hidrologia escoamento superficial

3.O Período de Geologia – FINOMHidrologia – Escoamento

Superficial

Prof. Márcio Santos

www.professormarciosantos2.blogspot.com.br

Escoamento Superficial

Definição:

• O escoamento superficial é o segmento do ciclo hidrológico que estuda o deslocamento das águas na superfície da Terra.

• O estudo considera o movimento da água partir da menor porção de chuva que, caindo sobre um solomenor porção de chuva que, caindo sobre um solo(a) saturado de umidade ou(b) impermeável, escoa pela sua superfície, formando sucessivamente:– enxurradas ou torrentes, – córregos, ribeirões, rios e – lagos ou reservatórios de acumulação.

Tipos de Escoamento

• Escoamento superficial: representa o fluxo das águas sobre a superfície do solo da bacia hidrográfica e pelos seus múltiplos canais.

• Escoamento subsuperficial: é o fluxo que se dá logo abaixo da superfície, na altura das raízes da logo abaixo da superfície, na altura das raízes da vegetação.

• Escoamento subterrâneo: corresponde ao fluxo devido à contribuição do aquífero (região saturada do solo com água em movimento) aos canais superficiais (rede de drenagem).

Processos da parte terrestre

do ciclo hidrológico

Interceptação

Depressões

chuva

Escoamentosuperficial

Infiltração

evap

Percolação

Armazenamentono solo

Armazenamentono subsolo

EscoamentoSub-superficial

Vazão

no

rioEscoamentoSubterrâneo

• Chuva, infiltração, escoamento superficial, escoamento subterrâneo

Camada saturada

• Escoamento sub-superficial

• Depois da chuva: Escoamento sub-superficial eescoamento subterrâneo

Camada saturada

• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo

Camada saturada

• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo

Camada saturada

• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo

Camada saturada

• Estiagem muito longa = rio secoRios intermitentes

Camada saturada

Geração de escoamento superficialEscoamentos na Bacia Hidrográfica

• Escoamento até a rede de drenagem

• Escoamento em rios e canais

• Escoamento em reservatórios

• O escoamento superficial começa após o início da precipitação, depois de um tempo t0.

• O intervalo decorrido corresponde à ação da interceptação pelos vegetais e obstáculos, à saturação do solo, à acumulação nas depressões do terreno e à formação de uma lâmina d’água mínima).

• À medida em que as águas vão atingindo os • À medida em que as águas vão atingindo os pontos mais baixos do terreno, passam a escoar em canículos que forma a rede de drenagem. Sob a ação da erosão, aumentam-se as dimensões desses canículos, até se formar os córregos e os rios.

� Telhados

� Ruas

� Passeios

Áreas Impermeáveis

• Geração de escoamento superficial é quase imediata • Infiltração é quase nula

� Gramados

� Solos Compactados

� Solos muito argilosos

Áreas de capacidade de infiltração limitadas

• Capacidade de infiltração é baixa

Infiltração

Escoamento

Precipitação

Intensidade da chuva x capacidade de infiltração

Infiltração

tempo

Infiltração

– Infiltra completamente no início

– Gera escoamento no fim

Chuva com intensidade constante

tempo

Infi

ltra

ção

Pre

cip

itaç

ão

início do escoamento

intensidade da chuva

capacidade de infiltração

Chuva com intensidade constante

• Infiltra completamente no início

• Gera escoamento no fim

tempo

Infi

ltra

ção

Pre

cip

itaç

ão

início do escoamento

intensidade da chuva

capacidade de infiltração

volume infiltrado

Chuva com intensidade constante

• Infiltra completamente no início

• Gera escoamento no fim

tempo

Infi

ltra

ção

Pre

cip

itaç

ão

início do escoamento

intensidade da chuva

capacidade de infiltração

volume infiltrado

volume escoado

Precipitação

Escoamento em áreas de solo saturado

Infiltração

Precipitação

Escoamento em áreas de solo saturado

Solo saturado

Precipitação

Escoamento em áreas de solo saturado

Solo saturado

Escoamento

• Vazão: é o volume de água escoado por unidade de tempo em uma determinada seção do curso de água. – É comumente expressa em litros por segundo ou

metros cúbicos por segundo.

• Frequência: é número de ocorrências de uma mesma vazão em um dado intervalo de tempo.

• Coeficiente de deflúvio: é a relação entre a • Coeficiente de deflúvio: é a relação entre a quantidade total de água escoada pela seção e a quantidade total de água precipitada na bacia hidrográfica; – pode referir-se a uma dada precipitação ou a todas

que ocorreram em um determinado intervalo de tempo.

• Tempo de concentração: é o intervalo de tempo contado a partir do início da precipitação para que toda a bacia hidrográfica correspondente passe a contribuir na seção em estudo.– Corresponde à duração da trajetória da partícula de

água que demore mais tempo para atingir a seção.

• Nível de água: é a altura atingida pela água na • Nível de água: é a altura atingida pela água na seção em relação a uma determinada referência. – Pode ser instantâneo ou a média em um determinado

intervalo de tempo (dia, mês, ano).

• Chuva efetiva: é a parcela da chuva que se transforma em escoamento superficial.

Hidrograma

• O hidrograma é o gráfico que relaciona a vazão ao tempo e é o resultado da interação de todos os componentes do ciclo hidrológico.

• Associa-se a:– Heterogeneidade da bacia

Caminhos que a água percorre– Caminhos que a água percorre

• Um hidrograma típico produzido por uma chuva intensa apresenta uma curva com um único pico.

• Picos múltiplos ocorrem se houver variações abruptas na intensidade da chuva, uma sequencia de chuvas intensas ou uma recessão anormal no escoamento subterrâneo.

Hidrograma típico

• Na seção do curso d’água, onde ocorre a vazão, após o início da precipitação, o nível da água começa a elevar-se decorrido certo tempo (t0) do início da precipitação. precipitação.

• A vazão cresce desde o instante correspondente ao ponto A até o instante correspondente ao ponto C, quando atinge seu valor máximo ( Souza Pinto, 1976)

• Terminada a precipitação, o escoamento superficial prossegue durante certo tempo e a curva da vazão vai decrescendo (trecho CB).

• A vazão neste trecho se deve principalmente à diminuição da espessura da lâmina d’água sobre a superfície do solo. A este trecho denomina-se curva de depleção do escoamento superficial. curva de depleção do escoamento superficial.

• A depleção termina quando o escoamento superficial acaba (fim da lâmina d’água), restando somente o escoamento subterrâneo.

• Na fase de recessão, somente o escoamento subterrâneo contribui para a vazão.

Formação do Hidrograma1 – Início do escoamento superficial2 – Ascensão do hidrograma3 – Pico do hidrograma4 – Recessão do hidrograma5 – Fim do escoamento superficial6 – Recessão do escoamento subterrâneo

3

Superficiale

Escoamento subterrâneo

Sub-superficial

1

2

5

4

6

Formação do hidrograma

pico

SuperficialeSub-superficial

Escoamento subterrâneo

recessão

Elementos do Hidrograma

• 1 – Tempo Zero (t0) (tempo de início) –Representa o início do hidrograma e do processo natural de escoamento.

• 2 – Tempo de Pico (tp) – tempo medido entre t0 e o pico do hidrograma que representa o máximo de vazão e escoamento;o pico do hidrograma que representa o máximo de vazão e escoamento;

3 – Tempo de Inflexão da recessão (ti) – tempo entre t0 e o ponto de inflexão do flanco recessivo do hidrograma, indica início da contribuição maior dos escoamento subterrâneo.

Elementos do Hidrograma

• 4 – Tempo de Base (tb) – corresponde ao tempo decorrente entre o t0 e o final do processo.

• 5 - Tempo do Centróide (tg) – Tempo medido entre o T0 e o que separa o hidrograma em duas porções de volumes iguais.

Fatores que influenciam o hidrograma• Relevo (densidade de drenagem, declividade da bacia, capacidade

de armazenamento e forma).Bacias íngremes e com boa drenagem têm hidrogramas íngremes com

pouco escoamento de base.Bacias com grandes áreas de extravasamento tendem a regularizar o

escoamento e reduzir o pico.Bacias mais circulares antecipam e têm picos de vazões maiores do que

bacias alongadas.

• Cobertura vegetal: tende a retardar o escoamento e aumentar as • Cobertura vegetal: tende a retardar o escoamento e aumentar as perdas por evapotranspiração.

• Modificações artificiais no rio: reservatórios reduzem os picos e canalizações as aumentam.

• Distribuição, duração e intensidade da precipitação: chuvas deslocando-se de jusante para montante geram hidrogramas com picos menores.

• Solo: interfere na quantidade de chuva que é transformada em chuva efetiva.

Hidrograma 1

Hidrograma 2

Hidrograma 3

Hidrograma 4

Hidrograma 5

Hidrograma 6

Hidrograma 7

Hidrograma 8

Hidrograma 9

Hidrograma 10

Hidrograma 11

Hidrograma 12

Hidrograma 13

Hidrograma 14

Hidrograma 15

Hidrograma 16

Estimativa de escoamento superficial (Valoresde CN para grupos hidrogeológicos de solo)

Condições A B C D

Florestas 41 63 74 80

Campos 65 75 83 85

Plantações 62 74 82 87

• CN (Curva-Número) é um parâmetro que caracteriza o uso e ocupação do solo, utilizado no Método do SoilConservation Service (SCS), que possui grande influência na determinação

Plantações 62 74 82 87

Zona Comercial 89 92 94 95

Zona Industrial 81 88 91 93

Zona Residencial 77 85 90 92

influência na determinação da precipitação efetiva. Ele é muito importante, por exemplo, no dimensionamento da drenagem urbana, o que influencia no custo da rede de drenagem.

Material Consultado

• FRAGOSO JR. e NEVES, Marllus. Hidrologia: escoamento. CTGEC-UFAL (slides)

• PORTO, Rubem e al. Apostila Escoamento superficial: análise do hidrograma –hidrograma unitário. São Paulo : Escola hidrograma unitário. São Paulo : Escola Politécnica da USP, 1999.

• RESENDE, Marcelo Gonçalves. Hidrologia: Escoamento superficial (slides).