural faça, de forma simplificada, um plano de segurança da barragem sob sua responsabilidade, para ser utilizado durante toda vida útil da obra hidráulica. Esse plano deverá conter basicamente dois procedimentos ou inspeções periódicas a serem realizadas com frequência: a) monitoramento no maciço da barragem e b) monitoramento na bacia de contribuição do barramento. De periodicidade semestral para o período seco e semanal para o período chuvoso, podendo ser aplicadas diariamente em caso de chuvas intensas, ou quando observados comportamentos anormais em qualquer dos diversos setores da barragem que possam afetar potencialmente a segurança da barragem.

Basicamente os principais problemas a serem monitorados no maciço da barragem são: deslocamentos, deformações, recalques, percolação, níveis piezométricos, enquanto na bacia de contribuição o principal problema é a identificação das áreas (ou focos) mais susceptíveis ao processo erosivo/perda de solos devido a falta de aplicação de técnicas de manejo integrado na bacia, podendo comprometer a vida útil do reservatório. Identificado os problemas deve-se recorrer um engenheiro qualificado com experiência na área.

Na Tabela 1 encontram-se as indicações das possíveis causas/problemas encontradas com maior frequência em pequenas barragens de terra. Essa tabela foi desenvolvida pela equipe de campo da RURALMINAS, do programa HIDROTEC e de outras fontes bibliográficas. Para cada anomalia são relacionadas as suas principais causas, as possíveis consequências caso o problema não seja sanado e quais as medidas corretivas mais indicadas.

Tabela 1 - Anomalias mais frequentes em pequenas barragens de terra, respectivas causas prováveis, possíveis consequências e ações corretivas

Anomalia	Causa provável	Possível consequência	Ações corretivas
Ruptura do maciço	Cheia superior a capacidade do extravasor	Inundações a jusante da barragem	Reconstrução do maciço e reavaliação dos estudos hidrológicos utilizados no dimensionamento do extravasor
Surgência no talude de jusante	Má qualidade do material (solo) utilizado na construção do maciço ou deficiência no processo de construção do maciço sem controle de compactação e umidade	Erosão e perda significativa de parte do maciço no local de afloramento	Rebaixamento da linha de saturação de forma que esta fique contida no maciço da barragem. Ação corretiva através da construção de um aterro adicional e/ou construção de um dreno de pé.
Trincas longitudinais sobre o coroamento (período de construção da barragem)	Percolação (fundação com extrato permeável)	Perigo. Rompimento do maciço da barragem	Construção de um tapete impermeável à montante do maciço objetivando o controle do fluxo na fundação da barragem
Sumidouros	"Piping" ou erosão interna no material do maciço da barragem ou fundação dá origem a um sumidouro. Saída de água à jusante indica erosão no maciço.	Perigo. O "piping" pode esvaziar o reservatório através de um pequeno buraco no talude e pode provocar a ruptura de uma barragem se o fluxo interno pela barragem ou fundação convergir para uma mesma saída, intercomunicando a mesma com o reservatório.	Inspecionar outras partes da barragem procurando infiltrações ou mais sumidouros. Identificar a causa exata do sumidouro. Checar a água que sai do reservatório para constatar se ela está suja. Se houver surgência de água suja executar imediatamente um filtro invertido e recorrer a um engenheiro qualificado no menor prazo possível.
Ação de roedores e insetos (formigas e cupins)	Buracos, túneis e cavernas são causados por animais roedores e insetos. Certos habitats, com alguns tipos de plantas e arvores próximos ao reservatório encorajam estes animais/insetos.	Os buracos podem reduzir os caminhos de percolação da água e evoluírem para um "piping" e mesmo a ruptura da barragem.	a)- Controlar roedores/insetos para prevenir maiores danos; b)- Remover roedores/insetos. Determinar o exato local dos buracos e a extensão do túnel. Remover o habitat e reparar danos; c)- Tampar buracos existentes com solo-cimento ou calda de cimento.
Erosão regressiva à jusante do extravasor	Poder erosivo do escoamento das águas das cheias a serem restituída aos cursos d’água em cotas mais baixas daquela do canal extravasor. Motivo: estruturas dissipadoras de energia, mal projetadas/executadas ou até ausência dessa estruturas.	Perigo. Ruptura do canal extravasor e comprometimento da estrutura do maciço.	Controle da erosão após o canal extravasor objetivando reduzir o excesso de energia à níveis compatíveis e suportáveis pelas condições de montante. Avaliação e dimensionamento do tipo de dissipador mais adequado para o local: escada de dissipação, rampa de blocos, bacias de dissipação convencionais, etc.
Assoreamento do reservatório	Erosão acentuada á montante da barragem	Redução na capacidade de acumulação de água no reservatório	a)- Controle dos focos de erosão na área de drenagem à montante do reservatório; b)- Havendo dificuldade na adoção destes procedimentos a opção é construir um barramento (barragem auxiliar) no final do espelho d’água do reservatório, objetivando dificultar o assoreamento e aumentar a vida útil da barragem principal. Periodicamente, deve ser realizada uma descarga utilizando uma tubulação de fundo objetivando passar parte dos materiais sedimentados para o reservatório principal.
Controle de erosão e instabilidade das encostas nas margens do reservatório	Movimentação (elevação ou rebaixamento) rápido do nível do reservatório	Focos de erosão no talude e assoreamento do reservatório	Controle de deslizamento de encostas marginais por meio da adequação da declividade do talude mais recomendada para o tipo de solo e movimentação do nível freático
Erosão e instabilidade dos solos na “área de empréstimo” utilizada para construção do maciço de terra	Desmatamento e retirada de solos	Erosão na “área de empréstimo” e assoreamento do reservatório	Reintegração do canteiro de obras à paisagem local. Através da remodelação do terreno, eliminando bacias de estagnação de água, atenuando taludes íngremes e reordenando a configuração do terreno, de forma a reintegrar o local à paisagem, evitando, ao mesmo tempo, o desenvolvimento de processos erosivos. Deve-se realizar o recobrimento da superfície com solos férteis, utilizando-se para isso aqueles inicialmente removidos da primeira raspagem das jazidas, rico em matéria orgânica e contendo a camada superficial da terra
Proliferação de plantas aquáticas	Presença no reservatório de grandes quantidades de nutrientes oriundos da utilização intensiva de fertilizantes, defensivos agrícolas e águas residuárias geradas na bacia de contribuição da barragem	Consumo significativo de oxigênio dissolvido na água podendo comprometer a qualidade da água do reservatório, inclusive, proporcionando sua eutrofização.	Controlar o uso de fertilizantes e pesticidas na bacia de contribuição, principalmente em áreas de cultivo de culturas anuais. Retirada do excesso de plantas aquáticas do espelho d’água do reservatório.

8. EXEMPLO DE APLICAÇÃO NA BACIA DO RIO PARANAÍBA

Dimensionamento de uma barragem de terra para abastecimento de um sistema de irrigação por pivô central

Dados do projeto:

Modalidade do uso	Captação de água em barramento com regularização de vazão
Finalidade	Irrigação por aspersão
Sistema de aspersão	Pivô central
Eficiência do sistema	90%
Cultura	Milho
Área do projeto	200 ha
Lâmina a ser aplicada por dia	6,0 mm
Horas de funcionamento por dia	18 horas
Demanda (L/s) = Área . Lâmina / Tempo	[200 ha . 6,0 mm/dia] / 18 = 185,20 L/s
Bacia principal	Rio Paranaíba
Sub-bacia	Rio Bagagem
Curso d'água	Ribeirão Marrecos
Coordenadas	18º 50 52,2”'S e 47º 31' 43,2” W
Área de drenagem à montante do local de interesse	57,68 km2

Comentários sobre a aplicação da metodologia de predição das vazões utilizadas nos estudos hidrológicos (dimensionamento do extravasor, Balanço hídrico da outorga e dimensionamento do reservatório)

1) Tendo em vista que o valor da área de drenagem da seção fluvial de interesse (57,68 km²) encontra-se fora do intervalo (abaixo de limite inferior) utilizado na regionalização hidrológica para a bacia do rio Paranaíba (69 a 17.085 km²) será utilizado o procedimento “Extrapolação espacial da regionalização hidrológica”;

2) No processo de predição das vazões de interesse será utilizada a “Consulta espacial georreferenciada: Informações em qualquer seção fuvial". Com funcionamento on-line o usuário identifica no mapa da rede hidrográfica da bacia apresentada na tela do computador, o curso d’água de interesse (visualmente e com apoio de coordenadas geográficas) e após um clique com o mouse sobre a seção fluvial de interesse o sistema gera e apresenta uma tabela contendo as coordenadas geográficas do local e os valores das vazões máximas, médias e mínimas para aquela seção fluvial

3) Na estimativa da vazão máxima será utilizado o período de retorno de 500 anos, conforme recomendação do programa HIDROTEC para a bacia do rio Paranaíba–MG (http://www.atlasdasaguas.ufv.br/exemplos_aplicativos/exemplos_aplicativos_home.html);

4) A vazão mínima de referência a ser adotada nesse exemplo, para definição do critério de outorga de direito de uso de água, é a vazão mínima de sete dias de duração e período de retorno de 10 anos (Q_7,10), conforme portaria 010/98 do IGAM;

5) Na estimativa do volume de armazenamento necessário a regularização da vazão de demanda (obtenção do modelo da curva regional adimensionalizada) pode-se utilizar a “Consulta espacial georreferenciada: Modelos ajustados por curso d’água”, ou a “Consulta informativa: Modelos ajustados nas regiões hidrologicamente homogêneas”;

6) A Figura 1 ilustra o resultado da aplicação da “Consulta espacial georreferenciada: Informações em qualquer seção fuvial" na bacia do rio Paranaíba, onde observa-se o mapa da rede hidrográfica com “zoom” identificando a seção fluvial de interesse (ribeirão Marrecos) e a tabela contendo as informações gerada pelo sistema;

7) A Figura 2 apresenta os procedimentos utilizados para facilitar a identificação da seção fluvial de interesse, quando o acesso às informações é por meio de coordenadas geográficas. Vale destacar que essa sugestão de acesso à seção fluvial de interesse, com mais detalhes, encontra-se inserida no botão “Ajuda” apresentado no limite inferior da página dessa Consulta espacial georreferenciada.

Figura 1 – Consulta espacial georreferenciada "Informações em qualquer seção fuvial – Bacia do rio Paranaíba (sub-bacia do rio Bagagem – ribeirão Marrecos).

Fonte: ATLAS,2011

Figura 2 – Seqüência de passos utilizada para acessar a seção fluvial de interesse no ribeirão Marrecos (afluente da margem direita do rio Bagagem)"

Solução

1ª ETAPA – DIMENSIONAMENTO DO ESTRAVASOR

1ª A) Estudo hidrológico - estimativa da vazão máxima de cheia

Conforme pode-se observar na tabela apresentada na Figura 1 a vazão máxima de cheia a ser utilizada no dimensionamento do sistema extravasor para período de retorno de 500 anos corresponde a 30,90 m3/s (Qmax500 = 30,90 m3/s).

1ª B) Estudo hidráulico - dimensionamento do canal extravasor

Com base na topografia do local previsto optou-se pela construção de um canal extravasor, em terreno firme, lateral ao corpo da barragem, do tipo “extravasamento por canal lateral com declividade moderada”.

Dessa forma o sistema extravasor projetado será constituído por um canal trapezoidal, com revestimento de grama no fundo e nos taludes das margens, tendo ao seu final uma transição para uma seção retangular onde será instalada uma soleira vertedora (formação do ressalto hidráulico) a qual deságua em uma escada dissipadora de energia.

A referida escada será construída de acordo com: a) topografia natural do terreno (degraus de comprimento de 1,0 m e altura de 0,5 m) e b) altura do nível da água na barragem projetada (h = 2,8 m). Dessa forma prevê-se a construção de cinco degraus totalizando, assim, uma diferença de nível de 2,5 m. A escada apresentará a mesma largura do canal nos três primeiros degraus e redução na largura nos dois últimos seguindo a topografia do terreno até atingir o leito do ribeirão Marrecos. Nas laterais da escada está previsto a construção de um muro de concreto com altura média de 1,5 m. As Figuras 3, 4 e 5 ilustram croquis do sistema extravasor projetado.

Figura 2 – Croquis do sistema extravasor projetado

Figura 3 – Croquis do sistema extravasor projetado

Na Tabela 1 estão inseridas as variáveis e os parâmetros necessários a aplicação da metodologia de dimensionamento do sistema extravasor projetado

Tabela 1: Variáveis e parâmetros a serem utilizados nos cálculos

Vazão máxima de cheia para PR= 500 anos (Qmax500)	(Qmax500) = 30,90 m³/s
Valores do coeficiente de rugosidade “n” de Manning (Canais com leito pedregoso e vegetação nos taludes - Tabela 1)	n = 0,025
Inclinação dos taludes (z) de acordo com a estabilidade de canais (Tabela 2: Argila dura)	1:1
Altura máxima projetada do canal extravasor (h)	1,5 m
Velocidade limite em função do material das paredes do canal (V ≤ 1,5 m/s para canal gramado – Tabela 3)	1,3 m/s

Cálculos:

1° Etapa: Estimativa do valor da área do canal

Considerando uma velocidade média no canal (V = 1,3 m/s ), e utilizando a equação 4: tem-se:

então A = 23,77 m²

2° Etapa: Estimativa da base do canal

Considerando a altura no canal (h) de 1,5 m, o talude de 1:1 e utilizando a equação 7: tem-se

23,77 = (b + 1. 1,5). 1,5 b = 14,35 m será arredondado para b = 14,50 m;

3° Etapa: Estimativa da declividade do canal.

Utilizando as equações 6, 7 e 8: estima-se o raio hidráulico, encontrando R = 1,28

4° Etapa: Estimativa da declividade

Considerando o valor do R = 1,28 , o coeficiente “n” = 0,025 e utilizando a equação 5:

obtem-se a declividade I = 0,0008 m/m .

F Figura 4 – Croquis da seção transversal do canal extravasor projetado

Figura 4 – Croquis da seção trapezoidal do canal extravasor projetado

Figura 5 – Croquis do canal extravasor, soleira vertedora e escadas de dissipação de energia

Figura 5 – Croquis na extremidade do canal extravasor de seção trapezoidal com transição para seção retangular contendo soleira vertedora e escada dissipadora de energia (simulação no inicio do período chuvoso)

2ª ETAPA: BALANÇO HÍDRICO DA OUTORGA

2ª A) Estudo hidrológico - estimativa da vazão mínima de referência

Conforme pode-se observar na tabela apresentada na Figura 1 a vazão mínima de sete dias de duração e período de retorno de 10 anos corresponde a 0,1754 m3/s ou Q7,10 = 175,40 L/s.

2ª B) Análise do critério de outorga

Conforme Manual Técnico e Administrativo de Outorga de Direito de Uso de Recursos Hídricos no Estado de Minas Gerais, publicado pelo IGAM em 2010, para o cálculo da disponibilidade hídrica, ou seja, da vazão do curso de água disponível para atendimento à demanda solicitada há necessidade de se fazer o balanço hídrico, computando-se as outorgas já emitidas e as vazões já comprometidas em determinada região a ser estudada.

No presente estudo tem-se uma demanda de 185,20 L/s ⇉ maior que 30% Q7,10 (52,62 L/s) e menor que a vazão máxima possível de ser regularizada (≅70% da Qmlp = 1.227,80 L/s).

Conclusão da análise do critério de outorga

Necessidade de construção de um reservatório para garantir uma vazão regularizada de 185,20 L/s.

2ª C) Confronto entre as outorgas concedidas à montante e a jusante da seção de interesse no rib. Marrecos com a disponibilidade de água

Essa análise foi realizada com apoio da Consulta espacial balanço entre Demanda (vazão outorgada) e Disponibilidade (índice outorgável: 30% da Q7,10) da Bacia do rio Paranaíba, desenvolvida e disponibilizada no ATLAS no endereço (http://www.atlasdasaguas.ufv.br/paranaiba/Balanco_Hidrico/index.html).

Conforme pode-se observar na Figura 6 com “zoom” na rede hidrográfica da bacia do rio Bagagem/ribeirão Marrecos, foi identificado somente um outorgado na sub-bacia do Ribeirão Marrecos. A Tabela gerada (após um clique com o mouse sobre o ícone do usuário outorgado) apresenta os dados cadastrais desse outorgado. Vale esclarecer que a localização geográfica e o contorno da sub-bacia do rib. Marrecos foi extraída da Figura 1 (escala compatível de 1: 250.000) e inserida na Figura 6 (escala de 1:1.500.000).

Conforme informações contidas na “Lista de símbolos”, localizada no canto inferior esquerdo desta Figura a relação dos outorgados georreferenciados inseridos nessa Consulta espacial foi extraída do cadastro de usuários outorgados disponibilizado no website do IGAM em jan/2010. Dessa forma, procurando atualizar o dados cadastrais a partir desta data até dez/2011 foi realizado uma nova pesquisa ao banco de dados do IGAM porém, não foi identificado nenhum acréscimo de usuário de água cadastrado na sub-bacia do ribeirão Marrecos, nesse período.

1Figura 6 – Consulta espacial balanço entre Demanda

Figura 6 – Consulta espacial balanço entre Demanda (vazão outorgada) e Disponibilidade (índice outorgável:30% da Q_7,10) – Bacia do rio Paranaíba – MG, contendo “Tabela de usuário outorgado” identificado na sub-bacia do rib. Marrecos e “Lista de símbolos”

Fonte: ATLAS,2011

Ainda nesse contexto e aplicando um “zoom” maior na Figura 6, observa-se que o referido outorgado encontra-se localizado à jusante da seção de interesse identificada na sub-bacia do ribeirão Marrecos, em um afluente que deságua na margem esquerda deste ribeirão, denominado córrego da Samambaia (Figura 7).

Figura 7 – Corresponde a Figura 6 com “zoom maior” sobre a sub-bacia do ribeirão Marrecos, onde observa-se a localização da seção de interesse (construção da barragem) e do outorgado em um afluente que deságua na margem direita do rib. Marrecos, denominado córrego da Samambaia.

3ª ETAPA: DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO

3ª A) Estimativa do volume de armazenamento (capaz de garantir a vazão a ser regularizada ⇉ demanda + residual)

Solução:

A metodologia de regionalização de curvas de regularização utilizada para dimensionamento de reservatórios encontra-se disponibilizada no website HDROTEC no endereço (http://www.hidrotec.ufv.br/metodologia_resultados.html#um), o no programa computacional de regionalização hidrológica RH versão 4.0 (http://www.atlasdasaguas.ufv.br/programa_computacional_de_regionalizacao_hidrologica_rh_home.html). O produto final do desenvolvimento da metodologia de regionalização de curvas de regularização em uma determinada região hidrográfica é o modelo da curva regional de regularização adimensionalizada do tipo potencial da forma R_adim = a(x)^b, onde a e b são parâmetros locais. Maiores detalhes e exemplos de aplicação da metodologia são apresentados no endereço (link) citado anteriormente.

Como ilustração do resultado da aplicação da “metodologia de regionalização de curvas de regularização” extraído do banco de dados do programa computacional de regionalização hidrológica, RH versão 4.0, as Figuras 8 e 9 ilustram ajustes gráficos de: a) Curva de regularização adimensionalizada da estação fluviométrica Estrela do Sul (município de Estrela do Sul), localizada no rio Bagagem e b) Curva regional de regularização adimensionalizada dos rios pertencentes a Região I da bacia do rio Paranaíba – MG.


Figura 8 – Ajuste gráfico da curva de regularização adimensionalizada da estação fluviométrica de Estrela do Sul (código 60150000 -município de Estrela do Sul), localizada no rio Bagagem, afluente rio Paranaíba - MG	Figura 9 – Ajuste gráfico da curva regional de regularização adimensionalizada dos rios pertencentes a região I da bacia do rio Paranaíba – MG

Fonte: RH versão 4.0

Na aplicação da metodologia os cálculos foram iniciados selecionando-se o modelo da curva regional de regularização adimensionalizada ajustado na região hidrologicamente homogênea onde está inserida a seção fluvial de interesse. Nesse exemplo o referido modelo foi extraído da “Consulta informativa: Modelos ajustados nas regiões hidrologicamente homogêneas” da Bacia do rio Paranaíba, (http://www.atlasdasaguas.ufv.br/paranaiba/modelos_de_vazoes_especificas_ajustados_na_bacia_do_rio_paranaiba.html) localizado na Região I, conforme apresentado na Figura 10. Vale destacar que esse modelo poderia ser extraído, também, da “Consulta espacial georreferenciada: Modelos ajustados por curso d’água” da bacia do rio Paranaíba – MG.

Figura 10 - Modelos das curvas de regularização adimensionalizadas para estimativa do volume de regularização, nas regiões hidrologicamente homogêneas identificadas na bacia do rio Paranaíba - MG
Fonte: HIDROTEC, 2011

Dados para dimensionamento do reservatório:

Vazão de demanda (185,2 L/s = 0,19 m³/s)	0,19 m³/s
Vazão residual*	70% da Q_7,10 = 0,12 m³/s
Sistema de aspersãoVazão a ser regularizada (Q_reg = demanda + residual)	0,19 + 0,12 = 0,31 m³/s
Vazão média de longo período - Q_mlp (Figura 1)	1,20 m³/s

* legislação ambiental: portaria do IGAM Nº 007/99.

PROCEDIMENTOS (conforme apresentado na metodologia):

1) Adimensionalizar a vazão a ser regularizada: m = (Q_reg/Q_mlp). 100

2) Substituir a vazão adimensional a ser regularizada (m) no modelo da curva regional adimensional (R_adim) da Região I (Figura 7), cujo modelo apresenta a equação R_adim = 1,26E-05 . (m)^3,7513

3) Estimar o volume de acumulação (Hm³) utilizando a equação: V = 0,3154. R_adim. Q_mlp

3ª B) Determinação da bacia hidráulica de armazenamento e da altura da barragem (cota do volume de acumulação)

Comentário

Para determinação da bacia hidráulica de armazenamento capaz de suportar o volume a ser regularizado será utilizado a relação “cota versus área de inundação” e “cota versus volume de acumulação” obtida na seção n° 8 do Exemplo Aplicativo n°6 – Simulação de um reservatório para abastecimento de água potável. A Figura 11 apresenta o gráfico da “cota versus área de inundação” e “cota versus volume de acumulação”, enquanto a Tabela 2 apresenta os dados utilizados na determinação da bacia hidráulica de armazenamento e da altura da barragem (cota do volume de acumulação) para a seção fluvial de interesse.

Figura 11 - Cota versus área de inundação e cota versus volume de acumulação

Tabela 2 - Dados utilizados na determinação da altura da barragem e da bacia hidráulica de armazenamento para a seção fluvial de interesse

Cota	Bacia hidráulica de armazenamento* (Características topográficas da região)		Volume de acumulação (Q_reg= 0,31 m³/s Demanda Irrigação)
Cota	Área do espelho de água	Volume de acumulação
m	m²	m³	(m³)
0	0	0	151.392
1	20.608	19.858
2	52.554	81.360
2,5	71.038	128.110
2,7	78.820	149.826
2,8	82.788	161.333

*Valores obtidos na equação cota versus área de inundação e cota versus volume de acumulação, gerados com apoio de SIG - MDE.

Conclusão:

A bacia hidráulica de armazenamento identificada de acordo com as características topográficas da seção fluvial selecionada apresenta uma cota de 2,80 metros, um volume de acumulação de 161.333 m³ e uma área de espelho d’água de 82.788 m² (8,28 ha).

4ª ETAPA: DETERMINAÇÃO DA ALTURA (TOTAL) DA BARRAGEM

A altura total da barragem é calculada considerando, além da altura do nível de água relativa ao volume de acumulação (H = 2,80 m), as alturas d’água no extravasor (1,5m) e borda livre ou folga (1,5 m), totalizando assim Htotal = 5,80 m.

Figura 12 – Perfil longitudinal da barragem

5ª ETAPA: DIMENSIONAMENTO DO MACIÇO DA BARRAGEM

5ª A) Crista do maciço

Utilizando a Equação1 apresentada na metodologia e substituindo os termos tem-se:

5ª B) Seção transversal da barragem

As inclinações dos taludes utilizadas serão de 2,5:1 e 2:1 para os taludes de montante e jusante, respectivamente. A base do maciço (B), é então calculada pela Equação 2, onde tem-se:

6ª ETAPA: DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR

Dados:

Volume acumulado acima desarenador (Tabela 2)	161.333 m3
Tempo previsto para esvaziamento represa	4 dias (4 x 24 x 60 x 60 = 345.600s)
Vazão média do rib. Marrecos no local barramento (Q_mlp da Figura 1)	0,0012 L/s
Material usado na tubulação - manilha de concreto comum (Tabela 7)	C = 120
Base da barragem	30,60 m

Solução

1 - Estimativa da vazão de esvaziamento

Utilizando a equação 44 e substituindo os termos tem-se:

2 - Cálculo da perda de carga unitária na tubulação

Utilizando a equação 45 e substituindo os termos tem-se:

3 - Cálculo do diâmetro da tubulação do desarenador

Utilizando a equação 43 e substituindo os termos tem-se:

OBS: Na extremidade final da tubulação de concreto está prevista a construção de uma caixa dissipadora de energia (em concreto armado) seguida de uma extensão revestida de pedras de mão.

Figura 13 Perfil transversal do maciço projetado

Comentário sobre a vida útil do reservatório:

fundamentalmente da adoção de práticas conservacionistas (mecânicas e edáficas) na bacia hidrográfica localizada à montante da barragem. Dentre as práticas mais eficazes no controle da erosão e do escoamento superficial com resultados positivos a partir do primeiro período chuvoso citam-se: construção de bacias de captação de água (barraginhas); readequação ambiental de estradas de terra e respectivos sistemas de drenagens; controle das encostas degradadas pela erosão (voçorocas); sistemas de terraceamento em nível e em gradiente e plantio em contorno.

7ª ETAPA: ASPECTOS LEGAIS

Com base nas informações relativas a localização geográfica e porte do projeto da barragem (como: área inundada, volume de acumulação, vazão regularizada, dentre outros) apresentada nesse “Exemplo de aplicação” e nos instrumentos legais relacionados a construção de pequenos barramentos de terra em território mineiro apresentados no documento “Roteiro básico para o dimensionamento de pequenas barragens de terra”, conclue-se:

1. A construção da barragem prevista (área inundada de reservatório menor que 10 ha) está isenta de licenciamento ambiental - Deliberação Normativa COPAM nº 74, de 09/set/2004 (Art. 01 - Listagem G: Atividades Agrossilvopastoris: códigos G-05-02-9 e G-05-02-0, no Anexo Único dessa DN);

2. A construção da barragem está sujeita a outorga de direito de uso de água pelo poder público estadual - Lei Estadual nº 13.199/99 de 29/jan/1999, Art. 18;

3. Com base na “Portaria IGAM N°49 de 01/julho/2010” que estabelece os procedimentos para a regularização do uso de recursos hídricos do domínio do Estado de Minas Gerais, e no documento “Manual Técnico e Administrativo de Outorga de Direito de Uso de Recursos Hídricos no Estado de Minas Gerais”, publicado pelo IGAM em 2010, disponível no endereço (http://www.igam.mg.gov.br/outorga/manaulde-outorga) o usuário encontra todas as informações necessárias ao processo de solicitação de outorga, desde o recebimento do requerimento na SUPRAM e sua inclusão inicial no Sistema Integrado de Informações Ambientais até análise técnica conclusiva e a publicação da Portaria de Outorga.

9. BIBLIOGRAFIA

ATLAS digital das águas de Minas; uma ferramenta para o planejamento e gestão dos recursos hídricos. Coordenação técnica, direção e roteirização Humberto Paulo Euclydes. 2. ed. Belo Horizonte: RURALMINAS; Viçosa, MG : UFV , 2007 . 1 CD-ROM. ISBN 85-7601-082-8. Acompanha manual.

ATLAS DIGITAL DAS ÀGUAS DE MINAS - Uma ferramenta para o planejamento e gestão dos recursos hídricos. Disponível em: (http://www.atlasdasaguas.ufv.br). Acesso em: 10 nov. 2011.

CARVALHO, J.A. Dimensionamento de pequenas barragens para irrigação. Lavras: Editora UFLA., 2008.158p.

DAKER, A. Captação, elevação e melhoramento da água: a água na agricultura. 6. Ed. Ver. E ampl. Rio de Janeiro: F. Bastos, 1983.v.2,408 p.

ELETROBRÁS Manual de microcentrais hidrelétricas. Brasília: Ministério das Minas e Energia – ELETROBRÁS Centrais Elétricas Brasileiras S.A – DNAEE 1985. 344p.

HIDROTEC- Geração e transferência de tecnologia em recursos hídricos para o estado de Minas Gerais. Disponível em: (http://www.hidrotec.ufv.br). Acesso em: 20 out. 2011.

LANA, A. E. Regularização de vazões em reservatórios. In:TUCCI,C.E.M. et AL. Hidrologia:ciência e aplicação. Porto Alegre: ABRH-EDUSP, 1983.943p.

LANÇAS, K. P.; SOUZA, A. P.; CARDOSO, L. G. Obras de terra: sistematização e pequenas barragens. Brasilia, DF: ABEAS, 1988. 108p.

LOUREIRO, B. T. Pequenas barragens de terra. Viçosa UFV, Impr. Univ., 1987. 34p.

IGAM Manual Técnico e Administrativo de Outorga de Direito de Usos de Recursos Hídricos no estado de Minas Gerais. Instituto Mineiro de Gestão das Águas. Belo Horizonte: IGAM, 2010.234p.

PORTO, R. M. Hidráulica básica. São Carlos: EESC/USP, 1998.540 p.

UNITED STATES DEPARTMENT OF THE INTERIOR, Design of small dams. Washington: United States Government Printing Office, 1977. 816p.

________________________________
Fonte: EUCLYDES et al. (2011g)

Átlas Digital das Águas de Minas - Uma ferramenta para o planejamento e gestão dos recursos hídricos

Exemplos aplicativos

Roteiro básico para o dimensionamento de pequenas barragens de terra no estado de MG

1. INTRODUÇÃO

2. PRINCIPAIS ELEMENTOS DE UMA PEQUENA BARRAGEM DE TERRA

3. ESTUDOS HIDROLÓGICOS

3.1 Estimativa da vazão máxima de cheia e de volumes de regularização em reservatório

3.2 Dimensionamento do sistema extravasor

3.2a) Extravasamento por canal lateral com declividade e vertedor com escada de dissipação de energia

3.2b) Extravasamento por canal lateral sem declividade e vertedor com escada de dissipação de energia

3.2c) Extravasamento por canal lateral sem declividade e rampa extravasora

3.2d) Extravasamento através de vertedor em tulipa.

3.3 Estimativa do volume de armazenamento para garantir uma vazão a ser regularizada

3.4 Identificação no campo de uma bacia hidráulica capaz de armazenar o volume de regularização estimado e determinação da altura da barragem

3.5 Dimensionamento do desarenador

4. INSTRUÇÕES A SEREM OBSERVADAS NA CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS DE TERRA

4.1 Localização e construção do maciço

4.2 Medidas mitigadoras dos impactos ambientais

5. ASPECTOS LEGAIS A SEREM CONSIDERADOS NA CONSTRUÇÃO DE PEQUENAS BARRAGENS

6. EXEMPLOS DE INCIDENTES E ACIDENTES EM BARRAGENS DE TERRA (link: Datashow)

7. PLANO DE SEGURANÇA DE BARRAGENS

8. EXEMPLO DE APLICAÇÃO NA BACIA DO RIO PARANAÍBA Dimensionamento de uma barragem de terra para abastecimento de um sistema de irrigação por pivô central

Dados do projeto:

Comentários sobre a aplicação da metodologia de predição das vazões utilizadas nos estudos hidrológicos (dimensionamento do extravasor, Balanço hídrico da outorga e dimensionamento do reservatório)

Solução

1ª ETAPA – DIMENSIONAMENTO DO ESTRAVASOR

1ª A) Estudo hidrológico - estimativa da vazão máxima de cheia

1ª B) Estudo hidráulico - dimensionamento do canal extravasor

2ª ETAPA: BALANÇO HÍDRICO DA OUTORGA

2ª A) Estudo hidrológico - estimativa da vazão mínima de referência

2ª B) Análise do critério de outorga

Conclusão da análise do critério de outorga

2ª C) Confronto entre as outorgas concedidas à montante e a jusante da seção de interesse no rib. Marrecos com a disponibilidade de água

3ª ETAPA: DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO

3ª A) Estimativa do volume de armazenamento (capaz de garantir a vazão a ser regularizada ⇉ demanda + residual)

Solução:

Dados para dimensionamento do reservatório:

PROCEDIMENTOS (conforme apresentado na metodologia):

1) Adimensionalizar a vazão a ser regularizada: m = (Qreg/Qmlp). 100

2) Substituir a vazão adimensional a ser regularizada (m) no modelo da curva regional adimensional (Radim) da Região I (Figura 7), cujo modelo apresenta a equação Radim = 1,26E-05 . (m)3,7513

3) Estimar o volume de acumulação (Hm3) utilizando a equação: V = 0,3154. Radim. Qmlp

3ª B) Determinação da bacia hidráulica de armazenamento e da altura da barragem (cota do volume de acumulação)

Comentário

Conclusão:

4ª ETAPA: DETERMINAÇÃO DA ALTURA (TOTAL) DA BARRAGEM

5ª ETAPA: DIMENSIONAMENTO DO MACIÇO DA BARRAGEM

5ª A) Crista do maciço

5ª B) Seção transversal da barragem

6ª ETAPA: DIMENSIONAMENTO DO DESARENADOR

Solução

1 - Estimativa da vazão de esvaziamento

2 - Cálculo da perda de carga unitária na tubulação

3 - Cálculo do diâmetro da tubulação do desarenador

Comentário sobre a vida útil do reservatório:

7ª ETAPA: ASPECTOS LEGAIS

9. BIBLIOGRAFIA

8. EXEMPLO DE APLICAÇÃO NA BACIA DO RIO PARANAÍBA

Dimensionamento de uma barragem de terra para abastecimento de um sistema de irrigação por pivô central

1) Adimensionalizar a vazão a ser regularizada: m = (Q_reg/Q_mlp). 100

2) Substituir a vazão adimensional a ser regularizada (m) no modelo da curva regional adimensional (R_adim) da Região I (Figura 7), cujo modelo apresenta a equação R_adim = 1,26E-05 . (m)^3,7513

3) Estimar o volume de acumulação (Hm³) utilizando a equação: V = 0,3154. R_adim. Q_mlp