Prof. Daniel MirandaBelo Horizonte, 04 de setembro de 2015

AULA 05 – BACIA HIDROGRÁFICA(2ª PARTE)

HIDROLOGIAENGENHARIA CIVIL – 8° PERÍODO (TURMA 1)

• BACIA HIDROGRÁFICA:– Características físicas

• Ordenação dos cursos de água e identificação daquele principal da bacia;• Forma de uma bacia hidrográfica (coeficiente de forma e coeficiente de

compacidade);• Drenagem de uma bacia hidrográfica (densidade de drenagem);• Vegetação e solo;• Relevo da bacia (declividade equivalente).

– Tempo de concentração:• Fórmula empírica de Kirpich;• Fórmula empírica de G.B. Williams;• Fórmula do método cinemático;• Método do escoamento difuso.

NA AULA DE HOJE...

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASORDENAÇÃO DOS CURSOS DE ÁGUA E IDENTIFICAÇÃO DAQUELE PRINCIPAL DABACIA:Ordenação segundo classificação de Horton-Strahler:- Afluentes sem tributários: curso de água de primeira ordem;- Confluência de dois rios de primeira ordem: curso de água de segunda ordem;- Etc.

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASORDENAÇÃO DOS CURSOS DE ÁGUA E IDENTIFICAÇÃO DAQUELE PRINCIPAL DABACIA:

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASFORMA DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA:COEFICIENTE DE FORMA (ou Fator de Forma):

COEFICIENTE DE COMPACIDADE (ou Índice de Gravellius):

A (km²) = Área de drenagem da baciaL (km) = Comprimento do rio mais longo da bacia.Kf ≥ 1 => bacia mais arredondadaKf < 1 => bacia mais alongada

P (km) = Perímetro da baciaA (km²) = Área de drenagem da bacia.Kc = 1 => bacia perfeitamente circularKc >> 1 => bacia mais alongada

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASFORMA DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA:

- Uma bacia mais arredondada, com Kf ≥ 1 ou Kc ≈ 1 possui umaresposta relativamente mais rápida, concentrando o escoamento deforma mais efetiva em sua seção exutória;

- Assim, o hidrograma resultante terá um ponto máximo (vazão de pico)relativamente maior do que uma bacia mais alongada.

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASDRENAGEM DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA:DENSIDADE DE DRENAGEM:

- Geralmente, quanto mais intrincada e complexa é a rede de drenagem, maior será a suaeficácia na concentração do escoamento superficial no exutório da bacia;- Assim, para duas bacias que tenham suas densidades de drenagem obtidas em ummesmo mapa, pode-se afirmar que aquela que tiver o maior índice será mais efetiva emtermos de rapidez com que concentra o escoamento superficial no exutório, estandoela mais sujeita a inundações e vazões de pico relativamente maiores;- Valores típicos: entre 0,5 e 3,5 km-1

(km) = Extensão total de todos os cursos de água da baciaA (km²) = Área de drenagem da bacia

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASVEGETAÇÃO E SOLO:A presença de uma cobertura vegetal importante em uma bacia hidrográfica afeta não sóa proporção com que a precipitação se transforma em escoamento superficial, comotambém a velocidade com que esse é transportado à rede de drenagem;

- Efeito das parcelas de interceptação (intercepção) e evapotranspiração;- Sistema radicular das plantas causa pequenas fissurações no solo, tornando-omais poroso e facilitando a infiltração.

Desmatamento e urbanização:- Menores perdas por interceptação, evapotranspiração e infiltração;- Maior disponibilidade de água para escoamento superficial => lâminas d’água demaior profundidade escoando sobre um terreno menos permeável e hidraulicamentemenos rugoso;- Maior volume de escoamento superficial, menor tempo de resposta da bacia emaior vazão de pico.

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASRELEVO DA BACIA:- O relevo é outro fator que apresenta grande efeito sobre a velocidade do escoamentosuperficial e sobre a erodibilidade de uma bacia hidrográfica;- O índice quantitativo SB, representativo da característica mais importante do relevo, adeclividade da bacia, pode ser obtido conforme equação a seguir (cálculo dadeclividade média equivalente, ou Se):

Li (m) = Comprimentos elementares entre curvas de nível consecutivas, medidos ao longo do talvegue principal;Si (m/m) = Declividades de cada comprimento elementar Li .

BACIA HIDROGRÁFICACARACTERÍSTICAS FÍSICASRELEVO DA BACIA:

BACIA HIDROGRÁFICATEMPO DE CONCENTRAÇÃO (Tc):- É o tempo gasto, desde as cabeceiras até o exutório, para as águas doescoamento superficial percorrerem toda a extensão longitudinal da bacia, a partirdo início de uma precipitação efetiva;- O tempo de concentração decorre da composição dos seguintes tipos de escoamento:

- Escoamento em superfícies ou escoamento difuso: sobre superfícies onde não existemtalvegues definidos, até alcançar o primeiro talvegue de concentração do fluxo;- Escoamento em canais naturais: fluxo concentrado em talvegues efêmeros ou perenes darede hidrográfica da bacia, normalmente referenciado ao comprimento axial do curso de águaprincipal;- Escoamento em canais artificiais ou galerias: ocorre em bacias com talvegues canalizadosou drenagens artificiais.

- Duas metodologias de cálculo: fórmulas empíricas, que incorporam as característicasfísicas da bacia e método cinemático, baseado na velocidade de escoamento peloscanais.

BACIA HIDROGRÁFICATEMPO DE CONCENTRAÇÃO (Tc):- Fórmula empírica de Kirpich: usada para pequenas bacias em áreas de cabeceiras debacias hidrográficas rurais, com declividades relativamente acentuadas, entre 3 e 10 %.

- Fórmula empírica de G.B.Williams: usada para aplicação em bacias rurais, nãohavendo indicação explícita de limites superiores, quanto às declividades e magnitude dasáreas de drenagem.

L (km) = Comprimento axialSe (%) = Declividade média equivalente (em %)tc calculado em horas

L (km) = Comprimento axialA (km²) = Área de drenagemSe (%) = Declividade média equivalente (em %)tc calculado em horas

BACIA HIDROGRÁFICATEMPO DE CONCENTRAÇÃO (Tc):- Fórmula do método cinemático: baseada na velocidade do escoamento nos canais,fornecendo resultados mais realísticos, quando se encontram disponíveis informaçõessobre a geometria e a declividade das calhas fluviais.- Consiste em subdividir o talvegue principal em trechos de características homogêneas euniformes em termos de declividades e morfologia fluvial, estimando a velocidade deescoamento desses trechos.

Li (m) = Comprimentos de cada trechovi (m/s) = Velocidades médias do escoamento nos trechos (Estimadas com a fórmula de Manning)tc calculado em segundos!

BACIA HIDROGRÁFICA

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (Tc):- Método do escoamento difuso:Para trechos de escoamento em superfíciesonde não existem talvegues definidos.

BACIA HIDROGRÁFICATEMPO DE CONCENTRAÇÃO (Tc):- Para o cômputo final do tempo de concentração, devem ser somados os temposindividuais calculados para o escoamento difuso e para o escoamento em canais:

Tc = tdifuso + tcanal

- Em bacias de grande porte, o tempo de escoamento difuso pode ser desprezível;

- Em qualquer aplicação, o tempo de concentração mínimo a ser considerado deve serde 5 minutos (recomendação).

BACIA HIDROGRÁFICATEMPO DE CONCENTRAÇÃO (Tc) - Exemplo