Hidrologia & Drenagem_Apostila

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<p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 1/ 61</p> <p>,</p> <p>ST 306 2003</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 2/ 61</p> <p>1 Parte: HidrologiaI Hidrologia: como conceito ou definio, trata-se da cincia que estuda a gua do Planeta Terra, consequentemente, as ocorrncias, circulao e distribuio, analisando e estudando fsica e quimicamente quanto a propriedade bem como a inter-relaes. Os estudo Hidrolgico so importante no tocante aos efeitos catastrficos das grandes cheias e estiagem e evidentemente, o quanto o trabalho humano interfere positivamente ou negativamente sobre o meio ambiente. II - Ciclo Hidrolgico: No Planeta Terra nota-se a presena de gua no estado lquido, slidos e gasoso, na atmosfera, na superfcie, no solo, no subsolo, nos rios, lagos oceano e mares, tambm nas calotas polares e tambm na atmosfera, todos, seja em qualquer lugar, posio ou poca, em constante movimento, o qual chamamos ou denominamos tecnicamente de Ciclo Hidrolgico. Pelo Ciclo Hidrolgico notamos as mudanas de estado ou posio em relao ao Planeta Terra, seguindo: Precipitao; Escoamento (intercepo); Escoamento (subterrneo); Evaporao.</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 3/ 61</p> <p>III - Aplicao: III 1 Abastecimento: Domestico; Industrial; Irrigao.</p> <p>III 2 Drenagens: Drenagem superficial; Drenagem subterrnea.</p> <p>III 3 Obras Hidrulicas (Dimensionamento): Controle de cheias; Pontes; Bueiros; Galerias; Barragens; Diluio.</p> <p>III 4 Irrigao: Controle estiagens; Controle de abastecimento alimentar; Bem estar social.</p> <p>IV Precipitao Chuvas IV 1 Conceito fsico: O ar atmosfrico quente e mido, expande-se adiabaticamente (sem troca de calor ), eleva-se e resfria proporcionalmente em funo da altitude (ver esquema de temperatura), at atingir seu ponto de saturao. Uma parcela desse vapor de gua se condensa sobre os ncleos de condensao (partculas suspensas, formando as nuvens, conforme esquema abaixo:</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 4/ 61</p> <p>Coalescncia</p> <p>IV 2 - Sistema de Tempo Meteorolgico Depresses Frontais IV 2 1 Frontais: Trata-se da ascenso do ar atmosfrico mido no setor das encostas de duas superfcie descontinuas, ou seja, zona de transio entre duas massa de ar com caractersticas diferentes como circulao ciclnica, sistema alongado de baixa presso atmosfrica. importante saber que a ocorrncia se d na troposfera ( ver esquema de altitude) mais baixa. (abaixo de 6.000 metros de altitude). A superfcie frontal inclinada, isto , o ar mais frio e denso se introduz por baixo do ar mais quente sob forma de cunha, fazendo com que o ar mais quente e menos denso se deslize sobre o ar mais frio e denso, componente nas frontais conforme esquema abaixo:</p> <p>Superfcie Base de Declive Inclinao Superfcie Base</p> <p>Frente</p> <p>Frente: Linha de interseo da superfcie frontal com o nvel do solo, ou superfcie de base. IV 2 2 Tipos de Frente Frontais IV 2 2 1 Frente quente: o deslocamento da massa de ar mais quente para a mais fria, onde em um determinado ponto, o ar quente tende a se elevar ou</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 5/ 61</p> <p>ascender ou at mesmo substituir um ar mais frio (conforme o esquema apresentado). O deslocamento ocorre do Equador para os Plos.</p> <p> de grande importncia, saber que essa ocorrncia, em termos de Hidrologia e Drenagem, influi muito em bacias hidrogrficas grandes. Diagnsticos meteorolgicos locais ocasionados por uma frente quente: Na vanguarda (antes ou inicio): Presso atmosfrica: constante diminuio; Ventos: velocidades variada (inconstante); Temperatura: Constante ou ligeiro aumento gradativo; Umidade: aumento gradativo; Nuvens: de baixo para cima, nota-se a presena de nimbos-stratus; alto stratus; camulos-strtus e cirros; Condio do tempo: chuva continua; Visibilidade: sob chuva, ms condies, boas sem chuvas; Abrangncia: largura da varredura de 80 a 240 quilmetros; Deslocamento: do Equador para os Plos no hemisfrio Sul NW SE no hemisfrio Norte SW NE.</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 6/ 61</p> <p>No domnio (durante): Presso atmosfrica: cessa a diminuio; Vento: muda de direo e diminui a velocidade; Temperatura: aumenta levemente; Umidade: rpida elevao; Nuvens: nimbos e baixostratus; Condies do tempo: diminui a precipitao, quase cessando; Visibilidade: ruim, com nuvens baixas e neblina.</p> <p>Na retaguarda (aps): Presso atmosfrica: pouca variao, quase estvel; Vento: constante; Temperatura: pouca variao; Nuvens: stratus e stratuscumulos ; Tempo: chuvas intermitentes, chuviscos; Visibilidade: nuvens baixas, nevoeiros, ruim.</p> <p>IV 2 2 2 Frente Fria:</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 7/ 61</p> <p> o deslocamento de uma massa de ar mais fria para uma massa de ar quente, com penetrao em forma de cunha, provocando a ascenso do ar quente. A inclinao em torno de 1:40 a 1:80 Km, com deslocamento de 50 a 80 Km/h, do Plo Sul para o Equador (SW NE) HS e no HN (NW SE). Diagnsticos meteorolgicos locais ocasionados por uma frente fria: Na vanguarda (inicio): Presso atmosfrica: diminuio; Ventos: velocidade variada, com variaes sintomticas; Temperatura: constante com algumas quedas durante as chuvas; Umidade: estvel sem variaes notria; Nuvens: alto-cmulus e strato-cumulus seguidas por cumulo-nimbos; Tempo: algumas chuvas com trovoadas; Visibilidade: ruim, com presena de nevoeiros. No domnio (durante): Presso atmosfrica: rpida elevao; Ventos: Rajadas, com sbitas mudanas de direo; Temperatura: queda acentuada; Unidade: queda acentuada; Nuvens: altocumulus e stratocumulus, seguidas por cumulonimbos; Tempo: aguaceiros, acompanhado de granizos e trovoadas; Visibilidade: m condio temporria seguida de melhoria rpida. Na retaguarda (aps): Presso atmosfrica: elevao lenta e continua; Ventos: rajadas, e posterior constncia;</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia Temperatura: estvel ambientalmente; com e Drenagem variao,</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 8/ 61</p> <p>pequena</p> <p>quase</p> <p>imperceptvel</p> <p>Nuvens: cumulus e, cumulus-nimbos; Tempo: chuvas com nuvens baixas com precipitao intensa com passagem rpida; Visibilidade: muito boa.</p> <p>IV 2 2 3 Frente oclusa: no encontro entre duas frentes, ou seja, uma frente fria alcanando uma frente quente , uma delas elevada, isto , o ar quente entre as frentes elevado da superfcie at ocorrer completa ocluso (ver esquema abaixo). A frente oclusa caracterizada por dois tipos. IV 2 2 3 1 Ocluso fria e quente:</p> <p>IV 3 Sistema de tempo meteorolgico Depresso no Frontais IV 3 1 Depresses Trmicas: Resultante de prolongado e intenso aquecimento solar na superfcie terrestre solo e ar atmosfrico sobrejacente. Devido ao aquecimento, ocorre uma expanso geral do ar e, conseqentemente, uma ascenso, provocando ento a queda da presso atmosfrica ao nvel do solo. A ocorrncia deste fenmeno no causa mau tempo generalizado, salvo em condies em que o ar atmosfrico esteja muito mido. No deserto quente, as depresses trmicas provocam ventos convectivos seco e quente. Nas latitudes mdias as depresses trmicas esto sempre associadas a trovoadas principalmente no vero.</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 9/ 61</p> <p>So as causadoras da conhecida chuva de vero ou chuvas convectivas localizadas, com grande intensidade e curta durao. So tambm as causadoras de um problema de drenagem como cheias e enchentes. Na regio Sudeste do Brasil mais precisamente no Estado de So Paulo, as chuvas convectivas ocorrem no perodo vespertino, onde o sentido predominante de NW para SE. Formao: 1. Estratos: Nuvens em camadas baixas, cinzenta, bastante uniforme, pouco acima do nvel de condensao + 20 metros de altitude ( nuvens baixas) chuviscos. 2. Cmulos: Nuvens baixas, isoladas ou esparas, densas, forma de torres couve-flor, com base escura mdia (sombra de base). 3. EstratosCmulos: Nuvens baixas, estratificadas, que apresentam revolues verticais, esbranquiadas e alongadas, nota-se uma espessura irregular na camada superior, prenunciam uma relativa densidade, com possveis tendncia de chuvisco e garoas. 4. NimbosEstratos: Nuvem baixa, com base apresentando horizontalizao e sombra relativamente escura, dando tendncia de breves precipitaes bem localizadas. Elas sempre esto associadas a nuvens EstratoCmulos e so alongadas. 5. Nimbos: So nuvens densas de altitude em torno de 2,5 Km, localizadas abaixo dos Alto Estratos, so bem escuras devido a espessura superior e provoca chuvas fortes e trovoadas. So as nuvens de descarga de precipitao das convectivas. 6. CmulosNimbos: So nuvens situadas logo acima do Nimbos, que mostram grande espessura vertical, e tambm se localiza na parte intermediria entre os Nimbos e a Bigorna, logo abaixo do nvel de congelamento (10 Km). 7. CirroCmulos: So as nuvens localizadas prximas ao nvel de congelamento, na altitude em torno de 10 a 11 Km, mostram aspecto lcteo, dissociadas em flocos (cu encarneirado), carregadas de Gelo. 8. Cirro-Stratos: So nuvens altas, componentes do Topo da Bigorna, nas nuvens espessas, numa altitude entre 10,5 a 11,5 km, no ocultam o sol nem a lua, e s vezes mostram o Halo ( reflexo do espectro). 9. Cirros-Fibratus: So nuvens mais altas, prenunciam mudana de tempo (chuvas), so conhecidas como Rabo de Galo.</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia IV-3-2- Depresso Ar Polar: e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 10/ 61</p> <p>Desenvolvem-se no ar instvel dos plos. Ocorrem principalmente no inverno, com durao de um a dois dias, trazem chuvas e muita instabilidade.</p> <p>IV-3-3- Depresses de Sotavento: Sotavento so os deslocamentos de ar que atravessam o relevo (figura abaixo), assim como os deslocamento que chegam so chamados de Barlavento. No nordeste Brasileira o Barlavento chamado de Barravento.</p> <p>2 Parte Bacia HidrogrficaI - Definio: Trata-se de uma superfcie definida topograficamente drenada por um curso d'gua ou um talvegue, tal que toda vazo efluente seja descarregada ou passe por um determinado ponto definido, por outro lado, ou seja, montante, o limite de uma bacia Hidrogrfica sempre definida e limitada por um divisor de gua, mais comumente denominada de Espigo ou Divisor topogrfico . II -Tipos de curso Dgua: II-1- Perenes: Mantm sempre uma vazo no talvegue ou lveo durante o ano todo.</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 11/ 61</p> <p>N</p> <p>T</p> <p>N N</p> <p>F F</p> <p>c</p> <p>h u v o s e c o</p> <p>s</p> <p>1 Nvel Fretico Mximo: Perodo das Chuvas 2 Nvel Fretico Mnimo: Perodo das Estiagens II-2-Intermitentes: Apresenta um fluxo de gua sazonal, somente no perodo chuvoso, onde o nvel fretico se eleva e passa a contribuir sob forma de afloramento sub-superficial.</p> <p>C</p> <p>H</p> <p>U V A A S</p> <p>S</p> <p>N N F</p> <p>F m</p> <p>m</p> <p> in .</p> <p>x .</p> <p>S E C</p> <p>II-3-Efemeros: S apresenta fluxo durante, e logo aps as chuvas valetas. III- Caractersticas Fsicas: III-1- rea de Drenagem A ou S: Determinadas topograficamente ou planimtricamente, acompanhando os Espiges e fechando sempre ortogonalmente s curvas de nvel em direo ao ponto do projeto. Ponto do Projeto Trata-se do local definido para avaliar as vazes ou mais precisamente o local da obra a ser executada, como exemplo, pontes, barragens, bocas de lobo, sarjetas e sargetes. III-2- Quanto a forma: III-2-1-Coeficiente de Compacidade Kc Relaciona o permetro da bacia hidrogrfica, com uma circunferncia de um circulo de rea igual ao da baciaKc = Perimetro da Bacia " P" ( Km) C i r cu n f e r n c i a de um crculo de rea igual ao da Bacia Hidrogrfi ca ( Km)A =R 2 S = R 2 A P R= Kc = 2R</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 12/ 61</p> <p>OBS: Quando o valor de Kc tender a 1 ou aproximar de 1, maior a probabilidade de ocorrer cheia. O fator de forma da bacia importante na definio do tempo de concentrao. III-2-2- Fator de Forma KF: Relaciona a largura mdia da bacia com o comprimento Axial da Bacia Hidrogrfica.</p> <p>Kc=</p> <p>L a rgu ra M d ia a B a c ia " L " d C o m p r i m e n t o A x ia l d a B a c ia " L"onde : A = rea da Bacia ( Km 2 )</p> <p>A L= L</p> <p>Sendo:</p> <p>L = Compriment o Axial ( Km)III-2-3-Densidade de Drenagem Dd: Relaciona o comprimento total dos cursos dgua dentro da bacia hidrogrfica com a rea da bacia hidrogrfica.Compriment o dos Cursos d gua ( Km ) rea da Bacia ( Km 2 )</p> <p>Dd =</p> <p>LT = Comprimento Total dos Cursos d'gua A = rea da Bacia HidrogrficaDd = Lt A Km 1</p> <p>III-3-Caracterstica do Relevo de uma bacia: III-3-1- Curva Hipsomtrica: Relaciona as reas localizadas acima ou abaixo das curvas de nvel. Exemplo:</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 13/ 61</p> <p>1 Cotas 502-500 500-490 490-480 480-470 470-460 460-448</p> <p>2 Ponto Mdio 501 495 485 475 465 464</p> <p>3 rea (Km2) 1,2 5,5 6,7 7,2 6,4 6,1</p> <p>4 rea Acum. 1,2 6,4 13,1 20,3 26,7 32,8</p> <p>5 % 17,10 16,30 18,40 16,2 16,1 15,9</p> <p>6 % Acum. 17,10 33,40 51,80 68,00 84,10 100,00</p> <p>7 Coluna 2 x Coluna 3 601,20 2574,00 3249,50 3420,00 2976,00 2769,40</p> <p>III-3-2- Declividade do lveo: A velocidade de um rio, depende da declividade dos canais pluviais onde, quanto maior a declividade, maior a velocidade. A declividade mdia, dividindo-se a diferena total de elevaes do leito pela extenso total horizontal.</p> <p>5 1 5 0 4 9 4 8 4 7 4 6 4 5 4 4</p> <p>0 0 0 0 0 0 0 0</p> <p>S</p> <p>6</p> <p>S</p> <p>4</p> <p>S</p> <p>5</p> <p>HS2</p> <p>S</p> <p>3</p> <p>S L</p> <p>1</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>L</p> <p>H S1 = lS1 =</p> <p> H de cotas ( MAIS ALTA MAIS BAIXA)</p> <p>502 448 = 0,0063 m x 100 = 0,628 % m 8600</p> <p>Universidade Estadual de Campinas C E S E T Hidrologia e Drenagem</p> <p>Professor: HiroshiPg.: 14/ 61</p> <p>A declividade pode ser definida tambm de maneira que a reta traada defina reas iguais acima e abaixo no perfil destacada como S2. Outro ndice o da declividade (S3) que indica o tempo de percurso da gua ao longo do perfil longitudinal onde:</p> <p>S3 =</p> <p>Distncia em Km li Si</p> <p>III-4-Escoamento Superficial: III-4-1- Generalidades: O escoamento superficial o fator mais importante do ciclo hidrolgico em termos de drenagens. Trata-se da ocorrncia e transporte de gua na superfcie terrestre e esta associado maioria dos estudos hidrolgicos e proteo aos fenmenos catastrficos provocados pelo seu deslocamento, abrangendo desde o excesso de precipitaes e suas diretas conseqncias at um dimensionamento preventivo duradouro. III-4-2-Fatores Influentes: III-4-2-1 Fatores Climticos: Intensidade: Quanto maior a intensidade, lgico ser maior o escoamento superficial; Durao: Quanto maior a durao, maior o escoamento superficial; Precipitaes Antecedentes: Quanto maior a umidade do solo (saturao) maior o escoamento superficial.</p> <p>III-4-2-2- Fatores fisiog...</p>