CC54Z - Hidrologia. Precipitação: definição, métodos de medição e grandezas características. Universidade Tecnológica Federal do Paraná

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná CC54Z - Hidrologia Precipitação: definição, métodos de medição e grandezas características Prof. Fernando Andrade Curitiba, 2014

2 Objetivos da aula Definir a importância da precipitação Analisar os mecanismos de formação da chuva Conhecer os equipamentos de medição de precipitação Introduzir as grandezas características da precipitação (duração, intensidade e frequência) e sua variabilidade espacial e temporal 2

3 Definição e equipamentos de medição da precipitação

4 Definição e importância da precipitação Água da atmosfera que atinge a superfície da Terra na forma de chuva, granizo, neve, orvalho, neblina ou geada [1] É a única forma de entrada de água em uma bacia hidrográfica (fornece subsídios para a quantificação da hidrologia) A chuva é a causa mais importante dos processos hidrológicos de interesse da engenharia e é caracterizada por uma grande aleatoriedade espacial e temporal 4

5 Atmosfera A maior parte do ar atmosférico (e do vapor de água) encontra-se na camada chamada troposfera (10 a 12 km) A temperatura entre o nível do mar e altitudes na troposfera varia aproximadamente 6,5 ºC a cada quilômetro O gradiente de temperatura, a rotação da Terra, as propriedades físicas e químicas do vapor de água determinam a circulação da água na atmosfera A hidrometeorologia é a ciência que estuda essas questões 5

6 Àgua da atmosfera A água existente na atmosfera está, em sua maior parte, na forma de vapor ( 4% do ar atmosférico) [2] A quantidade máxima de vapor que pode ser contida na atmosfera sem condensar é a concentração de saturação (C s ) C s a 20ºC é de aproximadamente 20 g/m 3 (quantidades superiores a esta acabam condensando) C s diminui com a diminuição de temperatura do ar (aumento da altitude) 6

7 Formação das chuvas: concentração de saturação 7

8 Tipos de chuvas Chuvas frontais: encontro de duas massas de ar, uma fria e uma quente, que é empurrada para cima onde resfria e condensa As massas de ar são lentas e possuem centenas de quilômetros de extensão Chuvas frontais têm uma intensidade relativamente baixa e uma duração longa. Podem atingir o mesmo local por vários dias seguidos. 8

9 Tipos de chuvas Chuvas orográficas: ocorrem em regiões em que um grande obstáculo do relevo, como uma cordilheira ou serra muito alta, impede a passagem de ventos quentes e úmidos, que sopram do mar, obrigando o ar a subir No Brasil as chuvas orográficas ocorrem especialmente ao longo da Serra do Mar 9

10 Tipos de chuvas Chuvas convectivas: ocorrem pelo aquecimento de massas de ar, relativamente pequenas, que estão em contato direto com a superfície quente dos continentes e oceanos Os processos convectivos produzem chuvas de grande intensidade e de duração curta. Problemas de inundação em áreas urbanas estão, muitas vezes, relacionados às chuvas convectivas 10

11 Tipos de chuvas 11

12 Chuva frontal 12

13 Chuva orográfica 13

14 Chuva convectiva 14

15 Medição da precipitação Pluviômetro: recipiente para coletar a água precipitada com algumas dimensões padronizadas Forma cilíndrica com uma área de captação da chuva de 400cm 2 : o volume de 40ml de água acumulado no pluviômetro corresponde a 1 mm de chuva O pluviômetro é instalado a uma altura padrão de 1,50m do solo 15

16 Pluviômetro 16

17 Estações pluviométricas: bacia do Paraná 17

18 Medição da precipitação Pluviógrafo: pluviômetros adaptados para realizar medições de forma automática, registrando os dados medidos em intervalos de tempo inferiores a um dia Radar: emissão de pulsos de radiação eletromagnética que são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera Satélite: estimativas da precipitação a partir de imagens obtidas por sensores instalados em satélites 18

19 Radar 19

20 Satélite 20

21 Grandezas características da precipitação e variabilidade espaço-temporal

22 Grandezas características da precipitação Altura (ou lâmina) precipitada: é a espessura média da lâmina de água que cobriria a região atingida se esta fosse plana e impermeável (i.e., mm) Duração: é o período de tempo durante o qual a chuva cai Intensidade: é a altura precipitada dividida pela duração da chuva (i.e., mm/h) Frequência: é a quantidade de ocorrências de eventos iguais ou superiores ao evento considerado 22

23 Variabilidade temporal **** 23

24 Variabilidade sazonal Tendência da variação da precipitação com os meses (ou estações) do ano Mês seco é aquele que apresenta precipitação abaixo da média anual 24

25 Frequência Em uma série de dados, uma frequência pode ser associada a cada intervalo de precipitação Assim, podemos calcular a probabilidade de ocorrência de um limite de precipitação com base na série histórica Tempo de retorno TR é o inverso da probabilidade TR=1/p 25

26 Exemplo **** Com base na série histórica de registros diários de precipitação, calcule a frequência em que os eventos são ultrapassados, a probabilidade de ocorrência e o tempo de retorno 26

27 Variabilidade Espacial A chuva caracteriza-se por uma grande variabilidade espacial [3] A forma de representar a variabilidade espacial da chuva para um evento (i.e., diário, mensal, anual) são as linhas de mesma precipitação desenhadas sobre um mapa (isoietas) As isoietas são obtidas por interpolação dos dados pluviométricos e podem ser traçadas de forma manual ou automática 27

28 Mapa de chuva: isoietas 28

29 Chuva média numa área Os dados de chuva dos pluviômetros referem-se a uma área de coleta quase pontual (400 cm2) Porém, o maior interesse na hidrologia é por chuvas médias que atingem uma região ampla, como a bacia hidrográfica O cálculo da chuva média sobre regiões amplas pode ser realizado por métodos de interpolação, como o da média aritmética e o método de Thiessen 29

30 Chuva numa bacia: média aritmética 66 mm 44 mm 42 mm 50 mm 40 mm 30

31 Chuva numa bacia: média aritmética 50 mm 120 mm 70 mm 31

32 Chuva numa bacia: média de Thiessen No método de Thiessen, ou método do vizinho mais próximo, é definida a área de influência de cada posto fluviométrico É calculada uma média ponderada da precipitação com base nestas áreas de influência n P a i P i i 1 Onde a i é a fração de área da bacia sob influência do posto i e P i é precipitação medida no posto i 32

33 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 33

34 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 34

35 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 35

36 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 36

37 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 37

38 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 38

39 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 39

40 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm 40

41 Chuva numa bacia: Método de Thiessen 50 mm 30% 120 mm 70 mm 40% 15% 5% 10% 75 mm 82 mm P 0, ,4.70 0,3.50 0, ,

42 Referências bibliográficas [1] TUCCI, C. E. M.. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre. Editora da Universidade, 4 ed [2] PINTO, N. et al.. Hidrologia básica. São Paulo. Editora Edgard Blucher, 1976 [3] VILLELLA, S. M., MATTOS, A.. Hidrologia aplicada. São Paulo. Editora McGraw Hill do Brasil, 1975

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