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