o modelo chuva vazão do soil conservation service

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  • O Modelo Chuva Vazo do Soil Conservation Service
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  • um modelo utilizado para: determinar a chuva excedente a partir de uma precipitao fornecida calcular, a partir da chuva excedente, o hidrograma de escoamento superficial direto
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  • Foi desenvolvido em 1972 pelo Soil Conservation Service e um dos modelos mais utilizados em aplicaes prticas devido a sua simplicidade, facilidade de aplicao e qualidade dos resultados fornecidos
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  • Precipitao
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  • a primeira varivel para a obteno do hidrograma de escoamento superficial direto. Usualmente escolhida das seguintes maneiras: entrada manual: quando o objetivo analisar algum evento j ocorrido equaes IDF: quando existe alguma equao j desenvolvida no local em estudo
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  • Exemplo de entrada manual:
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  • Equaes Intensidade-Durao-Freqncia Fornecem a intensidade pluviomtrica (mm/min) ou a altura precipitada (mm) em funo da durao da chuva (t) e do perodo de retorno (T)
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  • Durao da chuva (t): para bacias pequenas (at 5 km 2 ) adota-se uma chuva com durao igual ao tempo de concentrao da bacia para bacias maiores usualmente adota-se uma chuva com durao igual a 24 horas
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  • Observao: com os modelos computacionais disponveis atualmente muito rpido variar a durao da precipitao e analisar as vazes obtidas. Assim, recomenda-se testar diversas duraes de chuva para a obteno da durao crtica
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  • Perodo de Retorno (T): o intervalo mdio de ocorrncia (em anos) entre eventos que igualam ou superam uma dada magnitude o inverso do perodo de retorno (1/T) a probabilidade de um evento ser igualado ou superado em um ano qualquer
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  • Perodo de Retorno (T): valores usuais Tipo de Ocupao da Bacia Projeto T (anos) Residencial micro2 Comercial, Aeroportos, etc.micro5 Grandes artrias de trfegomicro5-10 Residenciais e comerciaismacro50-100 reas especiaismacro>500
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  • Equaes Intensidade-Durao-Freqncia tipo Eng o Otto Pfafstetter tipo ln ln tipo Geral tipo DAEE - FCTH tipo HC - FCTH
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  • Tipo Eng o Otto Pfafstetter h: precipitao total (mm) T: perodo de retorno (anos) t: durao da chuva (horas) : coeficiente que depende da durao da chuva : coeficiente que depende da durao da chuva e do local em estudo a, b, c: valores constantes para cada local em estudo
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  • Curvas IDF Eng o Otto Pfafstetter
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  • Tipo ln ln sendo: j = k = 1 para 10 min t 60 min j = k = 2 para 60 min < t 180 min j = 2 e k = 3 para 180 min < t 1440 min
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  • Tipo ln ln i: intensidade pluviomtrica (mm/min) T: perodo de retorno (anos) t: durao da chuva (min) A, B, C, D, E, F, G, M, P, Q: valores que dependem da durao da chuva e do local em estudo
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  • Tipo Geral i: intensidade pluviomtrica (mm/min) T: perodo de retorno (anos) t: durao da chuva (min) k, m, t 0, n: parmetros relativos ao ajuste da equao
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  • Parmetros de algumas equaes do tipo Geral
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  • Tipo DAEE - FCTH i: intensidade pluviomtrica (mm/min) T: perodo de retorno (anos) t: durao da chuva (min) A, B, C, D, E, F, G, H: valores que dependem da durao da chuva e do local em estudo
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  • Exemplo de equao DAEE - FCTH
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  • Resultados da equao DAEE - FCTH
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  • Tipo HC - FCTH i: intensidade pluviomtrica (mm/min) T: perodo de retorno (anos) t: durao da chuva (min) A, B, C, D, E, F: valores que dependem do local em estudo
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  • Tipo HC - FCTH - localidades com equaes j desenvolvidas: Bertioga Itanham Pedro de Toledo So Paulo
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  • Precipitao acumulada fornecida por uma equao IDF (para T constante): Como esta precipitao se distribui no tempo?
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  • Distribuio temporal da precipitao
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  • Distribuio Temporal A distribuio temporal dos volumes precipitados condicionar o volume infiltrado e a forma do hidrograma de escoamento superficial direto originado pela chuva excedente Uma das formas mais utilizadas para distribuir a chuva no tempo o chamado Mtodo dos Blocos Alternados
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  • Mtodo dos blocos alternados Exemplo: tormenta de projeto para a cidade de So Paulo, com durao de 100 minutos, com intervalo de tempo de 10 minutos e perodo de retorno de 5 anos (relao intensidade-durao-freqncia de P. S. Wilken)
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  • Mtodo dos blocos alternados
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  • Infiltrao
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  • Conceitos Infiltrao: a penetrao da gua no solo Taxa de Infiltrao: a velocidade ou intensidade da penetrao da gua no solo (mm/hora, mm/dia, etc.) Infiltrao acumulada: a quantidade de gua total infiltrada aps um determinado tempo (mm)
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  • Fatores que influem na infiltrao: umidade do solo geologia ocupao do solo topografia
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  • Infiltrao
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  • Chuva Excedente Modelo SCS
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  • Definies: P: chuva total Pe: chuva excedente Ia: infiltrao inicial Fa: infiltrao aps incio do escoamento superficial direto S: infiltrao potencial mxima
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  • Hiptese do SCS: Continuidade:
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  • Combinando as duas equaes e isolando Pe:
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  • Estudando os resultados de diversas bacias, o SCS chegou a seguinte relao: Substituindo na equao anterior:
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  • Plotando os valores de P e Pe para diversas bacias, o SCS construiu as curvas mostradas na figura abaixo:
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  • Para parametrizar estas curvas, o SCS criou um adimensional denominado CN (curve number), que possui as seguintes propriedades: 0 < CN 100 para reas impermeveis CN = 100 para outras superfcies CN < 100
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  • O nmero da curva CN e a infiltrao potencial S esto relacionados atravs da seguinte expresso:
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  • Valores de CN
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  • Grupos Hidrolgicos de Solos Grupo A Grupo B Grupo C Grupo D solos arenosos, com baixo teor de argila total (inferior a 8%), sem rochas, sem camada argilosa e nem mesmo densificada at a profundidade de 1,5m. O teor de hmus muito baixo, no atingindo 1% solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de argila total, porm ainda inferior a 15%. No caso de terras roxas este limite pode subir a 20% graas a maior porosidade. Os dois teores de hmus podem subir, respectivamente, a 1,2% e 1,5%. No pode haver pedras e nem camadas argilosas at 1,5m, mas quase sempre presente uma camada mais densificada que a camada superficial solos barrentos, com teor de argila de 20 a 30%, mas sem camadas argilosas impermeveis ou contendo pedras at a profundidade de 1,2m. No caso de terras roxas, estes dois limites mximos podem ser de 40% e 1,5m. Nota-se, a cerca de 60cm de profundidade, camada mais densificada que no Grupo B, mas ainda longe das condies de impermeabilidade solos argilosos (30 a 40% de argila total) e com camada densificada a uns 50cm de profundidade ou solos arenosos como B, mas com camada argilosa quase impermevel ou horizonte de seixos rolados
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  • Condies de Umidade do Solo Condio I Condio II Condio III solos secos: as chuvas nos ltimos 5 dias no ultrapassaram 15mm situao mdia na poca das cheias: as chuvas nos ltimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40mm solo mido (prximo da saturao): as chuvas nos ltimos 5 dias foram superiores a 40mm e as condies meteorolgicas foram desfavorveis a altas taxas de evaporao
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  • Condies de Umidade do Solo Os valores de CN apresentados anteriormente referem-se sempre condio II. Para converter o valor de CN para as condies I e III existem as seguintes expresses:
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  • Aplicao c lassificar o tipo de solo existente na bacia determinar a ocupao predominante com a tabela do SCS para a Condio de Umidade II determinar o valor de CN corrigir o CN para a condio de umidade desejada no caso de existirem na bacia diversos tipos de solo e ocupaes, determinar o CN pela mdia ponderada
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  • Exemplo: dado o hietograma de projeto... 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5 10 20 15 10 5 mmHoras 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Horas mm 20 15 10 5
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  • e adotando-se o valor de CN (por exemplo, CN= 65), deve-se aplicar a frmula do SCS da seguinte maneira: 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5 10 20 15 10 5 ChuvaHoras 1. acumulam-se as precipitaes do hietograma 5 15 35 50 60 65 Ch. Acum. 2. aplica-se a frmula s precipitaes acumuladas Ch. Exc. Acum. 0,0 0,08 5,80 13,81 20,20 23,63 3. diferencia-se para obter o hietograma excedente Hietogr. Exc. 0,0 0,08 5,72 8,01 6,39 3,43
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  • Hietograma excedente: 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5 10 20 15 10 5 Horas 0 0,08 5,72 8,01 6,39 3,43 PtotPexc mm 20 15 10 5 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Horas
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  • Hidrograma de Escoamento Superfi

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