SIMULAÇÃO  DE  VAZÕES  MÁXIMAS  EM  UMA  MICROBACIA  URBANA  EM  JUAZEIRO  DO  NORTE,  CEARÁ.  Autor(es):  Renato  de  Oliveira  Fernandes;  Thaís  Bento  da  Silva;                                  Luciene  Galdino  da  Silva;  Rony  Lopes  Lunguinho.  

Contextualização  •   O  impacto  da  urbanização  nas  vazões  máximas  

SMDU,  2012.  

Contextualização  •   Nas  bacias  hidrográficas  urbanas  brasileiras  os  dados  observados  de  vazões  são  escassos  ou  ausentes  devido  à  falta  de  instrumentos  instalados  nessas  bacias;  

•   Como  alternaJva  é  comum  a  modelagem  da  vazão  pelo  uso  de  técnicas  estaLsJcas  ou  de  modelos  hidrológicos;  –   O  método  do  Departamento  de  Serviço  de  Conservação  do  Solo  

(SCS)  dos  Estados  Unidos  (atual  Natural  Resources  ConservaDon  Service  -­‐  NRCS)  que  usa  a  Curva  Número  (CN)  para  representar  os  Jpos,  usos  e  ocupação  dos  solos  é  um  dos  métodos  mais  usados.  

Metodologia  adotada  

MAPA  DOS  GRUPOS  HIDROLÓGICOS  DE  SOLOS  

(A,B,C,D)  

TIPOS  DE  SOLOS  (EMBRAPA)  

MAPA  DE  USO  E    OCUPAÇÃO  DA  

BACIA  Lombarde  Neto  et.  al.  2005.   MAPA  DE  CN  

DADOS  MORFOMÉTRICOS  

TEMPO  DE  CONCENTRAÇÃO  

MODELO  ABC6  

HIDROGRAMAS  DE  VAZÕES  MÁXIMAS  

1

2 3

4

Área  de  estudo  •   A  caracterização  morfométrica  da  microbacia  Riacho  dos  Touros  foi  

realizada  com  auxílio  do  ArcGIS  9.3©  (ESRI,  2009)  a  parJr  das  imagens  do  Modelo  Digital  de  Elevação  (DEM)  do  projeto  TOPODATA  

•   Área  da  bacia  igual  a  46,97  km²;  perímetro  de  42,827  km;  rio  principal  com  15.644  km  de  extensão  e  declividade  média  12,26  m/km.  

 O  método  SCS  para  esVmaVva  vazões  

𝑃𝑒 =(𝑃 − 0,2. 𝑆)2

𝑃 + 0,8. 𝑆 , 𝑠𝑒  𝑃 > 0,2. 𝑆

((1)

𝑆 =25.400𝐶𝑁 − 254

((2)

Em que: Pe – é a precipitação efetiva, ou escoamento superficial (mm) P – é a precipitação acumulada de um evento (mm) S – é a retenção potencial do solo (mm) CN – é chamado de “número da curva” (adimensional)

𝑃𝑒 =(𝑃 − 0,2. 𝑆)2

𝑃 + 0,8. 𝑆 , 𝑠𝑒  𝑃 > 0,2. 𝑆

((1)

𝑆 =25.400𝐶𝑁 − 254

((2)

Em que: Pe – é a precipitação efetiva, ou escoamento superficial (mm) P – é a precipitação acumulada de um evento (mm) S – é a retenção potencial do solo (mm) CN – é chamado de “número da curva” (adimensional)

Precipitação  efeVva:  

       

   CN  para  Bacias  Urbanas  

Tucci  (2002)  

Chuva  de  projeto  

)(.bDTKim

a

c  

Local: Município de Quixeramobim Duração da chuva (D)=3,7 horas (maior valor do tempo de concentração)

05

101520253035404550

00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30

Chuva máxima (mm)

Tempo (hh:mm)

Período de Retorno: 50 anos

Período de Retorno: 10 anos

IDF - Intensidade-duração-frequencia

Tempo  de  concentração  

Em que: L- é o comprimento do talvegue (m) A – é a área da bacia (km2) Si –é a declividade equivalente (m/km) c – é a rugosidade de retardo (adimensional)

h –é a diferença de cotas (m) n – é a rugosidade de Manning (adimensional) I – é a intensidade da chuva (mm/h) CN – é o número da curva número do método SCS

 

Nome Equação

Bransby-Willians 𝑡𝑐 = 306.𝐿

5280(

1𝐴0,1. 𝑆𝑖

0,2)

Dooge 𝑡𝑐 = 70,8. (𝐴0,41

𝑆𝑖0,17)

Kerby 𝑡𝑐 = 7,23. (𝐿. 𝑐𝑆𝑖0,5)

0,467

Kirpich I 𝑡𝑐 = 0,0196. (𝐿3

ℎ)0,385

Onda Cinemática 𝑡𝑐 = 55. (𝑛0,6. 𝐿0,6

𝐼0,4. 𝑆𝑖0,3)

SCS 𝑡𝑐 = 0,43.𝐿0,8

𝑆𝑖0,5 (

1000𝐶𝑁

− 9)0,7

Padrão ABC6 𝑡𝑐 =√𝐴2

 

Tipos  de  solos  Areia Silte Argila

Geração de escoamento em três tipos de solos

Solo C

Solo D

Tipos  de  uso  e  ocupação  do  solo  com  detalhe  da  drenagem  existente  na  microbacia  do  Riacho  dos  Touros  

 

Verificação  do  mapa  de  uso  e  ocupação  do  solo  da  microbacia  Riacho  dos  touros  

 

Em que: CNmédio -valor do CN médio CNi - valor do CN de cada classe de uso e cobertura do solo da bacia Ai- área de cada classe de uso e cobertura do solo da bacia (km2) At- área total da bacia (km2) A estimativa do valor do CN médio para a bacia indicou o valor de 89. Este valor foi usado no método SCS para estimar a vazão máxima na bacia por três equações para estimativa do tempo de concentração associado aos períodos de retorno de 10 e 50 anos.

Mapa  de  CN  (Curva  Número)    Mapa  dos  Tipos  de  solos  +  Mapa  do  Uso  e  Ocupação  =  Mapa  de  CN    

Valores  de  CN  em  função  da  cobertura  e  do  Jpo  hidrológico  de  solo  (C  e  D)  para  a  condição  II  de  umidade  do  solo  na  bacia  Riacho  do  Touros  

Valores de CN

Ocupação do solo Área do solo C (Km²)

CN equiv.

Área do Solo D (Km²) CN equiv.

Vegetação rala 7.968 79 0,87 84 Vegetação sem

folhagem 0.678 77 - -

Vegetação 2.861 73 0,97 79 Corpos de água 0.335 - - - Solo exposto 6.713 91 1,58 94 Área urbana 17.747 90 0,30 92

Áreas predominantemente

pavimentado 6.731 91 0,10 98

CN Representativo da bacia:

89

Análise  de  sensibilidade  

•   CN:  70  a  95,  incremento  de  5;  

•   Período  de  retorno:  10  anos;  

AB

C6

SCS

Ond

a C

inem

átic

a

Kirp

ich

I

Ker

by

Doo

ge

Bra

nsby

-Willi

ans

700

600

500

400

300

200

100

0

Vaz

ão M

áxim

a (m

3/s)

Equações adotadas

Tempo  de  concentração  Equação tc Equação minutos horas

Dooge 224 3,7 𝑡𝑐 = 70,8. (𝐴0,41

𝑆𝑖0,17)

Kirpich I 181 3,0 𝑡𝑐 = 0,0196. (𝐿3

ℎ)0,385

Padrão ABC6 205,6 3,4 𝑡𝑐 =√𝐴2

Tempo médio 203,5 3,4 -  Em  que:  L-­‐  é  o  comprimento  do  talvegue  (m)  =  17,524  m  A  –  é  a  área  da  bacia  (km2)  =  46,969  Km²  Si  –é  a  declividade  equivalente  (m/km)  =  12,26%  h  -­‐  é  a  diferença  de  cotas  (m)  =  191  m  n  –  é  a  rugosidade  de  Manning  (adimensional)  =  0,580  I  –  é  a  intensidade  da  chuva  associada  ao  período  de  retorno  (mm/h)    

Modelo  hidrológico  ABC6  

 Hidrogramas  de  vazões  máximas  

A. B.

0

50

100

150

200

00:3

001

:30

02:3

003

:30

04:3

005

:30

06:3

007

:30

08:3

009

:30

10:3

011

:30

12:3

013

:30

14:3

015

:30

16:3

017

:30

18:3

0

Vazõ

es (m³/s

)

Tempo (hh:mm)

Período de Retorno: 10 anosDooge (3,73 h)Kirpch I (3,02 h)ABC6 (3,4 h)Tempo médio (3,4 h)

0

50

100

150

200

250

300

00:3

001

:30

02:3

003

:30

04:3

005

:30

06:3

007

:30

08:3

009

:30

10:3

011

:30

12:3

013

:30

14:3

015

:30

16:3

017

:30

18:3

0

Vazõ

es (m³/s

)

Tempo (hh:mm)

Período de Retorno: 50 anosDooge (3,73 h)Kirpch I (3,02 h)ABC6 (3,4 h)Tempo médio (3,4 h)

Hidrogramas de vazões máximas para microbacia do Riacho Touro simulados pelo método do SCS para três equações de tempo de concentração associados aos períodos de retorno de 10 (A) e 50 anos (B) e CN de 89.

CONSIDERAÇÕES  FINAIS    •   Este  estudo  avaliou  a  geração  de  vazões  máximas  na  microbacia  do  Riacho  

dos  Touros,  localizada  na  cidade  de  Juazeiro  do  Norte,  Ceará;  •   A   caracterização   do   uso   e   ocupação   da   microbacia   indicou   que  

aproximadamente  53%  da  área  total  estão  urbanizadas  com  predominância  de  edificações  e  pavimentos  rodoviários;  

•   As  altas   taxas  de  urbanização  na  microbacia,   representado  no  método  do  SCS  pelo  o  valor  alto  do  CN,  se  refleJram  nas  vazões  máximas  simuladas;  

•   A  elevação  dos  picos  de  vazões  geram  riscos  de  enchentes  e  alagamentos  na  cidade  em  estudo;  

•   Este   trabalho   apresentou   hidrogramas   de   vazões   máximas   que   podem  servir   como   base   para   o   dimensionamento   de   obras   de   drenagem   e  determinação  dos  riscos  de  inundações  na  microbacia.    

•   O   uso   de   sensoriamento   remoto   e   ferramentas   de   SIGs  possibilitaram   a   caracterização   morfométrica   da   microbacia   do  Riacho  dos  Touros  e  obtenção  do  valor  do  CN  representaJvo;  

•   O  valor  do  CN  obJdo  indica  que  a  bacia  encontra-­‐se  densamente  urbanizada;  

•   As   altas   taxas   de   urbanização   na   microbacia   se   refleJram   em  valores  altos  do  escoamento  superficial.  

•   Nos  hidrogramas  de  vazões  máximas  mostrados  a  segu  irpodemos  observar   que   a   vazão   máxima   simulada   para   o   tempo   de  concentração  médio  é  de  153  m3/s  e  233  m3/s  para  os  períodos  de  retorno  de  10  e  50  anos,  respecJvamente.  

CONSIDERAÇÕES  FINAIS    

REFERÊNCIAS      ALVES,  P.  R.;  SANTOS,  E.  R.  S.;  FERREIRA,  N.  C.;  SILVA,  M.  V.  A.;  RAMOS,  H.  F.  

Avaliação  da  Impermeabilização  do  Solo  na  Área  Urbana  em  Goiânia.  Anais...  XV  Simpósio  

Brasileiro  de  Sensoriamento  Remoto  -­‐  SBSR,  CuriJba,  PR,  Brasil,  30  de  abril  a  05  de  maio  de  

2011,  INPE  p.0965.  SCS  –  Soil  ConservaJon  Service.  NaJonal  Engineering  Handbook:  SecJon  4,  

Hydrology.  1972.  

ASCE  (AMERICAN  SOCIETY  OF  CIVIL  ENGINEER).  Curve  Number  Hydrology  –  state  of  

pracJce.  Richard  H.  Hawkinns,  Timothys  J.  Ward,  Donald  E.  Woodward  e  Joseph  A.  Van  

Mullerm.  

ASCE,  2009,  USA,  106  p.  

CÂMARA  G.;  SOUZA  R.  C.  M.;  FREITAS  U.  M.;  GARRIDO  J.  SPRING:  IntegraJng  remote  

sensingand  GIS  by  object-­‐oriented  data  modelling.  Computers  &  Graphics,  20:  (3)  395-­‐403  May-­‐  

Jun  1996.  

CARVALHO  Jr.,  N.  R.;  SOUZA,  L.  J.  F.;  PEREIRA  Jr.,  L.  C.;  UJlização  de  imagem  Landsat  TM  

na  análise  da  ocupação  urbana  do  município  de  Goiânia  –  GO.  Anais...  XV  Simpósio  Brasileiro  de  

Sensoriamento  Remoto  -­‐  SBSR,  CuriJba,  PR,  Brasil,  30  de  abril  a  05  de  maio  de  2011,  INPE  

p.4602.  

MUITO  OBRIGADO