Aplicação de modelagem hidrodinâmica para o etuda de alternativas à renaturalização de rios.

113 Pages·2013·12.43 MB·Portuguese

by  Maurício Fernandes

UNIVERSIDADE DO VALE DO

ITAJAÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DA TERRA E DO MAR
Curso de Engenharia Ambiental

APLICAÇÃO DE MODELAGEM NUMÉRICA PARA O ESTUDO DE
ALTERNATIVAS À RENATURALIZAÇÃO DE RIOS.
Estudo de caso: Rio Itajaí-Mirim, Itajaí (SC).

Ac: Maurício Fernandes

Orientador: Prof.ª Cristina Ono Horita, MSc.

Itajaí, junho/2013
UNIVERSIDADE DO VALE DO

ITAJAÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DA TERRA E DO MAR
Curso de Engenharia Ambiental

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
APLICAÇÃO DE MODELAGEM NUMÉRICA PARA O ESTUDO DE
ALTERNATIVAS À RENATURALIZAÇÃO DE RIOS.
Estudo de caso: Rio Itajaí-Mirim, Itajaí (SC).

Maurício Fernandes

Monografia apresentada à banca
examinadora do Trabalho de
Conclusão de Curso de Engenharia
Ambiental como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau
de Engenheiro Ambiental.

Itajaí, junho/2013

i
DEDICATÓRIA

Dedico este projeto a minha família, em especial a
meu pai Joel Fernandes (in memorian).
ii
AGRADECIMENTOS
Quero agradecer ao Prof. Tobias Bleninger, coordenador do Programa de Pós-Graduação
em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental (PPGERHA) da Universidade Federal do
Paraná (UFPR) pelas dúvidas que me foram tiradas e dicas que foram dadas; ao Laboratório
de Oceanografia Física da UNIVALI, na figura do Prof.º Lourival Alves Júnior pelos dados
disponibilizados e também pelo espaço cedido para a realização deste projeto; ao Prof.º
Héctor Raul Muñoz Espinoza pela considerações feitas durante a primeira parte do projeto; e
claro, minha orientadora Cristina Ono Horita, por ter aguentado por um ano as 4 horas
semanais de orientações, conversas, cafés, risadas e até um choro (quando o modelo
FINALMENTE rodou!); e seu marido Franklin Misael Pacheco Tena, que silenciosamente
ouvia nossas palhaçadas.
Não posso deixar de agradecer minha família pelo incentivo quando me encontrava
desanimado pelas dificuldades encontradas; minha amada mãe Lúcia sempre me mantendo
em movimento e não me deixando usar a “desculpa” do TCC para esquecer o resto do mundo,
minha Irmã Shanlley pela cara de “- Já passei por isso!” com um sorriso de sarcasmo no rosto,
meu padrasto Cláudio pela ajuda técnica durante o desenvolvimento do projeto e pelas dicas
que sempre me dá para a vida profissional. E em especial a meu Pai Joel Fernandes (in
memoriam) que sempre me motivou a estudar dizendo que “- A única herança de verdade que
vou te deixar é teu estudo, porque isso ninguém nunca pode tirar de ti.”, sei que onde ele
estiver me olha sorrindo. Tô me formando pai!
Aos meus queridos amigos pelo apoio, a Princesa Jaqueline Souza, a Miss Simpatia Cátia
von-Ahn, a Doidinha Joselene Alves, a Brega Angelina Coelho, a Doçurinha Franciele
Zanandrea, claro ao Delicado Thiago Pinheiro que me deu o toque de “- Para de se fazer,
todo mundo passa por isso para se formar. Escreve logo isso ai”. Não posso esquecer também
de meus companheiros Liebe e o Caesar pela colaboração de não latir em quando eu escrevia
e por amenizarem me stress.
A todos vocês sou grato, pois na vida nada somos sem estas pessoas que nos dão apoio,
seja ele na forma de consultoria técnica; ou familiares e amigos, que nos fazem continuar
caminhando quando achamos que nosso fardo é grande demais.
Obrigado a todos vocês pelo carinho, confiança e apoio!
iii
EPÍGRAFE

“Um rio é alguma coisa além de um simples acidente
geográfico, ou uma linha em um mapa; ou parte do terreno,
que não pode ser descrito de maneira adequada em
simples termos de topografia, e geologia; um rio é uma
coisa viva, algo que possui energia, movimento e que se
transforma”.
Earle Bernard Phelps
iv
RESUMO
Este trabalho propõe-se a aplicação de modelagem numérica computacional para o estudo
da renaturalização do leito natural do rio Itajaí-Mirim através do software Delft3D, módulo
FLOW. Com base em dados da literatura existente, dados do Sistema de Informações
Hidrológicas – HIDROWEB/ANA, e dados de maré para o Porto de Itajaí, o modelo foi
implementado abrangendo o rio Itajaí-Açu e os canais original e retificado dório Itajaí-Mirim.
Sendo o foco a renaturalização da vazão do leito original. Com o modelo implementado foram
testadas diversas alternativas de engenharia, sendo a reconformação batimétrica, uma
barragem, espigões e um novo canal de confluência, visando o restabelecimento de fluxo
razoável no leito original, aumentando sua capacidade depurativa e melhoramento de seus
aspectos paisagísticos e sanitários. Sendo os melhores resultados obtidos para o cenário
onde se realizou a reconformação batimétrica do canal, e o cenário com a combinação da
reconformação e a implantação de espigões na confluência dos dois canais.
Palavras-chaves: Modelagem hidrodinâmica, DELFT3D, Rio Itajaí-Mirim
v
ABSTRACT
This study is proposed to apply a numerical computational modeling for the study of
renaturalization of the natural riverbed of Itajai-Mirim River through the Delft3D software,
FLOW module. Based on data from the literature, data from the Hydrological Information
System – HIDROWEB/ANA, and tide data for the Itajaí Harbour, the model was implemented
for the river Itajai-Acu, and rectified and natural channels of river Itajaí-Mirim. Presented with
focused on renaturalization of the original riverbed flow. With the implemented model were
tested several engineering alternatives, been them the bathymetric reshaping, a dam, spikes
and a new channel confluence in order to restore a reasonable flow in the original bed,
increasing its capacity of depuration and aspects of its landscape and sanitation. The best
results were obtained with the bathymetric reshaping, and the scenario with a combination of
the reshaping and spikes at the confluence of the two channels.
Key-words: Hydrodinamic Modeling, DELFT3D, Itajaí-Mirim River
vi
SUMÁRIO
DEDICATÓRIA ....................................................................................................................... i
AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. ii
Resumo ................................................................................................................................ iv
Abstract ................................................................................................................................. v
Sumário ................................................................................................................................ vi
Lista de Figuras ................................................................................................................... viii
Lista de Tabelas ................................................................................................................... xii
1 Introdução ....................................................................................................................... 1
1.1 Objetivos ................................................................................................................. 4
1.1.1 Geral ................................................................................................................ 4
1.1.2 Específicos ....................................................................................................... 4
2 Fundamentação Teórica ................................................................................................. 4
2.1 Efeitos da urbanização de bacias hidrográficas ....................................................... 4
2.2 Características físicas dos rios ................................................................................ 7
2.3 Modelagem numérica .............................................................................................. 9
2.3.1 Modelagem hidrodinâmica .............................................................................. 10
2.3.2 DELFT3D ....................................................................................................... 10
2.4 Obras de Engenharia Hidráulica ............................................................................ 11
2.5 Renaturalização de rios ......................................................................................... 13
2.6 A bacia hidrográfica do Rio Itajaí-Mirim ................................................................. 14
3 Metodologia .................................................................................................................. 17
3.1 Modelagem Hidrodinâmica .................................................................................... 17
vii
3.1.1 Pré-processamento ..................................................................................... 17
3.1.2 Processamento ............................................................................................... 24
3.1.3 Pós-processamento ........................................................................................ 25
4 Resultados e Discussão ............................................................................................... 25
4.1 Cenários modelados .............................................................................................. 28
4.1.1 Cenário 1 – Situação Atual ............................................................................. 28
4.1.2 Cenário 2 – Reconformação Batimétrica ........................................................ 32
4.1.3 Cenário 3 – Espigões ..................................................................................... 40
4.1.4 Cenário 4 – Barragem .................................................................................... 42
4.1.5 Cenário 5 – Novo Canal ................................................................................. 44
4.2 Comparação dos efeitos das propostas sobre a vazão .......................................... 47
4.2.1 Situação atual X reconformação batimétrica ................................................... 48
4.2.2 Demais obras simuladas ................................................................................ 48
5 Considerações Finais ................................................................................................... 49
6 Referências .................................................................................................................. 51
APÊNDICE A ....................................................................................................................... 54
APÊNDICE B ....................................................................................................................... 67
APÊNDICE C ....................................................................................................................... 80
APÊNDICE D ....................................................................................................................... 85
APÊNDICE E ....................................................................................................................... 90