Modelagem físico-matemática da interação solo-atmosfera e erosão hídrica em bordas de reservatórios

Abstract

A capacidade de geração de energia de uma usina hidrelétrica (UHE) está relacionada com o volume útil armazenado no reservatório de água. Ao longo da vida útil do reservatório, o aporte e a deposição de sedimentos reduzem gradualmente esta capacidade de geração. O desprendimento de partículas de solo em bordas de reservatórios é consequência da erosão hídrica, que pode ser deflagrada pelo impacto de gotas de chuva e pela tensão de cisalhamento exercida pelo escoamento superficial, ou seja, a erosão hídrica, embora não apenas, é induzida por um evento de precipitação, corroborando para a necessidade de um melhor entendimento dos processos de circulação de água envolvidos na interação solo-atmosfera. Modelos físicomatemáticos podem ser empregados para descrever o processo de geração de escoamento superficial e o transporte de sedimentos, constituindo uma alternativa eficaz para estimativa do volume de partículas desprendidas em bordas de reservatórios. Nesta pesquisa, foi desenvolvido um modelo analítico em condição de precipitação constante no qual a infiltração de água no solo foi descrita pelo modelo de Green-Ampt-Mein-Larson, o escoamento superficial foi aproximado pelo modelo de onda cinemática e a erosão hídrica foi estimada a partir da equação da continuidade do transporte de sedimentos. Como resultado, foram desenvolvidas as equações da descarga por unidade de área, da lâmina acumulada, da taxa de carreamento de sedimentos e da perda de solo, as quais foram validadas com dados experimentais de ensaios com simulador de chuva. Foi verificado que a descarga por unidade de área e a taxa de carreamento de sedimentos formam um patamar no regime estacionário, enquanto a lâmina acumulada e a perda de solo crescem linearmente ao longo do tempo. O modelo do escoamento superficial se aplicou melhor a inclinações maiores. O modelo do transporte de sedimentos não foi capaz de retratar um pico de taxa de carreamento de sedimentos observado nos dados experimentais durante os minutos iniciais de chuva, sendo constatada a necessidade de considerar a erosão por impacto de gotas de chuva como variável no tempo. Por outro lado, a evolução da perda de solo teve correspondência satisfatória com os dados experimentais. Também foram realizadas análises paramétricas para demonstrar a influência da intensidade de precipitação, da permeabilidade, da inclinação e do comprimento do plano de fluxo, da duração da precipitação, do coeficiente de erodibilidade, da tensão de cisalhamento crítica e da constante da erosão por impacto de gotas de chuva nas equações desenvolvidas.