Modelos hidrodinâmicos do escoamento a jusante de usinas hidroelétricas: subsídios para avaliação de impactos a ictiofauna
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Data
2023
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Editor
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Resumo
As Usinas Hidroelétricas (UHE) ocasionam mudanças no escoamento a jusante do
seu barramento que influenciam o comportamento da ictiofauna. Tendo em vista essas
alterações, o objetivo geral da presente pesquisa foi elaborar modelos numéricos de
escoamentos hidráulicos a jusante de barramentos que representem de forma
significativa os processos físicos, necessários para a compreensão do comportamento
de espécies de peixes, principalmente relacionados a atração exercida pelas turbinas
e a utilização de corredores de natação. De forma a avaliar o uso de modelos
hidrodinâmicos para impactos relacionados a usinas hidrelétricas e ictiofauna, uma
revisão sistemática foi realizada de forma a subsidiar definições mais holísticas sobre
tema bem como fornecer informações a respeito das características dos modelos a
serem empregados. Foram construídos e validados modelos hidrodinâmicos
bidimensionais e tridimensionais do escoamento hidráulico a jusante da UHE de Três
Marias (Brasil). Diferentes aproximações relacionadas a turbulência foram aplicadas
e os resultados hidrodinâmicos serão confrontados com informações de capacidade
natatória de peixes neotropicais. Após a simulação, foram obtidas informações sobre
características hidráulicas relacionadas a velocidade, energia cinética turbulenta (em
inglês, turbulent kinetic energy, TKE) e deformação hidráulica (em inglês, total
hydraulic strain, THS). Esse trabalho respondeu as seguintes perguntas: 1) Ocorrem
alterações nos campos de velocidade e turbulência do escoamento a jusante da UHE
devido a sua operação que possam influenciar o comportamento de cardumes de
peixes nessas áreas? 2) Existem corredores de natação em áreas a jusante de UHE
que podem levar os peixes a áreas próximas às turbinas? 3) Onde se concentram os
principais estudos de modelos hidrodinâmicos aplicados à problemas de ictiofauna
oriundos da operação de UHE? 4) Quais os principais impactos abordados nesses
estudos com modelos hidrodinâmicos? 5) Quais os critérios de seleção das espécies
estudadas e técnicas para obter os dados de comportamento de peixes? 6) Quais as
principais características dos modelos hidráulicos numéricos para estudos de impacto
a ictiofauna devido a UHE? 7) Os modelos tridimensionais RANS (em inglês, Reynolds
Averaged Navier Stokes) e DDES (em inglês, Delayed Detached Eddy Simulation) são
semelhantes no processo de captura de fenômenos hidráulicos, importantes para a
compreensão do comportamento ambiental de espécies de peixes, em diferentes
áreas do escoamento ao longo do trecho do rio? 8) Como se comportam as variáveis
hidráulicas magnitude da velocidade, turbulência e a deformação hidráulica
(apontadas como importantes explicadores do comportamento de peixes) em trechos
a jusante de UHE ao longo da distância? Observou-se como resultados principais os
seguintes pontos: 1) os campos de escoamento do canal de fuga da UHE apresentam
uma deformação hidráulica e uma homogeneidade de velocidade maiores que o
campo de escoamento do trecho de rio a jusante; 2) as velocidades do canal de fuga
são baixas para indivíduos maduros de todas as espécies estudadas, as quais podem
nadar do trecho do rio a jusante para áreas inseguras no canal de fuga no modo
sustentável e prolongado por corredores disponíveis para as diferentes vazões
simuladas; 3) existe uma ampla contribuição dos modelos de CFD em estudos de
impacto de barragens nas comunidades de peixes, porém há uma prevalência de
pesquisas em passagens para peixes; 4) observou-se um aumento nas pesquisas
sobre espécies não-salmonídeas, nativas ou ameaçadas de extinção, especialmente
na China; 5) a amostragem de dados de peixes, a extensão do domínio e a
complexidade dos fenômenos estudados no escoamento desempenham um papel
importante na definição do modelo numérico; 6) a seleção do software está
relacionada ao tipo de impacto estudado e a associação de diferentes modelos tem
aprimorado a simulação de comportamento de peixes no campo hidrodinâmico; 7) há
poucas pesquisas no hemisfério sul e em áreas com grande diversidade de peixes; 8)
a qualidade do habitat e a modelagem do movimento do peixe são áreas promissoras
para o uso do CFD; 9) foram observadas diferenças na velocidade de escoamento,
energia cinética turbulenta e deformação hidráulica dos modelos DDES e RANS; 10)
o modelo DDES apresentou uma maior concordância com os dados ADCP; 11) a
velocidade do escoamento foi significativamente relacionada à distância da represa e
algumas áreas no trecho de três quilômetros podem atuar como barreiras de
velocidade para o Pimelodus maculatus. Espera-se que as contribuições dadas por
essa tese possibilitem o avanço na discussão científica sobre impactos ambientais
oriundos de UHE em ambientes aquáticos.
Descrição
Palavras-chave
Usinas hidrelétricas - Aspectos ambientais, Impacto de barramentos, Comportamento da ictiofauna, Modelos hidráulicos