Caracterização das ondas formadas a jusante de um vertedouro de baixa queda

Abstract

A operação de vertedouros de barragens de baixa queda e grande vazão específica leva à formação de ressaltos hidráulicos com baixos números de Froude (Fr1 < 4,5). Estes ressaltos apresentam pouca eficiência na dissipação de energia e se caracterizam por propagarem ondas a jusante, por grandes distâncias, nos cursos fluviais. A presente pesquisa teve o objetivo de validar um método de análise de dados de ondas geradas a jusante de estruturas de vertimento de barragens de baixa queda e grande vazão específica e, desta forma, contribuir para o entendimento dos padrões das ondas formadas pela operação dessas estruturas visando fornecer informações que possam ser utilizadas em obras de proteção de margens. Dois modelos reduzidos foram utilizados para obtenção dos parâmetros de altura e período de ondas. Os dados obtidos foram analisados por meio de técnicas usuais da hidráulica marítima. O tratamento dos registros de ondas através da análise no domínio da frequência evidenciou a importância da utilização de filtros do tipo passa-baixa em condições de ensaio onde foram verificadas energias associadas a frequências sabidamente não relacionadas às causas dos fenômenos físicos investigados. Diferentes critérios de identificação de ondas foram avaliados na análise no domínio do tempo. O critério que utiliza 4 pontos foi escolhido para a identificação das flutuações da superfície livre como ondas propriamente ditas. Os resultados obtidos na avaliação dos estudos experimentais indicaram que os parâmetros de altura e período de ondas estão mais relacionados à vazão escoada e, consequentemente ao número de Froude, do que à submergência do ressalto hidráulico. Através de adimensionalizações foi possível definir relações entre os parâmetros das ondas e grandezas típicas da hidráulica fluvial relacionadas ao ressalto hidráulico. As relações obtidas permitiram definir expressões preditivas para os parâmetros estudados, fornecendo informações para a avaliação de uma proteção de margens com uso de enrocamentos.

The operation of spillways of low-fall dams and high specific flow leads to the formation of hydraulic jumps with low Froude numbers (Fr1 < 4.5). These jumps present low energy dissipation efficiency and are characterized by propagating waves downstream for long distances. This research aims at validating a method for analyzing wave data generated downstream of low fall and high specific flow spillway structures. It also aims at contributing to the understanding of the wave patterns formed by the operation of these structures, in order to provide information to be used in river bank protection works. Two reduced models are used to obtain the parameters of the height and period of the waves. The generated data are then analyzed through the employment of usual techniques of coastal hydraulics. The treatment of wave records through frequency domain analysis demonstrates the importance of using low-pass filters in test conditions where energies associated with frequencies known as not related to the investigated physical phenomena have been verified. Different wave identification criteria are evaluated in the time domain analysis. The approach that uses 4 points is chosen for wave identification. Results indicate that wave parameters are more related to the outflow, and, consequently, to the Froude number, than to the submergence of the hydraulic jump. Through dimensioning techniques, it is possible to define relations between the wave parameters and typical river hydraulics features related to the hydraulic jumps. The obtained relations allowed the definition of predictive expressions for the studied parameters, providing information for the evaluation of a rockfill river bank protection.