hidrÁulica aplicada iimnvalente/2005-1sem/ha2/bak/ha2-acetatos-hidrologia... · hidrologia...

1

1IPB - L. E.Civil - Hidráulica Aplicada II José L. S. Pinho - Univ. Minho

HIDRHIDRÁÁULICA APLICADA IIULICA APLICADA II

PARTE IPARTE I

HIDROLOGIAHIDROLOGIA


SUMSUMÁÁRIORIO

HIDROLOGIAHIDROLOGIA

1.1. GENERALIDADESGENERALIDADES

2.2. CICLO HIDROLCICLO HIDROLÓÓGICOGICO

3.3. BACIA HIDROGRBACIA HIDROGRÁÁFICAFICA

4.4. PRECIPITAPRECIPITAÇÇÃOÃO

5.5. INTERCEPINTERCEPÇÇÃO, EVAPORAÃO, EVAPORAÇÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÇÃOÃO

6.6. ESCOAMENTO DE SUPERFESCOAMENTO DE SUPERFÍÍCIECIE

2


6. ESCOAMENTO DE SUPERF6. ESCOAMENTO DE SUPERFÍÍCIECIE HIDROLOGIAHIDROLOGIA

DefiniDefiniççõesões

O escoamento superficial resulta da precipitação que não é interceptada pela vegetação

ou pelos edifícios, que não é evaporada e não se infiltra ou permanece retida em depressões.

O escoamento de superfície é a única das componentes do ciclo hidrológico que pode ser medida na totalidade.




Cheias – resultam de chuvas particularmente intensas ou prolongadas.

3




Secas – resultam de chuvas escassas e insuficientes para satisfazer os processos de evaporação, de infiltração e de retenção nas depressões dos terrenos.




Caudal - Q em m3/s ou L/s

Caudal específico - q em m3/(s.km2), m3/(s ha) ou L/(s ha)

Caudal integral ou acumulado - V em m3

TV

Q∆∆

=

AQ

q =

∫=t

todttQV )(

4






MediMediççãoão

Necessidade da medição de caudais : para dimensionamento e gestão de obras

nomeadamente: barragens, bacias de retenção, canalizações, diques, etc.

5



MediMediççãoão

Método de Secção-Velocidade

Q=US

Usualmente divide-se a secção em partes e determina-se para cada uma delas o respectivo caudal, Qi, sendo o caudal total da secção:

∑=

=n

iiQQ

1



MediMediççãoão

Determinação do caudal na secção

- Modo gráfico

6



MediMediççãoão

Determinação do caudal na secção

- Modo aritmético.

))(22

( 11

1

0

1ii

iin

i

ii llhhVVQ −×+×+= ++

−

=

+∑

hiViV 6.0= ( )hihi VViV 8.02.021 +=



MediMediççãoão

Determinação do caudal na secção - Exemplo de aplicação

-Considere os valores das medições efectuadas numa secção de um canal em três situações distintas de escoamento.

-Defina a curva de vazão com base nos dados fornecidos.

- Estime o caudal na secção quando o valor registado num limnigrafo é de 4.0 m.

7



MediMediççãoão


30.0 m

3.3 m1:11:1

0.39 0.55 0.380.45 0.60 0.460.35 0.45 0.36

30.0 m

4.6 m1:11:1

0.49 0.65 0.480.55 0.70 0.560.45 0.55 0.46

30.0 m

5.6 m1:11:1

0.61 0.77 0.600.67 0.82 0.680.57 0.67 0.58



MediMediççãoão


0.39 0.55 0.38 14.025 11.000 14.025 5.470 6.050 5.3300.45 0.60 0.46 12.815 11.000 12.815 5.767 6.600 5.8950.35 0.45 0.36 11.605 11.000 11.605 4.062 4.950 4.178

0.49 0.65 0.48 21.211 15.333 21.211 10.393 9.967 10.1810.55 0.70 0.56 18.860 15.333 18.860 10.373 10.733 10.5620.45 0.55 0.46 16.509 15.333 16.509 7.429 8.433 7.594

0.61 0.77 0.60 27.378 18.667 27.378 16.700 14.373 16.4270.67 0.82 0.68 23.893 18.667 23.893 16.009 15.307 16.2470.57 0.67 0.58 20.409 18.667 20.409 11.633 12.507 11.837

Velocidades (m/s) Áreas (m 2) Caudais (m 3/s)

0.39 0.55 0.38 14.025 11.000 14.025 5.470 6.050 5.3300.45 0.60 0.46 12.815 11.000 12.815 5.767 6.600 5.8950.35 0.45 0.36 11.605 11.000 11.605 4.062 4.950 4.178

0.49 0.65 0.48 21.211 15.333 21.211 10.393 9.967 10.1810.55 0.70 0.56 18.860 15.333 18.860 10.373 10.733 10.5620.45 0.55 0.46 16.509 15.333 16.509 7.429 8.433 7.594

0.61 0.77 0.60 27.378 18.667 27.378 16.700 14.373 16.4270.67 0.82 0.68 23.893 18.667 23.893 16.009 15.307 16.2470.57 0.67 0.58 20.409 18.667 20.409 11.633 12.507 11.837

Velocidades (m/s) Áreas (m 2) Caudais (m 3/s)

48.300

85.666

131.040

8



MediMediççãoão


Curva de vazão

Q = 7.23084h 2 - 28.38053h + 63.21194R2 = 1.00000

0

20

40

60

80

100

120

140

2 3 4 5 6 7

Altura (m)

Cau

dal

(m3 /s

)

/s m. Q

m .h3465

04

=

=



MediMediççãoão


0.39 0.55 0.38 14.025 11.000 14.025 5.470 6.050 5.3300.45 0.60 0.46 12.815 11.000 12.815 5.767 6.600 5.8950.35 0.45 0.36 11.605 11.000 11.605 4.062 4.950 4.178

0.397 0.533 0.400 38.445 33.000 38.445 15.250 17.600 15.378

0.49 0.65 0.48 21.211 15.333 21.211 10.393 9.967 10.1810.55 0.70 0.56 18.860 15.333 18.860 10.373 10.733 10.5620.45 0.55 0.46 16.509 15.333 16.509 7.429 8.433 7.594

0.497 0.633 0.500 56.580 46.000 56.580 28.101 29.133 28.290

0.61 0.77 0.60 27.378 18.667 27.378 16.700 14.373 16.4270.67 0.82 0.68 23.893 18.667 23.893 16.009 15.307 16.2470.57 0.67 0.58 20.409 18.667 20.409 11.633 12.507 11.837

0.617 0.753 0.620 71.680 56.000 71.680 44.203 42.187 44.442

Velocidades (m/s) Áreas (m2) Caudais (m 3 /s)

0.39 0.55 0.38 14.025 11.000 14.025 5.470 6.050 5.3300.45 0.60 0.46 12.815 11.000 12.815 5.767 6.600 5.8950.35 0.45 0.36 11.605 11.000 11.605 4.062 4.950 4.178

0.397 0.533 0.400 38.445 33.000 38.445 15.250 17.600 15.378

0.49 0.65 0.48 21.211 15.333 21.211 10.393 9.967 10.1810.55 0.70 0.56 18.860 15.333 18.860 10.373 10.733 10.5620.45 0.55 0.46 16.509 15.333 16.509 7.429 8.433 7.594

0.497 0.633 0.500 56.580 46.000 56.580 28.101 29.133 28.290

0.61 0.77 0.60 27.378 18.667 27.378 16.700 14.373 16.4270.67 0.82 0.68 23.893 18.667 23.893 16.009 15.307 16.2470.57 0.67 0.58 20.409 18.667 20.409 11.633 12.507 11.837

0.617 0.753 0.620 71.680 56.000 71.680 44.203 42.187 44.442

Velocidades (m/s) Áreas (m2) Caudais (m 3 /s)

48.228

85.525

130.831

9



MediMediççãoão


Curva de vazão

y = 7.22435x2 - 28.38235x + 63.21660R2 = 1.00000

0

2040

6080

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6

Altura (m)

Cau

dal

(m

3 /s)

/s m. Q

m .h3365

04

=

=



MediMediççãoão

Recorrendo a estruturas hidráulicas: - descarregadores

10



MediMediççãoão

Recorrendo a estruturas hidráulicas: - canais

2 m8 m

2 m VariávelVariável

TaludeDo canal

Margemparaplantas

aquáticas

Caminho



MediMediççãoão

Secções regulares - curva de vazão expressa com exactidão por uma expressão

anal ítica teórica.

2 m8 m

2 m VariávelVariável

TaludeDo canal

Margemparaplantas

aquáticas

Caminho

21

32

iKSRQ =

11



MediMediççãoão

Secções irregulares - Processos gráficos ou analíticos para ajustar uma curva aos

resultados do maior número possível de medições conjuntas de alturas e caudais.

P1 P2 P3

y1

y2

y3

P=P(y)

y



MediMediççãoão

Exemplo de aplicaExemplo de aplicaççãoão

Defina a equaDefina a equaçção analão analíítica da curva de vazão e tica da curva de vazão e esboce o respectivo gresboce o respectivo grááfico para um canal de betão fico para um canal de betão com seccom secçção trapezoidal de largura de base de 10 m ão trapezoidal de largura de base de 10 m e inclinae inclinaçção de margens de 1(H):1.5(V) num trecho ão de margens de 1(H):1.5(V) num trecho de inclinade inclinaçção de 0,1 %.ão de 0,1 %.

Considerando as mediConsiderando as mediçções de altura e caudal ões de altura e caudal referentes a uma secreferentes a uma secçção fluvial apresentadas na ão fluvial apresentadas na tabela apresentada esboce o grtabela apresentada esboce o grááfico da curva de fico da curva de vazão e uma equavazão e uma equaçção analão anal íítica que represente uma tica que represente uma aproximaaproximaçção dessa curva. Indique o grau de ão dessa curva. Indique o grau de aproximaaproximaçção conseguido.ão conseguido.

1.5500

1.4300

1.2150

0.950

0.735

0.616

0.32

[m][m3/s]

hQ

12



Caudais de cheiaCaudais de cheia

h

h

a

bInclinação S1

Inclinação S2

Celeridade U

h+dhh

Udt

s∆s

Caudal (m3/s)

Altu

ra(m

)

C. V. R. P.

Decrescimentoda cheia

Crescimentoda cheia

Curva de vazão em período de cheia





nsAR

Q2

13

2

=

A partir da fA partir da fóórmula de rmula de ManningManning a vazão pode ser calculada, vindo:a vazão pode ser calculada, vindo:

sQ ∝ ssQa ∆±∝

sU

dtdhs

QQa

+=

AQ

U a3.1=

13





- Medição do caudal: Qa= 3160 m3/s- Duração da medição: 2 horas- Variação da cota da S. L.: 50.40 m a 50.52 m- Desnível da S. L. entre 400 m a montante e 300 m Jusante: 100 mm- Largura média da secção: 500 m- Profundidade média: 4.0 m

EXEMPLO PREXEMPLO PRÁÁTICO: Determinar o par de valores Q, H TICO: Determinar o par de valores Q, H da curva de vazão numa secda curva de vazão numa secçção de acordo com os ão de acordo com os seguintes dados:seguintes dados:

h

h

a

b Inclinação S1

Inclinação S2

Celeridade U

h+dhh

Udt

s∆s





( )

m 46.502

50.5250.40: água de Altura

/sm 3080

1043.1054.21067.11

3160

1043.1700

1.0400300

1.0

1067.17200

12.060602

40.5052.50m/s 2.0541.581.31.3v USeja

m/s 58.120003160

AQ

vmédia Velocidade

m 20004500rea

3

4

5

4

5

a

2

=+

=

×××+

=

×==+

=

×==××

−=

=×==

====

=×=

−

−

−

−

Q

s

dtdh

Á

- Medição do caudal: Qa= 3160

m3/s

- Duração da medição: 2 horas- Variação da cota da S. L.: 50.40

m a 50.52 m

- Desnível da S. L. entre 400 m a montante e 300 m Jusante: 100

mm

- Largura média da secção: 500 m- Profundidade média: 4.0 m

14



MediMediççãoão

Estação hidrométrica - secção de um curso de água onde se efectua um registo periódico de níveis, e onde se definiu uma curva de vazão para conversão dos respectivos valores de níveis em caudais.

Rede hidrométrica - conjunto de estações hidrométricas de uma região ou país.

Utilização da rede hidrométrica:n Planeamento e projecto de obras hidráulicas e modelação de uma bacia

hidrográfica (são necessários 20 anos de dados);n Gestão em tempo real de um sistema fluvial (dados instantâneos - via rádio,

telefone, etc.).



MediMediççãoão

Alturas hidrométricas – Alturas da água medidas nas curvas de vazão através de:

- Escalas hidrométricas colocadas nas secções de medição;- Por aparelhos denominados limnímetros, os quais se forem registadores tomam o

nome de limnígrafos.

15


Formas de apresentação das observações

- Séries cronológicas : formadas por valores apresentados de acordo com a respectiva ordem de ocorrência (séries cronológicas de caudais instantâneos e as séries cronológicas de caudais médios em per íodos iguais sucessivos). Constituem a curva dos caudais instantâneos, ou cronológicos, ou hidrogramas.

- Séries acumuladas - formadas pelos valores dos volumes escoados ou caudais integraiscolocados por ordem cronológica. Constituem as séries integrais das séries cronológicas e a sua representação gráfica denomina-se curva dos caudais acumulados ou integrais

- Séries classificadas - os valores dos caudais vêm agrupados por ordem de grandeza. A representação gráfica tem a designação de curva dos caudais classificados ou curva de duração de caudais.


MediMediççãoão



ApresentaApresentaçção das observaão das observaçções ões hidromhidroméétricastricas

Curva cronológica dos caudais médios diários

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

out-

60

out-

60

no

v-60

dez

-60

jan

-61

fev-

61

mar

-61

abr-

61

mai

-61

jun

-61

jul-

61

ago

-61

set-

61

Data

Cau

dai

s (m

3/s

)

Curva cronológica dos caudais médios diários

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

out-

60

out-

60

no

v-60

dez

-60

jan

-61

fev-

61

mar

-61

abr-

61

mai

-61

jun

-61

jul-

61

ago

-61

set-

61

Data

Cau

dai

s (m

3/s

)

)(

)(

tHH

tQQ

=

=

16




Caudais médios

01

1

0

)(

tt

dttQQ

t

tm −

=∫

CAUDAL MCAUDAL MÉÉDIO DIDIO DIÁÁRIORIO CAUDAL MCAUDAL MÉÉDIO MENSALDIO MENSAL

CAUDAL MCAUDAL MÉÉDIO ANUALDIO ANUAL




Caudais médios

Curva cronológica dos caudais médios diáriosRio Cávado - Est. Barcelos

0

50

100

150

200

250

01

-10

-19

85

01

-11

-19

85

01

-12

-19

85

01

-01

-19

86

01

-02

-19

86

01

-03

-19

86

01

-04

-19

86

01

-05

-19

86

01

-06

-19

86

01

-07

-19

86

01

-08

-19

86

01

-09

-19

86

Data

Cau

dai

s (m

3/s)

Curva cronológica dos caudais médios diáriosRio Cávado - Est. Barcelos

0

50

100

150

200

250

01

-10

-19

85

01

-11

-19

85

01

-12

-19

85

01

-01

-19

86

01

-02

-19

86

01

-03

-19

86

01

-04

-19

86

01

-05

-19

86

01

-06

-19

86

01

-07

-19

86

01

-08

-19

86

01

-09

-19

86

Data

Cau

dai

s (m

3/s)

17




1-11-85 12.7

2-11-85 12.7

3-11-85 17.514-11-85 29

5-11-85 63.32

6-11-85 95.887-11-85 84.56

8-11-85 84.56

9-11-85 112.56

10-11-85 128.7611-11-85 99.87

12-11-85 97.86

13-11-85 91.9914-11-85 88.22

15-11-85 70.98

16-11-85 53.617-11-85 54.92

18-11-85 57.63

19-11-85 59.0120-11-85 59.01

21-11-85 56.26

22-11-85 59.0123-11-85 53.6

24-11-85 52.3

25-11-85 57.63

26-11-85 53.627-11-85 46.14

28-11-85 44.98

29-11-85 46.1430-11-85 54.92

MÊS QMM Nº DIAS(m3/s)

OUT 32.201 31NOV 63.307 30DEZ 97.794 31JAN 135.943 31FEV 153.598 28MAR 113.963 31ABR 80.023 30MAI 53.560 31JUN 34.815 30JUL 29.946 31AGO 33.858 31SET 41.395 30

CAUDAIS MCAUDAIS MÉÉDIOS MENSAISDIOS MENSAIS

CAUDAL MCAUDAL MÉÉDIO ANUALDIO ANUAL

72.533 72.061

01

1

0

)(

tt

dttQQ

t

tm −

=∫

CAUDAL MÉDIO DIÁRIOCAUDAL MÉDIO DIÁRIO CAUDAL MÉDIO MENSALCAUDAL MÉDIO MENSAL

CAUDAL MÉDIO ANUALCAUDAL MÉDIO ANUAL




CONCEITO DE ANO MCONCEITO DE ANO MÉÉDIODIO

CURVAS DE CAUDAIS MÉDIOS MENSAIS

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

OU

T

NO

V

DE

Z

JAN

FE

V

MA

R

AB

R

MA

I

JUN

JUL

AG

O

SE

T

Cau

dais

(m3 /s

)

ANO SECO ANO NORMAL ANO HÚMIDO

CURVAS DE CAUDAIS MÉDIOS MENSAIS

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

OU

T

NO

V

DE

Z

JAN

FE

V

MA

R

AB

R

MA

I

JUN

JUL

AG

O

SE

T

Cau

dais

(m3 /s

)

ANO SECO ANO NORMAL ANO HÚMIDO

18




)( tfQ =

∫=t

dttQV0

)(

tQdtdV

=

tt00 tt

VV

VV00

0

0

ttVV

Qm −−

=

Curva de caudais integrais ou acumulados





Curva de caudais integrais ou acumulados Rio Cávado. Est. Barcelos

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1-10

-85

31-1

0-85

30-1

1-85

30-1

2-85

29-1

-86

28-2

-86

30-3

-86

29-4

-86

29-5

-86

28-6

-86

28-7

-86

27-8

-86

26-9

-86

t

Vo

lum

es (

m3 )

Curva de caudais integrais ou acumulados Rio Cávado. Est. Barcelos

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1-10

-85

31-1

0-85

30-1

1-85

30-1

2-85

29-1

-86

28-2

-86

30-3

-86

29-4

-86

29-5

-86

28-6

-86

28-7

-86

27-8

-86

26-9

-86

t

Vo

lum

es (

m3 )

19





30-nov-85 2897.4431-dez-85 5929.05

Curvade caudais integraisou acumuladosRio Cávado. Est. Barcelos

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

1-10

-85

31-1

0-85

30-1

1-85

30-1

2-85

29-1

-86

28-2

-86

30-3

-86

29-4

-86

29-5

-86

28-6

-86

28-7

-86

27-8

-86

26-9

-86

t

Vol

umes

(m3

)

tt00 tt

0

0

ttVV

Qm −−

=

Caudal médio mensal-DEZ97.794 m3/s




Curva dos caudais classificados

Q

Q1

1 ano0

t1 t2

% t 100 %

Q’

Curva caudais cronolCurva caudais cronolóógicosgicos

t1+ t2

1 ano

20




A partir da curva dos caudais classificados podemos definir:

o Caudal máximo (QM);o Caudal característico máximo (QCM); o Caudal característico mediano ou semi-permanente ( Qs );

o Caudais caracter ísticos de 1, de 3, ou de 9 meses (QCI, QC3, QC9);o Caudal característico mínimo ou de estiagem (QCe);

o Caudal médio ou módulo ( );o Caudal mínimo (Qm).

Q






0 100 %

Q’

10

50 %

355 365 dias

q3

q1

q2

C. SEMI-PERMANENTE

C. CARACTERÍSTICO MÁX.

C. CARACTERÍSTICO MÍN.

Módulo dos caudais classificados: ∫∫ =

=

1

0

'%100

0

' )(%100/)( dttQdttQQ 0 100 %

Q’

10 3 5 5 365 dias

Q’m

0 100 %

Q’

10 3 5 5 365 dias

Q’m

21





Caudais médios diários classificadosRio Cávado-Barcelos 1985/86

y = -0.0000002725x5 + 0.0000707560x 4 - 0.0068604265x3 + 0.3251504502x2 - 9.4620330927x + 215.7773081371

R2 = 0.9933514808

0

50

100

150

200

250

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0

% t

Q' (

m3/

s)

Polinómio





0 100 %

Q’

10

50 %

355 365 dias

q3

q1

q2

C. SEMI-PERMANENTE

C. CARACTERÍSTICO MÁX.

C. CARACTERÍSTICO MÍN.

t Q'2.739726 192.297.26027 19.3

190.28

21.35

56.26

CAUDAIS CARACTERCAUDAIS CARACTERÍÍSTICOSSTICOS

Polinómio

22




Coutagne propôs uma expressão para representar a curva dos caudais classificados,

traduzida por uma parábola de grau n.

( )( )n

mm TtT

nQQQQ

−

+++= 1 nm

ms nQQQQ

21+

=−−

O valor do coeficiente de irregularidade, n, énormalmente determinado considerando Q=Qs (donde t=182.5 e T=365 dias), o que permite transformar a equação em:






Coutagne

0

50

100

150

200

250

0 100 200 300 400

Tempo (dias)

Cau

dal

(m

3 /s)

Coutagne

Caudaisclassificados

23




Curva característica hidrológica

Tipo de AproveitamentoCentrais de fio-de-água

Caracterizam-se pela passagem constante de água aproveitando-se assim a maior parte da energia passível de ser produzida.Um inconveniente deste tipo de centrais reside na impossibilidade de armazenar grandes quantidades de água para alturas de seca.A classificação de central de fio de água resulta do facto de a duração de esvaziamento das suas reservas de água durar menos de 100 horas. Esta medida éefectuada estando a central inicialmente com as suas reservas completas, a funcionar em plena carga e supondo que o caudal de entrada é nulo.





100 %t1%

Q’(t)

q(t)

Q’

t %

Q’1q1

24





100 %t1%

Q’(t)

q(t)

Q’

t %

Q’1q1





( )∫+×%100

%

'1

'1

1

%t

dttQtQ

Volumes utilizadosVolumes utilizados

( ) %1'1

%

0

'1

tQdttQt

×−∫

Volumes desperdiVolumes desperdiççadosados

25





A

q

Q’

q=Q’m

q1

Q’máx.

q=q(Q’)

B

C

D

45º

Q’1

Quanto mais a curva q=q(Q’) se aproxima da recta a 45 º , mais económica será a instalação pois menor será a diferen ça entre os caudais médios utilizáveis e os máximos turbináveis (ou instalados ou derivados).

Cau

dais

méd

ios

utili

záv

eis

Caudais máximos turbináveis





A

q

Q’

q=Q’m

q1

Q’máx.

q=q(Q’)

B

C

D

45º

Q’1

Cau

dais

méd

ios

utili

záv

eis


Considerando a recta vertical de equação Q’=Q’1 , o segmento de recta AB corresponde ao caudal médio utilizável de um aproveitamento hidroeléctrico com caudal instalado Q’1.

26





A

q

Q’

q=Q’m

q1

Q’máx.

q=q(Q’)

B

C

D

45º

Q’1

Cau

dais

méd

ios

utili

záv

eis


O segmento BC corresponde à diferença entre os caudais médios utilizáveis de aproveitamentos hidroeléctricos com caudais instalados Q’1 ou Q’máx .

(proporcional ao volume de água perdido).





A

q

Q’

q=Q’m

q1

Q’máx.

q=q(Q’)

B

C

D

45º

Q’1

Cau

dais

méd

ios

utili

záv

eis


O segmento BD é proporcional ao volume de água que seria necessário fornecer à instalação para que durante todo o período de funcionamento houvesse possibilidade de turbinar q1=Q’1.

27





CURVA CARACTERÍSTICA HIDROLÓGICA

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100

t (%)

Q' (

m3 /s

)






0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250

Caudais máximos instalados (m3/s)

Cau

dais

méd

ios

utili

záve

is (m

3/s

)


0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250

Caudais máximos instalados (m3/s)

Cau

dais

méd

ios

utili

záve

is (m

3/s

)

A

q=q(Q’)

B

C

D

75.88

28




Curva de concentração

P

A

t’

M1

O

N

M

O1

Q’1

t’1

Vo

lum

es

100 %

100 %t1

Q’(t)

Q’

t %

Q’1

42

1

3

( ) ( )'

0

'''

%100

'

tt

dttQtAt

−=

= ∫

R





P

A

t’

M1

O

N

M

O1

Q’1

t’1

Vo

lum

es

100 %

100 %t1

Q’(t)

Q’

t %

Q’1

42

1

3

( ) ( )'

0

'''

%100

'

tt

dttQtAt

−=

= ∫

R

A ordenada máxima PO1 representa o volume total que afluiu à secção no período considerado.

29


P

A

t’

M1

O

N

M

O1

Q’1

t’1

Vo

lum

es

100 %

100 %t1

Q’(t)

Q’

t %

Q’1

42

1

3

( ) ( )'

0

'''

%100

'

tt

dttQtAt

−=

= ∫

R




A inclinação da tangente à curva em cada ponto de abcissa t ’ dá-nos o caudal que não é atingido em t’ % do período considerado, mas que é igualado ou superado no restante 100%-t’%.


100 %t1

Q’(t)

Q’

t %

Q’1

42

1

3

P

A

t’

M1

O

N

M

O1

Q’1

t’1

Vo

lum

es

100 %

R




A intersecção dessa tangente com o segmento PO1 define os segmentos PM e MO1:

PM = MN=Q’1× (100% -t’1%)=Q’1 ×t1% + NP= ordenada A(t’)

PM= vol. de água consumido por um aproveitamento hidroeléctrico de caudal máx. turbinável Q’1MO1=PO1-PM Volume desperdiçado.

2 4

1

30


100 %t1

Q’(t)

Q’

t %

Q’1

42

1

3

P

A

t’

M1

O

N

M

O1

Q’1

t’1

Vo

lum

es

100 %

R




3

A intersecção da tangente à curva de concentração no ponto de abcissa t’1% e o eixo coordenado vertical define o segmento OM1.

OM1=MR-PM

Volume de água que se terá de ir buscar a outro rio para conseguir manter sempre o caudal Q’1.



Estimativa de escoamento por processos indirectosEstimativa de escoamento por processos indirectos

Para valores anuaisRegistos de precipitação ou de precipitação e de temperatura – regressão estatística escoamento-precipitação para outra secção na mesma bacia ou noutra bacia, traduzida pelas equações:

R=a+bP (Regressão para precipitação)Ex: R=41-233Kc+0.5Kc P) – (Alentejo e Algarve)

DE=P-R (Regressão para precipitação temperatura)Fórmula de Turc:

2

2

9.0LP

PDE

+

=

L = 300 + 25 T + 0,05 T3

31



Estimativa de escoamento por processos indirectosEstimativa de escoamento por processos indirectos

Para valores de duração inferior à anual

Recorre-se a séries cronológicas, acumuladas ou classificadas, determinadas no mesmo ano

em secções que definam bacias com caracter ísticas fisiográficas e climáticas semelhantes;

Ajustam-se os valores dessas séries com a proporção dos escoamentos anuais em ambas as

secções, de acordo com as equações seguintes:

2 22 1

1 1

( )( ) ( )

( )A R ano

Q t Q tA R ano

= 22 1

1

( )( ) ( )

( )R ano

R t R tR ano

∆ =



Dimensionamento de uma albufeira de regularizaDimensionamento de uma albufeira de regularizaççãoão

Compreende duas parcelas distintas: - O volume morto destinado à acumulação de sedimentos (depende do regime de transporte sólido no rio e da vida útil pretendida para a obra)

- A capacidade útil destinada ao armazenamento de água (com fins de regularização para satisfação dos consumos).Mede-se através de:

Curva dos volumes acumulados, mês a mês, considerando uma parcela para infiltração e evaporação. Os sucessivos pontos de tangência a esta curva, da recta dos consumos, quando deslocada paralelamente a si própria, correspondem ao início dos vários períodos em que os caudais afluídos no rio teriam sido insuficientes para satisfazer os consumos. O máximo afastamento em cada caso corresponde ao volume de água que teria sido necessário ter armazenado no início do período para garantir o consumo, e o maior desses valores corresponde à capacidade útil necessária para a albufeira.

Tabela com o armazenamento necessário no início de cada intervalo de tempo considerado, para satisfazer os consumos no mesmo intervalo de tempo e seguintes.

O cálculo começa no final do período total em análise e prossegue retroactivamente. O maior valor de armazenamento necessário, determinado, corresponde à capacidade útil necessária para a albufeira. Este método de cálculo tem sobre o anterior a vantagem de ser fácil considerar consumos diferentes em cada intervalo de tempo.

AplicaAplicaçções das curvas de caudaisões das curvas de caudais

32




REGULARIZAREGULARIZAÇÇÃO DE CAUDAISÃO DE CAUDAIS

ARMAZENAMENTOQafluente>Qturbinado

DESCARGASQafluente <Qturbinado

CAPACIDADE ÚTIL

CAPACIDADEMORTA

H

h

Qafluente

t

Qderivado

t





Dada uma determinada curva de afluências e pretendida determinad a curva de regularização, escolhida de acordo com as necessidades de utilização do aproveitamento, calcular, qual a capacidade mínima da albufeira que permite tal regularização dos caudais derivados.

Dada uma determinada curva de afluência e imposta uma capacidade de armazenamento da albufeira, determinar qual a curva ou lei de exploração mais conveniente dos caudais regularizados.


CAPACIDADE ÚTIL

CAPACIDADEMORTA

H

h

Qafluente

t

Qderivado

t

CAPACIDADE ÚTIL

CAPACIDADEMORTA

H

h

Qafluente

t

Qderivado

t

33




Curva de caudais cronolCurva de caudais cronolóógicosgicosQ

Q1

T0 t1 t2

( )

( )dttQV

ttQVt

t

A

n

∫=

−=2

1

121

AnR VVC −=

DETERMINADETERMINAÇÇÃO DA CAPACIDADE MÃO DA CAPACIDADE MÍÍNIMA NIMA

Q2




DETERMINADETERMINAÇÇÃO DA CAPACIDADE MÃO DA CAPACIDADE MÍÍNIMA NIMA

ABV

ACV

A

n

=

=

BCC R =

Curva de caudais acumuladosCurva de caudais acumuladosV

V3

T0 t3 t4

A

B

C

34




REGULARIZAREGULARIZAÇÇÃO TOTAL ÃO TOTAL

Curva de caudais cronolCurva de caudais cronolóógicosgicosQ

Qm

T0 t1 t2

( )

( )dttQV

ttQVt

tA

mn

∫=

−=

2

1

12

AnR VVC −=




REGULARIZAREGULARIZAÇÇÃO TOTAL ÃO TOTAL

Curva de caudais acumuladosCurva de caudais acumulados

V

T0 t1 t2

a

B

b

baC R +=


V3

T0 t3 t4

A

B

C


V3

T0 t3 t4

A

B

C

A

C ABV

ACV

A

n

=

=

35




CAUDAIS MCAUDAIS MÉÉDIOS MENSAISDIOS MENSAIS

CURVA CAUDAIS MÉDIOS MENSAIS

0.000

20.00040.00060.000

80.000100.000

120.000140.000160.000

180.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Q [

m3/

s]

Determinação da capacidade mínima – exemplo de aplicação

MÊS QMM Nº DIAS(m

3/s)

OUT 32.201 31NOV 63.307 30DEZ 97.794 31JAN 135.943 31FEV 153.598 28MAR 113.963 31ABR 80.023 30MAI 53.560 31JUN 34.815 30JUL 29.946 31AGO 33.858 31SET 41.395 30




35 40 45 50 55 60 65 70 75 80-2.799 -7.799 -12.799 -17.799 -22.799 -27.799 -32.799 -37.799 -42.799 -47.7990.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -1.693 -6.693 -11.693 -16.6930.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000.000 0.000 0.000 0.000 -1.440 -6.440 -11.440 -16.440 -21.440 -26.440-0.185 -5.185 -10.185 -15.185 -20.185 -25.185 -30.185 -35.185 -40.185 -45.185-5.054 -10.054 -15.054 -20.054 -25.054 -30.054 -35.054 -40.054 -45.054 -50.054-1.142 -6.142 -11.142 -16.142 -21.142 -26.142 -31.142 -36.142 -41.142 -46.1420.000 0.000 -3.605 -8.605 -13.605 -18.605 -23.605 -28.605 -33.605 -38.60524.572 77.708 140.189 206.285 276.238 355.726 439.601 532.049 624.497 716.945

CAUDAL REGULARIZADO

Determinação da capacidade mínima – exemplo de aplicação

36




VOLUMES EXISTENTES NA ALBUFEIRAVOLUMES EXISTENTES NA ALBUFEIRA

V

CR

Tt1 t2A

B

B’

A’

Curva de caudais acumuladosCurva de caudais acumulados

( ) ∫∫ −+=t

tR

t

tR dtQdttQCV

11

hidrÁulica aplicada iimnvalente/2005-1sem/ha2/bak/ha2-acetatos-hidrologia... · hidrologia...

Documents