UNIDADE 2. Estudos hidrológicos: chuva-vazão. Precipitação: dados, grandezas Período de retorno x risco Curvas IDF AULA 5: PRECIPITAÇÃO.

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Carmem Frade Ferrão
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1 DECA/CT/UFPB - Curso: Engenharia Civil - Semestre: DISCIPLINA: Tópicos em Engenharia I - Drenagem de Águas Pluviais Professor: Adriano olim da Paz Precipitação: qualquer forma de água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície terrestre UNIDADE 2 Estudos hidrológicos: chuva-vazão - neve - granizo - orvalho diferença: estado em que a água se encontra AULA : altura pluviom Precipitação: dados, grandezas Período de retorno x risco Curvas IDF altura pluviométrica (P) espessura média da - chuva - geada forma de precipitação mais importante para a hidrologia: capacidade de produzir escoamento dura duração altura pluviom (d) trica (P) período qual a de tempo lâmina precipitada durante de ocorreu água (mm) o Grandezas intensidade (minou h) características (i) precipitação da precipitação: (lâmina) por P (mm/h ou d unidade de tempo mm/min) Medição da precipitação: Pluviômetro pluviômetro pluviógrafo recipiente para coleta de água dotado de funil com anel receptor leitura diária (operador), geralmente no início da manhã (7h) indica a lâmina precipitada nas últimas 24h geralmente dotado de proveta graduada para leitura direta da lâmina de água Pluviômetro Pluviógrafo mecanismo automático da de precipitação registro gráfico papel sensor baseado em: reservatório cubas transmissão graduado dados com intervalo de tempo tempo (monitoramento contínuo ) basculantes inferior realequipado em gravação magnéticoem meio aos dos com pluviômetros sifão Fonte: Studart, 2003, 1

Pluviógrafocom registro em papel Pluviógrafocom registro digital Fonte: Studart, 2003, Fonte: SudamericanaLtda, Hobeco Monitoramento da precipitação por instrumentos no solo pluviômetros e

2 Pluviógrafocom registro em papel Pluviógrafocom registro digital Fonte: Studart, 2003, Fonte: SudamericanaLtda, Hobeco Monitoramento da precipitação por instrumentos no solo pluviômetros e pluviógrafos medição pontual rede de instrumentos com baixa densidade áreas montanhosas, florestas, difícil acesso: praticamente sem cobertura ede de pluviômetros monitorados pela AESA na PB Estimativa de precipitação por sensores remotos grande área de cobertura rapidez na disponibilidade da informação estimativa espacial radar fixo na superfície x sensores orbitais Fonte: pcmml.com Exemplo de estimativa de chuva por satélite sobre a Bacia do io Grande (MG/SP) Análise de dados de precipitação Posto de medição de chuva Objetivo: obter série ininterrupta de precipitação ao longo dos anos epresentatividade do regime de precipitação em uma região (ou em um ponto?) 2

3 Exemplo de dados de pluviômetro Data 14/9/2000 1/9/ /9/ /9/ /9/ /9/ /9/ /9/ /9/ /9/ /9/2000 1,00 1,80 1,40,20 8,60 14,40 22,80 Exemplo de dados de pluviógrafo Data Hora 1:30 1:3 1:40 1:4 1:0 1: 16:00 16:0 16: 16:1 16:20 16:2 2,40 4,00 1,40 6,20 2,0 2,60 4,40 Processos contínuos x discretização processos hidrológicos Ocorrem em geral de forma contínua no tempo e no espaço. Para aplicação de métodos e ferramentas numéricas, necessidade de DISCETIZAÇÃO Os processos são considerados através de valores de variáveis em instantes ou períodos sucessivos de tempo, ou em pontos geográficos no espaço Dentro de cada intervalo de discretização (ou passo de tempo), assume-se que a variável manteve valor constante. Pluviômetro egistra totais precipitados entre 7h da manhã de um dia e 7h do dia anterior. Valores discretos, a nível diário, da variável temporal contínua precipitação. Pluviógrafo egistra totais precipitados em um determinado intervalo de tempo (por exemplo: min). Valores discretos (em passos de tempo de min, por exemplo) da variável temporal contínua precipitação. precipitada intensidade (imed med) média Outras características da precipitação precipitada intensidade (imáx) ( máxima Dada uma sequência de registros ao longo do tempo, com espaçamento entre registros constante e igual a t total precipitado P tot (mm/h ou mm/min) sequênciade posi posição Pmáxou registros imáxdentro dtot d tot da duração total = n. t n = quantidade de registros Pmáx i = (mm/h ou mm/min) t P é a máxima precipitação dentre a sequência de registros EXEMPLO instante de tempo (min) Tempo (min) Precipitação média em uma bacia lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada, associada a um período de tempo dado Simplificação!!! (pois ocorre variabilidade na distribuição espacial e temporal) Total precipitado: 30 mm Duração total do evento: 30 min Intensidade média do evento = 30 mm/0,h = 60 mm/h Intensidade máxima do evento = 12 mm/(/60h) = 144 mm/h, que ocorre aos 2 min (mas durante min) Exemplo: dois campos de chuva com mesma precipitação média sobre a bacia 3

4 Exemplo: precipitação diária observada em um posto pluviométrico em João Pessoa, de 1994 a Outra grandeza característica da precipitação tempo de recorrência (ou tempo de retorno; Tr) número médio de anos durante o qual se espera que a precipitação analisada seja igualada ou superada Exemplo: chuva com Tr = 0 anos Fonte: Tucci (199) Ocorre uma precipitação superior ou igual a ela em média a cada 0 anos Exemplo: chuva com Tr = 0 anos Ocorre uma precipitação superior ou igual a ela em média a cada 0 anos Probabilidade de ocorrer tal precipitação em um ano qualquer é de F=1/Tr = 0,02 2% isco Probabilidade de uma determinada obra vir a falhar (devido à ocorrência de evento mais extremo do que aquele para o qual foi dimensionado) pelo menos uma vez durante sua vida útil Qual a probabilidade (risco) de ocorrer pelo menos um evento de precipitação igual ou superior ao evento de Tr = 0 anos durante um período de N anos? Exemplo: durante um N período de anos? = 1 (1 F) = 1 (1 0,02) = 0,18 1 N = 1 (1 ) = 18% Tr Fonte: Tucci (199) Uma obra projetada para um evento de tempo de retorno Tr está exposta todo ano a uma probabilidade 1/Tr de vir a falhar. Fonte: Tucci (199) Ao longo da vida útil, a obra estará exposta repetidamente à chance 1/Tr de falhar em cada ano, por isso o risco é maior, sendo igual a 1 N = 1 (1 ). Tr elação entre [Tr usado no dimensionamento], [risco de falha] e [vida útil planejada para a obra ou estrutura] elação entre [Tr usado no dimensionamento], [risco de falha] e [vida útil planejada para a obra ou estrutura] EADO 4

5 Definição Escolha aceitável a obra do para risco de Tr Influência custo da sobre obrao x Valor dos investimentos Proteção contra necessários efeito de eventos extremos Tr isco Custo Definição de Tr Questão de escolha do risco aceitável Ideal: estudo econômico e social dos impactos das falhas da estrutura Na prática isso é inviável, sendo adotado valores tabelados e recomendados por órgãos e instituições. Valores de Tr recomendados em IPH (200) Sistema Microdrenagem Macrodrenagem Zoneamento de áreas ribeirinhas esidencial Comercial Áreas de prédios públicos Aeroporto Característica da área Áreas comerciais e avenidas Intervalo Tr (anos) Valor usual (anos) Usar limite superior dos intervalos quando: grandes riscos de interrupção de tráfego, de interferência em obras de infra-estrutura como subestações elétricas, abastecimento de água, possibilidade de contato da água com produtos tóxicos armazenados 0 Precipitações máximas - precipitações máximas: retratadas pontualmente pelas curvas de intensidade, duração e freqüência, Curvas IDF Dado um tempo de retorno, estabelecem as máximas intensidades para cada duração de chuva Obtidas a partir de dados de pluviógrafos Curva de intensidade-duração-freqüência C2 C4 c1 T ( t + c ) 3 c 1, c 2, c 3, c 4 coeficientes t duração (min) i intensidade (mm/h) T tempo de retorno (anos) Curva de intensidade-duração-freqüência Curitiba io de Janeiro 20,60 T (t + 20) 0, 0,74 0,217 99,14 T 1,1 (t + 26) quanto mais intensa é a precipitação, menor é a duração coeficientes ajustados para os dados de cada região específica São Paulo 0,172 7,7 T 1,02 (t + 22) Curvas estabelecidas por Pfastetter (1982) apud Tucci (199)

6 Curvas de intensidade-duração-freqüência na Paraíba Posto C1 C2 C3 C4 Antenor Navarro 936 0, ,693 Barra de Santa osa 76 0, ,786 Bonito de Santa Fé 813 0,181 0,729 Campina Grande 334 0,227 0,96 Catolé do ocha 708 0, ,66 Guarabira 246 0,239 0,36 Taperoá 342 0, ,497 Teixeira 877 0, ,604 Seridó 492 0, ,43 Itaporanga 27 0, ,80 João Pessoa 290 0,087 0,398 Monteiro 392 0,29 0,604 Patos 429 0, ,639 São Gonçalo 32 0, ,61 C2 C4 c1 T ( t + c3) AAGÃO,. et al. Chuvas Intensas na Paraíba. In: V Simpósio de ecursos Hídricos do Nordeste. Natal-N, Curvas IDF de João Pessoa 886,013. T ( t + 20) 369,4. T ( t + ) 290. T ( t + ) 0,164 0,727 0,1 0,68 0,087 0,398 Equação ajustada por Pfafstetter (1982) apud CETESB (1989) Equação ajustada por Souza (1972) Equação ajustada por Aragão et al. (2000) t duração (min) i intensidade (mm/h) T tempo de retorno (anos) Souza, J. A. (1972). Estudo das Chuvas Intensas nas Zonas ural e Urbana de João Pessoa. Dissertação de mestrado. Escola Politécnica da UFPB, Campina Grande-PB. CETESB. (1986). Drenagem urbana: manual de projeto. 3ª edição São Paulo: CETESB/ASCETESB. Ideal: curva IDF por setor da cidade e não uma única Curva IDF João Pessoa 886,013. ( t + 20) 0,164 T 0,727 Exemplo: Existem 4 curvas IDF para diferentes regiões da cidade de Porto Alegre Fonte: IPH, 200 Exemplos Chuva de duração 40 min: Para Tr = anos 60 mm/h P = 40 mm Para Tr = anos 67 mm/h P = 4 mm Para Tr = 0 anos 9 mm/h P = 63 mm Curva IDF João Pessoa EFEÊNCIAS Exemplos Chuva de duração 20 min: 886,013. ( t + 20) 0,164 T 0,727 Para Tr = anos 80 mm/h P = 27 mm Para Tr = anos 90 mm/h P = 30 mm Para Tr = 0 anos 130 mm/h P = 43 mm Studart, T, Apostila da Disciplina de Hidrologia Aplicada, Universidade Federal do Ceará, Hobeco, 2003, Catálogo eletrônico de instrumentos e telemetria de Hidrometeorologia, Hobeco Sudamericana Ltda, io de Janeiro. Tucci, C.E.M.; Porto,.L.L.; Barros, M.T. Drenagem Urbana. Coleção ABH de ecursos Hídricos, Porto Alegre: Editora da UFGS; vol., 428 p., 199. IPH, Instituto de Pesquisas Hidráulicas, Plano Diretor de Drenagem Urbana de Porto Alegre Manual de Drenagem Urbana, Porto Alegre: IPH/UFGS, 223 p.,

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