Módulo1

Hidrologia Aplicada

Especializao em Engenharia de Saneamento Bsico e Ambiental Natal/RN

Professor: Matheus Martins de Sousa [email protected]

Doutorando PEC/COPPE/UFRJ

M.Sc. Engenharia Civil Recursos Hdricos e Saneamento PEC/COPPE/UFRJ

Scio fundador da AquaFluxus Consultoria Ambiental em Recursos Hdricos

Capacitar o aluno a entender os fenmenos hidrolgicos em uma bacia hidrogrfica, decorrente da inter-relao entre precipitao, interceptao, evapotranspirao, infiltrao, guas subterrneas e escoamento superficial.

06/03/2015 Hidrologia Aplicada - Matheus M. Sousa 2

OBJETIVOS

VILLELA, S.M.; MATTOS, A. (1975). Hidrologia Aplicada. Mc Graw-Hill. 1 edio.

RAMOS, F.; et al. (1989). Engenharia Hidrologia:- Volume 2 - Coleo ABRH de Recursos Hdricos. Editora da UFRJ. 1 Edio.

TUCCI, C.E.M., Org. (2004). Hidrologia: Cincia e Aplicao - Coleo ABRH de Recursos Hdricos. Editora da UFRGS. 3 Edio. 2004.

CHOW, V. T.; MAIDMENT, D.R.; MAYS, L. W. (1988). Applied Hydrology. Mc Graw-Hill. International edition.

Arquivos digitais do curso.

Notas de aulas.


BIBLIOGRAFIA

Ser realizado um trabalho prtico, em grupo, para apresentao escrita.

Para aprovao, preciso obter mdia maior ou igual a 7,0.

Aluno com frequncia inferior a 75% do curso ser automaticamente reprovado.


AVALIAO

Sexta (06/03/2015)

Introduo:

ciclo hidrolgico

bacia hidrogrfica

Precipitao

Interceptao


Agenda da Disciplina

Sbado (07/03/2015)

Manh:

Evaporao - Transpirao - Evapotranspirao

Infiltrao

guas Subterrneas

Tarde:

Anlise do hidrograma

Escoamento Superficial

Sistema de apoio a Projetos de Drenagem (Exerccio prtico)



Domingo (08/03/2015)

Manipulao de dados de vazo

Fluviometria

Avaliao prtica




UNIDADE I: 1.Introduo 2.Precipitao 3.Interceptao

10

O que Hidrologia?

Hidrologia Aplicada - Matheus M. Sousa 06/03/2015

11

O que Hidrologia?


Hidrologia a cincia que trata da gua, sua ocorrncia, circulao e distribuio, suas propriedades fsicas e qumicas, e suas reaes com o meio ambiente, incluindo suas relaes com a vida. Definio recomendada pelo United States Federal Council of Science and

Technology, Committee for Scientifc Hidrology, 1962

A Hidrologia a cincia da gua.

Trata da quantificao dos volumes de gua que, em diversas formas, encontram-se distribudos pela superfcie terrestre e so suscetveis de aproveitamento pelo homem.

Ocupa-se, tambm, da movimentao dessas massas de gua que, num fluxo contnuo, deslocam-se de um lugar a outro facilitando seu uso, mas causando tambm, s vezes, grandes

dificuldades e prejuzos atividade humana.


O que Hidrologia?

A Hidrologia, por seu carter abrangente, utiliza como suporte outras cincias especficas como a geologia, geografia, hidromecnica, estatstica, computao e outras, fora das bsicas de fsica e matemtica.

Trs grandes temas so tratados na Hidrologia: a medio, registro e publicao de informaes bsicas,

a anlise dessa informao para desenvolver e expandir as teorias fundamentais, e

a aplicao dessas teorias e dados na soluo de problemas reais.


O que Hidrologia?

Saneamento (captao, represamento, diluio, drenagem urbana)

Agricultura (irrigao e drenagem)

Transportes (drenagem de estradas, pontes, hidrovias)

Energia (reservatrios)

Planejamento e Gerenciamento em bacias hidrogrficas


Aplicaes da hidrologia

15

Hidrologia - Conceitos Bsicos


Ciclo Hidrolgico

Bacia Hidrogrfica

O ciclo hidrolgico o fenmeno global de circulao fechada de gua entre a superfcie terrestre e a atmosfera, balanceado apenas em escala global e impulsionado fundamentalmente pela energia solar associada gravidade e rotao da terra (SILVEIRA, 1993).


O que Ciclo Hidrolgico?


Ciclo Hidrolgico

a evaporao de superfcies lquidas,

a precipitao,

a evaporao de gua do solo e a transpirao dos seres vivos (sendo estas duas parcelas, usualmente, consideradas de modo combinado e denominadas de evapotranspirao),

a infiltrao,

e os escoamentos superficiais, subsuperficiais e subterrneos.

As principais parcelas do ciclo hidrolgico so:


Ciclo Hidrolgico Podemos analisar qualquer transformao dentro do ciclo hidrolgico como:

Onde:

I: InFlow Entrada de gua no volume de controle

O Outflow Sada de gua no volume de controle

S Variao da gua no volume de controle

Exemplo:

I O S


Ciclo Hidrolgico Podemos usar essa equao para fazer analises futuras, por exemplo da demanda

de gua:

Exemplo: evoluo do volume do sistema Cantareira em cenrio pessimista.

Bacias hidrogrficas so pores da superfcie terrestre que drenam guas superficiais e subsuperficiais, delimitadas por divisores topogrficos (ou divisores de guas).


O que Bacia Hidrogrfica?

Uma bacia hidrogrfica limitada por divisores topogrficos, que recolhe a precipitao, age como um reservatrio de gua e sedimentos, defluindo-os em uma seo fluvial nica (exutrio).

Admite-se a superposio entre os divisores sobre os terrenos e os

divisores subterrneos.



A delimitao de cada bacia hidrogrfica feita numa carta topogrfica, seguindo as linhas das cristas das elevaes circundantes da seo do curso dgua em estudo. Dessa forma, sob o ponto de vista topogrfico, cada bacia separada das restantes bacias vizinhas.

Uma bacia hidrogrfica, por sua vez, pode ser dividida em sub-bacias e cada uma das sub-bacias pode ser considerada uma bacia hidrogrfica.




REGIES HIDROGRFICAS - BRASIL

rea de Drenagem

Forma da Bacia

Coeficiente de compacidade

Fator de Forma

Sistema de drenagem

Ordem dos cursos de gua

Densidade de Drenagem

Caractersticas do relevo de uma Bacia

Comprimento do rio principal

Declividade da bacia

Declividade do curso dgua principal


Caractersticas Fsicas de uma Bacia Hidrogrfica

rea de Drenagem

a superfcie em projeo horizontal, delimitada pelo divisor de guas.

Computada diretamente a partir de cartas topogrficas.

Dado fundamental para o calculo das outras caractersticas fsicas da bacia

a rea em que captada a chuva, assim calculamos o volume de chuva que caiu sobre uma bacia multiplicando a altura de chuva pela rea da bacia (Volume = rea x Altura).





Forma da Bacia

Forma da Bacia

Coeficiente de compacidade a relao entre o permetro da bacia e a circunferncia de circulo com rea igual

a da bacia

Onde:

Este ndice compara a bacia com um crculo da mesma rea; uma bacia compacta apresenta um ndice de compacidade baixo (prximo de 1). Caso no existam fatores que interfiram, os menores valores de Kc indicam maior potencialidade de produo de picos de enchentes elevados.



2c

PerimetroK

r

arear

Forma da Bacia

Fator de Forma a relao entre a largura media da bacia e o comprimento axial da bacia. O

comprimento medido seguindo o curso dgua mais longo da bacia e a largura media dividindo a rea da bacia por esse comprimento.

Esse fator d alguma indicao sobre a tendncia da bacia a produzir enchentes ou inundaes, pois um fator de forma baixo (grande comprimento axial) reflete uma menor probabilidade de ocorrer na bacia uma chuva intensa que atinja toda sua extenso, comparada com outra bacia da mesma rea e menor comprimento axial (maior ndice de forma).



LmFF

L

AreaLm

L

Forma da Bacia



Sistema de drenagem

Ordem dos cursos de gua



E uma classificao que reflete ao grau de ramificao

dentro da bacia.

Sistema de drenagem

Densidade de Drenagem Densidade de drenagem (Dd): razo entre o comprimento total dos cursos dgua

e a rea de drenagem.

Quanto mais densa a rede de drenagem, mais rapidamente o volume precipitado escoar pela seo exutria de uma bacia hidrogrfica.



d

LD

Area


Comprimento do rio principal

Define-se o rio principal de uma bacia hidrogrfica como aquele que drena a maior rea no interior da bacia.

O comprimento da drenagem principal uma caracterstica fundamental da bacia hidrogrfica porque est relacionado ao tempo de viagem da gua ao longo de todo o sistema.




Declividade da bacia Relao complexa com a infiltrao, com o escoamento superficial, com a umidade

do solo e a com contribuio do escoamento subterrneo.

Quanto maior a declividade, maior a variao nas vazes instantneas (escoamento superficial mais acelerado).

Onde:

I -diferena de altitude padro entre 2 curvas de nvel

Wi - largura entre 2 curvas de nvel, ao longo do rio

Ai rea entre 2 curvas de nvel

N Numero de intervalos de curva de nvel

A rea total da bacia



1

ini

i

Ia

ws

nA


Declividade do curso dgua principal Quanto maior a declividade dos cursos dgua, maior a velocidade de escoamento.

Pode ser calculada, por exemplo:

Razo entre a desnvel das cotas extremas e o comprimento horizontal (S1)

rea sob o perfil = rea sob a Reta (S2)

Princpio Cinemtico (S3): tempo de translao acumulado = tempo de translao com velocidade constante



Uma das caractersticas mais importantes de uma bacia o Tempo de Concentrao da Bacia desse rio.

Usamos o Tempo de Concentrao de uma bacia

hidrogrfica para estimar sua chuva critica.


Tempo de Concentrao

Segundo o Bureau of Reclamation of U.S.A , tempo de concentrao (Tc) o tempo necessrio para que toda a rea da bacia contribua para o escoamento superficial na seco de sada.


O que Tempo de Concentrao?

o tempo necessrio para que a gota de chuva que caiu sobre a regio mais distante do exutrio leva para chegar at este.

Quando chove sobre uma bacia hidrogrfica por um perodo maior que o tempo de concentrao, toda a bacia contribui para o exutorio.


O que Tempo de Concentrao?

Fatores que influenciam o tc:

Forma da bacia

Declividade mdia da bacia

Comprimento e declividade do curso principal

Tipo de cobertura vegetal

Distncia entre o ponto mais afastado da bacia e o exutrio

Condies de umidade do solo previamente ao incio da chuva


Tempo de Concentrao


Tempo de Concentrao

Clculo do tc Nome Equao

Cinemtica

Califrnia Culverts

Practice

Dooge

Kirpich

George Ribeiro

c

Lt

v

0,3853

57.cL

tH

0,41

0,1721,88.c

At

S

0,77

0,3853,989.c

Lt

H

0,04

16.

1,05 0,2. . 100.c

Lt

p S

Onde:

L : comprimento do rio principal da bacia (m

na formula cinemtica e km nas demais

formulas);

H : desnvel entre o ponto mais elevado da

bacia e o exutrio (m). [km em Kirpich].

A : rea de drenagem da bacia (km);

S : declividade mdia da bacia (m/m).

: velocidade mdia do rio principal da bacia

no estiro (m/s).

p: percentagem da bacia com cobertura

vegetal (entre 0 e 1);


Balano Hdrico na Bacia Podemos usar a eq. Hidrolgica na bacia hidrogrfica :

Precipitao = Evaporao + Infiltrao + Interceptao + Escoamento Superficial

+ Vazo

relao entre as entradas e sadas de gua em uma bacia hidrogrfica, d-se o nome de balano hdrico.

A principal entrada de gua de uma bacia hidrogrfica a precipitao, enquanto a evapotranspirao e o escoamento, constituem-se as formas de sada.

As unidades de mm, ou lmina de chuva, so mais usuais para a precipitao e para a evapotranspirao.

I O S

PRECIPITAO:

Generalidades

Fatores Climticos

Precipitao Formas e Tipos

Medidas Pluviomtricas

Frequncia de total precipitado

Variao da precipitao

Precipitao media sobre uma bacia

Analise das chuvas Intensas


Precipitao

PRECIPITAO: qualquer massa de gua que, advinda da atmosfera, atinge a camada superficial da terra.

Orvalho

Geada

Chuva

Neve

Granizo


Precipitao

Praticamente no influencia nos escoamentos

No Brasil, praticamente, tambm no influencia nos escoamentos

Chuva - principal elemento da maioria dos projetos hidrolgicos.

Problemas de engenharia : chuvas de grande intensidade e/ou volume X ausncia de chuva em longos perodos de estiagem.

A ocorrncia da precipitao processo aleatrio que no permite uma previso com grande antecedncia.


Precipitao

Caractersticas principais:

Volume Total

Durao

Distribuio

Temporal

Espacial


Precipitao

Altura pluviomtrica (P): espessura mdia da lmina de gua precipitada que recobriria a regio atingida, admitindo-se que a gua no infiltrasse, no evaporasse. Expressa em milmetros.

Durao (t): intervalo de tempo durante o qual se considera a ocorrncia de chuva. Expressa em minutos ou horas.

Intensidade (i): relao entre a altura pluviomtrica e a durao da precipitao. Expressa em mm/h ou mm/min.

Frequncia: n de eventos iguais ou superiores a um evento considerado.

Tempo de Recorrncia ou Tempo de retorno: inverso da probabilidade de um evento.


Precipitao

1TR

P

1TR

f

FREQUNCIA: n de eventos iguais ou superiores a um evento considerado.


CLCULO DA FREQUNCIA DE UMA PRECIPITAO

Mtodo Califrnia

Mtodo Kimbal

mf

n

1

mf

n

m posio do valor na amostra em ordem decrescente

n tamanho da amostra Ano Precipitao Maxima ORDEM Pmx F TR

1983 220 1 270 0.11 9.00

1984 140 2 220 0.22 4.50

1985 170 3 170 0.33 3.00

1986 70 4 160 0.44 2.25

1987 120 5 140 0.56 1.80

1988 270 6 130 0.67 1.50

1989 160 7 120 0.78 1.29

1990 130 8 90 0.89 1.13

1991 90 9 70 1.00 1.00

Ano Precipitao Maxima ORDEM Pmx F TR

1983 220 1 270 0.10 10.00

1984 140 2 220 0.22 4.50

1985 170 3 170 0.30 3.33

1986 70 4 160 0.40 2.50

1987 120 5 140 0.50 2.00

1988 270 6 130 0.60 1.67

1989 160 7 120 0.70 1.43

1990 130 8 90 0.80 1.25

1991 90 9 70 0.90 1.11

Processo de formao das precipitaes:

Evaporao (estado lquido / estado vapor)

Ascenso das massas de ar

Condensao do vapor dgua presente no ar atmosfrico (saturao e ncleos de

condensao)

Formao das nuvens (microgotculas)

Aglutinao (um milho de microgotculas)

Bergeron

Coliso-coalescncia

Peso > Atrito (correntes de ar ascendentes)

Precipitao


Precipitao

Classificao das Precipitaes:

Convectivas

Orogrficas

Frontais


Precipitao

Chuva Convectivas


Precipitao

Chuva Convectivas Estudos cientficos mostram que a urbanizao exerce influncia sobre as chuvas

convectivas. Segundo os autores destas pesquisas, este efeito se deve ao fenmeno das ilhas de calor e da maior produo e concentrao de material particulado (ncleos higroscpicos).


Precipitao

Ilhas de Calor Dana da Chuva

Chuva Orogrficas


Precipitao

Chuva Frontais


Precipitao

A chuva representada como uma lmina ou altura dgua (mm);

A intensidade de chuva a taxa instantnea de precipitao lmina / tempo (mm/h).

Medio da Precipitao:

Pluvimetro registro discreto (precipitao diria);

Pluvigrafo registro contnuo (precipitao a cada 15 minutos, por exemplo)

O tratamento dos dados de precipitao para grande maioria dos problemas hidrolgicos estatstico.

So geralmente registrados, armazenados e apresentados em forma de tabelas e/ou de bancos de dados.

Para maior facilidade de comparao entre eles,

recorre-se a representaes grficas.


MEDIO DE PRECIPITAO


MEDIO DE PRECIPITAO

Estao Meteorolgica Telemtrica

Pluvigrafo

Data logger


MEDIO DE PRECIPITAO

O Brasil dispe de uma rede hidrometeorolgica com aproximadamente 15.000 estaes hidromtricas, administradas por organismos federais, setoriais, estaduais e particulares, dentre as quais 4.543 representam a rede bsica nacional em operao, de responsabilidade da Agncia Nacional de guas ANA.

A Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM) instala, opera e d manuteno rede bsica nacional da ANA.

Os dados coletados a cada ms so remetidos para o Sistema de Informaes Hidrolgicas da ANA, para serem disponibilizados ao usurio final.


MEDIO DE PRECIPITAO


MEDIO DE PRECIPITAO PLUVIMETROS

Recipientes construdos para captar e armazenar as precipitaes que ocorrem entre as medies.

Existem diversos modelos.

Instalados a 1,5 m do solo e 2 vezes distantes da altura entre o topo do aparelho e o topo da maior obstruo

Medio de 24 em 24h ou de 12 em 12h, atravs de rguas, provetas ou balanas.

No levam em conta a intensidade das precipitaes.


MEDIO DE PRECIPITAO


MEDIO DE PRECIPITAO PLUVIGRAFOS

Levam em conta a intensidade das precipitaes

Tambm existem diversos modelos.

Pluvigrafo de Cubas Basculantes.

Conjunto de 2 cubas articuladas por um eixo central, que recebem a precipitao uma de cada vez. Quando uma esvazia a outra comea a encher.

Cada movimento das cubas basculantes computa uma lamina de precipitao (p. ex. 0,25 mm)

So registrados os tempos em que os movimentos ocorrem, assim como o nmero de movimentos.

Assim como os pluvimetros, so instalados a 1,5 m do solo e 2 vezes distante da altura entre o topo do aparelho e o topo da maior obstruo.


MEDIO DE PRECIPITAO


MEDIO DE PRECIPITAO

Nos pluvimetros da rede de observao mantida pela Agncia Nacional da gua (ANA) a medio da chuva realizada uma vez por dia, sempre s 7h da manh, por um observador que anota o valor lido em uma caderneta.

Alm da ANA, existem outras instituies e empresas que mantm pluvimetros, como o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), empresas de gerao de energia hidreltrica e empresas de pesquisa agropecuria.

No banco de dados da ANA (www.hidroweb.ana.gov.br) esto cadastradas 15.622 estaes pluviomtricas de diversas entidades.


MONITORAMENTO HIDROMETEOROLGICO NO BRASIL

O monitoramento hidrometeorolgico no Brasil remonta o sculo 19, pelo Departamento Nacional de Obras contra as Secas (DNOCS) e Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), bem como as estaes da So Paulo Light and Power (1909) e os registros de chuva efetuados pela Minerao Morro Velho, em Nova Lima, Minas Gerais, que datam de 1855.

Desde ento, a Rede Hidrometeorolgica tem crescido, buscando ampliar o conhecimento hidrolgico do pas.



O portal HidroWeb oferece um banco de dados com todas as informaes coletadas pela rede hidrometeorolgica e rene dados sobre cotas, vazes, chuvas, evaporao, perfil do rio, qualidade da gua e sedimentos.

Por meio dessas informaes, a Agncia Nacional de guas monitora eventos considerados crticos, como cheias e estiagens, disponibiliza informaes para a execuo de projetos, identifica o potencial energtico, de navegao ou de lazer em um determinado ponto ou ao longo da calha do manancial, levanta as condies dos corpos dgua para atender a projetos de irrigao ou de abastecimento pblico, entre outros.



SITES DE INTERESSE:

ANA Agencia Nacional de guas hidroweb.ana.gov.br

CPRM Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais www.cprm.gov.br

INMET Instituto de Meteorologia Min. da Agricultura www.inmet.gov.br

CPTEC Centro de Previso de Tempo e estudos Climticos www.cptec.impe.br

O objetivo de um posto de medio de chuvas o de obter uma srie, sem falhas, de precipitaes ao longo dos anos.

Em qualquer caso pode ocorrer a existncia de perodos sem informaes ou com falhas nas observaes.

As causas mais comuns de erros grosseiros nas observaes so:

preenchimento errado na caderneta de campo;

soma errada do nmero de provetas, quando a precipitao alta;

valor estimado pelo observador, por no se encontrar no local da amostragem;

crescimento de vegetao ou outra obstruo prxima ao posto de observao;

danificao do aparelho;

problemas mecnicos no registrador grfico.


PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMTRICOS

Deteco de erros grosseiros

Preenchimento de falhas

Verificao da homogeneidade dos dados



Erros acidentais

Dia 30/Fev; 31/abril

Preciso maior que a escala 3,64mm (preciso 0,1mm)

Valores absurdos 636 mm/dia

Transbordamento

Vento muito forte

Erros sistemticos

Vazamento no pluvimetro

Entupimento no pluvimetro

Equipamento fora das especificaes



PREENCHIMENTO DE FALHAS : Muitas vezes as estaes pluviomtricas apresentam falhas em seus registros

devido ausncia do observador ou por defeito do aparelho.

Mtodo:

Escolhe-se, pelo menos, trs estaes localizadas o mais prximo possvel, mas, dentro da mesma regio meteorolgica.

Px - precipitao na estao em questo

Pa,b,...,n - precipitao nas estaes a, b,...,n

Ma,b,...,n - mdia nas estaes a, b,...,n

Mx - mdia na estao em questo



VERIFICAO DA HOMOGENEIDADE DOS DADOS:

Para a verificao da homogeneidade dos dados curva dupla acumulativa ou curva de massa.

So relacionados os totais anuais (mensais) acumulados em determinado posto e a mdia acumulada dos totais anuais (mensais) de todos os postos da regio considerada homognea sob o ponto de vista meteorolgico.

Caso seja possvel ajustar uma reta ponto em questo homogneo em relao aos outros pontos da regio.



VERIFICAO DA HOMOGENEIDADE DOS DADOS:

CURVA DUPLA ACUMULATIVA OU CURVA DE MASSA :



CURVA DUPLA ACUMULATIVA OU CURVA DE MASSA :



Casos tpicos:

Caso 1:

o valores proporcionais, alinham-se segundo uma reta;

o Srie consistente;

o Confivel.

Caso 2:

o Erros sistemticos

o Mudana nas condies de observao

o Alterao climtica

o Exige-se pelo menos 5 pontos sucessivos com a nova tendncia

Caso 3:

o geralmente resultado da comparao de 3 postos com diferentes regimes pluviomtricos, sendo incorreta toda associao que se deseja fazer entre os dados desses postos.

CORREO DOS DADOS :



Duas possibilidades:

Valores mais antigos para situao atual

Valores mais recentes para a condio antiga


PRECIPITAO MDIA (Chuva Equivalente)

Mtodos:

Mdia Aritmtica

Polgonos de Thiessen

das Isoietas



Mdia Aritmtica :

Basta somar os valores medidos em cada um dos postos dentro da

bacia e dividir o resultado pelo nmero de postos.

Recomenda-se a aplicao apenas em regies planas onde os postos se encontram uniformemente distribudos e a regio plana.

Neste mtodo, todos os pluvimetros tm a mesma importncia.



POLGONOS DE THIESSEN : O mtodo consiste em atribuir um fator de peso aos totais

precipitados em cada aparelho, proporcionais rea de influncia de cada aparelho.

Essas reas de influncia (peso) so determinadas em mapas, unindo-se os postos adjacentes por linhas retas e, em seguida, traando-se mediatrizes dessas retas, formando polgonos. Os lados dos polgonos so os limites das reas de influncia de cada posto.

Leva em conta a no uniformidade na distribuio dos postos.

Pesos proporcionais rea da regio em que o aparelho se encontra.

No leva em conta o relevo.



POLGONOS DE THIESSEN : Roteiro

Traar retas unindo os postos adjacentes.

Traar retas perpendiculares a partir do ponto mdio das retas traadas anteriormente.

Computar a rea da regio de influncia de cada posto.

Calcular.



MTODO DAS ISOIETAS :

ISOIETAS: curvas traadas sobre mapas que representam linhas de igual precipitao.

Seu traado semelhante ao das curvas de nvel, onda a altura de chuva substitui a cota do terreno.

A precipitao mdia sobre uma rea calculada ponderando-se a precipitao mdia entre isoietas sucessivas (normalmente fazendo a mdia dos valores de duas isoietas), pela rea entre as isoietas, totalizando-se esse produto dividindo-se pela rea total.



MTODO DAS ISOIETAS :



MTODO DAS ISOIETAS : Roteiro :

Localizar os postos e escrever ao lado de cada um o total precipitado dentro do intervalo de tempo analisado.

Esboar as linhas de igual precipitao atravs de interpolaes.

Sobrepor um mapa topogrfico ao mapa das isoietas e ajustar as linhas segundo o relevo.

Computar a rea da regio entre as isoietas.

Calcular



Exemplo:

Fatores Climticos :

As precipitaes intensas so as principais causas de cheias e prejuzos, por isso merecem destaque especial em hidrologia.

Normalmente o transbordamento de rios, problemas de drenagem, alagamento de ruas, inundao de residncias, escolas, entre outros um processo decorrente de uma chuva intensa. Assim, lgico que no dimensionamento de obras de drenagem (pontes, bueiros, vertedores, etc.) deve-se analisar o comportamento das chuvas intensas em uma regio, de forma a dimensionar estruturas que tragam segurana populao.


CHUVAS INTENSAS

Chuva em Santa Catarina/2008. Fonte: agenciabrasil.gov.br

Fonte: sobrevivendo.com.br

Altura pluviomtrica (P): espessura mdia da lmina de gua precipitada que recobriria a regio atingida, admitindo-se que a gua no infiltrasse, no evaporasse. Expressa em milmetros.

Durao (t): intervalo de tempo durante o qual se considera a ocorrncia de chuva. Expressa em minutos ou horas.

Intensidade (i): relao entre a altura pluviomtrica e a durao da precipitao. Expressa em mm/h ou mm/min.

Frequncia: n de eventos iguais ou superiores a um evento considerado.

Tempo de Recorrncia ou Tempo de retorno: inverso da probabilidade de um evento.


1TR

P

1TR

f

CHUVAS INTENSAS

LEIS DA CHUVA

Para um mesmo tempo de recorrncia, quanto maior a durao da chuva, menor a sua intensidade.

Para uma mesma durao, quanto maior a recorrncia da chuva, maior a sua intensidade.

A intensidade das precipitaes inversamente proporcional sua rea de precipitao. Em um determinado perodo chuvoso, as intensidades decrescem do ncleo da precipitao para sua periferia, segundo uma lei aproximadamente parablica.


CHUVAS INTENSAS

Dentro do conceito de chuva intensa, deve ser lembrado que quanto mais curta a durao de uma precipitao, maior a chance de que ela tenha sido muito intensa, e que quanto mais frequente uma chuva maior a probabilidade de sua ocorrncia.

Relao entre Intensidade, Durao e Frequncia

Maior o Tempo de Retorno, maior a Intensidade

Menor a Durao, maior a Intensidade

Curvas I-D-F

Equaes I-D-F


CHUVAS INTENSAS

A curva IDF obtida a partir da anlise estatstica de sries longas de dados de um pluvigrafo (mais de 15 anos, pelo menos).

A metodologia de desenvolvimento da curva IDF baseia-se:

Seleo das precipitaes intensas mais caractersticas, entre as quais devero estar as intensidades mximas referentes s diversas duraes a serem analisadas.

Com base nesta srie de tamanho N (nmero de anos) ajustada uma distribuio de frequncias que melhor represente a distribuio dos valores observados.

Ajuste das curvas de intensidade-durao para determinadas frequncias atravs de anamorfoses (linearizao da equao aplicando logaritmo) ou mtodo dos mnimos quadrados.

O procedimento repetido para diferentes duraes de chuva (5 minutos; 10 minutos; 1 hora; 12 horas; 24 horas; 2 dias; 5 dias) e os resultados so resumidos na forma de um grfico, ou equao, com a relao das trs variveis: Intensidade, Durao e Frequncia (ou tempo de retorno).


CHUVAS INTENSAS

Exemplo:

Curva IDF obtida a partir da anlise dos dados de um pluvigrafo localizado no Instituto de Pesquisas Hidrulicas-IPH, em Porto Alegre.

Cada uma das linhas representa um Tempo de Retorno.

No eixo horizontal esto as duraes e no eixo vertical esto as intensidades.

Observa-se que quanto menor a durao, maior a intensidade da chuva.

Da mesma forma, quanto maior o Tempo de Retorno, maior a intensidade da chuva.


CHUVAS INTENSAS

As curvas IDF so diferentes em diferentes locais.

Infelizmente no existem sries de dados de pluvigrafos longas em todas as cidades, assim, muitas vezes, necessrio considerar que a curva IDF de um local vlida para uma grande regio do entorno.

No Brasil existem estudos de chuvas intensas com curvas IDF para a maioria das capitais dos Estados e para algumas cidades do interior, apenas.


CHUVAS INTENSAS

Exemplo:

IDF do Posto de medio de chuvas de Fagundes, Petropolis RJ.

VER Tabela Excel.


CHUVAS INTENSAS

Mtodo do professor OTTO PFAFSTETTER

Chuvas Intensas no Brasil determinou grficos que relacionam a intensidade, a durao e a frequncia das precipitaes ocorridas em 98 postos distribudos geograficamente pelo pas.

O livro com o estudo do Otto de difcil acesso mas os resultados esto compilados no programa HIDRO-FLU


CHUVAS INTENSAS


Pmax = Precipitao mxima, em mm

t = durao da precipitao, em horas

a, b e c = constantes para cada posto

R = fator de ajuste

TR = tempo de recorrncia, em anos

e = valores que dependem da durao da precipitao

= constante, adotada como 0,25 para todos os pontos


CHUVAS INTENSAS



CHUVAS INTENSAS

Fatores Climticos :

Atmosfera

Circulao Geral da Atmosfera e Ventos

Umidade Atmosfrica

Temperatura e Transporte de Energia na Atmosfera


Precipitao

INTERCEPO: A interceptao a reteno de parte da precipitao acima da superfcie do solo (Blake, 1975).

Ocorre com devido vegetao ou qualquer outra obstruo.

Tende a retardar e reduzir o pico das enchentes.

Varia com a intensidade da precipitao, com o tipo e com a densidade da vegetao (inclusive com as estaes do ano).

Quanto mais intensa a precipitao, menor o volume interceptado.

Quanto mais densa a vegetao, maior o volume retido.


Interceptao

A interceptao um fenmeno mal conhecido e difcil de estudar.

A interceptao produzida pela cobertura vegetal e armazenamento em depresses.

Seus efeitos so de reteno de um certo volume de gua da precipitao, que logo se transforma em evaporao, ou acaba infiltrando, no caso de obstrues.


Interceptao


Interceptao

Fonte: Embrapa Serrapilheira

Interceptao vegetal

No caso da cobertura vegetal, a capacidade de interceptao depende das

caractersticas da precipitao (intensidade, durao, volume), das caractersticas da prpria cobertura vegetal (vegetao de folhas maiores possuem maior capacidade de interceptao), das condies climticas (quando h muito vento a capacidade de interceptao diminuda), da poca do ano (por exemplo, no outono a capacidade de interceptao praticamente nula em rvores de folhas caducas), entre outros.


Interceptao

Interceptao vegetal


Interceptao

Interceptao vegetal

Alguns valores estimados para perdas por interceptao so:

prados (vegetao baixa), de 5 a 10% da precipitao anual;

em bosques espessos, cerca de 25% da precipitao anual.

Pode-se dizer tambm que se a chuva menor que 1mm, ela ser interceptada em sua totalidade, e se maior que 1mm, a interceptao vegetal pode variar entre 10 e 40%.


Interceptao

Interceptao vegetal

A quantificao de perdas devido interceptao vegetal pode deve ser feita atravs do monitoramento do dado de precipitao em uma regio sem cobertura de vegetao, e o monitoramento da precipitao que atravessa a vegetao (alm de monitorar a gua que escoa pelo tronco das rvores).

A diferena do volume total precipitado e volume de gua que atravessa a vegetao (considerando o volume escoado pelos troncos) fornece uma estimativa da interceptao do local.


Interceptao

Armazenamento em depresses

O volume armazenado nas depresses do terreno constitui-se perdas, j que esse volume evapora se a depresso impermevel, ou tambm infiltra, caso contrrio.

Em reas urbanas estima-se que o volume de gua perdido por armazenamento em depresses seja da ordem de 5 a 8% da precipitao total.


Interceptao

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