Movimento da Água no Solo

Ao movimento da água no interior da crosta terrestre, ou nos maciços terrosos em geral, chama-se percolação. A água nos solos move-se quando ocorrem diferenças de carga hidráulica (ou de potencial), sendo o sentido desse movimento dos pontos de maior para os de menor carga hidráulica. O texto começa pela definição dos conceitos de carga hidráulica e potencial de energia. Apresenta a Lei de Darcy, que rege a percolação, e define força de percolação. Apresenta o conceito de coeficiente de permeabilidade de um solo e as vias para a sua determinação e, em seguida, estuda a percolação permanente bidimensional em solos homogéneos e em solos anisotrópicos em relação à permeabilidade. Por último, trata da instabilidade hidráulica em barragens de aterro, definindo gradiente hidráulico, estudando a rotura hidráulica junto da fronteira de jusante, a erosão interna e apresentando os dispositivos usuais na segurança em relação á rotura hidráulica. Por último, apresenta um conjunto de exercícios práticos

Design and Field Tuning of an Upstream Controlled Canal Network SCADA

ABSTRACT The paper presents the design, implementation and field tuning of a supervisory and control system of an irrigation canal network upstream controlled with AMIL radial gates and equipped with other Neyrpic devices such as automatic siphons and orifice modules. Besides the hydraulic system, the paper also presents the supervisory and control system architecture, including a few synoptics, and their remote terminal units (monitoring or control and monitoring units). The developed and field tuned manual and automatic controllers are also presented. The manual controllers – direct and gate position controllers (for the gates operation) and gate flow controllers - are defined for the main canals and main distributors intakes in order to permit a pre-defined flow value or a daily flow schedule achievement and also defined for a few gate controlled bottom canal orifices used to discharge the overflow to the drainage system. The automatic controllers - water depth controllers for a few gate controlled bottom canal orifices – are defined in order to prevent automatically canal overtopping. The supervisory and control system also monitor the outflows at the main canals and the main distributors - the most important canal top side weirs, canal terminal weirs and automatic Neyrpic siphons. The flow equations used in the computing of flow in real-time inside the developed controllers and the monitoring units were field tuned using collected data readings from a monostatic doppler current meter. The tuning parameters are also defined and presented

Modernização de canais de rega

O regadio está a ser pressionado, de forma crescente, para aumentar a eficiência no uso da água. Nos perímetros de rega, os sistemas primários e secundários são quase sempre constituídos por canais controlados por montante. Estes canais tradicionais têm uma gestão difícil e dão origem a elevadas perdas de água quando associados a métodos flexíveis de distribuição. A via mais promissora e económica para a modernização destes canais é a passagem para o controlo automático numérico ou digital. Os controladores numéricos ou autómatos podem ser programados com o controlo local por montante, para ser accionado em períodos de escassez de água quando se exigem restrições à distribuição deste escasso recurso e, em simultâneo, com o controlo por jusante à distância, que mantém a hidrodinâmica dos canais mas garante o seu funcionamento totalmente automático, gerando economias de água significativas, mesmo em situações de flexibilidade na sua utilização. Os sistemas SCADA podem complementar a acção do controlo automático. Contudo, atendendo à sua capacidade de visualizar em tempo real os sistemas controlados, são, só por si, ferramentas muito importantes de ajuda à gestão, permitindo melhorar a qualidade de serviço, economizar água, poupar mão-de-obra na operação dos canais e ganhar tempo e energia. O artigo apresenta os tipos de controlo por montante tradicionais e os citados modernos digitais. Também apresenta e caracteriza os sistemas SCADA, assinalando as suas vantagens na aplicação a canais e a sua ligação com o controlo automático

A escassez da água e a sustentabilidade do regadio

O forte crescimento populacional mundial obriga à produção crescente de alimentos. Contudo, os bons terrenos agrícolas têm já uma utilização intensa em muitas regiões e o aumento das áreas de cultivo pode obrigar à utilização de solos sem aptidão. Os problemas ambientais e climáticos podem obrigar também a cuidados suplementares na conservação de ecossistemas, de habitats e da biodiversidade, contrariando também o aumento das áreas de cultivo. A solução dos problemas alimentares da Humanidade passa, por isso, sobretudo pelo recurso à rega, que pode permitir produções unitárias médias seis vezes superiores às de sequeiro. O regadio não é, porém, mais um dos competidores pelo recurso escasso que é a água. As maiores extrações do ciclo hidrológico são devidas à agricultura que é sempre encarada como a “culpada” principal em situações de escassez. A gestão da água em regadio deverá centrar-se na eficiência do seu uso e no aumento da sua produtividade. Isto determina a necessidade de gerar eficiências através de uma melhor gestão da água na exploração agrícola, nos sistemas de adução, nos reservatórios de armazenamento e através da definição de políticas nacionais sobre água e regadio. O artigo faz o inventário das disponibilidades e usos globais da água, pondo em evidência a sua escassez em muitas regiões do globo e apresenta um conjunto de medidas necessárias à melhoria da sua gestão na exploração agrícola, nos sistemas de adução e de armazenamento, assinalando alguns dos fatores que condicionam o regadio

Instalação Experimental para o Estudo do Controlo Automático e da Modernização de Canais de Distribuição de Água

O artigo apresenta uma instalação experimental, basicamente constituída por dois canais de distribuição de água, um tradicional e o outro automático, dois reservatórios e um posto central de controlo. A instalação tem por objectivo principal o estudo, a experimentação e a demonstração dos diferentes modos de controlo em canais, quer os tradicionais quer os digitais, nomeadamente os do tipo PI. Faz-se uma apresentação sumária do sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), instalado para a supervisão e controlo do canal automático, e também, de forma genérica, dos diferentes modos de controlo local automáticos já instalados. O artigo apresenta também e analisa, de modo particular, um modo de controlo automático distante por jusante, do tipo PI, também já instalado. Dá-se ainda uma ideia dos desenvolvimentos a fazer no próximo futuro, em termos de “software”, para a instalação poder verdadeiramente cumprir os objectivos em vista

Design, implementation and tuning of an irrigation canal system SCADA

Abstract: The paper presents the design, implementation and field tuning of the SCADA system of a Portuguese irrigation canal network upstream controlled with AMIL radial gates and equipped with other Neyrpic devices. In addition of the irrigation district and its hydraulic main system, the paper also presents SCADA architecture, including two synoptics, and their remote terminal units (monitoring and control and monitoring units). The SCADA manual controllers – direct, gate position and gate flow controllers - are defined for the main canals and main distributors intakes, in order to permit a pre-defined flow value or a daily flow schedule achievement. SCADA also monitors outflows from the main canals and main distributors - the most important canal top side weirs and canal terminal weirs. The developed manual gate flow controllers were tuned in the field using collected data readings from two types of acoustic Doppler flow meters. The field procedures for tuning the flow controllers and the obtained parameter values are also presented

Irrigation Canals Modernization to Improve Water and Labor Savings

Irrigation is the largest water user in the World, using up to 85% of the available resource. For these reasons, irrigation is being pressed in an increasing way to improve water use efficiency, release more water to industrial and urban users and to pay the same price for this scarce natural resource. Agriculture must be prepared for this increasing competition, developing intelligent management and operation of the irrigation systems. For technical and financial reasons, large brut water conveyance and delivery systems are usually in canal. Above 90 % of the irrigation canals in the world are local upstream controlled. With this control strategy, canals can be sized to convey the maximum uniform steady. This simplifies both the design (constant cross section along the canal) as control system requirements. Local upstream canal control is particularly effective when associated with programmed water delivery methods. However, this method has disadvantages when combined with water flexible delivery methods, because pool water storage must change opposite to its natural tendency. Upstream controlled canals performance can be improved, saving water and labor in the canal operation and improving the water delivery service quality, using three ways, that can be used or not simultaneously – automatic canal control, SCADA systems and buffer reservoirs. With the digital canal control, the controllers can be programmed, for example, with the local upstream control, activated in situations of scarcity of water, when it is important to implement rigid water delivery rules, and, at the same time, programmed with the distant downstream control, that maintains the same canal hydrodynamics, but guarantees the total automation of the canals, producing important water savings in connection with flexible water delivery rules. The communication will present these automatic canal control approaches and their advantages. Upstream control always needs manual flow control at all canal intakes and offtakes, what requires a lot of manpower. A Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) system can be installed to enable remote manual control of flows. SCADA systems can complement the automatic control of the canals. Anyway, considering the hydraulic system visualization possibility in real time, SCADA are, always, important water management tools, permitting to improve the quality of the water delivery, saving labor, time and energy in the canal operation. The communication will present the usual monitoring and control actions of the SCADA systems and the correspondent controllers. Buffer reservoirs can reduce water losses, storing the excess water that arrives from upstream canal when the offtakes begin to close, and improve the system’s ability to satisfy the expected and unexpected water demands at downstream. The communication will present the definition, purposes, types and sizing of these reservoirs

Distributed LQG control of a water delivery canal with feedforward from measured consumptions

This work addresses the design of distributed LQG controllers for water delivery canals that include feedforward from local farmer water consumptions. The proposed architecture consists of a network of local control agents, each connected to one of the canal pools and sharing information with their neighbors in order to act in a coordinated way. In order to improve performance, the measurement of the outflows from each pool is used as a feedforward signal. Although the feedforward action is local. It propagates due to the coordinates procedure. The paper presents the distributed LQG algorithm with feedforward and experimental results in a large scale pilot water delivery canal

Fault Tolerant Reconfigurable Control of a Water Delivery Canal - Actuators Faults

This work addresses the problem of designing fault tolerant controllers for a water delivery canal that tackle actuators faults. The type of faults considered consists of blocking of one of the gates. The detection of the fault is made by comparing the gate position command with the actual (measured) gate position. Both centralized and distributed controllers are made for local upstream water level control. Centralized controllers are multivariable LQG-LTR controllers that use a model of the system with all the available manipulated inputs (gate positions) and all the available outputs (pool levels). Initially, three gates and three pools are controlled. After the fault detection, the controller is reconfigured to use the only two still operating gates and the corresponding two pool water levels. Distributed control uses local (SISO) LQG-LTR controllers that negotiate with their neighbors in order to be coordinated. When a fault occurs, this negotiation takes place only among the controllers connected to the actuators that are not in a fault state. Experimental results obtained in a pilot canal are presented

Aplicação do Controlo Numérico BIVAL a um Canal Experimental

O controlo local monovariável em que o órgão de controlo (comporta ou descarregador) controla a profundidade do escoamento imediatamente a montante (controlo local por montante) ou a jusante (controlo local por jusante) são as técnicas mais usuais (sobretudo a primeira) uma vez que são fáceis de calibrar e implementar. Apresenta-se neste artigo um estudo sobre uma das várias alternativas de controlo digital existentes em canais de distribuição de água para rega, o controlo BIVAL, sendo este o controlo que oferece maior flexibilidade na distribuição. Os modelos de simulação hidráulica, em regime variável, são ferramentas indispensáveis na modernização dos sistemas de distribuição de água para rega, uma vez que estes poderão prever o comportamento dos seus órgãos reguladores (comportas ou descarregadores), se bem calibrados e validados. A calibração e validação do modelo BIVAL são realizadas para o Canal Experimental do Núcleo de Hidráulica e Controlo de Canais do Departamento de Engenharia Rural da Universidade de Évora, recorrendo, para o efeito, a um modelo hidráulico de simulação adequadamente calibrado para o canal objecto de estudo