5° semestre - Engenharia Civil

HIDROLOGIA – AULA 09

Profª. Priscila Pini

prof.priscila@feitep.edu.br

REVISÃO PROVA 1º BIMESTRE

Bacia Hidrográfica

AULA 2

É a área de captação natural dos fluxos de água originados a partir da precipitação, que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída: EXUTÓRIO.

• Definição de um curso de água principal

• Seção de referência ao longo do curso (exutório)

• Relevo da região

Delimitação da BH

Bacia Hidrográfica

AULA 2

Divisor de águas superficiais

AULA 2

Linha imaginária sobre o relevo que divide o escoamento daságuas de chuva.

Divisor corta o curso d’água apenas em um ponto: EXUTÓRIO

O divisor intercepta as curvas de nível em um ânguloaproximadamente reto, seguindo as linhas de crista das elevações.

Obs. A água que infiltra no solo pode seguir um escoamento quedepende das rochas do subsolo, mas em geral considera-se que odivisor subterrâneo coincide com o superficial.

AULA 2: Principais características de uma B.H.

Área de drenagem (Ad): Área de captação da chuva

Área da bacia x lâmina precipitada = volume precipitado

Medidores: Planímetro, CAD, SIG

Declividade média (rio principal) (S)

S = 𝐴𝑙𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑖𝑛í𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑔𝑒𝑚 – 𝐴𝑙𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑢𝑡ó𝑟𝑖𝑜

𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑎 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑔𝑒𝑚 𝑟𝑖𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎

Forma da bacia

Formato mais alongado x Formato circular

Resposta mais lenta às chuvas

Escoamento chega praticamente ao mesmo tempo no exutório: maior risco de inundações

AULA 2: Principais características de uma B.H.

Ordem dos cursos de água (Robert Horton e Strahler )

• Um curso d’água a partir da nascenteé de ordem 1

• Quando dois cursos d’água de ordem1 se encontram formam um curso deordem 2

• Quando dois cursos de ordem 2 seencontram, formam um de ordem 3

• Quando um curso de ordem superiorencontra um de ordem inferior, aordem do superior se mantêm.

AULA 2: Principais características de uma B.H.

O tempo de viagem da gota de água da chuva que atinge a região mais distante até chegar ao exutório

• tc é maior em bacias grandes e menor em bacias pequenas

• tc é maior em bacias planas e menor em bacias montanhosas

Há diversas equações empíricas, obtidas de dados experimentais, baseadas nas características geomorfométricas das bacias para o cálculo do 𝑡𝑐.

As equações resultam em estimativas diferentes para uma mesma bacia → a escolha da equação deve ser feita comparando a BH em estudo com as BHs estudadas no desenvolvimento da equação.

AULA 2: Principais características de uma B.H.

Tempo de concentração (tc)

Tempo de concentração (tc)

Equação de Kirpich

𝑡𝑐 = 57 ∙𝐿3

∆ℎ

0,385

• Uma das equações mais utilizadas

• Desenvolvida a partir de dados experimentais de 7 bacias rurais pequenas nos EUA (menores do que 0,5 km²)

tc: tempo de concentração [min]

L: comprimento do curso d’água principal [km]

∆ℎ: diferença de altitude ao longo do rio principal [m]

Obs. Pode ser utilizada em bacias rurais de médio a grande porte de até 12.000 km² com erros relativamente pequenos.

AULA 2: Principais características de uma B.H.

AULA 3

É o volume de água escoado na unidade de tempo em uma determinada seção do curso de água.

Q: vazão

V: volume (m³, litros)

t: tempo (segundos, minutos, ano)

VAZÃO (Q ou Qmed)

𝑄 =𝑉

𝑡

Frequência de uma vazão Q em uma seção de um curso de água é o número de ocorrências da mesma em um intervalo de tempo.

FREQUÊNCIA

Hidrologia → Período de retorno ou período de recorrência (T)

Na seção considerada ocorrerão valores iguais ou superiores a Q apenas uma vez a cada T anos.

AULA 3: Balanço Hídrico

Balanço entre entradas e saídas em uma BH

• Principal entrada: precipitação

• A saída pode ocorrer por: Evapotranspiração e Escoamento

Deve ser satisfeita a equação:

P = EVT + Q

P: precipitação [mm.ano−1]

EVT: evapotranspiração [mm.ano−1]

Q: escoamento [mm.ano−1]

Q

EVT

P

AULA 3: Balanço Hídrico

Coeficiente de escoamento médio (C)

→ Percentual de chuva que se transforma em escoamento

𝐶 =𝑄

𝑃

C: Coef. Escoamento médio

Q: escoamento médio anual [mm.ano−1]

P: precipitação média anual [mm.ano−1]

AULA 4 e 5: Precipitações

CHUVAS FRONTAIS OU CICLÔNICAS

Encontro de duas grandes massas de ar de diferentetemperatura e umidade.

Massas de ar com centenas de quilômetros de extensão quemovimentam-se de forma lenta

→ Longa duração de chuvas e grandes extensões

→ Intensidade baixa

No Brasil são frequentes na região Sul (inverno)

AULA 4 e 5: Precipitações

CHUVAS CONVECTIVAS

Aquecimento de massas de ar que estão em contato direto coma superfície quente dos continentes e oceanos

→ Chuvas de alta intensidade e curta duração (chuvas de verão)

→ Ocorrem predominantemente durante a tarde

→ Em áreas pequenas (concentradas)

→ Impacto em pequenas bacias urbanas →originam inundações

No Brasil: na região Sul ocorre com maior frequência no verão

AULA 4 e 5: Precipitações

CHUVAS OROGRÁFICAS

Ocorrem rem regiões onde um grande obstáculo do relevo,como uma cordilheira ou serra muito alta, impede a passagemde ventos quentes e úmidos que sopram do mar

O ar sobe para níveis mais altos da atmosfera → umidade do arse condensa formando nuvens junto aos picos da serra ondechove com muita frequência

No Brasil: Serra do Mar ao longo do litoral

AULA 4 e 5: Precipitações

Altura de água caída e acumulada sobre uma superfície plana eimpermeável

• Pluviômetros

• Pluviógrafos

→ Medição manual realizada 1 vez por dia as 7h (BR)

→ Medições automáticas registradas em intervalosde tempo menores do que 1 dia

→ Essencial para estudo de chuvas de curta duração

MEDIDAS DE PRECIPITAÇÃO

1. Altura de água (lâmina precipitada)

2. Duração

3. Intensidade

4. Frequência

Variáveis que caracterizam a chuva:

AULA 4 e 5: Precipitações

Alguns métodos para o cálculo de chuvas médias:

• Média aritmética

• Isoietas

• Polígonos de Thiessen

Deve-se conhecer a intensidade da chuva para o projeto deestruturas hidráulicas como bueiros, pontes, canais, vertedores.

Curva IDF: Intensidade – Duração - Frequência

Curvas IDF são diferentes para diferentes locais

CHUVAS INTENSAS

AULA 4 e 5: Precipitações

Curva IDF

Porto Alegre/RSTR =

1

𝑃robab

AULA 4 e 5: Precipitações

Tipo de Obra Tipo de Ocupação da Área TR (anos)

Microdrenagem

Residencial 2Comercial 5

Áreas com edifícios de serviços ao público

5

Aeroportos 2-5Áreas comerciais e vias de

tráfego5-10

Macrodrenagem

Áreas residenciais e comerciais

50-100

Áreas de importância específica

500

Barragens 10.000

Fonte: DAEE/CETESB, 1980

AULA 4 e 5: Precipitações

Além da forma gráfica, também pode ser expressa na forma deuma equação:

𝐼 =𝑎 ∙ 𝑇𝑅𝑏

𝑡𝑑 + 𝑐 𝑑

I: intensidade da chuva (𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)

a,b,c,d: parâmetros característicos daIDF de cada local

TR: tempo de retorno (anos)

𝑡𝑑: duração da precipitação (minutos)

LocalidadeParâmetros da equação

a b c d

Curitiba/PR 5726,64 0,159 41 1,041

Florianópolis/SC 222 0,1648 0 0,3835

São Paulo/SP 3462,6 0,172 22 1,025

AULA 6 e 7: Infiltração

• INFILTRAÇÃO

Penetração da água no solo a partir da superfície

• PERCOLAÇÃO

Movimento descendente da água a partir da zona não saturada

para a zona saturada

AULA 6 e 7: Infiltração

No início da chuva o solo seco absorve toda a água

rapidamente → A maioria dos poros está cheio de ar

À medidas que os poros vão sendo preenchidos, a

infiltração tende a diminuir, limitada à capacidade do solo

de transferir a água para camadas mais profundas

Taxa de infiltração

Quantidade de água que penetra no solo ao longo do

tempo

Unidade: 𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1

AULA 6 e 7: Infiltração

Medição da capacidade de infiltração do solo:

Método do INFILTRÔMETRO DE ANÉIS CONCÊNTRICOS

ou INFILTRÔMETRO DE DUPLO ANEL

Modelo da capacidade de infiltração de Horton

Equação empírica que descreve o comportamento da

capacidade de infiltração decrescente, que ocorre durante

as chuvas

AULA 6 e 7: Infiltração

f: capacidade de infiltração num instante qualquer(𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)fc: capacidade de infiltração em condição de saturação(𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)fo: capacidade de infiltração quando o solo está seco(𝑚𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎−1)t: tempo (horas)k: constante de decaimento daInfiltração (deve ser determinadoa partir de medições no campo )(ℎ𝑜𝑟𝑎−1)

𝒇 = 𝒇𝒄 + (𝒇𝒐 − 𝒇𝒄) ∙ 𝒆−𝒌.𝒕

AULA 8: Evapotranspiração

Retorno da água precipitada para a atmosfera, fechando o ciclo hidrológico.

EVAPORAÇÃO + TRANSPIRAÇÃO

Lâmina de água evaporada ao longo de um determinadointervalo de tempo. As formas mais comuns são:

• Tanque classe A

• Evaporímetro de Piché

MEDIÇÃO DA EVAPORAÇÃO

AULA 8: Evapotranspiração

TANQUE CLASSE A

Aço ou ferro galvanizado

Instalado emplataforma demadeira

Água variandoentre 5,0 e 7,5 cmda borda superior(sensor de nível)

AULA 8: Evapotranspiração

EVAPORÍMETRO DE PICHÉ

AULA 8: Evapotranspiração

EVT em reservatórios é estimada pelo método do tanqueclasse A, porém é necessário aplicar um coeficiente deredução devido às medidas do tanque.

Obs. Água do reservatório está mais fria do que água dotanque, que está totalmente exposta à radiação solar, portantoa EVT no tanque ocorre mais rapidamente.

𝐸𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑡ó𝑟𝑖𝑜 = 𝛼 ∙ 𝐸𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒

Onde α é uma constante com valor entre 0,6 e 0,8

• Reservatório muito raso: α mais próximo de 0,8

• Reservatórios mais profundos: α mais próximo de 0,6