Evolução temporal do leito de sedimentos a jusante de uma comporta vertical de abertura inferior

Abstract

O escoamento de água junto de estruturas hidráulicas pode provocar a formação de cavidades de erosão que, caso não sejam controladas, podem pôr em risco a estabilidade dessas estruturas e consequentemente provocar o seu colapso. Com o objetivo de prevenir e evitar acidentes junto de estruturas hidráulicas é pois necessário um estudo aprofundado de todas as variáveis envolvidas para que assim as estruturas sejam devidamente construídas. A presente dissertação descreve o estudo experimental de um modelo simplificado, utilizando um canal de pequenas dimensões, da evolução temporal da cavidade de erosão e consequente barra de deposição de sedimentos a jusante, provocados por uma comporta vertical de soleira delgada instalada no canal. Foi utilizado um leito composto (fundo fixo seguido de um fundo móvel) em que o fundo móvel poderia ser constituído por areia ou areia pintada com um diâmetro médio de 0,328 mm, e esferas de vidro com 2 mm de diâmetro. Para a realização da análise e comparação dos diferentes parâmetros foram definidos diferentes valores para o comprimento da bacia de dissipação (L=0 cm, L=6 cm, L=8 cm e L=10 cm), para o caudal (Q=0,055 L/s e Q=0,0861 L/s), para a abertura da comporta (b=0,6 cm e b=0,9 cm) e para a altura do colchão de água a jusante, condicionada pela altura do descarregador a jusante (P=1 cm e P=2,5 cm). A recolha e tratamento de dados para análise foram realizados a partir de filmagens que, posteriormente, foram convertidas em imagens correspondentes a instantes previamente definidos. Com o auxílio de um código em Matlab efetuou-se automaticamente o reconhecimento da superfície do leito dos sedimentos e determinou-se o perfil longitudinal do leito de sedimentos em diferentes instantes, permitindo determinar com clareza a evolução temporal do fenómeno.

Water flow near hydraulic structures may cause scour which, if not controlled, could jeopardize the stability of these structures and consequently lead to their collapse. In order to prevent and avoid accidents with hydraulic structures, a detailed study of all the variables involved is necessary so that these structures are properly built. This dissertation describes a case study based on a simplified model of a vertical sluice gate installed in a small channel, which allows the study of the scour hole temporal evolution, as well as the downstream dune formation and migration. To carry out this research a compound bed (fixed bottom bed followed by a moving bed of sediments) was used. The bed of sediments could be made out of sand and painted sand, with an average diameter of 0.328mm, and glass spheres with 2 mm diameter. In order to analyse and compare all different parameters, different values for the length of the basin (L) (L=0 cm, L=6 cm, L=8 cm and L=10 cm); for the discharge (Q) (Q=0.055 L/s and Q=0.0861 L/s); for the sluice gate opening (b) (b=0.6 cm and b=0.9 cm) and for the downstream tailwater depth conditioned by the height of the downstream weir (P) (P=1 cm and P=2.5 cm) were defined. The data acquisition and processing consisted in turning videos into a set of still images at instants previously defined. With a Matlab code the sediments’ bed surface was automatically recognized and the longitudinal profile of sediments’ bed at different instants determined, making it possible to clearly determine this phenomenon temporal evolution.