Simulação hidrodinâmica da ruptura de uma pequena estrutura de terra a partir de dados medidos em campo : estudo de caso do Arroio Baio

Abstract

A ruptura de uma pequena estrutura hidráulica, ainda que em menor proporção, também oferece potenciais riscos em tais cenários. Nesse sentido, a execução de estudos de ruptura de estruturas hidráulicas se torna uma importante ferramenta para analisar as consequências destes eventos. A topografia utilizada em tais estudos consiste em um dos principais dados de entrada do modelo. Nesta conjuntura, buscou-se avaliar os efeitos do rompimento de uma pequena estrutura de terra análoga a uma barragem, localizada no Arroio Baio, a partir da simulação da propagação de onda de cheia. Para tal, foram utilizados dois MDTs com resoluções espaciais de 1 metro (MDT1) e 3 centímetros (MDT003). Assim, o modelo foi calibrado através da comparação dos dados de vazões medidos de forma contínua ao longo de todo evento da ruptura. A topografia utilizada na calibração foi dada pelo MDT1, e com a calibração concluída, todos os parâmetros e condições do modelo, com exceção da topografia, foram fixados para aplicação do modelo com o MDT003. As simulações foram realizadas a partir do modelo hidrodinâmico bidimensional presente no software HEC-RAS versão 6.2. Diante disso, foram comparados o hidrograma de ruptura, a mancha de inundação, os níveis d’água e as velocidades do escoamento geradas nos diferentes MDTs e, a partir desses dados, calculou-se o Índice de Perigo (IP), para avaliar as consequências da ruptura de uma pequena barragem e seu perigo associado. Os resultados apontaram que a mudança de topografia exerceu mudanças importantes nos parâmetros hidráulicos, e consequentemente, gerando manchas de inundação distintas em função da mudança de topografia. O MDT003, o qual apresentou os maiores valores de velocidade do escoamento e níveis d’água, gerou valores de IP superiores ao MDT1. Ademais, os dados de vazões utilizados na calibração do modelo se mostraram o principal aliado do estudo, corroborando a importância de se ter um monitoramento hidrológico contínuo em estudos de rompimento de estruturas hidráulicas.

The rupture of a small hydraulic structure, although to a lesser extent, also offers potential risks in rupture scenarios. In this sense, the development of dam break studies becomes an important tool to analyze the consequences of these events. The topography used in such studies consists of one of the main input data of the model. At this juncture, this study aims to evaluate the effects of the rupture of a small earthen structure similar to a dam, located in Stream Baio, from the simulation of the flood wave propagation. For such a purpose, two DTMs with spatial resolutions of 1 meter (DTM1) and 3 centimeters (DTM003) were used. Thus, the model was calibrated by comparing the flow data measured continuously throughout the entire rupture event. The topography used in the calibration was given by the DTM1, and with the calibration achieved, all parameters and conditions of the model have been fixed, with the exception of topography for the application of the model with the DTM003. The simulations were performed using a two-dimensional hydrodynamic model present in the HEC-RAS software version 6.2. Therefore, the rupture hydrogram, the flood inundation area, the water levels and flow velocities generated in the different DTMs were compared, and based from these data, the hazard index (HI) was calculated to assess the consequences of the rupture of a small dam and its associated danger. The results showed that the change of topography caused important changes in hydraulic parameters, hence, leading to different flood inundation area due to the change in topography. Thus, DTM003, which presented the highest values of flow velocities and water levels, generated higher HI values than MDT1. In addition, the flow data used in the calibration of the model proved to be the main ally of the study, corroborating the importance of having a continuous hydrological monitoring in studies of rupture of hydraulic structures.