PRECIPITAÇÃO é o nome que se atribui a toda forma de umidade que, proveniente da atmosfera, deposita-se sobre a superfície da Terra.

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1 3 3 PRECIPITAÇÃO PRECIPITAÇÃO é o nome que se atribui a toda forma de umidade que, proveniente da atmosfera, deposita-se sobre a superfície da Terra. Ocorre na forma de chuva, granizo, neve, neblina, orvalho e geada. A formação das precipitações está ligada à ascensão das massas de ar que promove o seu resfriamento, podendo fazer com que atinja o seu ponto de saturação, condensando-se, na forma de minúsculas gotas que permanecem em suspensão, como nuvens ou nevoeiros. Para que a precipitação ocorra é necessária a coalescência de gotículas através de algum agente aglutinador, que pode ser a turbulência, a vibração promovida pelas descargas elétricas, etc. Pode acontecer que as gotas em queda encontrem camadas da atmosfera de baiíssimas temperaturas, congelando-se e juntando-se a outras gotículas congeladas ou não, formando pedras de gelo de tamanhos diversos e alcançando a superfície da Terra em forma de granizo. A neve resulta do crescimento de cristais de gelo nas camadas frias em torno de núcleos tais como particulados, sal, etc., que coalescem para formar flocos suficientemente pesados para vencer a gravidade e precipitar. A neblina acontece quando, nas noites claras, as temperaturas próimas à superfície do terreno baiam rapidamente, promovendo a condensação e formação de gotículas. Quando tais gotículas se encontram com as superfícies de obstáculos tais como folhas das árvores, telhados, etc., depositam-se sobre elas na forma de orvalho. Quando as temperaturas nas camadas de ar próimas à superfície do terreno atingem valores abaio do ponto de congelamento, há deposição de gotículas da neblina em forma de geada. Na engenharia, geralmente refere-se a precipitação como sinônimo de chuva pelo fato de que outras formas ou representam uma parcela pouco significativa o ciclo hidrológico ou são incomuns em algumas regiões, como é o caso da neve no Brasil. O presente capítulo trata, portanto, da precipitação na forma de chuva.

2 3.1 UIDADE ATOSFÉRICA A atmosfera terrestre é uma camada gasosa que se mantém envolvendo a Terra graças à ação do campo gravitacional, sendo o ar atmosférico uma mistura de gases constituída de ar seco acrescido de vapor d água (variável no espaço e no tempo, dentro da faia de 0 a 1%), de composição aproimadamente constante [nitrogênio (78,08%) e oigênio (20,95%)]. Ela é subdividida em regiões distintas. A troposfera é a sua camada mais próima da superfície que, de espessura até 16 km a partir do Equador e até 8 km a partir dos polos, é o principal meio de transporte de massa (água, partículas sólidas, poluentes, etc.), uma vez que contém 80% da massa total da atmosfera, energia térmica recebida pelo sol e quantidade de movimento (movimento das massa de ar). Acima dessa camada está a estratosfera, que abriga a camada de ozônio que protege a Terra da infiltração dos perigosos raios ultravioleta. Tem como limite inferior a tropopausa e superior a estratopausa. Acima da estratosfera está a alta atmosfera, importante por conter elementos especiais e camadas ionizadas, ser responsável pelas reações fotoquímicas e atuar como meio de comunicação via satélite. Face à distribuição apresentada, pode-se concluir que a baia atmosfera, em especial a troposfera, é de maior interesse como fonte de umidade, elemento básico para a formação das precipitações. 3.2 TIPOS DE PRECIPITAÇÃO Diversos tipos de precipitação podem ocorrer, do acordo com o fator responsável pela ascensão da massa de ar que lhes deu origem. São eles: a) Frontais: associadas com o movimento de massas de ar de regiões de alta pressão para regiões de baia pressão. Ocorrem ao longo da linha de descontinuidade que separa duas massas de ar de características diferentes e caracterizam-se como chuvas de intensidade baia a moderada, de longa duração e que abrangem grandes áreas. b) Orográficas: resultam da ascensão mecânica de correntes horizontais de ar úmido sobre barreiras naturais impostas pelo relevo, tais como montanhas. Possuem as mesmas características das chuvas frontais. c) Convectivas: típicas das regiões tropicais. O aquecimento desigual da superfície terrestre provoca o aquecimento de camadas de ar com densidades diferentes, o que gera uma estratificação térmica da atmosfera em equilíbrio instável. Se esse

3 equilíbrio por qualquer motivo, vier a ser quebrado, provoca uma ascensão brusca e violenta do ar menos denso, capaz de atingir grandes altitudes, com formação de nuvens tipo cumulus. Essas precipitações são de grande intensidade e pequena duração, caracterizadas por fenômenos elétricos e fortes rajadas de ventos, abrangendo pequenas áreas. Eemplos: Belém do Pará e chuvas de verão Do ponto de vista de engenharia, os dois principais tipos são importantes em projetos de grandes bacias (obras hidrelétricas, navegação e controle de cheias) enquanto o último tipo interessa às obras em pequenas bacias, como dimensionamento de bueiros e galerias de águas pluviais. 3.3 EDIDA DAS PRECIPITAÇÕES Eprime-se a quantidade de chuva pela altura de água precipitada e acumulada sobre uma superfície plana e impermeável. Ela é avaliada por meio de medidas eecutadas em postos previamente escolhidos, ditos pluviométricos, utilizando-se de aparelho chamado pluviômetro ou pluviógrafo, conforme sejam simples receptáculos (provetas) de água precipitada em intervalos de tempo conhecidos ou registrem essas alturas ao longo do tempo. Pluviômetro Pluviógrafo Provetas : A = 500 cm 2 (Fuess) DAEE A = 400 cm 2 D.N.A.E.E. Tipo Pasella Área = 200 cm Determinação da Altura de Chuva A determinação da altura de chuva, h ch,a partir das alturas da proveta graduada, h prov é feita considerando-se as áreas do bocal coletor em forma de funil, A bocal, e da proveta, A prov, de acordo com: h h ch prov Aprov = h ch = h A bocal prov A A prov bocal

4 3.3.2 Grandezas características Altura pluviométrica É a altura de água precipitada, h, em mm.trata-se, portanto, de uma medida pontual representativa da água precipitada por unidade de área horizontal. Intensidade da precipitação É a relação entre a altura pluviométrica e a duração da precipitação, epressa em geral em mm/h ou mm/min ou l/s*ha. Duração Período de tempo contado desde o início até o fim da precipitação. Chuva Duração Intensidade Orográfica édia édia Frontal Longa Baia oderada Convectiva Curta Alta 3.4 PRECIPITAÇÃO ÉDIA SOBRE UA BACIA A altura média de precipitação em uma área específica é necessária em muitos de problemas hidrológicos, notadamente na determinação do balanço hídrico de uma bacia hidrográfica, cujo estudo pode ser feito com base em um temporal isolado, com totais de uma estação do ano, ou ainda com base em totais anuais. Eistem três métodos para essa determinação: o método aritmético, o método de Thiessen e o método das isoietas. étodo Aritmético Esse método é o mais simples: consiste em determinar-se a média aritmética entre as alturas de chuvas medidas na área. Este método só apresenta uma boa estimativa se os aparelhos forem distribuídos uniformemente e a área for plana ou de relevo suave.

5 1 n n h = Σ i = 1 sendo: h - altura média de precipitação (mm) P i - a lâmina de precipitação do posto i (mm) n - número de posto considerados P i étodo de Thiessen Esse método, que pode ser utilizado mesmo para uma distribuição não uniforme dos aparelhos. Consiste em atribuir um peso aos totais precipitados observados em cada aparelho, possibilitando que a área de influência de cada qual seja considerada na avaliação da média. Essas áreas de influência (pesos) são determinadas através de mapas da bacia com os postos, unido-se os postos adjacentes por linhas retas e, em seguida, traçando-se as mediatrizes destas retas, formando polígonos, cujos lados constituem os limites das áreas de influência de cada estação. A precipitação média é calculada pela média ponderada entre a precipitação P i de cada estação e o peso a ela atribuído A i que é a área de influência de P i. h ΣP A ΣA i i =, sendo h a precipitação média sobre a bacia e ΣA i a área total da bacia, A. i étodo das Isoietas De acordo com o método das isoietas, em vez de pontos isolados de precipitação determinados pelos aparelhos de medida, utilizam-se curvas de igual precipitação, cujo traçado é simples e semelhante ao das curvas de nível, onde a altura da chuva substitui a cota do terreno. A precipitação média sobre uma área é calculada ponderando-se a precipitação média entre isoietas sucessivas (normalmente fazendo a média dos valores de duas isoietas) pela área entre as isoietas, totalizando-se esses produtos e dividindo-se pela área total da bacia. hi + hi + 1 Σ Ai h 2 = A

6 3.5 VERIFICAÇÃO DA HOOGENEIDADE DOS DADOS A análise de dupla massa é o método utilizado para se verificar a homogeneidade dos dados, que pode ser comprometida caso ocorram anormalidades na estação pluviométrica, tais como mudança de local, das condições do aparelho, etc. Esse método consiste em construir uma dupla acumulativa, na qual são relacionados os totais anuais de todos os pontos da região, considerada homogênea, sob o ponto de vista meteorológico. Procedimento: 1) Calcula-se a média aritmética dos totais precipitados em cada ano em todos os pontos e acumula-se essa média. 2) Grafam-se os valores acumulados da média dos pontos contra os totais acumulados de cada um deles (observar os pontos no gráfico da Figura) Se os valores do posto a consistir são proporcionais aos observados na base de comparação, os pontos devem alinhar-se segundo uma reta de declividade única. Entretanto, a presença de erros sistemáticos, a mudança nas condições de observação ou a eistência de uma causa física real, como alterações climáticas decorrentes de ações antrópicas, podem promover a mudança de declividade da reta original. É importante que as observações sejam corrigidas para uma mesma base de observações, para que os dados possam ser considerados homogêneos ou consistentes. A escolha da maneira como os dados devem ser corrigidos, ou seja, os mais antigos para a condição atual ou os mais atuais para a condição antiga, depende as razões que promoveram a mudança de tendência (declividade). Assim, se os erros puderem ser atribuídos ao período mais recente, a correção deve ser efetuada para conservar a tendência antiga. Os valores inconsistentes devem ser corrigidos de acordo com (Tucci, 1993) : P c = P + a 0. P 0 sendo: P c - a precipitação acumulada ajustada à tendência desejada P - valor da ordenada correspondente à interseção das retas das duas tendências a o coeficiente angular da tendência desejada 0 o coeficiente angular da tendência a corrigir 0 P0 = P P, sendo P 0 o valor acumulado a ser corrigido

7 45 Prec. Acumulada em X Pobs Pc-atual Pc-antiga Prec. acumulada- édia das estações da região 3.6 PREENCHIENTO DE FALHAS uitas estações pluviométricas apresentam falhas em seus registros devido a problemas operacionais (observador ou aparelho). Entretanto, como há necessidade de se trabalhar com séries contínuas, essas falhas devem ser preenchidas. Um método bastante utilizado para se fazer esta estimativa tem como base em pelo menos dez anos de registros pluviométricos de pelo menos três estações localizadas o mais próimo possível da estação que apresenta falha nos dados de precipitação. Seja uma estação, que apresenta falhas, cuja média das precipitações é conhecida, em determinado período de anos. Em geral adota-se o procedimento dado a seguir: 1 o ) Supõe-se que a precipitação na estação seja proporcional as precipitações nas estações vizinhas A, B e C num mesmo período, que serão representadas por P a, P b, P c. 2 o ) Supõe-se que o coeficiente de proporcionalidade seja relação entre a média e as médias a, b e c, no mesmo intervalo de anos. 3 o ) Adota-se como valor P a média ponderada entre os três valores calculados a partir de A, B e C. P 1 = Pa + Pb + Pc 3 a b c

8 Eemplo: Deseja-se preencher a falta de dados ocorridos no mês de janeiro no ano de 1963 no posto E5-46 localizado no município de Buri-SP, pertencente a rede de postos do DAEE. Para tanto dispõe-se dos dados (totais mensais dos meses de janeiro) dos postos E5-51, E5-52 e E5-47, todos vizinhos ao ponto em questão, no período de P X (mm) P A (mm) P B (mm) P C (mm) Ano POSTO E5-46 POSTO E5-47 POSTO E5-52 POSTO E ,4 157,3 249,6 224, ,3 241,6 374,6 265, ,8 250,9 267,6 261, ,4 55,6 121,8 57, ,4 158,9 85,4 95, Falta 344,0 276,6 231, ,2 39,3 81,8 21, ,0 253,3 285,4 290, ,8 64,7 150,2 201, ,3 126,1 170,3 123, ,5 249,5 339,3 285,1 Totais ,2 2402,6 2060,3 1386,1 = = 138,6 mm P =? 10 A = b = C = 1941,2 = 176,5 mm Pa = 344,0 mm ,6 = 218,4 mm P b = 276,6 mm ,3 = 187,3 mm Pc = 231,4 mm 11 P 1 = Pa + Pb + Pc = 205,6 mm 3 a b c P = 205,6 mm, total estimado para o mês de janeiro de Obs.: O dado real para esse mês, pelo boletim foi de 215,3mm.

9 Primeira Lista de Eercícios de Hidrologia e Recursos Hídricos-SHS O seguinte gráfico representa uma parte do registro de precipitação em dada estação, onde, à medida que a água cai no recipiente coletor, a pena da caneta do pluviógrafo registra a altura relativa ao peso da água do recipiente. Sabendo-se que o no eio do tempo corresponde à 0 hora do dia 10 de agosto de 1971, pergunta-se: a. qual foi a intensidade média da precipitação entre 6 e 12 horas do dia 10 de agosto? b. qual a precipitação total no dia 10? c. e no dia 11? d. determine a maior intensidade de 30 e 60 minutos precipitação (mm) horas 2. 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, 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. 3. A precipitação anual para a estação X e a precipitação anual média para 10 estações vizinhas são mostradas na tabela: a. Determine a consistência dos registros para a estação X. b. Em que ano ocorreu uma mudança no regime da estação X

10 PRECIPITAÇÃO(cm) ANO ÉDIA DAS ESTAÇÃO X 10 ESTAÇÕES ,9 28, ,6 25, ,1 35, , ,2 33, ,7 23, ,3 27, ,8 33, ,4 25, ,1 22, ,8 24, ,4 25, ,8 40, ,3 27, ,3 25, ,6 38, ,8 25, ,1 29, ,4 23, ,7 25, ,4 35,6

11 4. A região do King River em Piedra, Califórnia, é mostrada no desenho. As medidas de precipitações anuais em várias estações são dadas na tabela abaio. Conhecendo a distribuição das isoietas sobre a área, determine a altura uniforme equivalente de precipitação sobre a área através dos métodos: média aritmética, Thiessen e isoietas. ESTAÇÃO PRECIPITAÇÃ O (mm) A 220,2 B 452,4 C 463,6 D 448,8 E 552,2 F 602,2 G 633,7 H 870,7 I 743,9 J 843,0 K 902,5 L 950,2 382,3

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13 Gabarito da Lista 1 1. a. 1,25 mm/10h=0,125 mm/h b. 2,5 mm c. 4 mm d. 2,5/6=0,42 mm/h 2. 96,7 mm 3. graficamente: 5,3481 4,4426 X P = = 20,39 1,1074 1,063 P = 1,1074X 5,3481 = 17,24 P ac. ac.1 ac.2 Linear ( ac.2) Linear ( ac.1) 650,00 450,00 250,00 y = 1,1074-5,3481 R 2 = 0,9986 y = 1,063-4,4426 R 2 = 0, ,00-300,00-200,00-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00-150,00-350,00 média ac.

14 P 0 a P= 17,24 1,11 1,06 édia ac. ac.1 ac.2 c corr. série corrigida 28,90 29,90 29,90 54,80 54,50 24,60 90,10 93,60 39,10 123,10 125,30 31,70 156,40 154,50 29,20 179,80 182,20 27,70 207,50 217,50 35,30 241,00 253,30 35,80 266,40 279,70 26,40 288,80 299,80 20,10 313,20 333,60 33,80 339,10 375,00 360,66 27,06 379,50 407,80 392,14 31,48 407,20 443,10 426,03 33,88 433,00 480,40 461,83 35,80 471,90 516,00 496,00 34,17 497,80 544,80 523,65 27,65 527,70 579,90 557,34 33,69 551,10 605,30 581,72 24,38 577,00 632,00 607,35 25,63 612,60 674,40 648,05 40,70