Notas de Aula sobre Hidrologia e Drenagem

Notas de Aula Hidrologia e Drenagem 52 6 MANIPULAÇÃO DE DADOS DE VAZÃO Os projetos de obras hidráulicas exigem a manipulação e apresentação gráfica dos dados de vazão relativos a períodos em geral longos com a finalidade de proporcionar uma melhor visualização do regime do rio ou de destacar algumas de suas características ou ainda de estudar os efeitos de regulação proporcionados por reservatórios Desta forma os valores das vazões médias diárias ou mensais podem ser apresentados sob a forma de fluviogramas curvas de permanência e diagramas de massa 61 Regime dos Cursos de Água A determinação do Regime de um Curso dÁgua é feita através da análise do Fluviograma do rio gráfico que representa as vazões ao logo de um período de observação na sequência cronológica de ocorrência Este gráfico é constituído de uma linha contínua indicando a variação do valor instantâneo da vazão no tempo Retratando o regime do rio permite visualizar com facilidade a extensão e distribuição dos períodos extremos de vazão estiagem e enchentes em ordem cronológica ao longo do período de observação Da análise do fluviograma de um rio podese determinar as seguintes vazões características a Vazões Médias as vazões médias apresentam valores variáveis mostrando de um lado tendências de acordo com as estações como por exemplo valores maiores no verão e menores no inverno hemisfério Sul e de outro lado uma aleatoriedade na ocorrência de variações que dependem de um grande número de variáveis As principais vazões médias são média diária média mensal média anual e média de longo termo MLT para períodos maiores que um ano b Vazões Máximas são os máximos valores anuais obtidos para cada ano hidrológico sendo importantes nos estudos de enchentes Variáveis comumente estudadas máximo anual de vazão média diária pico instantâneo para postos equipados com linígrafos volumes máximos anuais para diversas durações 2 dias 3 dias 5 dias 30 dias Notas de Aula Hidrologia e Drenagem 53 c Vazões Mínimas são os mínimos valores anuais obtidos para cada ano hidrológico sendo importantes nos estudos de estiagens Variáveis comumente estudadas mínimo anual com 7 dias de duração Q7 mínimo mensal Um grande número de fatores é responsável pela variação da vazão em um curso dágua São eles a Fator Geológico a permeabilidade dos terrenos da bacia hidrográfica influencia o regime do curso dágua favorecendo ou não a infiltração Sabe se que quando há uma grande infiltração inicial acumulação de água no subsolo e posterior contribuição ao escoamento superficial o pico desse escoamento é amenizado achatado e bastante atrasado em relação ao início da chuva b Fator Pluviométrico em última análise toda água de escoamento superficial provém de chuvas desta forma a intensidade e a duração das precipitações influenciam o regime dos cursos dágua c Umidade do Solo influencia a infiltração e depende das precipitações anteriores d Temperatura influencia a evaporação o escoamento subterrâneo e até o escoamento superficial principalmente no início onde a água escoa em finas camadas sobre grandes áreas e Topografia influencia a infiltração e a velocidade do escoamento superficial f Vegetação influencia a infiltração e a retenção de água na superfície do solo g Forma da Bacia e Direção da Chuva influencia o pico das enchentes dependendo do caminhamento da precipitação em relação ao rio principal Notas de Aula Hidrologia e Drenagem 54 62 Curva de Permanência A sucessão de valores de vazões médias de certo intervalo de tempo dia mês constitui uma série de dados que pode ser organizada segundo uma distribuição de frequências Para isso basta definir os intervalos de classe em função da ordem de grandeza das descargas e contar e registrar o número de dados que se situam em cada intervalo A frequência com que ocorrem determinadas vazões é um fator importante para se estabelecer o regime de um curso dágua Por exemplo quando se deseja saber a potencialidade de utilização de um curso dágua é necessário conhecer com que frequência ocorrem vazões iguais ou superiores a um determinado valor O diagrama de frequência é um histograma de vazões Acumulandose as frequências das classes sucessivas e lançandoas em um gráfico em correspondência aos limites inferiores dos respectivos intervalos de classe obtémse a Curva de Permanência das vazões que nada mais é que a curva acumulativa de frequência da série temporal contínua dos valores de vazão Esta curva é a representação gráfica da função Qt sendo a duração normalmente expressa em porcentagem Como cada dado de vazão corresponde a um intervalo de tempo dia mês há uma correspondência entre aquela porcentagem e o período total dos dados A curva de permanência então pode ser considerada como um hidrograma em que as vazões são arranjadas em ordem de magnitude Permite assim visualizar de imediato o potencial natural do rio destacando a vazão mínima e o gral de permanência de qualquer valor de vazão Em estudos energéticos costumase definir como energia primária da usina a correspondente a uma potência disponível entre 90 a 100 do tempo Notas de Aula Hidrologia e Drenagem 55 63 Regularização de Vazões Toda vez que o aproveitamento dos recursos hídricos de um rio prevê a retirada de uma vazão maior que a mínima se faz necessário a reservação dos excessos sobre a vazão derivada para atender aos períodos cujas vazões naturais são menores que aquelas derivadas Chamase Lei de Regularização a função MLT t Q Q Q t y t r r onde yt é a lei de regularização Qrt é a vazão regularizada em função do tempo m3s Q é a vazão média no período considerado m3s e MLT é vazão média de longo termo m3s Dada a sequência no tempo das vazões naturais Qt e conhecida à lei de regularização yt é possível determinar a capacidade do reservatório para atender essa lei Curva de Permanência de Vazões 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Porcentagem do tempo Vazão m³s Notas de Aula Hidrologia e Drenagem 56 A capacidade mínima de um reservatório para atender a certa lei de regularização é dada pela diferença entre o volume acumulado que seria necessário para atender aquela lei no período mais crítico Vn e o volume acumulado que aflui ao reservatório no mesmo período Va a n r V V C Considerando vários períodos de estiagem o mais crítico é aquele que resulta na maior capacidade do reservatório Assim podese calcular a capacidade do reservatório para vários períodos de estiagem e adotar a maior capacidade encontrada O diagrama de massa ou o diagrama de Rippl em referência ao engenheiro austríaco que primeiro teria utilizado em 1882 é definido como a integral da hidrógrafa ou seja é um diagrama de volumes acumulados que afluem ao reservatório Sua principal aplicação encontrase nos estudos de regularização de vazões devido sua facilidade na determinação do volume útil VU de reservatórios de acumulação para uma determinada vazão regularizada Qreg Neste diagrama a inclinação de qualquer reta representa uma vazão e ligando se os pontos inicial e final da curva obtémse a MLT para o período estudado Definindose a vazão regularizada Qreg traçamse retas paralelas a esta e tangentes à curva Medindose segundo as ordenadas o afastamento entre essas retas paralelas obtémse o volume útil para cada período de estiagem VUi analisado Então o volume útil do reservatório necessário para se garantir a vazão regularizada Qreg em todos os períodos de estiagem será dado por VU maior VUi Diagrama de Rippl Notas de Aula Hidrologia e Drenagem 57 64 Controle de Estiagem Até o momento os reservatórios foram dimensionados para o período mais crítico de estiagem verificado no histórico de dados Depois do período de chuvas as vazões dos rios são devidas às contribuições subterrâneas e por isso apresentam valores decrescentes com o tempo devido ao esgotamento das águas acumuladas nas rochas subjacentes Suponhase por exemplo uma hidrógrafa com um período de estiagem como o mostrado na figura a seguir A contribuição das águas subterrâneas começa no ponto 0 e vai decrescendo até o ponto 1 quando inicia novo período de chuvas A vazão Qn do rio pode ser calculada através da equação da Curva de Depleção caso o período de seca se estenda até o tempo tn tn t0 a 0 n e Q Q onde 0 1 1 0 t t Q log Q 32 a onde Q0t0 e Q1t1 são os pares dos valores iniciais e finais respectivamente da vazão e do tempo no período de estiagem A maior dificuldade na aplicação dessa metodologia está na fixação do início do período de estiagem Normalmente adotase o ponto de máxima curvatura no ramo descendente da hidrógrafa