cadernos de exercícios de hidrologia REV01- GABARITO

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO FACULDADE DE ENGENHARIA

Departamento de Eng. Sanitária e Meio Ambiente

Respostas do Caderno de Exercícios de Hidrologia Prof. Alfredo Akira Ohnuma Jr. & Profa. Luciene Pimentel da Silva

Alunos: Desiher Pinto Polastrelli, Jessica M. Luzardo, Renato Tito dos Santos

Jun-‐2013

FACULDADE DE ENGENHARIA Departamento de Eng. Sanitária e Meio Ambiente Hidráulica Aplicada a Hidrologia -‐ Resposta do Caderno de Exercícios

2 / 29

Cap. 1 -‐ Ciclo Hidrológico

1.1. O que é hidrologia?

Hidrologia é a ciência que trata da água na Terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas

propriedades físicas e químicas, e sua reação com o meio ambiente, incluindo sua relação com as formas vivas relacionada com toda a água da Terra, sua ocorrência, distribuição e circulação, suas propriedades físicas e químicas, seu efeito sobre o meio ambiente e sobre todas as formas da vida.

(US Federal Council for Sciences and Technology (Chow, 1959)). 1.2. Qual a importância da Hidrologia na engenharia civil e como o engenheiro civil se enquadra

nessa ciência? A Hidrologia é uma ciência interdisciplinar. Profissionais de diferentes áreas como engenheiros, geólogos, matemáticos, entre outros atuam nas diferentes subáreas dessa ciência. A Hidrologia é a

área que estuda o comportamento físico da ocorrência e o aproveitamento da água na bacia hidrográfica, quantificando os recursos hídricos no tempo e no espaço e avaliando o impacto da modificação da bacia hidrográfica sobre o comportamento dos processos hidrológicos. A

quantificação da disponibilidade hídrica serve de base para o projeto e planejamento dos recursos hídricos. Ex: produção de energia, hidrelétrica, abastecimento de água, navegação, controle de enchentes e impacto ambiental. (Hidrologia Ciência e Aplicação – Tucci, C.E.M)

1.3. Quais os problemas a serem enfrentados pelo engenheiro civil e que envolvem os recursos hídricos?

Planejamento e gerenciamento de bacia hidrográfica: o desenvolvimento das principais bacias quanto ao planejamento e controle do uso dos recursos naturais requer uma ação pública e privada coordenada;

Drenagem urbana: atualmente 75% da população do Brasil ocupa o espaço urbano. Enchentes, produção de sedimentos e qualidade da água são problemas sérios encontrados em grande parte das

cidades brasileiras; Energia: a produção de energia hidrelétrica apresenta 92% de toda a energia produzida no país. O

potencial hidrelétrico ainda existente é significativo. Esta energia depende da disponibilidade de água da sua regularização por obras hidráulicas e o impacto das mesmas sobre o meio ambiente;

O uso do solo rural: a expansão das fronteiras agrícolas e o intenso uso agrícola têm gerado impactos significativos na produção de sedimentos e nutrientes nas bacias rurais, resultando em perda de solo fértil e assoreamento dos rios;

Qualidade da água: o meio ambiente aquático (oceanos, rios, lagos, reservatórios e aquíferos) sofre

com a falta de tratamento dos despejos domésticos e industriais e de cargas de pesticidas de uso agrícola;


3 / 29

Abastecimento de água: a disponibilidade de água, que apesar de farta em grande parte do país apresenta limitações nas regiões áridas e semiáridas do nordeste brasileiro. A redução da qualidade

da água dos rios e as grandes concentrações urbanas têm apresentado limitações quanto à disponibilidade de água para o abastecimento;

Irrigação: a produção agrícola nas regiões áridas e semiáridas depende essencialmente da disponibilidade de água. No sul, culturas como o arroz utilizam quantidade significativa de água. O aumento da produtividade interfere no aumento da irrigação em grande parte do país;

Navegação: a navegação interior é ainda pequena, mas com grande potencial de transporte, principalmente nos rios Jacuí, Tietê/Paraná, São Francisco e na Amazônia. A navegação pode ter um

peso significativo no desenvolvimento nacional. Os principais aspectos hidrológicos são: disponibilidade hídrica para calado, previsão de níveis e planejamento e operação de obras hidráulicas para navegação.

(Hidrologia Ciência e Aplicação – Tucci, C.E.M)

1.4. Quanto ao meio ambiente, qual é a relação direta entre o Engenheiro civil e a Hidrologia? Quanto à preservação do meio ambiente, modificações do uso do solo, regularização para controle de qualidade da água impacto das obras hidráulicas sobre o meio ambiente aquático e terrestre, são

exemplos de problemas que envolvem aspectos multidisciplinares em que a hidrologia tem uma parcela importante no desenvolvimento da formação do engenheiro civil. (Hidrologia Ciência e Aplicação – Tucci, C.E.M)

1.5. Além da Hidrologia Aplicada à Engenharia Civil, em que outros contextos são importantes o conhecimento da Hidrologia? Por quê?

A Ciência Hidrológica trata processos que ocorrem em sistemas moldados pela natureza. Os processos físicos ocorrem num meio que o homem não projetou, mas ao qual deve-‐se adaptar,

procurando conviver com o comportamento deste meio ambiente. Para o entendimento desses processos é necessário interagir com diferentes áreas do conhecimento que influenciam o ciclo hidrológico,

(Hidrologia Ciência e Aplicação – Tucci, C.E. M).

1.6. O ciclo hidrológico é o enfoque central da Hidrologia. Estabeleça o ciclo hidrológico como um fenômeno global e circulação. Descreva a fase terrestre do ciclo hidrológico. Enumere as principais etapas e represente a relação entre os processos da fase terrestre do ciclo hidrológico na forma de

um diagrama de blocos. O ciclo hidrológico só é fechado em nível global. Os volumes evaporados em um determinado local do planeta não precipitam necessariamente no mesmo local, porque há movimentos contínuos, com

dinâmicas diferentes, na atmosfera, e também na superfície terrestre.


4 / 29

O ciclo hidrológico é o enfoque central da hidrologia. O ciclo não tem começo ou fim estritamente definidos, e os diversos processos envolvidos ocorrem de forma contínua e dinâmica. A água evapora dos espelhos d´água e solos, fazendo então parte da atmosfera; o vapor d´água é transportado e

elevado na atmosfera até condensar-‐se e precipitar-‐se sobre as superfícies líquidas e solo; a precipitação pode ser interceptada pela vegetação, ficar retida em depressões do solo ou estruturas existentes, pode se transformar em escoamento superficial, infiltrar no solo, escoar através do solo

como escoamento subsuperficial e ser descarregada direta ou indiretamente nos cursos/espelhos d´água. Parte da precipitação interceptada e transportada superficialmente retorna à atmosfera através da evaporação. A parte infiltrada no solo pode percolar profundamente e recarregar os

lençóis subterrâneos, depois emergindo em nascentes ou aflorando nos cursos d´água, formando escoamento, e finalmente escorrer em direção ao mar ou evaporando de volta à atmosfera a medida que o ciclo continua (Chow et al., 1988).

(http://www.eng.uerj.br/~luciene/hidraulica_aplicada)

1.7. Faça a particularização do ciclo hidrológico para áreas urbanizadas.

O desenvolvimento urbano altera a cobertura vegetal provocando vários efeitos que alteram os componentes do ciclo hidrológico natural. Com a urbanização, a cobertura da bacia é alterada para pavimentos impermeáveis e são introduzidos condutos para escoamento pluvial, gerando as

seguintes alterações no referido ciclo:


5 / 29

1. Redução do volume de infiltração no solo; 2. O volume que deixa de infiltrar fica na superfície, aumentando o escoamento superficial. Além disso, como foram construídos condutos pluviais para o escoamento superficial, tornando-‐o

mais rápido, ocorre redução do tempo de deslocamento. Desta forma as vazões máximas também aumentam, antecipando seus picos no tempo; 3. Com a redução da infiltração, o aquífero tende a diminuir o nível do lençol freático por falta de

alimentação (principalmente quando a área urbana é muito extensa), reduzindo o escoamento subterrâneo. As redes de abastecimento e cloacal possuem vazamentos que podem alimentar os aquíferos, tendo efeito inverso do mencionado;

4. Devido à substituição da cobertura natural ocorre uma redução da evapotranspiração, já que a superfície urbana não retém água como a cobertura vegetal e não permite a evapotranspiração das folhagens e do solo;

(Água Doce – Tucci, C.E.M) 1.8. Diferencie os escoamentos superficial e subterrâneo.

Os escoamentos são em geral definidos em: a) superficial, que representa o fluxo sobre a superfície do solo e pelos seus múltiplos canais; b) subsuperficial que alguns autores definem como o fluxo que se dá junto às raízes de cobertura

vegetal e; c) subterrâneo é o fluxo devido à contribuição do aquífero. Em geral, os escoamentos superficiais e subterrâneos correspondem a maior parte do total, ficando o escoamento subsuperficial

contabilizado no superficial ou no subterrâneo. (Hidrologia Ciência e Aplicação – Tucci, C.E. M). 1.9. Quais os riscos naturais associados ao ciclo hidrológico nas ocupações humanas?

“Os impactos gerados pela urbanização repercutem no funcionamento do ciclo hidrológico ao interferir no rearranjo dos armazenamentos e na trajetória das águas, introduzindo novos meios para sua transferência na área urbanizada e em torno da cidade” CHRISTOFFOLETTI (1993).

As ruas são construídas sobre os cursos d’água ou estes são canalizados, visando o saneamento de suas margens. Assim justificamos que “esquecemos que todo o ecossistema agregado ao rio, faz

parte de nosso meio, do nosso cotidiano, de nossa história” SCHIEL (2003) 1.10. Cite 5 exemplos de obras hidráulicas. Apresente uma associação entre cada uma dessas obras

e o estudo da Hidrologia. As principais obras de controle de inundação no leito do rio são: reservatórios, diques ou polders, ampliação da seção do rio, corte de meandros e redução da rugosidade.

Reservatório: O reservatório de controle de enchentes funciona retendo o volume do hidrograma durante as enchentes, reduzindo o pico e o impacto da jusante do barramento.

Dique: Hidraulicamente o dique reduz a seção do escoamento e pode provocar aumento da velocidade e dos níveis de inundação. Para que isso não ocorra as condições de fluxo não devem-‐se

alterar após a construção do dique.


6 / 29

Ampliação da calha e redução da rugosidade: Para a seção de um rio que escoa uma vazão, a cota resultante depende da área da seção, da rugosidade, raio hidráulico e da declividade. Para reduzir a cota devido a uma vazão pode-‐se atuar sobre as variáveis mencionadas. Para que a modificação seja

efetiva é necessário modificar estas condições para o trecho que atua hidraulicamente sobre a área de interesse. Aprofundando o canal, a linha de água é rebaixada evitando inundação, mas as obras poderão envolver um trecho muito extenso para ser efetivo, o que aumenta o custo. A ampliação da

seção de medição produz redução da declividade da linha de água e redução de níveis para montante. Estas obras devem ser examinadas quanto à alteração que podem provocar na energia do rio e na estabilidade do leito. Os trechos de montante e jusante das obras podem sofrer

sedimentação ou erosão de acordo com a alteração produzida (Hidrologia Ciência e Aplicação – Tucci, C.E. M).

1.11. Apresente um resumo da Lei 9433 de 1997, que tem por objetivo definir a Política e o Sistema Nacional de Recursos Hídricos. O ponto de partida para a mais adequada gestão da água no Brasil foi a promulgação da lei 9.433;

que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos e cria o Sistema Nacional de Gerenciamento dos Recursos Hídricos. A referida lei introduz princípios, objetivos e instrumentos para a gestão eficiente, efetiva e eficaz da água:

Integração: Para que o sistema de gestão dos recursos hídricos proporcione resultados satisfatórios será necessário estabelecer mecanismos de convivência entre os vários usuários da água e

mecanismos de integração das organizações de recursos hídricos. Coordenação: A adequada gestão dos recursos hídricos também depende do estabelecimento de

uma instituição central coordenadora. Essa instituição deverá “assegurar em nome do Poder Público uma repartição justa e a equidade no acesso ao recurso ambiental água, promover o seu uso racional e zelar pelo equilíbrio na gestão das águas” (Sarmento, 1996, p.11).

Financiamento Compartilhado: A cobrança pelo uso dos recursos hídricos garantirá a autonomia

financeira das entidades gestoras e a sustentabilidade das operações, além de promover o uso racional desse recurso. A cobrança será aplicada segundo a orientação dos planos de bacia e obedecerá ao Princípio Usuário-‐Poluidor Pagador.

Descentralização e Participação: A gestão dos recursos hídricos deixa de ser responsabilidade de um pequeno conjunto de órgãos públicos e passa a ser atribuída à União, aos Estados, aos municípios,

aos usuários e à sociedade civil. A unidade de planejamento e gestão da água passa a ser a bacia hidrográfica, e o fórum de decisão no âmbito de cada bacia é o Comitê; constituído por representantes dos usuários de recursos hídricos, da sociedade civil organizada e dos três níveis de

governo. (http://www.aaeap.org.ar/ponencias/Data/luchini_adriana_de_mello2.pdf) 1.12. Quais são os principais órgãos do Sistema Nacional de Recursos Hídricos no contexto Federal

e do Estado do Rio de Janeiro?


7 / 29

O arcabouço institucional, ou a Matriz Institucional da Política Nacional de Recursos Hídricos, é constituído pelos seguintes atores: Conselho Nacional de Recursos Hídricos, Secretaria de Recursos Hídricos e Ambiente Urbano, Agência Nacional de Águas – ANA, Conselhos de Recursos Hídricos dos Estados e do Distrito Federal (CERHs), Órgãos Gestores Estaduais, Comitê de Bacia e Agência de Bacia.

No âmbito estadual temos o Conselho Estadual de Recursos Hídricos (CERHI) sob o exercício do INEA.

(http://conjuntura.ana.gov.br)

1.13. Quais são as principais funções desses órgãos no contexto da Engenharia Civil e das obras hidráulicas?

1. Conselho Nacional de Recursos Hídricos -‐ CNRH: órgão consultivo e deliberativo, criado pela lei 9433/97, com a função de atuar na formulação da Política Nacional de Recursos Hídricos, teve sua regulamentação e instalação no ano seguinte, com o Decreto n° 2.612, de 6 de junho de 1998;

2. Secretaria de Recursos Hídricos e Ambiente Urbano – SRHU/MMA: integrante da estrutura do Ministério do Meio Ambiente, atuando como secretaria executiva do CNRH;

3. Agência Nacional de Águas – ANA: autarquia sob-‐regime especial, criada pela Lei 9984/2000, possuindo como principal atribuição à implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos e a coordenação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos -‐ SNGRH;

4. Conselhos de Recursos Hídricos dos Estados e do Distrito Federal (CERHs); 5. Órgãos Gestores Estaduais: outorgar e fiscalizar o uso dos recursos hídricos em rios de

domínio dos Estados; 6. Comitê de Bacia – integrante do SNGREH onde são debatidas as questões relacionadas à

gestão dos recursos hídricos; e 7. Agência de Bacia -‐ escritório técnico do comitê de Bacia, funcionando como secretaria-‐

executiva do respectivo comitê.

(http://conjuntura.ana.gov.br)

1.14. O que são os Planos de Recursos Hídricos? E quais são seus objetivos?

Como resultado da Lei das Águas, o Plano Nacional de Recursos Hídricos estabelece metas para a preservação dos mananciais em todo o país. Construído em amplo processo de mobilização social, o documento final do plano foi aprovado pelo Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH) em 30

de janeiro de 2006. O objetivo principal do Plano é “estabelecer um pacto nacional para a definição de diretrizes e

políticas públicas voltadas para a melhoria da oferta de água, em quantidade e qualidade, gerenciando as demandas e considerando ser a água um elemento estruturante para a implementação das políticas setoriais, sob a ótica do desenvolvimento sustentável e da inclusão

social” (http://www.brasil.gov.br/sobre/meio-‐ambiente/legislacao-‐e-‐orgaos/plano-‐nacional-‐de-‐recursos-‐hidricos).


8 / 29

1.15. Qual o conteúdo mínimo do Plano de Recursos Hídricos estabelecido na Lei 9433 de 1997? Assinale as etapas em que pode haver contribuições do Engenheiro Civil, apresentando um detalhamento dessas funções.

A Lei n° 9.433, de 1997, dedica a Seção I do Capítulo IV aos Planos de Recursos Hídricos (PRH). Estabelece no art. 6° que os planos visam fundamentar e orientar a implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos, e no art. 7°, que os PRH são planos de longo prazo e que devem ter o

seguinte conteúdo mínimo: I. Diagnóstico da situação atual dos recursos hídricos;

II. Análise de alternativas de crescimento demográfico, de evolução de atividades produtivas e de modificações dos padrões de ocupação do solo; III. Balanço de disponibilidades e demandas futuras dos recursos hídricos, em quantidade e

qualidade, com identificação de conflitos potenciais; IV. Metas de racionalização de uso, aumento da quantidade e melhoria da qualidade dos recursos hídricos disponíveis;

V. Medidas a serem tomados, programas a serem desenvolvidos e projetos a serem implantados, para atendimento das metas previstas; VI. (VETADO)

VII. (VETADO) VIII. Prioridades para outorga de direitos de uso de recursos hídricos; IX. Diretrizes e critérios para a cobrança pelo uso de recursos hídricos;

X. Propostas para a criação de áreas sujeitas a restrições de uso, com vistas à proteção dos recursos hídricos. (http://www.cnrh.gov.br)

Cap. 2 -‐ Bacia Hidrográfica 2.1. O que é bacia hidrográfica? Segundo o livro Hidrologia Ciência e Aplicação (Tucci):

A bacia hidrográfica é uma área de captação natural da água da precipitação que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, seu exutório. A bacia hidrográfica compõe-‐se basicamente de um conjunto de superfícies vertentes e de uma rede de drenagem formada por

cursos de água que confluem até resultar um leito único no exutório. Segundo o IBGE:

“Conjunto de terras drenadas por um rio principal e seus afluentes”. É resultante da reunião de dois ou mais vales, formando uma depressão no terreno, rodeada geralmente por elevações. Uma bacia se limita com outra pelo divisor de águas. Cabe ressaltar que esses limites não são fixos, deslocando-‐

se em consequência das mutações sofridas pelo relevo.

2.2. Quais as regiões hidrográficas brasileiras? Apresente as características de cada uma dessas regiões, inclusive as disponibilidades hídricas.


9 / 29

O Brasil possui uma das mais extensas e diversificadas redes fluviais do mundo, dividida em 12 regiões hidrográficas: Bacia Amazônica, Bacia Tocantins Araguaia, Bacia do Paraguai, Bacia Atlântico Nordeste Ocidental, Bacia Atlântico Nordeste Oriental, Bacia do Paraná, Bacia do Parnaíba, Bacia do

São Francisco, Bacia do Atlântico Leste, Bacia do Atlântico Sudeste, Bacia do Atlântico Sul e Bacia do Uruguai.

A região hidrográfica Amazônica detém 73,6% dos recursos hídricos superficiais com vazão média de 131.947m³/s, seguida de Tocantins/Araguaia, com 13.624 m³/s (7,6%), Bacia do Paraná, com 11.453m³/s(6,4%), Bacia do Atlântico Sul, com 4.174m³/s(2,3%), Bacia do Uruguai, com

4.121m³/s(2,3%), Atlântico Sudeste, com 3.179m³/s(1,8%), Bacia do São Francisco 2.850m³/s(1,6%), Atlântico Nordeste Ocidental com 2.683m³/s (1,5%), Bacia do Paraguai, com 2.368m³/s(1,3%), Bacia do Atlântico Leste, com 1.492 m³/s (0,8%), Bacia Atlântico Nordeste Oriental, com 779 m³/s (0,4%) e

Bacia do Parnaíba, com 763 m³/s (0,4%) (http://conjuntura.ana.gov.br/conjuntura/abr_nacional.htm).

2.3. Quais os procedimentos para a delimitação de uma bacia hidrográfica? Etapa 1. Definir o ponto em que será feita a delimitação da bacia, o qual define o exutório, situado na parte mais baixa do trecho (jusante) em estudo do curso d’água principal. Reforçar a marcação do

curso d’água principal e dos tributários (os quais cruzam as curvas de nível, das mais altas para as mais baixas, e definem os fundos de vale). Etapa 2. Definir o limite da bacia hidrográfica, partir do exutório e conectar os pontos mais elevados, tendo por base as curvas de nível. O limite da bacia

circunda o curso d’água e tributários, não podendo nunca cruzá-‐los. Próximo a cada limite marcado, verificar se uma gota de chuva que cair do lado de dentro do limite realmente escoará sobre o terreno rumo às partes baixas (cruzando perpendicularmente as curvas de nível) na direção dos

tributários e do curso d’água principal (se ela correr em outra direção é porque pertence a outra bacia). Dentro da bacia poderá haver locais com cotas mais altas do que as cotas dos pontos que definem o divisor de águas da bacia. (Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia,

UFMG)

2.4. A linha de cumeeira pode ser usada perfeitamente para delimitar a bacia hidrográfica? O contorno da bacia é definido pela linha de separação de águas que divide as precipitações que caem na bacia das que caem em bacias vizinhas e que encaminham o escoamento superficial

resultante para um ou outro sistema fluvial. A linha de cumeeira apenas intercepta a linha de água na secção de referência; e não corta as linha de água das bacias vizinhas. Esta linha passa pelos pontos de cota mais elevada entre a bacia e as bacias vizinhas. O trajeto da linha de cumeeira é

definido pela forma das curvas de nível. 2.5. O que são divisores de águas?

Materializa-‐se no terreno pela linha que passa pelos pontos mais elevados do terreno e ao longo do perfil mais alto entre eles, dividindo as águas de um e outro curso d’água. É definido pela linha de cumeeira que separa as bacias. (Lencastre, A.; Franco, F. M. "Lições de hidrologia")


10 / 29

2.6 Explique o processo e troca lateral de água entre bacias hidrográficas. A circulação de água entre bacias pode ocorrer a partir da água que infiltra no solo decorrente da superfície do solo, da transpiração das plantas e das curvas de níveis dada pelo terreno. A parte superior do solo pode reter uma determinada quantidade de água, sendo definida como "capacidade de campo". Se houver superação da capacidade de campo, a água passa para uma zona mais baixa chamada zona de saturação ou zona de escoamento subterrâneo. Nesse caso, no que depender das condições geológicas, a água deixa de percorrer zonas de água subterrânea de uma bacia para outra bacia, ocasionando as trocas laterais ou circulação de água entre bacias. 2.7 A expressão “Bacia Hidrográfica” pode ser entendida como: Letra "a'' 2.8. A área da bacia hidrográfica interfere nas vazões do leito principal? Explique. A área é um dado fundamental para definir a potencialidade hídrica da bacia hidrográfica, porque seu valor multiplicado pela lâmina da chuva precipitada define o volume de água recebido pela bacia. 2.9. Tendo como exemplo as 4 bacias hidrográficas apresentadas no quadro 2.1, analise e responda. (a) Qual delas terá um tempo de concentração maior? (b) Qual delas é menos propícia às enchentes? a) A importância da forma da bacia, particularmente para fins de inundação, está associada ao conceito de tempo de concentração, tc, que é o tempo contado a partir do início da precipitação, necessário para que toda a bacia contribua para a vazão na seção de saída ou em estudo, isto é, corresponde ao tempo que a partícula de água de chuva que cai no ponto mais remoto da bacia leva para, escoando superficialmente, atingir a seção em estudo. De acordo com as figuras apresentadas, a bacia achatada retangular (4a) com FF = 4.00 é a que possui maior tempo de concentração. b) A 3a bacia com FF=0.25 é a bacia menos susceptível às inundações, pois são bacias alongadas, o que torna menos provável que uma chuva de elevada intensidade cubra toda sua extensão. 2.10. O uso e o tipo de solo da bacia hidrográfica estão diretamente ligados a infiltração? Comente. O uso e o tipo de solo, como por exemplo, a cobertura vegetal influenciam no processo de infiltração: as raízes modificam a estrutura do solo, provocando fissuras que, juntamente com a redução da velocidade do escoamento superficial, favorecem a infiltração. Por isso, quando uma bacia é parcialmente urbanizada, ou sofre desmatamento, tem-‐se em conseqüência um aumento no volume do escoamento superficial, em decorrência das menores perdas por interceptação, transpiração e infiltração. Com o desmatamento, o escoamento superficial ocorre de forma mais rápida sobre um terreno menos permeável e menos rugoso, o que intensifica o processo de erosão e de carreamento de sólidos em direção às calhas fluviais, lagos e reservatórios, acelerando o assoreamento. O maior volume do escoamento superficial e o menor tempo de resposta da bacia resultam no aumento das vazões de pico que, juntamente com a redução da calha natural do rio, provocam freqüentes inundações. O tipo de solo e o estado de compactação da camada superficial têm importante efeito sobre a parcela da água de infiltração. As características de permeabilidade e de porosidade do solo estão intimamente relacionadas com a percolação e os volumes de água de armazenamento, respectivamente. Solos arenosos propiciam maior infiltração e percolação, e reduzem o escoamento superficial. Por outro lado, os solos siltosos ou argilosos, bem como os solos compactados superficialmente, produzem maior escoamento superficial.


11 / 29

(Cap. Bacia Hidrográfica: CIV 226: Prof. Antenor R. Barbosa Jr).

Os fatores que vão influenciar na infiltração são a umidade relativa; precipitação (quantidade, intensidade e duração); geologia (tipo de solo); glanulometria e arranjo das partículas; cobertura do solo (ocupação); topografia; evapotranspiração. 2.11. Delimite a bacia hidrográfica com exutório no: (a) Ponto X (vermelho) no mapa apresentado a seguir. (b) Ponto X (preto) no mapa apresentado a seguir

Cap. 3 -‐ Elementos da Climatologia 3.1. Por que se pode considerar que em certo volume e em uma determinada temperatura o vapor de água é constante? Porque para uma dada temperatura existe uma quantidade máxima de vapor de água (es) que o ar pode conter. Quando um certo volume de ar, a uma dada temperatura, encerrar essa quantidade máxima, diz-‐se que o vapor é saturante ou que a porcentagem de saturação é de 100%. 3.2. O que é pressão saturante? É quando possui uma pressão impossível de comprimir sob a forma gaseiforme, isto é, aproximar mais suas moléculas. 3.3. Explique o processo de condensação de vapor d’água que ocorre quando a temperatura da atmosfera diminui? A resfriar-‐se a massa de ar, tende a aumentar as forças de atração molecular e enfraquecer a forças de repulsão. Quando por resfriamento em temperaturas positivas, o ponto de saturação for atingido,


12 / 29

o excesso de vapor passa a condensar-‐se sob a forma de minúsculas gotas líquidas que vão constituir, na atmosfera, as nuvens e o nevoeiro. Para temperaturas abaixo do ponto de congelamento a tensão de saturação sobre o gelo apresenta valores inferiores à aqueles sobre a água em estado de sobrefusão. Esta característica permite a formação de nuvens e precipitações em regiões frias. 3.4. Em determinado momento observa-‐se, num psicrômetro sem aspiração forçada, uma temperatura do bulbo seco de 28 °C e uma temperatura do bulbo úmido de 22 °C. A pressão atmosférica é de 0,94x105 Pa. Calcular a pressão de vapor, a umidade relativa do ar e o déficit de vapor. estu = 610,8 x 𝑒𝑥𝑝 (17.3 x 22/237,3+22) = 2650,7 Pa ea = 2650,7 –(8,0 x 10-‐4 x 0,94 x 105) x (28 – 22) = 2199,5 Pa es = 610,8 x 𝑒𝑥𝑝 (17.3 x 28/237,3+28) = 3791,9 Pa UR = ea/es = 2199,5/3791,9 = 0,58 ou 58% D = es -‐ ea = 1592,4 Pa 3.5. Calcule as pressões de vapor saturado para temperaturas de 10°C, 20°C, 30°C e 100°C, e construa um gráfico temperatura x pressão. Substituindo o valor da temperatura na equação de Tetens: es,10 = 610,8. 𝑒𝑥𝑝 (17,3 x 10/237,3+10) = 1229,5 Pa = 1,23 KPa es,20 = 610,8. 𝑒𝑥𝑝 (17,3 x 20/237,3+20) =2343,7 Pa = 2,34 KPa es,30 = 610,8. 𝑒𝑥𝑝 (17,3 x 30/237,3+30) = 4257,4 Pa = 4,26 KPa es,100 = 610,8. 𝑒𝑥𝑝 (17,3 x 100/237,3+100) = 103.129 Pa = 103 KPa


13 / 29

3.6. Qual é a umidade absoluta (quantos gramas de água cada m3 de ar contém) nas condições atmosféricas descritas do exercício 3.4? Quantos gramas de água seriam necessários para levá-‐lo a saturação? UA = ( 𝑒a / 𝑅𝑇 ) MH2O= (2199,5 x 18) / (8,314 x 301) = 19,1 gramas por m³ de ar

Para calcular quantos gramas de água seriam necessários para levar esse ar a saturação, calculamos a umidade absoluta do ar saturado: UA = ( 𝑒a / 𝑅𝑇 ) MH2O= (3791,9 x 18) / (8,314 + 301) = 27,3 gramas de água por m3 de ar. Para saturar o ar, devemos elevar seu teor de água de 19,1 para 27,3 g/m3, acrescentando portanto 8,2 g/m3. 3.7. Além das alturas pluviométricas quais as outras variáveis monitoradas numa estação climatológica completa? Quais as recomendações que devem ser seguidas na instalação de uma

estação climatológica?

Além do monitoramento das alturas pluviométricas (precipitação), uma estação climatológica também pode medir a temperatura, umidade relativa, velocidade do vento e radiação solar. Geralmente dois aspectos principais são levados em consideração na escolha da localização de uma estação climatológica: um está relacionado com as questões de acessibilidade, vigilância e apoio ao local e, o outro, está relacionado com as propriedades naturais do local; como inexistência de barreiras, como árvores e prédios, que interfiram com a captação da precipitação por parte do pluviômetro ou pluviógrafo. Deve-‐se também observar a localização dos postos já existentes na região de estudo, maximizando a representatividade da rede de observação.

Cap. 4 -‐ Evapotranspiração 4.1 -‐ O que e evaporação e qual seu significado para engenharia civil?

É o processo físico no qual um líquido ou sólido passa ao estado gasoso. Informações quantitativas desses processos, que se constituem em importante fase do ciclo hidrológico, são utilizadas na resolução de numerosos problemas que envolvem o manejo d’água. Tanto o planejamento de áreas agrícolas de sequeiro ou irrigada, a previsão de cheias ou a construção e operação de reservatórios, requerem dados confiáveis de evaporação e/ou evapotranspiração. “Evaporação é o possesso físico no qual um líquido ou solido passa ao estado gasoso. Em

meteorologia, o termo evapotranspiração restringe-‐se à mudança da agua para o estado liquido para vapor devido á radiação solar e aos processos de difusão molecular e turbulenta (...)”.

(Tucci, Carlos, 2007. pág. 253).

“Evaporação é o conjunto de fenômenos da natureza física que transforma em vapor de água da superfície do solo, a curso de água, lagos reservatórios de acumulação e mares (...)”.


14 / 29

(Martins,José.,1976.pág 56).

A evaporação faz parte do balanço hídrico, de modo que, para a engenharia civil, o mesmo deve ser estudado e quantificado.

4.2. A transpiração é relevante para a Engenharia Civil? Sim, pois a quantidade de água transpirada diariamente é grande em relação às trocas de água na planta, de modo que se pode considerar o fluxo através da planta, em curtos períodos de tempo, como um processo em regime permanente. As diferenças de potencial, em distintos pontos do sistema são proporcionais à resistência do fluxo. A menor resistência ao fluxo é encontrada no fluxo das folhas para a atmosfera, devido a mudança do estado líquido para o vapor. A passagem para a atmosfera ocorre através de estômatos localizados nas folhas e a diferença total do potencial entre o solo e atmosfera pode chegar a centenas de bares. O transporte da água desde as folhas até a massa de ar ocorre também através do processo de difusão de vapor, sendo proporcional ao gradiente de tensão real e a saturação de vapor, relaciona-‐se exponencialmente com o potencial hídrico. 4.3. Qual a diferença entre evapotranspiração real e evapotranspiração potencial? Ambas são a quantidade de água transferida para a atmosfera por evaporação e transpiração, sendo a potencial, na unidade de tempo, de uma superfície extensa, completamente coberta de vegetação de porte baixo e bem suprida de água, enquanto a real, será nas condições reais (existentes) de fatores atmosféricos e umidade do solo. A evapotranspiração real deve ser menor que a evapotranspiração potencial. 4.4. Quais fatores atmosféricos interferem na evaporação? Os principais fatores atmosféricos que interfere na evaporação são: a radiação disponível, a temperatura, a umidade relativa, o déficit de pressão de vapor e a velocidade do vento. 4.5. Quais fatores relevantes da superfície evaporante interferem com a evaporação? Na evaporação de uma superfície de solo descoberto, quando este está saturado, ou mesmo quando o nível freático for elevado, atuam somente os fatores metereológicos. Por outro lado, na condição de solo não saturado ou nível freático, à grande profundidade, o processo de evaporação passa a depender também das propriedades do perfil do solo, principalmente da condutividade hidráulica, que é função da estrutura e textura do mesmo. 4.6.Quais são os principais métodos utilizados para determinar as taxas potenciais de evaporação? Os principais métodos para determinação das taxas potenciais de evaporação são: transferência de massa, balanço de energia, equações empíricas, balanço hídrico e evaporímetros 4.7. Explique o método do “Balanço Hídrico” para obtenção das taxas reais de evaporação. Informações confiáveis sobre o cálculo da evapotranspiração real são escassas e de difícil obtenção,

pois demandam um longo tempo de observação e custam muito caro. Sendo um processo complexo e extremamente dinâmico, que envolve organismos vivos como o solo

e a planta é muito difícil estabelecer um valor exato de evapotranspiração real. Entretanto, a conjugação de inúmeras informações associadas ao conceito de ETP, nos permite estimativas suficientemente confiáveis para a grande maioria dos estudos de hidrologia.


15 / 29

As diferenças entre a evapotranspiração real e potencial diminuem sempre que os intervalos de tempo utilizados para o cálculo da segunda são ampliados (um mês ou mais). Neste caso, entretanto, as estimativas não podem ser feitas considerando o intervalo de tempo diário, mas apenas o anual,

ou maior. Isto ocorre porque, dependendo do tamanho da bacia, a água da chuva pode permanecer vários dias ou meses no interior da bacia antes de sair escoando pelo exutório. Para estimar a evapotranspiração por balanço hídrico de uma bacia é necessário considerar valores médios de escoamento e precipitação de um período relativamente longo, idealmente superior a um ano. A partir daí é possível considerar que a variação de armazenamento na bacia pode ser desprezada, e a equação de balanço hídrico se reduz à equação E = P-‐Q. 4.8-‐ A região da bacia hidrográfica do rio Forquilha, no Norte do RS próxima a Lagoa Vermelha, recebe precipitações médias anuais de 1800 mm No município de Sananduva há um local em que são medidas as vazões deste rio e uma análise de uma série de dados diários ao longo de 11 anos revela que a vazão média do rio é de 43,1 m3. s-‐1. Considerando que a área da bacia neste local é de 1604 Km2, qual é a evapotranspiração média anual nesta bacia? O balanço hídrico de uma bacia é dado pela equação abaixo: ΔV = ( P×A +I– E ×A– Q ).Δt onde V é o volume acumulado na bacia, t é o tempo, P é a precipitação, A área da bacia, E a evapotranspiração o escoamento final, é I o escoamento inicial . Numa média de longo prazo podemos desconsiderar a variação de volume (ΔV). PA = Vazão + E ×A+ Vazão (I-‐Q). Onde P ×A é a precipitação (mm/ano); Vazão é a vazão (ou escoamento) em (mm/ano); e E ×A é a evapotranspiração (mm/ano). A vazão de 43,1 m3×s -‐1 é equivalente a um volume anual de = = 43,1 m 3.s-‐1×86400 s×dia

-‐1×365 dias. Ano-‐1 = 1359,2 ×109 de m 3.ano-‐1 Este volume corresponde a uma lâmina (altura) dada por: = (volume anual / área da bacia) = (1359,2 ×109 m 3ano-‐ 1 )/(1604×106 m2) =0,847m×ano-‐1 = 847 mm/ano. Portanto a evapotranspiração da bacia é dada por: E×A=P×A-‐Q= 1800 mm/ano -‐ 847 mm/ano=953 mm.ano-‐1

4.9-‐Você foi chamado para fazer um anteprojeto de uma barragem que irá abastecer uma cidade de 100.000 hab. E uma área a ser irrigada de 5000 hectares. Verificar através do balanço hídrico se a barragem terá condições para atender a demanda total com base nos seguintes dados: Dados: Área da bacia hidrográfica delimitada pela barragem = 300 km² Precipitação média anual na bacia = 1.300 mm Evapotranspiração anual na bacia = 1.000 mm Evaporação anual de superfícies líquidas = 1.500 mm Área média do espelho d’água do reservatório = 18 km² Demanda do abastecimento = 150 l/hab/dia


16 / 29

Demanda anual de irrigação = 9.000 m³/hectare Sabendo que 10000m² = 1 hectare 5000 m² = 0,5 hectare= hectare-‐1. 1L=1.10-‐3m3. De uma maneira geral o balanço hídrico e dado pela seguinte formula; Balanço =Volume de Entrada – Volume de Saída. Logo, temos entrando no nosso reservatório; Volume da precipitação=Área da bacia× Precipitação media = 300.106m²×1.300.101m = 390×106 m3. Já, saindo do reservatório; Volume da evaporação da bacia = (Área da bacia -‐ Área média do espelho d’água do reservatório). Evapotranspiração = (300 km²-‐18 km²). 1×10-‐3m = 282.106m3 . Volume da Evaporação do reservatório = Volume da Evaporação da bacia × Área média do espelho = 282×1,8×106 m3

Demanda da população = 150.10-‐3×365dia/ano×100,000 = 5,475×106 m3

Demanda da irrigação = 900×5000 = 45×106 m3

Balanço Hídrico = (390-‐282-‐5,475-‐45-‐27) ×106 m3 = 30,525106 m3

4.10. Um tanque classe A situado no centro de uma área gramada com 11 m de raio, forneceu-‐nos valores de evaporação (ECA) em diferentes períodos (1, 2, 3 e 4) para os quais foram anotadas diferentes condições meteorológicas (quadro a seguir). Determinar a evapotranspiração de referência (ETo) para cada período. Kp = 0,482 + 0,024 ×Ln (B) – 0,000376× U + 0,0045 ×UR

B = bordadura; U= vento; UR=umidade relativa. B =2πr, logo B=11×2×π=69,11m.

Método do Tanque Classe A

Esse método consiste na utilização de um tanque de evaporação direta, cheio de água, onde são feitas medidas, em milímetros, da água evaporada entre uma leitura e outra.


17 / 29

Método muito comentado e utilizado no passado, apresenta limitações técnicas, principalmente para irrigações de alta freqüência (pivô e localizada).

Na coluna 1, 2, 3 e 4, iremos passar todos os termos para metro. Logo teremos a seguintes colunas. Sabemos que ETo = Kp × ECA Kp Coluna 1 = 0,482 + 0,024 × ln (22 x 3,14) -‐ 0,000376 × 90 + 0,0045 × 30 = 0,6848 Coluna 2 = 0,482 + 0,024 × ln (22 x 3,14) -‐ 0,000376 × 180 + 0,0045 × 60 = 0.7860 Coluna 3 = 0,482 + 0,024 × ln (22 x 3,14) -‐ 0,000376 × 80 + 0,0045 × 510 = 0,7519 Coluna 4 = 0,482 + 0,024 × ln (22 x 3,14) -‐ 0,000376 × 700 + 0,0045 × 35 = 0,4780 ETo ETo=Kp×ECA Coluna 1 = 0,6848 × 4,0 = 2,73 Coluna 2 = 0.7860 × 5,2 = 4,09 Coluna 3 = 0,7519 × 6,0 = 4,51 Coluna 4 = 0,4780 × 7,2 = 3,44

1 2 3 4

Kp 0,6848 0,7860 0,7519 0,4780

Eto 2,73 4,09 4,51 3,44

4.11. A partir do sítio http://br.weather.com/weather/climatology/BRXX0201 foram obtidas as informações apresentadas a seguir. Determine as taxas de evaporação e os possíveis déficits hídricos médios mensais e médio anual.

Dado a formula iremos achar os valores referentes à evaporação onde o método utilizado baseia-‐se na temperatura do ar. EPT=Fc.16(10(T/I))^a, onde T= temperatura media do ar (oC);Fc =fator de correção em função da latitude e mês do ano ;ETP=evapotranspiração potencial para mês de 30 dias e comprimento de 12h(mm/mês). (Tucci, Carlos, 2007. pág. 273).

Latitude do Rio de Janeiro. -‐22° 54' 10'‘.


18 / 29

(http://www.apolo11.com/latlon.php?uf=rj&cityid=19, data do acesso 9/12/12 às 13h59min). Iremos trabalhar com a latitude 25, conforme tabela 3 do livro de Hidrologia ciência e aplicação, pág. 286. . (Tucci, Carlos, 2007. pág. 286).

I=∑(ti/5)^1,514 Ti=temperatura do mês analisado em oC. . a= 67,5×10-‐8×I2-‐7,71×10-‐6.I2+0,01791×I+0,492. . (Tucci, Carlos, 2007. pág. 274).

4.12. Um reservatório implantado num vale, tem sua evaporação medida por cuba evaporimétrica classe A e chuva observada através de um pluviômetro, ambos instalados sobre o terreno à margem do lago formado pelo reservatório. Em um mês do período seco, a evaporação medida foi de 155 mm No mesmo mês foi acumulada uma chuva de 154 mm. Qual será a vazão média afluente ao reservatório, se a vazão média efluente do reservatório no mesmo mês foi 55 m3/s. Abaixo é fornecida a relação cota x área x volume. Considere que os volumes do reservatório no início e fins do mês eram de 290 x 106 e 190 x 106 m3, respectivamente. Comente a solução da questão.

Relação entre cota x área x volume

Cota (m) Área (Km2) Volume (x106 m3) 610 10 10 620 25 50 630 55 65 640 70 90 650 110 200 660 144 250 670 198 370


19 / 29

De início, pode-‐se definir a área média por interpolação, relacionando a área com o volume do reservatório. Sabendo que Ai = Área do reservatório no inicio e Af = área do reservatório no final. Precipitação = 154×10-‐3m Evaporação = 155×10-‐3m ((110-‐70)/(110-‐Aa))=((200-‐90)/(200-‐190)) Af = 162,00 km2 ((198-‐144)/(198-‐Aa))=((370-‐250)/(370-‐290)) Ai = 106,36km2

Logo teremos; Área Média = (162+106,36)/2 = 134,18×106m2

Vazão média afluente/mês = 55 × 3600s × 24h × 30dias = 14,256×107 m3/mês Precipitação (P): (P×A) = Precipitação x Área Média = = 154×10-‐3 × 134,18×106 m/mês. = 20,664.106 m3/mês = 7,97m3/s Evaporação (E6:(E ×A) = Evaporação x Área Média = = 155x10-‐3 × 134,18×106 m/mês. = 20,798×106 m3/mês = 8,02 m3/s Vi = 290 x 106 m3/mês = 111,88 m3/mês Vf = 190 x 106 m3/mês = 73,30 m3/mês E=I - O - ΔS E=(Qa+P) - Qe - ΔS E=i+((Qa-Qe)/A)-(1/A).(ΔV/Δt) Qa = E.A - P.A + ΔS + Qe Qa = 8,02 -‐ 7,97 + (73,30 -‐ 111,88) + 55 Qa = 16,5 m3/s 4.13. Durante o mês de outubro a evaporação medida em cuba classe A sobre o terreno, junto a um reservatório foi de 263 mm Quantos m3 de água foram evaporados durante o mês, se a superfície do reservatório diminui de 18 km2 para 15 km2. Faça as suposições que julgar necessárias e comente os resultados. Área média =(18+15)/2=16,5m2

Volume da evaporação =16,5m2×263 .10-‐3m=4,3395 m3.

Cap. 5 -‐ Precipitação


20 / 29

5.1. O que é precipitação? Entende-‐se por precipitação a água proveniente do vapor de água da atmosfera depositada na superfície terrestre de qualquer forma, como chuva, granizo, orvalho, neblina, neve ou geada. (Hottiz, Antônio, 1976. pág. 7). 5.2. Quais os mecanismos de formação da precipitação? O vapor de água contido na atmosférica constituí um reservatório potencial de agua que, ao condessar-‐se, possibilita a ocorrência de precipitação (...). (Tucci, Carlos, 2007, pág. 177). 5.3. Qual a diferença entre chuvas convectivas, frontais e orográficas? (a) Frontais. Aquelas que ocorrem ao longo da linha de descontinuidade, separando duas massas de ar de características diferentes’’. b) Ortograficas.Aquelas que ocorrem quando o ar e forçado a transpor barreiras de montanhas .” c) Convectivas. Aquelas que são provocadas pela acessão de ar derivada as diferenças de temperatura na camada vizinha da atmosfera .São conhecidas como tempestades ou trovoadas(...)”. ( Hottiz, Antônio, 1976.pág 8). 5.4. Defina altura pluviométrica, intensidade e duração de uma chuva. Altura pluviométrica (P ou R): é a espessura media da lamina de água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação admitindo-‐se que essa água não se infiltrasse não se evaporasse, nem se escoasse para fora dos limites da região (...). Duração(t):é o período de tempo durante o qual a chuva cai.(...). Intensidade (i): é a precipitação por unidade de tempo, obtida como a relação I=P/t.(...). (Tucci, Carlos, 2007, pág. 180). 5.5. De acordo com pluviograma abaixo, qual foi a intensidade da chuva?

Interpretado o gráfico obtemos as seguintes informações; Precipitação= 10+6=16 mm Duração =70-‐10=60minutos =1hora Intensidade=16mm/hora 5.6. Uma estação pluviométrica X ficou inoperante durante parte de um mês, durante o qual ocorreu uma tormenta. Os totais da tormenta em 3 estações adjacentes A, B e C foram de 105 mm,


21 / 29

87,5 mm e 120 mm. As quantidades de precipitação anual normal para as estações X, A, B e C são de 962,5 mm, 1002,5 mm, 920 mm e 1180 mm, respectivamente. Estime a precipitação da tormenta na estação X (utilize o método de ponderação regional). Y=(1/3) ×((x1/xm1)+(x2/xm2)+(x3/xm3)) ×Ym, Sendo x1, x2,x3 as precipitações correspondentes as falhas ; ym = a precipitação media do posto Y;xm1,xm2,xm3 =as precipitações das medias dos postos vizinhos. Logo teremos; Ym=962,5mm;x1=105 mm;x2=87,5 mm;x3=120 mm; xm1=1002,5 mm,xm2=920 mm,xm3=1180 mm. Ym=96,74mm 5.7. Que tipo de erro está presente nesta serie pluviométrica e o que pode ter causado este erro?

a) A mudança de declividade a partir da série observada no gráfico, que está sendo determinado por duas retas ou mais. Constitui o exemplo típico da derivada da presença de erro sistemático, em função de mudança nas condições típicas de observações ou a existência de uma causa física real, como as alterações climáticas no local provocado pela presença de reservatórios artificiais. Para considerar a existência da mudança de declividade na reta, é prática comum exigir a ocorrência de pelo menos cinco pontos sucessivos. (Tucci, Carlos, 2007, pág186) 5.8. Qual o objetivo de estimar precipitações médias numa área? O objetivo de se estimar a precipitação média numa área é determinar o valor médio precipitado naquela área a partir de métodos específicos, como: método das isoietas, polígono de Thiessen e média aritmética. O valor é considerado representativo para as condições analisadas conforme o número de pluviômetros instalados na região. 5.9. Determine a altura de chuva equivalente para o mês de janeiro numa bacia hidrográfica (a seguir) com 1200 km2. Sabe-‐se que as áreas de influência e alturas médias para o mês de janeiro são respectivamente, 400 km2 e 280 mm; 500 km2 e 320 mm e; 300 km2 e 210 mm; para os postos 1, 2 e 3.


22 / 29

Método Thissen Pm=(1/A)∑Ai×Pi, onde Ai = área de influencia do posto i; Pi=a precipitação no posto i e A=a área total da bacia. Pm=279,17mm. 5.10. Calcule a precipitação média usando o Método de Thiessen.

A=143,15 km2, aplicando a formula mencionada na questão anterior obtemos o seguinte resultado. Pm=861,00mm 5.11. O que consiste o método das isoietas? As isoletas são linhas de igual precipitação que podem ser traçadas para um evento ou para uma duração especifica (...). (Tucci, Carlos, 2007, pág196). 5.12. Sabe-‐se que a altura de chuva média anual precipitada numa bacia de 200 km2 foi de 1350 mm. Qual será o volume médio precipitado anualmente na bacia em m3 e em quantas pessoas e por quanto tempo este volume, se armazenado, poderia suprir de água tomando a hipótese de consumo de 200 L/hab/dia? 1m3=1000L. Volume da precipitação=200×106m2×1350×10-‐3m=270×106 m3 = 270×109 litros (270×109/365×200) = 3,7 × 106 (L/hab.ano). Logo, teremos um volume de 3,7 ×106 L por habitante por ano. 5.13. – Na bacia do rio das Flexas, que possui 430 km2 de área de drenagem foi determinada uma altura de chuva média ou equivalente para o ano de 1986 de 1100 mm. Seria possível nesse ano garantir o abastecimento da cidade de Oca que tem atualmente 1.800 habitantes. Considere um consumo per capita de 200 l/dia. Apresente memória de cálculo comentada. Consumo total = 200 L/dia × 1.800 habitantes = 360 × 103 L/hab.dia = = 131,4 × 106 L/hab.ano = 131.400 m3/hab.ano Volume da precipitação = 430 × 106 m2 × 1100 × 10-‐3 m = 473 × 109 m3 (473×109m3/360×106 L/hab/dia) = 3,6×106 habitantes Sim, será possível garantir o abastecimento por volta de 1 ano. 5.14. Qual a importância de determinarmos as precipitações máximas.


23 / 29

A precipitação máxima é entendida como a ocorrência extrema, com duração, distribuição temporal e espacial critica para uma área ou bacia hidrográfica. (...) O estudo das precipitações máximas é um caminhos para conhecer-‐se a vazão de enchente de uma bacia. (Tucci, Carlos, 2007, pág200). Logo, pode-‐se conclui que para obras hidráulicas a vazão máxima é de extrema importância. 5.15. O que é PMP. E o que ela representa para o Engenheiro Civil nas suas obras? É a precipitação máxima provável, ou seja, e a maior precipitação que poderíamos ter em uma determinada bacia. Para a engenharia civil, a PMP é importante para cálculos de projetos hidráulicos. Biografia: http://www.apolo11.com/latlon.php?uf=rj&cityid=19, data do acesso 9/12/12 às 13h59min. Tucci, Carlos; Berltrame , Lawson e outros. In Tucci, Carlos (Org) Hidrologia ciência e aplicação. Porto Alegre: Editora da UFRGS/ABRH, 2007.

Martins ,José ;Gomide ,Francisco, Pinto Holtz, Anonio e outros.In Pinto Holtz. Hidrologia Básica

.São Paulo :Blucher ,1976.

Cap. 6 -‐ Fluviometria 6.1. No que consiste a fluviometria? A fluviometria é a ciência que mede e analisa as características físicas da água, com uso de diversas técnicas de medição de grandezas características do escoamento, como níveis d’água, velocidades e vazões. Permite quantificar o regime dos rios caracterizando suas grandezas básicas e os diversos parâmetros e curvas representativas. Resumidamente, a fluviometria abrange as medições de vazões e cotas de rios. (IBIAPINA et al., 2003). 6.2. Quais são as variáveis avaliadas no posto fluviométrico? As variáveis observadas numa seção localizada no rio ou canal são os níveis d’água, a velocidade e a vazão, no entanto grandezas relativa à qualidade também observadas nos postos fluviométricos. 6.3.Quais as condições básicas a serem observadas quando da instalação de um posto fluviométrico? Segundo Santos (2001), na escolha do local de instalação das estações fluviométricas deve-‐se procurar um local do rio onde a calha obedece a alguns requisitos básicos: 1. boas condições de acesso à estação; 2. presença de observador em potencial; 3. leito regular e estável(preferencialmente,que não sofra alterações); 4. sem obstrução à jusante ou seja,sem controle de jusante; 5. trecho reto, ambas margens bem definidas, altas e estáveis, e de fácil acesso durante as cheias; 6. local de águas tranqüilas, protegidas contra a ação de objetos carregados pelas cheias.


24 / 29

6.4. Para as medidas dos níveis d água são aplicadas réguas linimétricas e outros aparatos que permitem o registro das cotas fluviométricas. Apresente as situações que justificam o registro dos dados. Os níveis de um rio são medidas por meio de linímetros, mais conhecidos como réguas linimétricas e linígrafos. Uma régua linimétrica é uma escala graduada, de madeira, de metal, ou uma pintada sobre uma superfície vertical de concreto. Quando a variação dos níveis de água é considerável, é usual instalar, para facilitar a leitura, a régua em vários lances. Cada lance representa uma peça de 1 ou 2 metros. Os níveis máximos e mínimos dos lances de réguas a serem instalados devem ser definidos a partir de informações colhidas junto aos moradores mais antigos da região, de modo a evitar que a água ultrapasse os limites superiores e inferiores dos lances. O zero da régua deve estar, sempre mergulhado na água, mesmo durante as estiagens mais severas. Isso evita a necessidade de leituras negativas, que são tradicionalmente uma fonte de erro (SANTOS et al., 2001). Entre essas réguas, as de madeira, com lances de 1 a 2 m, denteadas a cada 2 cm, designadas “Tipo divisão de Águas”, já foram largamente utilizadas e permanecem como alternativa em alguns lugares. O principal mérito desse tipo é o seu custo reduzido e a intercambialidade dos lance, pois a marcação dos metros é, em geral, acrescentada no local (SANTOS et al., 2001). 6.5. Quais as principais diferenças (vantagens e desvantagens) entre linigrafos de bóia e os de pressão? Sob o ponto de vista funcional, distingue-‐se os linigrafos de bóia e os de pressão. Os linígrafos de bóia possuem um flutuador preso a um cabo ou uma fita de aço que transmite o seu movimente, decorrente de uma variação de nível de água, a um eixo que desloca um estilete munido de pena sobre um gráfico de papel. Ao mesmo tempo, um mecanismo de relógio faz o gráfico avançar na direção perpendicular ao movimento da pena e a uma velocidade constante (STUDART, 2003). O linígrafo de pressão apresenta a vantagem de permitir, em geral , períodos mais longos sem que haja a necessidade de troca de papel. O linígrafo de bóia, em geral exige a troca do papel semanalmente. Outra desvantagem do linígrafo de bóia em relação ao de pressão, consiste na instalação muito dispendiosa, a escavação do poço e da construção dos condutos de ligação. Em locais onde há afloramento de rocha ou cobertura de solo muito pequena essa escavação é muito cara e trabalhosa, exigindo o emprego de explosivos (SANTOS et al., 2001). 6.6. Descreva o método dos molinetes* para observação das vazões fluviais. O método para determinação da vazão consiste nos seguintes passos (STUDART, 2003): 1. Divisão da seção do rio em um certo número de posições para levantamento do perfil de velocidades; 2. Levantamento do perfil de velocidades; 3. Cálculo da velocidade média de cada perfil; 4. Determinação da vazão pelo somatório do produto de cada velocidade média por sua área de influência.


25 / 29

O número de pontos que devem ser posicionados os molinetes dependem da profundidade do curso de água em estudo, a Tabela a seguir fornece a posição na qual o molinete deve estar em relação a profundidade.

Tabela -‐ Posição do molinete na vertical em relação à profundidade Profundidade Posição 0,15 a 0,60 0,6.P 0,60 a 1,20 0,2.P e 0,6.P 1,20 a 2,00 0,2.P; 0,6.P e 0,8.P 2,00 a 4,00 S; 0,2.P; 0,4.P; 0,6.P e 0,8.P > 4,00 S; 0,2.P; 0,4.P; 0,6.P; 0,8.P e F

A posição S (superfície) corresponde à profundidade de 0,10m, e a posição F (fundo) corresponde àquela determinada pelo comprimento da haste de sustentação do lastro. 6.7. No que consiste e como são aplicados os estudos de curva-‐chave? Curva-‐chave é a relação entre os níveis d água com as respectivas vazões de um posto fluviométrico. Para o traçado da curva-‐chave em um determinado posto fluviométrico, é necessário que disponha de uma série de medição de vazão no local, ou seja, a leitura da régua e a correspondente vazão (dados de h e Q). A curva chave usa modelo de seção com controle local, ou seja, predominância da declividade do fundo sobre as demais forças do escoamento, como por exemplo a pressão. Com isso, temos uma relação biunívoca entre profundidade e vazão (PEDRAZZI, 2003). A determinação da curva-‐chave pode ser feita de duas formas: gráfica ou analiticamente. A experiência tem mostrado que o nível d água (h) e a vazão (Q) ajustam-‐se bem à curva do tipo potencial: Q = a.(h-‐h0)

b, sendo: Q a vazão em m3/s; h o nível d água em m (leitura na régua); a, b e h0 são constantes para o posto, a serem determinados; h0 corresponde ao valor de h para vazão Q = 0. 6.8. Calcule a vazão na seção transversal a seguir.

Vertical 1 2 3 4 5 6 Total

Distância da margem (m) 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

Profundidade (m) 1,00 2,50 3,20 3,20 2,50 1,00


26 / 29

Largura da Vertical (m) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Área da sub-seção (m2) 1,00 2,50 3,20 3,20 2,50 1,00 13,40

V1 (m/s) 0,30 0,50 0,70 0,90 0,50 0,40

V2 (m/s) 1,20 2,00 1,90 1,40

V3 (m/s) 1,80 1,70

Velocidade média na vertical

(m/s) 0,30 0,85 1,50 1,50 0,95 0,40

Vazão na sub-seção (m3/s) 0,30 2,13 4,80 4,80 2,38 14,40 28,80

Velocidade média (m/s) 2,15

Referências utilizadas: IBIAPINA, A. V., et al. Evolução da hidrometria no Brasil. Disponível em: < http://www.mma.gov.br/port/srh/acervo/publica/doc/oestado/texto/121-138.html >. Acesso em: dez 2012. PEDRAZZI, J. A. Escoamento Superficial. Disponível em: < http://www.facens.br/site/alunos/download/hidrologia/pedr azzi_cap7_escoamento_sup erficial.doc >. Acesso em: dez 2012. SANTOS, I.et al. Hidrometria Aplicada. Curitiba: Instituto de Tecnologia para o desenvolvimento, 2001. 372p. STUDART, T. M. C. Escoamento Superficial. Disponível em: < http://www.deha.ufc.br/ticiana/hidrologia/apostila.htm >. Acesso em: dez 2012.

Cap. 7 -‐ Hidrologia dos Solos 7.1. Para o estudo do escoamento nos solos, observam-‐se duas regiões preferenciais, uma não saturada, mais próxima à superfície, e outra, saturada. Quais as principais características de cada uma delas, forças atuantes, principais elementos no contexto da engenharia civil? Nas camadas inferiores do solo geralmente é encontrada uma zona de saturação, mas sua influência no fenômeno da infiltração só é significativa quando se situa a pouca profundidade. (Em análise)


27 / 29

7.2. O que é Infiltração? Infiltração de água no solo refere-‐se à passagem de água para o interior do solo. através de sua superfície, proveniente da chuva ou água de irrigação. Em termos do ciclo hidrológico, a infiltração consiste de uma parcela fundamental, uma vez que a mesma governa processos importantes do ponto de vista ambiental, destacando-‐se a geração do escoamento superficial direto, o qual produz impactos para o manejo da bacia, com perdas de água e transporte de sedimentos (solo agricultável, insumos agrícolas, como adubos, corretivos, pesticidas e outros), com conseqüências para a agricultura e meio ambiente. Por outro lado, a infiltração promove preenchimento dos poros do solo pela água e fica retida na matriz do solo, a qual pode ser utilizada pelas plantas bem como recarga de aqüíferos, sendo esta função de suma importância para regularização e perenização de rios. 7.3. Quais os fatores que influenciam a infiltração? Varios fatores influem no comportamento da infiltração, com destaque para o manejo do solo nas atividades agrícolas e atributos pedogenéticos (físicos, químicos e processo de formação), influenciadas pelo material de origem e intemperismo, principalmente nas regiões tropicais. A infiltração é um processo que depende fundamentalmente da água disponível para infiltrar, da natureza do solo, do estado da sua superfície e das quantidades de água e ar, inicialmente presentes no seu interior. Fatores que intervém na infiltração: 1) Tipo de solo – a capacidade de infiltração varia diretamente com a porosidade, tamanho das partículas e estado de fissuração das rochas. 2) Grau de umidade do solo – quanto mais seco o solo, maior será a capacidade de infiltração. 3) Efeito de precipitação – as águas das chuvas transportam os materiais finos que, pela sua sedimentação posterior, tendem a reduzir a porosidade da superfície. As chuvas saturam a camada próxima à superfície e aumenta a resistência à penetração da água. 4) Cobertura por vegetação – favorece a infiltração, já que dificulta o escoamento superficial da água. 7.4. Qual a diferença entre capacidade de infiltração e taxa de infiltração? Capacidade de infiltração é a quantidade máxima de água que pode infiltrar no solo, em um dado intervalo de tempo, sendo expresso geralmente em mm/h. A capacidade de infiltração só é atingida durante uma chuva se houver excesso de precipitação. A taxa de infiltração é definida como a lâmina de água (volume de água por unidade de área) que atravessa a superfície do solo, por unidade de tempo. A taxa de infiltração pode ser expressa em termos de altura de lâmina d’água ou volume d’água por unidade de tempo (mm/h). Ou seja, a taxa real de infiltração acontece quando há disponibilidade de água para penetrar no solo, é a infiltração que realmente ocorre em cada intervalo de tempo. 7.5. Explique a Lei de Darcy e defina a condutividade hidráulica dos solos. O movimento da água em um solo não-‐saturado pode ser descrito pela equação de Darcy (1856), originalmente deduzida para solos saturados e representada pela equação: q=K.grad h, sendo: q = velocidade de Darcy; K = condutividade hidráulica do solo; h = carga piezométrica. Esta equação estabelece que a quantidade de água que passa por unidade de tempo e de área através de meio poroso é proporcional ao gradiente hidráulico.


28 / 29

A constante de proporcionalidade, denominada de condutividade hidráulica, caracteriza o meio poroso quanto à transmissão de água. 7.6. Para o ponto de saturação, a condutividade hidráulica de solos arenosos é maior para umidade menor. Explique. Apesar de um solo arenoso saturar com um teor de umidade menor, sua condutividade hidráulica saturada é maior. A razão é que o escoamento em meio saturado é hidraulicamente equivalente a um escoamento sob pressão em dutos, e aquele solo que contiver poros maiores conduzirá mais água. Por outro lado, a condutividade hidráulica de um solo argiloso pode ser maior que a de um solo arenoso, quando ambos estão num estado não-‐saturado. Em um solo argiloso a condutividade hidráulica decresce mais suavemente com o aumento da sucção mátrica, porque os poros têm um tamanho médio reduzido e maior quantidade deles permanecem cheios mais tempo, mantendo a condutividade de saturação em grande parte do solo. 7.7. Na determinação da capacidade de infiltração dos solos são utilizados ensaios “in situ”. Descreva esses ensaios. Em elaboração. 7.8. O que são Aqüíferos? Em elaboração. 7.9. Quais as diferenças entre aqüíferos livres e confinados? Em elaboração.

Cap. 8 -‐ Análise de Frequência 8.1. Em elaboração. 8.2. Em elaboração.

Cap. 9 -‐ Drenagem 9.1. Dada uma bacia densamente urbananizada, apresente os principais fatores que interferem nas variações de picos dos hidrogramas de cheias. 9.2. Na seção exutória de uma bacia hidrográfica com 36,1km2 de área de drenagem foram obtidos os registros horários da vazão decorrente de uma chuva isolada com 2 horas de duração e 24 mm/h de intensidade, conforme Tabela 9.2.1. a) Promover a separação dos escoamentos


29 / 29

superficial e de base; b) Calcular os volumes escoado superficialmente e total precipitado; c) Calcular a precipitação efetiva e o coeficiente de run off.

Tabela 9.2.1 -‐ Vazões de escoamento em no exutório da bacia:

t (h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Q (m3/s) 5 5 30 50 47 35 21 13 9 7 5

Vols = 496.800m

3 ; VolT = 1.732.800m3 ; Pef = 13,8 mm; C ≅ 0,29

9.3. Em uma bacia com solo tipo B e condição II de umidade, determine a capacidade de armazenamento para os seguintes usos: a) Pastagens; b) Zonas industriais. Em seguida, calcule a capacidade de armazenamento dos solos nas condições I e III. 9.4. Considere uma bacia urbanizada com área aproximada de 8,95 km2, sendo constituída por três tipos de cobertura do solo com grupo hidrometeorológico do tipo C, sendo: a) terrenos baldios, b) bosques; c) arruamentos. Sabendo-‐se que as áreas ocupadas possuem proporções de uso e cobertura do solo respectivamente de 20%, 50% e 30%, determine o valor do CN médio para a condição normal da bacia e sua capacidade média de armazenamento. 9.5. Em uma bacia com solo tipo B e condição II de umidade, determine a capacidade de armazenamento para os seguintes usos: I) Arruamento em terra; II) Residências c/ 65% de área impermeável; III) Terrenos Baldios. Justifique numericamente qual dos tipos de cobertura do solo apresenta maior capacidade de armazenamento, considerando as condições de umidade antecedente do solo para as seguintes condições: a) não tenha ocorrido chuvas nos 05 dias anteriores; b) tenha ocorrido chuvas nos 05 dias anteriores com precipitação superior a 60mm. 9.6. Uma determinada estação meteorológica apresenta as seguintes intensidades pluviométricas, conforme tabela a seguir. Sabendo-‐se que a Bacia do Rio Riacho tem 5,96 km2 e possui umidade média antecedente do solo com subgrupo C, compreendendo: ★ 30% de áreas de pastagens, ★ 40% de áreas residenciais com lotes de áreas menores que 500 m2 e ★ 30% de áreas de florestas, determine a precipitação efetiva total pelo Método do SCS e respectivo coeficiente de escoamento. 9.7. Um sistema de microdrenagem é de fundamental importância para projeto de áreas urbanas. Apresente as principais funções deste sistema, definindo as estruturas utilizadas como componentes de suas funções. 9.8. Sabendo-‐se que um determinado município planeja adotar medidas de combate às inundações, explique quais as principais funções do uso de medidas estruturais do tipo intensivas e extensivas. 9.9. Determinar a intensidade média de uma chuva para a cidade de Rio de Janeiro (equação local Via 11), com duração 25 minutos e período de retorno 5 anos.

Documents

cadernos de exercícios de hidrologia REV01- GABARITO