e s t u d o h i d r o l Ó g i c o n o m u n i c Í p i o d ... · engº paulo cesar da silva...

I N P H - Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias

PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA

SECRETARIA DE PORTOS - SEP

Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias - INPH

INPH : 053 / 2012 CODIGO : João Neiva - 700 / 01

E S T U D O H I D R O L Ó G I C O N O M U N I C Í P I O D E

J O Ã O N E I V A - E S

GOVERNO DO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO / DER

Universidade Federal Fluminense

Fundação Bio Rio

Coordenação de Pesquisa - INPH / SEP Rio de Janeiro - RJ

Outubro / 2012

Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias - INPH Rua General Gurjão, 166 - Caju - Rio de Janeiro - RJ - 20931-040 - Telefax: (21) 3978-6070

[email protected] / www.inph.com.br

mailto:[email protected]


2

APRESENTAÇÃO

O Instituto Nacional de Pesquisas Hidroviárias - INPH tem a satisfação de apresentar ao Departamento de Estradas de Rodagem do Governo do Estado do Espírito Santo o estudo hidrológico no município de João Neiva - ES.

O INPH encontra-se à disposição dos órgãos interessados para dirimir quaisquer dúvidas que porventura possam surgir decorrentes do presente trabalho.

Atenciosamente.

DOMENICO ACCETTA Diretor do INPH / SEP


3

EQUIPE TÉCNICA

Coordenação Geral

Eng º Domenico Accetta - Diretor do INPH

Engº Paulo Cesar da Silva Freire - Coordenador de Pesquisa do INPH

Eng° Dario de Andrade Prata Filho - UFF

Serviço de Escritório

Eng° André Luiz Moreira Conceição - UFF

Eng° Bruno Serafini Sobral - UFF

Eng° Monique de Faria Marins - UFF

Eng º Ivo Luis Ferreira Macina - DER

Físico Luiz Fiori Casaroli - INPH


4

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 7

1.1 O município de João Neiva ................................................................... 8

1.2 Objetivo ................................................................................................. 9

2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ........................................... 10

2.1 Abrangência ........................................................................................ 10

2.2 Bacia Hidrográfica ............................................................................... 10

2.3 Hidrologia ............................................................................................ 12

2.4 Uso e Ocupação do Solo .................................................................... 13

2.5 Clima ................................................................................................... 14

2.6 Economia ............................................................................................ 14

3. ESTUDOS HIDROLÓGICOS .................................................................... 16

3.1 Dados Hidrológicos ............................................................................. 16

3.1.1 Dados Pluviométricos ................................................................... 16

3.1.2 Dados Fluviométricos ................................................................... 19

4. ESTUDOS HIDROLÓGICOS .................................................................... 20

4.1 Determinação das curvas de Intensidade-Duração-Frequência ......... 20

4.2 Determinação da Descarga Máxima no Trecho .................................. 23

4.2.1 Determinação do Tempo de Concentração .................................. 26

4.2.2 Hietograma de Projeto .................................................................. 27

4.2.3 Determinação do CN .................................................................... 28

4.2.4 Vazões Máximas .......................................................................... 30

5. MODELAGEM HIDRODINÂMICA ............................................................. 31

6. CONCLUSÃO ........................................................................................... 32

7. REFERÊNCIAS ......................................................................................... 33


5

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Bacia Hidrográfica do Rio Piraquê-Açu e Córrego Demétrio Ribeiro 11

Figura 2: Área em estudo e a hidrografia local: Rio Piraquê-Açu e córrego

Demétrio Ribeiro. ............................................................................................. 13

Figura 03: Localização das estações pluviométricas próximas ao município de

João Neiva ....................................................................................................... 18

Figura 04: Forma do Hidrograma Unitário Sintético Triangular do SCS ........... 24

Figura 05: Hietograma de Projeto - TR de 25 anos. ......................................... 27


6

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 01. Estações pluviométricas e precipitações médias mensais e anuais

dessas estações, adaptado de HIDROWEB/ANA (2012) ................................ 17

Tabela 02: Precipitações Máximas Anuais do posto 01940005 (ANA, 2012) .. 19

Tabela 03: Estações fluviométricas próximas ao trecho em estudo ................. 19

Tabela 04: Precipitações Máximas em 24h para diferentes tempos de retorno

(TR) .................................................................................................................. 21

Tabela 05: Relação entre as Durações (CETESB, 1979) ................................ 22

Tabela 06: Dados da curva IDF no município de João Neiva........................... 23

Tabela 07: Equações para cálculo do Tempo de Concentração ...................... 26

Tabela 08: Valores de CN em função da cobertura e do tipo de solo (Tucci et

al., 1995). ......................................................................................................... 29

Tabela 9: Vazões máximas para diferentes tempos de retorno (TR) ............... 30


7

1- INTRODUÇÃO

Com a aceleração do desenvolvimento urbano nas últimas décadas, diversos

elementos da infraestrutura sanitária das cidades têm sido afetados de forma

mais acentuada, havendo maior demanda sobre os sistemas de abastecimento

de água, de esgotos, de resíduos sólidos e de drenagem urbana.

Especialmente as cidades que se desenvolveram sem o devido controle da

ocupação das margens de seus rios e córregos têm sofrido severos eventos de

inundações, devido ao processo de desmatamento nas bacias e retificações de

cursos d’água, o que ocasiona maiores picos de vazão no período chuvoso.

Estes são problemas ligados ao saneamento ambiental que têm ação direta

sobre a saúde, a segurança e a qualidade de vida da população. Com a

aceleração do desenvolvimento urbano nas últimas décadas, diversos

elementos da infraestrutura sanitária das cidades têm sido afetados de forma

mais acentuada, havendo maior demanda sobre os sistemas de abastecimento

de água, de esgotos, de resíduos sólidos e de drenagem urbana.

Especialmente as cidades que se desenvolveram sem o devido controle da

ocupação das margens de seus rios e córregos têm sofrido severos eventos de

inundações, devido ao processo de desmatamento nas bacias e retificações de

cursos d´água, o que ocasiona maiores picos de vazão no período chuvoso.

Com as inundações frequentes, ocorrem prejuízos para essas cidades,

especialmente no que se refere aos aspectos econômicos e socioambientais,

havendo perdas importantes do patrimônio municipal e de vidas humanas. A

urbanização sem planejamento com foco na sustentabilidade ambiental tem

como consequência o agravamento desses problemas, exigindo a adoção de

medidas mitigadoras que possam evitar o comprometimento das gerações

futuras.

Entende-se que o desenvolvimento urbano não pode se dar sem a devida

busca da sustentabilidade na ocupação do espaço pela população. Devem ser

definidas regras de uso e ocupação que preservem os elementos naturais e

permitam um adequado desenho e implantação dos sistemas viário, de

iluminação pública, de energia elétrica, de coleta de esgotos, de abastecimento

de água e de controle da drenagem urbana. Especialmente quanto ao controle

das águas pluviais, é importante que se preservem as condições naturais de

infiltração da água, o que contribuirá para evitar as transferências de picos de

vazão para jusante, causando aumento de volume e de carga de

contaminação, bem como o aumento do escoamento pluvial, erosão do solo e

assoreamentos.

A cidade deve dialogar de forma sustentável com o espaço onde se insere,

sendo que a preservação das condições naturais da bacia como um todo tem


8

efeitos importantes no controle de cheias. Intervenções que valorizem a

retenção espacial de vazões no âmbito da bacia dos cursos d´água que

impactam as cidades são bastante mais efetivas no controle de picos de cheias

do que intervenções localizadas, devendo ser preferidas, quando possível.

1.1 O município de João Neiva

Eventos de cheias têm acontecido de forma mais frequente em diversos

municípios do estado do Espírito Santo. O município de João Neiva é uma das

localidades que vêm sofrendo com as enchentes.

O município de João Neiva é cortado pelo Rio Piraquê-Açu na parte inferior de

seu território e cortado longitudinalmente pelo córrego Demétrio Ribeiro,

principal afluente do Rio Piraquê-Açu nesta região.

Em visita técnica realizada no período de 27/08/2012 a 06/09/2012, foram

identificados diversos agravantes relacionados à drenagem urbana do

município, como trechos ao longo do Rio Piraquê-Açu com pontes de

geometria e posicionamento inadequados, além de margens assoreadas. Estes

elementos, em conjunto, se transformam em verdadeiras barreiras que

impedem o livre escoamento das águas no leito do curso d´água.

Segundo relato dos moradores, os últimos eventos de cheia registrados na

cidade ocorreram no final de 2010 e início de 2011, os quais ocasionaram

grandes prejuízos à cidade, especialmente nas áreas centrais. A região central

do município de João Neiva registrou, nesta última enchente, uma cota de

alagamento de 1,70 m no campo de futebol, região localizada na confluência

do Rio Piraquê-Açu com o Córrego Demétrio Ribeiro.

O trabalho de campo desenvolvido neste período visou ao detalhamento da

problemática relacionada aos eventos de cheia ocorridos nos últimos anos,

através da coleta de dados locais, do contato com os órgãos municipais e com

a população local e da orientação da equipe responsável pelo levantamento

topobatimétrico dos corpos hídricos estudados.


9

1.2 Objetivo

O presente relatório tem como objetivo apresentar o estudo hidrológico para o

município de João Neiva, localizado no estado do Espírito Santo.

Pretendeu-se estudar o regime de chuvas da região, bem como as vazões de

cheias correspondentes a diferentes tempos de recorrência, observando as

condições de projeto a partir da base de dados disponível e coletada nas

visitas de campo.

Este estudo será utilizado como base no estudo de modelagem matemática,

permitindo analisar o comportamento do Rio Piraquê-Açu ao longo de sua

extensão, para as diferentes vazões associadas aos respectivos tempos de

retorno, conforme estudo hidrológico realizado para a área. A partir dos

resultados a serem obtidos, serão estudadas as intervenções técnicas

previamente definidas pelos técnicos do INPH e LaDISan, visando validar a

real eficácia dessas soluções, como parte do projeto de minimização de cheias

para a cidade de João Neiva - ES.


10

2- CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

2.1- Abrangência

O município de João Neiva está localizado na parte central do Estado, e possui

uma população estimada pelo IBGE de 15.809 habitantes É cortado pela

Rodovia BR-101 Norte e limita-se, ao norte, pelo município de Colatina; ao sul,

Ibiraçu; a nordeste, Linhares; a leste, Aracruz; a oeste, São Roque do Canaã e

Santa Teresa.

2.2- Bacia Hidrográfica

A bacia hidrográfica do Rio Piraquê-Açu compreende dois rios principais:

Piraquê-Açu e Piraquê-Mirim. O Rio Piraquê-Açu tem sua nascente no

município de Santa Teresa.

A bacia hidrográfica do Rio Piraquê-Açu, curso d’água que atravessa o centro

do município de João Neiva e foco deste estudo, foi delimitada com o auxílio de

técnicas e softwares de geoprocessamento. A área de contribuição para este

córrego, desde a cabeceira até o ponto final da topobatimetria, é de

aproximadamente 142 km², conforme ilustrado na Figura 1, a seguir.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Norte

http://pt.wikipedia.org/wiki/Colatina

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ibira%C3%A7u

http://pt.wikipedia.org/wiki/Linhares_(Esp%C3%ADrito_Santo)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Aracruz

http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%A3o_Roque_do_Cana%C3%A3

http://pt.wikipedia.org/wiki/Santa_Teresa_(Esp%C3%ADrito_Santo)


11

Figura 1: Bacia hidrográfica do Rio Piraquê-Açu e Córrego Demétrio Ribeiro


12

De acordo com a Fundação Ceciliano Abel de Almeida (FCAA), a organização

da rede de drenagem do município de João Neiva é caracterizada por um

padrão de drenagem, em função da geometria, do tipo retangular, adaptada às

condições estruturais e tectônicas, formando, na maioria destes cursos d’água,

ângulos quase retos, marcados por inflexões bruscas, com direções

predominantes sul-norte e sudeste-noroeste. São exemplos: o Rio Ubás, Rio

Pau Gigante, Córregos Três de Maio, Três Trevisa, Santa Emilia, Treviso

Grande, Santa Cecília, Santa Clara, entre outros.

Ocorrem também, em função do comportamento de relevo extremamente

acidentado e elevado, setores encachoeirados alongados e retilíneos nas

cabeceiras (cursos de 1ª e 2ª ordens), com o destaque para as Cachoeiras

Paraíso, Rampinelli, João Batista, entre outras.

Há setores das bacias e microbacias do território em que as águas vertem em

significativas áreas aplanaidas, colmatadas por sedimentos. Em função destas

características morfológicas planas, nestes trechos há ocorrência de frequentes

inundações nos eventos de precipitações mais intensas. Tal situação foi

constatada na sede do município, na porção plana junto aos cursos d`água que

ali divagam.

2.3- Hidrologia

O Rio Piraquê-Açu nasce na reserva de Lombardia, no município de Santa

Teresa, e passa por João Neiva, antes de alcançar Aracruz, pela localidade de

Santa Maria. Possui 65 km de extensão. O encontro com as águas do Rio

Piraquê-Mirim, esse último com apenas 22 km de extensão, forma o Rio

Piraquê, que se prolonga por mais 3 km até a sua foz, junto à vila de Santa

Cruz.

Encontra-se na bacia do Rio Doce, sendo que na região destacam-se os Rios

Piraqueaçu, Pau Gigante, Ubás e Triunfo, dentre outros.

Os maiores rios do município são:

Rio Piraquê-Açu: nasce em Santa Teresa, atravessa o município e

deságua no Oceano Atlântico, em Santa Cruz – município de Aracruz.

Rio Clotário: nasce na cabeceira do Morro do Descanso, que fica em

Cavalinho, e Demétrio Ribeiro, e deságua no rio Piraquê-Açu, em João

Neiva, na ponte próxima ao Centro Comunitário.

Rio Pau Gigante: nasce na cabeceira de Alto Bérgamo, passa por Acioli

e, no município de Colatina, forma a lagoa Pau Gigante, que deságua no

Rio Doce.


13

A Figura 2 ilustra o Rio Piraquê-Açu na região em estudo, e o córrego

Demétrio Ribeiro.

Figura 2: Área em estudo e a hidrografia local: Rio Piraquê-Açu e córrego Demétrio Ribeiro.

2.4- Uso e Ocupação do Solo

A nascente do Rio Piraquê-Açu, no município de Santa Teresa, encontra-se em

área de reserva florestal do IBAMA (Reserva Biológica de Nova Lombardia),

sendo a área florestal de influência nas nascentes o equivalente a 1.600 ha

desta reserva, o que é um fato quase que exclusivo dentre as bacias

hidrográficas do Espírito Santo, que se encontram com suas cabeceiras em

avançado estado de degradação.

No seu percurso, passa pelos municípios de Santa Teresa, São Roque, João

Neiva, Ibiraçu e Aracruz, com uma área marginal aproximada de 11.800 ha,

distribuída em 213 propriedades. Incluem-se nesta área 1.600 ha da reserva de

Lombardia; 4.500 ha da reserva indígena Tupiniquim; 314,7 ha de preservação

da Aracruz Celulose e 474,4 ha de Reserva de Manguezal.

Segundo a FCAA, a ocupação do solo em João Neiva estrutura-se a partir de

uma área central que concentra comércio, serviços e instituições, e bairros

distribuídos em redor desse centro, com características predominantemente

residenciais. Sendo assim, os bairros do município - COHAB e Floresta, por

exemplo - apresentam pouca oferta de comércio e serviços locais, ficando este


14

tipo de uso restrito a mercearias, bares e pequenas padarias, que atendem às

necessidades mais básicas e imediatas dos moradores.

No Centro, sobretudo na Rua Negri Orestes e nas Av. Getúlio Vargas e Brasil,

concentra-se o comércio, classificado como municipal, por atender não

somente à população da sede, mas também aos moradores da área rural.

É importante relatar que muitas das edificações inseridas nas vias

mencionadas acima e no Centro como um todo, possuem mais de um

pavimento, sendo, de maneira geral, apenas o primeiro destinado ao comércio

e os demais para moradias. Com isso, o Centro configura-se como um bairro

multifuncional, tendo ocupações que lhe garantem movimentação e uso

durante todos os períodos do dia.

Às margens da BR-101, foram identificados alguns estabelecimentos de âmbito

regional, quase sempre vinculados a comércio e serviços de peças para

veículos e postos de gasolina. Também às margens da rodovia citada está

instalada a rodoviária do município, equipamento importante no contexto

regional.

2.5- Clima

As precipitações anuais do município são superiores a 1.200 mm/ano, notando

os maiores valores na porção centro-leste do território. Estas precipitações são

influenciadas, na maior parte das vezes, pela Massa Polar Atlântica,

provocando chuvas orográficas, podendo alcançar valores anuais de até 1.500

mm/ano. À porção oeste do território são registrados os valores pluviométricos

anuais mais reduzidos, entre 1.200 a 1.250 mm/ano.

A deficiência hídrica anual no município está entre 70 e 150 mm/ano, sendo

mais baixa ao sul sede, em direção a Ibiraçu. No contexto regional, o déficit

hídrico é considerado pouco expressivo em relação a outros municípios da

região, como Colatina e Baixo Guandu, em que os déficits são superiores a 400

mm/a ano.

2.6- Economia

Ainda segundo a FCAA, as atividades de maior potencialidade de geração de

emprego, renda e com possibilidades de crescimento provêm da agropecuária,

onde se destacam a cultura do café, banana e coco, juntamente com a

pecuária leiteira e a cultura cacaueira. As propriedades rurais são, em geral, de

pequeno e médio porte. Existe a presença de pequenas indústrias de

transformação da produção rural, sobretudo alimentares, como queijos, doces


15

e massas, bem como o beneficiamento de café. Porém, esta atividade funciona

com predominância da iniciativa familiar, sem estrutura empresarial.

A localização das principais unidades industriais predomina, sobretudo, no

denominado Polo Industrial (já na divisa com Ibiraçu e às margens da BR

101/259. Destacam-se as empresas do ramo de beneficiamento de rochas,

metal mecânico e de pré-moldados de concreto. São localizadas grandes

instalações industriais nos municípios próximos (destaque para a Aracruz

Celulose, CBF, Imetame, VALE, Metalúrgica Ibiraçu,) o que impacta o

município, pois absorve mão-de-obra do mesmo, proporcionando efeito

multiplicador à economia local.

Embora a produção de café seja significativa para o município, no contexto do

estado ainda é muito pequena. Deve ser destacada a produção de coco da

Bahia e de banana. A banana tem a terceira maior produção da lavoura

permanente de João Neiva. Na lavoura temporária, o destaque é a produção

da cana-de-açúcar, com 19.950 toneladas em 2006, segundo o IBGE.

O município conta com grande potencial para atividades de logística, pois conta

em seu território com a BR 101 e a BR 259, além de ser servido pela Ferrovia

Vitória-Minas. Esta última gera demanda por manutenção, que pode ser

suprida de forma mais efetiva pela economia local. Além disto, João Neiva está

em posição geográfica extremamente privilegiada, em função da distância

entre a capital do estado e duas cidades polarizadoras de atividade econômica

na região norte do Espírito Santo: Colatina e Linhares.

O potencial turístico é representado, também, pelas cachoeiras e rios que

cortam o município, bem como pelo patrimônio arquitetônico de algumas

propriedades na área rural. Esta conjunção de fatores fornece os elementos

que possibilitam o desenvolvimento do agroturismo, incluindo o turismo de

contemplação e de aventura, entre outros.


16

3- ESTUDOS HIDROLÓGICOS

3.1- Dados Hidrológicos

A coleta dos dados hidrológicos da região de João Neiva teve como base

informações hidrológicas, que consistiram de um conjunto de dados

pluviométricos, os quais permitiram a caracterização do regime hidrológico da

bacia do Rio Piraquê-Açu e seu afluente Córrego Demétrio Ribeiro, no trecho

estudado. Esses dados foram levantados através do Sistema de Informações

Hidrológicas (HIDROWEB) da Agência Nacional de Águas.

3.1.1- Dados Pluviométricos

Na região em estudo, foram localizadas 6 estações pluviométricas com série de

dados consistidos e com média de 50 anos de dados. A Tabela 1 apresenta

todas as estações pluviométricas levantadas e as precipitações médias

mensais e anuais daquelas que possuem dados. A localização das estações

pode ser observada na Figura 3.

Optou-se por utilizar a série pluviométrica do posto que apresentasse a maior

série de vazões consistidas, com menor número de falhas possível e que

estivesse mais próxima da área de estudo.

Dentre os postos localizados, o posto 01940001 - São João de Petrópolis

possui a maior série de vazões (58 anos de dados), porém esta estação

apresentou o valor de precipitação anual abaixo da média quando comparado

aos postos analisados. As estações 01940018 - Santa Tereza - Museu de

Biologia e 01940021 - Aracruz apresentam dados consistidos e dentro da

média anual para esta região, mas encontram-se distantes da área de estudo

ao compará-las com os outros postos. Os postos 01940007 - Fundão e

0194001 - Valsugana Velha - Montante também possuem série consistente de

dados, porém estão mais próximos ao município de Fundão.

O posto 01940005 - Cavalinho apresenta série de dados consistentes e com

longo período, sendo o posto que se enquadra melhor ao estudo, tanto em

relação à localização, pois está situado próximo ao centro do município, quanto

em relação à precipitação média anual.

Dessa forma, o posto pluviométrico 01940005 - Cavalinho foi adotado para o

estudo de caracterização do regime pluvial do município de João Neiva.

A série de dados consistidos de precipitações máximas anuais é apresentada

na Tabela 2.


17

Tabela 1. Estações pluviométricas e precipitações médias mensais e anuais dessas estações, adaptado de HIDROWEB/ANA (2012)

Código Nome Município Entidade Operação Período

dos Dados

Precipitações (mm)

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total

01940001 São João de

Petrópolis Santa Teresa

ANA CPRM 1947-2005 169 99 120 55 30 22 23 17 32 92 178 211 1.050

01940005 Cavalinho Ibiraçu ANA CPRM 1948-2005 194 121 152 81 54 48 55 43 66 123 199 214 1.341

01940007 Fundão Fundão ANA CPRM 1948-2002 194 133 157 98 66 59 71 54 80 135 234 247 1.522

01940010 Valsugana

Velha - Montante

Santa Teresa

ANA CPRM 1956-2002 229 139 192 114 86 74 106 87 125 172 266 254 1.839

01940018

Santa Tereza -

Museu de Biologia

Santa Teresa

ANA ANA 1947-1977 171 117 130 81 70 61 63,6 34 60 124 198 241 1.348

01940021 Aracruz Aracruz ANA CPRM 1970-2002 160 93 141 94 48 38 62 47 77 119 209 216 1.309


18

Figura 3: Localização das estações pluviométricas próximas ao município de João Neiva


19

Tabela 2: Precipitações Máximas Anuais do posto 01940005 (ANA, 2012)

Ano P (mm) Ano P (mm) Ano P (mm)

1949 98,4 1967 60,8 1987 78,6

1950 65 1968 110,8 1988 141,5

1951 99 1970 127 1989 94,3

1952 88 1971 89 1990 95,8

1953 63,4 1972 96,9 1991 79,8

1954 76,2 1973 72,2 1992 87,8

1955 73,6 1975 72,2 1993 123,9

1956 108,6 1976 92,4 1994 96,8

1957 77,2 1977 88 1995 185,4

1958 86,8 1978 109,6 1996 109,4

1959 64 1979 150,7 1997 86,5

1960 171,2 1980 141,4 1998 67,3

1961 94 1981 68,2 2000 87,8

1962 73,8 1982 80,2 2001 84,6

1963 65 1983 102,4 2002 61,7

1964 86,6 1984 154,2 2004 84,2

1965 104,6 1985 403,2 2005 197,4

1966 64 1986 45,8

3.1.2 - Dados Fluviométricos

O critério utilizado para a seleção dos postos fluviométricos foi a proximidade

dos mesmos com a área de estudo e a consistência dos dados registrados. No

município de João Neiva, não foram encontrados registros fluviométricos

consistidos no Rio Piraquê-Açu e seu afluente. Desta forma, o estudo

hidrológico apresentado para o município foi baseado nos dados pluviométricos

do item 3.1.1- deste relatório, através de modelos de chuva-vazão.

No Rio Piraquê-Açu foi encontrada apenas uma estação fluviométrica, que não

apresenta série de dados. As informações referentes a esta estação podem ser

verificadas na Tabela 3.

Tabela 3: Estações fluviométricas próximas ao trecho em estudo

Código Estação Rio Município Entidade Operação

57020000 Aracruz - Montante Rio Piraquê-Açu João Neiva IEMA-ES IEMA-ES

57030000 Cachoeirinha Rio Piraquê-Açu João Neiva IEMA-ES IEMA-ES

57035000 Próximo Inonibras Rio Piraquê-Açu Ibiraçu IEMA-ES IEMA-ES


20

4- ESTUDOS HIDROLÓGICOS

4.1- Determinação das curvas de Intensidade-Duração-Frequência

As precipitações máximas de projeto foram determinadas através de ajuste de

distribuição de probabilidades com os dados da estação pluviométrica

01940005 - Cavalinho, considerando a distribuição estatística de extremos de

Gumbel.

O ajuste da distribuição selecionada foi verificado através do Teste Kolmogorov

– Smirnov para o nível de significância de 5%.

A distribuição de Gumbel refere-se à forma assintótica limite para um conjunto

de N variáveis aleatórias originais {X1,X2, ... ,XN}, independentes e igualmente

distribuídas conforme um modelo FX(x), de cada superior exponencial. A

distribuição de Gumbel (máximos) é a distribuição extrema mais usada na

análise de frequência de variáveis hidrológicas, com inúmeras aplicações na

determinação de relações intensidade-duração-frequência de precipitações

intensas e estudos de vazões de enchentes.

A distribuição estatística de Gumbel, segundo Santos, 2010, assume a

seguinte forma:

sendo x a vazão e y a variável reduzida de Gumbel. Explicitando-se a variável

reduzida de Gumbel, obtém-se:

Considerando a reta de Gumbel, a variável reduzida pode assumir a seguinte

expressão:

sendo α e β parâmetros característicos da reta de Gumbel. Estes parâmetros,

por sua vez, podem ser estimados a partir das seguintes expressões:

Os parâmetros µy e σy, respectivamente média e desvio padrão da variável

reduzida y, são calculados em função do tamanho da série histórica. Os


21

valores de µx e σx correspondem à média e ao desvio padrão da série de

vazões máximas em análise.

Para as vazões máximas, a probabilidade de excedência dada por F(x)

relaciona-se com o período de retorno (o inverso da probabilidade de não-

excedência), da seguinte forma:

A partir da combinação das equações apresentadas acima, a variável reduzida

de Gumbel pode assumir a seguinte forma:

Conforme apresentado anteriormente, foi aplicado o método de Gumbel para o

cálculo das vazões máximas referentes a diferentes períodos de retorno. A

relação destas precipitações máximas para um período de 24 horas é

apresentada na Tabela 4, e a seguir:

Tabela 4: Precipitações Máximas em 24h para diferentes tempos de retorno (TR)

Tempo de Retorno (anos)

Precipitações Máximas (mm)

2 93,32

10 178,94

15 198,18

20 211,65

25 222,03

50 254,00

100 285,73

Para a determinação da curva intensidade-duração-frequência na região em

estudo, foi utilizado o Método das Relações entre as Durações. Este método

estabelece relações entre as precipitações de diferentes durações, para uma

determinada série de dados registrada em um posto pluviográfico.

Este método assume que existe uma grande similaridade nas relações entre as

precipitações médias máximas de diferentes durações, para diferentes locais.

Na realidade, existe uma tendência de mudança destas relações, de acordo


22

com o tempo de retorno. Dessa forma, considerando a similaridade dessas

relações para diferentes locais, e na ausência de postos pluviográficos

próximos à região em estudo, foram adotados os valores médios destas

relações obtidos para o Brasil (CETESB, 1979).

As precipitações máximas diárias (Tabela 4) foram multiplicadas pelos

coeficientes de relação entre as durações apresentados na Tabela 5, o que

permitiu gerar pontos suficientes para definir as curvas IDF a partir de registros

pluviométricos.

Tabela 5: Relação entre as Durações (CETESB, 1979)

Relação Coeficientes

5min/30min 0,34

10min/30min 0,54

15mim/30min 0,7

20min/30min 0,81

25min/30min 0,91

30min/1h 0,74

1h/24h 0,42

6h/24h 0,72

8h/24h 0,78

10h/24h 0,82

12h/24h 0,85

24h/1d 1,10

A Tabela 6 apresenta os dados da curva intensidade-duração-frequência na

região do município de João Neiva.


23

Tabela 6: Dados da curva IDF no município de João Neiva

Duração TR (ANOS)

(min) 2 10 15 20 25 50 100

5 130,2 249,6 276,4 295,2 309,7 354,3 398,6

10 103,4 198,2 219,5 234,4 245,9 281,4 316,5

15 89,3 171,3 189,7 202,6 212,5 243,1 273,5

20 77,5 148,7 164,6 175,8 184,5 211,0 237,4

25 69,7 133,6 148,0 158,0 165,8 189,7 213,3

30 63,8 122,3 135,5 144,7 151,8 173,7 195,4

60 43,1 82,7 91,6 97,8 102,6 117,3 132,0

360 12,3 23,6 26,2 27,9 29,3 33,5 37,7

480 10,0 19,2 21,3 22,7 23,8 27,2 30,6

600 8,4 16,1 17,9 19,1 20,0 22,9 25,8

720 7,3 13,9 15,4 16,5 17,3 19,8 22,3

1440 4,3 8,2 9,1 9,7 10,2 11,6 13,1

4.2- Determinação da Descarga Máxima no Trecho

Para a determinação do cálculo das descargas máximas de projeto, utilizou-se

o método Hidrograma Unitário, que determina a vazão a partir da precipitação,

do Soil Conservation Service.

A partir de um estudo com um grande número de bacias e de hidrogramas

unitários nos EUA, técnicos do Departamento de Conservação de Solo (Soil

Conservation Service – atualmente Natural Resources Conservation Service)

verificaram que os hidrogramas unitários podem ser aproximados por relações

de tempo e vazão estimadas com base no tempo de concentração e na área

das bacias.

Para simplificar ainda mais, o hidrograma unitário pode ser aproximado por um

triângulo definido pela vazão de pico, pelo tempo de pico e pelo tempo de base,

conforme a Figura 4. As relações identificadas, que permitem calcular o

hidrograma triangular, são descritas abaixo, de acordo com o texto de Chow et

al. (1988). O tempo de pico tp do hidrograma pode ser estimado como 60% do

tempo de concentração:


24

Onde,

tp = tempo de pico (Figura 3);

tc = tempo de concentração da bacia.

Figura 4: Forma do Hidrograma Unitário Sintético Triangular do SCS

O tempo de subida do hidrograma Tp pode ser estimado como o tempo de pico

tp mais a metade da duração da chuva D. Assim:

O tempo de base do hidrograma (tb) é aproximado por:

o que significa que o tempo de recessão do hidrograma triangular, a partir do

pico até retornar a zero, é 67% maior do que o tempo de subida.

A vazão de pico do hidrograma unitário triangular é estimada por:


25

Onde:

Tp = tempo de subida do hidrograma (h)

A = área da bacia (km²)

qp= vazão de pico por mm de chuva efetiva.

Para a aplicação deste método, são necessárias algumas informações a

respeito do curso d'água principal e da sua bacia de drenagem. Os dados

necessários são:

Área da bacia hidrográfica, em km²;

Extensão do curso d’água principal, em km;

Declividade do curso d’água principal, em m/m;

Desnível entre o ponto mais elevado e o exutório, em metros;

Tempo de Concentração;

Coeficiente de Escoamento - CN.


26

4.2.1- Determinação do Tempo de Concentração

Para o cálculo do tempo de concentração, são disponibilizadas na literatura

diversas equações empíricas, para diversas situações, conforme pode ser

observado na Tabela 7.

Tabela 7: Equações para cálculo do Tempo de Concentração

Método Fórmula Indicação

George Ribeiro

Aplicável para qualquer tamanho de bacia.

Giandotti

Grandes bacias naturais, pois quando é aplicado a pequenas bacias o valor do tc é sobrestimado.

Kirpich tc = 57 ( L³/H ) 0,385 Para bacias com áreas de drenagem inferiores ou iguais a 100 ha.

Kirpich Modificada

tc = 85,2 ( L³/H ) 0,385 Bacias com áreas de drenagem superiores a 100 ha.

A equação para a determinação do tempo de concentração adotada foi a

Kirpich Modificada, por se enquadrar melhor nas especificações do projeto.

O trecho em estudo do rio Piraquê-Açu foi dividido em dois trechos com

declividades distintas, de acordo com o quadro a seguir.

Trecho Desnível (m) Declividade (m/m) Tempo de concentração

(min)

Foz - 17 km 448 0,02635 214,22

17 km – 38,3 km 353 0,01657 304,67

O tempo de concentração adotado foi de 518,89 min.

m

bb

ch

LAt

8,0

5,14

04,0)100)(2,005,1(

16

Sp

Ltc


27

4.2.2- Hietograma de Projeto

Uma vez definida a intensidade e a duração de uma chuva de projeto, é

necessário definir sua distribuição temporal.

O método utilizado para criar a distribuição temporal da chuva de projeto a ser

utilizada no cálculo das vazões máximas foi o método dos blocos alternados

(Chow et al., 1988). Este método é baseado no uso de uma curva IDF para

diferentes durações de chuva, menores do que a duração total da chuva de

projeto.

No método dos blocos alternados, os valores incrementais são reorganizados

de forma que o máximo incremento ocorra, aproximadamente, no meio da

duração da chuva total. Os incrementos (ou blocos de chuva) seguintes são

organizados à direita e à esquerda, alternadamente, até preencher toda a

duração.

A Figura 5 apresenta o hietograma organizado pelo método dos blocos

alternados, para uma lâmina de 153,2 mm correspondente a uma chuva de

tempo de retorno (TR) de 25 anos e tempo de duração de 490 min (duração

adotada com base no tempo de concentração).

Figura 5: Hietograma de Projeto - TR de 25 anos


28

4.2.1- Determinação do CN

O Método Curva Número é um procedimento desenvolvido pelo Soil

Conservation Service (SCS), no qual a lâmina escoada (isto é, a altura de

precipitação efetiva) é uma função da altura total de chuva e de um parâmetro

de abstração denominado CN (Curva Número).

Este coeficiente CN varia de 1 a 100 e foi tabelado pelo SCS para diferentes

tipos de solo e de cobertura vegetal. Os tipos de solos foram classificados em

quatro grupos (A, B, C e D), de acordo com sua taxa de infiltração, e são

descritos a seguir:

A: solos com alta infiltração e que produzem baixo escoamento

superficial. São solos arenosos, profundos, com pouco silte e argila;

B: solos menos permeáveis que o anterior, arenosos e menos profundos

que o solo tipo A, com permeabilidade superior à média;

C: solos com capacidade de infiltração abaixo da média e que geram

escoamento superficial acima da média, contendo considerável

percentagem de argila e são pouco profundos;

D: solos contendo argilas expansivas e pouco profundos, com baixa

capacidade de infiltração, gerando a maior proporção de escoamento

superficial do grupo de solos.

O solo da região em estudo como um todo se enquadra no grupo Hidrológico

tipo B, com baixa retenção superficial. O valor de CN foi estimado através da

ponderação das áreas, de acordo com o uso e a ocupação.

A Tabela 8 apresenta os valores de CN em função da cobertura e do tipo de

solo, relacionando estas características com o grupo hidrológico.


29

Tabela 8: Valores de CN em função da cobertura e do tipo de solo (Tucci et al., 1995).

Tipo de Uso do Solo / Tratamento / Condições Hidrológicas

Grupo Hidrológico

A B C D

Uso Residencial

Tamanho médio do lote % Impermeável

até 500 m² 65 77 85 90 92

1.000 m² 38 61 75 83 87

1.500 m² 30 57 72 81 86

Estacionamentos pavimentados, telhados 98 98 98 98

Ruas e Estradas

Pavimentadas, com guias de drenagem 98 98 98 98

Com cascalho 76 85 89 91

De terra 72 82 87 89

Áreas comerciais (85% de impermeabilização) 89 92 94 95

Distritos industriais (72% de impermeabilização) 81 88 91 63

Espaços abertos, parques, jardins

Boas condições, cobertura de grama > 75% 39 61 74 80

Condições médias, cobertura de grama > 50% 49 69 79 84

Terreno preparado para plantio, descoberto

Plantio em linha reta 77 86 91 94

Cultura em fileiras

Linha reta Condições ruins 72 81 88 91

Condições boas 67 78 85 89

Curva de nível Condições ruins 70 79 84 88


Cultura de grãos

Linha reta Condições ruins 65 76 84 88


Curva de nível Condições ruins 63 74 82 85


Pasto

Condições ruins 68 79 86 89

Condições médias 49 69 79 84


Curva de nível




Campos Condições boas 30 58 71 78

Florestas





30

De acordo com esse enquadramento, e considerando a ocupação da bacia em

estudo, tem-se:

USO E COBERTURA % Área CN CN final

Área Agrícola 5,00 78 3,90

Edificada 1,00 85 0,85

Cafezal 28,00 75 21,00

Pastagem 63,00 69 43,47

Reflorestamento 3,00 60 1,80

Total 100 - 71,02

Dessa forma, o CN adotado para este estudo foi 71,02.

4.2.2- Vazões Máximas

A partir dos estudos realizados, foi possível estimar as vazões máximas para

os diferentes tempos de retorno, conforme pode ser observado na Tabela 9.

Tabela 9: Vazões máximas para diferentes tempos de retorno (TR)

Tempo de Retorno (anos)

Vazões Máximas (m³/s)

10 73,23

15 277,93

20 331,91

25 370,75

50 401,18

100 497,19


31

5- MODELAGEM HIDRODINÂMICA

No modelo hidrodinâmico a ser realizado para o município, serão inseridos

dados iniciais de entrada fornecidos pelo levantamento topobatimétrico. Os

perfis altimétricos das seções serão fornecidos pela empresa de topografia

responsável pelo levantamento topobatimétrico e posteriormente transportados

para o modelo HEC-RAS, visando à simulação hidrodinâmica dos cursos

d’água em questão.

Até a data de fechamento deste relatório, os dados de topobatimetria não

haviam sido fornecidos e, por isso, a modelagem será realizada em etapa

posterior.


32

6- CONCLUSÃO

Em função dos trabalhos realizados até a presente data e apresentados neste

relatório, pode-se concluir que:

O estudo hidrológico realizado para a área foi suficiente para a determinação

das vazões máximas de cheia para o Rio Piraquê-Açu, as quais são

apresentadas no item 4.2.2 deste relatório. O estudo permitiu ainda a definição

das curvas IDF para a região, cujos dados foram apresentados no item 4.1.

A bacia hidrográfica, apresentada no item 2.2, tem aproximadamente 142 km² e

engloba diversos corpos hídricos da região, onde se destacam para este

estudo, o Rio Piraquê-Açu e seu afluente Córrego Demétrio Ribeiro, que

atravessam o trecho urbano.

A modelagem hidrodinâmica dos principais corpos hídricos da região depende

do envio do levantamento topobatimétrico realizado no município. Através da

modelagem, será possível realizar a aferição das cotas de vestígio coletadas

em campo com as cotas indicadas pelo modelo matemático, o que permitirá a

validação do referido modelo.


33

7- REFERÊNCIAS

COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL - DAEE-CETESB.

Drenagem urbana: manual de projeto. São Paulo: DAEE-CETESB, 1979. 476 p.

CPRM (Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais), 2000: "Estudo de Chuvas

Intensas no Estado do Rio de Janeiro". 2ª ed.revista e ampliada. Brasília.

DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), 2005: "Manual de

Hidrologia Básica para Estruturas de Drenagem." Ministério dos Transportes.

Publicação IPR - 715.

FCAA (Fundação Ceciliano Abel de Almeida), 2011: “Plano De Desenvolvimento Local

Sustentável (Pdls) - Etapa II – Diagnóstico Situacional Do Município De João

Neiva”, 114 p.

HIDROWEB (Sistema de Informações Hidrológicas), Agência Nacional de Águas.

Disponível em http://www.hidroweb.ana.gov.br, acesso em agosto de 2012.

SANTOS, L. C. C., 2010: Estimativa de vazões máximas de projeto por métodos

determinísticos e probabilísticos. Dissertação de mestrado. 172 p.

TUCCI, Carlos E. M., PORTO, Rubem L. L., BARROS, Mario T., Drenagem Urbana.

Editora da Universidade. 1.ª Edição, Porto Alegre, 1995.

TUCCI, C.E.M. et al. Hidrologia: ciência e aplicação. 2.ed. Porto Alegre. Editora

Universidade: ABRH, 1997. (Coleção ABRH de Recursos Hídricos; v4). ISBN 85-

7025-298-6

http://www.hidroweb.ana.gov.br/

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