HIDROLOGIA APLICADA
Professor: ALCEU GOMES DE ANDRADE FILHO
2009
RESUMO DO PROGRAMA
Ciclo Hidrológico;
Bacia Hidrográfica;
Precipitação;
Infiltração;
Evaporação e transpiração;
RESUMO DO PROGRAMA
Escoamento superficial;
Medições de vazão;
Previsão de enchentes;
Hidrograma unitário;
Regularização de vazões;
Propagação de enchentes.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
FENDRICH, Roberto “Chuvas Intensas para Obras de Drenagem no Estado do Paraná”, Editora Champagnat, Curitiba, 1998, 99 p.
PINTO, Nelson Luiz de Souza et al, “Hidrologia Básica” Editora Edgard Blücher, 1986, São Paulo.
VILLELA, Swami Marcondes e MATTOS, Arthur “Hidrologia Aplicada, Editora McGraw Hill do Brasil, São Paulo, 245 p.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
TUCCI, Carlos E.M. “Hidrologia: Ciência e Aplicação” Editora da Universidade ABRH EDUSP, 1993.
TUCCI, Carlos E.M., PORTO, Rubem La Laina e BARROS, Mário T.de “Drenagem Urbana” ABRH / Editora UFRGS, Porto Alegre, 1995.
BALANÇO HÍDRICO
Equação geral:
I – O = S
I Inflow (entradas d’água);
O Outflow (saídas d’água);
S Variação de armazenamento no volume de controle (VC).
Exemplo: AQÜÍFEROS
I = Percolação + Escoamento subterrâneo
(solo) (rios e lagos)
O = Ascensão capilar + Escoamento subterrâneo
(solo) (rios, lagos e oceanos)
Classificação dos Cursos d’Água
PERENES sempre apresentam escoamento
INTERMITENTES escoam durante a estação das chuvas, secam na estiagem
EFÊMEROS só transportam escoamento superficial
Bacia Hidrográfica:
Caracterização
SQ
A (km²)
Coeficiente de Deflúvio
oprecipitadVolume
escoadoVolumeC
Fatores Físicos Importantes
Coeficiente de Compacidade;
Coeficiente de Forma;
Ordem dos Cursos d’água(Horton);
Densidade de Drenagem;
Análise de Declividades;
Representação Hipsométrica;
Conceito de Tempo de Concentração.
EXEMPLO
11
11
11
1
12
2
2 2
3 3
4
Curva Típica de Distribuição de
Declividade
Curva Hipsométrica
Tempo de Concentração - Conceito
tc intervalo de tempo contado a partir do início da precipitação para que toda a bacia passe a contribuir na seção em estudo.
Tempo de Concentração - Fatores
Forma da bacia hidrográfica
Declividade do curso d’água
Rugosidade do terreno
Outros
Tempo de Concentração
L comprimento do talvegue (m)
V velocidade média de percurso (m/s)
tc tempo de concentração (s)
V
Lt c
PRECIPITAÇÃO
Regime hidrológico depende das características físicas da região, geologia, topografia e clima (precipitação, evaporação, temperatura, umidade e vento).
Precipitações Ciclônicas
Associadas com o movimento das massas de ar de regiões de alta pressão para regiões de baixa pressão (SISTEMAS FRONTAIS OU NÃO FRONTAIS).
Precipitações Orográficas
Decorrentes de ascensão mecânica de correntes de ar úmido sobre barreiras naturais (serras, cadeias de montanhas, etc.)
Precipitações Convectivas
Típicas de regiões tropicais, são de grande intensidade e curta duração –concentradas em pequenas áreas.
Medidor Pluviômetro
1,50
Postos de Observação
NOME DA ESTAÇÃO:
LATITUDE:
LONGITUDE:
ALTITUDE:
MUNICÍPIO:
PREFIXO:
INSTALAÇÃO:
ENTIDADE:
TÍTULO: Alturas diárias de chuva (mm)
REGISTROS
ANO:
DIA JAN FEV MAR ABR MAI ...
01
02
......
......
Total mensal ..........................................
Máxima diária.........................................
Dias de chuva..........................................
Total anual...............................................
Medidor Pluviógrafo
em lugar da proveta possui reservatório com bóia conectada a sensor de nível para transmissão do registro a gráfico próprio e/ou base de coleta a distância (telemetria).
Medidor Radar
Funcionamento do Radar
SIMEPAR - RADAR
Apoio de Satélite
O INPE – disponibiliza as imagens dos satélites Landsat-1, Landsat-2, Landsat-3 e CBERS2 (Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres).
REDES DE OBSERVAÇÃO
(1) Registros diários compostos por postos pluviométricos
(2) Registros contínuos compostos por postos pluviográficos, e, também radares
DENSIDADE DA REDE
Dp = (ÁREA DA BACIA / TOTAL DE POSTOS)
EXEMPLO:
(1) Radar (2km x 2km) Dp = 4 km2/Posto)
(2) Rio Iguaçu Dp = 180 (km2/Posto)
(3) Rio Amazonas Dp = 11500 (km2/Posto)
(4) Rio Tocantins Dp = 3460 (km2/Posto)
(5) Rio Paraná Dp = 390 (km2/Posto)
(6) Rio Tibagi Dp = 170 (km2/Posto)
DENSIDADE DA REDE
(7) Rio São Francisco Dp = 490 km2/Posto
(8) Rio Uruguai Dp = 570 km2/Posto
(9) Rio Ivaí Dp =242Km2/Posto
(10) Rio Piquiri Dp =225km2/Posto
(11) Média França Dp = 175 km2/Posto
(12) Chile / Argentina Dp = 750 km2/Posto
(13) Venezuela Dp = 660 km2/Posto
OBS: na Amazônia atualmente tem o projeto SIVAM(Sistema de Vigilância da Amazônia)
PROJETO SIVAM – INPE -
ANEEL
Estações Cajupiranga e Manacapuru -
Projeto SIVAM
Estações Cruzeiro do Sul e Fazenda
Itaguaçu - Projeto SIVAM
Estações Foz do Breu e Bacabal –
Projeto SIVAM
Precipitação Média – Método de
Thiessen
S
Pc
aP
bPdP
AA
AA
Precipitação Média – Método de
Thiessen
pi precipitação no posto i
Ai área de influência do posto i
Método aplicável a Bacias Hidrográficas cujo tempo de concentração tc 1 dia, e, situada em região homogênea.
n
1ii
n
1iii
M
A
ApP
Período de Retorno
Tempo médio em anos para que um evento deva ser igualado ou superado pelo menos uma vez
T = ..... (anos)
f
1T
Ajuste por Regressão Linear
0 20 40 60 80 100
0
200
400
600
800
1000
a
(P-P
méd)
Log Tr
Ajuste por Regressão Linear
y = ax + b
sendo:
y = (P – Pméd)
x = log Tr
ESTUDO DE RISCO
Seja P f
P probabilidade de ocorrência de um evento determinado
f freqüência obtida do estudo da série histórica (amostra)
Seja P’ probabilidade de não ocorrência
Então: P’ = (1 – f) no corrente ano
ESTUDO DE RISCO
em dois anos: P” = P’ P’
em três anos: P” = P’ P’ P’
.
.
em n anos: P” = P’^n
P” = (1 – f)^n
OBS: Trata-se de distribuição tipo binomial
RISCO
Risco seria a probabilidade complementar, para um período de n anos. A vida útil da obra por exemplo.
R = 1 – P” = 1 – (1 – f)^n
Sendo Nu = vida útil de uma obra hidráulica em anos, o Risco seria:
R = 1 – (1 – f)^Nu
TABELA: Tr X RISCO X VIDA
ÚTIL
CHUVAS INTENSAS (t 2 h)
% Precipitado
% Duração50 100
50
80
100
Intensidade X Duração X Freqüência
to, K, m, n parâmetros a determinar
t duração da chuva
T período de retorno
n
0
m
)tt(
TKi
INFILTRAÇÃO
A capacidade de infiltração de um solo depende das características de arranjo das partículas desse solo, coesão e permeabilidade, sendo variável de acordo com o tempo de infiltração e os fatores:
Umidade do solo
Permeabilidade do solo
Temperatura do solo
Profundidade do extrato impermeável
Curva Típica de Infiltração
t (horas)
f (mm/min)
EQUAÇÃO DE HORTON
f = fc + (fo – fc) e^(–k’t)
f = capacidade atual de infiltração (mm/h)
fc = capacidade final de infiltração (mm/h)
fo = capacidade inicial de infiltração (mm/h)
k’ = coeficiente de proporcionalidade
t = intervalo de tempo decorrido a partir do início da recarga (h).
Escoamento em Meio Saturado –
Experimento de DARCY
NA
h
Q
L.P.
A
L
Escoamento em Meio Saturado –
Equação de Darcy
k coeficiente de permeabilidade
h rebaixamento na L.P.
L distância
L
hAkQ
Aplicações da Eq. de Darcy
Planejamento de obras de drenagem subterrânea de rodovias, campos esportivos, rebaixamento do lençol freático....
VALA
Contribuições
laterais
Aplicações da Eq. de Darcy
Solo (superfície)
Zona não saturada
Zona saturada
Plano de referência
NASentido deescoamento
h H2
H1
r1
r
R
r
h)rh2(kQ
Depleção dos Aqüíferos
A curva de depleção serve para caracterizar o escoamento denominado “escoamento base”, nos cursos d’água durante os períodos de estiagem.
A variação de vazão no tempo em um aqüífero é proporcional à sua vazão inicial do período de depleção
Qat
Q.
EVAPORAÇÃO
Processo pelo qual a água passa do estado liquido para o estado de vapor
Temperatura de superfície - altas temperaturas mais moléculas são ativadas
Temperatura e umidade condicionam a pressão de vapor afetando o gradiente de vapor (concentração)
O vento modifica a camada de ar vizinho a superfície, substituindo camadas saturadas por outras de menor teor d’água, alterando a condição de difusão molecular para difusão turbulenta
EVAPORAÇÃO
OUTRAS INFLUÊNCIAS
Pressão atmosférica à superfície evaporante
Dimensão da superfície evaporante
Estado da área vizinha
Salinidade da água
Umidade do solo
Composição e textura do solo
Revestimento do solo
Evaporação - Definições
Evaporação Potencial - perda d’água de uma superfície líquida exposta livremente as condições ambientais
Transpiração - perda d’água decorrentes das ações físicas e fisiológicas dos vegetais.
Evapotranspiração - ação de evaporação do solo somada à transpiração das plantas
Evaporação – Tanque Classe A
121,9cm
5cm25,4cm
Tanque Classe A – U S WEATHER
BUREAU
Mais utilizado no Brasil
Determina-se a taxa de evaporação a partir do abaixamento do nível d’água no evaporímetro
Aplica-se coeficiente de correção variando de 0,52 a 0,82. É usual adotar-se o valor = 0,70
Normalmente são efetuados registros diários de evaporação em boletins
Também podem ser utilizados aparelhos registradores contínuos denominados “evaporígrafos”. (Sistemas telemétricos)
Evapotranspiração – Medidor
Thornthwaite
100c
m
60cm
1010
5
Areia grossa
Cascalho
SoloTanque
Cilíndrico
Tubulação de
drenagem (PVC-100)
L = 5 - 10m
Q
Medidor de
percolação
Cultura
Evapotranspiração
P Precipitação pluviométrica (litros)
I Irrigação artificial da cultura no período (litros)
D Drenagem medida no período (percolação) (litros)
A Área do tanque (m2)
A
DIPE
Evapotranspiração - Observações
Alguns tipos de cultura poderão exigir tanques maiores
A irrigação artificial deve ser utilizada nos períodos de ausência de precipitação (6 a 8l/dia) e solo desnudo (2 a 3 l/dia)
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
É a fase do ciclo hidrológico que trata da ocorrência e transporte de água na superfície terrestre
FATORES INTERVENIENTES
CLIMÁTICOS Intensidade e duração das precipitações; Condições antecedentes; Freqüência de precipitações.
FISIOGRÁFICOS Área da bacia; Forma; Permeabilidade; Capacidade de infiltração; Topografia; Existência de obras hidráulicas na bacia (barragens, retificações, etc...)
REPRESENTAÇÃO DO
ESCOAMENTO SUPERFICIAL –
HIDROGRAMAS
3Q (m /s)
t (dias)
COMPOSIÇÃO DO ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
QSUPERFICIAL = QBÁSICO + QDIRETO
QBÁSICO Escoamento alimentado
pelo lençol freático (subterrâneo)
QDIRETO Escoamento alimentado
pelos processos de precipitação sobre a bacia hidrográfica
ESCOAMENTO SUPERFICIAL –
SEPARAÇÃO
N
N
ESCOAMENTO BÁSICO
MÁX1Q
QMÁX2
Q (m /s)3
t (dias)
VAZÃO DE PICO
VAZÃO DE PICO
ESCOAMENTODIRETO
Medições do Escoamento
Superficial
B
A vau diretamente no rio com uso de
haste própria
Com barco rios de maior porte e
profundidade
Distribuição de Velocidades
2
VVV 8,02,0
Para h 1,0m
Equipamento Utilizado
Para h < 1,0m
MOLINETE
6,0VV
Fixado por haste ou cabo
SENTIDO
DO FLUXO
Estações Fluviométricas
RN
Régua linimétrica
PLANILHA DE MEDIÇÃO
Cálculo de Vazão
Verticais de medição
V1 V2 V3 V4 V5
A1
A2 A3A4
A5
n
1iii AVQ
CURVA CHAVE
Q
h
Q = a (h – ho)^n
