Ementa da Disciplina de Hidrologia

HIDROLOGIA Professora MSc Cecília Montibeller Oliveira ceciliamontioliveiragmailcom EMENTA Ciclo hidrológico Bacia hidrográfica Precipitação Infiltração Evaporação e transpiração Escoamento superficial e subterrâneo 2 OBJETIVOS 3 Criar fundamentos teóricos e práticos para o entendimento dos fenômenos hidrometeorológicos e de suas aplicações à Engenharia Compreender os fundamentos básicos do ciclo hidrológico Identificar elementos e características hidrológicas em bacias hidrográficas Descrever as principais características do monitoramento das variáveis de interesse com vistas a melhor gestão dos recursos hídricos Realizar levantamentos processamentos e interpretações de dados hidrológicos subsidiando o dimensionando racional de obras hidráulicas nas disciplinas subsequentes Identificar as variáveis hidrometeorológicas e sua importância nos sistemas de gestão de recursos hídricos Inteirarse da legislação e dos instrumentos de gestão dos recursos hídricos BIBLIOGRAFIAS 4 BIBLIOGRAFIA BÁSICA PIMENTEL Luciene Hidrologia engenharia e meio ambiente 1ed Rio de Janeiro Elsevier 2015 httpswwwevolutioncombrepubreader9788535280470 GRIBBIN John E Introdução à hidráulica hidrologia e gestão de águas pluviais Tradução da 4ª Edição NorteAmericana São Paulo Cengage Learning 2016 544p httpsintegradaminhabibliotecacombrbooks9788522116355 MACHADO Souza V D Princípios de Climatologia e Hidrologia Minha Biblioteca Retirado de httpsintegradaminhabibliotecacombrbooks9788595020733 BIBLIOGRAFIAS 5 BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR MIGUEZ Marcelo Gomes VERÓL Aline Pires GREGÓRIO Leandro Torres Di Gestão de Riscos e Desastres Hidrológicos 1 Ed httpswwwevolutioncombrviewinside9788535287998 CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente Resolução 357 de 17 de março de 2005 Conselho Nacional do Meio AmbienteCONAMA v 357 2005 CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente Resolução nº 4302011 Dispõe sobre condições e padrões de lançamento de efluentes complementa e altera a Resolução No 357 de 17 de março de 2005 do Conselho Nacional do Meio AmbienteCONAMA Data da legislação 13052011Publicação DOU nº 92 de 16052011 pág 89 BIBLIOGRAFIAS 6 LEITURAS COMPLEMENTARES BRASIL Política Nacional de Recursos Hídricos Lei Nº 9433 de 8 de janeiro de 1997 Brasília Ministério do Meio AmbienteMMA sd 33 p UNIDADE 1 1 CICLO HIDROLÓGICO 11 Definições 12 Breve histórico do desenvolvimento da hidrologia 13 Usos múltiplos da água 14 Aplicação da hidrologia 15 Disponibilidade Hídrica 7 11 DEFINIÇÕES 8 Hidrologia é a ciência que estuda a água na Terra sua ocorrência circulação e distribuição suas propriedades físicas e químicas e sua reação com o meio ambiente incluindo sua relação com as formas vivas hydor água e logos ciência Ciência interdisciplinar Estudo da água em seus três estados sólido líquido e gasoso Evoluiu expressivamente devido ao aumento significativo da utilização da água para diversos fins e principalmente em face dos impactos negativos sobre o meio ambiente Hidrologia O estudo da chuva e o subsequente movimento da água incluindo o escoamento GRIBBIN 2016 p 511 11 DEFINIÇÕES 9 OS ENGENHEIROS NÃO PODEM EVITAR O CONFRONTO COM PROBLEMAS CAUSADOS PELAS CHUVAS E SEU CONSEQUENTE ESCOAMENTO GRIBBIN 2016 P 1 QUE NÃO SEJA ASSIM 12 BREVE HISTÓRICO DO DESENVOLVIMENTO DA HIDROLOGIA 10 O ser humano começou a manipular água em grande escala em resposta à necessidade de irrigação na antiga sociedade agrária O primeiro projeto conhecido de irrigação em grande escala foi realizado no Egito aproximadamente 5 mil anos atrás Na China tubos de bambu foram usados em 2500 aC Romanos utilizaram tubos de chumbo e bronze por volta de 200 aC Parte dos mais antigos esforços da humanidade concentrouse na velha batalha contra as forças da natureza em forma de água Por muito tempo em nossa história os engenheiros e seus antecessores lidaram com os problemas da água utilizando várias soluções empíricas ou seja qualquer coisa que parecesse dar certo 13 USOS MÚLTIPLOS DA ÁGUA 11 Em função de suas qualidades e quantidades a água propicia vários tipos de uso sendo classificados como Consuntivo é quando durante o uso é retirada uma determinada quantidade de água dos mananciais e depois de utilizada uma quantidade menor eou com qualidade inferior é devolvida ou seja parte da água retirada é consumida durante seu uso Exemplos abastecimento irrigação etc Não consuntivo é aquele uso em que é retirada uma parte de água dos mananciais e depois de utilizada é devolvida a esses mananciais a mesma quantidade e com a mesma qualidade ou ainda nos usos em que a água serve apenas como veículo para uma certa atividade ou seja a água não é consumida durante seu uso Exemplos pesca navegação etc 13 USOS MÚLTIPLOS DA ÁGUA 12 httpsyoutubeFdL2yQoroag 14 APLICAÇÃO DA HIDROLOGIA 13 Engenheiros civis trabalham com água onde quer que ela afete as estruturas e a infraestrutura da civilização As funções dos engenheiros civis em relação aos efeitos diversos da água podem ser agrupadas em três categorias principais 1 Controle de inundações gerenciar o escoamento natural das águas da chuva para prevenir danos a propriedades e perdas de vidas 2 Recursos hídricos explorar recursos hídricos disponíveis para propósitos benéficos como abastecimento de água irrigação hidroeletricidade e navegação 3 Qualidade da água administrar o uso da água para prevenir a degradação causada pelos poluentes naturais e antrópicos Gestão pluvial práticas de engenharia e políticas reguladoras aplicadas para abrandar os efeitos adversos do escoamento de águas pluviais Esses esforços usualmente estão associados a problemas de escoamento resultantes de vários tipos de uso e ocupação dos solos GRIBBIN 2016 p 3 14 APLICAÇÃO DA HIDROLOGIA 14 Os estudos hidrológicos realizados para empreendimentos de engenharia de recursos hídricos fornecem respostas a questões típicas como 1 Tratase de um planejamento viável técnica social e economicamente 2 Qual é o volume de água necessário 3 Qual é a disponibilidade de água 4 Quais são os usos prioritários da água 5 O projeto é viável sob os aspectos técnicos e econômicos 6 As estruturas de controle de cheias estão dimensionadas de forma a minimizar os riscos de catástrofes associadas a enchentes 7 Qual é a melhor regra operacional para as estruturas hidráulicas existentes 14 APLICAÇÃO DA HIDROLOGIA 15 1 Conceito determinação do conceito básico do projeto nesse caso é transportar águas pluviais de um lugar a outro 2 Mapa básico preparação de um mapa básico que mostre os recursos topográficos do local do projeto junto com quaisquer demarcações pertinentes da propriedade uma boa base cartográfica é essencial ao sucesso do projeto 3 Desenvolvimento do projeto elaboração de layouts alternativos da tubulação no mapa básico Além disso recomendase pesquisar outros fatores que afetem o desenho como condições do solo carga estrutural sobre a tubulação potencial de interferências com outros serviços de utilidade pública no solo área de drenagem e dados meteorológicos Considerando a construção de uma galeria de águas pluviais Quais seriam os passos gerais de desenvolvimento desse projeto 14 APLICAÇÃO DA HIDROLOGIA 16 4 Cálculos realização de cálculos apropriados das grandezas mais relevantes ao projeto neste caso a magnitude das águas pluviais a serem transportadas pela tubulação o tamanho resultante da tubulação Os cálculos devem ser escritos e conter quaisquer suposições feitas 5 Desenhos e especificações elaboração de desenhos que mostrem o layout em plano e em perfil incluindo quaisquer detalhes e observações necessários para descrever a estrutura para uso do construtor ao concretizar o projeto Considerando a construção de uma galeria de águas pluviais Quais seriam os passos gerais de desenvolvimento desse projeto 14 APLICAÇÃO DA HIDROLOGIA 17 O projeto é o processo de determinar a especificação completa da estrutura por isso ele deve 1 Conceber a estrutura capaz de executar a função pretendida sob quaisquer circunstâncias previstas sem falhar 2 Ser construído por um custo que se encaixa no orçamento do proprietáriocontratante 3 Ser fácil e eficazmente mantido 4 Adequarse a todas as leis e todos os regulamentos municipais estaduais e federais 5 Não interferir em outras estruturas ou serviços de utilidade pública que podem ser feitos futuramente nas imediações 6 Ser construído de maneira segura 7 Permanecer intacto e funcional durante toda sua vida útil 8 Não pôr em risco a segurança do público durante a sua existência 9 Não degradar excessivamente o ambiente durante a construção nem depois em toda a sua vida útil 10 Ser esteticamente agradável 15 DISPONIBILIDADE HÍDRICA 18 Fonte Agência Nacional de Águas 15 DISPONIBILIDADE HÍDRICA 19 Fonte CRHB ANA Estimase que o país possua cerca de 12 da disponibilidade de água doce do planeta 685 157 65 6 33 453 188 68 108 183 698 641 1505 4265 2891 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Norte CentroOeste Sul Sudeste Nordeste Distribuição dos recursos hídricos da superfície e da população em do total do Brasil Recursos Hídricos Superfície População 15 DISPONIBILIDADE HÍDRICA 20 httpsyoutubebH08pGb50k 17 A ÁGUA 21 Setor Usuário Demandas totais Ls do total captado do total de consumo Captação Consumo Abastecimento público 1601582 348343 141 45 Indústria 616455 123291 54 16 Pecuária 150955 120764 13 16 Agricultura 8927779 7142223 784 923 Mineração 1252 125 00 00 Aquicultura 87785 000 08 00 Total 11385808 7734747 100 100 Demandas captadas totais por setor usuários no Espírito Santo Fonte O Plano Estadual de Recursos Hídricos do Espírito Santo PERHES 2018 15 DISPONIBILIDADE HÍDRICA 22 Fonte O Plano Estadual de Recursos Hídricos do Espírito Santo PERHES 2018 PONTOS A DESTACAR 23 A hidrologia constituise numa das bases da engenharia dos recursos hídricos sendo ferramenta fundamental no processo de planejamento ambiental de uma região Hidrologia é a ciência que trata das águas da Terra sua ocorrência circulação e distribuição suas propriedades físicas e químicas e suas reações com o meio ambiente incluindo suas relações com os seres vivos Algumas alterações produzidas pelo homem sobre o ecossistema podem alterar a disponibilidade hídrica Em nível global a emissão de gases para a atmosfera produz aumento do efeito estufa alterando as condições climáticas A nível local as obras hidráulicas que atuam sobre os rios lagos e oceanos além dos desmatamentos atuam sobre o comportamento da bacia hidrográfica e a urbanização também produz alterações localizadas nos processos do ciclo hidrológico terrestre UNIDADE 2 2 CICLO A HIDROLÓGICO 21 Fundamentos 22 Mudanças climáticas atividades humanas e ciclo hidrológico 23 Balanço Hídrico 24 21 FUNDAMENTOS 25 O ciclo hidrológico é o processo cíclico e contínuo de transporte das águas da Terra interligando atmosfera continentes e oceanos Tratase de um processo complexo que tem como fonte de energia o Sol contendo muitos subciclos Como praticamente todo o abastecimento de água doce é resultante da precipitação proveniente da evaporação das águas marítimas o ciclo hidrológico pode ser entendido basicamente como o processo de transferência da água dos mares para os continentes e seu retorno aos mares 21 FUNDAMENTOS 21 FUNDAMENTOS 27 O conceito de ciclo hidrológico está ligado ao movimento e à troca de água nos seus diferentes estados físicos que ocorre na hidrosfera entre os oceanos as calotas de gelo as águas superficiais as águas subterrâneas e a atmosfera 21 FUNDAMENTOS 28 A água está sempre mudando de lugar na terra nos mares e na atmosfera armazenamento infiltração da água no solo e escoamentos superficiais e subterrâneos evaporação precipitação A circulação da água é provocada por radiação solar inclinação do relevo permeabilidade dos solosrochas cobertura do solo e atmosfera terrestre A natureza é uma grande recicladora e a água é um importante exemplo disso GRIBBIN 2016 p 161 21 FUNDAMENTOS 29 À medida que as chuvas caem parte delas é interceptada pela vegetação e evaporada Parte da precipitação que atinge a superfície do solo é devolvida para a atmosfera por evaporação a partir das superfícies líquidas do solo e da vegetação e da transpiração dos seres vivos O restante retorna aos mares por vias superficiais subsuperficiais e subterrâneas 21 FUNDAMENTOS 30 O sol é a fonte de energia para a realização do ciclo O calor liberado por ele atua sobre a superfície dos oceanos rios e lagos estimulando a conversão da água do estado líquido para o gasoso A ascensão do vapor dágua conduz à formação de nuvens que podem se deslocar sob ação do vento para diferentes regiões da superfície terrestre Sob condições favoráveis a água condensada nas nuvens precipita podendo ser dispersada de várias formas retenção temporária ao solo e infiltração no solo escoamento sobre a superfície do solo ou através do solo para os rios e armazenamento e escoamento subterrâneo 21 FUNDAMENTOS 31 Os escoamentos superficial e subterrâneo decorrem da ação da gravidade podendo parte desta água ser evaporada ou infiltrada antes de atingir o curso dágua Atingindo os veios dágua a água prossegue seu caminho de volta ao oceano A evaporação acompanha o ciclo hidrológico em quase todas as suas fases seja durante a precipitação seja durante o escoamento 21 FUNDAMENTOS 21 FUNDAMENTOS 21 FUNDAMENTOS 34 A água evaporada dos oceanos a condensase e precipitase sobre os mesmos b é levada pelos ventos para áreas continentais e precipitase sob forma de chuva granizo neve ou condensase sob a forma de orvalho ou geada nas áreas de vegetação Umidade sob forma de orvalho ou geada é diretamente evaporada ou absorvida pela vegetação 21 FUNDAMENTOS 35 Água precipitada sob a forma de chuva parte transformase em vapor outra parte é interceptada pela vegetação pelas construções e objetos e evapora novamente uma parte escoa superficialmente até alcançar os cursos dágua retornando aos oceanos e outra parte infiltrase pelo solo 21 FUNDAMENTOS 36 Água infiltrada no solo parte é retida por capilaridade nas proximidades da superfície e dali evaporada outra parte é utilizada pela vegetação retornando à atmosfera pelo processo de transpiração outra parte infiltrase mais profundamente subsolo dando origem ao escoamento subterrâneo uma pequena parte infiltrase até grandes profundidades e após longos períodos de tempo surge sob a forma de nascentes ou gêiseres 21 FUNDAMENTOS 37 Água que alcança os cursos dágua somente uma parte escoa diretamente para o rio O restante evaporado diretamente da superfície líquida absorvido pela vegetação ribeirinha penetra nos solos marginais quando o nível freático é inferior ao nível do curso dágua esta parcela pode retornar ao curso dágua em pontos mais a jusante ou pode encontrar saídas em nascentes distantes em outras bacias lagos ou mesmo no mar pode ainda ser alcançada por vegetais de raízes profundas ou então agregarse às águas subterrâneas 21 FUNDAMENTOS 38 Precipitação Tipos orográfica ciclônica e convectiva Formas chuva neve granizo nevoeiro orvalho e geada Condensação Atmosférica Evaporação Direta Superfícies liquidas Solo Transpiração Retenção Superficial Interceptação vegetal Acumulação nas depressões Infiltração Influenciada pela umidade permeabilidade temperatura do solo e profundidade do extrato impermeável Escoamento Superficial Águas que não se infiltraram e não ficaram retidas superficialmente Escoamento Subsuperficial Ocorre na camada superior do terreno dependendo das condições locais do solo e é difícil de ser isolada do escoamento superficial Escoamento Subterrâneo ou Descarga Base Águas provenientes da infiltração 21 FUNDAMENTOS 39 httpsyoutubevW5xrV3Bq4 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 40 A evaporação a evapotranspiração e a condensação são elementos fundamentais da interação entre a atmosfera e a superfície O clima é definido como a condição de tempo meteorológico média de um local varia nas diferentes regiões do planeta e está associado às correntes de ar correntes oceânicas e inclinação do eixo da Terra Por vezes as atividades que caracterizam o desenvolvimento humano envolvem mudanças das características das superfícies remoção de vegetação nativa para cultivo agrícola construções lançamento de resíduos 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 41 httpsg1globocomnaturezanoticia20190729maisde200renasmorremdefome devidoamudancaclimaticanoarticoghtml httpswwwbbccomportugueseinternacional49102801 httpsexameabrilcombrmundomaiorcidadedoalascaregistra32ocebaterecordede calor httpsexameabrilcombrcienciamudancasclimaticasaumentaramondadecalorna europaem4ocdizestudo 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 42 httpsg1globocomfantasticonoticia20190728mudancasclimaticaspodem afetarproducaodealimentosnosproximosanosghtml httpsnoticiasr7cominternacionalcidadedesydneynaaustraliadeclaraemergencia climatica25062019 httpsnoticiasr7cominternacionalgelodagroenlandiaderrete4vezesmais rapidodoqueem200321012019 httpscatracalivrecombrcidadaniaonuacadasemanaocorreumdesastre causadopormudancasclimaticas 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 43 httpsvejaabrilcombrbrasilumidadeefumacaentendacomoodiavirou noiteemsaopaulo 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 44 httpsvejaabrilcombrbrasilumidadeefumacaentendacomoodiavirou noiteemsaopaulo 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 45 Destacase também atividades que envolvem queimadas e queima de combustíveis fósseis alterando os padrões de qualidade do ar e contribuindo para emissão de gases e partículas que ficam em suspensão As partículas em suspensão oriundas dos processos de queima vão integrar eventualmente os armazenamentos e os escoamentos carregados pela precipitação Esses elementos junto às construções e alteração dos padrões de qualidade das águas superficiais contribuem para a alteração do balanço de energia entre a superfície e a atmosfera 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 46 Urbanização e o ciclo hidrológico 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 47 Nos grandes núcleos urbanos podemse observar temperaturas mais altas do que nas regiões rurais no entorno ILHA DE CALOR As ilhas de calor possuem impacto no ciclo da água já que as mudanças dos padrões de temperatura afetam a dinâmica da evaporação e da ocorrência das chuvas 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 48 A mudança de estado na dinâmica de interação superfícieatmosfera assim como as resultantes da interação das atividades que envolvem o desenvolvimento humano na dinâmica da fase terrestre do ciclo hidrológico têm impacto direto na vida do planeta As obras hidráulicas barragens e reservatórios irrigação e drenagem e outras estruturas associadas são projetadas a partir de séries temporais de variáveis hidrológicas históricas Mudanças climáticas e seus rebatimentos no ciclo da água poderão impor estudos envolvendo a verificação de valores adotados no dimensionamento dessas estruturas acessórias ou eventuais adaptações de estruturas construídas 22 MUDANÇAS CLIMÁTICAS ATIVIDADES HUMANAS E CICLO HIDROLÓGICO 49 Resiliência e ciclo hidrológico Para que o objetivo do desenvolvimento sustentável seja atingido devem ser implantadas políticas que ofereçam diretrizes de trabalho e supram a necessidade ao menos básicas de toda a população Dentre as possíveis respostas destaca se o conceito de resiliência referente à capacidade do sistema retomar seu cursodesenvolvimento ainda que em novo estágio de equilíbrio após sofre em decorrência de um evento adverso A partir de um espaço geográfico de sua realidade reflita sobre o ciclo hidrológico da água nesses contexto Como esse ciclo tem sido alterado ou impactado pelas atividades e ações humanas Quais estruturas intervenções ou mudanças podem contribuir para a resiliência ambiental Suas ações interferem na dinâmica do ciclo hidrológico 23 BALANÇO HÍDRICO PREIPITAÇÃO EVAPORAÇÃO ESCOAMENTO SUPERFICIAL ESCORREGAMENTO ARM SUPERFICIAL INFILTRAÇÃO ARM SUBTERRÂNEO ESCORREGAMENTO SUBTERRÂNEO dsdt E S P I Ev Esc Sup Esc Subt Arm Sup Arm Subt P I Ev Esc Sup Esc Subt Arm Sup Arm Subt 23 BALANÇO HÍDRICO 51 Balanço entre entradas e saídas de água de uma Bacia Hidrográfica Principal entrada precipitação Saídas evapotranspiração e escoamento Balanço hídrico simplificado Resultado da soma de entrada e saída de água de um ambiente ESC P ETP Es h Ev h Ev superávit hidráulico h Ev déficit hidráulico EXERCÍCIOS 52 1 Em uma bacia hidrográfica de 20 km² de área superficial recebe uma precipitação média anual de 1000 mm Visto que as perdas médias anuais por evaporação são da ordem de 500 mm qual a vazão média de longo período no exutório em m³s 2 Uma barragem irá abastecer uma cidade de 100000 habitantes e uma área irrigada de 5000 há Verificar através de um balanço hídrico anual se o local escolhido para a construção do empreendimento tem condições de atender a demanda Área da bacia 300 km² Precipitação média anual 1300 mmano Evapotranspiração média anual 1000 mmano Demanda da cidade 150 lhab x dia Demanda irrigação 9000 m³há x ano EXERCÍCIOS 53 3 Utilizando o hidrograma de precipitação e evaporação para uma localidade no estado de Minas Gerais no ano de 2003 médias mensais determinar a precipitação e a evaporação média anual calcular e construir o hidrograma mensal do balanço hídrico quais os meses de maior superávit hídrico e os meses de maior déficit hídrico EXERCÍCIOS 54 Jan 59 Fev 35 Mar 46 Abr 9 Mai 0 Jun 7 Jul 15 Ago 37 Set 41 Out 1 Nov 14 Dez 31 60 40 20 0 20 40 60 80 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Es mm Hidrograma mensal do balanço hídrico Balanço hídrico UNIDADE 3 3 BACIAS HIDROGRÁFICAS 31 Delimitação de bacias hidrográficas 32 Características fisiográficas 55 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 56 É a área definida topograficamente drenada por um curso dágua ou um sistema conectado de cursos dágua tal que toda vazão efluente seja descarregada por uma simples saída Viessman et al 1972 No contexto da hidrologia dos recursos hídricos e das obras hidráulicas a bacia hidrográfica é definida a partir de uma seção transversal de interesse pode ser o local onde será implantada uma captação fluvial eixo de uma barragem ou seção fluvial caracterizada para observação de elementos do leito eou do escoamento fluvial Silva 2015 p 58 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 57 Bacia de hidrográfica é uma região definida geograficamente sobre o território como um recorte da superfície Abrange a rede de drenagem incluindo um rio principal o de maios extensão e seus afluentes fazendo com que todas as águas ali precipitadas convergissem para uma única saída uma seção transversal do rio principal chamada exutório ou seção de controle de bacia hidrográfica Bacia de drenagem Área de terra sobre a qual a chuva escoa por gravidade a um único ponto chamado exutório GRIBBIN 2016 p 507 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 58 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 59 Lei nº 943397 Art 1º A Política Nacional de Recursos Hídricos baseiase nos seguintes fundamentos I a água é um bem de domínio público II a água é um recurso natural limitado dotado de valor econômico III em situações de escassez o uso prioritário dos recursos hídricos é o consumo humano e a dessedentação de animais IV a gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas V a bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos e atuação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos VI a gestão dos recursos hídricos deve ser descentralizada e contar com a participação do Poder Público dos usuários e das comunidades 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 60 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 61 httpsptbrtopographicmapcommapsgn3eVitC3B3ria httpsgeobasesesgovbrprojetomangarai 62 httpi3geoiemaesgovbraplicmapgeralhtm5462b1cd1f2d710b084cf8277e550db8 Limite das Bacias Hidrográficas Cursos dagua Sistema de Projeção UTM Datum SAD 69 Zona 24 S Fonte GEOBASIS 2010 Elaboração Regina Oliveira Data Março de 2010 64 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS Bacia hidrográfica do Rio Santa Maria da Vitória 65 Municípios pertencentes à bacia do Rio Santa Maria da Vitória 66 Perfil de elevação e Mapa hipsométrico da Bacia Hidrográfica BCH do Rio Santa Maria da Vitória SMV e suas Unidades de Planejamento UPs 67 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS Bacia hidrográfica do Rio Jucu httpwwwsinageoorgbr2016trabalhos66197417html 68 Municípios pertencentes à bacia do Jucu 69 Hierarquia fluvial da bacia do Jucu elaborada a partir do uso do SIG com seis ordens de canais conforme proposta de Strahler 1952 70 Hipsometria topografia da bacia do Jucu com divisão entre alto médio e baixo curso delimitados com base no perfil longitudinal nas costas altimétricas no arranjo estrutural e nos divisores topográficos da bacia 71 Declividade da bacia do Jucu com mais de 70 da área classificada por relevo ondulado a fortemente ondulado segundo proposta da EMBRAPA 2006 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 72 Para delimitação da bacia hidrográfica ou determinação da área que drena até uma determinada seção transversal fluvial os elementos básicos são as informações topográficas levantamentos planialtimétricos e mapas de curvas de nível com a rede de drenagem 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 73 Delimitação de Bacias linha de separação que divide as precipitações em bacias vizinhas encaminhando o escoamento para um ou outro sistema fluvial 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 74 1º Localizar o exutório 2º Identificar a rede de drenagem com foco no curso dágua principal 3º Identificar a rede de drenagem com foco nos cursos dágua secundários e demais cursos de drenagem 1 3 2 Exutório Curso dágua principal Cursos dágua secundários 31 DELIMITAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS 4º Identificar as maiores altitudes nas proximidades das nascentes dos cursos dágua 5º Traçar os divisores de água ligando os pontos de maiores altitudes e sempre perpendicular às linhas de cotas 6º Verificar por meio da diferença de cota da maior para menor em trajetória perpendicular ao traçado das linhas para onde uma gota de água escoaria nas proximidades dos divisores traçados 4 6 5 Maiores altitudes Divisor de águas Escoamento da água 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 76 Forma da Bacia A forma de uma bacia hidrográfica é o formato apresentado após a sua individualização retangular circular irregular O tipo de formato tem influência direta sobre o escoamento global Os dados fisiográficos são todos aqueles dados que podem ser extraídos de mapas fotografias aéreas e imagens de satélite Basicamente são áreas comprimentos declividades e coberturas do solo obtidos diretamente ou expressos por índices TUCCI 2004 p 45 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 77 1 Área da bacia A área da bacia é expressa em hectares ha ou quilômetros quadrados km² e pode ser obtida por planimetragem de mapas ou por cálculos a partir de mapas digitalizados utilizando ferramentas computacionais de SIG Sistemas de Informações Geográficas TUCCI 2004 p 46 Fundamental para definir o potencial de geração de escoamento da bacia hidrográfica uma vez que o seu valor multiplicado pela lâmina da chuva precipitada define o volume de água recebido pela bacia É obtida através da projeção vertical da linha do divisor de águas sobre o plano horizontal TUCCI 2004 p 46 2 Comprimento do rio principal L É determinado a partir do perfil longitudinal do curso dágua medindose o comprimento do trecho entre a nascente mais distante e o ponto de interesse ou exutório TUCCI 2004 p48 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 78 3 Perfil longitudinal Os perfis longitudinais são obtidos em mapas planialtimétricos e representam a variação de cotas ao longo do comprimento do rio principal TUCCI 2004 p 48 4 Declividades Em geral consiste na razão entre a diferença das altitudes dos pontos extremos de um curso dágua e o comprimento desse curso dágua pode ser expressa em ou mm PAIVA e PAIVA 2001 A diferença entre a elevação máxima e a elevação mínima resulta na amplitude altimétrica da bacia Esta é a maneira mais simples de se calcular a declividade entretanto para rios que percorrem relevos muitos diferenciados é necessário fazer algumas correções A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se dá o escoamento superficial Quanto mais íngreme for o terreno mais rápido será o ES o tempo de concentração será menor e os picos de enchente maiores Aumenta a susceptibilidade à erosão 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 79 5 Índices de forma A forma de uma bacia hidrográfica também tem um papel importante no seu comportamento hidrológico A partir do comparativo de bacias com características semelhantes identificamos que as bacias com forma mais circular apresentam uma tendência de gerar picos de enchente mais elevados em relação às bacias alongadas VILLELA e MATTOS 1975 p 13 Se as bacias circulares apresentarem diversas drenagens com comprimentos semelhantes o percurso dos escoamentos é mais curto gerando respostas mais rápidas e concentradas a eventos de chuva Já as bacias mais alongadas em geral apresentam um rio principal com diversos tributários menores onde as águas tem que percorrer um caminho mais longo até o exutório Assim tendem a apresentar cheias mais distribuídas com menor vazão de pico VILLELA e MATTOS 1975 p 13 A avaliação da forma de uma bacia é efetuada a partir do cálculo de índices que procuram relações com formas geométricas conhecidas 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 80 Coeficiente de Compacidade Kc avalia se a forma de uma bacia hidrográfica está próxima de um círculo É a relação entre os perímetros da bacia e de um círculo de área igual a da bacia Um coeficiente igual a 1 corresponderá à uma bacia circular Portanto inexistindo outros fatores quanto maior o Kc menos propensa à enchente é a bacia Kc alto indica uma bacia irregular menos sujeita a enchentes Kc próximo de 1 indica bacia próxima do formato circular e mais sujeita a enchentes Kc 1 indica bacia circular teórica 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 81 Fator de Forma Kf avalia se a forma de uma bacia hidrográfica está próxima de um retângulo É a relação entre a largura média da bacia e o comprimento axial do curso dágua A largura média de uma bacia é obtida pela divisão da área da bacia pelo comprimento da bacia Kf baixo indica bacia menos propensa a enchentes Isto se deve ao fato de que numa bacia estreita e longa há menor possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extensão 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 82 6 Densidade de drenagem Dd Indica se uma bacia hidrográfica possui uma drenagem pobre ou rica É expressa pelo comprimento total de todos os cursos dágua da bacia e sua área total Dd 05kmkm2 drenagem pobre 05 Dd 35 kmkm2 drenagem média Dd 35 kmkm2 bem drenada 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 83 7 Tempo de Concentração Tc É o tempo que leva a água para percorrer a distância entre o ponto mais remoto da bacia e o ponto de deságüe Fórmula de Picking É o intervalo de tempo necessário para que as águas precipitadas com a mesma intensidade sobre toda a bacia estejam contribuindo para a seção limite da bacia atendidas as necessidades de infiltração e retenção da bacia 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 84 8 Hierarquização Fluvial ou Ordem dos cursos dágua Reflete o grau de ramificação da rede de drenagem de uma bacia hidrográfica 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 85 1 Canais de primeira ordem são os menores identificáveis caracterizados por drenagens intermitentes 2 Canais de segunda ordem são formados pela confluência de dois canais de primeira ordem esta lógica é aplicada para as demais onde a confluência de dois canais de ordem i resulta em um canal de ordem i1 a jusante 3 Onde um canal de ordem menor encontrar um de ordem maior o canal a jusante mantém a maior das duas ordens 4 A ordem da bacia hidrográfica é designada como a ordem do rio que passa pelo exutório 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 86 9 Sistema de drenagem É constituído pelo rio principal e seus afluentes O padrão de seu sistema de drenagem tem efeito marcante na taxa do runoff Uma bacia bem drenada tem menor tempo de concentração ou seja o escoamento superficial concentrase mais rapidamente e os picos de enchente são altos 10 Extensão média do escoamento superficial l Indica a distancia média que a chuva teria que escoar sobre os terrenos da bacia em linha reta do ponto onde ocorreu sua queda até o curso dágua mais próximo Ele dá uma idéia da distancia média do escoamento superficial 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 87 11 Sinuosidade do curso dágua Sin É a relação entre o comprimento do rio principal L e o comprimento do talvegue Lt A sinuosidade é uma característica controladora da velocidade de escoamento da água no rio O comprimento do talvegue Lt é a medida em linha reta entre os pontos inicial e final do curso dágua principal 32 CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS 88 12 Perfil longitudinal do curso dágua É a representação altimétrica do relevo de um rio desde a sua nascente até a foz A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade do seu canal EXERCÍCIOS 89 Fazer a caracterização da Bacia Hidrográfica dos Rio São João da Viçosa sendo Área da Bacia 44 km Talvegue 1125 km Comprimento do rio 15 km Perímetro 3675 km Rede de drenagem 1025 km Hmáx 1199 m Hmín 840 m Calcular 1 Tempo de concentração Tc 2 Coeficiente de compacidade Kc 3 Fator de forma Kf 4 Densidade da drenagem Dd 5 Comprimento do escoamento superficial l 6 Sinuosidade Sin UNIDADE 4 4 PRECIPITAÇÃO 41 Conceitos Fundamentais 42 Formação das Precipitações 43 Classificação das Precipitações 44 Fatores que Influenciam nas Precipitações 45 Grandezas Características 46 Processamento de Dados Pluviométricos 47 Análise Estatística 48 Precipitação Média em uma Bacia 49 Precipitações Intensas 90 41 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 91 Precipitação Definição É toda a água depositada na superfície terrestre proveniente do meio atmosférico sob a forma de chuva granizo geada neve ou orvalho A importância da precipitação está associada a vários fatores tais como I Capacidade de produzir escoamento superficial II Quantificar a necessidade de irrigação de culturas e dessedentação de animais III Abastecimento doméstico e industrial e IV A intensidade de precipitação é necessária para o controle de inundações e a erosão do solo 41 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 92 Atmosfera Terrestre Definição É uma camada gasosa que envolve a terra e a acompanha em seus movimentos É constituída por uma mistura complexa de gases que variam em função do tempo da situação geográfica da latitude e das estações do ano De uma maneira simples podese considerar o ar natural como constituído por três partes principais ar seco pelo vapor dágua e por partículas sólidas em suspensão 41 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 93 Atmosfera Terrestre Composição do Ar Natural Os gases tem papel fundamental nas reações químicas que ocorrem na atmosfera Química da Atmosfera O vapor dágua e as partículas sólidas em suspensão núcleos higroscópios no ar tem fundamental importância no ciclo hidrológico Fenômeno da Coalescência AR NATURAL ATMOSFÉRICO Ar Seco Vapor Dágua Aerossóis partículas sólidas em suspensão N2 O2 99 Argônio 093 Ozônio Hidrogênio Hélio Neônio etc Varia de 0 a 4 0 Regiões desérticas 4 Regiões Tropicais Sais de origem orgânica e inorgânica Explosões vulcânicas Combustão de gás carvão e petróleo 41 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 94 Atmosfera Terrestre Camadas da Atmosfera Exosfera Última camada da atmosfera transição para o espaço sideral Nela os gases são extremamente rarefeitos Temperaturas elevadas em torno de 1000C Orbitam os satélites artificiais Termosfera Temperatura elevase podendo chegar a 1500C Orbitam os ônibus espaciais importante para as telecomunicações Mesosfera Ar rarefeito Temperatura apresenta queda podendo chegar a 90C camada mais fria Ocorre combustão que fragmenta meteoritos 41 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 95 Atmosfera Terrestre Camadas da Atmosfera Estratosfera Nela o ar movimentase horizontalmente Temperatura começa a subir com o aumento da altitude Encontrase a camada de ozônio Circulam os aviões a jato Troposfera Temperatura cai com o aumento de altitude 065C por 100m e pelo intenso transporte vertical de contaminantes Ocorrem os fenômenos meteorológicos Circulam os aviões de carga e passageiros 42 FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 96 O ar úmido das camadas mais baixas da atmosfera é aquecido tornase mais leve que o ar das vizinhanças e sofre uma ascensão Nessa ascensão ele expande e se resfria até atingir a condição de saturação Em condições favoráveis e com a existência de núcleos higroscópicos o vapor dágua se condensa formando minúsculas gotas em torno desses núcleos Essas gotas entretanto não possuem massa suficiente para vencer a resistência do ar sendo portanto mantidas em suspensão até que por um processo de crescimento coalescência atinjam um tamanho suficiente para precipitar 42 FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 97 O processo de coalescência é aquele no qual as pequenas gotas de nuvens aumentam o seu tamanho devido ao contato de outras gotas por meio de colisões provocadas pelo deslocamento das gotas devido a movimentos turbulentos do ar e forças elétricas Quando as gotas atingem tamanho suficiente para vencer a resistência do ar elas se deslocam em direção ao solo Nesse movimento de queda as gotas maiores adquirem maior velocidade do que as menores o que faz com que as gotas menores sejam alcançadas e incorporadas as maiores aumentando portanto o seu tamanho 42 FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 98 Elementos necessários Umidade Atmosférica a presença de vapor dágua na ATM é o elemento indispensável para a ocorrência de chuva Formação de Nuvens a formação de nuvens está associada à ascensão adiabática de uma massa de que se eleva na atmosfera Ascensão adiabática o movimento vertical de massas de ar transportado para níveis mais altos devido a diminuição de pressão uma vez que não há troca de calor com o ambiente 42 FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 99 Elementos necessários Núcleos Higroscópicos são partículas de sal cristais de gelo produtos da combustão os quais são responsáveis pela aglutinação das moléculas de água coalescência Resfriamento ao ponto de saturação a temperatura das nuvens é reduzida devido a energia térmica ter sido utilizada em seu processo de expansão Com o resfriamento a massa de ar pode atingir seu pondo de saturação com a condensação do vapor dágua 42 FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 100 Ascensão de Massa de Ar Devido a fenômenos de convecção térmica Devido a presença de topografia abrupta Convergência de ar Devido à ação frontal de outras correntes eólicas frentes frias 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 101 Quanto ao mecanismo de ascensão do ar úmido I Chuva convectiva II Chuva Frontal III Chuva orográfica 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 102 Quanto ao mecanismo de ascensão do ar úmido Precipitações Orográficas São precipitações formadas por influência do relevo topográfico O ar é forçado mecanicamente a transpor barreiras impostas pelo relevo Pequena intensidade e grande duração Cobrem pequenas áreas Provocam o fenômeno da sombra pluviométrica Importantes para projetos hidráulicohidrológico de grande porte barragens 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 103 Precipitações Orográficas Denominadas de chuva de relevo esse tipo de precipitação ocorre quando há um impedimento seja montanha serras ou escarpas que barra a massa de ar úmida Isso resulta na elevação de altitude das chuvas que logo depois precipitam No Brasil esse tipo de chuva é muito comum no litoral por exemplo na Serra Mar 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 104 Quanto ao mecanismo de ascensão do ar úmido Precipitações Convectivas chuvas de verão São formadas devido ao aquecimento diferencial da superfície terrestre em equilíbrio instável estratificação térmica São precipitações típicas de regiões tropicais Grande intensidade e pequena duração São acompanhadas por raios e trovões Cobrem pequenas áreas Provocam alagamentos e rápidas enchentes Importantes para projetos de drenagem pluvial e estradas 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 105 Precipitações Convectivas chuvas de verão São chuvas causadas pelo movimento de massas de ar mais quentes que sobem e condensam As chuvas convectivas ocorrem principalmente devido à diferença de temperatura nas camadas próximas da atmosfera terrestre São caracterizadas por serem de curta duração porém de alta intensidade e abrangem pequenas áreas 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 106 Quanto ao mecanismo de ascensão do ar úmido Precipitações Ciclônicas ou Frontais São formadas devido ao encontro de duas massas de ar com características diferentes O movimentos das massas de ar ocorrem de regiões de alta para baixa pressões Média intensidade e longa duração Cobrem grandes áreas Provocam cheias em grandes bacias Importantes para projetos de barragens 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 107 Precipitações Ciclônicas ou Frontais Recebe esse nome porque as massas de ar quente e ar frio se chocam frontalmente Assim o ar quente sobe por apresentar menor densidade e o ar frio permanece abaixo por ser mais pesado 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 108 Quanto à forma de precipitação na natureza Chuva Nevoeiro Neve Granizo Orvalho Geada 43 CLASSIFICAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES 109 Quanto à forma de precipitação na natureza Chuva é a precipitação na forma líquida Nevoeiro quando as partículas muito finas de vapor dágua se mantêm em suspensão junto à superfície do solo Neve é a precipitação na forma de cristais de gelo quando formados pela condensação do vapor dágua atmosférico em temperaturas inferiores a de congelação Granizo ocorre quando a precipitação na forma de chuva atravessa zonas da atmosfera com temperaturas inferiores à de congelamento Orvalho e Geada acontece quando a condensação do vapor dágua do ar próximo à objetos se resfria durante a noite Se o resfriamento ocorrer a uma temperatura maior que 0C temse o orvalho por outro lado se a temperatura for menor que 0C ocorre a geada 44 FATORES QUE INFLUENCIAM NAS PRECIPITAÇÕES 110 Latitude Influi na distribuição desigual das pressões e temperaturas no globo e na circulação geral da atmosfera Essa influência só pode ser percebida em grandes áreas Distancia do mar Áreas localizadas no interior dos continentes variam mais as suas temperaturas Já as regiões mais próximas ao mar tendem a apresentar temperaturas mais constantes durante o dia e até no decorrer do ano pois o ar está mais úmido nessas localidades À medida que as nuvens se afastam do mar em direção ao interior do continente elas vão se consumindo de forma que se pode esperar uma redução total da precipitação com o aumento da distância da costa ou de alguma outra fonte de umidade 44 FATORES QUE INFLUENCIAM NAS PRECIPITAÇÕES 111 Altitude A precipitação aumenta com a altitude O ar ao ascender ao longo de uma montanha arrefece e condensa originando a formação de nuvens e precipitação Orientação das encostas Sendo a precipitação influenciada por correntes eólicas o fato de uma encosta ou vertente estar mais ou menos exposta aos ventos tem reflexos nas quantidades precipitadas Essa influência ocorre tanto em grandes extensões como também em pequenas áreas restritas em terrenos muito acidentados Vegetação Influência tanto na umidade e nas variações de temperatura A evapotranspiração das culturas tenderia a aumentar as precipitações locais porém este efeito é discutível 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 112 Altura Pluviométrica h Medida da altura da lâmina de água de chuva acumulada sobre uma superfície plana horizontal e impermeável Essa altura é normalmente expressa em milímetros e determinada pelo uso de aparelhos denominados pluviômetros ou pluviógrafos 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 113 Sendo assim a altura pluviométrica é a quantidade de água precipitada por unidade de superfície horizontal medida pela altura que a água atingiria caso se mantivesse no local sem evaporar escoar ou infiltrar A unidade de medição é o milímetro de chuva mm o qual é definido como a quantidade de precipitação correspondente ao volume de 1 um litro por metro quadrado de superfície horizontal Pluviômetro é constituído por um recipiente metálico dotado de funil com anel receptor geralmente com uma proveta graduada para leitura direta da lâmina de água precipitada As leituras são diárias 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 114 Existem várias marcas de pluviômetros em uso no Brasil entretanto os mais comuns são o Ville de Paris 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 115 Pluviômetro Ville de Paris possui uma área de captação de 400cm² de modo que um volume de 40ml corresponde a 1mm de precipitação A água é retirada do reservatório por meio de uma proveta calibrada para o pluviômetro Geralmente nas estações meteorológicas o pluviômetro é operado às 1200h 1800h e 2400h GMT Demonstração H 1mm V 40cm³ 40mL 1 10 𝑉 400 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 116 Pluviógrafo registram continuamente a precipitação de forma automática em intervalos curtos de tempo da ordem de minutos Muito comuns em estações meteorológicas Ao registro contínuo da precipitação dáse o nome de pluviograma ou registro pluviográfico 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 117 Duração da Precipitação t É o intervalo de tempo observado de uma chuva que decorre entre o cair da primeira gota até o cair da última A medida da duração pode ser expressa em minutos ou horas ou dias 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 118 Intensidade de Precipitação i Relação entre a altura pluviométrica h e a duração da precipitação t ou seja quantidade de chuva que cai em uma área em um determinado período de tempo mmhora ou mmmin Baixa 800 mmano Média 800 a 1600 mmano Alta 1600 mmano Período de Retorno Tr Número médio de anos em que a precipitação é igualada ou superada Pode ser definido como o inverso da probabilidade de ocorrência de um determinado evento em um ano qualquer Tr 𝟏 𝑷 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 119 Exemplo 01 Se uma chuva de 130 mm em um dia é igualada ou superada apenas 1 vez a cada 10 anos o seu Tr é de 10 anos e que probabilidade de acontecer um dia com chuva igual ou superior a 130 mm em um ano qualquer logo Tr 1 𝑃 P 1 𝑇𝑟 P 1 10 01 P 10 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 120 Probabilidade Anual P É a probabilidade de um evento fenômeno igual ou superior ao analisado se apresentar em um ano qualquer Frequência de Ocorrência F Número de ocorrências de uma dada precipitação no decorrer de um intervalo de tempo fixo Chuvas fracas são mais frequentes Chuvas intensas são menos frequentes Exemplo Todos os anos ocorrem alguns eventos de 10 mm em 1 dia em Vitória enquanto chuvas de 280 mm em 1 dia ocorrem uma vez a cada 10 ou 20 anos em média 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS Variabilidade Anual de Precipitação para os dois postos mm Precipitação mm Período 1948 2008 Santa Maria de Jetibá Santa Leopoldina Média dos postos 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS Bloco Frequência P zero 5597 P 10 mm 1464 10 P 20 mm 459 20 P 30 mm 289 30 P 40 mm 177 40 P 50 mm 111 50 P 60 mm 66 60 P 70 mm 38 70 P 80 mm 28 80 P 90 mm 20 90 P 100 mm 8 100 P 110 mm 7 110 P 120 mm 2 120 P 130 mm 5 130 P 140 mm 2 140 P 150 mm 1 150 P 160 mm 1 160 P 170 mm 1 170 P 180 mm 2 180 P 190 mm 1 190 P 200 mm 0 P 200 mm 0 Total 8279 45 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 123 Características gerais Medição O local escolhido pra a instalação do pluviômetro deve ser de preferência em um terreno plano e livre de obstáculos igual ao dobro de sua altura As normas da ANEEL recomendam que o aro de delimita o pluviômetro esteja a uma altura de 150m do solo Colocados de forma a poder receber a chuva por quaisquer um dos lados A aresta do receptor deve ser nivelada cuidadosamente pois estimase um erro de 1 para cada grau de inclinação Medição em hora determinada e fixa 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 124 Os dados observados em postos pluviométricos ou estações meteorológicas os quais geram as séries históricas de precipitações devem ser analisados de forma a corrigir os erros inerentes do processo de coleta evitando assim conclusões incoerentes 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 125 Série Histórica de Precipitações É o registro na forma de tabela das precipitações que ocorreram ao longo dos anos Geralmente uma série histórica possui informações diárias série histórica total mensais série histórica mensal ou anuais série histórica anual de precipitação 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 126 Preparo Preliminar dos Dados Preenchimento de Falhas No processo de aquisição dos dados de precipitação especialmente naqueles casos cujos equipamentos necessitam de operadores para efetuar as leituras podem ser detectados erros grosseiros tais como Quando acontecem eventos de precipitação com grande magnitude em que mais de uma proveta seja necessária para quantificar podese confundir o número de vezes em que a proveta foi cheia ocasionando erros Registro de dados em dias inexistentes ex 30 de fevereiro Vazamento em torneira do pluviômetro Eliminação de erros grosseiros dias inexistentes valores anormais de precipitação anotações erradas boia do pluviógrafo presa torneira vazando Eliminação de erros sistemáticos instrumentos mal calibrados defeitos nos equipamentos proveta trocada 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 127 Método de ponderação regional Consiste em estimar a precipitação ocorrida no posto pluviométrico com a falha considerandoa proporcional às precipitações em postos vizinhos sendo o fator de proporcionalidade em função da precipitação média em tais postos levando em consideração ainda a precipitação média no próprio posto com falha 𝑷𝒙 𝟏 𝒏 𝑵𝒙 𝑵𝒂 𝑷𝒂 𝑵𝒙 𝑵𝒃 𝑷𝒃 𝑵𝒙 𝑵𝒄 𝑷𝒄 Onde Px valor da chuva que se deseja determinar Nx precipitação média anual do posto x Na Nb e Nc são respectivamente as precipitações médias anuais dos postos vizinhos A B e C Pa Pb e Pc são respectivamente as precipitações observadas no instante que o posto x falhou n número de estações Observação 1 Não recomendado para séries diárias somente para mensais e anuais 2 Ideal devem se utilizadas três estações o mais próximo possível para realizar a ponderação dos dados de precipitação 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 128 Média aritmética dos postos vizinhos Utilização de média aritmética para determinar a precipitação do posto com falhas 𝑷𝒙 𝟏 𝒏 𝑷𝒂 𝑷𝒃 𝑷𝒄 Onde Px valor da chuva que se deseja determinar Pa Pb e Pc são respectivamente as precipitações observadas no instante que o posto x falhou n número de estações Observação Os métodos de regressão linear e de média aritmética só devem ser utilizados em regiões hidrologicamente homogêneas ou seja quando as precipitações normais anuais dos postos não diferenciam entre si em mais de 10 Para isso de ser consideradas séries históricas de no mínimo 30 anos 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 129 Método da regressão linear Utilização da técnica de regressão linear simples ou múltipla segundo a qual a precipitação no posto com falhas é correlacionada estatisticamente com a precipitação em um posto vizinho com dados disponíveis no caso da regressão simples ou vários postos vizinhos no caso da regressão múltipla 𝑷𝒙 𝒂𝑷𝒚 𝒃𝑷𝒛 𝒄𝑷𝒘 𝒅 Onde Px valor da chuva que se deseja determinar Py Pz e Pw são as precipitações nos postos vizinhos Y Z W respectivamente a b c d são coeficientes a ajustar com base nas séries de dados disponíveis dos quatro postos Observação Os métodos de regressão linear e de média aritmética só devem ser utilizados em regiões hidrologicamente homogêneas ou seja quando as precipitações normais anuais dos postos não diferenciam entre si em mais de 10 Para isso de ser consideradas séries históricas de no mínimo 30 anos 46 PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS 130 Exemplo 02 Desejase preencher a falta de dados ocorridos no mês de janeiro no ano de 1963 no posto E546 localizado no município de Buri SP pertencente a rede de postos do DAEE Para tanto dispõese dos dados totais mensais dos meses de janeiro dos postos E5 51 E552 e E547 todos vizinhos ao ponto em questão no período de 19581968 Pxmm Pamm Pbmm Pcmm Ano POSTO ES46 POSTO ES47 POSTO ES52 POSTO ES51 1958 1174 1573 2496 2248 1959 1253 2416 3746 2651 1960 1318 2509 2676 2612 1961 1594 556 1218 570 1962 524 1589 854 954 1963 3440 2766 2314 1964 642 393 818 213 1965 1740 2533 2854 2906 1966 1378 647 1502 2012 1967 1683 1261 1703 1232 1968 2555 2495 3393 2851 Totais 13861 19412 24026 20603 131 Resolução do Exemplo 02 Pxmm Pamm Pbmm Pcmm Ano POSTO ES46 POSTO ES47 POSTO ES52 POSTO ES51 1958 1174 1573 2496 2248 1959 1253 2416 3746 2651 1960 1318 2509 2676 2612 1961 1594 556 1218 570 1962 524 1589 854 954 1963 3440 2766 2314 1964 642 393 818 213 1965 1740 2533 2854 2906 1966 1378 647 1502 2012 1967 1683 1261 1703 1232 1968 2555 2495 3393 2851 Totais 13861 19412 24026 20603 𝑃𝑥 1 𝑛 𝑁𝑥 𝑁𝑎 𝑃𝑎 𝑁𝑥 𝑁𝑏 𝑃𝑏 𝑁𝑥 𝑁𝑐 𝑃𝑐 Onde n 3 Logo 𝑁𝑥 13861 10 1386 𝑚𝑚 𝑁𝑎 19412 11 1764 𝑚𝑚 𝑃𝑎 3440 𝑚𝑚 𝑁𝑏 24026 11 2184 𝑚𝑚 𝑃𝑏 2766 𝑚𝑚 𝑁c 20603 11 1873 𝑚𝑚 𝑃𝑐 2314 𝑚𝑚 𝑃𝑥 1 3 1386 1764 344 1386 2184 2766 1386 1873 2314 1 3 2703 1755 1712 𝑃𝑥 1 3 617 2056 mm 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 132 É de grande interesse para a hidrologia o conhecimento das características das precipitações Para projetos de drenagem barragens canais bueiros dentre outro é de suma importância o conhecimento das enchentes as quais estão relacionadas com as precipitações Fatores de ordem econômica e de risco também devem ser observados nos projetos hidráulicohidrológicos Neste contexto a análise estatística tornase uma ferramenta fundamental para a determinação de uma precipitação com base em um período de retorno e do risco de falha do projeto 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 133 Tipos de Séries Na análise da probabilidade de fenômenos hidrológicos tais como precipitação vazão os dados podem estar dispostos em três tipos de séries séries anuais de valores anuais máximos séries parciais aquelas que apresentam valores superiores a uma certa base e série total constituída por todos os elementos na série anual a mais utilizada apenas o valor máximo de cada ano é utilizado na análise Esse tipo de série tem emprego em projetos de dimensionamento para condições críticas onde o valor máximo é que importa as séries de duração parcial são formadas pela seleção de valores situados acima de determinado patamar podendo ser escolhidos mais de um valor para o mesmo ano O tamanho das séries anual e parcial depende da quantidade de anos da série histórica original que será avaliada 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 134 Tipos de Séries Com relação ao período de retorno é importante observar a diferença significativas entre as séries parcial e anual Série anual é o intervalo médio em que o evento tornará a ocorrer com um máximo anual Série parcial é o intervalo médio entre eventos de dados valor sem considerar a relação com o ano 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 135 Método Califórnia e Método Kimbal São os métodos mais simples para avaliar a frequência com que uma determinada precipitação ocorre Obs Se o período de retorno Tr for bem inferior ao número de anos de observação n F poderá dar uma boa ideia do valor real de P Entretanto para grandes períodos de retorno as observações deverão ser ajustadas a uma distribuição de probabilidades 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 136 Probabilidade de um evento de magnitude x não ser igualado em um ano 𝑃 1 𝐹 Probabilidade de não ocorrer um outro valor igual ou maior de não ser superada dentro de n anos quaisquer 𝑃𝑛 Probabilidade de ser superada pelo menos uma vez em n anos Probabilidade de ocorrência de um valor extremo durante n anos da vida de uma estrutura risco de falha em ao menos uma vez durante sua vida útil J 1 𝑃 𝑛 J 1 𝐹𝑛 Obs quanto maior o período de retorno e menor a vida útil de uma estrutura menor o risco de falha 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA SÃO JOÃO DA CACHOEIRA GRANDE Totais Mensais Ano Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total 1981 2391 848 3156 51 746 115 158 319 29 1725 3067 122 14284 1982 3744 907 878 878 1351 98 145 358 1078 22 47 1128 68 11939 1983 3086 1288 1297 635 96 406 75 188 136 182 1134 155 1288 11713 1984 1337 1178 1006 100 1072 516 54 88 605 562 101 924 2248 10600 1985 4673 1362 903 28 46 156 195 532 266 2004 1366 1566 13357 1986 648 599 325 350 206 686 104 50 234 1002 906 2882 8442 1987 79 196 1007 107 24 66 12 294 471 9 2363 148 7131 1988 2794 10 40 2482 28 0 488 84 294 172 1092 794 1322 9904 1989 101 351 351 289 235 321 763 2 784 1737 143 349 784 8 4 110 10 2 000 1990 2214 1483 3238 433 129 654 0 2024 191 806 618 741 600 1991 4973 179 1734 612 4 1 12 953 2 24 1383 1 2 29 3 1 52 30 51 60 11 93 9 3 1 18 2 9 4 1 486 2 009 2 2 17 1 9 70 0 14 1 17 1 14 1 31 2 2 16 2 0 149 4 0 128 0 0 0 0 4 28 0 0 Total 1412 628 431 281 273 372 933 1687 1829 10879 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 138 Exemplo 03 Dada a série história de chuvas responda a Qual a série anual de precipitação b Qual a série parcial de precipitações c Com base nos itens a e b qual a chuva com período de retorno de 10 anos d Com base no item a qual a chuva com probabilidade anual de 50 e Qual o grau de risco hidrológico para um empreendimento com vida útil de 50 anos se levar em consideração o evento calculado no item c f Qual o período P e tempo de retorno Tr de 2024 mm 139 Hmm M n º de eventos 4973 1 4673 2 3744 3 3474 4 3385 5 3292 6 3238 7 3156 8 3088 9 2882 10 2794 11 2492 12 2363 13 2248 14 2215 15 2024 16 1983 17 1786 18 1545 19 Resolução do Exemplo 03 a série anual de precipitações Ano H mm 1981 3156 1982 3744 1983 3088 1984 2248 1985 4673 1986 2882 1987 2363 1988 2794 1990 1983 1991 3238 1992 4793 1993 1786 1994 2024 1995 2492 1996 3385 1997 2215 1998 1545 1999 3474 2000 3292 b série parcial de precipitação 47 ANÁLISE ESTATÍSTICA 140 Risco de falha J em para diferentes períodos de retorno Tr e vida útil da obra n 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 141 Precipitação média anual no Brasil 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 142 Devido à variabilidade espacial das precipitações há necessidade de se estimar a precipitação média sobre uma bacia hidrográfica Existem três métodos para obtenção de um valor médio representativo método da Média Aritmética método de Thiessen método das Isoietas 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 143 Método da Média Aritmética Consiste na soma das precipitações observadas nos postos que estão dentro da bacia e dividir o resultado pelo número deles Onde h é a chuva média na bacia hi é a altura pluviométrica registrada em cada posto n é o número de postos na bacia hidrográfica American Society of Civil Engineers ASCE recomenda o uso deste método para bacias 5000 km² 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 144 Método da Média Aritmética Exemplo 1 Determine a precipitação da bacia aplicando método da média aritmética 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 145 Método da Média Aritmética Exemplo 1 Determine a precipitação da bacia aplicando método da média aritmética Pm 66445040 4 Pm 50mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 146 Método da Média Aritmética Exemplo 2 Calcule a precipitação média da bacia delimitada abaixo por meio do método aritmético Pm 644888125416516032181 6 Pm 822 6 Pm 137mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 147 Método da Média Aritmética Limitações Pm 50 70 2 Pm 60mm Obs não considera a forte precipitação que ocorreu junto ao divisor 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 148 Método de Thiessen O método do polígono de Thiessen conhecido também como método do vizinho mais próximo é um dos mais utilizados Nesse método definese a área de influência de cada posto pluviométrico dentro da bacia hidrográfica Considerase as influências de pontos fora da bacia Para o traçado dos polígonos de Thiessen 1 Os postos são unidos por linhas retas formando um polígono fechado 2 São traçadas retas perpendiculares aos segmentos que unem os postos dividindo os em duas partes iguais 3 Essas retas perpendiculares são prolongadas até o cruzamento com as demais definindo os polígonos de Thiessen 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 149 Método de Thiessen 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 150 Método de Thiessen Onde P é a precipitação média na bacia mm Pi é a precipitação no posto i mm Ai é a área do respectivo polígono dentro da bacia km² A é a área total da bacia km² Pm 𝐴𝑥𝑃𝑥𝐴𝑦𝑃𝑦𝐴𝑤𝑃𝑤𝐴𝑧𝑃𝑧 𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 151 Método de Thiessen Exemplo 3 Determine a precipitação média da bacia aplicando o método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 82 mm 75 mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 152 Método de Thiessen Exemplo 3 50 mm 120 mm 70 mm 82 mm 75 mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Método de Thiessen Exemplo 3 50 mm 120 mm 70 mm 82 mm 75 mm Os postos são unidos por linhas retas formando um polígono fechado 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Método de Thiessen Exemplo 3 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm São traçadas retas perpendiculares aos segmentos que unem os postos dividindo os em duas partes iguais 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Método de Thiessen Exemplo 3 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm São traçadas retas perpendiculares aos segmentos que unem os postos dividindoos em duas partes iguais Definição da área de influência de cada posto pluviométrico 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Método de Thiessen Exemplo 3 Essas retas perpendiculares são prolongadas até o cruzamento com as demais definindo os polígonos de Thiessen Definição da área de influência de cada posto pluviométrico 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Método de Thiessen Exemplo 3 Essas retas perpendiculares são prolongadas até o cruzamento com as demais definindo os polígonos de Thiessen Definição da área de influência de cada posto pluviométrico 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Método de Thiessen Exemplo 3 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 30 15 5 10 40 Pm 03500151200182005750470 1 Pm 𝐴𝑥𝑃𝑥𝐴𝑦𝑃𝑦𝐴𝑤𝑃𝑤𝐴𝑧𝑃𝑧 𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎 Pm 7295mm 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 159 Método das Isoietas Utilização das isoietas para determinação da precipitação média em uma bacia As isoietas são linhas de igual precipitação traçadas para um evento específico ou para uma determinada duração O cálculo é feito determinandose a superfície compreendida entre duas curvas sucessivas e admitindose para cada área parcial a altura pluviométrica média das duas isoietas que a delimitam O espaçamento entre as linhas pode ser definido com base no tipo de estudo a ser desenvolvido podendo ser de 5 em 5 mm 10 em 10mm etc Pedrazzi 2004 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 160 Método das Isoietas O procedimento de traçado das isoietas é descrito por Pedrazzi 2004 como 1 definir qual o espaçamento desejado entre as isoietas 2 ligase por uma semireta dois postos adjacentes colocando suas respectivas alturas pluviométricas 3 interpolase linearmente determinando os pontos onde vão passar as curvas de nível dentro do intervalo das duas alturas pluviométricas 4 procedese dessa forma com todos os postos pluviométricos adjacentes 5 ligamse os pontos de mesma altura pluviométrica determinando cada isoieta 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 161 Método das Isoietas ത𝑃 σ 𝐴𝑖𝑖1 𝑃𝑖 𝑃𝑖1 2 𝐴 Onde Pm precipitação média na bacia mm Ai i1 área entre a isoieta i e a consecutiva i1 Pi i1 precipitações referentes às isoietas i e i1 48 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA 162 Método das Isoietas Exemplo 4 Determine a precipitação anual média na bacia hidrográfica representada na figura em que se indicam as isoietas em ano médio e as áreas por elas definidas P ത𝑃 σ 𝐴𝑖𝑖1 𝑃𝑖 𝑃𝑖1 2 𝐴 ത𝑃 𝑖 1 5 𝑃𝑖𝐴𝑖 𝑃𝑖 Precipitação média entre isoetas consecutivas A 35505545 10 195 km² ത𝑃 12501200 2 𝑥 35 195 12001150 2 𝑥 50 195 11501100 2 𝑥 55 195 11001050 2 𝑥 45 195 10501000 2 𝑥 10 195 ത𝑃 11391mm 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 163 Precipitação intensa é toda chuva cuja lâmina precipitada ou sua intensidade supere um valor mínimo que é função do tempo de duração da chuva Consequências pode promover escoamento superficial direto de grande magnitude além de erosão e transporte de sedimentos Tornase um elemento básico para dimensionamento de estruturas de drenagem barragens canais bacias de contenção etc 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 164 Para caracterizar a precipitação máxima em uma área são normalmente empregadas as chamadas Curvas IDF intensidadeduraçãofrequência A Chuva de duração 5 min B Chuva de duração 30 min C Chuva de duração 2 horas Fonte BOTELHO 2011 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 165 Normalmente os dados para uma análise de chuvas intensas são obtidos dos pluviogramas registros pluviográficos Desses gráficos podese estabelecer para diversas durações as máximas intensidades ocorridas durante uma dada chuva sem que necessariamente as durações maiores devam incluir as menores As durações usuais são de 5 10 15 30 e 45 minutos e 1 2 3 6 12 e 24 horas 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 166 Na construção da curva IDF é necessário ajustar uma distribuição estatística aos maiores valores anuais de precipitação para cada duração escolhida A metodologia segue a sequência a para cada duração são obtidas as precipitações máximas anuais com base nos dados do pluviógrafo b para cada duração mencionada é ajustada uma distribuição estatística c dividindo a precipitação pela sua duração obtémse a intensidade d as curvas resultantes são a relação IDF 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 167 GRAFICO IDF Otto Pfafstetter em seu livro Chuvas Intensas no Brasil determinou gráficos que relacionam a intensidade a duração e a frequência das precipitações ocorridas em vários postos pluviométricos pelo país 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 168 TABELA IDF 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 169 Fonte Tucci et al 1993 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 170 Onde i intensidade máxima média de chuva mmh T período de retorno anos t ou tc tempo de duração ou concentração da chuva min K a b e c são determinados para cada localidade Obtidas a partir de curvas IDF 𝑖 𝐾 𝑇𝑎 𝑡 𝑏𝑐 VitóriaES LinharesES PRUSKI et al 1999 São PauloSP WILKEN 1978 Rio de JaneiroRJ NOVAES 2000 𝑖 97347 𝑇𝑟019 𝑡 20 077 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS Obra Hidráulica Período de retorno anos Bueiros 2 a 10 Galeria de águas pluviais 5 a 20 Pequenas barragens de concreto para abastecimento de água 50 a 100 Canalização a céu aberto trapezoidal 50 Canalização a céu aberto retangular 100 Travessias pontes bueiros e estruturas afins 100 Barragem de concreto 500 Extravasor de uma barragem de terra 1000 Vertedor de grandes barragens 10000 Fonte Adaptado de Villela e Mattos 1975 Tucci 2002 e DAAE 1994 49 PRECIPITAÇÕES INTENSAS 172 Exemplo 5 Uma área de loteamento na periferia da cidade de Vitória com 200 ha tem as suas vertentes para um talvegue de 27 km de extensão e diferença de cotas entre o ponto mais alto e a seção de drenagem igual a 98 m Determinar a intensidade máxima para um tempo de recorrência de 25 anos Solução 𝒕𝒄 𝟓 𝟑 𝑳𝟐 𝑰 𝟏𝟑 𝒕𝒄 𝟓 𝟑 𝟐𝟕𝟐 𝟗𝟖𝟐𝟕𝟎𝟎 𝟏𝟑 31 min Para a cidade de Vitória temse i 4003611 T0203 tc 499970931 i 4003611 250203 31 499970931 130 mmh UNIDADE 5 5 EVAPOTRANSPIRAÇÃO 51 Definição 52 Grandezas Características 53 Fatores que Influem na Evaporação 54 Determinação da Evaporação 173 51 DEFINIÇÃO 174 Evaporação processo físico no qual se transfere água do estado líquido para a atmosfera no estado de vapor Água disponível na superfície do solo mares lagos rios e reservatórios de acumulação Transpiração processo de evaporação decorrente de ações fisiológicas dos vegetais Por meio de suas raízes os vegetais retiram do solo a água necessárias às suas atividades vitais respiração restituindo parte dela à atmosfera em forma de vapor que se forma na superfície das folhas Evapotranspiração conjunto de processos físicos e fisiológicos que provocam a transformação da água precipitada na superfície da Terra em vapor 51 DEFINIÇÃO 175 Características Gerais A mudança de fase líquida para a gasosa consome energia 590calg a 20C que é proveniente da radiação solar Cerca de 70 da quantidade de água precipitada sobre a superfície terrestre retorna à atmosfera pelos efeitos da evapotranspiração A caracterização da evapotranspiração é de fundamental importância na elaboração de projetos estudos ambientais em bacias hidrográficas determinação da capacidade de reservatórios projetos de irrigação e disponibilidade de água para abastecimento 51 DEFINIÇÃO 176 Mecanismo da evaporação A água recebendo incidência de calor radiação solar inicia um processo de aquecimento até que seja atingido seu ponto de ebulição Prosseguindo o fornecimento de calor este não irá mais atuar na elevação da temperatura da água atuará como calor latente de vaporização convertendo a água do estado líquido para o gasoso Calor Latente é a quantidade de energia absorvida ou perdida por uma substância quando ocorre sua mudança de estado sem variação da temperatura Este vapor dágua se liberta da massa líquida e passa a compor a atmosfera situandose nas camadas mais próximas da superfície Caso a evaporação possa se processar livremente sem restrições do suprimento de água esta evaporação é dita evaporação potencial 51 DEFINIÇÃO 177 Para ocorrer a evaporação são necessárias duas condições 1 A água líquida deve receber energia para prover o calor latente de evaporação esta energia calor pode ser recebida por radiação ou por convecção transferência de calor do ar para a água 2 O ar acima da superfície líquida não esteja saturado de vapor de água 51 DEFINIÇÃO 178 Evaporação Calor latente de vaporização da água λ λ 2501 0002361 𝑇𝑠 Onde λ MJkg calor latente de vaporização Ts C temperatura da superfície da água calor latente de evaporação λ quantidade de energia que uma molécula de água líquida precisa para romper a superfície e evaporar 51 DEFINIÇÃO 179 Evaporação Importância Cálculos de perdas de água em reservatórios Cálculos de necessidades de irrigação Cálculo do balanço hídrico Q P E Operação de reservatórios volume e área Vol ÁreaVolume Cota Demandas Q 51 DEFINIÇÃO Transpiração 51 DEFINIÇÃO 181 Evapotranspiração EVT EV T Potencial EVTP Real EVTR Máxima quantidade de água que pode evaporar de uma superfície com disponibilidade de água para a realização do processo Ex a evaporação da água da superfície de rios lagos e oceanos Ocorre a uma taxa inferior à taxa potencial devido a deficiência de água para o processo Ex a evaporação água do solo em uma bacia hidrográfica 52 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 182 As grandezas características da evapotranspiração são a Perdas por evaporação ou transpiração mm quantidade de água evaporada por unidade de área horizontal b Intensidade de evaporação ou de transpiração mmh ou mmdia velocidade com que se processa a perda por evaporação ou transpiração 53 FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO 183 Radiação solar a evaporação como todas as fases do ciclo hidrológico depende da energia disponível fornecida pelo sol Neste caso quanto maior esta energia maior será a evaporação A energia absorvida pela terra e pelos oceanos contribui para o aquecimento destas superfícies que emitem radiação de ondas longas Tal fato contribui para o aquecimento do ar que está em contato gerando o fluxo de calor sensível ar quente e o fluxo de calor latente evaporação 53 FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO 184 Temperatura a elevação da temperatura tem influência direta na intensidade de evaporação porque torna maior a quantidade de vapor de água que pode estar presente no mesmo volume de ar A cada 10oC P0 é praticamente duplicada Fonte Pinto 1976 53 FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO 185 Vento renova o ar em contato com a superfície que está evaporando água solo folha da planta Inexistindo o vento o processo de evaporação cessaria tão logo o ar atingisse a saturação uma vez que estaria esgotada sua capacidade de absorver vapor dágua Ou seja a ação do vento consiste em deslocar as parcelas de ar mais úmidas encontradas na camada limite superficial substituindoas por outras mais secas Com vento forte a turbulência é maior e a transferência para regiões mais altas da atmosfera é mais rápida e a umidade próxima à superfície é menor aumentando a taxa de evaporação 53 FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO 186 Salinidade da Água a presença de sais na água provoca uma diminuição do processo de evaporação Esta redução é da ordem de 2 a 3 da água doce para a água do mar Superfície do Solo o teor de umidade mais ou menos úmido e o tipo de solo argiloso ou arenoso interferem no processo de evaporação da água A profundidade do lençol freático é também é relevante neste processo Depende do tipo do solo e do grau de umidade presente neste Arenosos saturados evaporação pode ser superior à da superfície das águas Argilosos saturados pode haver redução de 75 da evaporação Solo alimentado pelo lençol freático capilaridade evaporação menor Vegetação diminui a evaporação aumenta a transpiração 53 FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO 187 Umidade Relativa do Ar o ar seco tem maior capacidade de absorver vapor dágua adicional que o ar úmido assim a medida que se aproxima da saturação a taxa de evaporação diminui tendendo a se anular UR 100 𝑝𝑎 𝑝0 Onde UR umidade relativa pa pressão do vapor de água no ar atmosférico p0 pressão de saturação do ar à temperatura ambiente Relação entre a quantidade de vapor de água presente na atmosfera e a mesma quantidade de vapor de água no mesmo volume de ar se tivesse saturado 53 FATORES QUE INFLUEM NA EVAPORAÇÃO 188 Transpiração o tipo pequeno médio e grande porte e o estágio de desenvolvimento de uma cultura proporcionam uma maior ou menor taxa de transpiração Retira água do solo transpiração das suas folhas Ligada a capacidade de evaporação da atmosfera f umidade relativa do ar da temperatura da velocidade do vento Luz calor umidade alta abrem os poros das folhas Solo f tipo do solo lençol freático umidade Influenciada pela profundidade de massa de água profundidade diferença entre a temperatura do ar e da água Ação dos ventos 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 189 Tanque classe A São recipientes achatados de formato circular com medidas padrão de onde se avalia mede a evaporação de uma localidade A evaporação é medida em milímetros mm O tanque deve ser instalado no local ou nas imediações em que se pretende determinar a taxa de evaporação terrenos áreas de agricultura etc ou ainda podem ser acopladas sobre estruturas flutuantes de modo a permitir que a medida seja feita sobre a própria superfície líquida reservatórios fator de conversão para superfícies livres de grandes dimensões 070 a 080 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 190 Tanque classe A 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 191 Tanque classe A manutenção da água entre as profundidades recomendadas evita erros de até 15 a água deve ser renovada turbidez evita erros de até 5 as paredes sofrem com a influência da radiação e da transferência de calor sensível superestimação da evaporação próximos a cultivos de elevada estatura subestimação da evaporação 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 192 Exemplo A evaporação de uma cidade é determinada por um tanque classe A sabendo se das leituras de dois dias consecutivos qual a evaporação média 1ºcaso 10042013 L1 101mm L2 90mm 2º caso 11042013 L1 90mm L2 95mm Lh 40mm 1º caso 2º caso Ev L1L2 Ev L1 L2 h Ev 10190 11mmdia Ev 90 95 40 35mmdia logo Ev médio 11 35 2 23mmdia 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 193 Evaporímetro de Piche Instrumento que mede a evaporação em mililitro ml ou em milímetros de água evaporada mm a partir de uma superfície porosa mantida permanentemente umedecida por água Possibilitam uma medida direta do poder evaporativo da atmosfera estando sujeitos aos efeitos de radiação temperatura vento e umidade Tipos atmômetros e tanques de evaporação São instalados sobre o solo ou sobre a própria massa de água 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 194 Evaporímetros 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 195 Exemplo A evaporação medida por um evaporímetro de piche será usada para avaliar o balanço hídrico de uma bacia hidrográfica Qual o valor da evaporação e do balanço hídrico para o período de um dia 600h 150mm 600h às 1200h Ev 150 142 8mm6h 1200h 142mm 1200h ás 1800h Ev 142 121 21mm6h 1800h 121mm 1800h ás 2400h Ev 121 117 4mm6h 2400h 117mm 2400h ás 600h Ev 117 108 9mm6h 600h 108mm h 30mmdia sendo assim Ev 8 21 4 9 42mmdia Sabemos que balaço hídrico Es h Ev Logo Es 30 42 12mmdia 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 196 Balanço Hídrico Este método baseiase na avaliação do balanço hídrico simplificado para uma determinada região sistema reservatório e barragem 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 197 Método Aerodinâmico Este método baseiase na difusão do vapor Em sua forma simplificada a evaporação é obtida como função da velocidade média do vento e da diferença de pressão de vapor entre os níveis em que ela se processa 𝐸𝑣 𝑎 𝑏 𝑣𝑚 𝑒𝑠 𝑒 Onde vm velocidade média do vento es e diferença entre as pressões de saturação de vapor à superfície e no ar A b constantes a serem obtidas para cada local 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 198 Método de Hargreaves A equação proposta por Hargreaves e Christiansen 1973 é de fácil manipulação e requer somente dados de temperatura umidade e latitude A equação já modificada para o Brasil é dada por 𝑬𝑻𝑷 𝟎 𝟏𝟓𝟖 𝑭 𝟏𝟎𝟎 𝑼𝟎𝟓 𝟑𝟐 𝟏 𝟖𝐓 𝑈 𝑈12 00 𝑈18 00 2𝑈24 00 4 𝑇 T12 00 2T24 00 Tmáx Tmín 5 ETP evapotranspiração de referência F fator mensal dependente da latitude mmmês Tabela em anexo U umidade relativa média mensal T temperatura média mensal C 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 199 Método de Hargreaves Tabela fator F 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 200 Exemplo Determinar a evapotranspiração de uma localidade no mês de abril pelo método de Hargreaves sendo dado Umidade média 1200h 40 1800h 30 2400h 51 Temperatura média 1200h 28ºC 2400h 16ºC Tmáx 32ºC Tmin 10ºC Latitude 24º30S 𝑈 0400302𝑥051 4 172 4 043 43 𝑇 282𝑥163210 5 102 5 204ºC Para latitude 24º F 1713 Fmédio 1713 16862 1699 25º F 1686 𝑬𝑻𝑷 𝟎 𝟏𝟓𝟖 𝑭 𝟏𝟎𝟎 𝑼𝟎𝟓 𝟑𝟐 𝟏 𝟖𝐓 𝐸𝑇𝑃 0158 𝑥 1699 100 4305 32 18𝑥204 1393 𝑚𝑚𝑚ê𝑠 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 201 Lisímetros ou Evapotranspirômetros percolação ou drenagem São tanques enterrados que possibilitam uma estimativa da evapotranspiração de uma determinada cultura grama levando em consideração as características do solo tipo estrutura granulometria e da cultura variedade desenvolvimento Onde ETP evapotranspiração média da cultura mmdia Va volume de água adicionado no lisímetro l Vp volume de água percolado pelo lisímetro l A área de drenagem escoamento vertical m2 P precipitação mm t intervalo de tempo dia 𝐸𝑇𝑃 𝑉𝑎 𝑉𝑝 𝐴 𝑃 𝑡 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 202 Lisímetro 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 203 Tanques Evaporímetros tanque Classe A 𝐸𝑇𝑃 𝐸𝑣 𝑥 𝐾𝑡 𝐸𝑇𝑃𝐶 𝐸𝑇𝑃 𝑥 𝐾𝑐 Onde ETP evapotranspiração de referência mmdia Ev evaporação média no tanque mmdia Kt coeficiente do tanque tabela ETPC evaotranspiração da cultura mmdia Kc coeficiente da cultura tabela 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 204 Os valores de Kc são tabelados para diferentes culturas nos seus vários estágios de desenvolvimento 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 205 Exemplo Um rio cuja vazão média é de 34 m³s foi represado por uma barragem para geração de energia elétrica A área superficial do lago criado é de 5000 hectares Medições de evaporação de um tanque classe A correspondem a 1500 mm por ano qual é a nova vazão média a jusante da barragem após a formação do lago Adote Kt 07 ETP E x Kt ETP 1500 x 07 1050 mmano ETP 1050 𝑥 50 3600 𝑥 24 𝑥 365 𝑥 1000 ETP 166 m³s Q 34 166 Q 3234 m³s Redução de 49 da vazão 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 206 Exemplo Um lisímetro é utilizado para determinar a evapotranspiração potencial de uma fazenda cuja cultura é o café Sendo dados Vadicional 100l Vpercolado 50l h não houve Alisímetro 2m² Tempo 24h Kc 07 𝐸𝑇𝑃 𝑐𝑎𝑓é 𝐸𝑇𝑃 𝑥 𝐾𝑐 𝐸𝑇𝑃 𝑐𝑎𝑓é 25 𝑥 07 175mmdia 𝐸𝑇𝑃 𝑉𝑎 𝑉𝑝 𝐴 𝑃 𝑡 𝐸𝑇𝑃 100 50 2 0 1 𝐸𝑇𝑃 25𝑚𝑚𝑑𝑖𝑎 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 207 Equação de BlaneyCriddle Foi desenvolvido originalmente para estimativas de uso consuntivo em regiões semiáridas 𝐸𝑇𝑃 0457 𝑇 813 𝑝 Onde ETP mmmês evapotranspiração mensal T C temperatura média anual p percentual de horas diurnas do mês sobre o total de horas diurnas do ano Correção para o tipo de cultura ETPcultura Kc x ETP 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 208 Equação de BlaneyCriddle 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 209 Exemplo Para uma latitude de 20º S calcule o valor da ETP pelo Método deBlaney Criddle para cada mês sabendo que a bacia é coberta por pasto Região litorânea 𝐸𝑇𝑃 0457 𝑇 813 𝑝 ETPcultura Kc x ETP Mês Temperatura ºC Kc pasto região litorânea P 20ºS ETP mmmês Janeiro 269 075 93 14245 Fevereiro 261 81 12185 Março 262 86 12967 Abril 256 79 11749 Maio 255 78 11573 Junho 249 74 10828 Julho 25 78 11440 Agosto 257 8 11925 Setembro 267 81 12352 Outubro 273 88 13600 Novembro 275 89 13816 Dezembro 271 93 14309 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 210 Exercício Em uma pequena cidade do interior do ES a evaporação é medida por um tanque classe A localizado em uma estação pluviométrica Um determinado terreno desta localidade possui 3ha de área com plantação de hortaliças O agricultor utiliza precisa fazer a irrigação da sua cultura Qual a quantidade de água a ser utilizada na irrigação Dados Tanque classe A solo nu UR 75 vento 80kmdia R10m kt 08 1200h1º dia até 1200h2º dia L1 63mm L2 58mm kc 07 Pluviômetro h 26mmdia Esse tipo de cultura necessita de 100mdia 54 DETERMINAÇÃO DA EVAPORAÇÃO 211 Resolução Exercício Ev L1 L2 h Ev 63 58 26 31mmdia ETP Ev x Kt ETP 31 x 08 248mmdia ETP Ev concluise que a biomassa retém umidade ETPC ETP x kc ETPC 248 x 07 1736mmdia ETPC ETP armazena água Esse tipo de cultura necessita de 100mdia Logo a quantidade de água a ser utilizada na irrigação 100 26 1736 1086 mmdia Obs qualquer cultura armazena mais água que a grama referência UNIDADE 6 6 INFILTRAÇÃO 61 Definição 62 Fatores Intervenientes 63 Grandezas Características 64 Determinação da Infiltração 212 61 DEFINIÇÃO 213 Infiltração fenômeno de penetração da água nas camadas de solo próximas à superfície do terreno movendose para baixo através dos vazios sob a ação da gravidade até atingir uma camada suporte que a retém formando a água do solo 61 DEFINIÇÃO 214 Processo pelo qual a água atravessa a superfície do solo penetrando nas suas camadas superficiais pela ação da força de gravidade até atingir uma camada impermeável formando um lençol subterrâneo As propriedades do solo estão associadas ao funcionamento hidrológico do mesmo Causas da destruição da estrutura do solo Excesso de umidade Destruição da microfauna do solo Impacto de pisoteio excessivo Compactação mecânica 61 DEFINIÇÃO 215 Distribuição Vertical da Água A parte superior da crosta terrestre solo é normalmente porosa e constituída de minerais matéria orgânica ar e água A quantidade de água presente no solo define se o mesmo está saturado ou não ou seja quando todos os espaços vazios do solo porosidade estiverem preenchidos pela água ao invés de ar dizemos que o solo está completamente cheio dágua Zona de aeração é a camada superior do solo onde os poros estão parcialmente cheios de água Zona de saturação camada imediatamente abaixo onde todos os interstícios estão preenchidos por água 61 DEFINIÇÃO 216 Distribuição Vertical da Água Zona de Aeração Faixa de água no solo de grande importância porque fornece água às plantas A água é mantida pela atração molecular e pela capilaridade vencendo a gravidade As moléculas de água estão sujeitas a um retorno à ATM por evapotranspiração fase de intercâmbio Faixa intermediária está faixa também retém a água por atração molecular e capilaridade entretanto é um armazenamento morto visto que não pode ser aproveitada para qualquer uso Faixa de Capilaridade retém a água acima da zona de saturação opondose a ação da gravidade Obs a fase de descida da água ocorre quando a força da gravidade supera as forças moleculares e a capilaridade 61 DEFINIÇÃO 217 Distribuição Vertical da Água Zona de Saturação Faixa de água que propriamente constitui a água subterrânea cujo movimento se deve a ação da gravidade obedecendo as leis do escoamento subterrâneo A água subterrânea pode ser classificada em função das pressões exercidas em lençol freático e lençol artesiano 61 DEFINIÇÃO 218 Fases da infiltração a Intercâmbio ocorre na camada superficial de terreno onde as partículas de água estão sujeitas a retornar à atmosfera por aspiração capilar provocada pela ação da evaporação ou absorvida pelas raízes das plantas b Descida dáse o deslocamento vertical da água quando o peso próprio supera a adesão e a capilaridade c Circulação devido ao acúmulo da água o solo fica saturado formandose os lençóis subterrâneos A água escoa devido à declividade das camadas impermeáveis 62 FATORES INTERVENIENTES 219 Tipo de solo Características do relevo Retenção superficial e espessura da camada saturada Grau de umidade do solo Ação da precipitação sobre o solo Compactação animal Macroestrutura do terreno Cobertura vegetal Temperatura Presença do ar Variação da capacidade de infiltração Determinação da capacidade de infiltração 62 FATORES INTERVENIENTES 220 Tipo de solo A capacidade de infiltração varia diretamente com a porosidade o tamanho das partículas do solo e o estado da fissuração das rochas 62 FATORES INTERVENIENTES 221 Características do relevo Quanto maior for a inclinação do terreno maior será a velocidade de escoamento superficial e menor será a quantidade de água infiltrada Grau de umidade do solo Quando o solo já apresenta uma certa umidade menor capacidade de infiltração Ação da precipitação sobre o solo intensidade A chuva chocase com o solo e promovem a compactação da superfície diminuindo a capacidade de infiltração 62 FATORES INTERVENIENTES 222 Cobertura vegetal Vegetação aumenta a infiltração de um solo devido a abertura de caminhos preferenciais provocados pelo sistema radicular raízes das plantas Reduz a velocidade de escoamento superficial previne a compactação do solo e promove o estabelecimento de uma camada de matéria orgânica Urbanizadas diminui a infiltração devido a impermeabilização parcial ou total do solo cobertura vegetal ação compactação da água da chuva matéria orgânica em decomposição atividade escavadora de insetos e animais infiltração escoamento superficial Temperatura Influencia na viscosidade da água Quanto maior a temperatura maior a capacidade de infiltração Presença do ar O ar retido no solo pode retardar o processo de infiltração 63 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 223 Distribuição granulométrica Porosidade do solo Coeficiente de permeabilidade Suprimento específico Retenção específica Velocidade de filtração Capacidade de infiltração 63 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 224 Distribuição granulométrica distribuição das partículas constituintes de um solo em função das duas dimensões curva granulométrica em função do tamanho dos grãos Porosidade do solo relação entre volume de vazios de um solo e o seu volume total Coeficiente de permeabilidade ms velocidade de filtração de água em um solo saturado com a perda de carga unitária varia com a temperatura Influencia na viscosidade da água Suprimento específico de volume de solo quantidade máxima de água que pode ser obtida de um solo por drenagem natural sob a ação exclusiva da gravidade expresso em porcentagem de volume de solo Retenção específica quantidade de água que fica no solo por ação de adesão e capilaridade após a drenagem natural Suprimento Retenção Porosidade do solo 63 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 225 Velocidade de Infiltração VI É a lâmina de água que a água atravessa o solo por unidade de tempo A velocidade de infiltração não é um bom parâmetro da infiltração pois depende somente da permeabilidade do solo e do gradiente hidráulico velocidade média do escoamento da água através de um solo saturado determinada pela relação entre a quantidade de água que atravessa a unidade de área do material do solo e o tempo Expressa em ms A velocidade é determinada pela Lei de Darcy Onde v velocidade de infiltração K condutividade hidráulica do leito poroso h carga piezométrica ou altura piezométrica altura da água de um aquífero confinado medida num piezômetro L percurso realizado no leito poroso 𝑉 𝐾 ℎ 𝐿 63 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 226 Capacidade de Infiltração CI É a taxa máxima que um solo é capaz de absorver água sob uma dada condição Geralmente expressa em mmh Velocidade de Infiltração VI e Infiltração Acumulada IA com o tempo para as seguintes condições solo inicialmente seco SIS solo inicialmente molhado SIM Velocidade de Infiltração com o Tempo sob Precipitação Constante Quando a Intensidade de precipitação for menor que a capacidade de infiltração I CI toda água infiltra no solo Quando CI I parte da água precipitada infiltra e outra gera o runoff Quando VI CI a VI irá decrescer até atingir a velocidade de infiltração básica VIB do solo condutividade hidráulica do solo saturado k 63 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 227 Capacidade de Infiltração com o Tempo sob Precipitação Constante No tempo A iniciase uma precipitação I e com o passar do tempo a capacidade de infiltração CI diminui Neste caso toda água precipitada infiltrase no solo O intervalo de tempo AB chamase tempo de encharcamento No tempo B a CI igualase a I A partir deste momento parte da água precipitada infiltra e a outra produz runoff No tempo C termina a precipitação e a capacidade de infiltração volta a recuperarse 63 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 228 Infiltrômetro de Anel Os infiltrômetros são aparelhos para a determinação direta no campo da capacidade de infiltração de um solo Geralmente são formados por dois cilindros concêntricos sendo o externo responsável pela atenuação da dispersão lateral da água no tubo interno 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 229 diâmetro interno 300mm diâmetro externo 600mm altura 300mm borda livre pouco superior à 50mm o tubo externo reduz o efeito da dispersão lateral da água infiltrada no tubo interno Assim a água do cilindro interno infiltra na perfil do solo em uma direção predominantemente vertical evitando uma superestimativa da VI 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 230 Infiltrômetro de Anel Os anéis devem ser instalados no solo com o auxilio de uma marreta Colocase água ao mesmo tempo nos dois anéis E com uma régua graduada acompanhase a infiltração vertical no cilindro interno para vários intervalos de tempo Infiltrômetro de Anel Características do Ensaio tabela o tempo de duração do ensaio depende do tipo e do teor de umidade inicial do solo devese manter uma lâmina de 30 a 50mm no cilindro interno sendo a altura da lâmina dágua medida com uma régua colocada verticalmente dentro do anel interno no anel externo a lâmina deve ser mantida apenas para assegurar que o processo de infiltração não sofra interrupção e consequentemente ocorra dispersão lateral da água que infiltrase a partir do anel interno o ensaio deve ser realizado até que a velocidade de infiltração observada no anel interno torne se aproximadamente constante com o tempo 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 231 A capacidade de infiltração é dada por 𝑉 ℎ 𝑎 ℎ 𝑉 𝑎 CI 60ℎ 𝑡 Onde v cm³ volume infiltrado h cm altura de água infiltrada a cm² área do cilindro interno CI mmh capacidade de infiltração instantânea 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 232 Simuladores de Chuva Os simuladores de chuva são equipamentos nos quais a água é aplicada por aspersão com uma intensidade de aplicação superior à capacidade de infiltração do solo exceto para um curto intervalo de tempo logo após o início da precipitação 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 233 Características dos Simuladores a área de aplicação de água é delimitada por placas metálicas possui um sistema de recolhimento do escoamento superficial a velocidade de infiltração é obtida pela diferença entre a intensidade de precipitação e a taxa de escoamento superficial resultante caso importante podese considerar nos cálculos a evaporação ocorrida durante os testes Infiltração de água em solos Inicialmente não saturados Preenchimento dos poros garante alta taxa de infiltração A medida que o solo vai sendo umedecido a taxa de infiltração diminui Equações empíricas 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 234 Método de Horton 𝑓 𝑓𝑐 𝑓0 𝑓𝑐 𝑒𝑘𝑡 Onde f mmh é a capacidade de infiltração depois do tempo t fo mmh é a capacidade de infiltração inicial quando o solo está seco fc mmh é a capacidade de infiltração em condição de saturação k h é uma constante empírica para cada curva t tempo transcorrido desde o início da chuva 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 235 Método de Horton 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 236 fo 50 mmhora fc 4 mmhora Método de Horton 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 237 Balanço Hídrico no Solo 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 238 ET G Q P V V variação de volume de água armazenada no solo P precipitação Q escoamento superficial G percolação ET evapotranspiração Fluxo de Água em Meios Porosos Saturados 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 239 Q fluxo de água m3s A área m2 H carga m L distância m K condutividade hidráulica ms L H K A Q Exercício Uma camada de solo argiloso cuja capacidade de infiltração na condição de saturação é de 4 mmhora está saturado e recebendo chuva com intensidade de 27 mmhora Qual é o escoamento litros por segundo que está sendo gerado em uma área de 10m² deste solo considerando que está saturado Esta questão está relacionada com fluxo de água Note que o solo já está saturado então ele absorve apenas uma parcela de 4 mmh da chuva valor que devemos descontar do total Logo 27mmh 4mmh 23mmh condutividade hidráulica Para resolver o problema devemos utilizar a seguinte equação Q KA Onde Q fluxo de água superficial m³s K condutividade hidráulica ms A área da superfície m² 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 240 Primeiramente vamos ajustar as unidades para substituir na equação Para transformar mmh em ms devemos dividir o valor por 1000 e por 3600 Assim 23 𝑚𝑚ℎ 1000 0023 3600 00000065 𝑚𝑠 Agora basta substituir os dados na equação para determinar o fluxo de água em m³s Depois ainda devemos multiplicar o resultado por 1000 para transformar a unidade de m³ para litros Portanto 𝑄 𝐾 𝐴 𝑄 00000065 𝑚𝑠 𝑥 10𝑚² 𝑄 00000065 𝑚𝑠 𝑥 10𝑚² 𝑄 0000065 𝑚3𝑠 𝑄 0000065 𝑥 1000 0065 𝑙𝑠 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 241 Exercício Uma medição de infiltração utilizando o método dos anéis concêntricos apresentou o seguinte resultado Utilize estes dados para estimar os parâmetros fc fo e k da equação de Horton 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 242 Tempo min Total Infiltrado mm 0 00 1 415 2 604 3 704 4 760 5 826 6 908 7 971 8 1040 9 1117 10 1151 15 1381 20 1633 24 1808 𝑓 𝑓𝑐 𝑓0 𝑓𝑐 𝑒𝑘𝑡 f mmh é a capacidade de infiltração depois do tempo t fo mmh é a capacidade de infiltração inicial quando o solo está seco fc mmh é a capacidade de infiltração em condição de saturação k h é uma constante empírica para cada curva t tempo transcorrido desde o início da chuva Sendo fo mmh a capacidade de infiltração inicial quando o solo está seco Pela tabela fo 0 mm Sendo fc mmh a capacidade de infiltração em condição de saturação Pela tabela fc 1808 mm Para t 1 𝑓 𝑓𝑐 𝑓0 𝑓𝑐 𝑒𝑘𝑡 415 1808 0 1808 𝑒𝑘1 415 1808 1808 𝑒𝑘 1808 𝑒𝑘 1393 𝑒𝑘 077 𝑘 log 𝑒 log 077 𝑘 0261 𝑘 0261 64 DETERMINAÇÃO DA INFILTRAÇÃO 243 Tempo min Total Infiltrado mm 0 00 1 415 2 604 3 704 4 760 5 826 6 908 7 971 8 1040 9 1117 10 1151 15 1381 20 1633 24 1808 UNIDADE 7 7 ESCOAMENTO 71 Definição 72 Fatores Intervenientes 73 Grandezas que Características 74 Estimativa do Escoamento Superficial 75 Medição de Vazões em Rios 244 71 DEFINIÇÃO 245 Escoamento superficial é o fenômeno caracterizado pelo deslocamento da água sobre a superfície do terreno originado fundamentalmente pelas precipitações Processo Físico de Escoamento O escoamento superficial tem origem fundamentalmente nas precipitações Ao chegar ao solo parte da água se infiltra parte é retirada pelas depressões do terreno e parte escoa pela superfície Inicialmente a água se infiltra CI I tão logo a intensidade de precipitação exceda a capacidade de infiltração do solo I CI á água é coletada pelas depressões Quando o nível à montante se eleva e superpõe ou destrói o obstáculo o fluxo se inicia seguindo as linhas de maior declive formando os corpos dágua superficiais O escoamento superficial abrange desde o excesso de precipitação que ocorre logo após uma chuva intensa e se desloca livremente pela superfície do terreno até o escoamento de um rio que pode ser alimentado tanto pelo excesso de precipitação como pelas águas subterrâneas Precipitação infiltração escoamento superficial Escoamento no início formase uma película laminar aumento de espessura atinge o estado de equilíbrio trajetória de escoamento são determinadas pelo declive do terreno e seus obstáculos chamado movimento das águas livres Q P I Q m³h P mmh I mmh Camada saturada Precipitação infiltração escoamento superficial e escoamento subterrâneo Águas atingem os pontos mais baixos do terreno formam a microrrede de drenagem ação da erosão aumenta sob caminhos preferenciais formam se torrentes proporcionais a precipitação formamse os cursos de água águas sujeitas Escoamento subsuperficial Camada saturada Depois da chuva Escoamento subsuperficial e escoamento subterrâneo Camada saturada Estiagem escoamento subterrâneo Camada saturada Estiagem apenas escoamento subterrâneo Camada saturada Estiagem apenas escoamento subterrâneo Camada saturada Estiagem muito longa rio seco e intermitentes 71 DEFINIÇÃO 254 Os cursos dágua podem ser Perenes têm água o tempo todo a cota do lençol de água é sempre superior a cota do talvegue Intermitentes em determinadas épocas a cota do lençol de água fica abaixo da cota do talvegue Efêmeros só têm água quando chove dependem do escoamento superficial da bacia O escoamento superficial pode ser Concentrado o escoamento da massa líquida ocorre sobre uma área da superfície do solo sendo possível identificar um sentido preferencial do movimento e claramente um caminho preferencial para o deslocamento o escoamento ocorre em pequenos canais que vão aumentando de largura e profundidade na medida que seguem sua trajetória Difuso o escoamento da massa líquida ocorre sobre uma área da superfície do solo sendo possível identificar um sentido preferencial do movimento mas não um caminho preferencial para o deslocamento o escoamento dáse em uma camada de pequena espessura aproximadamente uniforme 71 DEFINIÇÃO 255 As água provenientes da precipitação atingem o leito do curso de água por quatro vias diversas 1 Precipitação direta sobre a superfície livre 2 Escoamento superficial proporcional precipitação 3 Escoamento subsuperficial ocorre nas camadas superiores difícil de ser separado do escoamento superficial 4 Escoamento subterrâneo sua contribuição varia lentamente com o tempo e é responsável pela alimentação do curso de água durante a estiagem Agroclimáticos Quantidade intensidade e duração da precipitação o ES tende a aumentar com o aumento da magnitude da intensidade e duração da precipitação a qual constitui a principal forma de entrada de água para ocorrência do ciclo hidrológico Cobertura e condições de uso do solo além de seus efeitos sobre as condições de infiltração da água no solo exercem importante influência na interceptação da água advinda da precipitação Evapotranspiração representa importante fator para a retirada de água do solo Portanto quanto maior for a evapotranspiração menor deverá ser a umidade do solo quando da ocorrência de precipitação e consequentemente maior deverá ser a velocidade de infiltração proporcionando um maior ES 72 FATORES INTERVENIENTES 256 Fisiográficos Área forma e declividade da bacia quanto maior a área e a declividade da bacia tanto maior deverá ser a vazão máxima de ES que deverá ocorrer na seção de deságue da referida bacia Quanto mais a forma da bacia aproximarse do formato circular tanto mais rápida deverá ser a concentração do ES e consequentemente maior deverá ser a vazão máxima deste Tipo de solo interfere diretamente na velocidade de infiltração da água no solo e na capacidade de retenção de água sobre sua superfície Rede de drenagem a existência de rede de drenagem com grande grau de ramificação e altos valores de densidade de drenagem permite a rápida concentração do ES favorecendo conseqüentemente a ocorrência de elevadas vazões sobre a superfície do solo corpos de água Obras hidráulicas enquanto as obras de drenagem promovem o aumento da velocidade de ES as obras de contenção reduzem a vazão máxima de uma bacia 72 FATORES INTERVENIENTES 257 72 FATORES INTERVENIENTES 72 FATORES INTERVENIENTES Causas Impermeabilização Redes de drenagem Lixo Redes de esgoto deficientes Desmatamento e desenvolvimento indisciplinado Ocupação das várzeas Efeitos Maiores picos e vazões Maiores picos a jusante Degradação da qualidade da água Entupimento de bueiros e galerias Degradação da qualidade da água Moléstias de veiculação hídrica Inundações consequências mais sérias Maiores picos e volumes Mais erosão Assoreamento em canais e galerias Maiores prejuízos Maiores picos Maiores custos de utilidades públicas Vazão Q deflúvio descarga runoff É definida como o volume de água que atravessa a seção transversal considerada por unidade de tempo m³s ou ls A vazão máxima de ES representa importante parâmetro para os projetos de sistemas de drenagem de obras para controle de erosão e cheias Para adequado planejamento e manejo integrado de bacia hidrográficas tornase fundamental o conhecimento sobre as vazões máximas média e mínima para as frequências de interesse tempo de concentração e período de retorno 73 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 260 Vazão Q deflúvio descarga runoff módulo de deflúvio anual quantidade total de água escoada em um ano vazão de inundação são aquelas que ultrapassam a capacidade normal da seção de escoamento vazão ecológica vazão requerida para a conservação ou manutenção do habitat utilizado pela ictiofauna vazão sanitária vazão requerida para a manutenção da qualidade da água dos corpos dágua 73 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 261 Coeficiente de Escoamento Superficial C Representa a relação entre o volume que realmente escoa sobre a superfície do terreno Vesc e o volume total precipitado Vprec O coeficiente de ES depende principalmente das características fisiográficas da bacia tipo de solo e uso e ocupação do espaço Se as condições acima mencionadas permanecerem constantes ao longo do tempo permanentes podemos dizer que C é a identidade da bacia ou do espaço territorial em análise no que diz respeito ao ES 73 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 262 Valores de C adotados pela prefeitura de São Paulo 73 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 263 Valores de C adotados pelo Colorado highway Departmant 73 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 264 Valores de C recomendados pelo Soil Conservation Service USDA 73 GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS 265 Método Racional Permite a determinação da vazão máxima de escoamento superficial para pequenas bacia hidrográficas ou uma superfície qualquer com área de drenagem inferior a 500ha Observações originalmente este método foi desenvolvido para estimar vazões máximas de ES em pequenas bacias urbanas a intensidade de precipitação deve ser calculada para uma duração igual ao tempo de concentração da área de drenagem em análise considera que a precipitação que gera o ES possui intensidade constante e afeta a área de drenagem como um todo e ao mesmo tempo 74 ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL 266 Método Volumétrico Consiste da coleta in loco de um volume fixo de água na unidade de tempo Este método é utilizado principalmente para avaliação de caudais pequenos mananciais cujos valores são pequenos 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 267 Vertedores São estruturas construídas transversalmente ao canal do rio por meio do qual é feita a determinação da vazão Os vertedores mais utilizados são os de parede delgada de forma retangular sem contração e forma triangular Existem vários modelos matemáticos para expressar a vazão de um rio por meio de vertedores delgados retangulares e sem contrações sendo a Fórmula de Francis uma das mais utilizadas 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 268 Diluição de um Traçador Neste método a determinação da vazão é efetuada por meio da mensuração do grau de diluição de quantidades conhecidas de um traçador que foram artificialmente lançadas no escoamento Essa equação pressupõe injeção contínua com vazão constante Podese efetuar uma injeção instantânea Os produtos utilizados traçadores devem respeitar algumas condições i não deve reagir quimicamente com a água ou com substâncias contidas na água ii a análise deve ser facilmente realizada e com precisão razoável iii não pode ser tóxico nem corrosivo e facilmente solúvel 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 269 Medição de Descarga Líquida Molinete Fluviométrico Os molinetes são aparelhos constituídos de palhetas ou conchas móveis as quais impulsionadas pela água dão um número de rotações proporcional a velocidade da corrente As informações para a obtenção das vazões de um rio são obtidas em uma estação fluviométrica 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 270 Medição de Descarga Líquida Molinete Fluviométrico Processo Geométrico 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 271 Medição de Descarga Líquida Molinete Fluviométrico Velocidade 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 272 Medição de Descarga Líquida Molinete Fluviométrico Cálculo da Vazão 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 273 Medição de Níveis Dágua Régua Linimétrica a leitura na régua é feita diariamente normalmente às 700 e 1700h por um observador nas grandes cheias realizar o maior número de leituras possíveis indicando o horário em que foram efetuadas com as informações obtemse a curva chave da estação fluviométrica curva chave é a relação entre o nível da lâmina dágua e a vazão do rio as réguas linimétricas são instaladas por meio de um nivelamento geométrico topográfico 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 274 Estação Fluviométrica definição grandezas medidas As informações necessárias para a obtenção das vazões de um curso dágua são obtidas em uma estação fluviométrica cuja escolha do local deve ser feita com a preocupação de se obter a melhor qualidade possível para os dados considerando as propriedades geométricas e hidráulicas do trecho de rio Nível Dágua anotados de maneira periódica a partir de leituras em uma régua linimétrica por um observador ou de maneira contínua em registradores linigráficos Descargas Líquidas medidas periodicamente in loco por hidrometristas eou calculadas por meio da curva chave quando necessário Geometria da Seção de Réguas e das Seções de Descarga quando ocorrer mudança na seção do canal ou para simples conferência Sedimentos dissolvidos em suspensão e de fundo Parâmetros de Qualidade de Água parâmetros físicos turbidez químicos oxigênio dissolvido e biológicos demanda biológica de oxigênio DBO 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 275 Estação Fluviométrica Critérios para Escolha do Local Relativos a Facilidade e operação do Posto acessibilidade vigilância e proximidade de um observador Relativos as propriedades naturais do local adaptabilidade às medições o local deve permitir a medida de toda a gama de vazões possíveis desde as descargas pequenas às elevadas estabilidade a relação cotadescarga deve ser a mais estável possível e sensibilidade a estação é tanto mais sensível quanto maior for a variação da cota lida na régua correspondente a um pequeno aumento na descarga que passa na seção de réguas A sensibilidade é maior em seções estreitas e profundas e com regime de escoamento lento 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 276 Estação Fluviométrica Requisitos para Escolha do Local Trecho reto margens bem definidas altas e estáveis e de fácil acesso durante as cheias Leito regular e estável preferencialmente rochoso que não sofre alterações Preferencialmente localizadas próximas e a montante de controles hidráulicos Presença de observador em potencial Facilidade de efetuar medições de vazão no local Afastado de confluências e não sujeito a efeito de remanso e muita turbulência As características hidráulicas do rio devem ser uniformes e se possível ausência de cobertura principalmente a submersa 75 MEDIÇÃO DE VAZÕES EM RIOS 277