Hidrologia Aplicada-nelson Pinto

NELSON L.de SOUSA PINTO ANTONIO CARLOS TATIT HOLTZ JOSÉ AUGUSTO MARTINS FRANCISCO LUIZ SIBUT GOMIDE HIDROLOGIA BÁSICA CONTEÚDO Prefácio ............................................................. XI Prefácio da 1.ª Edição ................................................ XIII Capítulo 1 INTRODUÇÃO ................................................. 1 O ciclo hidrológico ................................................. 2 Dados hidrológicos básicos — métodos de estudo ...................... 3 Bibliografia complementar .......................................... 6 Capítulo 2 PRECIPITAÇÃO ............................................ 7 Generalidades ...................................................... 7 Formação das precipitações e tipos .................................. 7 Medida das precipitações ........................................... 8 Variações .......................................................... 9 Processamento de dados pluviométricos ............................. 13 Detecção de erros grosseiros ................................... 13 Preenchimento de falhas ........................................ 14 Verificação da homogeneidade dos dados .......................... 15 Frequência de totais precipitados .................................. 16 Frequência de totais anuais ..................................... 17 Frequência de precipitações mensais e trimestrais ................ 21 Frequência de precipitações intensas ............................ 23 Frequência de dias sem precipitação .............................. 27 Precipitação média em uma bacia .................................... 28 Método de Thiessen ............................................. 28 Método das isoietas ........................................... 28 Relação entre a precipitação média e a área ....................... 29 Cuidados na aplicação dos dados de chuva ........................... 33 Bibliografia complementar ......................................... 34 Capítulo 3 ESCOAMENTO SUPERFICIAL ................................. 36 Generalidades ..................................................... 36 Ocorrência ....................................................... 36 Componentes do escoamento dos cursos de água ...................... 37 Grandezas características ........................................ 38 Bacia hidrográfica ............................................. 38 Vazão ......................................................... 38 Frequência .................................................... 38 Coeficiente de deflúvio ....................................... 38 Tempo de concentração .......................................... 39 Nível de água ................................................. 39 Fatores intervenientes ........................................... 39 Fatores que presidem a quantidade de água precipitada .......... 39 Fatores que presidem o afluxo da água à seção em estudo ........ 39 Influência desses fatores sobre as vazões ..................... 39 Hidrograma ........................................................ 40 Classificação das cheias .......................................... 42 Bibliografia complementar ........................................ 43 Capítulo 4 INFILTRAÇÃO ............................................ 44 Introdução ....................................................... 44 Definição ....................................................... 44 Fases da infiltração ........................................... 44 Grandezas características ....................................... 45 Capacidade de infiltração ..................................... 45 Distribuição granulométrica ................................... 45 Porosidade ..................................................... 45 Velocidade de filtração ....................................... 45 Coeficiente de permeabilidade ................................. 46 Suprimento específico ......................................... 46 Retenção específica ........................................... 46 Níveis estático e dinâmico ................................... 46 Fatores intervenientes .......................................... 46 Tipo de solo .................................................. 46 Altura de retenção superficial e espessura da camada saturada. 46 Grau de umidade do solo ....................................... 46 Ação da precipitação sobre o solo ............................. 47 Compatação devida ao homem e aos animais .................... 47 Macroestrutura do terreno ................................... 47 Cobertura vegetal ............................................ 48 Temperatura .................................................. 48 Presença do ar ............................................... 48 Variação da capacidade de infiltração ......................... 48 Determinação da capacidade de infiltração ........................ 48 Infiltômetros ................................................. 48 Método de Horner e Lloyd ..................................... 50 Capacidade de infiltração em bacias muito grandes .............. 52 Bibliografia complementar ....................................... 53 Capítulo 5 EVAPORAÇÃO E TRANSPIRAÇÃO ............................. 56 Definições ....................................................... 56 Grandezas características ........................................ 56 Fatores intervenientes .......................................... 56 Grau de umidade relativa do ar atmosférico .................... 56 Temperatura .................................................. 57 Vento ........................................................ 57 Radiação solar ............................................... 57 Pressão barométrica ......................................... 58 Salinidade da água .......................................................... 58 Evaporação na superfície do solo ...................................... 58 Transpiração ............................................................... 58 Evaporação da superfície das águas ..................................... 59 Medida da evaporação da superfície das águas Evaporímetros ............................................................. 59 Medidores diversos ....................................................... 60 Coeficientes de correlação ........................................... 61 Fórmulas empíricas ........................................................ 61 Redução das perdas por evaporação nos reservatórios de acumulação.. 62 Medida da evaporação da superfície do solo ........................ 63 Aparelhos medidores ................................................... 63 Fórmulas empíricas ...................................................... 64 Medida da transpiração ................................................... 64 Fitômetro .................................................................. 64 Estudo em bacias hidrográficas ....................................... 65 Deficit de escoamento .................................................. 65 Análise dos dados - apresentação dos resultados .................... 66 Bibliografia complementar ................................................ 66 Capítulo 6 ÁGUAS SUBTERRÂNEAS .......................... 67 Introdução .................................................................. 67 Distribuição das águas subterrâneas .................................. 67 Aquíferos ...................................................................... 70 Princípios básicos do escoamento em meios porosos ................. 72 Escoamento em regime permanente ................................ 77 Escoamentos bidimensionais ......................................... 77 Exploração de poços ..................................................... 81 Poços em regime não-permanente .................................. 86 Bibliografia complementar ............................................. 91 Capítulo 7 O HIDROGRAMA UNITÁRIO ........................ 92 Hidrograma unitário a partir de precipitações isoladas ........... 98 Cálculo do volume de água precipitado sobre a bacia ........... 99 Separação do escoamento superficial .............................. 99 Cálculo do volume escoado superficialmente ................. 101 Hidrograma unitário a partir de fluviogramas complexos ..... 103 Gráfico de distribuição ................................................... 108 Hidrogramas unitários sintéticos .................................. 109 Método de Snyder ...................................................... 111 Método de Commons ................................................ 113 Método de Getty e McHughs .................................... 114 Observações ............................................................. 115 Aplicação do hidrograma unitário .................................. 116 Bibliografia complementar ............................................. 120 Capítulo 8 VAZÕES DE ENCHENTES ................................ 121 Fórmulas empíricas ..................................................... 121 Vazão em função da área da bacia ............................... 121 Fórmulas que levam em conta a precipitação .................. 122 Fórmulas baseadas no método racional ........................... 123 Métodos estatísticos ................................................... 126 Escolha da frequência da cheia de projeto ........................ 135 Dificuldades na aplicação dos métodos estatísticos ............ 136 Método racional .......................................................... 137 Área drenada (A) ..................................................... 138 Intensidade média da precipitação pluvial ....................... 138 Coeficiente de escoamento C ....................................... 141 Exemplo de utilização ............................................... 144 Vazão .................................................................. 146 Métodos hidrometeorológicos ...................................... 149 Avaliação da máxima precipitação provável (MPP) .......... 150 Seleção das maiores precipitações ................................. 151 Maximização ............................................................ 151 Transposição ............................................................ 152 Definição da MPP ...................................................... 154 Hidrograma de enchente ........................................... 155 Hidrograma unitário ................................................... 156 Precipitação efetiva .................................................. 157 Vazão de base ........................... 158 Propagação das cheias .............................................. 158 Bibliografia complementar ........................................... 166 Capítulo 9 MANIPULAÇÃO DOS DADOS DE VAZÃO .......... 167 Fluviograma ................................................................. 167 Fluviograma médio ........................................................ 168 Curva de permanência ................................................... 170 Curva de massa das vazões ............................................ 177 Capítulo 10 MEDIÇÕES DE VAZÃO .................................... 182 Estações hidrométricas ................................................. 182 Localização ................................................................. 183 Características hidráulicas ......................................... 183 Facilidades para a medição da vazão ............................... 184 Acesso ................................................................ 185 Observador ............................................................. 185 Controles ................................................................ 186 Controles naturais ................................................... 186 Controles artificiais .................................................. 188 Curva-chave .............................................................. 189 Curvas de descarga estáveis e unívocas ............................. 190 Curvas de descarga estáveis, influenciadas pela declividade ...... 192 Curvas instáveis ......................................................... 194 Medida de vazão .......................................................... 194 Medida direta .......................................................... 194 Medida a partir do nível da água .................................... 195 Medida por processos químicos ....................................... 195 Medida de velocidade e área .......................................... 196 Medida da velocidade .................................................. 197 Flutuadores .............................................................. 198 Molinetes ................................................................. 198 Medida da área .......................................................... 198 Causas de erros .......................................................... 200 Medida do nível de água .................................................. 201 Bibliografia complementar ............................................. 204 Apêndice NOÇÕES DE ESTATÍSTICA E PROBABILIDADES ... 205 Introdução ................................................................ 205 Bibliografia complementar ............................................... 205 Conceitos básicos da teoria de probabilidades ...................... 206 Experimento aleatório .................................................. 207 Espaço amostral ........................................................ 207 Medida de probabilidade .............................................. 208 Probabilidade de uniões de eventos ................................. 209 Probabilidade condicionada ......................................... 210 Teoremas fundamentais .................................................. 211 Variáveis aleatórias e suas distribuições ................................ 213 Variáveis aleatórias discretas ......................................... 214 Variáveis aleatórias contínuas ....................................... 215 Distribuição conjunta ................................................. 218 Distribuição condicionada .......................................... 220 Resumo .................................................................... 222 Momentos e sua função geratriz ....................................... 223 Distribuições importantes e suas aplicações ....................... 229 Distribuições discretas ................................................. 229 Distribuições contínuas ............................................... 235 Distribuições em resumo ............................................ 241 Distribuições derivadas ............................................... 241 Teoria da estimação e testes de hipóteses .............................. 251 Estimação de parâmetros ............................................. 252 Estimação de intervalos de confiança ............................... 257 Testes de hipóteses ..................................................... 260 Testes de aderência ..................................................... 263 Correlação e regressão ................................................ 267 4 hidrologia básica Figura 1.1 - O ciclo hidrológico (Ilustração de Linsley, Kohler e Paulhus) Deve-se salientar a importância da fase correspondente à coleta de dados. A Hidrologia baseia-se, essencialmente, em elementos obser- vados e medidos no campo. O estabelecimento de postos pluviométricos ou fluviométricos e a sua manutenção ininterrupta ao longo do tempo são condições absolutamente necessárias ao estudo hidrológico. A existência de postos hidrométricos reflete, de certa forma, a extensão do aproveitamento dos recursos hidráulicos de um país. O Brasil, com cerca de um posto fluviométrico por 4.000 km² de super- fície (1957), não se apresenta mal, comparado aos países como a Rússia