hidrologia_basica_aula_9_e_10.pdf

Medição de vazão

Estações hidrométricas

� Rede de monitoramento hidrométrica

� Estações pluviométricas Precipitação

� Estações fluviométricas

� Estações meteorológicas

� Estações sedimentométricas

Nível d’água

Concentração de sedimentos

Precipitação, temperatura, pressão atmosférica, radiação solar, evaporação, umidade do ar, ventos

Para que medir as variáveis?

� Conhecer e interpretar os fenômenos do ciclo hidrológico

� Aplicar modelos matemáticos para previsão de chuva, vazão e eventos raros

� Conhecer a disponibilidade hídrica

� Construir e operar projetos de recursos hídricos

Onde há água???Com quanta água se pode contar???

Exemplo de hidrograma

Monitoramento de Vazão: Estações Fluviométricas

Apresentar a Rede de Monitoramento Hidrometeorológica Apresentar a Rede de Monitoramento Hidrometeorológica

Nacional.

Identificar as estações fluviométricas e como realizar o

monitoramento.

Descrever os métodos de medição.

Por que medir vazões???

� Criar séries históricas

� Análise de mínimas� Autodepuração de esgotos� Autodepuração de esgotos� Calado para navegação

� Análise de vazões médias� Cálculo do volume de reservatórios� Dimensionamento de sistemas de abastecimento de água

Por que medir vazões???

� Análise de vazões máximas� Sistemas de drenagem� Segurança de barragens� Cálculo de vertedoresCálculo de vertedores

� Operação em tempo real� Operação de comportas� Controle de cheias

Por que medir vazões???

Sem as informações básicas de vazões, os projetos de

aproveitamento de recursos hídricos tendem a ser menos

precisos, conduzindo a resultados duvidosos, que ora tendem

a ser extremamente conservadores e custosos, ora a serem de

risco superior ao admitido.

Como se mede as vazões?� Medição por Velocidades

� Conceito de que Vazão = ∫ v.dA

�Medição convencional : Molinete hidrométrico

Como medir o Volume por tempo (Q)??

Como medir a Velocidade x Área (Q)??

EscolhaEscolha da Seção de estudoda Seção de estudoEscolhaEscolha da Seção de estudoda Seção de estudo

???

Atividades para a medição de Atividades para a medição de Atividades para a medição de Atividades para a medição de Atividades para a medição de Atividades para a medição de Atividades para a medição de Atividades para a medição de VazãoVazãoVazãoVazãoVazãoVazãoVazãoVazão

�Levantamento topobatimétrico (Área);

�Levantamento do perfil de velocidades.

TopobatimetriaTopobatimetria

��BatimetriaBatimetria a vau;a vau;

�� BatimetriaBatimetria com cabo de aço graduado, com cabo de aço graduado,

guincho guincho hidrométricohidrométrico e lastro;e lastro;

��BatimetriaBatimetria métodos acústicos.métodos acústicos.

Perfil da seção dos Borges

Batimetria a vauBatimetria a vau

� Régua;

� Corda graduada;

� Estacas.

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00

Alt

ura

(m

)

Distância (m)

Calha do rio

Nível da água

Resultado

Seção transversal do Rio Sapucaí

Cálculo da Área�Método do Retângulo

Cálculo das áreas dos retângulos:

Figura 7- Dados para a aplicação do método do retângulo.

A m

A m

A m

' , , ,

' , , ,

' , , ,

1

2

2

2

3

2

1 0 0 82 0 82

1 0 116 116

1 0 116 116

= ⋅ =

= ⋅ =

= ⋅ =

Cálculo da Área�Método do Trapézio

Figura 6 - Dados para a aplicação do método do trapézio.

A m

A m

A m

1

2

2

2

3

2

1

21 0 0 8 2 0 4 1

1

20 8 2 1 1 6 1 0 0 9 9

1

21 1 6 1 1 6 1 0 1 1 6

= ⋅ ⋅ =

= ⋅ + ⋅ =

= ⋅ + ⋅ =

( , , ) ,

( , , ) , ,

( , , ) , ,

Cálculo das áreas do trapézio

Perfis de VelocidadePerfis de Velocidade

��Flutuador;Flutuador;

��Molinete;Molinete;

��ADP (ADP (AccousticAccoustic Doppler Doppler ProfileProfile))

Distribuição da velocidade

Perfis de velocidade

TransversalTransversalTransversalTransversal LongitudinalLongitudinalLongitudinalLongitudinal

Medição de Vazão – Método do flutuador

Utilizando um flutuador:

• Escolher um trecho retilíneo do rio que tenha seção constante;

• Marcar uma distância de no mínimo 10m;

• Medir a área da seção do rio;

• Lançar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distância demarcada.

• Calcular a vazão com a fórmula.

É importante observar que este método presta-se somente para estudos preliminares devido a

sua imprecisão.

Medição convencional com molinete hidrométrico

A hélice do aparelho gira e um número derotações é contado.As rotações são contadas durante um período detempo pré-definido (40s).

Medição convencional com molinete hidrométrico� Dividindo-se o número total de rotações pelo tempo,tem-se o valor em rotações por segundo (rps) – n

� O equipamento possui uma curva calibrada do tipo

V = a.n + b

(onde a e b são características do aparelho)

�Medição à Vau� Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)

� Para pequenas vazões

� molinete preso à uma haste

Medindo o escoamentoMedindo o escoamento

Molinete

preso à

hastehaste( medição a

vau)

Molinete preso à haste

( medição a vau)

Medição com Molinete sobre Ponte

Medição com Molinete

�Medição com Barco Fixo

�É a mais frequente

�Barco fixado a um cabo de aço�Barco fixado a um cabo de aço

�Cabo preso nas margens

�Posições das verticais medidas no cabo

Medição a vau (a) e sobre Barco Fixo ( b) e (c)

Perfil de velocidade

Fundo do rio

1 - medindo na superfície (submergir a hélice)

Perfil de velocidade

2 - medindo a 20 % da profundidade total (0,2 x P)

P

Perfil de velocidade

P

3 - medindo a 40 % da profundidade total (0,4 x P)

Perfil de velocidade

P

4 - medindo a 60 % da profundidade total (0,6 x P)

Perfil de velocidade

P

5 - medindo a 80 % da profundidade total (0,8 x P)

Perfil de velocidade

P

6 - medindo junto ao fundo (sem bater hélice)

Perfil de velocidade

média

Usar apenas 1 ponto pode significar superestimativa ou

subestimativa

Quantos pontos por vertical?� Método detalhado

� Muitos pontos em cada vertical

� Método simplificado� Método simplificado� Apenas dois pontos em cada vertical

Recomendações

Pontos Posição na vertical Velocidade média Profundidade

do rio

1 0,6 P Vm=V(0,6) 0,15 a 0,6 m

2 0,2 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2 0,6 a 1,2 m2 0,2 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2 0,6 a 1,2 m

3 0,2 0,6 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+2.V(0,6)+V(0,8)]/4 1,2 a 2,0 m

4 0,2 0,4 0,6 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+2.V(0,4)+2.V(0,6)+V(0,8)]/6 2,0 a 4,0 m

6 Sup; 0,2 0,4 0,6 0,8

e Fundo

Vm=[Vs+2(V(0,2)+V(0,4)+V(0,6)+V(0,8))+Vf]/10 > 4,0 m

Distância entre verticais

Cálculo da vazão – método da meia seção

dd − dd −dd −� Cálculo das larguras dos segmentos

� Cálculo das áreas dos segmentos

� Cálculo das vazões nos segmentos

� Cálculo da vazão total

2

132

ddl

−=

2

354

ddl

−=

222 pla =444 pla =

222 avqa =444 avqa =

∑= iqQ

2

243

ddl

−=

333 pla =

333 avqa =

Cálculo da vazão – método da meia seção

∑= aA� Cálculo da área total

� Cálculo da velocidade média

� Cálculo da largura do rio

� Cálculo da profundidade média do rioL

AP =

∑= iaA

A

QV =

1ddL n −=

Medição de vazão com perfiladores acústicos

ADCP: Acoustic Doppler Current Profiler

ADP: Acoustic Doppler Profiler

(Perfilador Acústico de Efeito Doppler)

Medição de Vazão - ADP

ADP - Acoustic Doppler Profiler

Segue o mesmo princípio da medição com molinete, ou seja medir velocidades

pontuais na seção do rio.

Sua vantagem é de ter maior precisão e mais rapidez

Interface para conexão com computadorInterface para conexão com computador

Permite medições em tempo atual

Medição de Vazão - ADP

Efeito Doppler

Um fonte emissora tem frequência constante f

f é percebida maior quando a fonte aproxima-se do observador

f é percebida menor quando a fonte afasta-se do observadorf é percebida menor quando a fonte afasta-se do observador

Técnica típica de uso do ADP

ADPADPADPADPADPADPADPADP

c

VFsFd ⋅⋅−= 2

Fd: frequência recebida, em unidades de Hz;Fs: frequência de som transmitida, em unidades de Hz;V: velocidade;c: velocidade do som na água (1450 m/s).

Medição de Vazão - ADP

O aparelho ADP utiliza este efeito para estimar a velocidade de

escoamento de um fluido.

A sonda emite uma onda sonora com frequência padrão e analisa

a frequência que é refletida nas partículas em suspensão na

água.água.

Esquema de trabalho

Sistema ADP + DGPS

perfiladores

Processamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campo

Software Hypack

Processamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campoProcessamento dos dados de campo

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

1 7 13

19

25

31

37

43

49

55

61

67

73

79

85

91

97

103

109

Ponto do perfil

Profundidade (m)

River Surveyor ViewADPExcel

Exercício

� Calcular a Vazão do seguinte canal:

1,0m

1 m/s 1 m/s1 m/s

2 m/s 2 m/s 2 m/s

2 m/s2 m/s

1,0m

1,0m

1,0m

Curva-chave e postos fluviométricos

Posto Fluviométrico� Avaliação diária da vazão – processo oneroso e complicado

� Solução – registro diário (duas vezes ao dia ou contínuo) do nível de água

� Determinação da relação entre nível de água e vazão (curva chave)chave)

� Nível de água é medido através de linímetros ou linígrafos.

A curva-chave: relação entre o nível (ou cota) d’água e vazão

Estabelecimento da curva-chave� Métodos teóricos que usam as equações gerais da hidráulica

� Métodos experimentais que estabelecem a curva-chave a partir de vários pares cota/vazão medidos experimentalmente com uma distribuição, se possível, bem regular.regular.

Posto Fluviométrico

Posto Fluviométrico

Leitura às 7 hs e 17 hs

Posto Fluviográfico

Medindo o escoamentoPosto fluviométrico Cachoeira do

Paredão

Muitas medições de vazão

Curva ajustada aos dados

Medindo o escoamentoMedindo o escoamentoMedindo o escoamentoMedindo o escoamento

Observação contínua

Duas vezes por dia (7:00 e 17:00horas) verifica o nível na régua.

No escritório converte em vazãousando a curva chave.

Curva-Chave ou Curva de Descarga

Q = a.( H - H0 ) n

Q = vazão

H = nível d’água

H0, a, b = parâmetros de ajuste

Medida de vazão mensal

Mínimo: 24 meses

www.daee.sp.gov.br

Hidrometeorologia� Banco de dados hidrológicos

� Banco de dados fluviométricos do Estado de São Paulo

Rede Hidrometeorológica Nacionalhttp://hidroweb.ana.gov.br

Rede Hidrometeorológica Nacionalhttp://www.ana.gov.br/telemetria

Rede Hidrometeorológica Nacional

Total: 16924

Rede Hidrometeorológica Nacional: Operadoras

Estações da ANA

7,2%

2,8%

0,13%

2,3% 3,1%

2,3%5,0%

5,2% ANA

CPRM

SUDERSHA

FCTH/DAEE-SP

76%

7,2% IGAM

EPAGRI

ELETRONORTE

COHIDRO

ITAIPU

DAEE: 140 postos fluviométricos, 50 postos fluviográficos,

10 postos sedimentométricos

Rede Hidrometeorológica Nacional

� Determine a curva-chave do rio Paraíba a partir dos pares cota-descarga da tabela

Problemas da curva chaveProblemas da curva chaveProblemas da curva chaveProblemas da curva chave

Extrapolação de curva-chave

Extrapolação da curva-chave

Exemplo – Disponibilidade de água do rio Itapanhaú para abastecer a Riviera de São Lourenço

ETA

Mar

Escolha das seções� Trecho reto

� Margens estáveis

� Fácil acesso

� Leito regular

Água tranqüila� Água tranqüila

� À montante de controles hidráulicos

� Presença de observador

� Próximo a margem

SEÇÃO DE MEDIÇÃO 01

Rio Itapanhaú

Rod

ovia

Mog

i Ber

tiog

a

23° 45' 3.11" s46° 3' 14.52" o

Casa

CASA

O

N

E

S

Seção 1

Estrada de te

rra

CASA DO OBSERVADOR

Casa

Desenho sem escala

Rio Itapanhaú Seção de Medição 0223° 46' 38.38" s46° 3' 38.21" o

Estrada de terra

Casa

O

N

E

S

Rodovia Mogi -

Berti

oga

Estrada de terra

Desenho sem escala

Seção 2

Posto Fluviométrico

Posto Fluviométrico

0,51 m 0,84 m

Cálculo da vazão na vertical 19

p N voltas s rps V Vm A Q

0,2 30 34,5 0,87 0,230,23 0,76

0,1750,8 30 34,9 0,86 0,23

69.0013.02465.0 ≤+⋅= nparanV

69.0004.02595.0 >+⋅= nparanV

Curva de calibração

do aparelho

Qtotal = 3,910 m3/s

Atotal = 11,69 m2

Posto fluviométrico� Vazão: mensal

� 24 meses

� Régua: diária

� 7 hs e 17 hs

Curva-ChaveCURVA COTA-VAZÃO - PONTO 1

y = 8,5667x2,8696

R2 = 0,990325

30

35

40

45

50

VA

ZÃ

O -

m³/

s

R = 0,9903

0

5

10

15

20

25

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

NÍVEL D'ÁGUA - m

VA

ZÃ

O

VAZÕE S C AR AC T E R ÍS T IC AS ANUAIS R E F E R E NT E S AO P ONT O 1 E 2 - 2007

60

80

100

120

140

Va

zã

o -

m³/

s

0

20

40

60

80

Va

zã

o -

m³/

s

0

20

40

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Me se s

Va

zã

o -

m³/

s

80

100

120

140

Va

zã

o -

m³/

s

V az ão Média 1 V az ão Máxima 1 V az ão Mínima 1 V az ão Média 2 V az ão Máx ima 2 V az ão Mínima 2