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marcelo-luiz-cunha-schmidt
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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