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Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos sol o oceano evaporaç ão evaporaç ão escoamento superficial escoamento subterrâneo infiltração nuven s infiltração transpira ção rio escoamento subterrâneo infiltração sol escoamento superficial precipita ção precipita ção precipita ção Intercepçã o vegetal nuvens

Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos solo oceano evaporação escoamento superficial escoamento subterrâneo infiltração nuvens infiltração transpiração

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Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos

solo

oceano

evaporaçãoevaporação

escoamento superficial

escoamento subterrâneo

infiltração

nuvens

infiltração

transpiração

rioescoamento subterrâneo

infiltração

sol

escoamento superficial

precipitaçãoprecipitaçãoprecipitação

Intercepção vegetal

nuvens

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Escoamento superficial: é o fenômeno caracterizado pelo deslocamento da água sobre a superfície do terreno.

o escoamento superficial pode ser:

Difuso: o escoamento da massa líquida

ocorre sobre uma área da superfície do solo, sendo possível identificar

um sentido preferencial do movimento mas não um caminho

preferencial para o deslocamento; o escoamento dá-se em uma camada

de pequena espessura, aproximadamente uniforme

Concentrado: o escoamento da massa líquida

ocorre sobre uma área da superfície do solo, sendo possível identificar um sentido preferencial do movimento e, claramente, um

caminho preferencial para o deslocamento; o escoamento

ocorre em pequenos canais que vão aumentando de largura e profundidade na medida que

seguem sua trajetória

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Escoamento superficial: fatores intervenientes

Precipitação: chuvas de grande intensidade, grande volume precipitado;

grande volume escoado;

Umidade do solo: elevado teor de umidade, rápida saturação do solo, mais rápido forma-se o escoamento; grande volume escoado;

Área da bacia: grande área; grande volume de chuva captado; grande volume escoado;

Topografia do terreno: terreno plano; infiltração favorecida; pequeno volume escoado;

Uso e ocupação do solo: solo vegetado, intercepção elevada; infiltração favorecida; pequeno volume escoado;

Características do solo: solo permeável, infiltração favorecida; pequeno volume escoado

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Relativas aos cursos de água (escoamento concentrado):

Nível d´água: h

altura da lâmina d´água em uma seção transversal em relação a um plano de referência; medido com auxílio de réguas limnimétricas convenientemente instaladas às margens dos cursos de água ou com

registradores gráficos conhecidos como linígrafos.

Vazão: Q

quantidade de água que atravessa uma seção transversal de referência em uma unidade de tempo; medida através de estruturas hidráulicas em pequenos cursos de água ou calculada a partir de

características hidráulicas e morfológicas do escoamento e do canal em grandes cursos d´água.

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Escoamento superficial: grandezas características

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Relativas à bacia (escoamento difuso + concentrado):

Coeficiente de escoamento superficial: Cs

relação entre o volume de água escoado superficialmente e o volume precipitado; calculado a partir do conhecimento dos

respectivos volumes para um evento chuvoso ou para um período de tempo específico.

Tempo de concentração: tc

tempo necessário para que toda bacia contribua para a seção transversal de referência; calculado a partir do hidrograma de

cheia ou através de fórmulas empíricas.

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Escoamento superficial: grandezas características

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referência de nível

30 lance de régua

Posto(Estação) limnimétrica: vista em planta da seção de réguas

20 lance de régua

10 lance de régua

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Posto (estação) limnimétrica: corte transversal

30 lance de

régua

10 lance de régua

20 lance de régua

referência de nível (RN)

“zero” da régua

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Posto (estação) limnigráfica: corte transversal

referência de nível (RN)

Linígrafo de bóia

Linígrafo de pressão

poço do linígrafo

bóia

contra-peso

tubulação de pressão

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H(m)

Q(m3/s)

vertedor

calha

h1

h1

h1

altura crítica

altura crítica

Medição de vazão através de estruturas hidráulicas

Curva de calibração ou curva-chave da estrutura

Q1

Q1

Q1

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Cálculo da vazão pelo método do flutuador

d

t = t0

t = t1

A1

A2

0t1tdV

2

AAA 21

flutuador

V AQ

Equação da continuidade

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referência de nível

30 lance de régua

20 lance de régua

10 lance de régua

PI PF

Vista em planta da seção de réguas e da seção de medição de vazão

PFPI

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Cálculo da vazão através do método área-velocidade com emprego de

molinete fluviométrico

1 2 3 nn-1

23,80V3,20V

3v

A2

n

1iinn1n1n332211 vAvAv...AvAvAvAQ

V3 - velocidade média na vertical 3

V3,20 - velocidade medida a 20% da profundidade

V3,80- velocidade medida a 80% da profundidade

Q - vazão na seção considerada A1, A2, A3,... - área do segmento formado por duas meia-seções entre verticais adjacentes v1, v2, v3, ... - velocidade média nas verticais 1, 2, 3,...

V3,20

V3,80

A3

régua limnimétrica

verticais de medida de velocidade

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Perfis típicos de distribuição de velocidade em escoamentos á superfície livre

a distribuição transversal da velocidade aproximadamente parabólica

a distribuição vertical da velocidade aproximadamente parabólica

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Medidas instantâneas de velocidade na

seção transversal do rio

Características da seção

transversal do rio (forma e dimensões)

Cálculo da vazão instantânea

Altura da lâmina d´água próximo a

seção de medição

Estabelecimento da relação entre

altura da lâmina d´água e vazão

(curva-chave) da seção

transversal do rio

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h1

h2

h3

H (m)

Q (m3/s)

Construção da curva-chave de um curso d´água natural

Q1 Q2 Q3

Q3

Q2

Q1

Q4

Q4

referência de nível

h4

30 lance de régua

20 lance de régua 10 lance

de régua

h3

h1

h4

trecho medido trecho extrapolado

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h6

h7

h8

H (m)

Q (m3/s)

Utilização da curva-chave de um curso d´água natural

Q6 Q7

trecho medido trecho extrapolado

Q8

Q5

30 lance de

régua

h5

h5

10 lance de régua

20 lance de régua

h6

h7

h8

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O conjunto de valores diários de vazão ao longo do tempo constituem

as séries históricas de

vazão

Estimo a vazão na seção

transversal do rio para qualquer

altura de lâmina d´águaCom leituras

diárias de altura da lâmina d´água

nas réguas linimétricas,

próximo a seção de medição

Com o conhecimento da

relação entre altura da lâmina d

´água e vazão (curva-chave)

da seção transversal do rio

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Hidrograma de descargas médias diárias da estação de Mateus Leme no ribeirão Mateus Leme (40823000) no ano de 1977

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

janeirofevereiro

marçoabril

maiojunho

julhoagosto

setembrooutubro

novembrodezembro

tempo (meses)

Vaz

ões

(m3/

s)

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Hidrograma de cheia típico

0

50

100

150

200

0 5 10 15 20tempo (h)

Q(m

3/s)

curva de recessão do escoamentocurva de

concentração do escoamento

vazão de pico

escoamento superficial

curva de depleção do escoamento

escoamento subterrâneo

B

A

C

área do “triângulo” ABC é o volume

escoado superficialmente

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Hidrograma de cheia típico

para uma precipitação

tempo (h)

Q(m

3/s

)tempo (h)P

(mm

)

precipitação efetiva que se transforma em escoamento

superficial

parcela da precipitação que

se infiltra no soloprecipitação interceptada X

X

Ves

p1 pn....

n

1baciai

ess

Ap

VC

Coeficiente de escoamento superficial

tc -tempo de concentração da bacia

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Balanço hídrico: relação dos volumes que entram, que se acumulam e que saem de uma superfície

a superfície do planeta;

uma bacia hidrográfica;

um lago ou reservatório

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solo

oceano

Evaporação

424Evapotranspiração

61

escoamento superficial

38

escoamento subterrâneo

1

rio

sol

Precipitação

100Precipitação

385

Umidade atmosférica

39

Balanço hídrico no planeta

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infiltração

nuvens

infiltração

solBalanço hídrico em uma bacia hidrográfica

P

Ge

Gs

Ec

Tc

I

Q

Eb Qb

Tb

Sb

Sc

P - precipitação; E - evaporação; T - transpiração; Q - escoamento superficial; G - escoamento subterrâneo; I - infiltração; S - armazenamento na bacia

substrato impermeável

Sub-índices:

“c” - acima da superfície; “b” - abaixo da superfície; “e” - entrada no sistema; “s” - saída do sistema.

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Equação do balanço hídrico

O que ocorre acima da superfície do solo:

P + Qb - Q - Ec - Tc - I = Sc

O que ocorre abaixo da superfície do solo:

I + Ge - Gs - Qb -Eb -Tb = Sb

Combinado as duas equações:

P + Ge - Gs - Q - (Ec + Eb) - ( Tc + Tb) = Sc + Sb

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P

I

O

Ep

V

V

crista ou soleira do vertedor

Balanço hídrico de um reservatório

barragem

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Balanço hídrico de um reservatório

OAEPAIΔt

ΔVp

o;considerad tempo no ioreservatór no água de volume do variaçãoΔt

ΔV

I = vazão média afluente média ao reservatório;

P = precipitação sobre o reservatório;

Ep = evaporação potencial média;

A = área do reservatório;

O = vazão média afluente média ao reservatório.

Sendo:

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Balanço hídrico de um reservatório aplicado ao cálculo da evaporação potencial

OAEPAIΔt

ΔVp

/mês);(hm oconsiderad tempo no ioreservatór no água de volume do variaçãoΔt

ΔV 3

I = vazão média afluente média ao reservatório no período considerado (m3/s);

P = precipitação total sobre o reservatório no período considerado (mm/mês);

Ep = evaporação potencial média no período considerado (mm/mês);

A = área do reservatório (km2);

O = vazão média afluente média ao reservatório no período considerado (m3/s).

A

1

Δt

ΔV1000P

A

OI2592Ep

Isolando Ep e ajustando unidades, obtém-se:

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Consideração no cálculo do balanço hídrico

Na prática a aplicação do balanço hídrico não é tão simples devido a:

ocorrência de perdas no processo: fugas por infiltração; evaporação da precipitação;

dificuldade de medida com exatidão de todas as variáveis envolvidas no processo: precipitação média, precipitação sobre espelhos d´água; vazão em todas as “entradas’ e “saídas”; termo de armazenamento em grandes bacias hidrográficas.

Para minimizar os erros, efetuar o cálculo do balanço hídrico em base mensal ou anual