Hazine Bonosu

A hidráulica de canais é uma atividade específica da engenharia que trata das características, comportamento e condução de fluidos em condutos livres, cuja característica principal é a presença da pressão atmosférica atuando sobre a superfície do líquido, em uma seção aberta. Os escoamentos livres podem ocorrer, basicamente, em dois tipos de condutores:

a) os canais classificados como naturais, nas diferentes formas apresentadas pela natureza;

b) os chamados canais artificiais, que são obras hidráulicas planejadas, projetadas e construídas pelo homem, contendo revestimento de um material que mantenha a geometria do canal durante o tempo de vida útil da obra.

Os estudos hidráulicos consistem em determinar o comportamento e as características do escoamento da água no canal e regiões adjacentes. Com este propósito, a engenharia hidráulica vem, ao longo dos anos, procurando avançar no processo de modelagem do comportamento da água em rios e canais artificiais, tendo sido beneficiada pelo desenvolvimento atual de métodos numéricos e computacionais, aplicados a diversos programas, que ajudam no processo de modelagem e solução matemática dos problemas de escoamento da água.

2.4.1 Classificação dos escoamentos

Na classificação hidráulica em canais, os escoamentos recebem diversas conceituações em função de suas características. Tomando como critério comparativo o tempo, os escoamentos podem ser permanentes ou transientes (não- permanentes). O regime permanente é caracterizado como uma fase do escoamento em que suas variáveis de estado permanecem constantes com o tempo, podendo ser considerado um caso particular do regime transiente.

O escoamento é classificado como uniforme ou variado baseado na mudança das variáveis de estado com relação ao espaço. Portanto, desde que as velocidades locais sejam paralelas entre si e constantes ao longo de uma mesma trajetória, o escoamento é dito uniforme, caso contrário, o escoamento é classificado como variado.

Dependendo do grau de variação da velocidade e profundidade com relação à distância, o escoamento pode ser classificado como gradualmente variado ou rapidamente variado.

E, ainda do ponto de vista classificatório, pode-se distinguir os escoamentos subcrítico, crítico e supercrítico, pela comparação entre a razão das forças inerciais e gravitacionais. A raiz quadrada da relação entre a força de inércia e a força gravitacional que atuam sobre a massa líquida corresponde ao número de Froude (Fr), que é o parâmetro adimensional característico desta classificação.

Quando Fr < 1, o escoamento é subcrítico; para Fr > 1, o escoamento é dito supercrítico e sendo Fr = 1, o escoamento é denominado crítico.

2.4.2 Modelagem hidráulica

A evolução dos sistemas computacionais de linha d’água, utilizados para determinar as áreas de inundação e as cotas de elevação, se mostra notável. O Hydrologic Engineering Center of the U.S. Army Corps of Engineers publicou os estudos dos resultados da precisão deste sistema em 1986. O estudo do HEC em 1986, assim como outro realizado posteriormente (dez anos depois) no Waterways Experiment Station, apontam que os erros mais comuns cometidos na utilização de programas de linha da água são: a quantidade de dados das seções transversais e a seleção subjetiva de fatores de perda, especialmente o valor do coeficiente de atrito de Manning (DODSON, 2000 apud CHAVEZ, 2002). Desta forma, os avanços demonstrados nos últimos anos com a associação de ferramentas de geoprocessamento e modelagem hidráulica têm minimizado significativamente a imprecisão dos dados, bem como reduzindo bastante os esforços de manipulação do grande volume de informações específicas ao estudo hidráulico de rios.

A maioria dos programas computacional de análise hidráulica de canais assume o escoamento permanente, gradualmente variado, no cálculo das elevações da superfície da água. Contudo, tal consideração deve respeitar os seguintes critérios:

a) A vazão de pico não é afetada pelo armazenamento no sistema do rio. O armazenamento pode ser um reservatório artificial ou natural, como é caso de planícies de inundação em áreas às margens do rio;

3 INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA

Os estudos relacionados aos recursos hídricos têm como fator característico, em geral, a manipulação de uma quantidade muito grande de dados geográficos, desta forma, a etapa de reunião das informações e preparação destas, a fim de que se prestem a boa execução dos projetos, é determinante.

A reunião de informações envolve dois aspectos inseparáveis: quantidade e qualidade. No que diz respeito à quantidade, a disponibilidade de dados é cada vez maior. Universidades, centros de pesquisa, órgãos governamentais de planejamento, Prefeituras e mesmo empresas privadas têm se empenhado consideravelmente no agrupamento de informações geográficas, apesar dos custos de levantamentos desta natureza ainda serem relativamente altos. Já o fator qualidade está relacionado à representatividade espacial e escala em que é observado o fenômeno em estudo, neste sentido a dimensão do sistema é decisiva, pois, segundo Novo e Tundisi (1998), o problema da representatividade espacial das amostras se agrava com o aumento das dimensões do sistema.

Considerando a representatividade espacial, escala e disponibilidade dos dados, a etapa inicial de tratamento das informações geográficas do rio Maranguapinho se deu a partir da reunião de dados topográficos em formato digital (formato “dwg”), permitindo a manipulação por meio do programa computacional AutoCAD Map 2000. As curvas de nível em escala 1:100.000 são dados obtidos por estudos realizados pela SUDENE e as curvas em escala 1:2.000 foram obtidas junto ao Departamento de Geografia da Universidade Federal do Ceará. Os dados topográficos são os seguintes:

a) curvas de nível na escala de 1:100.000, com espaçamento entre curvas de 40 metros;

b) mapa contendo a rede hidrográfica na escala 1:100.000;

c) curvas de nível na escala 1:2.000, com espaçamento entre curvas de 1 metro.

Os mapas em escala 1:100.000 têm a abrangência da totalidade da bacia hidrográfica do rio Maranguapinho, são importantes para a delimitação da bacia, porém não permitem a extração de informações detalhadas. Quanto aos mapas na escala 1:2.000 abrangem somente a porção da bacia pertencente ao município de Fortaleza, no entanto oferecem maior riqueza de detalhes.

FIGURA 3.1 – Curvas de nível com espaçamento entre curvas de 40 metros (escala do mapa

1:100.000).

FIGURA 3.3 – Curvas de nível com espaçamento entre curvas de 1 metros e rede hidrográfica da

bacia (escala do mapa 1:2.000).