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Apostila somente com finalidade didática – versão preliminar. 2.006. Autor: Engº. Dr. A. E. Giansante 2. BACIA HIDROGRÁFICA - DEFINIÇÃO: é uma região geográfica drenada por um sistema conectado de cursos d’água, denominado de rede hídrica, de maneira que toda a água acabe passando por um único ponto, denominado exutório (fig. 3). Fig. 2.1: bacia hidrográfica e seus elementos. EXUTÓRIO, definido conforme dois tipos: DIVISORES CAPTAÇÃO EXUTÓRIO PRECIPITAÇÃO - Antrópico: captação, drenagem etc. Estabelecido em função dos usos d’água impostos pelo ser humano. - Natural: afluência de um rio em outro. MANANCIAL: é a Bacia Hidrográfica destinada a fornecer água para o abastecimento urbano. DIVISORES: a Bacia hidrográfica é necessariamente contornada por um divisor, assim designado por ser a linha de separação que divide as precipitações que caem em bacias vizinhas e que encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema fluvial. O divisor segue uma linha rígida em torno da bacia, atravessando o curso d'água somente no ponto de saída (captação ou exutório). O divisor une os pontos de máxima cota entre as bacias, o que não impede que no interior de uma bacia existam picos isolados com cota superior a qualquer ponto do divisor. Pode-se definir bacia hidrográfica como sendo a área que, delimitada pelos divisores de água, contribui para o rio, por meio do escoamento superficial ou através do solo.

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  • Apostila somente com finalidade didtica verso preliminar. 2.006.

    Autor: Eng. Dr. A. E. Giansante

    2. BACIA HIDROGRFICA

    - DEFINIO: uma regio geogrfica drenada por um sistema conectado de cursos

    dgua, denominado de rede hdrica, de maneira que toda a gua acabe passando por

    um nico ponto, denominado exutrio (fig. 3).

    Fig. 2.1: bacia hidrogrfica e seus elementos.

    EXUTRIO, definido conforme dois tipos:

    DIVISORES

    CAPTAOEXUTRIO

    PRECIPITAO

    - Antrpico: captao, drenagem etc. Estabelecido em funo dos usos dgua impostos

    pelo ser humano.

    - Natural: afluncia de um rio em outro.

    MANANCIAL: a Bacia Hidrogrfica destinada a fornecer gua para o abastecimento

    urbano.

    DIVISORES: a Bacia hidrogrfica necessariamente contornada por um divisor, assim

    designado por ser a linha de separao que divide as precipitaes que caem em bacias

    vizinhas e que encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema

    fluvial. O divisor segue uma linha rgida em torno da bacia, atravessando o curso d'gua

    somente no ponto de sada (captao ou exutrio). O divisor une os pontos de mxima cota

    entre as bacias, o que no impede que no interior de uma bacia existam picos isolados com

    cota superior a qualquer ponto do divisor.

    Pode-se definir bacia hidrogrfica como sendo a rea que, delimitada pelos divisores

    de gua, contribui para o rio, por meio do escoamento superficial ou atravs do solo.

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    A bacia hidrogrfica abrange uma rea na superfcie terrestre, onde todas as aes

    que envolvem os diversos usos do solo e da gua provocam efeitos no seu escoamento

    para os rios e crregos existentes no fundo do vale.

    Fig. 2.2: bacias hidrogrficas (Fonte: DAEE). No Brasil existem diversas bacias hidrogrficas importantes, tais como: Amazonas,

    Paran, Paraguai, So Francisco, Araguaia, Tocantins, Iguau, entre outras. Tambm no

    Estado de So Paulo existem diversas bacias hidrogrficas, sendo as principais: Tiet,

    Paraba do Sul, Ribeira do Iguape, Paranapanema, Grande, entre outras.

    O DAEE o rgo com a responsabilidade de realizar a gesto da gua nas bacias

    hidrogrficas do Estado de So Paulo.

    A delimitao de bacias se faz por meio de plantas topogrficas onde esto

    representadas as curvas de nvel. A Carta IBGE esc. 1:50.000 representa as curvas de nvel

    a cada 20 m. A fig. 2.3 mostra a delimitao de uma bacia hidrogrfica.

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    Fig. 2.3: delimitao de bacia hidrogrfica (fonte: DAEE).

    2.1 Caractersticas Fsicas.

    So as necessrias para o amplo conhecimento dos fenmenos hidrolgicos que

    acontecem no seu territrio. Classificam-se nas bsicas, necessrias a qualquer clculo

    hidrolgico; forma, a qual analisa o comportamento da bacia em relao a sua configurao,

    rede hdrica etc.

    2.1.1. Bsicas.

    Os clculos hidrolgicos que determinam vazo de dimensionamento, por exemplo,

    dependem do valor de algumas grandezas consideradas bsicas, descritas a seguir.

    a) rea da Bacia (A).

    a caracterstica mais importante de uma bacia, pois quanto maior for em geral maior

    tambm ser a vazo atravs do seu exutrio.

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    REA

    EXUTRIOQ= f(A)

    [A] = ha. ou km2, sendo que 1 km2 = 100 ha.

    Fig. 2.3: rea de uma bacia.

    Formas de determinao da rea:

    1. Planmetro: zerar o relgio e fazer 3 leituras numricas, calcular a mdia;

    2. Quadrculas: dividir a bacia em quadriculas de 1X1 cm2, contar o nmero destas,

    repetir por 3 vezes, calcular a mdia. Ex. escala 1:50.000, carta do IBGE:

    - 1cm 500m = 0,50km, logo 1cm2 = 0,25km2

    3. "Scanner" digital e exportao da figura para formato dwg ou jpeg. Digitalizao

    do divisor e uso em Sistema de Informao Geogrfica SIG ou Autocad, por exemplo.

    b) Elementos Lineares

    - P= permetro da bacia (comprimento total dos divisores) em km.

    - L= comprimento do Rio Principal (nascente ao exutrio) em km.

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    - La = comprimento axial (comprimento da reta ME) em km, sendo M = ponto mais

    distante do Exutrio em linha reta.

    Fig. 2.4: elementos lineares de uma bacia.

    Formas de determinao dos Elementos Lineares:

    1. Curvmetro: percorrer por 3 vezes o permetro e o rio Principal da bacia e calcular a

    mdia para cada um.

    2. Barbante: sobrep-lo sobre as linhas a medir e posteriormente achar seu

    comprimento.

    3. Vetorizao: utilizar ou mesa digitalizadora ou efetuar a digitalizao da linha para

    SIG ou CAD.

    c) Declividade do curso dgua principal de uma bacia.

    O curso dgua principal aqui considerado como aquele que tem o maior

    comprimento dentro de uma bacia. A sua declividade uma medida da inclinao do seu

    leito. A fig. 2.5. mostra o perfil do leito do curso dgua principal de uma bacia. Esse grfico

    necessrio para que seja calculada a declividade do curso dgua.

    P

    M

    E

    L

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    Fig. 2.5: talveg e declividade do curso dgua principal de uma bacia (fonte: DAEE).

    - Extrema (Sex).

    Sex = H / L

    Onde:

    Sex = declividade extrema, m/m.

    H = diferena de cotas entre a nascente do rio principal (ponto N) e o exutrio (ponto

    E), m.

    L = comprimento do rio principal, km.

    - Equivalente

    Seq = [ L / ( Li/Si)]2

    Onde:

    Seq = declividade equivalente, m/m.

    Hi = diferena de cotas entre dois pontos que definem um trecho do rio principal

    (ponto A) e o exutrio (ponto B), m.

    Li = distncia entre dois pontos que definem um trecho do rio principal (ponto A) e o

    exutrio (ponto B), m.

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    Si = declividade do trecho i, m/m. Si = Hi/Li

    L = comprimento do rio principal, km.

    Obs.: comum adotar Li como a distncia entre curvas de nvel consecutivas, medida

    em planta.

    Exemplo: a declividade equivalente para a bacia da fig. 2.5.

    A. Cotas: esto representadas a cada 5 m.

    - exutrio (seo de estudo): 95 m;

    - nascente: 113 m (interpolao). Na carta do IBGE, esc. 1:50.000, as curvas de nvel

    representadas so de 20 em 20 m de modo que se recomenda fazer interpolao de 5 em 5

    m.

    B. Distncias: suposta escala 1:10.000.

    - trecho 1, entre exutrio (cota 95 m) e ponto A (cota 100 m): 400 m;

    - trecho 2, entre ponto A (cota 100 m) e ponto B (cota 105 m): 260 m;

    - trecho 3, entre ponto B (cota 105 m) e ponto C (cota 110 m): 70 m;

    - trecho 4, entre ponto C (cota 110 m) e ponto N (cota 113 m): 20 m;

    Comprimento do rio principal: L = 850 m = 0,85 km.

    C. Declividade extrema (Sex).

    Sex = H / L = (Cota N Cota E)/ L = (113 95)/0,85 = 18/0,85 = 21,18 m/km.

    C. Declividades por trecho (Si = Hi/Li).

    - trecho 1, H = 5 m e L = 400 m; Si = 0,0125 m/m = 12,5 m/km;

    - trecho 2, H = 5 m e L = 260 m; Si = 0,0192 m/m = 19,2 m/km;

    - trecho 3, H = 5 m e L = 70 m; Si = 0,0714 m/m = 71,4 m/km;

    - trecho 4, H = 5 m e L = 20 m; Si = 0,025 m/m = 25,0 m/km.

    D. Declividade Equivalente (Seq).

    Seq = [ L / ( Li/Si)]2

    Seq = [ 850/ (400/0,0125) + ( 260/0,0192) + ( 70/0,0714) + ( 20/0,025)]2

    Seq = 0,0212 m/m = 21,16 m/km

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    2.1.2. Tempo de concentrao.

    H um tempo de percurso de uma gota de chuva entre o seu ponto de queda no solo e

    o exutrio. O tempo mximo de percurso definido como sendo o de concentrao, logo

    sendo aquele ao qual demora uma gota de chuva que caiu no ponto distante em relao ao

    exutrio para passar atravs deste.

    Se uma chuva tiver uma durao igual ao tempo de concentrao (tc), corresponde

    quela a qual todos os pontos da superfcie de uma bacia estariam contribuindo para a

    vazo que passa no exutrio, logo se estaria na condio de vazo mxima. O tc de

    interesse para o clculo das obras de drenagem de uma bacia hidrogrfica e calculado por

    meio de 4 frmulas empricas:

    tc1 = 5,3.(L2/Sx10-3)1/3

    tc2 = 52,65.(L /S0,5)0,64

    tc3 = 57.(L2/S)0,385

    tc4 = 55,47.(L3/H)0,77

    Onde:

    S = declividade, m/km. Em geral utilizada a declividade equivalente.

    L = comprimento do rio principal, km.

    H = diferena de cotas entre nascente e exutrio, m.

    O valor do tc adotado em geral igual mdia entre os valores dados pelas 4

    frmulas. Se o valor dado pela frmula 4 for muito diferente dos demais, o que acontece

    normalmente, porque depende de H, este desprezado. Nunca se despreza nenhum dos

    valores das trs primeiras frmulas, pois dependem da declividade.

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    2.1.3. Complementares.

    So outras caractersticas tambm importantes para compreender o comportamento hidrolgico das bacias.

    A. Forma da bacia. As bacias com forma mais arredondada tm tendncia de apresentar vazo de pico de cheia maior que as alongadas que possuem a mesma rea em planta, porque o escoamento superficial provocado por uma chuva nas primeiras tende a chegar simultaneamente no seu exutrio, enquanto nas segundas chegaria mais distribuidamente no tempo.

    Q mx 1 < Qmx 2

    Figura 2.5: bacias, forma e pico de vazo de cheia.

    A anlise de forma da bacia tem por objetivo estabelecer a diferena de comportamento entre duas bacias de reas iguais, mas formas diferentes: alongada e arredondada. Utilizam-se dois ndices para medir esse fenmeno: compacidade (Kc) e Conformao (Ic).

    A.1. ndice de compacidade Kc definido como sendo a relao entre o permetro da bacia e a circunferncia do

    crculo de mesma rea da bacia. Portanto, compara-se a bacia real com um crculo de mesma rea, quanto mais arredondada for a forma da bacia, mais prximo da unidade d a relao. Logo:

    Kc = P/C = 0,28 . P . A - Pois C = 2 R = 2 A/ 2A . Onde: A = R P = permetro da bacia, km;

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    A = rea, Km; C = circunferncia do circulo de mesma rea que a bacia real, Km. Caso no existam outros fatores que interfiram, as seguintes faixas so vlidas:

    Valores limites de Kc Tendncia de vazo de pico de cheia Inferior Superior

    alta 1,00 1,25 mdia 1,26 1,35 baixa 1,36 - o -

    Portanto, a frmula a utilizar para o ndice de compacidade : Kc = 0,28.P.A-0,5

    A.2. ndice de conformao Ic. definido como a relao entre a rea da bacia e o quadrado de seu comprimento

    axial La, medindo ao longo do curso dgua principal, desde seu exutrio at o ponto mais distante sobre a linha de divisores dgua.

    Figura 2.6: Comprimento Axial.

    EM = reta de maior comprimento dentro da bacia e que passa pelo exutrio. M = Ponto mais distante do exutrio em linha reta. Portanto, a frmula a utilizar para o ndice de conformao : Ic = A/La2

    Caso no existam outros fatores que interfiram, as seguintes faixas so vlidas:

    Valores limites de Ic Tendncia de vazo de pico de cheia Inferior Superior

    alta 0,80 - o - mdia 0,30 0,79 baixa 0,00 0,29

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    Exemplos:

    1. Anlise forma.

    Bacia A (Km) La (Km) P (Km) L (Km) Kc Ic Concluso

    Crrego do Peixe 16,250 8,30 21,25 7,80 1,48 B 0,23 B Baixa

    Crrego Grande 16,375 5,90 19,00 6,00 1,32 M 0,47 M Mdia

    Crrego gua Suja 9,875 4,90 13,25 4,50 1,19 A 0,41 M Alta

    Ribeiro Balbinos 75,000 11,10 43,00 12,50 1,40 B 0,60 M Mdia

    Ribeiro Boa Vista 53,000 10,40 37,50 11,25 1,45 B 0,49 M Mdia

    2. Tempo de concentrao. Obra: microdrenagem.

    Municpio: So Paulo.

    1. Caractersticas Fsicas da bacia.

    A. Bsicas:

    rea(A) = 0,85 Km^2

    perimetro(P) = 3,50 Km

    compr. rio principal(L) = 0,65 Km

    decl. extrema(Sex) = 3,00 m/Km

    decl equivalente(Se) = 3,00 m/Km

    desnvel talveg(""delta""H) = 2,20 m

    compr. axial(La) = 0,95 km

    B. Forma:

    ndice de compacidade(Kc) = 0,28.P.A^-0,5 = 1,06 alta

    ndice de conformao(Ic) = A/La^2 = 0,94 mdia

    concluso alta

    2. Chuva de projeto.

    Tempo de concentrao(tc):

    tc1 = 5,3.(L2/^Sx10-3)1/3 = 27,57 min

    tc2 = 52,65.(L/S^0,5)^0,64 = 28,12 min

    tc3 = 57.(L^2/S)^0,385 = 26,80 min

    tc4 = 55,47.(L^3/H)^0,77 = 11,17 min

    Tempo de concentrao(tc) = 27,50 minutos (somente valores com Se)

  • Eng. Dr. A. E. Giansante

    2.1.4. Rede hdrica.

    - Ordem.

    - Densidade de trechos.

    - Densidade de drenagem.