Hidrologia Geral

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<ul><li> 1. 1-1Universidade Federal do Rio de JaneiroEscola PolitcnicaDepartamento de Recursos Hdricos e MeioAmbienteHIDROLOGIA GERALNOTAS DE AULAProf. Paulo Renato Barbosa</li></ul> <p> 2. 1-2HIDROLOGIABIBLIOGRAFIA:1. Hidrologia (Cincia e Aplicao). Ed. ABRH/USP. Organizador: Carlos Eduardo Morecci Tucci.2. Hidrologia Aplicada Ed. McGraw Hill Swami M. Villela &amp; Arthur Mattos3. Hidrologia Bsica Ed. Edgard Blcher Ltda. - Nelson de Souza Pinto.INTRODUOO MEIO AMBIENTE E OS RECURSOS NATURAISA gua um mineral lquido formado por dois tomos de hidrognio e um de oxignio (H2O). Devido sua capacidade de solubilizao de gases e de eroso dos continentes, a gua no se encontra pura nanatureza, e sim como uma dissoluo aquosa de sais e matria orgnica.O ser humano constitudo de aproximadamente 63% de gua e necessita de aproximadamente 2 litrosde gua por dia para sobreviver.O APARECIMENTO DA URBEOs primeiros grupos humanos sobre a Terra eram nmades e viviam da coleta. Como desenvolvimentodas tecnologias de caa, vesturio e abrigo, o nmero de indivduos que atingia a idade adulta aumentavae assim, a populao. O modo de vida nmade no mais atendia s necessidades do grupo e foinecessrio estabelecer agrupamentos em reas que fornecessem condies de vida, gua abundante eterras frteis, para agricultura e pecuria. 3. 1-3UM POUCO DE HISTRIAApesar de no possurem o conhecimento terico dos fenmenos hidrulicos, os povos antigos realizaramnotveis obras de engenharia. 4000 AC Barragens no Rio Nilo; 3000 AC Canais de Irrigao na Mesopotmia; 2000 AC Aquedutos e Canais (Roma, Grcia, China); Defesas contra enchentes.A CRONOLOGIA DO DESENVOLVIMENTO DA TEORIA HIDROLGICA.Sculo XV; Leonardo da Vinci explicou a salinidade dos mares pela ao das guas continentais que ao seinfiltrarem e escoarem carregavam os sais para os mares;Sculo XVII; Abade Perrault mediu durante trs anos a precipitao na bacia do Rio Sena. Medindo oescoamento superficial e conhecendo a rea de drenagem, demonstrou que a precipitao era suficientepara suprir a vazo do rio; Mariotte mediu a velocidade da vazo do rio e com as medidas da seo transversal do rioconseguiu medir a descarga do rio; Halley mediu a taxa de evaporao do mar Mediterrneo e demonstrou que a quantidade evaporadaseria suficiente para garantir a vazo dos rios que desembocavam na regio 4. 1-4Sculo XVIII; Bernoulli piezmetro Pitot tubo de Pitot Chzy frmula (V C R i H = )Sculo XIX; Hidrologia Experimental; A experincia da Califrnia.Sculo XX; 1a metade: Hidrologia Experimental Terica (EUA); foram construdos canais, barragens, sistema deirrgao e proteo contra enchentes. 2a metade: Hidrologia Estocstica; o acesso mais fcil aos computadores digitais permitiam odesenvolvimento de vrios mtodos estatsticos de manipulao de dados temporais. 5. 1-5O AQUECIMENTO DESIGUAL DA SUPERFCIE DA TERRAO SOL A TERRAAo transladar ao redor do Sol com rbita eliptca a Terra se aproxima (perilio) e se afasta (aflio) do Sol.Sua trajetria de translao atravessa o plano de translao do Sol (ecliptica), formado por seudeslocamento no espao em direo a estrela Vega, da constelao da Lira.Este plano forma com um plano imaginrio passando pelo Equador da Terra um ngulo ora mais, oramenos 23o 27, conforme a posio da Terra em seu prprio movimento de translao.So assim definidos quatro pontos notveis em sua rbita de translao. Esses pontos so dois solstciose dois equincios, pontos que definem o incio e o fim das estaes do ano. 6. 1-6 Equincio de outono no hemisfrio sul. A linha que separa a zona iluminada da escura passaexatamente pelos plos. O dia e a noite duram 12 horas em toda a Terra. Ocorre a 21 de maro. Solstcio de inverno no hemisfrio sul (21 de junho). Neste caso, onde inverno, temos a noite maislonga do ano. Equincio de primavera no hemisfrio sul, ocorre em 23 de setembro. Solstcio de vero no hemisfrio sul (21 de dezembro). Neste caso, temos a noite mais curta do ano.Em seu movimento de rotao ao redor de seu eixo (reta imaginria que atravessa os plos), no sentido deoeste para leste, a Terra oferece sempre apenas um hemisfrio radiao eletromagntica do Sol.A forma "quasi" esfrica da Terra, a inclinao do seu eixo de rotao em relao eclptica e a rbitadescrita pelo seu movimento de translao ao redor do Sol, so os principais responsveis pelasdiferenas de temperatura entre o equador e os plos, pela existncia das quatro estaes do ano econsequentemente pela existncia de variados climas na superfcie do globo terrestre. Aflio ponto de mximo afastamento da rbita da Terra em seu movimento de translao ao redordo Sol. Perilio ponto de menor afastamento da rbita da Terra em seu movimento de translao ao redor doSol.Alm dessas variaes ao longo do ano na recepo de radiao eletromagntica do Sol, devido distncia e ponto de incidncia, a radiao solar atravessa a atmosfera e pode encontrar, ao chegar nasuperfcie, oceano ou solo. No solo, a topografia do planeta est longe de ser homognea e os tipos desolo da superfcie so muito diferentes.Enfim, toda essa variedade faz com que a capacidade de reteno e reflexo de radiao, dos diferentespontos da superfcie do planeta seja extremamente varivel. Essa variabilidade leva temperaturastambm extremamente variveis. 7. 1-7ALGUNS TIPOS DE SUPERFCIE DA TERRAOCEANOS FLORESTASDESERTOS SAVANASTUNDRA MONTANHASEssas diferentes temperaturas, que variam ao longo do dia, provocam diferentes presses e da, resulta ovento. o vento, que aliado evaporao provocada pela temperatura, que faz circular o vapor dguapela atmosfera. 8. 1-8A UMIDADEEvaporao quando molculas de vapor de gua vo para o ar aumentando a umidade do ar. Oaumento da temperatura aumenta a entropia e, conseqentemente, o nmero de choques entre aspartculas. Assim, as molculas trocam mais quantidade de movimento e, eventualmente, uma molculasupera a pelcula formada pela tenso superficial e lanada na atmosfera.Atmos vapor.Sfera esfera.CAMADAS DA ATMOSFERAArMarA atmosfera constituda de cinco camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.O ar se torna mais rarefeito quanto mais a gente sobe, e por isso que os alpinistas normalmente levamoxignio com eles quando escalam altas montanhas. A troposfera a nica camada em que os seres vivospodem respirar normalmente.Troposfera - As condies climticas acontecem na camada inferior da atmosfera, chamada troposfera.Essa camada se estende at 20 km do solo, no equador, e a aproximadamente 10 km nos plos.Estratosfera - A estratosfera chega a 50 km do solo. A temperatura vai de 60C negativos na base aoponte de congelamento na parte de cima. A estratosfera contm oznio, um gs que absorve osprejudiciais raios ultravioleta do Sol. Hoje, a poluio est ocasionando "buracos" na camada de oznio.Mesosfera - O topo da mesosfera fica a 80 km do solo. muito fria, com temperaturas abaixo de 100Cnegativos. A parte inferior mais quente porque absorve calor da estratosfera.Termosfera - O topo da termosfera fica a cerca de 450 km acima da Terra. a camada mais quente, umavez que as raras molculas de ar absorvem a radiao do Sol. As temperaturas no topo chegam a 2.000C.Exosfera - A camada superior da atmosfera fica a mais ou menos 900 km acima da Terra. O ar muitorarefeito e as molculas de gs "escapam" constantemente para o espao. Por isso chamada de exosfera(parte externa da atmosfera). 9. 1-9De uma forma geral, os desertos e a Rain Forests existem, no por causa das diferenas de temperatura,e sim pela existncia, ou no, de umidade na troposfera (camada da atmosfera mais prxima do solo).Na troposfera, o gradiente de presso hidrosttico (quanto maior a altura, menor a presso).A DISTRIBUIO DA UMIDADE NA TERRA.CIRCULAO ATMOSFRICARotao da Terra: Acelerao de Coriolis.Esta acelerao provoca padres de circulao de ar na atmosfera. Esses ventos transportam umidade. Aquantidade de precipitao depende da altitude, localizao, vegetao e relevo. (Ex.: Mones da ndia,El Nio)Durante a poca das grandes navegaes os portugueses, com o uso da bssola e do astrolbio eramcapazes de identificar a latitude do ponto onde estavam, mas a dificuldade para estabelecer a longitude eraenorme. Assim, comearam a reunir informaes generalizadas sobre os locais onde navegavam. Essasinformaes incluam a direo dos ventos e das correntes martimas, a cor e a salinidade do mar, apresena de aves, algas e quaisquer outras coisas que pudessem caracterizar um local.Esse volume de informao levou confeco dos altamente valiosos mapas sinticos figurativoschamados de portulanos que davam aos capites das naus portuguesas uma grande vantagemcompetitiva em relao aos seus adversrios ingleses, holandeses, espanhis e franceses. Os portugueseshaviam descoberto que existe um padro de circulao global na atmosfera terrestre. 10. 1-10UMIDADE ABSOLUTADefinio: Quantidade de vapor dgua existente por unidade de volume na atmosfera.UMIDADE RELATIVADefinio: a razo entre a umidade existente no ar e a quantidade de vapor dgua necessrio parasatur-lo.PONTO DE ORVALHODefinio: a temperatura na qual ocorre a saturao de uma massa de ar quando ela resfriada semadio ou remoo de vapor dgua..NCLEOS HIGROSCPICOSDefinio: Partculas, tambm chamadas de ncleos de condensao, de dimenses microcpicas, emsuspenso na atmosfera que agregam umidade. Plen, sais, poeira, microorganismos, maresia, nuvens soreservatrios de umidade. So fundamentais para formao de nuvens.UMIDADE RELATIVA DO AR MDIA NO BRASIL 11. 1-11FORMAO DE NUVENS.A nuvem o resultado da condensao do vapor dgua existente na atmosfera. Os ncleos higroscpicos,ou de condensao, atraem as molculas de vapor dgua condensadas e dispersas no ar, agrupando-as sua volta at constituir uma diminuta gota. O mesmo processo, multiplicado milhes de vezes, origina asmassas de umidade concentrada que chamamos de nuvens.So ncleos higroscpicos, partculas de argila, plen, matria orgnica, sais marinhos, cristais de geloetc.TIPOS DE NUVENS:STRATUS CUMULUS-NIMBUSCIRRUS 12. 2-1TIPOS DE PRECIPITAESAs precipitaes podem ser convectivas, orogrficas e ciclnicas/frontais.CONVECTIVASDefinio : O aquecimento desigual da superfcie do solo provoca a elevao da massa de ar sobre essasregies. Ao subirem, se resfriam e precipitam (chuva violenta, de curta durao e de grande intensidade,sobre rea pequena).OROGRFICADefinio: Ventos quentes e midos que sopram na direo da terra, vindos do mar, so elevados aoencontrarem obstculos (montanhas). Ao subirem, resfriam e precipitam (chuva fraca, de mdia durao ede pequena intensidade, sobre extensa rea).SISTEMAS FRONTAIS OU CICLNICOS (FRENTES)Definio: Grandes massas de ar homogneas adquirem a temperatura da regio em que se formam.Frontais frias tm sua origem nos plos e as frontais quentes tm suas origens no Equador. Algumainstabilidade provoca o deslocamento da massa de ar. A interface dos sistemas tm o nome de frente.Uma frente pode ter at 3000 km. de comprimento. Provoca chuvas de grande durao e mdiaintensidade sobre grandes reas.FRENTE FRIA FRENTE QUENTE 13. 2-2FORMAS DE PRECIPITAO:Chuva Gotas acima de 3 mm de dimetroChuvisco Gotas inferiores a 3 mmNeve Slida, na forma de cristais, em flocosSaraiva (slit) Pequenas pedras de geloGranizo Pedras de gelo, formadas quando as gotas de chuva atravessam camadas de ar muitofriasOrvalho(T&gt;0o)Geada(Tv m s NRS NRS( / ) 0,1305. 0,022 ; 3,4; (2) 61. 10-8TABELA COM VALORES MEDIDOS NOS PONTOS ASSINALADOS DE VERTICAIS DA SEO TRANSVERSAL:NO DOPONTODISTNCIAAO PI (m)PROFUNDIDADEDO PONTO (m)NMERODE SINAISTEMPO(seg)NMERO DEROTAES PORSEGUNDO (RPS)VELOCIDADE(m/s)1 2,10 0,00 0 0 0,0000 0,0402 12,00 1,00 5 46,4 1,0776 0,1753 20,00 2,00 12 42,8 2,8037 0,3914 30,00 3,00 23 40,2 5,7214 0,7695 30,00 5,00 24 40,6 5,9113 0,7936 40,00 1,00 36 40,2 8,9552 1,191OBS.: Se temos, 8 sinais emitidos em 72,4 segundos, para molinetes com 1 sinal a cada 10 rotaes,ento, NRS = (8 x 10) / 72,4 = 1,105 RPS.a) Clculo das reas de setores definidos: +=2,32 4,08 A = = 11,84 m 2.8,0 25,60 2I 2,32.9,92A = II 2m += .10,0 82,80 2 A m III = .10,0 52,40 24,08 6,402 +=6,40 10,16 A = IV 2m b) Clculo dos permetros de alguns setores definidos:P ( ) ( ) m I 9,9 2,32 10,17 = 2 + 2 = P ( ) ( ) m II 4,08 2,32 8,00 8,19 = - 2 + 2 =c) Clculo das velocidades mdias em algumas verticais: (Vertical A): Profundidade h = 0,00 mV = 0,040m/ s (Vertical B): Profundidade h = 2,32 m0,00 m V 0,166 m/ s 1 =1,00 m V 0,175m/ s 1 =1,82 m V 0,215m / s 1 =2,12 m V 0,040m / s 1 = 62. 10-90,20 2,320,040 20,300,215 0,040 20,82 ++ 0,175 0,21521,00 +0,166 0,1752 + ++ V = x x x x BV B = 0,160 m/ s (Vertical C): Profundidade h = 4,08 m0,00 m V 0,448m / s 1 =1,00 m V 0,640m / s 1 =2,00 m V 0,392m/ s 1 =3,00 m V 0,382m/ s 1 =3,58 m V 0,271m / s 1 =3,88 m V 0,040m / s 1 =4,080,392 0,382 x x x0,200,040 20,30 + + 0,640 0,392 ++ 0,272 0,04020,58 +=0,448 0,640 +0,382 0,27221,0021,0021,002 + + + + x x xVCV C = 0,414 m/ sd) Clculo das Velocidades Mdias nos Setores:m sV V0,040 0,161V A BI 0,101 /22=+=+=m sV V0,161 0,414V B CII 0,282 /22=+=+=e) Clculo das Vazes nos Setores:Q V A m s I I I = = 0,100 11,48 = 1,148 3 /Q V A m s II II II = = 0,282 25,60 = 7,22 3 /f) Clculo da Vazo Total:n= TOTAL i Q Q=i1; onde: Qi a vazo em cada um dos n setores da seo transversal. 63. 10-10O ADCP E SEU PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO:O ADCP Acoustic Doppler Current Profiler, ou Correntmetro Acstico de Efeito Doppler, um aparelho utilizado para medir a vazo dos cursos dgua atravs do efeito Doppler. Ele tambmpode ser utilizado para medir o seu movimento com relao ao fundo do rio e a distribuio dossedimentos em suspenso na seo de medio. um instrumento que transmite ondas sonoras atravs da gua. As partculas transportadas pela correntede gua refletem o som de volta para o instrumento que percebe o eco atravs de sensores, fazendo comque ele reconhea as diferentes profundidades e as velocidades das respectivas linhas de corrente atravsdo efeito Doppler. O ADCP pode utilizar diferentes freqncias para emitir o som, tais como: 75, 150,300, 600, 1.200 e 2.400 kHz, dependendo do modelo.O efeito Doppler refere-se mudana de freqncia do sinal transmitido pelo sonar, causada pelomovimento relativo entre o aparelho e o material em suspenso da gua sob a ao do feixe das ondassonoras. Como o material em suspenso se desloca na mesma velocidade da corrente de gua, amagnitude do efeito Doppler diretamente proporcional essa velocidade. Medindo-se a freqncia dosecos que retornam do material em suspenso e comparando-a com a freqncia do som emitido, o ADCPdetermina a velocidade da partcula que a mesma da corrente da gua (figura 2).Fig. 1 - Tcnica tpica de uso do ADCP.Fig. 2 - Mudana de freqncia causada pelo efeito Doppler. 64. 10-11O efeito Doppler direcional. Qualquer mudana de freqncia corresponde a uma componente develocidade ao longo da direo do transdutor (emissor/receptor). As velocidades perpendiculares direo do transdutor no produzem nenhum efeito Doppler. </p>