Barragem
Uma barragem, também chamada de represa ou açude em determinados usos do português, é uma barreira construída para reter água ou regular sua passagem por um rio. A água acumulada costuma formar um reservatório, de onde pode ser liberada conforme as necessidades humanas e as condições do curso d'água.
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Definição e etimologia
Em sentido amplo, barragem designa uma estrutura que retém água ou protege uma área contra inundações.[nota 1] Na engenharia civil, o termo costuma restringir-se às estruturas construídas transversalmente a um curso d'água para represar, retardar, controlar ou desviar seu escoamento.[nota 2] Este artigo usa essa acepção técnica, que exclui os diques marginais e inclui as barragens de derivação. Em português, barragem forma-se de barrar com o sufixo nominal -agem e designa o ato ou efeito de barrar e a obra construída para reter água. Represa deriva de represar, isto é, deter ou reter a água, enquanto açude provém do árabe as-sudd, "barreira" ou "obstáculo". No uso técnico brasileiro, barragem normalmente se refere à estrutura de retenção, e reservatório, ao corpo d'água artificial resultante. No uso comum, represa e açude também podem nomear o conjunto.
Partes e dimensões
O paramento de montante é a face da barragem voltada para a água represada, e o paramento de jusante, a face que olha para o trecho inferior do rio.[nota 4] A parte superior recebe o nome de coroamento ou crista. Os contatos laterais com as encostas são os encontros ou ombreiras, e a superfície que sustenta a estrutura é a fundação. A altura vai da fundação mais baixa ao coroamento. O comprimento acompanha o eixo do coroamento entre as extremidades. A borda livre é a distância vertical entre o nível máximo de projeto da água e o coroamento.
Estruturas relacionadas
Diques podem ter projeto semelhante ao de uma barragem de aterro, mas geralmente acompanham as margens de um rio ou do mar, em vez de cruzar o vale. Um açude de soleira vertente é uma estrutura baixa e plana construída transversalmente no leito. A água passa por cima, o que permite regular a vazão sem bloquear por completo o rio. Alguns mantêm o nível d'água em um trecho, enquanto outros reduzem a erosão das margens. Também podem ter finalidade paisagística ou recreativa e medir a vazão pela profundidade da lâmina que passa sobre a soleira.[nota 5]
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Uma barragem faz parte de um sistema que começa na bacia hidrográfica, passa pelo reservatório e pelo barramento e termina nas estruturas que captam ou devolvem água ao rio.[nota 6] A obra não produz água. Ela muda a elevação da água, o volume armazenado e o momento em que as vazões chegam a jusante. Para entender o conjunto, é preciso acompanhar a entrada e a saída de água, o modo como as forças chegam ao terreno e o controle dos níveis e das descargas.
Armazenamento e balanço hídrico
No reservatório, os níveis mínimo e máximo operacionais delimitam o volume útil, que pode ser empregado para abastecimento, irrigação, geração ou outros usos. O volume morto, normalmente abaixo do nível mínimo operacional, recebe parte dos sedimentos ao longo da vida útil.[nota 7] Para o controle de enchentes, uma parcela do volume útil pode permanecer vazia durante o período chuvoso. Essa parcela é o volume de espera.[nota 8] O volume guardado muda sempre que a entrada e a saída deixam de se equilibrar. Essa relação recebe o nome de equação de continuidade. Para um intervalo de tempo, sua forma simplificada é I m − O m = Δ S Δ t {\displaystyle I_{\mathrm {m} }-O_{\mathrm {m} }={\frac {\Delta S}{\Delta t}}} . Nela, I é a vazão afluente média, O é a vazão efluente média e Δ S {\displaystyle \Delta S} é a mudança do volume armazenado.[nota 9] Se entra mais água do que sai, o armazenamento e, em geral, o nível do reservatório aumentam. Se sai mais do que entra, diminuem. Modelos mais completos calculam separadamente perdas como a evaporação, que pode retirar muita água em regiões secas.
Forças e caminhos de carga
A água em repouso exerce pressão hidrostática sobre o paramento de montante, e essa pressão cresce com a profundidade. A intensidade da carga é maior perto da base e deve ser transmitida com segurança à fundação e, em certos tipos, às ombreiras. Também precisam ser controladas a infiltração através ou sob a obra e a subpressão que a água pode exercer de baixo para cima. A força da água precisa percorrer a estrutura até chegar ao terreno, e cada tipo de barragem oferece um caminho diferente.[nota 10] A barragem de gravidade opõe sobretudo o próprio peso ao empuxo. A barragem de aterro espalha as ações por um maciço largo de materiais compactados.[nota 11] Na barragem de contrafortes, a carga passa da face de montante aos apoios e à fundação. Na barragem em arco, chega principalmente às encostas rochosas do vale.
Controle de níveis e vazões
Quando o nível do reservatório sobe, a área inundada e o volume armazenado também mudam. A quantidade de água liberada depende desse nível e da configuração das tomadas, condutos, comportas e vertedouros. Os cálculos hidráulicos usam curvas de nível–área, nível–volume e nível–vazão para relacionar essas medidas.[nota 12] Em condições normais, tomadas, turbinas e descargas liberam água conforme as regras de operação. Nas cheias, o vertedouro conduz o excedente quando as demais saídas e o espaço de armazenamento não bastam. Esses elementos são desenvolvidos nas seções sobre estruturas auxiliares, operação e segurança.
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Deslizamentos de rocha, escoadas de lava e a atividade dos castores também podem fechar um curso d'água e formar barragens naturais. Uma barragem de deslizamento forma-se quando rochas deslizam para dentro de um vale, bloqueiam um rio e criam um lago a montante. Existem milhares no mundo, entre elas a que se formou no Paquistão em 2010 e originou o Lago Attabad. Se romperem, podem produzir inundações de esvaziamento catastróficas. Em 1786, um sismo criou uma barragem desse tipo no Rio Dadu, na China. Ela rompeu dez dias depois e matou cerca de 100 mil pessoas. O risco pode ser reduzido pela construção de vertedouros que baixem o nível da água. Engenheiros também empregaram barragens de deslizamento como fundação de estruturas artificiais. Raramente, explosivos foram usados em encostas para provocar um deslizamento e formar uma barragem rudimentar de enrocamento, chamada barragem de aterro por explosão.
Critérios de classificação
Uma mesma barragem pode receber classificações diferentes, pois cada uma responde a uma pergunta própria. O tipo e os materiais não dizem o mesmo que as dimensões, a capacidade do reservatório, as finalidades, as consequências de uma falha ou o estado de conservação. Os cadastros técnicos guardam esses dados em campos separados. Uma barragem de gravidade pode ter muitos usos e elevado dano potencial sem que essas informações digam se ela está bem conservada. No Brasil, a categoria de risco reúne aspectos que afetam a possibilidade de acidente ou desastre. O dano potencial associado estima as perdas humanas e os efeitos sociais, econômicos e ambientais de um rompimento, vazamento ou mau funcionamento, qualquer que seja sua probabilidade. Nos Estados Unidos, a classificação por consequências também não informa a condição atual, a integridade estrutural nem a capacidade de passagem de cheias.
Barragem de aterro
A barragem de aterro, o tipo mais comum, é uma grande obra de terra feita com rocha, argila, areia, cascalho ou solo compactado.[nota 15] Conforme o material predominante, pode ser de enrocamento ou de terra. Tarbela, Nurek e Chicoasén estão entre as maiores barragens desse tipo. Barragens de aterro podem empregar materiais disponíveis no próprio local, o que as torna menos dispendiosas que as de concreto, para as quais pode ser necessário transportar rocha e cimento. Também podem ser construídas sobre solos mais brandos, pois a base larga distribui o peso por uma área maior. Barragens de gravidade altas e muito pesadas normalmente exigem fundações em rocha matriz.
Barragem de gravidade
As barragens de gravidade dependem do próprio peso para resistir à força da água a montante. As antigas costumavam ser de alvenaria, feita com pedra, tijolo ou entulho unidos por argamassa. Quase todas as obras desse tipo construídas em tempos recentes são de concreto.[nota 21] Como o concreto custa muito mais que o aterro, essas barragens em geral são mais caras. Câmaras ocas dentro do corpo reduzem a quantidade de concreto, desde que a estabilidade e a resistência sejam mantidas.[nota 22] A Grande Dixence e a Represa Grand Coulee estão entre as maiores. O coroamento de uma barragem de gravidade costuma formar uma linha reta entre as encostas do vale. Quando é curvo, sempre com o lado convexo voltado para montante, a estrutura recebe o nome de barragem em arco-gravidade.[nota 23] A seção transversal é aproximadamente triangular, com base plana no fundo do vale e faces inclinadas que se encontram no coroamento.[nota 24] Para impedir o tombamento, o perfil deve obedecer à regra do terço médio. A soma das forças da gravidade, da pressão da água e de outras ações precisa atravessar a região central da base, longe da borda de jusante.
Barragem de contrafortes
Numa barragem de contrafortes, contrafortes triangulares no lado de jusante sustentam a face inclinada voltada para o reservatório.[nota 29] A maioria é feita de concreto. Sua face de montante tem inclinação normalmente entre 0,2 e 1,67, ao contrário da face quase vertical de uma barragem de gravidade.[nota 26] A inclinação a jusante costuma variar de 0,09 a 0,8.[nota 26] A água exerce uma componente de força para baixo sobre a face inclinada, comprimindo a barragem contra o terreno e aumentando sua estabilidade. Itaipu, Lucendro e Al Massira usam esse arranjo. Esse tipo usa muito menos concreto que uma barragem de gravidade comparável, embora a economia seja parcialmente anulada por uma construção mais trabalhosa.[nota 30] Barragens de contrafortes normalmente são menos resistentes que as de gravidade e empregadas sobretudo em alturas baixas e médias, embora existam exceções de grande porte. Como sua área de contato com o terreno é muito menor, os riscos associados à subpressão também são inferiores.
Barragem em arco
Uma barragem em arco é uma estrutura curva de concreto que leva às encostas do vale a força horizontal exercida pela água. Nas barragens de gravidade e de contrafortes, essa força segue para baixo, em direção à fundação. O arco é relativamente delgado, com espessura da base inferior à metade da altura,[nota 32] e pode ser construído em alvenaria ou concreto. Visto de cima, ocupa um ângulo central entre 46 e 140 graus, desde uma curva suave até uma forma quase semicircular.[nota 33][nota 34] Hongrin, Flaming Gorge, Moiry e Contra são barragens em arco. Muitas barragens em arco antigas conservavam o mesmo raio de cima a baixo, como uma seção de cilindro vertical.[nota 35] Na forma de ângulo constante, o raio diminui aos poucos do coroamento para a base.[nota 36] Cálculos de otimização estrutural levaram muitas obras a adotar essa geometria a partir de 1914. Outra configuração é a dupla curvatura, parecida com uma seção de cúpula, que se curva nos planos vertical e horizontal.
Tipos compostos e especiais
Numa barragem em arco-gravidade, a forma geral é curva, mas a espessura da base supera metade da altura e lhe dá o peso e a área de apoio de uma barragem de gravidade.[nota 37][nota 32] Na barragem de arcos múltiplos,[nota 38] a face de montante é uma sequência de pequenos arcos, e cada um liga um par de contrafortes adjacentes.[nota 39] Uma barragem móvel integra um vertedouro ao próprio corpo e usa uma sequência de comportas para regular o escoamento sobre ele. Barragens subterrâneas bloqueiam o fluxo de água subterrânea e a armazenam abaixo da superfície. São estruturas pequenas, construídas em regiões áridas. Um tipo é feito abrindo-se uma trincheira no caminho do fluxo subterrâneo, instalando-se uma barreira vertical impermeável e preenchendo-se novamente a escavação. Em regiões arenosas, uma barragem baixa pode fechar um pequeno vale, de modo que tempestades ocasionais acumulem areia e água a montante. A areia reduz a evaporação. Nos dois casos, um poço ou tubo a montante permite retirar a água.
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O tipo estrutural explica como a barragem resiste às forças, enquanto a finalidade diz para que a água é armazenada ou regulada. Estruturas diferentes podem atender ao mesmo uso, e um único empreendimento pode conciliar mais de uma finalidade.
Finalidades principais
As finalidades principais incluem irrigação, hidroeletricidade, abastecimento de água, controle de enchentes, recreação, navegação interior e piscicultura. Barragens de usos múltiplos atendem a duas ou mais dessas funções. A agricultura irrigada ocupa cerca de 20% das terras cultivadas do mundo e produz aproximadamente 40% dos alimentos. Nem toda essa área depende de reservatórios. Onde eles são usados, uma barragem pode enviar água diretamente aos canais ou guardá-la na estação chuvosa e liberá-la durante a estação seca, mantendo o rio abastecido ao longo do ano. A hidreletricidade, uma forma renovável de energia, respondeu por cerca de 14% da eletricidade produzida no mundo em 2024. Em 2006, mais de 80% da capacidade mundial de armazenamento em reservatórios era empregada na geração hidrelétrica. Os quarenta maiores reservatórios concentravam 40% do volume armazenado, do qual 90% se destinava a essa finalidade. Em alguns climas, o reservatório enche na estação chuvosa e libera água na estação seca. O calor desse período pode elevar o consumo de eletricidade por sistemas de ar-condicionado.
Barragens de rejeitos
Uma barragem de rejeitos costuma ser uma estrutura de aterro que contém os resíduos de operações de mineração. Ao contrário das barragens convencionais de armazenamento, geralmente situadas em vales, ela pode ser construída em terreno plano, com um dique que encerra os rejeitos por todos os lados. A estrutura cresce junto com a atividade da mina e recebe novos alteamentos conforme o volume aumenta. Como os rejeitos podem conter subprodutos tóxicos, entre eles arsênio e chumbo, a obra costuma ter medidas especiais contra a contaminação externa. A fundação pode receber injeções, revestimentos de argila ou membrana, mantas drenantes e drenos inferiores.
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Antiguidade
A mais antiga barragem conhecida é a de Jawa, construída por volta de 3000 a.C. perto de Amã, na Jordânia. Parte de um elaborado sistema de abastecimento, essa barragem de aterro tinha 28 m de espessura[nota 25] e 5,5 m de altura.[nota 46] Por volta de 2600 a.C., os egípcios construíram a barragem de aterro de Sadd el-Kafara, perto do Cairo, que rompeu quando sua construção estava quase terminada. O Império Hitita construiu barragens entre os séculos XVII e XIII a.C., inclusive uma perto do templo de Eflatun Pınar, na atual Turquia. A partir de cerca de 1500 a.C., os sabeus ergueram muitas barragens no uádi Danah[nota 47], no atual Iêmen. O trabalho culminou na Grande Barragem de Marib, construída por volta de 500 a.C., com 700 m de comprimento e 20 m de altura. Na China, Sunshu Ao construiu por volta de 580 a.C. uma barragem que formou o Reservatório de Afengtang, ainda existente. No Sri Lanka, obras como Tissa Wewa foram erguidas entre cerca de 370 e 300 a.C. para criar reservatórios. Algumas tinham quilômetros de comprimento.
Período romano
O Império Romano construía grandes obras hidráulicas, como aquedutos e túneis, desde o século V a.C., mas começou a erguer barragens de maior porte no século I. As barragens romanas eram em geral obras de gravidade em alvenaria, com faces verticais a montante e a jusante. Algumas recebiam contrafortes ou aterros de rocha no lado de jusante. Os romanos foram os primeiros a usar cimento como material de construção. Misturado a pequenas pedras, ele formava concreto romano. Com areia, produzia argamassa para unir tijolos e pedras. Certos cimentos com cinza vulcânica eram impermeáveis. A Barragem de Subiaco, construída por volta do ano 60, foi uma das primeiras barragens romanas e atingiu 40 m de altura e 13,5 m de espessura. Os romanos ergueram cerca de oitenta barragens conhecidas na Hispânia. Entre elas, a Barragem de Proserpina formou um reservatório de 6 milhões de m³ e permanecia em operação em 2026. A técnica chegou a países vizinhos. Depois de derrotar o imperador Valeriano, o xá persa Sapor I empregou prisioneiros romanos na construção de Band-e Kaisar, sobre o Rio Karun. O Portão de Ferro era uma barragem em arco-gravidade erguida por Justiniano por volta de 550, perto de Antioquia, na atual Turquia.[nota 48]
Ásia pós-clássica e Idade Média
Uma das primeiras barragens japonesas foi o aterro de Sayama, construído perto de Osaka em 380, com 8 m de altura e 300 m de comprimento. A Barragem de Kurit, primeira grande barragem em arco delgado, foi erguida na Pérsia, atual Irã, por volta de 1350. Tinha inicialmente 26 m, recebeu acréscimos até atingir 64 m e permaneceu como a barragem mais alta do mundo até o início do século XX. Na Europa medieval, barragens movimentavam rodas d'água usadas em moinhos e minas. Um exemplo antigo é a soleira de Bazacle, construída por volta de 1170 na França. Barragens para formar viveiros de peixes eram comuns. Centenas foram construídas na Boêmia nos séculos XV e XVI e criaram lagoas que somavam 1.800 km². Entre as obras de irrigação estavam a Barragem de Almansa, construída em 1384 no tipo arco-gravidade, e a ainda existente Barragem de Elche, concluída em 1640 e primeira barragem em arco verdadeira da Europa desde o período romano.[nota 49] Barragens abasteciam Istambul, entre elas uma obra de 1560 que trazia água da Floresta de Belgrado. A Barragem de Saint-Ferréol, construída na França em 1675 para alimentar o Canal do Midi, permaneceu por mais de um século entre as barragens de aterro mais altas do mundo. No século XVIII, autores europeus como Jacob Leupold, Albert Brahms, Johann Silberschlag e Oliver Evans publicaram livros sobre projeto de barragens.
Revolução Industrial
No fim do século XVIII, o projeto de barragens começou a passar de uma prática empírica, baseada na experiência e em tentativa e erro, para uma disciplina científica da engenharia hidráulica. Entre os responsáveis por essa evolução estava o francês Charles Augustin de Coulomb, que em 1776 formulou uma teoria sobre a resposta dos solos às tensões, mais tarde aplicada às barragens por Alexandre Collin. Em 1847, François Zola foi o primeiro engenheiro a projetar uma barragem em arco com base numa análise dos esforços. O engenheiro francês J. Augustine DeSazilly estabeleceu que a seção ideal de uma barragem de gravidade era triangular, com face vertical a montante.
Era moderna
Na primeira metade do século XX, a Europa Ocidental e os Estados Unidos construíram muitas barragens de grande porte. Depois da Segunda Guerra Mundial, bulldozers, caminhão basculantes e motoescreipers aceleraram o crescimento das obras em outras partes do mundo. As barragens de gravidade de concreto Hoover, concluída nos Estados Unidos em 1936, e Três Gargantas, concluída na China em 2006, alcançaram dimensões enormes. As barragens de aterro de Tarbela, concluída no Paquistão em 1976, e Nurek, concluída no Tajiquistão em 1980, são ainda maiores. As cortinas de injeção tornaram possível construir com segurança sobre materiais permeáveis.[nota 50] Na Barragem Alta de Assuã, concluída em 1970 sobre o leito profundo e arenoso do Rio Nilo, a calda chegou a 208 m de profundidade e formou uma barreira subterrânea de 57 mil m² contra a infiltração.
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Em 2025, havia 62.362 grandes barragens no mundo,[nota 40] e o total de barragens artificiais de qualquer porte era estimado em 2,8 milhões com dados de 2019. Em 2011, estimava-se que existissem 16,7 milhões de reservatórios grandes e pequenos. Eles armazenavam aproximadamente 8 mil km³ de água, volume equivalente a cerca de 10% da água dos lagos naturais de água doce e a 16% de toda a descarga fluvial anual para os oceanos. Cobriam cerca de 305 mil km² da superfície terrestre, ou 7,3% da área ocupada por lagos naturais. Cerca da metade dos grandes rios do mundo é afetada por barragens ou reservatórios, e em 2019 apenas 23% dos rios fluíam livremente até o oceano. Em 2015, aproximadamente 3.700 grandes barragens estavam planejadas ou em construção. A maior parte concentrava-se na China, quando medida pela capacidade total prevista, no Brasil, pelo número de projetos, e na Índia.
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As barragens podem alterar profundamente os rios, os hábitats da fauna, a vegetação, as florestas, a biodiversidade e o microclima.
Regime hidrológico, sedimentos e geomorfologia
Conforme o regime de operação, barragens podem reduzir a quantidade e a qualidade da água a jusante, sobretudo na estação seca, com efeitos severos sobre as espécies que dela dependem.[nota 51] Em casos extremos, essa redução pode levar ao desmatamento e à desertificação a jusante. No Irã, a evaporação dos reservatórios consome cerca de 2,2 bilhões de m³ por ano e reduz drasticamente a vazão após algumas barragens. A desertificação também fez o Mar de Aral, antes o quarto maior mar interior do mundo, quase desaparecer, em parte devido ao sistema soviético de barragens, canais e grandes desvios de água para irrigação. Os sedimentos que os rios levam a jusante recompõem solos e deltas. Uma barragem retém parte desse material no reservatório, e a falta de reposição pode fazer o delta encolher.[nota 52] O enorme peso da água armazenada também pode provocar deslizamentos e sismos induzidos, como ocorreu após o enchimento dos reservatórios de Hoover, nos Estados Unidos em 1936, e Nurek, no Tajiquistão em 1972.
Ecossistemas e conectividade fluvial
A barragem e seu reservatório podem deixar ameaçadas espécies de peixes e animais terrestres ou levá-las à extinção. Na Malásia, a Barragem de Temenggor inundou florestas que abrigavam cerca de cem espécies de mamíferos e trezentas de aves.[nota 53] Entre 7.369 espécies de peixes afetadas por 31.780 barragens, 53% corriam risco de extirpação, ou extinção local, em parte de sua área de distribuição.[nota 54] Quando uma barragem corta a rota entre as áreas de alimentação e de desova, os peixes migratórios ficam especialmente vulneráveis. No Rio Yangtzé, cinco espécies chegaram à beira da extinção apesar das tentativas de conservação.[nota 55] O peixe-espátula-chinês tornou-se funcionalmente extinto por volta de 1993 e desapareceu entre 2005 e 2010, após décadas de sobrepesca e perda de continuidade do hábitat. A Barragem de Gezhouba agravou o problema ao bloquear sua rota migratória. Uma busca realizada em 2006 não encontrou indivíduos do golfinho baiji, que passou a ser classificado como funcionalmente extinto. Pesca incidental, navegação, poluição, perda de hábitat e alterações causadas por barragens reduziram sua população.[nota 56]
Qualidade da água e estratificação
Reservatórios profundos podem passar por estratificação térmica sazonal, quando a água quente da superfície se separa da água fria do fundo. O isolamento e a decomposição da matéria orgânica consomem o oxigênio dissolvido nas camadas profundas e podem produzir hipóxia. A maioria dos 54 maiores reservatórios de baixa latitude, possivelmente todos, se estratifica ao menos em parte do ano.[nota 57] Quando a tomada fica abaixo da termoclina, a barragem pode liberar água mais fria e pobre em oxigênio. Essa mudança de temperatura e qualidade prejudica organismos aquáticos a dezenas de quilômetros a jusante.
Microclima e emissões de gases de efeito estufa
Durante a construção, máquinas e movimentação de materiais lançam grandes quantidades de material particulado na atmosfera. Depois do enchimento, a nova superfície de água altera a umidade e pode mudar o microclima local. Em escala mundial, os reservatórios pouco mudam a temperatura média, e seus efeitos climáticos se concentram nas áreas próximas. Onde grandes reservatórios ocupam uma parcela relevante da superfície, a água reduz a amplitude térmica diária[nota 58] e modera extremos e mudanças sazonais. O efeito sobre a precipitação permanece incerto porque se confunde com a variabilidade natural nos modelos climáticos. A eletricidade hidrelétrica é renovável e, ao longo do ciclo de vida, costuma emitir menos gases de efeito estufa que a geração por combustíveis fósseis, com grande diferença de um projeto para outro. Grandes reservatórios em climas frios emitem de trinta a sessenta vezes menos dióxido de carbono e metano que termelétricas a carvão ou derivados de petróleo. Esse valor não vale para todos os casos. As superfícies dos reservatórios liberam CO₂, metano e óxido nitroso, em quantidades que mudam muito entre os sistemas. A construção de uma barragem de concreto também libera muitos gases do efeito estufa, sobretudo durante a fabricação do cimento. Cada metro cúbico de concreto produzido emite entre 100 e 300 kg de CO₂.[nota 59] Árvores e outras plantas submersas ou trazidas de montante liberam CO₂ e metano ao se decompor na água.
Mitigação ambiental
Tomadas em diferentes níveis permitem misturar ou selecionar água de cada profundidade e reduzir problemas de temperatura ou oxigenação. Aeração nas turbinas, injeção de oxigênio, bombas de superfície e açudes aeradores também podem melhorar a qualidade da água. Descargas planejadas que repetem parte da variação sazonal do rio recebem o nome de vazões ambientais. Elas podem aumentar a oxigenação, mas não eliminam sozinhas os efeitos da estratificação nem a retenção de sedimentos. Passagens para peixes procuram reabrir o caminho das espécies migratórias. Para os sedimentos, podem ser usadas medidas na bacia, descargas de fundo ou túneis de desvio. A eficácia e os efeitos adversos mudam conforme as espécies, a topografia, o regime fluvial e o desenho da obra.
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Benefícios econômicos e recreativos
Quando fornecem irrigação, abastecimento e hidreletricidade, as barragens podem trazer benefícios às comunidades, sustentar indústrias, abrir postos de trabalho e ampliar a atividade econômica. Alguns reservatórios recebem navegação recreativa, esqui aquático, natação, caiaque, canoagem, vela e caça de aves aquáticas.[nota 60]
Deslocamento, meios de subsistência e patrimônio
A criação da barragem e do reservatório pode interromper redes de transporte, degradar a água, mudar paisagens naturais, submergir sítios arqueológicos e obrigar grandes populações a sair de casa. O solo adjacente ao reservatório pode saturar-se, ter maior salinidade e perder produtividade agrícola. O lençol freático pode subir e a qualidade da água dos poços, piorar.[nota 61] Em alguns rios, as cheias anuais depositavam solo rico em nutrientes nas áreas baixas do vale. Depois do represamento, os agricultores podem precisar de fertilizante para manter as colheitas.[nota 62] A Barragem Alta de Assuã, concluída no Egito em 1970, teria submergido os templos de Filas e Abu Simbel se uma campanha internacional não os tivesse transferido.[nota 63] Outros projetos também ameaçaram maravilhas naturais ou bens do patrimônio cultural. A Barragem de Itaipu, concluída em 1984 pelo Brasil e pelo Paraguai, inundou o célebre conjunto de Sete Quedas.
Direitos e participação das populações atingidas
No Brasil, a Lei n.º 14.755, de 15 de dezembro de 2023, instituiu a Política Nacional de Direitos das Populações Atingidas por Barragens. A lei abrange impactos da construção, operação, desativação ou ruptura, como perda de propriedade, capacidade produtiva, áreas de pesca, renda, acesso a comunidades ou modos de vida. Entre os direitos previstos estão reparação, opção prioritária de reassentamento coletivo, escolha informada entre alternativas, negociação preferencialmente coletiva e assessoria técnica independente.[nota 65]
Saúde e infraestrutura local
Moradias para trabalhadores, estradas e pontes podem acompanhar a construção de uma grande barragem e mudar extensamente a infraestrutura local. Se houver geração elétrica, o projeto também precisa de linhas de transmissão. Algumas vias precisam ser criadas ou desviadas, e plantas aquáticas no reservatório podem dificultar a navegação. Barragens e reservatórios podem elevar a incidência de doenças relacionadas à água, como esquistossomose, malária e oncocercose.
Usos concorrentes e conflitos transfronteiriços
A escassez de água afeta países como China, Coreia do Sul, Índia, Bélgica, África do Sul, Argélia, Jordânia e Ruanda. No Rio Indo, no Paquistão, no Rio Colorado, nos Estados Unidos, e no Rio Amarelo, na China, as captações reduzem drasticamente a vazão antes de a água chegar ao delta. Alguns países investiram em barragens para ampliar a segurança hídrica e atender a objetivos estratégicos de longo prazo. Quando uma obra intercepta um rio transfronteiriço, os países a jusante podem temer a redução da disponibilidade e da vazão ou as consequências de um possível rompimento.[nota 66] O projeto pode causar conflito entre países a montante e a jusante, sobretudo onde já há escassez.
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Processo de projeto
O projeto começa pelo reconhecimento do local, passa pelo estudo de viabilidade e chega ao planejamento detalhado.[nota 67] No reconhecimento, a equipe visita a área e reúne dados geológicos, sísmicos e topográficos. Durante a viabilidade, investigações mais profundas avaliam geologia, hidrologia e hidráulica. Também começam as análises ambientais e de inundação, junto com o exame da desapropriação de terrenos, dos serviços públicos disponíveis e das fontes de rocha ou solo para o aterro. O planejamento produz os desenhos finais, o cronograma e as estimativas de custo.
Investigações técnicas
As investigações topográficas medem o local e produzem mapas detalhados da região. As geológicas examinam o terreno, e as hidrológicas acompanham a água. Como o restante do projeto depende dos mapas topográficos, suas medidas precisam ser muito precisas. Antes que a barragem e a água armazenada exerçam forças imensas sobre as encostas e o terreno, as investigações geológicas examinam a resistência das rochas e dos solos e procuram falhas. Esse conhecimento orienta o controle da infiltração e reduz o risco de ruptura. A equipe também calcula a probabilidade e a magnitude de sismos. As investigações hidrológicas acompanham o escoamento próximo, delimitam a bacia a montante e medem a precipitação anual. Também calculam a vazão média no local e suas mudanças entre estações e anos. Com esses dados, os projetistas estimam a frequência e a magnitude das cheias e dimensionam o vertedouro.[nota 68]
Avaliação de impacto ambiental
Em muitos países, o responsável pela obra deve preparar uma avaliação de impacto ambiental sobre os efeitos da barragem e do reservatório no ambiente e nas comunidades.[nota 69] A avaliação permite ao empreendedor e ao poder público decidir se o projeto deve seguir, reduzir danos e indenizar os atingidos. A resposta pode ser mudar o local, as dimensões ou o desenho, compensar a população ou cancelar a obra.
Escolha do local, da estrutura e dos materiais
A escolha do local, do tipo estrutural e dos materiais depende da topografia, da hidrologia, das fontes de material e dos caminhos possíveis para os vertedouros. A geologia recebe atenção especial porque o terreno sob e ao lado da estrutura precisa suportar as cargas. Os cálculos reúnem a pressão hidrostática, as cargas de gelo e sedimentos, as tensões térmicas, a subpressão, as cheias, os sismos, a retração do concreto e o peso da própria barragem. O local precisa acomodar um reservatório suficientemente grande e ter terreno capaz de suportar as forças da água e da barragem. Falhas geológicas sob ou perto da estrutura também são examinadas para saber se oferecem risco sísmico.[nota 70]
Resiliência climática
As condições hidrológicas usadas no projeto podem mudar durante a longa vida de uma barragem. A avaliação de resiliência climática examina como alterações nas cheias, nas secas, na disponibilidade de água e na produção de sedimentos podem afetar a segurança e o desempenho da obra e de seus usos. Conforme o risco e as características do local, as respostas podem incluir capacidade adicional de descarga, maior borda livre em períodos de cheia, tomadas em alturas diferentes,[nota 72] monitoramento hidrometeorológico e atualização das regras de operação do reservatório.
Estética
Em 1929, o arquiteto britânico Charles Fowler citou Roosevelt e O'Shaughnessy como exemplos de beleza e defendeu que a aparência pesasse na comparação entre projetos.[nota 73] Para Fowler, estruturas curvas, especialmente em arco, tendiam a parecer mais atraentes que aquelas feitas apenas de linhas retas. O engenheiro civil suíço Nicholas Schnitter concordava que obras atraentes eram desejáveis, mas lembrava que a beleza depende do gosto e que era difícil prever se um projeto melhoraria o ambiente ao redor. Depois da Segunda Guerra Mundial, a popularidade do concreto deu maior liberdade para criar formas agradáveis.
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Centrais hidrelétricas
Muitas barragens contêm centrais nas quais a água atravessa uma turbina hidráulica ligada a um gerador elétrico.[nota 74] Os geradores normalmente ficam perto da base, dentro da casa de força. Quando falta terreno a jusante, a casa de força pode ficar dentro da própria estrutura, sobretudo em barragens de gravidade ocas. O projeto da central considera a potência desejada, a vazão disponível e a diferença de altura entre o nível d'água a montante e o gerador, chamada queda hidráulica. Esses fatores determinam o tipo de turbina, como Francis, Pelton ou Kaplan. A água chega ao gerador por um conduto forçado, que alimenta a turbina e a faz girar.[nota 75]
Vertedouros e comportas
Vertedouros liberam de forma controlada o excesso de água do reservatório para o rio a jusante e evitam o galgamento e uma possível ruptura. Como chuvas excepcionalmente intensas podem elevar o reservatório e causar danos graves, a capacidade do vertedouro precisa acompanhar a variação regional das chuvas e das cheias. Em barragens pequenas, ele costuma receber a maior cheia esperada em cem ou quinhentos anos. Nas grandes, o cálculo pode usar eventos com período de retorno de até 10 mil anos. Numa barragem de gravidade de concreto, o vertedouro pode fazer parte do corpo principal. Em outros projetos, ele ocupa uma sela na crista que circunda o reservatório e leva a água por um canal ou túnel até jusante. O vertedouro tipo tulipa[nota 76] é um poço vertical dentro do reservatório ligado a um túnel de descarga.
Descargas
As descargas, geralmente situadas na parte inferior da barragem, permitem esvaziar parcialmente o reservatório. O nível pode ser reduzido para manutenção, remoção de sedimentos, geração, aumento da vazão na estação seca ou alívio dos esforços numa emergência. Túneis abertos no início da obra para desviar o rio às vezes são convertidos em descargas permanentes.
Barragens auxiliares
Se a crista que circunda um reservatório contém uma sela abaixo do nível planejado da água, constrói-se uma barragem auxiliar para fechar esse ponto baixo. Ela deve receber o mesmo rigor de projeto da estrutura principal.[nota 80]
Eclusas
Se uma barragem interromper um rio navegável, podem-se incorporar eclusas para que as embarcações passem nos dois sentidos. Elas têm uma ou mais câmaras retangulares, grandes portas nas extremidades e válvulas que permitem enchê-las e esvaziá-las.
Passagens para peixes
Em rios usados na migração de peixes, o bloqueio pode prejudicar o deslocamento e a reprodução. Passagens como escadas, elevadores e cursos artificiais semelhantes a rios naturais reduzem esses efeitos.
