Abstract In Brazil, 65% of the electric power production comes from hydroelectric power plants (HPPs). In some cases, these power plants divert the course of rivers, resulting in regions impacted by the absence of water, which are known as reduced fow sections (RFS). These sections are regulated by legislation and aim to maintain the minimum fow necessary to preserve the fauna, flora, fish, and human consumption in the region. Depending on the time of year, this minimum flow, also known as ecological flow (residual flow), can reach significant values, resulting in the interruption of power generation in these HPPs. This article presents a study case of two hydroelectric power plants located in different Brazilian states. The objective of this study is to explore the feasibility of implementing auxiliary generator groups that can operate uninterruptedly at different drop heights while ensuring the preservation of residual flow during low flow periods or taking advantage of the overflow flow by spillways during high flow periods. This auxiliary system would use the same set of structures and transmission systems as the main power plant, minimizing environmental impacts and implementation costs, allowing this solution to be implemented in HPPs that face this type of problem in Brazil. The results obtained indicate that HPPs with larger reservoirs have a greater ability to maintain residual flows with minimal generation loss and that run-of-the-river power plants are the most impacted by the maintenance of residual flow.

ABSTRACT The dam safety depends heavily on the organizational structure, the developer’s philosophy, and the involved actor’s technical responsibility. In this context, the present research aimed to: introduce the concept of Engineer of Record (EoR); discuss their influence on the continuous improvement of dam safety, propose a work plan for this professional applicable to water storage dams, and estimate the costs associated with their team. Since mining dams have experienced recent accidents, safety laws, and methodologies are more stringent for these structures. Therefore, based on this experience, a list of actions for the EoR was proposed, targeted explicitly at water storage dams, divided into two stages: the first to comply with the National Dam Safety Policy (NDSP); and the second focused on the continuous improvement of the safety of these structures. Additionally, a cost estimate was conducted, resulting in a value of $ 0.15 per m3 consumed for implementing an EoR team.

RESUMO A segurança de uma barragem depende fortemente da estrutura organizacional, da filosofia do empreendedor e da responsabilidade técnica dos atores envolvidos. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivos: apresentar o conceito de Engenheiro de Registro (EoR); discutir sua influência na melhoria contínua da segurança; propor um plano de trabalho para este profissional, aplicável às barragens de acúmulo de água e estimar os custos associados à sua equipe. Considerando que as barragens de mineração têm enfrentado acidentes recentes, as leis e metodologias de segurança são mais rigorosas para estas estruturas. Portanto, com base nesta experiência, propôs-se uma lista de ações para o EoR, especificamente voltada para barragens de acúmulo de água, dividida em duas etapas: a primeira, para atendimento da Política Nacional de Segurança de Barragens (NDSP); e a segunda, voltada à melhoria contínua da segurança dessas estruturas. Adicionalmente, realizou-se uma estimativa de custos, chegando ao valor de R$ 0,15 por m3 consumido para a implantação de uma equipe de EoR.

RESUMO O estudo da interação entre estruturas hidráulicas em sistemas fluviais de leito móvel é complexo pois envolve transporte de sedimentos e mudanças dinâmicas nas condições de contorno, sendo necessário o uso de modelos físicos. Este artigo apresenta o procedimento para o desenho e construção de um modelo físico do reservatório e da barragem da Pequena Central Hidroelétrica (PCH) de Salto Paraopeba. Na fase de desenho, foi utilizada a modelagem computacional de transporte de sedimentos para a reconstituição da geometria primitiva do rio, também foram realizadas simulações do regime do escoamento e da capacidade de transporte ao longo do curso do rio; ambos os resultados permitiram delimitar a extensão do modelo. Considerando a escolha da escala e os critérios de semelhança entre o modelo e o protótipo, foi proposto o uso de um novo material alternativo, composto por partículas de borracha de pneu trituradas, de massa específica menor e diâmetro maior do que o sedimento do protótipo. Na fase de construção, foi aplicado um novo método construtivo do modelo físico empregando fibra de vidro, o método apresenta vantagens construtivas como melhor representação da morfologia, menor peso, instalação e desinstalação simples mediante módulos, e reparações simples e rápidas, entre outras. contorno físicos PCH (PCH Paraopeba rio protótipo alternativo trituradas vidro morfologia peso módulos rápidas outras

ABSTRACT The study of the interaction between hydraulic structures in mobile bed river systems is complex because it involves sediment transport and dynamic changes in the boundary conditions, requiring the use of physical models. This article presents the procedure for the design and construction of a physical model of the reservoir and dam of the Small Hydroelectric Power Plant (SHPP) of Salto Paraopeba. In the design phase, computational modelling of sediment transport was used to reconstitute the primitive geometry of the river, and simulations of the flow regime and the transport capacity along the course of the river were also carried out; both results allowed to delimit the model extension. Considering the choice of scale and the similarity criteria between the model and the prototype, the use of a new alternative material was proposed, composed of crushed tire rubber particles, with a lower specific mass and a larger diameter than the prototype's sediment. In the construction phase, a new constructive method of the physical model was applied using fiberglass, the method presents constructive advantages, such as better representation of the morphology, lower weight, simple installation and uninstallation through modules, and simple and fast repairs, among others. conditions models SHPP (SHPP Paraopeba phase out extension prototype proposed particles prototypes s fiberglass advantages morphology weight modules repairs others

RESUMO Diferentes sistemas hidráulicos instalados em barramentos têm sido utilizados como Mecanismos de Transposição de Peixes (MTP’s) e se constituem em uma alternativa para o movimento migratório de peixes para reprodução (“piracema”). A variação da declividade do MTP influencia a extensão do mesmo e consequentemente o custo final do mecanismo. Para determinar a melhor declividade do sistema, é necessário verificar parâmetros que influenciam a migração dos peixes, como campos de velocidades, níveis de dissipação de energia e tensão cisalhante de Reynolds nos tanques além do conhecimento de variáveis biológicas das espécies aquáticas a serem transpostas. No entanto, esses parâmetros não são avaliados conjuntamente, e alguns deles são avaliados pela média do escoamento em todo o tanque. Este trabalho apresenta uma análise dos principais parâmetros hidráulicos em tanque um tanque de um mecanismo do tipo escada com ranhura vertical em duas declividades, 6% e 12%, que se encontram próximo aos limites adotados nesse tipo de projeto. Os mapas dos parâmetros hidráulicos mostram que a declividade de 6% é a mais indicada para o projeto desse tipo de MTP, pois os seus níveis de velocidades, dissipação de energia e de tensão cisalhante de Reynolds são mais compatíveis com as condições ideais para a passagem de peixes. Para a declividade de 12% ocorre limitação de área possível de passagem do peixe devido a dissipação de energia e tensão cisalhante de Reynolds locais.

ABSTRACT Several fish transposition systems (MTP´s) have been employed to allow the fish upstream migration through river dams for spawning. The design of MTP´s of the type of vertical slot fishways requires not only the analysis of the pool hydraulic behavior to evaluate the velocity fields, the energy dissipation levels, and the Reynolds shear stress distributions, but also the study of biological characteristics of aquatic species impacted by the river dams. However, these parameters are not evaluated together, and some of them are valued at the average of the tank. This work deals with an analysis of the main hydraulic characteristics of a slot vertical fishway at two channel slopes, 6% and 12%. The hydraulic characteristic graphs obtained in this work show that a slope of 6% is preferable for the design of this kind of fishway, since the associated velocity magnitudes fits better to the ideal conditions for the safe fish passage. The slope of 12% creates restrictions in terms of the available area for fish passage due to power dissipation and shear stresses conditions.

Abstract This study aims to present a methodology for the design of a surface drainage system for dry docks in shipyards, taking into account the rainfall intensity at the site, the damping capacity of the hydraulic structures (drainage channels) and the pumping capacity of the pumping system. A case study of a dry dock owned by Estaleiro Rio Grande, located at the state of Rio Grande do Sul, is presented. The results obtained indicate alternatives for channel and submersible pump sizing. These pumps would be used to control the dry dock flooding after an intense rainfall event.

RESUMO Este artigo apresenta um estudo sobre a distribuição de flutuação de pressão a jusante de dissipadores de energia hidráulica tipo concha em 12 diferentes geometrias. Foram avaliados dados resultantes de 78 ensaios, com números de Froude na entrada da estrutura (Ft) variando entre 3,2 e 7,6 e diferentes condições de tirante de água sobre a concha. A partir dos resultados dos ensaios foi possível definir as condições mínimas para garantir que a estrutura funcione de forma submersa (“roller bucket”), bem como, equações para previsão do local onde ocorre a máxima flutuação de pressão, seu valor e a estimativa da flutuação de pressão junto à saída da estrutura.

ABSTRACT This paper presents the distribution of pressure fluctuations measured downstream from 12 different clamshell-type hydraulic energy dissipators. Data were collected resulting in a battery of 78 tests with Froude numbers varying from 3.2 to 7.6 at the device inlets (Ft), under different water level conditions above the clamshell. These tests provided the basis for the analysis of the minimum conditions required to initiate a submerged flow (acting as a roller bucket device), and also to develop equations to predict where the maximum pressure fluctuation occurs, its value and estimates of the pressure fluctuation at the device outlets.

Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo hidráulico reduzido (MHR) do sistema extravasor operacional da barragem de rejeitos Forquilha IV (escala 1:10), de propriedade da Vale S.A. Os estudos foram conduzidos pelo Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e pela empresa Vogbr Recursos Hídricos & Geotecnia Ltda. É apresentada, nesse trabalho, uma breve descrição da construção do modelo, bem como a bateria de ensaios prevista para análise hidráulica da estrutura. O MHR representa a galeria de encosta, a caixa de dissipação e a saída para o túnel de restituição. O projeto do MHR representa uma etapa vital na análise preliminar do comportamento hidráulico do protótipo frente à passagem da cheia de projeto (vazão decamilenar), assim como a análise de seu funcionamento para vazões mais frequentes.

This paper presents the development of a reduced hydraulic model (RHM) for the outflow operating system at the Forquilha IV (scale 1:10) tailings dam, owned by Vale S.A. The studies were performed by Centro de Pesquisas Hidráulicas e Recursos Hídricos (CPH) of Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) and the company Vogbr Recursos Hídricos & Geotecnia Ltda. We present here a brief description of the model construction and the test battery set for the structure’s hydraulic analysis. RHM involves the hillside culvert, the dissipation box and the exit to the restitution tunnel. The RHM project represents an essential step in the first analysis of the hydraulic behavior of the prototype, considering the designed flood station (ten thousand-year flood flow), as well as the analysis of its operation with more frequent flows.

A capacidade natatória das espécies neotropicais de peixes é um importante aspecto a ser considerado em projetos de passagem para peixes. Especialmente na América Latina, aonde as passagens para peixes apresentam alta seletividade, estratégias para vencer barreiras de velocidade devem ser estudadas para espécies alvo. Este trabalho levantou a capacidade natatória de três espécies de peixes neotropicais (Leporinus reinhardti, Pimelodus maculatus e Prochilodus costatus) da bacia do rio São Francisco. Foi empregado o método forçado com uso de um em respirômetro. A comparação da velocidade entre as três espécies permitiu concluir que o L. reinhardti foi a espécie com maior velocidade crítica e velocidade prolongada em termos relativos (comprimentos/segundo). As espécies neotropicais foram mais rápidas, em termos relativos, do que as espécies de regiões temperadas, considerando velocidade crítica e máxima velocidade prolongada. Com relação aos procedimentos para determinação da capacidade natatória, verificou-se que a otimização da velocidade pelos peixes em respirômetro é inferior a desenvolvida em testes voluntários em canais abertos.

The swimming ability of neotropical fish species is an important aspect for fish ladder designs. Especially in Latin America, where fish ladders are highly selective, fish strategies to negotiate the passage should be studied focusing on target species. This paper shows the swimming ability of three neotropical species (Leporinus reinhardti, Pimelodus maculatus and Prochilodus costatus), from São Francisco river basin. Respirometer was employed for data collection. Regarding the critical and prolonged speeds, L. reinhardti was the fastest among the three neotropical species in relative values (body length/second). The performance of neotropical species was better when compared to critical and maximum prolonged speeds of fish species from temperate areas. Finally, regarding the experimental procedures, the optimization of swimming speed in respirometer is lower than the optimal processes obtained with free swimming in open channels.

Este trabalho apresenta um modelo matemático para estimar a geração de resíduos sólidos residenciais urbanos. O modelo foi desenvolvido a partir de uma base física espacial de bairros de Belo Horizonte e dos indicadores socioeconômicos das respectivas populações, referentes ao período de janeiro de 2006 a dezembro de 2010. Verificou-se intrínseca relação entre a geração per capita de resíduos e a renda per capita nas regiões estudadas, testificada por coeficiente de determinação de 0,85. Posteriormente, efetuou-se a validação do modelo com dados da capital de Minas Gerais e de Porto Alegre, na qual os valores estimados foram confrontados com a geração real informada pelas prestadoras de serviços de limpeza urbana locais. A despeito de elaborado com dados de Belo Horizonte e aferido com os de Porto Alegre, os resultados abrem a perspectiva de emprego do modelo proposto na estimativa de geração de resíduos sólidos em áreas urbanas.

This work presents a mathematical model to estimate the solid waste generation in urban areas. The model was developed based on spatial physic basis of neighborhoods of Belo Horizonte and of the respective economic indicators of their population. A strong relation between per capita solid waste generation and per capita income was confirmed due the high coefficient of the determination 0.85. Afterwards the model was validated by means of Belo Horizonte and Porto Alegre datasets in which the estimated values were compared with the real solid waste generation provided by the local services. Despite of data set from Belo Horizonte, the results open the perspective of the application of the model for estimating the solid waste generation in urban areas.

O objetivo deste trabalho foi apresentar um método para se estimarem os valores das externalidades na área de saúde associadas à operação de reservatórios hidrelétricos. O método foi aplicado nos municípios de Uberaba e Uberlândia, Minas Gerais, parcialmente alagados pelo reservatório de Miranda. Foram analisados o número de internações hospitalares na rede do Sistema Único de Saúde e o crescimento populacional dos municípios alagados. Havendo relação de causa e efeito entre o lago e os impactos à saúde, o custo da externalidade em 2001 - quando US$ 1 equivalia a R$ 2,36 - foi estimado em R$ 25 mil, sendo a população associada a esse valor de 773.409 pessoas. A valoração econômica dos impactos mostrou que os mesmos são pouco expressivos.

The objective of this work was to present an estimation method of the values of the health externalities associated to the operation of hydro power plants reservoirs. The method was applied in the cities of Uberaba and Uberlândia, Minas Gerais, Brazil, partially flooded by Miranda reservoir. The number of hospital admittances in the Public Health System and the population growth in the flooded municipal districts were analyzed. If there is a cause-effect relation between the lake and the diseases, the costs of externalities in 2001 were estimated in R$ 25,000 when US$ 1 corresponded to R$ 2,36; the population number linked to this value was 773.409. The economical value of the health impacts showed that they do not have much significance.

Este trabalho objetivou avaliar o impacto que a alteração da renda das famílias exerce sobre o consumo de água tratada fornecida pela concessionária (no caso, a Companhia de Saneamento de Minas Gerias - Copasa) no município de Belo Horizonte, ao longo de um histórico de 35 meses, abrangendo o período de agosto de 2003 a junho de 2006. Para tal, utilizaram-se dados da Pesquisa Mensal de Emprego (PME) do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), englobando 3.100 domicílios e 10.200 moradores, e os consumos residenciais micromedidos dos 6 distritos operacionais da Copasa. Os dados foram observados em seus períodos de forma que houvesse a compatibilização cronológica entre os mesmos. Os resultados mostraram relação intrínseca entre o consumo per capita e a renda mensal, balizados pelos gráficos de dispersão e pelos significativos coeficientes de determinação obtidos (superiores a 0,8), além do prognóstico de saturação do consumo demonstrado para classes sociais economicamente mais favorecidas.

This work aimed to investigate the role of income variation on household water consumption supplied by the dealership (in this case, the water supply and sanitation services of Minas Gerais, Brazil - Copasa) in the urban area of Belo Horizonte, based on data spanning a period of 35 months (from August 2003 to June 2006). For this, data of the Monthly Employment Survey (PME, acronym in Portuguese) of the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE, acronym in Portuguese) were used, comprising 3,100 households with their 10,200 dwellers, and the household water consumption of the 6 operatinal districts of the Copasa. The household water consumption data were defined in order to allow the water consumption observation period to coincide with the social economic data. The results pointed out clearly that the household water consumption is strongly linked with the economical condition of the served population. This aspect was evident by means of the observation of spatial distribution and water consumption scattered related to the social economic characteristics and was supported by the highest coefficients of determination (R² > 0.8) obtained and the predictable water consumption saturation for the more prosperous social economic classes.

Este trabalho teve como objetivo avaliar experimentalmente o comportamento de espécies brasileiras quando submetidas a um aumento gradual na pressão, bem como os efeitos de uma descompressão rápida simulando a passagem por uma turbina hidrelétrica. Quatro espécies da bacia do rio São Francisco foram testadas: Astyanax bimaculatus, Hypostomus sp., Leporinus reinhardti e Prochilodus costatus. Para todas elas as taxas de mortalidade devido à descompressão foram extremamente baixas. No entanto, sintomas relacionados à descompressão, como exoftalmia e hemorragia só não foram observados em Hypostomus sp., sendo mais freqüentes quanto maior o valor de pressão a partir do qual realizou-se a descompressão. Todos estes sintomas diminuíram significativamente após 24 horas de observação. Com o aumento da pressão no aparato, as espécies testadas se movimentaram em direção aos níveis superiores. Este comportamento sugere a possibilidade de se utilizar passagens de peixes para jusante do tipo bypass em barragens a serem implantadas no Brasil.

This work aimed to experimentally evaluate the behavior of Brazilian freshwater fish species when submitted to a gradual increase in pressure, as well as sudden decompression's effects simulating the passage through a hydroelectric turbine. Four species from the São Francisco river basin were tested: Astyanax bimaculatus, Hypostomus sp., Leporinus reinhardti and Prochilodus costatus. For all of them mortality rates due to decompression were extremely low. However, the symptoms related to decompression, such as bulged eyes and hemorrhage, were not observed only in Hypostomus sp., and were more frequent the larger the pressure values were, considering the values from which decompression was performed. All these symptoms decreased significantly after 24 h of observation. With the increase in pressure inside the apparatus, the four tested species moved towards the upper levels. This behavior could make possoble the implementation of bypass downstream fish passages in dams constructed in Brazil.

O objetivo deste trabalho é o de apresentar uma metodologia que avalia e quantifica as perdas agropecuárias que ocorrem quando da construção de reservatórios para a geração de energia elétrica. Foram estudados sete reservatórios da CEMIG situados no Estado de Minas Gerais. A produção agropecuária foi obtida de acordo com dados do IBGE relativos a 2001. As áreas municipais alagadas foram calculadas com base em dados georeferenciados fornecidos pela ANEEL. Ao final, os valores das externalidades foram comparados ao custo da energia elétrica e ao PIB municipal para a avaliação da significância dos resultados. Verificou-se que quanto maior o valor da área municipal alagada, mais relevante será a externalidade. Como exemplo, o município de Grupiara tem 40% de suas terras inundadas pelo lago de Emborcação. Entre todas as localidades estudadas, esta foi aquela onde a externalidade agropecuária foi mais relevante.

The objective of this work is to present a methodology that evaluates and quantifies the agricultural and livestock losses that happen when reservoirs for the electric power generation are constructed. Seven CEMIG reservoirs, located in Minas Gerais State were studied The agricultural and livestock production were obtained in agreement on with IBGE 2001 data. The municipal areas were calculated based in georeference data supplied by ANEEL. The externalities values were compared to the electric power cost and to municipal gross domestic product to evaluate the significance of the results. It was verified that as larger is the value of the municipal flooded area, more relevant is the externality. As example, the city of Grupiara has 40% of their lands flooded by the lake of Emborcação. Among all the cities studied, that was the one where the agricultural and livestock externalities were more significant.

A construção de passagens para peixes tem sido uma das estratégias adotadas pelo setor elétrico como forma de diminuir os efeitos de barramentos sobre as comunidades de peixes. No entanto, trabalhos de avaliação da eficiência destes mecanismos são escassos. Neste trabalho são avaliadas a eficiência e seletividade do primeiro elevador com caminhão tanque instalado no Brasil, na Usina Hidrelétrica de Santa Clara. A composição de espécies no elevador foi comparada com aquela original do rio, e com a das populações que se aglomeram a jusante da barragem, durante a estação reprodutiva. A proporção de indivíduos previamente marcados transpostos pelo elevador foi utilizada como forma de estimar sua eficiência. Durante o período reprodutivo (2003/2004) 67841 indivíduos de 32 espécies de peixes passaram pelo elevador, o que corresponde a 66% da riqueza do baixo curso do rio Mucuri. Destes, menos de 0,5% morreram ou foram feridos durante a passagem. Quando comparado com as populações do rio, foram observadas no elevador capturas menos representativas de indivíduos de pequeno porte e de espécies marinhas. No entanto, a composição e estrutura da comunidade no elevador foram bastante similares àquela observada a jusante da barragem durante o período reprodutivo. A eficiência estimada para o elevador variou de 0,2% para Pogonopoma wertheimeri até 16,1% para Leporinus conirostris, sendo de 7% para o conjunto de espécies migradoras.

The construction of fish passages has been one of the strategies adopted by the Brazilian energy sector in order to diminish the effects of barriers on fish communities. However, studies of the efficiency of these mechanisms are scarce. The present study evaluated the efficiency and selectivity of the first trap and truck fish passage system in Brazil, installed in Santa Clara Dam, Mucuri River. The species composition in the Santa Clara Dam fish lift was compared to the original composition of Mucuri River fish fauna and with the populations that gather downstream of the dam during the reproductive season. The proportion of previously tagged individuals translocated by the lift was used to estimate its efficiency. During the 2003/2004 reproductive period, 67,841 individuals of 32 species passed through the lift, which corresponds to 66% of the lower Mucuri river fish richness. Less than 0.5% died or were injured during the passage. When compared to the river's population, less representative captures of smaller individuals and marine species were observed. However, the composition and structure of the community in the fish lift was quite similar to those downstream of the dam during the reproductive season. The estimated efficiency of the fish lift ranged from 0.2% for Pogonopoma wertheimeri to 16.1% for Leporinus conirostris reaching an average of 7% for all migratory species.

O projeto uni-dimensional de passagem para peixes leva, com freqüência, a uma solução pouco satisfatória. Os problemas são conseqüências de uma falta ou insuficiência de colaboração entre biólogos e engenheiros civis. Neste artigo é apresentado um novo tipo de passagem para peixes. Este é constituído por um sistema de vertedores seqüenciais com paredes intermediárias entre eles. Estas paredes têm o objetivo de desacoplar o fluxo supercrítico entre os vertedores desenvolvendo uma corrente do tipo labirinto. Um conjunto de experimentos biológicos, hídraulicos e numéricos foi realizado para achar a melhor configuração a respeito da geometria, levando-se em consideração os aspectos biológicos dos indivíduos a serem transpostos. Observou-se que após a colocação desses dispositivos os indivíduos testados ultrapassaram o sistema com relativa facilidade. O mecanismo evita a incorporação do ar na água. Devido a isso a percepção do peixe nao é afetada. Com a colocação de um sistema de passagem de fundo, a seletividade do sistema e a pressão de predação é diminuída, pois se considera que os peixes menores, os peixes do fundo e o macrozoobenthos terão mais facilidade de passar por este mecanismo do que pelas passagens de peixes tradicionais.

One-dimensional design of fish passes often leads to an unsatisfying solution. The problems are due to insufficient, if not completely missing, collaboration between biologists and civil engineers. In the present paper, a new type of fish pass is presented. A labyrinth flux develops in a system of sequential sluices and baffles in between, which uncouple the supercritical flow of the single sluices. A series of biological, hydraulic and numerical experiments was carried out in order to investigate the optimum configuration in terms of geometric issues, regarding the biological needs and performances of organisms to be transported. Following this optimization, fish can control the prevailing flow conditions quite well. Because the air entrainment into the water is avoided, fish perception is not affected. A geometric extension regarding the needs of small fish, bottom fish, and macrozoobenthos decreases the selectivity and predation pressure on them.