HIDROLOGIA APLICADA

Professor: ALCEU GOMES DE ANDRADE FILHO

2009

RESUMO DO PROGRAMA

Ciclo Hidrológico;

Bacia Hidrográfica;

Precipitação;

Infiltração;

Evaporação e transpiração;

RESUMO DO PROGRAMA

Escoamento superficial;

Medições de vazão;

Previsão de enchentes;

Hidrograma unitário;

Regularização de vazões;

Propagação de enchentes.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

FENDRICH, Roberto “Chuvas Intensas para Obras de Drenagem no Estado do Paraná”, Editora Champagnat, Curitiba, 1998, 99 p.

PINTO, Nelson Luiz de Souza et al, “Hidrologia Básica” Editora Edgard Blücher, 1986, São Paulo.

VILLELA, Swami Marcondes e MATTOS, Arthur “Hidrologia Aplicada, Editora McGraw Hill do Brasil, São Paulo, 245 p.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

TUCCI, Carlos E.M. “Hidrologia: Ciência e Aplicação” Editora da Universidade ABRH EDUSP, 1993.

TUCCI, Carlos E.M., PORTO, Rubem La Laina e BARROS, Mário T.de “Drenagem Urbana” ABRH / Editora UFRGS, Porto Alegre, 1995.

BALANÇO HÍDRICO

Equação geral:

I – O = S

I Inflow (entradas d’água);

O Outflow (saídas d’água);

S Variação de armazenamento no volume de controle (VC).

Exemplo: AQÜÍFEROS

I = Percolação + Escoamento subterrâneo

(solo) (rios e lagos)

O = Ascensão capilar + Escoamento subterrâneo

(solo) (rios, lagos e oceanos)

Classificação dos Cursos d’Água

PERENES sempre apresentam escoamento

INTERMITENTES escoam durante a estação das chuvas, secam na estiagem

EFÊMEROS só transportam escoamento superficial

Bacia Hidrográfica:

Caracterização

SQ

A (km²)

Coeficiente de Deflúvio

oprecipitadVolume

escoadoVolumeC

Fatores Físicos Importantes

Coeficiente de Compacidade;

Coeficiente de Forma;

Ordem dos Cursos d’água(Horton);

Densidade de Drenagem;

Análise de Declividades;

Representação Hipsométrica;

Conceito de Tempo de Concentração.

EXEMPLO

11

11

11

1

12

2

2 2

3 3

4

Curva Típica de Distribuição de

Declividade

Curva Hipsométrica

Tempo de Concentração - Conceito

tc intervalo de tempo contado a partir do início da precipitação para que toda a bacia passe a contribuir na seção em estudo.

Tempo de Concentração - Fatores

Forma da bacia hidrográfica

Declividade do curso d’água

Rugosidade do terreno

Outros

Tempo de Concentração

L comprimento do talvegue (m)

V velocidade média de percurso (m/s)

tc tempo de concentração (s)

V

Lt c

PRECIPITAÇÃO

Regime hidrológico depende das características físicas da região, geologia, topografia e clima (precipitação, evaporação, temperatura, umidade e vento).

Precipitações Ciclônicas

Associadas com o movimento das massas de ar de regiões de alta pressão para regiões de baixa pressão (SISTEMAS FRONTAIS OU NÃO FRONTAIS).

Precipitações Orográficas

Decorrentes de ascensão mecânica de correntes de ar úmido sobre barreiras naturais (serras, cadeias de montanhas, etc.)

Precipitações Convectivas

Típicas de regiões tropicais, são de grande intensidade e curta duração –concentradas em pequenas áreas.

Medidor Pluviômetro

1,50

Postos de Observação

NOME DA ESTAÇÃO:

LATITUDE:

LONGITUDE:

ALTITUDE:

MUNICÍPIO:

PREFIXO:

INSTALAÇÃO:

ENTIDADE:

TÍTULO: Alturas diárias de chuva (mm)

REGISTROS

ANO:

DIA JAN FEV MAR ABR MAI ...

01

02

......

......

Total mensal ..........................................

Máxima diária.........................................

Dias de chuva..........................................

Total anual...............................................

Medidor Pluviógrafo

em lugar da proveta possui reservatório com bóia conectada a sensor de nível para transmissão do registro a gráfico próprio e/ou base de coleta a distância (telemetria).

Medidor Radar

Funcionamento do Radar

SIMEPAR - RADAR

Apoio de Satélite

O INPE – disponibiliza as imagens dos satélites Landsat-1, Landsat-2, Landsat-3 e CBERS2 (Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres).

REDES DE OBSERVAÇÃO

(1) Registros diários compostos por postos pluviométricos

(2) Registros contínuos compostos por postos pluviográficos, e, também radares

DENSIDADE DA REDE

Dp = (ÁREA DA BACIA / TOTAL DE POSTOS)

EXEMPLO:

(1) Radar (2km x 2km) Dp = 4 km2/Posto)

(2) Rio Iguaçu Dp = 180 (km2/Posto)

(3) Rio Amazonas Dp = 11500 (km2/Posto)

(4) Rio Tocantins Dp = 3460 (km2/Posto)

(5) Rio Paraná Dp = 390 (km2/Posto)

(6) Rio Tibagi Dp = 170 (km2/Posto)

DENSIDADE DA REDE

(7) Rio São Francisco Dp = 490 km2/Posto

(8) Rio Uruguai Dp = 570 km2/Posto

(9) Rio Ivaí Dp =242Km2/Posto

(10) Rio Piquiri Dp =225km2/Posto

(11) Média França Dp = 175 km2/Posto

(12) Chile / Argentina Dp = 750 km2/Posto

(13) Venezuela Dp = 660 km2/Posto

OBS: na Amazônia atualmente tem o projeto SIVAM(Sistema de Vigilância da Amazônia)

PROJETO SIVAM – INPE -

ANEEL

Estações Cajupiranga e Manacapuru -

Projeto SIVAM

Estações Cruzeiro do Sul e Fazenda

Itaguaçu - Projeto SIVAM

Estações Foz do Breu e Bacabal –

Projeto SIVAM

Precipitação Média – Método de

Thiessen

S

Pc

aP

bPdP

AA

AA

Precipitação Média – Método de

Thiessen

pi precipitação no posto i

Ai área de influência do posto i

Método aplicável a Bacias Hidrográficas cujo tempo de concentração tc 1 dia, e, situada em região homogênea.

n

1ii

n

1iii

M

A

ApP

Período de Retorno

Tempo médio em anos para que um evento deva ser igualado ou superado pelo menos uma vez

T = ..... (anos)

f

1T

Ajuste por Regressão Linear

0 20 40 60 80 100

0

200

400

600

800

1000

a

(P-P

méd)

Log Tr

Ajuste por Regressão Linear

y = ax + b

sendo:

y = (P – Pméd)

x = log Tr

ESTUDO DE RISCO

Seja P f

P probabilidade de ocorrência de um evento determinado

f freqüência obtida do estudo da série histórica (amostra)

Seja P’ probabilidade de não ocorrência

Então: P’ = (1 – f) no corrente ano

ESTUDO DE RISCO

em dois anos: P” = P’ P’

em três anos: P” = P’ P’ P’

.

.

em n anos: P” = P’^n

P” = (1 – f)^n

OBS: Trata-se de distribuição tipo binomial

RISCO

Risco seria a probabilidade complementar, para um período de n anos. A vida útil da obra por exemplo.

R = 1 – P” = 1 – (1 – f)^n

Sendo Nu = vida útil de uma obra hidráulica em anos, o Risco seria:

R = 1 – (1 – f)^Nu

TABELA: Tr X RISCO X VIDA

ÚTIL

CHUVAS INTENSAS (t 2 h)

% Precipitado

% Duração50 100

50

80

100

Intensidade X Duração X Freqüência

to, K, m, n parâmetros a determinar

t duração da chuva

T período de retorno

n

0

m

)tt(

TKi

INFILTRAÇÃO

A capacidade de infiltração de um solo depende das características de arranjo das partículas desse solo, coesão e permeabilidade, sendo variável de acordo com o tempo de infiltração e os fatores:

Umidade do solo

Permeabilidade do solo

Temperatura do solo

Profundidade do extrato impermeável

Curva Típica de Infiltração

t (horas)

f (mm/min)

EQUAÇÃO DE HORTON

f = fc + (fo – fc) e^(–k’t)

f = capacidade atual de infiltração (mm/h)

fc = capacidade final de infiltração (mm/h)

fo = capacidade inicial de infiltração (mm/h)

k’ = coeficiente de proporcionalidade

t = intervalo de tempo decorrido a partir do início da recarga (h).

Escoamento em Meio Saturado –

Experimento de DARCY

NA

h

Q

L.P.

A

L

Escoamento em Meio Saturado –

Equação de Darcy

k coeficiente de permeabilidade

h rebaixamento na L.P.

L distância

L

hAkQ

Aplicações da Eq. de Darcy

Planejamento de obras de drenagem subterrânea de rodovias, campos esportivos, rebaixamento do lençol freático....

VALA

Contribuições

laterais

Aplicações da Eq. de Darcy

Solo (superfície)

Zona não saturada

Zona saturada

Plano de referência

NASentido deescoamento

h H2

H1

r1

r

R

r

h)rh2(kQ

Depleção dos Aqüíferos

A curva de depleção serve para caracterizar o escoamento denominado “escoamento base”, nos cursos d’água durante os períodos de estiagem.

A variação de vazão no tempo em um aqüífero é proporcional à sua vazão inicial do período de depleção

Qat

Q.

EVAPORAÇÃO

Processo pelo qual a água passa do estado liquido para o estado de vapor

Temperatura de superfície - altas temperaturas mais moléculas são ativadas

Temperatura e umidade condicionam a pressão de vapor afetando o gradiente de vapor (concentração)

O vento modifica a camada de ar vizinho a superfície, substituindo camadas saturadas por outras de menor teor d’água, alterando a condição de difusão molecular para difusão turbulenta

EVAPORAÇÃO

OUTRAS INFLUÊNCIAS

Pressão atmosférica à superfície evaporante

Dimensão da superfície evaporante

Estado da área vizinha

Salinidade da água

Umidade do solo

Composição e textura do solo

Revestimento do solo

Evaporação - Definições

Evaporação Potencial - perda d’água de uma superfície líquida exposta livremente as condições ambientais

Transpiração - perda d’água decorrentes das ações físicas e fisiológicas dos vegetais.

Evapotranspiração - ação de evaporação do solo somada à transpiração das plantas

Evaporação – Tanque Classe A

121,9cm

5cm25,4cm

Tanque Classe A – U S WEATHER

BUREAU

Mais utilizado no Brasil

Determina-se a taxa de evaporação a partir do abaixamento do nível d’água no evaporímetro

Aplica-se coeficiente de correção variando de 0,52 a 0,82. É usual adotar-se o valor = 0,70

Normalmente são efetuados registros diários de evaporação em boletins

Também podem ser utilizados aparelhos registradores contínuos denominados “evaporígrafos”. (Sistemas telemétricos)

Evapotranspiração – Medidor

Thornthwaite

100c

m

60cm

1010

5

Areia grossa

Cascalho

SoloTanque

Cilíndrico

Tubulação de

drenagem (PVC-100)

L = 5 - 10m

Q

Medidor de

percolação

Cultura

Evapotranspiração

P Precipitação pluviométrica (litros)

I Irrigação artificial da cultura no período (litros)

D Drenagem medida no período (percolação) (litros)

A Área do tanque (m2)

A

DIPE

Evapotranspiração - Observações

Alguns tipos de cultura poderão exigir tanques maiores

A irrigação artificial deve ser utilizada nos períodos de ausência de precipitação (6 a 8l/dia) e solo desnudo (2 a 3 l/dia)

ESCOAMENTO SUPERFICIAL

É a fase do ciclo hidrológico que trata da ocorrência e transporte de água na superfície terrestre

FATORES INTERVENIENTES

CLIMÁTICOS Intensidade e duração das precipitações; Condições antecedentes; Freqüência de precipitações.

FISIOGRÁFICOS Área da bacia; Forma; Permeabilidade; Capacidade de infiltração; Topografia; Existência de obras hidráulicas na bacia (barragens, retificações, etc...)

REPRESENTAÇÃO DO

ESCOAMENTO SUPERFICIAL –

HIDROGRAMAS

3Q (m /s)

t (dias)

COMPOSIÇÃO DO ESCOAMENTO

SUPERFICIAL

QSUPERFICIAL = QBÁSICO + QDIRETO

QBÁSICO Escoamento alimentado

pelo lençol freático (subterrâneo)

QDIRETO Escoamento alimentado

pelos processos de precipitação sobre a bacia hidrográfica

ESCOAMENTO SUPERFICIAL –

SEPARAÇÃO

N

N

ESCOAMENTO BÁSICO

MÁX1Q

QMÁX2

Q (m /s)3

t (dias)

VAZÃO DE PICO

VAZÃO DE PICO

ESCOAMENTODIRETO

Medições do Escoamento

Superficial

B

A vau diretamente no rio com uso de

haste própria

Com barco rios de maior porte e

profundidade

Distribuição de Velocidades

2

VVV 8,02,0

Para h 1,0m

Equipamento Utilizado

Para h < 1,0m

MOLINETE

6,0VV

Fixado por haste ou cabo

SENTIDO

DO FLUXO

Estações Fluviométricas

RN

Régua linimétrica

PLANILHA DE MEDIÇÃO

Cálculo de Vazão

Verticais de medição

V1 V2 V3 V4 V5

A1

A2 A3A4

A5

n

1iii AVQ

CURVA CHAVE

Q

h

Q = a (h – ho)^n